TRIZ理论在创新设计中的应用

刘峰 宋徐 乐金希

摘 要：针对现有的难以移动，笨重的篮球架，运用TRIZ冲突求解工具对其技术冲突进行具体分析，根据冲突解决矩阵找出解决方案，结合其结构特点和实际情况，对其伸缩机构和升降机构进行了创新设计，实践证明经改进的篮球架结构简单，同时制造成本得以降低，完全达到了预期的效果。

关键词：TRIZ；篮球架；创新设计；移动机构

一、 引言

伴随着生活水平的不断提高，越来越多的人开始重视健康问题，而运动作为健身的主要方式得到了广泛认同。篮球作为国人最喜爱的体育运动项目之一，集娱乐与锻炼于一体，得到了迅猛的发展。如今篮球场随处可见，作为关键器材的篮球架大多采用埋地式和固定式，不仅在后期维护、产品更换方面颇为不便，而且易受外界环境的影响缩短使用寿命。因此，设计一种安全、方便地可伸缩、便于移动的篮球架具有很大的必要性和现实意义。

二、 TRIZ冲突分析

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）是由苏联发明家G. S. Altshuller在1946年创立的发明问题解决理论，它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具，主要内容包括ARIZ算法、物-场分析理论及冲突解决理论等。作为TRIZ中的一个主要工具，TRIZ冲突解决理论包括了技术冲突解决原理和物理冲突解决原理。在技术冲突解决原理中，TRIZ提出了描述技术冲突的39个通用工程参数和解决技术冲突的40项发明原理，然后以此构建了一个39×39的矛盾矩阵表，矩阵中的第一行代表39个需要改进的工程参数，第一列代表39个引起恶化的工程参数，行列交叉构成技术矛盾，交叉处列出了解决技术矛盾所推荐的发明原理的系列号，解决了设计过程中选择发明原理的难题。在TRIZ技术冲突理论中解决问题的常用流程如图1所示。

为解决现有篮球架难以移动及占地较大的局限，预期设计一种操作方便、稳定性好，且具备伸缩移动功能的新型篮球架。利用TRIZ冲突求解工具，将现有篮球架存在的结构冲突采用39个通用工程参数抽象成一般的工程问题，其中需要改进的特性参数主要有以下两个：

1. 为实现篮球架的升降收缩的功能，会导致篮球架装置整体结构原件的增多，会影响整体结构的稳定性，可以通过TRIZ通用工程参数将该问题描述成：形状（No.12）、结构的可靠性（No.27）、可操作性（No.33）与结构的稳定性（No.13）、装置的复杂性（No.36）之间的技术冲突。

2. 为实现篮球架的自由移动，会导致操作性改变，同时使局部结构受力变大和局部结构的变化，可以通过TRIZ通用工程参数将该问题描述成：适应性及多用性（No.35）、应力或压力（No.11）、结构的稳定性（No.13）之间的技术冲突。

由表1可知，对于冲突1，可以采用第10，14，15，34条发明原理进行求解；对于冲突2可以采用第33，1，18，4条发明原理进行求解；对于冲突3可以采用第16，29，1，28条发明原理进行求解；对于冲突4可以采用第10，24，35，19条发明原理进行求解；对于冲突5可以采用第15，3，29条发明原理进行求解；对于冲突6可以采用第2，32，12条发明原理进行求解；对于冲突7可以采用第32，35，30条发明原理进行求解；对于冲突8可以采用第32，26，12，17条发明原理进行求解；对于冲突9可以采用第35，16条发明原理进行求解；对于冲突10可以采用第15，37，1，8条发明原理进行求解；对于冲突11可以采用第15，29，37，28条发明原理进行求解。

根据本设计的目标要求和篮球架的实际结构特点，由上述矛盾矩阵推荐的发明原理进行具体分析，可知其中17，26和29条发明原理在篮球架创新设计中具有一定的指导意义，该三条创新原理的应用如下：

1. 17条维数改变原理，考虑将收缩篮球架时需要的上下升降与前后折叠两个先后运动过程，合并成一个三维空间的收缩过程。

2. 26条复制原理，为达到节省时间和资金等目的，利用替代品替代原物。考虑对原有的篮球架结构和形状进行适当改进，来解决篮球架制造复杂及成本高的问题。

3. 29条气压与液压结构原理，通过液压结构来替代原有的固定件。考虑运用液压装置实现前轮的收放。

三、 创新设计

根据上述分析提供的发明原理，在篮球架的伸缩和可移动两大方面，在原有基础上设计了多个优化方案，经过论证和优化，我们最终选取了如下方案。

1. 在篮球架的升降结构改进方面，根据维数改变原理与气压和液压结构原理，设计了一个机构同时完成升降与折叠运动，如图2所示当篮球架工作时通过控制液压装置的伸长推动连杆1，连杆1带动连杆2和连杆3，连杆3带动连杆4，当连杆1运动到竖直时，液压装置停止伸长，同时连杆2起支撑作用固定住连杆1与连杆3，使整个机架完成伸展，实现篮球架的展开。当需要移动篮球架时通过控制液压装置的收缩拉动连杆1，连杆1带动连杆2和连杆3，连杆3带动连杆4，液压装置停止收缩，同时连杆2起支撑作用固定住连杆1与连杆3，使整个机架达到收缩的效果，实现篮球架的收缩。

2. 根據气压与液压结构原理，设计了一个升降机构，如图3所示该机构由固定板、液压装置、套筒液压杆等组成，前轮横轴通过套筒与液压装置相连，通过固定板将前轮悬空固定在篮球架底座。当需要移动篮球架时，通过控制液压装置的伸长来驱动液压杆的伸长，进而控制前轮降落，实现篮球架的移动。当篮球架工作时，通过控制液压装置的收缩来驱动液压杆的收缩，进而控制前轮升起，使前轮悬空固定在篮球架底座的前端，实现篮球架的固定。

通过上述的创新设计与实际应用，达到了实现可移动式篮球架的创新设计：篮球架结构的整体收放和篮球架移动或固定的转变。

四、 结语

TRIZ理论冲突解决原理作为创新设计指导，第一步要做的是对现有篮球架存在的局限性进行分析。然后在TRIZ冲突解决矩阵基础上，根据解决技术冲突所推荐的发明原理，同时要结合对这些发明原理和产品实际结构的深刻理解，方能找到适合的发明原理。最后为最大程度地发挥TRIZ的作用，必须以相关专业知识为基础，同时要结合产品开发、工艺等相关实践经验，才能够选择出最优方案并解决实际问题。

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作者简介：

刘峰，宋徐乐，金希，江苏省常州市，常州工学院机械与车辆工程学院。