TRIZ创新方法与机械创新设计的融合

刘小兰 赵玮 刘艳春

摘要：机械创新设计一直是机械设计教学关注的重点，很多影响人类进步的重大发明都是来自于灵光一现的机械发明。在高校的机械设计教学中如何结合创新方法来培养学生的创新意识及创新设计能力已经成为工科专业教育的目标和主线。

关键词：TRIZ创新方法;机械创新设计;雨伞支撑机构

0 引言

TRIZ理论是前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒在1956年创立的，阿奇舒勒也被尊称为TRIZ之父。阿奇舒勒发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能快速地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。数十年间，阿奇舒勒穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则相关书籍，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。

1 问题引入

虽然雨伞有种种好处，可以为我们遮风挡雨，但传统雨伞在使用过程中也存在许多不尽人意的问题，面对雨伞的使用不便，我们有没有想过：是不是伞的结构设计有什么不合理的地方？那又该怎样改进呢？

2 问题分析

想要对传统雨伞进行改进，首先让我们先来了解一下传统雨伞的结构组成。传统雨伞主要是由伞布、伞帽、支撑机构、伞扣开关等几部分组成，支撑机构则是雨伞的核心组成。主要是由伞柄、套筒、撑杆、伞骨等基本构件组成。伞柄与撑杆、伞骨组成一个三角形，当用力将伞收起来时，在向下的力作用下，伞骨与伞柄之间的夹角变小，伞被收拢起来。一旦将开关打开，被压缩的弹簧伸长，夹角增大，带动AB段伞骨向伞顶移动，伞自动打开，并因弹簧力量维持打开状态，直到用手再次拉回收伞，弹簧再受压缩准备下次打开。由此可以看出，雨伞支撑机构的主要功能就是支撑伞面张开，以实现遮挡雨水的功能。

3 问题解决

为了解决雨伞使用不便的问题，我们可以尝试运用TRW理论中系统功能分析的方法来构建雨伞支撑机构的功能模型（如图I所示）：

通过功能模型可看出，雨伞使用不便主要是由于其机械结构特点，决定了它的运动形式受空间限制。而我们对雨伞在携带过程中总是希望它尽可能的小巧一些。这时，我们就想到是不是可以把雨伞做的小一些来满足我们对雨伞携带方便的需求。可是当下雨的时候，这种便于携带的小巧雨伞就不能更好的为我们遮挡雨水。反过来，如果我们为了满足遮雨的要求，可以把雨伞做的大一些，这样就能更好的遮挡雨水，但是携带却不方便。也就是說对于雨伞我们既希望它大，又需要它小。这种对系统中同一参数的相反要求，TRIZ创新方法中称之为物理矛盾，物理矛盾可以通过时间分离、空间分离、条件分离和系统级别分离来寻找解决方案。

该物理矛盾中对参数的相反要求是在不同的时间和空间里。下雨的时候需要雨伞大，收伞、携带的时候需要雨伞小，遮雨的时候希望它大，放在包里的时候希望它小，因此该矛盾可以从“时间”和“空间”上进行分离。对应时间分离、空间分离的triz发明原理有很多，比如利用反向发明原理就发明出了一款反向雨伞。这位德国的工程师，运用他所掌握的数学应用和精密工程方面的知识，他开始了对传统雨伞全新的升级。有一点空闲就计算、设计，一个细节修改几十次也在所不惜。不论是结构的设计，还是材料的选择，有点强迫症的工程师，生动地诠释了完美二字。从TRIZ创新方法的角度去分析，该雨伞正是应用了“反向作用原理”，使雨伞的支撑机构与原先相反的方向收拢，使得问题迎刃而解。

4 总结

以上多种方案从不同的角度解决了雨伞使用过程中的不便，而这些解决方案有时并不是单纯的只靠专业技术去解决，创新方法的融入使我们事半功倍。面对难题，当我们在掌握了一定专业知识和技能的同时，如果再结合一定的创新思维和创新方法，那那解决问题的过程就不在困难，反而变得有趣。关于雨伞创意设计还有很多，比如情侣雨伞、不对称雨伞、布袋雨伞等等，都是利用不同的发明原理得到的创意雨伞，这些雨伞也都从不同方面解决了雨伞的一些弊端。所以，让我们一起将创新方法与专业知识相融合，去解决更多的技术难题，产生更多的新发明、新创造，使我们的社会不断进步，引领未来的科技吧。

参考文献

[1]张春林，李志香，赵志强;机械创新设计;[S]机械工业出版社;2016年9月.

[2]温兆麟;创新思维与机械创新设计[S];机械工业出版社;2012年.

[3]孙永伟，谢尔盖·伊克万科;TRIZ打开创新之门的金钥匙;[S]科学出版社;2015.11月.

[4]卢尚功，梁成刚，高丽霞;创新方法与创新思维[S];化学工业出版社;2018年9月.