基于TRIZ理论的机构创新设计实例分析

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TRIZ理论是发明问题的解决理论”(Theoryof Inventive Problem Solving)的俄语含义的单词首字母的缩写)，由前苏联发 明家阿奇舒勒 (ALT-SHULLER G S)在 1946年创立的，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，建立-个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法和算法组成的综合理论体系 -6]。

TRIZ理论的强大作用正在于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.本文根据笔者多年将 TRIZ理论应用于机构设计的经验，主要对 TRIZ思维方法、TRIZ进化工具、TRIZ冲突求解、TRIZ物场分析 4个工具进行机构创新设计与应用实例分析，并结合指导学生创新设计的成果给出-些应用案例。

1 基于 TRIZ思维方法的机构分析与设计当人们创新时，总是受到惯性思维的约束，TRIZ理论采用多屏幕法、STC算子、RTC算子、金鱼法、蝎人法扩展人们的思维，帮助克服惯性思维.下面用实例介绍多屏幕法和金鱼法在机构创新设计中的应用。

(1)多屏幕方法多屏幕思维方式是-种分析问题的手段，为解决问题提供资源，而非直接的解决问题的手段。

如图 1所示，利用多屏幕方法，可以从不同的角度分析待解决的问题，主要步骤：①先从机构系统的本身出发，考虑可以利用的资源；②考虑机构系统的子系统、超系统中的资源；③考虑系统的过去和未来，从中寻找可以利用的资源；④考虑超系统和子系统的过去和未来，从中寻求可以利用的资源。

超系统的过去当前系统的过去当前系统的超系统... ..... ...IJ..- 当前系统超系统的未来当前系统的未来子系统的过去 莩 篓 子系统的未来图 1 系统 的多屏幕方法Fig.1 Multi-screen method for system实例 1 利用多屏幕方法分析曲柄滑块机构，为获得较佳的滑块运动规律准备资源。

在解决曲柄滑块机构问题时，遵循多屏幕方法的4个步骤，先从曲柄滑块机构本身人手，考虑可以利用的资源，看看是否能够找到滑块按给定运动规律的解决方案，如果不能，则考虑该机构的收稿 日期：2012-11-28； 修回日期：2012-12-14作者简介：江帆(1974-)，男，副教授，博士.E-mail：jiangfan2008###gzhu.edu.cn76 广州大学学报(自然科学版) 第 12卷子系统、超系统中的资源，以及系统、超系统、子系统的过去和未来的资源，从中寻求解决方案。

如图2所示，曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演变而来，所以它的过去是曲柄摇杆机构，同时分析它的功能可能被凸轮机构或齿轮机构取代，故它的未来资源是凸轮机构或齿轮机构.它的子系统是各个构件，构件的过去是简单形状，未来是复杂形状或者形状的演变样式.它的超系统是组合机构，组合机构的过去是简单的串联或并联组合机构，其未来是复杂混合联结组合机构。

(2)金鱼法利用金鱼法求解问题时，先从-堆提议的解决方案中区分现实和幻想方案，对幻想方案寻求资源支持，转换为现实方案，进而找到整个问题的解决方案.如图3所示，金鱼法是反复迭代区分现实与幻想，并集中求解幻想部分的问题求解方法 J。

组合机构 联)组合机构 r1 苜 L恻曲柄摇杆机构 I< 曲柄滑块机构复杂混合联结组合机构凸轮机构或齿轮齿条 状 构 - 状图2 曲柄滑块机构的多屏幕方法Fig.2 Multi-screen method for slider-crank mechanism图 3 金鱼法解决流程Fig.3 Solution flow of Goldfish method实例 2 箱式折叠 自行车的设计，为了便于自行车的携带，折叠自行车已经出现，但现有的折叠自行车仍有不便于立体堆放，并有突起零件外露，易对搬运者带来伤害，拟用金鱼法设计-款新型的折叠自行车。

运用金鱼法解决自行车折叠后能立着存放及零件不外露的问题，过程如下。

①根据条件区分现实部分和不现实部分.现实部分：自行车折叠后竖立存放、隐藏零件；不现实部分：采用箱子包装、零件过多拆卸。

②为什么采用箱子包装、零件过多拆卸是不现实的因为单独用箱子包装，需要随时携带-只箱子，折叠车上无法存放；同时，零件过多拆卸，容易丢失，重装配时间比较长。

③什么情况下，不现实部分能够变为现实(a)箱板分离，主箱板成为车体的-部分；(b)零件容易折叠，且折叠后平整。

④确定系统、超系统和子系统的可用资源.超系统：所有的折叠机构；系统：自行车系统；子系统：自行车的组成构件，如车架、把手、车轮、链条等。

⑤利用已有的资源，得到可能的解决方案构想：如图4所示，将箱体的两块主箱板固定在车架的外侧，通过连杆机构的优化，使车轮、座椅、手把、链轮等构件折叠平整。

图 4 箱式折叠 自行车Fig.4 Box-type folding bike2 基于TRIZ进化工具的机构创新设计进化工具是 TRIZ理论的核心内容之-，它表明技术是处于进化过程中的，而且技术进化过程是有自身规律可寻的，是可以预测的。

TRIZ理论就是通过对世界专利库进行分析比第 1期 江 帆等：基于TRIZ理论的机构创新设计实例分析 77较发现技术从结构上进化的趋势，即技术进化模式与进化路线.另外还发现在-个工程领域中总结出来的进化模式与进化路线可以在另外的工程领域实现，即技术进化模式与进化路线具有可传递性.这个理论的研究不仅能预测技术的发展，而