TRIZ理論在創新設計中的應用

劉峰 宋徐 樂金希

摘 要：針對現有的難以移動，笨重的籃球架，運用TRIZ沖突求解工具對其技術沖突進行具體分析，根據沖突解決矩陣找出解決方案，結合其結構特點和實際情況，對其伸縮機構和升降機構進行了創新設計，實踐證明經改進的籃球架結構簡單，同時制造成本得以降低，完全達到了預期的效果。

關鍵詞：TRIZ；籃球架；創新設計；移動機構

一、 引言

伴隨著生活水平的不斷提高，越來越多的人開始重視健康問題，而運動作為健身的主要方式得到了廣泛認同。籃球作為國人最喜愛的體育運動項目之一，集娛樂與鍛煉于一體，得到了迅猛的發展。如今籃球場隨處可見，作為關鍵器材的籃球架大多采用埋地式和固定式，不僅在后期維護、產品更換方面頗為不便，而且易受外界環境的影響縮短使用壽命。因此，設計一種安全、方便地可伸縮、便于移動的籃球架具有很大的必要性和現實意義。

二、 TRIZ沖突分析

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）是由蘇聯發明家G. S. Altshuller在1946年創立的發明問題解決理論，它為人們創造性地發現問題和解決問題提供了系統的理論和方法工具，主要內容包括ARIZ算法、物-場分析理論及沖突解決理論等。作為TRIZ中的一個主要工具，TRIZ沖突解決理論包括了技術沖突解決原理和物理沖突解決原理。在技術沖突解決原理中，TRIZ提出了描述技術沖突的39個通用工程參數和解決技術沖突的40項發明原理，然后以此構建了一個39×39的矛盾矩陣表，矩陣中的第一行代表39個需要改進的工程參數，第一列代表39個引起惡化的工程參數，行列交叉構成技術矛盾，交叉處列出了解決技術矛盾所推薦的發明原理的系列號，解決了設計過程中選擇發明原理的難題。在TRIZ技術沖突理論中解決問題的常用流程如圖1所示。

為解決現有籃球架難以移動及占地較大的局限，預期設計一種操作方便、穩定性好，且具備伸縮移動功能的新型籃球架。利用TRIZ沖突求解工具，將現有籃球架存在的結構沖突采用39個通用工程參數抽象成一般的工程問題，其中需要改進的特性參數主要有以下兩個：

1. 為實現籃球架的升降收縮的功能，會導致籃球架裝置整體結構原件的增多，會影響整體結構的穩定性，可以通過TRIZ通用工程參數將該問題描述成：形狀（No.12）、結構的可靠性（No.27）、可操作性（No.33）與結構的穩定性（No.13）、裝置的復雜性（No.36）之間的技術沖突。

2. 為實現籃球架的自由移動，會導致操作性改變，同時使局部結構受力變大和局部結構的變化，可以通過TRIZ通用工程參數將該問題描述成：適應性及多用性（No.35）、應力或壓力（No.11）、結構的穩定性（No.13）之間的技術沖突。

由表1可知，對于沖突1，可以采用第10，14，15，34條發明原理進行求解；對于沖突2可以采用第33，1，18，4條發明原理進行求解；對于沖突3可以采用第16，29，1，28條發明原理進行求解；對于沖突4可以采用第10，24，35，19條發明原理進行求解；對于沖突5可以采用第15，3，29條發明原理進行求解；對于沖突6可以采用第2，32，12條發明原理進行求解；對于沖突7可以采用第32，35，30條發明原理進行求解；對于沖突8可以采用第32，26，12，17條發明原理進行求解；對于沖突9可以采用第35，16條發明原理進行求解；對于沖突10可以采用第15，37，1，8條發明原理進行求解；對于沖突11可以采用第15，29，37，28條發明原理進行求解。

根據本設計的目標要求和籃球架的實際結構特點，由上述矛盾矩陣推薦的發明原理進行具體分析，可知其中17，26和29條發明原理在籃球架創新設計中具有一定的指導意義，該三條創新原理的應用如下：

1. 17條維數改變原理，考慮將收縮籃球架時需要的上下升降與前后折疊兩個先后運動過程，合并成一個三維空間的收縮過程。

2. 26條復制原理，為達到節省時間和資金等目的，利用替代品替代原物。考慮對原有的籃球架結構和形狀進行適當改進，來解決籃球架制造復雜及成本高的問題。

3. 29條氣壓與液壓結構原理，通過液壓結構來替代原有的固定件。考慮運用液壓裝置實現前輪的收放。

三、 創新設計

根據上述分析提供的發明原理，在籃球架的伸縮和可移動兩大方面，在原有基礎上設計了多個優化方案，經過論證和優化，我們最終選取了如下方案。

1. 在籃球架的升降結構改進方面，根據維數改變原理與氣壓和液壓結構原理，設計了一個機構同時完成升降與折疊運動，如圖2所示當籃球架工作時通過控制液壓裝置的伸長推動連桿1，連桿1帶動連桿2和連桿3，連桿3帶動連桿4，當連桿1運動到豎直時，液壓裝置停止伸長，同時連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個機架完成伸展，實現籃球架的展開。當需要移動籃球架時通過控制液壓裝置的收縮拉動連桿1，連桿1帶動連桿2和連桿3，連桿3帶動連桿4，液壓裝置停止收縮，同時連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個機架達到收縮的效果，實現籃球架的收縮。

2. 根據氣壓與液壓結構原理，設計了一個升降機構，如圖3所示該機構由固定板、液壓裝置、套筒液壓桿等組成，前輪橫軸通過套筒與液壓裝置相連，通過固定板將前輪懸空固定在籃球架底座。當需要移動籃球架時，通過控制液壓裝置的伸長來驅動液壓桿的伸長，進而控制前輪降落，實現籃球架的移動。當籃球架工作時，通過控制液壓裝置的收縮來驅動液壓桿的收縮，進而控制前輪升起，使前輪懸空固定在籃球架底座的前端，實現籃球架的固定。

通過上述的創新設計與實際應用，達到了實現可移動式籃球架的創新設計：籃球架結構的整體收放和籃球架移動或固定的轉變。

四、 結語

TRIZ理論沖突解決原理作為創新設計指導，第一步要做的是對現有籃球架存在的局限性進行分析。然后在TRIZ沖突解決矩陣基礎上，根據解決技術沖突所推薦的發明原理，同時要結合對這些發明原理和產品實際結構的深刻理解，方能找到適合的發明原理。最后為最大程度地發揮TRIZ的作用，必須以相關專業知識為基礎，同時要結合產品開發、工藝等相關實踐經驗，才能夠選擇出最優方案并解決實際問題。

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作者簡介：

劉峰，宋徐樂，金希，江蘇省常州市，常州工學院機械與車輛工程學院。