基于TRIZ理论的家用吸尘器概念设计 - 文章

基于TRIZ理论的家用吸尘器概念设计

作者：吴国荣尧优生

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优雅完美的居室，必须悉心打理，才可保持舒适整洁，有条不紊。吸尘器理想的设计与卓越的科技，令家居清洁工作倍添轻松、快捷，并满足您对每一项清洁要求。它以先进的吸尘鸽、多用途的附件、超强劲的吸力，吸尽每一角落的尘埃，清理难接触的墙角落、天花板、沙发底下到橱柜之间的缝隙，无微不至，令全屋显得干净无暇。在当今科学技术飞速发展的形式下，人们对生活有了更新的追求。随着我国城市化的加剧，人们生活节奏的加快，因此，越来越多的新产品进入到人们的日常生活，取代了越来越多的人力劳动。吸尘器将要成为我国每一个家庭的必需品，它给许多忙碌的人们带来了无穷的便利。吸尘器是一种利用风机和电动机的装置清除室内灰尘的一种家用电器。长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式，所以要找准设计定位，自主创新，运用TRIZ(Theory of lnventive Problem solving)理论指导吸尘器的创新设计，设计出符合消费者需求并具有市场竞争力的吸尘器产品。

1 TRIZ的概念

TRIZ是俄文中发明问题解决理论的词头。TRIZ是专门研究创新和概念设计的理论，已经建立一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域解〔1〕。它将产品设计的核心—产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，它已成为一种较完善的创新设计理论。其主要研究的内容是产品进化理论、分析、冲突解决原理、物质一场分析、效应以及TRIZ等几个方面。分析是TRlz中解决问题的一个重要阶段，包括产品的功能分析、理想解的确定、可用资源分析和冲突区域的确定。在很多设计过程中，理想解的正确提出将得出问题的解。

1.1 理想解

TRIZ的一个重要成果是认为产品有级别，产品由低级向高级的方向发展。产品处于进化之中，进化的过程就是产品由低级向高级演化的过程。如果将所有产品作为一个整体，低成本、高功能、高可靠性、无污染等是产品的理想状态。产品处于理想状态的解称为理想解。因此每种产品都朝着它的理想解进化。理想解可采用与技术及实现无关的语言对需要创新的原理进行描述，创新的重要进展往往通过对问题深入的理解所取得。理想解有4个特点: (1)消除了原系统的不足之处;(2)保持原系统的优点;(3)没有使系统变得更复杂(采用无成本戴可用资源);(4)没有引入新的缺陷。

1.2 理想解的确定步骤

由于理想解是一种与技术无关的理想状态，它使得设计者的思维不囿于传统的解决方法。因而，理想解的正确描述会直接引出问题的解。确定理想解的步骤为:(1)设计的最终目的是什么;(2)理想解是什么;(3)达到理想解的障碍是什么;(4)出现这种障碍的结果是什么;(5)未出现这种障碍的结果是什么，创造这些条件的可用资源是什么。

1.3 物质-场分析

物质-场分析的原理是所有的功能都可分解为2种物质和一种场，即一种功能和由2种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现，因此，可用物质一场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。

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物质场分析模型

1.4 设计实例

目前市场上出现的吸尘器按照吸尘器内风机和电动机的安装方式以及功率体量的大小，分为以下几种:1)立式吸尘器。又称直立式戴手推式，从下至上依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量大。2)卧式吸尘器。从前至后依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量较大。3)便携式吸尘器。结构安排方式和卧式相同，但尺寸小得多，灵活易于携带。4)微型吸尘器，结构简单，使用灵活，多用干电池作电源。由此看出吸尘器由低级向高级的进化过程，高级别解的产生需要更多的知识。随着人们生活节奏的加快，为了给自己一个清洁的居住环境，吸尘器将受到千家万户的亲睐。我们应该看到这样的上升势头，对吸尘器进行创新设计势在必行，以更新更高级的解创造出更多的市场空间。现在就用确立理想解的5个步骤分析该问题并提出理想解:

(1) 设计的最终目的是什么?清除室内灰尘。(2)理想解是什么?自主获取能量的机器人节能型吸尘器(无需人的管理)。(3)达到理想解的障碍是什么?技术不够成熟。(4)出现这种障碍的结果是什么?在现有技术的基础上寻求创新与突破，寻求替代资源，不断地开发研究。(5)未出现这种障碍的条件是什么?可以利用可再生资源如太阳能、电磁场能等获取能量供电机工作。创造这些条件存在的可用资源是什么?太阳能或电磁场能。对于现有吸尘器可以通过物质一场分析模型见图2。其中: F 为电能和机械能;51.1为灰尘;51.2为噪声和耗能;52为吸尘器、吸尘器与使用环境的物质一场模型。

通过对问题的正确分析，直接得出了一个理想解，提出了家用吸尘器的创新设计概念和构思。但是，并不是所有的问题都可以直接得出理想解。在不少问题的分析过程中，常常会遇到许多矛盾和冲突。这时，可以通过冲突矩阵选择发明原理，以解决冲突，实现创新设计。

2 冲突解决原理

G.S.Altshuler将有利于TRIZ解决发明问题的冲突分为两类:物理冲突和技术冲突。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特J陛相反的特性。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害2种结果，也指有价值作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统之间的冲突。通过对250万件专利的详细研究，TRIZ理论提出用39个通用工程参数描述冲突。实际应用中，要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的2个来表示。目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的戴标准的技术冲突。同时，该理论还提出了40条发明原理，用以指导冲突的解决和产品的创新设计。

2.1 冲突矩阵

39个工程参数描述了设计问题的问题空间，而40条发明原理则描述了设计问题的解空间。为了得到问题的解，须建立问题空间与解空间之间的映射关系，这个映射关系就是冲突矩阵。首先对特定问题进行一般化处理得到一般问题，然后应用发明原理得出一般问题的一般解，然后将该一般解具体化为该特定问题的解。以下模型提供了设计问题解决的一般思想方法，见图2。

2.2 设计实例

对于大部分消费者来说，功能多样、自动吸尘、自动获取能量、无需管理、造型简约、美观、具有装饰效果的吸尘器比较容易受到消费者的亲睐。功能多样、造型简约、美观、具有装饰效果比较容易做到，问题是如何做到自动吸尘、自动获取能量、无需管理。因此可以推出概念化如机器人一样获取太阳能或电磁场能周期性自动吸尘器。设计中存在的冲突为:1)吸尘口与功率的冲突。2)吸尘器的尺寸与滤尘袋尺寸、储能空间的冲突。

现利用冲突矩阵解决该问题。首先在39个标准工程参数中选择并确定技术冲突的二对特定参数。(1)质量提高的参数:应力与压力(NO.12);结构的稳定性(NO.13)。(2)带来负面影响的参数:运动物体的面积(No.5);自动化程度(No.38)。

由冲突矩阵推荐的发明原理为:(1)No.10预操作，No.巧动态化，NO.36状态变化，NO.28机械系统的替代。(2)NO.1分割，NO.8质量补偿，NO.35参数变化。经过分析，根据发明原理提出如下解决方法:

解决冲突一:预操作，通过搏动低压预先疏松灰尘。动态化，将吸尘器的吸尘口设计成可调整大小。

解决冲突二:分割，将滤尘袋分离成过滤袋和收集站两部分。过滤袋小、收集站大。参数变化，在其内部装入一个适当大小的锌片，通过外部数据的设定自动获取能量(如太阳能、吸尘过程中能量的收集等)，自动感知所需的操作，操作自动监控。

该吸尘器的最终概念设计方案是吸尘口可大可小的，机器人似自动操作、自动获取能量、自动归位、周期性作业的高级智能型吸尘器。该款吸尘器的出现将给人们忙碌的家庭带来无穷的便利，你只要将它买回家，一切事情由它来办。并且是一种极具趣味性的概念化新型产品，在未来的岁月里将给吸尘器市场掀起一股新鲜力量。

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图3 发明问题解决模型

3 结语

文章将TRIZ理论引入到产品概念设计领域，取得了初步效果。虽然TRIZ为设计问题的解决提供了较为成熟的理论体系和方法，但是，TRIZ的研究应用不是一戚而就的事情，如何将问题描述为标准的工程参数就是一个难点，TRIZ本身也

还处于不断完善发展之中，我国对TRIZ的研究处于起步阶段，因而TRIZ对我国更具有现实意义。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/30/2008)


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