廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.1吉他掛飾椅的設(shè)計(jì)在了解創(chuàng)新與發(fā)明方法的基礎(chǔ)上，需要多實(shí)踐，本章給出了一些創(chuàng)新發(fā)明實(shí)例，供大家學(xué)習(xí)參考，也需要大家多動(dòng)手實(shí)踐，設(shè)計(jì)出更多更有創(chuàng)意的產(chǎn)品，并申請(qǐng)專利，以及實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。1）應(yīng)用背景椅子是日常生活中必備的家具，大多數(shù)椅子如圖8-1所示，呈現(xiàn)固定形態(tài)，需要占據(jù)一定的空間。而對(duì)于擁擠的空間，如學(xué)校的學(xué)生宿舍、工廠的員工宿舍等，需要椅子在用時(shí)占據(jù)一定空間，而在不用時(shí)，能夠減少空間的占用，于是出現(xiàn)了如圖8-2所示的折疊椅。折疊椅雖然緩解了對(duì)居室空間的需求，但在不用時(shí)還是面臨如何存放的問(wèn)題，特別是如圖8-3所示的學(xué)生宿舍比較狹小的空間，如何解決折疊后椅子的存放問(wèn)題成為一大難題，因此椅子創(chuàng)新設(shè)計(jì)仍有必要。2）問(wèn)題識(shí)別現(xiàn)有的折疊椅產(chǎn)品很多，如何進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)，面臨著問(wèn)題是：椅子折疊后如何擺放問(wèn)題，不想占用地面空間，也不對(duì)居室環(huán)境產(chǎn)生破壞。這是一個(gè)矛盾問(wèn)題：不想折疊椅占用室內(nèi)的地面空間，又能保證客人來(lái)了能夠快速拿出椅子給客人坐。對(duì)于矛盾問(wèn)題，可以采用可拓創(chuàng)新方法中的不相容問(wèn)題求解方法求解，也可以采用TRIZ理論的矛盾求解工具進(jìn)行求解。這里采用不相容問(wèn)題求解方法求解，建立此不相容問(wèn)題的矛盾模型為：，其中的目標(biāo)事元與條件物元分別描述如下。對(duì)象特征量值相關(guān)對(duì)象特征量值地面E面積10平米∽墻面A面積55平米

天花塊D面積10平米3）問(wèn)題分析根據(jù)上述的不相容問(wèn)題模型，對(duì)條件物元進(jìn)行發(fā)散分析，可以采用相關(guān)網(wǎng)發(fā)散分析，如表8-3所示。

表8-3地面的相關(guān)網(wǎng)從表中看出，可以利用墻面面積，但椅子直接掛在墻也不美觀，因而需要對(duì)椅子折疊后的形狀進(jìn)行發(fā)散分析，可以拓展出很多，如動(dòng)物形狀、植物形狀、樂(lè)器形狀、文具形狀等，這里選擇樂(lè)器形狀，具體是選擇吉他形狀，即椅子折疊后為吉他形狀，如圖8-4所示。4）問(wèn)題求解

確定吉他掛飾椅的方案后，需要將掛飾椅方案改造成折疊的椅子，以便執(zhí)行坐和裝飾的功能，這里引入TRIZ理論的小矮人法建立折疊方案。根據(jù)小矮人法的分析流程，先建立原系統(tǒng)的小矮人模型，吉他分為琴頭、琴頸、共鳴腔三大部分，用兩群小矮人（琴頭與琴頸合為一群）構(gòu)成。而后發(fā)揮小矮人的主觀能動(dòng)性，共鳴腔部分小矮人群分層，兩層間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，并由琴頸小矮人群與共鳴腔小矮人群的部分小矮人組成一個(gè)支腳，建立初步的折疊方案，如圖8-5所示。根據(jù)小矮人的思路，進(jìn)一步變換求解，得到具體的如下兩種方案。方案1：根據(jù)上述發(fā)明原理的分析，吉他實(shí)體共鳴腔背面分割實(shí)現(xiàn)椅子的折疊機(jī)構(gòu)，正面保留吉他（琴頭與琴頸、共鳴腔）的外貌和特征，保證美觀性的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了椅子的功能，如圖8-6所示。圖8-6方案1效果圖方案2：將椅子的各部分折疊機(jī)構(gòu)藏于吉他的內(nèi)部，便于攜帶和擺放，但它的機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，靠背不舒適，如圖8-7所示。5）方案評(píng)價(jià)與具體設(shè)計(jì)按照理想度對(duì)上述兩種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)調(diào)查，方案1的理想度最高，故采用方案1進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)中碰到以下問(wèn)題。（1）矛盾分析吉他掛飾椅在具體設(shè)計(jì)中碰到一些矛盾，主要表現(xiàn)在：椅子可靠性與折疊部分尺寸的矛盾，掛飾功能協(xié)調(diào)（產(chǎn)生不美觀的效果）與支腳寬度（影響椅子的受力）的矛盾。針對(duì)這些矛盾，先采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行描述，查詢表4-11標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)，吉他掛飾椅面臨的矛盾為：#3-運(yùn)動(dòng)物體尺寸/#27-可靠性；#13－結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性/#31-物體產(chǎn)生的有害因素。表8-4沖突參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)上述TRIZ標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)，查詢附錄的經(jīng)典的TRIZ矛盾矩陣，如表8-5所示，得到推薦的發(fā)明技巧為：15（一靜不如一動(dòng)），14（毀方投圓），9（先發(fā)制人），4（錯(cuò)落不齊）（這四個(gè)技巧對(duì)應(yīng)第1個(gè)矛盾）；35（隨機(jī)應(yīng)變），40（相輔相成），1（化整為零），28（李代桃僵）（這四個(gè)技巧對(duì)應(yīng)第2個(gè)矛盾）。綜合分析這些推薦的發(fā)明原理，選取15、4、14、1、28五個(gè)原理對(duì)這兩個(gè)矛盾進(jìn)行求解。根據(jù)15（一靜不如一動(dòng)），14（毀方投圓），4（錯(cuò)落不齊）、1（化整為零）、28（李代桃僵）等5個(gè)發(fā)明技巧，給于的是：1）支腳做成可滑移的，這樣展開(kāi)成椅子時(shí)不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，收疊后，支腳滑移到吉他主體面的背后，不影響美觀。2）融入吉他樣式元素，設(shè)置與吉他類似的曲面，增強(qiáng)裝飾效果。3）保留吉他的上下不對(duì)稱性，琴頭與琴頸屬于細(xì)長(zhǎng)桿部分，共鳴腔部分是扁平塊部分。4）將吉他裝飾實(shí)體的共鳴腔部分（小矮人法也得到類似的結(jié)論），分割成兩層，兩層間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也分割出一個(gè)支腳，該支腳可以相對(duì)滑動(dòng)。5）滑動(dòng)支腳的鎖緊采用物理場(chǎng)，如磁場(chǎng)（磁鐵）鎖緊，如圖8-9所示。（2）基于科學(xué)效應(yīng)庫(kù)的掛飾椅收掛功能求解吉他掛飾椅在不使用時(shí)是掛在墻上做裝飾品，但在墻上釘釘子還是影響房間墻面的美觀，而且有個(gè)突起物，有安全隱患。怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？這里采用TRIZ的科學(xué)效應(yīng)庫(kù)進(jìn)行求解，通過(guò)查閱科學(xué)效應(yīng)庫(kù)，利用磁場(chǎng)效應(yīng)（E13），在墻上預(yù)先貼一塊鐵片，吉他掛飾椅一端鑲嵌一塊磁鐵（圖8-10），這樣就可以將掛飾椅輕松地掛在墻上，不會(huì)破壞墻上的美觀?？偨Y(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了吉他掛飾椅的設(shè)計(jì)，大家如果有更好的想法可以一起討論一下。廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.2黑塊刷的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1）應(yīng)用背景黑板擦是老師塊書(shū)教學(xué)必不可少的教學(xué)用具。其作用主要是擦除黑塊上粉筆遺留下的粉塵，為老師的教學(xué)提供一個(gè)良好的環(huán)境。但是，傳統(tǒng)黑塊擦的毛布使用時(shí)間長(zhǎng)了，會(huì)沾上大量粉塵，導(dǎo)致其清潔效率下降。加上彌散的粉塵對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有著嚴(yán)重影響，因此，設(shè)計(jì)出一款新型的自動(dòng)清潔黑塊擦對(duì)教師的教學(xué)活動(dòng)有著重大的積極意義。2）問(wèn)題識(shí)別傳統(tǒng)黑板擦的結(jié)構(gòu)如圖8-11a所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能相對(duì)單一、檫黑板灰塵多?，F(xiàn)需要針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)新型黑板擦，即實(shí)現(xiàn)兩種功能：擦除粉塵和自動(dòng)清潔毛布。擦除動(dòng)作主要依靠毛布與黑板之間的靜摩擦力實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相似。清潔動(dòng)作可采用擊打式或沖洗式來(lái)完成，考慮到裝置的復(fù)雜性和加工成本，可以將毛布做成環(huán)狀，使其通過(guò)一水箱來(lái)完成清洗動(dòng)作。擬設(shè)計(jì)的新型黑板擦原理圖如圖8-11b所示。圖8-11b中存在著兩個(gè)明顯的不足之處：第一，通常黑板擦在使用過(guò)程中呈豎直狀態(tài)，擦拭完放置在黑板擱架或課桌上時(shí)呈水平狀態(tài)。圖中毛布通過(guò)水箱，與水箱間存在間隙，會(huì)導(dǎo)致水的溢出。第二，經(jīng)清洗過(guò)的毛布通過(guò)壓干輪時(shí)，壓出的水沒(méi)有被有效的吸收裝置吸收，又會(huì)造成污水在殼體內(nèi)的遺漏。因此，需對(duì)該結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。對(duì)于問(wèn)題一，若提高毛布與水箱間的密封性，勢(shì)必會(huì)增大清洗時(shí)毛布滑動(dòng)的接觸阻力，不利于傳動(dòng)。同時(shí)，由于毛布不是剛體，其間間隙也不易控制。對(duì)于問(wèn)題二，我們可以將壓干輪布置在一殼體內(nèi)，這樣壓出的多余水分可以存儲(chǔ)起來(lái)，但同時(shí)又會(huì)存在問(wèn)題一的密封性問(wèn)題?？傊瑑蓡?wèn)題的實(shí)質(zhì)均為裝置的密封性能與接觸阻力之間的矛盾。3）問(wèn)題分析對(duì)于此矛盾問(wèn)題，擬達(dá)到的目的是減少水箱中水的流失，增加裝置的密封性后，造成的不利影響是毛布的傳動(dòng)阻力增大。用標(biāo)注工程技術(shù)參數(shù)描述，擬改善的技術(shù)參數(shù)為：#23物質(zhì)損失；導(dǎo)致惡化的技術(shù)參數(shù)為：#10力。4）問(wèn)題求解根據(jù)上述提取的矛盾參數(shù)，查附錄的矛盾矩陣表，其推薦的發(fā)明技巧為：14（毀方投圓），15（一靜不如一動(dòng)），18（天撼地動(dòng)），40（相輔相成），經(jīng)過(guò)初步分析，選用發(fā)明技巧15和40。發(fā)明技巧14（毀方投圓）18（天撼地動(dòng)）15（一靜不如一動(dòng)）40（相輔相成）發(fā)明技巧15：1）改變物體的性質(zhì)或外部環(huán)境，使其工作的每一階段都達(dá)到最佳效果；2）將物體分成彼此相對(duì)移動(dòng)的幾個(gè)部分；3）使不動(dòng)的物體成為動(dòng)的。

由此可以得到啟迪：將水箱分割成相互獨(dú)立的上下兩部分，并在毛布上方的水箱中蓄水，其底部開(kāi)有若干小孔，小孔的開(kāi)閉由一控制閥控制。只在清洗時(shí)打開(kāi)小孔，讓一定量的水與毛布接觸；在擦拭過(guò)程中小孔呈關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水量的動(dòng)態(tài)控制。此過(guò)程將清洗與擦拭過(guò)程進(jìn)行了分離，同時(shí)也有效的保障了壓干輪的工作效率。15（一靜不如一動(dòng)）發(fā)明技巧40：由同種材料轉(zhuǎn)為復(fù)合材料。根據(jù)此技巧啟發(fā)，在毛布與水箱的接觸口用一種特殊的材料填充其間隙，該材料具有與毛布相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力系數(shù)小，保水性能高的特點(diǎn)。同時(shí)，技術(shù)矛盾與物理矛盾間可以相互轉(zhuǎn)化，該問(wèn)題是既要減小毛布與水箱間的間隙，保證水不外流，又想要增大毛布與水箱間的間隙，使毛布滾動(dòng)順暢。即構(gòu)成了毛布與水箱間間隙既要大，又要小的矛盾。這樣便轉(zhuǎn)化成了物理矛盾。運(yùn)用分離原理，并結(jié)合相應(yīng)的發(fā)明技巧來(lái)解決。這里可采用空間分離原理來(lái)解決，將矛盾的雙方在不同的空間上分離開(kāi)來(lái)，對(duì)應(yīng)有10條發(fā)明技巧。經(jīng)分析，可采用3（天圓地方）和13（倒行逆施）來(lái)解決該矛盾。40（相輔相成）應(yīng)用發(fā)明技巧13：1）用相反的作用代替技術(shù)條件規(guī)定的作用；2）使物體或外部介質(zhì)的活動(dòng)部分成為不動(dòng)的，而使不動(dòng)的成為可動(dòng)的；3）將物體顛倒。本問(wèn)題中，原有的思維方式是減小毛布與水箱之間的間隙，避免水的外溢。反過(guò)來(lái)，可考慮增大兩者之間的間隙，將水箱分割成上下相互獨(dú)立的兩部分。應(yīng)用發(fā)明技巧3：1)將物體、外部環(huán)境或作用的均勻結(jié)構(gòu)改變?yōu)椴痪鶆蚪Y(jié)構(gòu)。2)使物體的不同部分具有不同的功能。3)使物體的各部分處于完成其功能的最佳狀態(tài)。由此啟發(fā)，可將位于毛布下方的水箱用吸水材料替代，其作用是用來(lái)吸收從上方水箱清洗毛布過(guò)程中產(chǎn)生的多余水分。5）方案評(píng)價(jià)綜合以上各創(chuàng)新原理產(chǎn)生的創(chuàng)新方案，可得到一個(gè)最終的解決方案：將水箱4布置在毛布6的上方，使其與殼體1固連。水箱上部開(kāi)有透明的觀察孔和注水孔，可實(shí)時(shí)觀察水箱中水量；其下部開(kāi)有若干小孔，在其頂部設(shè)有一個(gè)控制閥3，用于控制小孔的開(kāi)閉。在水箱下面相距合適的距離對(duì)稱布置兩組壓干輪5，其作用在于使分布在毛布上的粉塵彌散和壓干毛布上多余水分的目的。在毛布下方的隔塊9上放置了一個(gè)吸水材料10，其用于吸收壓干輪壓出的多余水分。隔塊9與殼體1固連在一起。為了防止毛布使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的松弛現(xiàn)象，可在隔塊9下面布置若干個(gè)小滾筒11來(lái)達(dá)到此壓緊效果。該黑板擦的擦拭與清洗過(guò)程是分開(kāi)進(jìn)行的。在擦拭時(shí)，由于毛布與黑板成一定的傾斜角度，因此不會(huì)導(dǎo)致毛布過(guò)多的滾動(dòng)現(xiàn)象。此時(shí)，水箱底部的小孔呈閉合狀態(tài)。當(dāng)毛布需要清洗時(shí)，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)3，用力壓動(dòng)放置在水平講臺(tái)上的黑板擦，使其在水平面上來(lái)回滾動(dòng)幾次。此時(shí)，壓干輪5的主要作用是使毛布上的粉塵彌散，以提高其清潔的效率。關(guān)閉控制開(kāi)關(guān)3后，使其再在桌面上滾動(dòng)幾次，此時(shí)壓干輪5的作用是壓干毛布。這樣便達(dá)到了其自動(dòng)清潔的功能。最終設(shè)計(jì)的新型黑板擦的結(jié)構(gòu)原理圖如和實(shí)體8-12所示?？偨Y(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了黑板刷的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同學(xué)們還有其他的解決方案嗎？廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.3多用直尺的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1）應(yīng)用背景直尺、三角塊、量角器等繪圖工具是學(xué)生幾何或繪圖學(xué)習(xí)必備的工具，目前學(xué)生所使用的大多是4件套的直尺套裝，如圖8-13所示，直尺、45°三角塊、60°三角塊和量角器，每個(gè)功能單一，在不同場(chǎng)合下需要使用不同的尺子，給學(xué)生繪圖帶來(lái)了極大的不便；而且成套的尺子占用空間大，材料消耗多。因此，具有多功能的直尺將受到學(xué)生的歡迎。2）問(wèn)題識(shí)別綜上得知，這里是不相容問(wèn)題，即目標(biāo)（多功能）與條件（占空間?。┑拿?，采用不相容問(wèn)題求解方法求解，建立此不相容問(wèn)題的矛盾模型為：，其中的目標(biāo)事元與條件物元分別描述如下。

目標(biāo)事元G：

動(dòng)詞特征量值占用D施動(dòng)對(duì)象直尺支配對(duì)象空間程度少表8-6目標(biāo)事元條件物元L：物特征量值直尺E面積0.004平米表8-7條件物元3）問(wèn)題分析上述目標(biāo)與條件的矛盾，可以轉(zhuǎn)化技術(shù)矛盾，即#6-靜止物體的面積，與#35-適應(yīng)性的矛盾。#6-靜止物體的面積#35-適應(yīng)性的矛盾轉(zhuǎn)化4）問(wèn)題求解根據(jù)上面的分析，查詢附錄的矛盾矩陣，獲得推薦的發(fā)明技巧為15（一靜不如一動(dòng)）、16（多退少補(bǔ)），對(duì)照本問(wèn)題，采用發(fā)明技巧15。發(fā)明技巧15的措施為：1）改變物體的性質(zhì)或外部環(huán)境，使其工作的每一階段都達(dá)到最佳效果；2）將物體分成彼此相對(duì)移動(dòng)的幾個(gè)部分；3）使不動(dòng)的物體成為動(dòng)的。根據(jù)這個(gè)技巧的啟示，設(shè)計(jì)以直尺作為基礎(chǔ)，將直尺改為可以調(diào)整的，將直尺分為兩段，中間鉸接。一端包含45°三角塊，另外一端包含60°三角塊，這樣在兩端就可以直接畫(huà)三角形。兩段鉸接處有量角的刻度，這兩段可以呈一定的夾角（角度可以調(diào)整），這樣可以繪制角度。也可采用其他折疊方式，建立如圖8-15所示的另外一種多用直尺方案。5）方案評(píng)價(jià)綜合上述方案，經(jīng)過(guò)比較（或者按前面的定量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)）后選用方案1，模型如圖8-16所示，該機(jī)構(gòu)尺身之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸連接起來(lái)，閑置的時(shí)候可以將尺身通過(guò)旋轉(zhuǎn)重合放到收納盒中，達(dá)到節(jié)省空間目的。在尺身的兩端分別有45°和60°的開(kāi)口，可代替平時(shí)常用的45°和60°的三角塊。總結(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了多用直尺的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。同學(xué)們還有其他新的想法嗎？一起討論一下。廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.4往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1）應(yīng)用背景直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)能夠執(zhí)行推拉、升降、進(jìn)給等功能，在機(jī)器中發(fā)揮著重要作用。實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等（圖8-17），及其他們的組合機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)都在機(jī)械中得到應(yīng)用，并起到重要作用。其中齒輪齒條機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度高，但齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)需要電機(jī)正反轉(zhuǎn)，對(duì)電機(jī)有損害，需要設(shè)計(jì)一種讓電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而讓齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條機(jī)構(gòu)。2）問(wèn)題識(shí)別針對(duì)上述設(shè)計(jì)要求，面臨的問(wèn)題是，傳統(tǒng)的齒輪齒條機(jī)構(gòu)的電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)才能使齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而現(xiàn)在又不希望電機(jī)正反轉(zhuǎn)，故這是一個(gè)既要正反轉(zhuǎn)又不要正反轉(zhuǎn)的矛盾問(wèn)題。3）問(wèn)題分析具體分析上述矛盾問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)是物理矛盾，即對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)向提出了完全相反的要求。4）問(wèn)題求解針對(duì)這個(gè)物理矛盾，采用系統(tǒng)級(jí)別的分離原理來(lái)求解，即整體上，電機(jī)是連續(xù)繞同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而在齒輪結(jié)構(gòu)或齒條結(jié)構(gòu)上進(jìn)行變換，來(lái)實(shí)現(xiàn)齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)，圖8-18列出了幾種這樣的方案。5）方案評(píng)價(jià)

綜合上述方案，以復(fù)雜程度和制造難度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比分析，選用兩個(gè)非完全齒輪與齒條組合的方案，結(jié)構(gòu)如圖8-19所示，采用2個(gè)不完全齒輪和齒條進(jìn)行傳動(dòng)，左邊的不完全齒輪是原動(dòng)件，與另一個(gè)不完全齒輪和齒條3均可進(jìn)行嚙合，主動(dòng)不完全齒輪先與齒條嚙合，使得齒條向左運(yùn)動(dòng)，然后與從動(dòng)的不完全齒輪嚙合，此時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的從動(dòng)不完全齒輪帶動(dòng)齒條向右運(yùn)動(dòng)，達(dá)到左右往復(fù)的目的。總結(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同學(xué)們可以交流一下自己見(jiàn)過(guò)的往復(fù)機(jī)構(gòu)。廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.5提高流體研磨效果的方案設(shè)計(jì)常用的打磨設(shè)備車(chē)床銑床常用的打磨設(shè)備牛頭刨床龍門(mén)刨床1）應(yīng)用背景流體研磨是一項(xiàng)新的研磨技術(shù)，它是依靠流體帶動(dòng)磨粒不停的撞擊工件，使工件表面產(chǎn)生微小變形，從而達(dá)到磨削的目的。由于它具有很好的可循環(huán)性，且控制性能較好，裝置相對(duì)簡(jiǎn)單可靠，所以流體研磨機(jī)的研制是近幾年來(lái)微磨削研究的熱點(diǎn)之一。但是，它也存在著一些問(wèn)題：用流體研磨機(jī)對(duì)被加工物體進(jìn)行研磨時(shí)，需要向試件不停的噴射流體；相比其它的研磨技術(shù)，耗時(shí)較長(zhǎng)，電機(jī)消耗的功率更多，會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱量增大和電機(jī)壽命下降等問(wèn)題。研磨機(jī)研磨丸2）問(wèn)題識(shí)別3）問(wèn)題分析對(duì)于上述不相容問(wèn)題，可以采用矛盾矩陣求解，這里抽出兩組工程技術(shù)矛盾參數(shù)。矛盾1：改善的參數(shù)為：#22電機(jī)能量的損失；惡化的參數(shù)為：#27加工的可靠性。矛盾2：改善的參數(shù)為：#25縮短相應(yīng)的加工時(shí)間（時(shí)間損失）；惡化的參數(shù)為：#29待加工工件的制造精度。矛盾1改善的參數(shù)為：#22電機(jī)能量的損失惡化的參數(shù)為：#27加工的可靠性矛盾2改善的參數(shù)為：#25縮短相應(yīng)的加工時(shí)間（時(shí)間損失）惡化的參數(shù)為：#29待加工工件的制造精度對(duì)于矛盾1，查附錄矛盾矩陣表，得到推薦的發(fā)明技巧為：11-（防患未然）；10-（有備無(wú)患）；35-（隨機(jī)應(yīng)變）。

“防范未然”提示：事先準(zhǔn)備好應(yīng)急措施，以補(bǔ)償物體相對(duì)較低的可靠性。該技巧可用可拓的增加變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“有備無(wú)患”建議：對(duì)物體的全部或部分施加必要的改變，或預(yù)先將物體安置在最方便的位置，使其可以立即發(fā)揮作用。該技巧可用分割與置換綜合變換來(lái)實(shí)現(xiàn)?！半S機(jī)應(yīng)變”建議：改變物質(zhì)的物態(tài)、濃度、密度、柔度或溫度等特性，這個(gè)技巧用置換變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。綜合以上三個(gè)發(fā)明技巧，給于的啟示為：要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能目標(biāo)可事先執(zhí)行某種必要的改變，而它們之間的差異只在于如何劃分動(dòng)作及劃分什么動(dòng)作。對(duì)于該問(wèn)題，在研磨前，對(duì)流體介質(zhì)或工件進(jìn)行某些必要的改變。比如：對(duì)研磨介質(zhì)的粘度或磨粒粒度進(jìn)行改變，或者將待加工件加熱到合適的溫度，以保證其良好的切削性能。對(duì)于矛盾2，查附錄矛盾矩陣表，得到推薦的發(fā)明技巧為：24-（穿針引線）；26（以假亂真）；28-（李代桃僵)；18-(天撼地動(dòng))。“穿針引線”建議：依靠中介物來(lái)完成某種功能或動(dòng)作?？捎每赏氐脑黾幼儞Q來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“以假亂真”建議：使用簡(jiǎn)化的廉價(jià)復(fù)制品，或者使用光學(xué)復(fù)制品替代實(shí)物?？捎脧?fù)制變換來(lái)實(shí)現(xiàn)?！袄畲医苯ㄗh：用光學(xué)系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)等來(lái)代替機(jī)械系統(tǒng)；使用運(yùn)動(dòng)場(chǎng)替代靜止場(chǎng)，時(shí)變場(chǎng)替代恒定場(chǎng)，結(jié)構(gòu)化場(chǎng)替代隨機(jī)場(chǎng)；把場(chǎng)與場(chǎng)作用與鐵磁粒子組合使用?？捎弥脫Q變換來(lái)實(shí)現(xiàn)

“天撼地動(dòng)”建議：使物體處于振動(dòng)狀態(tài)，或提高振動(dòng)物體的頻率；用壓電振動(dòng)代替機(jī)械振動(dòng)，或?qū)⒊暡ㄕ駝?dòng)與電磁場(chǎng)耦合。可用置換、增加的組合變換實(shí)現(xiàn)?？紤]到改進(jìn)成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性，選用技巧26和18，受其啟迪，布置多個(gè)噴射口同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行噴射加工，并將其做成可小角度的擾動(dòng)的形式；同時(shí)，對(duì)噴嘴的大小和形狀進(jìn)行優(yōu)化，以增大出口處磨料的流速和動(dòng)能。4）問(wèn)題求解5）方案評(píng)價(jià)根據(jù)物元的發(fā)散性（如一征多值），可對(duì)研磨頭的形狀、大小及個(gè)數(shù)進(jìn)行發(fā)散比較，并根據(jù)作用時(shí)間、加工質(zhì)量等技術(shù)人員關(guān)心的因素分配相應(yīng)的權(quán)重，分別計(jì)算各方案的權(quán)值大小，通過(guò)比較選擇最優(yōu)的可行方案。綜合以上分析，能得到一個(gè)最終的解決方案：對(duì)待加工件進(jìn)行流體研磨時(shí)，先將其置于一定的液體溶液中加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?，同時(shí)選用合適粘度及磨粒濃度的研磨液，對(duì)待加工件進(jìn)行預(yù)操作。并在工件上方布置兩個(gè)相互垂直成90度夾角的研磨頭（其噴射口的大小和形狀以進(jìn)行優(yōu)化）對(duì)工件進(jìn)行噴射加工，同時(shí)將其做成小角度擾動(dòng)的形式。改進(jìn)后的原理圖如圖8-20所示。總結(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了提高流體研磨效果的方案設(shè)計(jì)。研磨的設(shè)計(jì)方案多種多樣，只有不斷的創(chuàng)新，才能獲得更多，更好的打磨產(chǎn)品。廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.6提高吸塵器的清潔效果談?wù)勎鼔m器的發(fā)展掃地機(jī)器人作為智能的清潔方式正在快速的發(fā)展期，更智能更便捷是未來(lái)的發(fā)展方向；而吸塵器呢？雖然在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)普及率低，但是吸塵器吸塵器的出現(xiàn)至今已經(jīng)有100多年的歷史。談?wù)勎鼔m器的發(fā)展百年前人們用壓縮空氣將灰塵吹入到容器中而英格蘭的布斯認(rèn)為這種方法并不高明，反其道而行之將吹灰塵變成吸灰塵，就這樣在1901年8月布斯申請(qǐng)了真空吸塵器專利，這就是世界上最早的真空吸塵器雛形。談?wù)勎鼔m器的發(fā)展一直到1926年第一款直立式吸塵器問(wèn)世，1921年瑞典的阿克塞爾溫納格倫推出了創(chuàng)新性的V型機(jī)，該機(jī)型被設(shè)計(jì)成趴在地板上的兩個(gè)薄的金屬滑道上，這一創(chuàng)新成為后來(lái)幾代吸塵器的標(biāo)準(zhǔn)功能，也是現(xiàn)代吸塵器發(fā)展的航向標(biāo)桿。談?wù)勎鼔m器的發(fā)展經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，如今的吸塵器已經(jīng)有各式各樣的形態(tài)，而且國(guó)內(nèi)的吸塵器行業(yè)也處于蓬勃的發(fā)展期。有線退出歷史舞臺(tái)無(wú)線稱霸天下。談?wù)勎鼔m器的發(fā)展隨著發(fā)展吸塵器續(xù)航時(shí)間持續(xù)延長(zhǎng)全屋清潔越來(lái)越輕松使用場(chǎng)景多元化，功能多樣化清掃功能由“吸”擴(kuò)大到“拖，外觀設(shè)計(jì)極簡(jiǎn)、輕便1）應(yīng)用背景吸塵器作為家用清潔工具，它可以除去地面上的灰塵，保持室內(nèi)衛(wèi)生的清潔。吸塵器的吸附力決定了地面的清潔度，對(duì)于地面長(zhǎng)時(shí)間累積的污垢，希望增加吸附力來(lái)改善清潔效果。2）問(wèn)題識(shí)別

從上面看到，這個(gè)問(wèn)題是效應(yīng)不足的問(wèn)題，可以應(yīng)用物場(chǎng)分析來(lái)分析求解。3）問(wèn)題分析

建立物場(chǎng)模型，如圖8-21所示，S1代表被吸附的空氣，S2代表灰塵，F(xiàn)1代表機(jī)械場(chǎng)（風(fēng)力場(chǎng)）。該模型是屬于效應(yīng)不足模型。解決效應(yīng)不足物場(chǎng)模型的一般解法包括三種：引入第二個(gè)場(chǎng)（解法4）；引入第二個(gè)場(chǎng)和第三種物質(zhì)（解法5）；引入第二個(gè)場(chǎng)或第二個(gè)場(chǎng)和第三種物質(zhì)，代替原有場(chǎng)或原有場(chǎng)和物質(zhì)（解法6）。4）問(wèn)題求解

根據(jù)解法4的提示，引入一個(gè)場(chǎng)，該場(chǎng)可為機(jī)械場(chǎng)或電磁場(chǎng)等，擬在吸氣口處增加一輔助清掃裝置（機(jī)械場(chǎng)），對(duì)地面上的頑固灰塵進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)解法5的啟示，再擬增加第三種物質(zhì)。第三種物質(zhì)往往與第一或第二種物質(zhì)有聯(lián)系。將吸塵器吸入的污濁空氣經(jīng)過(guò)濾后循環(huán)利用，并作為物質(zhì)S1的同類物使用。其相應(yīng)的物場(chǎng)模型如圖8-22所示。其中，F(xiàn)2代表機(jī)械場(chǎng)（風(fēng)力場(chǎng)），S3代表過(guò)濾后的空氣?？紤]吸塵器內(nèi)部的實(shí)際結(jié)構(gòu)，改進(jìn)前，吸塵器吸入的渾濁空氣經(jīng)過(guò)濾裝置過(guò)濾后，由排氣裝置將空氣排出體外。改進(jìn)后需要對(duì)其進(jìn)行循環(huán)利用。

優(yōu)度評(píng)價(jià)考慮到不增加電機(jī)功率的額外輸出，以延長(zhǎng)清潔的時(shí)間，圓筒型的清掃輔助裝置可借助傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力向前運(yùn)動(dòng)，其所受的滾動(dòng)摩擦力較小，故明顯優(yōu)于三角型的輔助裝置。5）方案評(píng)價(jià)對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行比較，得到解決方案：包含一個(gè)吸氣口和一個(gè)空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)，在吸氣口下方安裝一個(gè)滾筒清潔頭，可隨傳動(dòng)裝置一起滾動(dòng)，并將其做成柔性扦插式結(jié)構(gòu)，便于取出清洗。污濁的空氣經(jīng)吸氣口吸入并被過(guò)濾，過(guò)濾后的空氣回流到排氣管線內(nèi)，經(jīng)吸氣口內(nèi)壁上開(kāi)有的若干空氣噴射口噴出，幫助從被清理表面上移走灰塵。同時(shí)，在清潔器機(jī)殼附近對(duì)被清潔表面的一部分進(jìn)行密封，防止灰塵被空氣射流驅(qū)散到外面，如圖8-21所示?？偨Y(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了提高吸塵器的清潔效果，未來(lái)的吸塵器會(huì)是什么樣子，大家可以盡情的想象。廣州大學(xué)第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.7多功能椅子的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1）應(yīng)用背景椅子作為日常用品來(lái)說(shuō)很常見(jiàn)，傳統(tǒng)椅子結(jié)構(gòu)如下圖所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，有時(shí)作為增高的工具，以滿足人們臨時(shí)登高進(jìn)行室內(nèi)維修的需求，但登高范圍有限，因而希望椅子既能坐，又能輔助登高。2）問(wèn)題識(shí)別這個(gè)問(wèn)題明顯是個(gè)需要增加功能的問(wèn)題，可以采用發(fā)明技巧中的“珠聯(lián)璧合”或拓展分析與變換來(lái)求解。3）問(wèn)題分析利用“珠聯(lián)璧合”、“一應(yīng)俱全”發(fā)明技巧，設(shè)計(jì)一種兼具梯子和椅子的功能的多功能椅子。4）問(wèn)題求解根據(jù)上述發(fā)明技巧，提出以下兩種方案：方案一：在現(xiàn)有實(shí)木椅子的基礎(chǔ)上，利用椅子的底部空間（因?qū)嵞疽巫拥牡撞坑兄艽蟮目臻g），在這個(gè)空間設(shè)計(jì)一個(gè)梯子結(jié)構(gòu)。如圖8-22a所示當(dāng)需要使用梯子的時(shí)候只需要將限位釘拔出，然后將梯子沿著連接銷(xiāo)軸的軸線旋轉(zhuǎn)即可以得到一個(gè)梯子，如圖8-22b所示。方案二：將椅子中間分為兩部分，由鉸鏈連接起來(lái)。將椅背旋轉(zhuǎn)后得到的4層梯子，可以很方便的使用。梯子本身是由木塊和方管組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，如圖8-23所示。5）方案評(píng)價(jià)對(duì)上述方案進(jìn)行優(yōu)度評(píng)價(jià)（具體過(guò)程略），選擇方案二作為實(shí)施方案，后續(xù)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。請(qǐng)同學(xué)們思考一下，椅子還可以有那一些功能？練一練：靠椅單人床椅子桌子二合一可升降寶寶椅（gif）可變形多功能組合桌椅（gif）總結(jié)：本章節(jié)主要學(xué)習(xí)了多功能椅子的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，桌椅的設(shè)計(jì)多種多樣，同學(xué)們可以打開(kāi)自己的思路，多思考，多創(chuàng)新。第八章創(chuàng)新與發(fā)明案例8.8石塊搬運(yùn)車(chē)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.問(wèn)題背景石板路在我國(guó)是一種常見(jiàn)的道路，鋪設(shè)石板路需要許多重達(dá)數(shù)十斤的石板。顯然，搬運(yùn)這些石板需要使用輔助工具。而日常生活中人們常采用如下方法搬運(yùn)石板：扁擔(dān)搬運(yùn)鉤子搬運(yùn)顯然，以上搬運(yùn)方式存在許多不足：①搬運(yùn)不牢靠，工人易受傷；②人力耗費(fèi)大；③勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低；……

為此，設(shè)計(jì)一款?yuàn)A緊可靠，搬運(yùn)便捷的新型搬運(yùn)設(shè)備對(duì)于減輕工人的負(fù)擔(dān)和受傷風(fēng)險(xiǎn)具有重大意義。2.問(wèn)題識(shí)別①問(wèn)題模型建立：以手推車(chē)搬運(yùn)為例，建立其物場(chǎng)模型：顯然，這是一個(gè)功能效應(yīng)不足的模型，對(duì)于功能效應(yīng)不足的物場(chǎng)模型，TRIZ理論給出了三種一般解：a：使用（）代替（），強(qiáng)化有用效應(yīng)；b：加入強(qiáng)化有用效應(yīng)；c：加入和提高有用效應(yīng)。②改進(jìn)方案：根據(jù)第三種一般解法的提示，得到如下方案：

在手推車(chē)的基礎(chǔ)上，增加了簡(jiǎn)易搭爪機(jī)構(gòu)，大大提高了石板搬上和搬下手推車(chē)時(shí)的效率，從而提高了手推車(chē)的有用效應(yīng)③初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)上述分析，對(duì)石板搬運(yùn)車(chē)進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：搭爪鉸接在手推車(chē)的車(chē)軸兩側(cè)，能夠繞車(chē)輪軸旋轉(zhuǎn)，搭爪桿是可在螺旋機(jī)構(gòu)作用下伸縮的，當(dāng)手推車(chē)頭部壓低鍥入大石塊的內(nèi)側(cè)，再用搭爪卡住外側(cè)，收縮搭爪，將大石塊拉入手推車(chē)，之后推動(dòng)手推車(chē)將大石塊搬運(yùn)到預(yù)定的位置，卸石塊時(shí)，將搭爪頂住石塊內(nèi)側(cè)，伸長(zhǎng)搭爪桿，將石塊推出小車(chē)。初始方案的搬運(yùn)石塊過(guò)程4.系統(tǒng)分析①組件模型建立：石板搬運(yùn)車(chē)主要分為手推車(chē)、搭爪機(jī)構(gòu)兩大部分，手推車(chē)主要由車(chē)斗、把手、車(chē)輪、車(chē)輪軸組成，搭爪機(jī)構(gòu)則包括搭爪、搭爪桿、伸縮機(jī)構(gòu)組成，而對(duì)石板搬運(yùn)車(chē)系統(tǒng)有影響是操作者（人），作用對(duì)象為石板。據(jù)此建立組件模型

圖中矩形框?yàn)橄到y(tǒng)組件，六菱形框?yàn)槌到y(tǒng)組件，圓角矩形框?yàn)樽饔脤?duì)象。

結(jié)構(gòu)模型對(duì)圖中紅點(diǎn)處進(jìn)一步分析如下：

結(jié)構(gòu)表②結(jié)構(gòu)模型建立：結(jié)構(gòu)模型是基于組件的模型，用于描述系統(tǒng)各組件之間的相互作用的關(guān)系：顯然，類似這樣的有害功能還有多處，在此不一一列舉。③功能模型建立：功能模型是采用規(guī)范的功能描述方式表達(dá)個(gè)組件間相互作用的關(guān)系，將這些功能關(guān)系全部表達(dá)出來(lái)便形成系統(tǒng)功能模型圖，其中，紅色波浪箭頭代表有害效應(yīng)，虛線箭頭代表不足效應(yīng)④系統(tǒng)裁剪：

存在有害功能效應(yīng)的系統(tǒng)，通常采用系統(tǒng)裁剪法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)裁剪法，TRIZ給出4種實(shí)施策略：假設(shè)希望裁剪的是A組件，其作用對(duì)象為B組件，則有策略一：若B組件價(jià)值低，可考慮將其裁剪掉，因此系統(tǒng)不需要A組件的功能，可將其裁減掉；策略二：若B組件能自行完成A組件的功能，則可將A組件裁減掉；

ABAB策略一策略二ACB策略三AC'B策略四策略三：若A組件的功能可由系統(tǒng)中其他組件完成，則可將A組件裁減掉；策略四：若A組件的功能可由新添的成本更低的組件完成，則可將A組件裁減掉。

策略一到四優(yōu)先度依次降低，可采用多個(gè)策略組合使用。

顯然，策略一和策略二不適用于本例，因此考慮策略三，將具有有害功能的支架和電機(jī)裁減掉，控制夾緊片的功能由把手完成，減少系統(tǒng)中的有害部件，達(dá)到提高系統(tǒng)理想度的目的。

方案一石板5.技術(shù)方案整理①全部技術(shù)方案把手與夾緊支桿、前端夾爪固連，并與車(chē)軸鉸接，后端夾爪通過(guò)夾緊支桿固連在車(chē)輪軸上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手，使前端夾爪上移，縮短兩夾爪間的距離，夾緊石板，并將石塊提離地面，推動(dòng)把手，滾動(dòng)車(chē)輪，移動(dòng)石塊，到達(dá)預(yù)定位置后，反向轉(zhuǎn)動(dòng)把手，前端夾爪下移，兩夾爪間距離增大，松開(kāi)石塊，完成一次石塊搬運(yùn)。方案二石板車(chē)輪軸上固定一個(gè)底板，底板上固接一個(gè)帶鉸鏈的支座，夾緊支桿與后端夾爪固接，把手與夾緊支桿鉸接，把手與底板上的支座鉸接，前端夾爪通過(guò)夾緊支桿固連在車(chē)輪軸上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手，使后端夾爪水平前移，縮短兩夾爪間的距離，夾緊石板，進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)把手就能將石塊提離地面，推動(dòng)把手，滾動(dòng)車(chē)輪，移動(dòng)石塊，到達(dá)預(yù)定位置后，反向轉(zhuǎn)動(dòng)把手，后端夾爪水平后移，兩夾爪間距離增大，松開(kāi)石塊，完成一次石塊搬運(yùn)。方案三石板把手與夾緊支桿、后端夾爪固連，并與車(chē)軸鉸接，前端夾爪通過(guò)夾緊支桿固連在車(chē)輪軸上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手，使后端夾爪上移，縮短兩夾爪間的距離，夾緊石板，并將石塊提離地面，推動(dòng)把手，滾動(dòng)車(chē)輪，移動(dòng)石塊，到達(dá)預(yù)定位置后，反向轉(zhuǎn)動(dòng)把手，后端夾爪下移，兩夾爪間距離增大，松開(kāi)石塊，完成一次石塊搬運(yùn)。