劉小蘭 趙瑋 劉艷春

摘要：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)一直是機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)，很多影響人類(lèi)進(jìn)步的重大發(fā)明都是來(lái)自于靈光一現(xiàn)的機(jī)械發(fā)明。在高校的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中如何結(jié)合創(chuàng)新方法來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力已經(jīng)成為工科專(zhuān)業(yè)教育的目標(biāo)和主線。

關(guān)鍵詞：TRIZ創(chuàng)新方法;機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì);雨傘支撐機(jī)構(gòu)

0 引言

TRIZ理論是前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒在1956年創(chuàng)立的，阿奇舒勒也被尊稱(chēng)為T(mén)RIZ之父。阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)任何領(lǐng)域的產(chǎn)品改進(jìn)、技術(shù)的變革、創(chuàng)新和生物系統(tǒng)一樣，都存在產(chǎn)生、生長(zhǎng)、成熟、衰老、滅亡，是有規(guī)律可循的。人們?nèi)绻莆樟诉@些規(guī)律，就能快速地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)并能預(yù)測(cè)產(chǎn)品的未來(lái)趨勢(shì)。數(shù)十年間，阿奇舒勒窮其畢生的精力致力于TRIZ理論的研究和完善。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，前蘇聯(lián)的研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)組成了TRIZ的研究團(tuán)體，分析了世界近250萬(wàn)份高水平的發(fā)明專(zhuān)利，總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式，以及解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新原理和法則相關(guān)書(shū)籍，建立一個(gè)由解決技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則，建立起TRIZ理論體系。

1 問(wèn)題引入

雖然雨傘有種種好處，可以為我們遮風(fēng)擋雨，但傳統(tǒng)雨傘在使用過(guò)程中也存在許多不盡人意的問(wèn)題，面對(duì)雨傘的使用不便，我們有沒(méi)有想過(guò)：是不是傘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有什么不合理的地方？那又該怎樣改進(jìn)呢？

2 問(wèn)題分析

想要對(duì)傳統(tǒng)雨傘進(jìn)行改進(jìn)，首先讓我們先來(lái)了解一下傳統(tǒng)雨傘的結(jié)構(gòu)組成。傳統(tǒng)雨傘主要是由傘布、傘帽、支撐機(jī)構(gòu)、傘扣開(kāi)關(guān)等幾部分組成，支撐機(jī)構(gòu)則是雨傘的核心組成。主要是由傘柄、套筒、撐桿、傘骨等基本構(gòu)件組成。傘柄與撐桿、傘骨組成一個(gè)三角形，當(dāng)用力將傘收起來(lái)時(shí)，在向下的力作用下，傘骨與傘柄之間的夾角變小，傘被收攏起來(lái)。一旦將開(kāi)關(guān)打開(kāi)，被壓縮的彈簧伸長(zhǎng)，夾角增大，帶動(dòng)AB段傘骨向傘頂移動(dòng)，傘自動(dòng)打開(kāi)，并因彈簧力量維持打開(kāi)狀態(tài)，直到用手再次拉回收傘，彈簧再受壓縮準(zhǔn)備下次打開(kāi)。由此可以看出，雨傘支撐機(jī)構(gòu)的主要功能就是支撐傘面張開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)遮擋雨水的功能。

3 問(wèn)題解決

為了解決雨傘使用不便的問(wèn)題，我們可以嘗試運(yùn)用TRW理論中系統(tǒng)功能分析的方法來(lái)構(gòu)建雨傘支撐機(jī)構(gòu)的功能模型（如圖I所示）：

通過(guò)功能模型可看出，雨傘使用不便主要是由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了它的運(yùn)動(dòng)形式受空間限制。而我們對(duì)雨傘在攜帶過(guò)程中總是希望它盡可能的小巧一些。這時(shí)，我們就想到是不是可以把雨傘做的小一些來(lái)滿(mǎn)足我們對(duì)雨傘攜帶方便的需求?？墒钱?dāng)下雨的時(shí)候，這種便于攜帶的小巧雨傘就不能更好的為我們遮擋雨水。反過(guò)來(lái)，如果我們?yōu)榱藵M(mǎn)足遮雨的要求，可以把雨傘做的大一些，這樣就能更好的遮擋雨水，但是攜帶卻不方便。也就是說(shuō)對(duì)于雨傘我們既希望它大，又需要它小。這種對(duì)系統(tǒng)中同一參數(shù)的相反要求，TRIZ創(chuàng)新方法中稱(chēng)之為物理矛盾，物理矛盾可以通過(guò)時(shí)間分離、空間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離來(lái)尋找解決方案。

該物理矛盾中對(duì)參數(shù)的相反要求是在不同的時(shí)間和空間里。下雨的時(shí)候需要雨傘大，收傘、攜帶的時(shí)候需要雨傘小，遮雨的時(shí)候希望它大，放在包里的時(shí)候希望它小，因此該矛盾可以從“時(shí)間”和“空間”上進(jìn)行分離。對(duì)應(yīng)時(shí)間分離、空間分離的triz發(fā)明原理有很多，比如利用反向發(fā)明原理就發(fā)明出了一款反向雨傘。這位德國(guó)的工程師，運(yùn)用他所掌握的數(shù)學(xué)應(yīng)用和精密工程方面的知識(shí)，他開(kāi)始了對(duì)傳統(tǒng)雨傘全新的升級(jí)。有一點(diǎn)空閑就計(jì)算、設(shè)計(jì)，一個(gè)細(xì)節(jié)修改幾十次也在所不惜。不論是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還是材料的選擇，有點(diǎn)強(qiáng)迫癥的工程師，生動(dòng)地詮釋了完美二字。從TRIZ創(chuàng)新方法的角度去分析，該雨傘正是應(yīng)用了“反向作用原理”，使雨傘的支撐機(jī)構(gòu)與原先相反的方向收攏，使得問(wèn)題迎刃而解。

4 總結(jié)

以上多種方案從不同的角度解決了雨傘使用過(guò)程中的不便，而這些解決方案有時(shí)并不是單純的只靠專(zhuān)業(yè)技術(shù)去解決，創(chuàng)新方法的融入使我們事半功倍。面對(duì)難題，當(dāng)我們?cè)谡莆樟艘欢▽?zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的同時(shí)，如果再結(jié)合一定的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法，那那解決問(wèn)題的過(guò)程就不在困難，反而變得有趣。關(guān)于雨傘創(chuàng)意設(shè)計(jì)還有很多，比如情侶雨傘、不對(duì)稱(chēng)雨傘、布袋雨傘等等，都是利用不同的發(fā)明原理得到的創(chuàng)意雨傘，這些雨傘也都從不同方面解決了雨傘的一些弊端。所以，讓我們一起將創(chuàng)新方法與專(zhuān)業(yè)知識(shí)相融合，去解決更多的技術(shù)難題，產(chǎn)生更多的新發(fā)明、新創(chuàng)造，使我們的社會(huì)不斷進(jìn)步，引領(lǐng)未來(lái)的科技吧。

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