基于技術(shù)系統(tǒng)進化理論的公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置設(shè)計*

郜紅合，李 靖，葛文彬，張 巍

(遼寧石油化工大學 工業(yè)設(shè)計系，遼寧 撫順 113001)

基于技術(shù)系統(tǒng)進化理論的公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置設(shè)計*

郜紅合，李 靖，葛文彬，張 巍

(遼寧石油化工大學 工業(yè)設(shè)計系，遼寧 撫順 113001)

首先，從分析傳統(tǒng)的公共室內(nèi)空間除雨雪裝置和產(chǎn)品入手，找出了目前該產(chǎn)品或技術(shù)所存在的缺陷和導致的問題；然后，根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)的進化理論和模式進行分析，預測當前產(chǎn)品的下一代產(chǎn)品的可能進化方向，并從中發(fā)現(xiàn)了技術(shù)沖突；最后，基于TRIZ原理的沖突矩陣，設(shè)計出了一款新型公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置。

室內(nèi)入口；除雨雪；裝置；TRIZ理論；設(shè)計

DesignofDeviceUsedtoRemoveSnowandRainintheInteriorEntranceon

公共室內(nèi)空間入口在下雨或者下雪的天氣情況下，鞋底的雨水或者積雪(冰)經(jīng)常會隨著人們進入室內(nèi)的時候粘在地面上，使地面變得濕滑和臟亂不堪，以至于經(jīng)常出現(xiàn)滑倒傷人事故；另外，由于有些地方人流量大，使得積水無法得到及時清理，影響了環(huán)境美觀，對企業(yè)的形象產(chǎn)生了不良影響，如圖1所示。目前，市場上現(xiàn)有的各種吸水物質(zhì)價格便宜，能夠起到清理作用，但是都不能做到自動高效地循環(huán)使用，造成大量的人力浪費。為了解決上述問題，采用TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化理論進行了分析，從而找到此類產(chǎn)品可能的進化方向。

圖1 雨雪天氣公共入口環(huán)境

1 現(xiàn)有除雨雪裝置存在的問題分析

1.1 現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷

目前，市場上的吸除鞋底泥水裝置相對簡單，主要是各種地墊，按功能可分為刮沙、除塵、吸水和防滑等，如圖2所示。

圖2 不同功能的地墊

傳統(tǒng)地墊制作簡單，成本低廉，使用量很大；但是隨著使用環(huán)境和人們要求的不斷改變，現(xiàn)有的地墊裝置越來越顯示出不足。經(jīng)過分析，主要有下述缺點：1)不容易固定，行人容易滑倒，一般的地墊都是直接放置于地面，沒有固定，遇到地面濕滑的情況極易發(fā)生滑動，從而帶來安全隱患；2)不能連續(xù)吸除鞋底的雨水，達到一定飽和程度就需要更換新的地墊，尤其是在連陰雨天氣，需要更換大量的地墊，造成極大的浪費；3)人工更換地墊費時費力，而且影響行人通行，給公眾帶來不便，同時對企業(yè)的文化環(huán)境也造成一定的影響；4)對鞋底的冰和雪無法有效去除。因此，需要通過TRIZ理論中的技術(shù)系統(tǒng)進化理論和模式來尋找其中的規(guī)律，預測當前產(chǎn)品的下一代產(chǎn)品的可能進化方向，以解決上述缺陷。

2 TRIZ及其進化

2.1 TRIZ簡介

TRIZ理論是由俄國創(chuàng)造學家阿奇舒勒在通過分析世界各國250多萬份高水平的專利的基礎(chǔ)上，于1946年提出的，試圖從中尋找規(guī)律并抽象出各種發(fā)明問題的最有效解法，這些解法便是TRIZ理論解決發(fā)明問題的基本方法[1]。

TRIZ理論是根據(jù)各種創(chuàng)新時的沖突，首先將具體事件根據(jù)規(guī)則抽象為一般問題，再利用TRIZ理論的原理，如沖突矩陣、發(fā)明原理等找到一般解法，從而為問題的解決提供思路[2]。

2.2 技術(shù)系統(tǒng)進化理論

創(chuàng)造學家通過對不同類型的數(shù)據(jù)進行分析和研究，從中發(fā)現(xiàn)技術(shù)進化過程是有規(guī)律與模式可以遵循的，根據(jù)規(guī)律也是可以進行預測的，這些模式能引導設(shè)計人員盡快發(fā)現(xiàn)新的核心技術(shù)。

阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)的技術(shù)系統(tǒng)進化的模式和路線是TRIZ理論的重要部分，同時這種進化模式和路線還具有可傳遞性。該理論不僅能預測各種技術(shù)的進步情況，還能夠預測產(chǎn)品最終的可能存在狀態(tài)，這些對產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程來說是非常有指導性的。目前該理論有技術(shù)進化理論(ET)、技術(shù)進化引導理論(GET)、直接進化理論(DE)等表現(xiàn)形式[3]；但是，技術(shù)發(fā)展進化的過程又不是隨機變化的，技術(shù)的性能變化是隨時間的增長而呈現(xiàn)出S型曲線形狀，如圖3所示，分別給出了S曲線和分段S曲線的技術(shù)隨時間變化的規(guī)律[4]。

圖3 技術(shù)性能隨時間變化的規(guī)律

3 基于TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化理論的除雨雪裝置分析

TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化理論的出現(xiàn)就是用來預測未來技術(shù)進化過程的，這樣可以迅速地開發(fā)出更新?lián)Q代的產(chǎn)品，從而滿足不斷變化的、越來越苛刻的市場需求。

3.1 技術(shù)系統(tǒng)進化理論模式分析

技術(shù)系統(tǒng)進化理論模式主要有11種，如圖4所示[5]。通過對系統(tǒng)進化模式和實際問題進行對比分析，選擇進化模式2、4和8作為依據(jù)來分析。

圖4 11種技術(shù)系統(tǒng)進化模式

針對現(xiàn)有除雨雪裝置存在的缺點，根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進化模式2所述，增加理想化水平來改進產(chǎn)品。為了有效地增加產(chǎn)品的理想化程度，讓產(chǎn)品安全高效地自動運行，通過對比分析增加系統(tǒng)理想化程度或水平的7種方法，得到較合適的方法為自服務。為了達到此目的，可以考慮犧牲主要操作而實現(xiàn)輔助操作，或者同時實現(xiàn)主要功能，將輔助功能的實現(xiàn)轉(zhuǎn)移到主要原件上。對于本產(chǎn)品，設(shè)想將吸水、融冰雪和除水集中到一個系統(tǒng)部件上來現(xiàn)，用1個支架將3個功能同時安置到支架上。

針對現(xiàn)有產(chǎn)品存在的缺點，根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進化模式4，增加系統(tǒng)的動態(tài)性和可控性。

1)增加系統(tǒng)的動態(tài)性。根據(jù)增加系統(tǒng)動態(tài)性的5種方法，可行的方法是將固定狀態(tài)變?yōu)榭蓜訝顟B(tài)，也就是系統(tǒng)會增加本身的靈活性和可變性以適應不斷變化的環(huán)境和滿足多重需要。對于本產(chǎn)品，可以將靜止不動的地墊變成動態(tài)的，即讓其運動起來，這樣做可以用很短的絕對長度來滿足不間斷吸水除水的功能。

2)增加系統(tǒng)的可控性。根據(jù)增加系統(tǒng)可控性的10種途徑，可以采用的方法是引入動力學裝置和提供自動控制2種途徑。

針對現(xiàn)有產(chǎn)品存在的缺點，根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進化模式8，提高系統(tǒng)的自動化程度，減少人的介入，之所以要不斷地改進系統(tǒng)，目的就是希望系統(tǒng)能代替人類完成那些單調(diào)乏味的工作。對于本產(chǎn)品，可以將人工鋪設(shè)地墊、人工回收清洗晾干的活動變成由系統(tǒng)自動完成，這樣可以節(jié)省大量的人力物力，而且減少了中間環(huán)節(jié)，提高了效率。

4 解決方法

4.1 系統(tǒng)細化

根據(jù)以上的分析，將地墊變成一個系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括動力子系統(tǒng)，自動控制子系統(tǒng)，吸水、除水和除雪(冰)子系統(tǒng)以及支承部件子系統(tǒng)。

要想讓地墊運動起來，需要動力系統(tǒng)來提供動力，可以采用比較成熟的動力裝置(電動機)來實現(xiàn)。自動控制子系統(tǒng)可以實現(xiàn)將電動機的恒定輸出功率變成根據(jù)需要變換功率，而自動控制系統(tǒng)需要控制元件來實現(xiàn)，對于本產(chǎn)品，可以采用濕度感應器和單片機線路來控制地墊的運動速度(為了安全起見，要設(shè)置上限速度，以防摔倒)。

吸水、除水和除雪(冰)子系統(tǒng)是主要功能部分，主要實現(xiàn)鞋底污水和冰雪的融化吸除以及將吸除的水集中起來。支承部件主要起的作用是將上述的子系統(tǒng)合理地整合安置起來。結(jié)合初步的要求和改進方法得出新產(chǎn)品的IDEFO產(chǎn)品功能模型，如圖5所示[6-7]。

圖5 基于IDEFO的分塊功能模型

4.2 具體實施

根據(jù)上述分析和產(chǎn)品的功能模型可以得出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖

1)去除雨水過程。從圖2可以看出，電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)動滾輪逆時針慢速轉(zhuǎn)動，并帶動傳送鏈帶和吸水物質(zhì)一起同向同步運動；行人自左向右行走，踏上吸水物質(zhì)時，鞋底的污水被吸水物質(zhì)所吸收，然后吸水物質(zhì)在傳送鏈帶的帶動下逆時針轉(zhuǎn)動到下部，擠水裝置對吸水材質(zhì)進行擠壓并將擠壓出的污水于排水裝置處收集引出，經(jīng)擠壓的吸水材質(zhì)繼續(xù)隨轉(zhuǎn)動滾輪進行轉(zhuǎn)動，通過烘干裝置對其進行烘干處理并繼續(xù)傳送到裝置上部，達到除水功能。

2)去除冰雪過程。從圖2可以看出，電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)動滾輪逆時針慢速轉(zhuǎn)動，并帶動傳送鏈帶和吸水物質(zhì)一起同向同步運動；開動加熱裝置，對吸水物質(zhì)和傳送鏈帶加熱，行人自左向右行走，踏上吸水物質(zhì)時，鞋底的積雪被加熱的吸水物質(zhì)融化并吸收，然后吸水物質(zhì)在傳送鏈帶的帶動下逆時針轉(zhuǎn)動到下部，擠水裝置對吸水材質(zhì)進行擠壓并將擠壓出的污水于排水裝置處收集引出，經(jīng)擠壓的吸水材質(zhì)繼續(xù)隨轉(zhuǎn)動滾輪轉(zhuǎn)動，通過烘干裝置對其進行烘干處理并繼續(xù)傳送到裝置上部，達到除鞋底積雪功能。

5 結(jié)語

從分析傳統(tǒng)的公共室內(nèi)空間除雨雪裝置和產(chǎn)品入手，找出了目前除雨雪裝置所存在的缺陷和導致的問題，然后根據(jù)TRIZ的進化理論和模式進行分析，預測出新一代的公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置的可能進化方向，并從中發(fā)現(xiàn)技術(shù)沖突，根據(jù)TRIZ原理的沖突矩陣所提供的數(shù)據(jù)，開發(fā)出了一款新型公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置。

新的公共室內(nèi)空間入口除雨雪裝置與過去的除雨雪裝置相比具有下述顯著的特點：1)可以連續(xù)吸除鞋底的雨水，避免了不停更換地墊的麻煩，不會影響正常通行；2)智能化成度高，減輕了清掃工人的勞動強度，使公共環(huán)境更加整齊美觀；3)可以方便可靠地清除鞋底的雨雪，并且具有自動回收功能。

[1]王亮申，孫峰華．TRIZ創(chuàng)新理論與應用原理[M]．北京：科學出版社，2010.

[2] 徐文杰，王秀峰，范曉斌．基于Triz理論的陶瓷零件快速成型機鋪料裝置[J]．輕工機械，2009，27(5)：23-24.

[3] 張進．基于TRIZ的自動售貨機創(chuàng)新設(shè)計[D]．沈陽：東北大學，2010.

[4] 付敏, 王述洋. TRIZ進化理論在粉碎機創(chuàng)新安全設(shè)計中的應用[J].中國安全科學學報, 2010，20(4)：65.

[5]李青. 基于TRIZ理論和仿生原理的犁技術(shù)進化的研究[D].長春：吉林大學，2007.

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[7]張林，黃亞宇．基于TRIZ理論的爬樓輪椅行走機構(gòu)創(chuàng)新分析與設(shè)計[J]．新技術(shù)新工藝，2014(10)：62-64.

*遼寧省教育廳人文社科資助項目(W2013068)遼寧省高等教育學會立項課題資助項目(GHYB13151)

責任編輯李思文

thebasisofTheoriesabouttheEvolutionofTechnologySystems

GAO Honghe，LI Jing，GE Wenbin，ZHANG Wei

(Department of Industrial Design,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China)

The paper analyzed the traditional snow and rain removal device and products in public indoor spaces, and identifies the flaws and problems because of product or technology, then predicted the direction that the next generation product will go according to evolutionary theory and pattern technology systems, found technical conflict and designed a new public entrance to the indoor space devices except snow based on the principle of conflict TRIZ.

interior entrance, remove snow and rain, device, TRIZ theory, design

TB 472

：A

郜紅合(1979-)，男，工業(yè)設(shè)計系主任，碩士，主要從事產(chǎn)品設(shè)計和創(chuàng)新理論等方面的研究。

2015-01-08