應用TRIZ理論解決旋轉式殘疾人書架的創(chuàng)新設計問題

張世彤++單長楠++郭潤濤++孫琳琳++何金光

摘 要 本實用新型涉及一種旋轉式殘疾人書架，屬于一種書架。書架外框與底座固定連接，外框蓋通過四角螺母與書架外框固定連接，內部包括電機、電機減速齒輪組、間歇傳動機構、腳踏傳動機構，優(yōu)點是結構新穎，通過間歇性自鎖裝置，解決了旋轉書架的旋轉弊端，通過旋轉式取書的新穎結構實現方便于殘疾人的取書模式。

關鍵詞 殘疾人；書架；TRIZ理論

中圖分類號：G76 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）21-0039-03

1 TRIZ理論

TRIZ意譯為發(fā)明問題的解決理論（theory of inventive

problem solving）。該理論是由蘇聯發(fā)明家Altshuller和他的同事們在研究了大量的發(fā)明專利后，于1946年提出的。它針對現有問題系統，運用TRIZ理論體系中的工具——IFR（Ideal Final Result，最終理想解）、39個通用參數和阿奇舒勒矛盾矩陣、40個發(fā)明原理與物場模型及76個標準解等方法，使新產品從開發(fā)過程到上市時間縮短50%；提升60%～70%的新產品開發(fā)效率；增加80%～100%的專利數量并提高專利的質量。目前，隨著TRIZ理論的不斷推廣，其應用的范圍從科技型小微企業(yè)管理創(chuàng)新、農業(yè)科技創(chuàng)新到機械制造業(yè)和產品專利規(guī)避等方方面面都得全面使用，證明TRIZ理論的可靠性、可實施性。

本次研究設計對象屬于一種書架，尤其是指一種適合殘疾人使用的書架。本次設計完全基于TRIZ理論的創(chuàng)新思維方法，為特殊人群提供方便。現有大多數書架不能滿足殘疾人取書便利快捷的要求，沒有針對殘疾人這類特殊群體而設計的書架。本實用新型提供一種旋轉式殘疾人書架，以解決目前書架不適合殘疾人使用的問題。

2 將TRIZ理論應用于書架的整個設計流程

待解決的問題 對現有的殘疾人書架進行進一步的優(yōu)化處理，列舉出當前書架存在的問題：

問題一：書架耗能量是否很大？

問題二：如遇突發(fā)情況，書架如何工作？

問題三：書架無法準確轉到指定位置怎么辦？

三軸分析法 通過TRIZ中的三軸分析法分析出當前系統存在問題的原因，如圖1所示。

最后確定解決問題的入手點：

入手點一：書架由電動機提供旋轉動力后，雖然完成了自動化的流程，但是在無人時也自轉而消耗能量，如何實現有人時書架轉，無人時書架停止轉動呢？

入手點二：在電動機的帶動下，書架可以正常運轉，但是當供電設施不可用時，即當沒有電源時，書架無法運作怎么辦？

入手點三：書架無法準確轉到指定位置怎么辦？

入手點四：每次書架轉的時候都是兩側書架同時轉動，能否做到當書架的哪一側有人時，哪一側轉動，無人那一側不轉動？

對系統提出的新要求 按照解決問題的思路，對當前系統提出一個新的改進方向，即對系統提出新要求：

1）方便殘疾人取書放書的同時，考慮突發(fā)情況發(fā)生時，系統也能滿足殘疾人的需求；

2）提高系統自動化程度，盡量少些人工參與的環(huán)節(jié)；

3）盡量節(jié)省能源和成本，系統不宜太過復雜。

該系統的IFR：以最小的改動和成本使書架可自適應殘疾人取放書。

該系統的次級IFR：系統可自主控制開關裝置，適用性強，節(jié)省能源和成本，且對于停電問題的出現，可以有替代的裝置出現。

3 基于TRIZ理論的殘疾人旋轉書架改進方案

針對入手點一 書架由電動機提供旋轉動力后，雖然完成了自動化的流程，但是在無人時也自轉消耗能量，如何在有人時書架轉，無人時書架停止轉動呢？提取一對技術矛盾：改善參數為自動化程度，惡化參數為能量損失。通過查找矛盾矩陣，對應的發(fā)明原理為：

23.反饋原理：在系統中引入反饋；

28.機械系統替代原理：用聲學系統替代機械系統。

利用反饋原理形成方案一，如圖2所示；利用機械系統替代原理形成方案二。

方案一：應用反饋原理，將紅外感應開關和電動書架旋轉開關相結合。

方案二：安裝聲控裝置，有聲音時就接通（電阻變小），沒有聲音時就斷開（電阻變的很大）；再通過電路和芯片做個延時，就可以使有聲音時，電路接通一段時間。

針對入手點二 在電動機的帶動作用下，書架可以正常運轉，但是當供電設施不可用時，即當沒有電源時，書架無法運作怎么辦？

提取一對物理矛盾：改善參數為操作方便性，惡化參數也為參座方便性。

運用條件分離—時間分離：

10.預先作用原理：預先對物體施加必要的改變；

11.事先防范原理：采用事先準備好的應急措施，補償物體相對較低的可靠性。

當有電時，電機帶動減速齒輪組進行系統運轉；當停電時，利用腳踏板/手搖桿通過連桿帶動曲軸轉動，從而帶動整個系統的運作，最終形成方案三和方案四。

針對入手點三 書架無法準確轉到指定位置怎么辦？

建立物場模型，如圖3所示。

不充分作用：控制力不足，書架沒有轉到指定位置或轉過指定位置。

通過查找得知解決此模型應用第2類增強物場模型中“S 2.1.1 鏈式物場模型”，間歇性傳動裝置如圖4所示。

針對入手點四 每次書架轉的時候，都是兩側書架同時轉動，能否做到當書架的哪一側有人時，哪一側轉動，無人那一側不轉動？

提取一對技術矛盾：改善參數為適用性通用性，惡化參數為系統復雜性。

通過查找矛盾矩陣找到其對應的發(fā)明原理為：

15.動態(tài)特性原理：如果一個物體整體是靜止的，使之移動或可動；

28.機械系統替代原理；

29.氣壓和液壓結構原理；

37.熱膨脹原理。

運用動態(tài)特性原理形成方案六，如圖5所示。

綜合以上方案，得到一個全新的旋轉式殘疾人書架，如圖6所示。其工作原理：電機通過減速齒輪組帶動鏈條運動，鏈條帶動大齒輪二轉動，小齒輪二再通過另一根鏈條帶動大齒輪一轉動，齒輪一帶動槽輪運作；這時根據取書者所面對的書架某側，通過電磁鐵將槽輪吸到此面，然后槽輪帶動花鍵軸一或花鍵軸二轉動，從而帶動書框一或書框二轉動；當所需書夾轉動到面前時，取下書夾，再取出其中的書，并放回書夾。當停電時，需通過腳踏板的上下踩動，帶動連桿和曲軸運動，由于曲軸上的圓盤通過軸連接在兩個書架外框之間，所以圓盤只能轉動，從而通過曲軸上的圓盤外側的外齒輪帶動齒輪二轉動。

4 設計小結

本書架的優(yōu)點是針對殘疾人的人性化設計點與書架自身屬性所需提高的因素，通過機械結構的設計巧妙地融合，不僅僅是單純地為殘疾人的取書方便提供了條件，也滿足了書架自身性能的提高。且結構新穎，通過間歇性自鎖裝置，解決了旋轉書架的旋轉弊端，通過旋轉式取書的新穎結構，實現方便于殘疾人的取書模式，更好地優(yōu)化了殘疾人看書取書的過程，服務于殘疾人等特殊群體。

參考文獻

[1]馬廣韜，任丹寧，鄭妍.高校圖書館書架設計中人體尺寸的應用研究[J].沈陽建筑大學學報：社會科學版，2011（2）.

[2]宋雅涵.懸掛式書架的設計與試驗[J].鄭州大學學報：工學版，1981（1）.endprint