基于TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣的立體車庫創(chuàng)新設(shè)計

陸尚平，劉棣中，郭 暢，鄭富元

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

基于TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣的立體車庫創(chuàng)新設(shè)計

陸尚平，劉棣中，郭 暢，鄭富元

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

為了解決私家車停車難，充分利用車位空間的問題，引入TRIZ創(chuàng)新理論的阿奇舒勒矛盾矩陣；通過分析立體車庫的技術(shù)矛盾、通用工程參數(shù)，結(jié)合矛盾矩陣推薦的發(fā)明方法，將室內(nèi)立體車庫設(shè)計成雙層、可旋轉(zhuǎn)及移動升降的新型停車庫。實踐表明，TRIZ創(chuàng)新理論的阿奇舒勒矛盾矩陣可有效提高創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)效率。

TRIZ；矛盾矩陣；立體車庫；創(chuàng)新設(shè)計

國際TRIZ理論是前蘇聯(lián)發(fā)明家G.S.Althsuler所開創(chuàng)的一種基于知識、面向人的發(fā)明問題解決的系統(tǒng)化方法學(xué)[1]。TRIZ理論提供的問題解決工具和近似標準的問題分析和解決方法，可以為解決具體技術(shù)問題提供解決方案。TRIZ理論的出發(fā)點是借助于經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)事物中的矛盾，依據(jù)這些矛盾進行創(chuàng)造改進設(shè)計[2-3]。

隨著人們生活水平高的提高，加之城市規(guī)劃時對停車設(shè)施考慮不夠，多為平面式停車場，而這顯然不能滿足人們的停車需要，造成了目前停車設(shè)施嚴重缺失的局面[4]。當(dāng)前，對車庫的研究多集中于停車場環(huán)境，出現(xiàn)了多種車庫解決方案及形式[5]：簡易升降式、升降橫移式、垂直升降式、圓盤旋轉(zhuǎn)式[6]、立體垂直旋轉(zhuǎn)式等，而對兩邊墻體限制或因私人空間影響的家庭車庫式研究甚少，需要研制開發(fā)新型適合家庭式的立體車庫。

1 家庭式立體車庫

隨著人們生活水平的提高，私家車成了家庭的必需品，而與此相對應(yīng)的，車子存放成為人們重點關(guān)注的問題，家庭在購買住房時，一般都只購買了與住房配套的一個車位，這與很多家庭擁有多輛車的車位需求形成了矛盾。而現(xiàn)實中很多家庭購置的停車庫或車位其高度能滿足停放兩輛車的要求，開發(fā)利用現(xiàn)有停車庫或停車位的上層空間形成獨立家庭式的立體車庫成為一種有益的選擇。對當(dāng)前小區(qū)家庭停車庫或停車位進行研究分析如圖1所示，小區(qū)停車位G1、G2、G3（H1、H2、H3）緊挨排列（車庫為隔墻），G 行車庫與H車庫分列車道兩邊；車道為雙向雙車道。顧客對家庭式立體車庫的要求為：（1）存、取車時上下車相互不影響與干涉；（2）立體車庫不與左右家庭車庫相干涉；（3）存、取車操作簡便不繁瑣。由家庭停車庫的上層空間利用、顧客對立體車庫的理想要求進行立體車庫創(chuàng)新設(shè)計成為研究的核心問題。

圖1 住宅小區(qū)家庭停車庫示意圖

2 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣

2.1 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣的理論基礎(chǔ)

TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵因素為技術(shù)矛盾、通用工程參數(shù)和發(fā)明原理，并由此3個關(guān)鍵因數(shù)構(gòu)造的技術(shù)矛盾一般解決思路如圖2所示。技術(shù)矛盾是TRIZ矛盾理論中與物理矛盾相對應(yīng)的一個重要問題，其表達方式通常為“如果A，那么B，但是C.”如在汽車制造領(lǐng)域，如果汽車重量增加，那么汽車行駛的平穩(wěn)性增強，但是耗油量增大，即表現(xiàn)為穩(wěn)定性和能量消耗兩個參數(shù)的矛盾。阿奇舒勒對數(shù)量眾多的工程參數(shù)進行了一般化處理，確定了39種能夠表達所有技術(shù)矛盾的通用工程參數(shù)[7]。例如強度，指系統(tǒng)或者對象在一定的條件下，一定范圍內(nèi)吸收各種作用而不被破壞的能力；物體產(chǎn)生的有害因素是指降低物體或系統(tǒng)的效率，或完成功能的質(zhì)量的有害因素。發(fā)明原理是阿奇舒勒對大量發(fā)明專利及典型案例進行歸納總結(jié)并進行編號的創(chuàng)新理論，其核心思想是“專利所解決的問題雖不同，但采用的原理相雷同”；其所編號為1至40個發(fā)明原理，編號作為TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣單元的元素。

圖2 阿奇舒勒矛盾矩陣技術(shù)矛盾解決思路

2.2 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣創(chuàng)新設(shè)計的實施步驟

TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣創(chuàng)新設(shè)計及問題解決方案有其合理的實施步驟，如圖3：（1）描述關(guān)鍵問題：這里的關(guān)鍵問題是經(jīng)過系統(tǒng)功能分析、因果鏈分析、剪裁及特性傳遞等問題識別后獲得的非顯而易見的問題。如圖1中的雞兔同籠問題中不是直接能看出答案的問題；并將所描述的關(guān)鍵問題具體化。（2）將問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾：通過“如果A，那么B，但是C。”來描述。（3）識別技術(shù)矛盾中的參數(shù)：對B和C識別，B、C為工程項目系統(tǒng)所希望或不希望的目標。（4）將參數(shù)轉(zhuǎn)化為阿奇舒勒的39個工程參數(shù)：對B和C轉(zhuǎn)化為B1和C1，B1為通用工程參數(shù)預(yù)改善的工程參數(shù)，C1為惡化的工程參數(shù)。（5）根據(jù)阿奇舒勒矛盾矩陣表B1行和C1列交叉單元，獲得單元中發(fā)明原理編號。（6）根據(jù)阿奇舒勒矛盾矩陣對應(yīng)發(fā)明原理提示提出具體解決方案。

圖3 阿奇舒勒矛盾矩陣立體車庫創(chuàng)新設(shè)計實施步驟

3 阿奇舒勒矛盾矩陣立體車庫創(chuàng)新設(shè)計

根據(jù)工程系統(tǒng)目標要求：家庭停車庫中單個車位面積且空間位置足夠兩輛車高度達到3.2 m，原有停車位上方再停一輛車的目標；設(shè)定上層車為E，下層車為F是顯而易見的堅決方案。而家庭停車庫因墻體或私人空間而獨立存在，在不影響兩邊車庫以及存取上下E、F車不受干涉成為主體目標；對于E、F通過從車庫門口前道路進入車庫是常識的選擇，但對于上層車E如何進入車庫成為難點，如表1所示。

表1 阿奇舒勒工程參數(shù)矛盾矩陣

阿奇舒勒矛盾矩陣立體車庫創(chuàng)新設(shè)計實施：（1）描述關(guān)鍵問題：車庫上層車E要進入車庫，在不影響下層車F的條件下，車庫承載板需要移動至車庫外的道路上，而移到路邊上的車庫支撐板與路面方向垂直，汽車上到支撐板需要一定的轉(zhuǎn)彎半徑，需要長邊的支撐板。（2）將問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾：如果要在車庫外將車移動到上層車庫，需要增加支撐板的長度，但是車庫的單體面積是確定的。（3）識別矛盾參數(shù)，B1為靜止物體的長度，C1為靜止物體的面積。（4）對照B1行C1列，查找阿奇舒勒矛盾矩陣如表1，獲得發(fā)明編號 7、17、4、35，其中 7 指嵌套，17 是空間維數(shù)變換，4是非對稱，35是物理/化學(xué)變化。（5）根據(jù)矛盾矩陣所推薦發(fā)明原理，選擇17號空間維數(shù)變換即將物體變?yōu)槎S平面運動或過度到三維空間運動以消除物體在二維平面運動或定位問題的方法，將支撐板設(shè)計成轉(zhuǎn)盤模式，使其支撐板在車道區(qū)域旋轉(zhuǎn)以減小車子進庫轉(zhuǎn)彎半徑，便于車子順利計入車庫，設(shè)計結(jié)果如圖4（a）.同理，分析另一關(guān)鍵問題時，車庫分為上下兩層，如果以轉(zhuǎn)盤升降的方式實現(xiàn)存取車，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增強，但是系統(tǒng)的強度減弱；識別工程參數(shù)為B2是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，C2是強度，查阿奇舒勒矛盾矩陣表如表1，獲得發(fā)明編號為17，9，15；以15動態(tài)特性發(fā)明原理的調(diào)整物體或環(huán)境性能達到各狀態(tài)最優(yōu)，采集分階段液壓助力推動的辦法如圖4（b），抬升的起始階段和進入直立狀態(tài)采用不同的液壓驅(qū)動力驅(qū)動。

圖4 雙層無避讓式立體車庫

4 結(jié)果與討論

將TRIZ理論阿奇舒勒矛盾矩陣運用于新型立體車庫的創(chuàng)新設(shè)計，依據(jù)阿奇舒勒矛盾矩陣5步分析法獲得項目問題的發(fā)明指導(dǎo)方法，結(jié)合工程實踐完成了以支撐板旋轉(zhuǎn)、移動出庫升降為主要功能目標的家庭用雙層無避讓室內(nèi)立體車庫的創(chuàng)新設(shè)計，并經(jīng)驗獲批國家實用新型發(fā)明專利ZL201320052630.4.實踐表明，運用TRIZ阿奇舒勒矛盾矩陣與40個發(fā)明原理解決技術(shù)矛盾，指導(dǎo)新產(chǎn)品開發(fā)思路步驟清晰，可操作性強，對指導(dǎo)創(chuàng)新實踐具有積極指導(dǎo)意義。

[1]ALTSCHULLER G S.Creativitv as an Exact NewYork[M].Gordon&Breach，1984.

[2]彭慧娟，成思源.TRIZ的理論體系研究綜述[J].機械設(shè)計與制造，2013（10）：270-272.

[3]高常青.TRIZ一發(fā)明問題解決理論[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[4]龐 寅.城市立體車庫管理系統(tǒng)模塊設(shè)計[J].NEWEDUC TION，2011（11）：31.

[5]胡增榮.立體車庫的種類及其應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟市場，2011（4）：24-26.

[6]梁 睦.雙環(huán)轉(zhuǎn)盤式轎車存放立體車庫的設(shè)計分析[J].起重運輸機械，2006（6）.

[7]孫永偉，謝爾蓋.伊克萬科.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

Innovative Design of Stereoscopic Garage Based on TRIZ Altshuller Contradiction Matrix

LU Shang-ping，LIU Di-zhong，GUO-chang，ZHENG Fu-yuan
（Guangxi Vocational College of Water Resources and Electric Power，Nanning Guangxi 530023，China）

In order to solve the difficulty of parking private cars，and make full use of parking space，altshuller contradiction matrix of TRIZ innovation theory was introduced.By analysing the technical contradiction and general engineering parameter of stereoscopic garage，and combination the contradiction matrix inventive methods.Double deck，rotatable and movable lifting type parking garage were designed.Innovative practice shows that，altshuller contradiction matrix of TRIZ innovation theory effectively improve the development efficiency of innovative products.

TRIZ；contradiction matrix；stereoscopic garage；innovative design

TB472

A

1672-545X（2017）09-0115-03

2017-06-27

廣西高等教育教學(xué)改革工程項目（編號：2013JGA336）；廣西高校優(yōu)秀中青年骨干教師培養(yǎng)工程項目；廣西高校科學(xué)技術(shù)研究項目（2013YB303）

陸尚平（1981-），男，廣西來賓人，博士，副教授，研究方向：機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。