第四组 赵波(S312070016) 现代设计方法大作业

1、 机电工程学院 现代设计方法大作业 学 号：S312070016专 业：机械制造及其自动化学生姓名：赵波任课教师：史冬岩 教授 2012年12月 烟雾机系统TRIZ分析作者：赵波哈尔滨工程大学机电工程学院第一章 TRIZ理论介绍TRIZ是俄文“Teorijz Rezhenija Izobretatelskich Zadach”的词头缩写，含义即发明问题解决理论，其英文缩写为TIPS。它是由苏联发明家、发明家协会主席根里奇阿奇舒勒（Genrish S.Altshuller）与1946年开始，花费1500人年，在研究了世界各国200万份高水平专利的基础上，提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和

2、方法。其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。因此原苏联的大学、研究所和企业所组成的数百人的研究组织分析研究了全世界近250万件发明专利，综合多个学科领域的原理、法则形成TRIZ的理论体系。在东西方冷战时代，TRIZ的研究一直被作为苏联的国家机密，西方国家知之甚少。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。在俄罗斯，TRIZ理论方法己经广泛地应用于工程领域中。欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始了实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划。日本从1996年开始不断有杂志介绍TRIZ的理论方法

3、及应用实例。美国也有大学相继进行了TRIZ技术研究，有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ己成为国外企业、尖端技术领域解决技术难题实现创新的有效工具。矛盾（冲突）普遍存在于各种产品的设计之中。TRIZ理论认为，产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而产生新的有竞争力的解。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个系统或子系统变坏。现实中的冲突是千差万别的，TRIZ理论归纳出39个通用工程参数描述冲突，并用40条发明原理来解决，他把39个参数作为改善参数和劣化参数并分别作为一张表的行和列，由此组成了一个3939矛盾矩阵，并为行列交叉

4、点形成的每个矛盾提供了最常用的创新原则。第二章 系统初步分析系统名称：烟雾机系统系统的定义：在发动机的带动下，药泵中的农药喷出，同时为燃烧室点火产生热气流，热气流把液态的农药变为气态，腾升到树冠，昆虫吸入致死。系统描述：烟雾机的工作原理是：自流供油箱为发动机驱动装置提供汽油，发动机驱动装置带动发动机运转。发动机转动为燃烧室内的点火电源提供动力，此外通过转动器带动吹风机运作，同时通过转动带为农药配剂泵和汽油泵提供动力。药泵的作用是将农药配剂容器里的药液传输到燃烧室的药雾喷口处，而汽油泵的作用是将汽油从汽油贮箱中传输到汽油发动机驱动装置和燃烧室中，保证发动机持续工作，并且使得燃烧室里在汽油的加入下

5、开始燃烧。吹风机的作用则是不停将风吹进燃烧室，使燃烧室的空气和沿管道流入的汽油能够充分燃烧，产生高温热气流，在烟雾喷口处，利用产生的高温气体将农药配剂由体状态转变为烟雾，利用烟雾的密度比空气轻的特点，烟雾自动升腾到树冠，具有呼吸功能的害虫吸入带有杀虫剂的烟雾后可将其杀灭，如图2.1所示。图2.1 系统原理图烟雾机工作流程：目前现有的烟雾机还处于实验阶段，外型略显粗糙，但工作原理清晰。如图2.2所示，现有烟雾机在图2.1烟雾机的基础上工作原理有所改进，主要是将机械连接转为电路连接。图2.2 烟雾机控制面板烟雾机的工作流程是先拨动总电开关，这个开关控制的是烟雾机上的两个工作电压12V的蓄电池。随后

6、打开发动机开关，这时因为有了两个蓄电池提供的共 24V 电压，发动机可以顺利的开始运作，发动机的运作带动吹风机和药泵、油泵的顺利工作。随后打开的是点火的开关，燃烧室的尾部的两个电极使燃烧室开始燃烧，而喷烟开关则是使得传输到燃烧室的药液在热风的作用下转变为烟雾状向外喷射。图2.3 烟雾机部件解析1图2.4 烟雾机部件解析2根据实际情况我们可以看出目前的这台试验机存在的主要问题是外型比较粗糙，各部件之间的排列关系混乱，部件和机架之间的连接也比较随意。因此本章主要需要解决的问题是如何合理布局现有烟雾机零件，并且如何有效解决零件之间的连接和故障等技术和美观等问题。作用客体：液态农药系统特性：热气流农药

7、上升系统有益功能：使液态农药变成气态，并在热空气的作用下上升执行系统：药泵、热喷气机构系统黑箱图：分析该系统可知，在给定的热空气和药泵的作用下，药泵里喷出的农药在热喷气口处受热空气作用而上升，所以系统的黑箱图如图2.5所示：图2.5 系统黑箱图系统功能结构图：通过系统的黑箱图对系统进行设计，先将系统功能拆分成一些功能模块，然后分别将各个功能模块设计出来，将功能模块进行组装，组成了的系统功能结构图如图2.6所示：图2.6 系统功能结构图第三章 用进化法则分析系统进化3.1使用提高理想度法则和S曲线进化法则分析系统综述：按照S曲线进化法则进行分析，该烟雾机系统与一般的系统的S曲线不一样具体差异表现

8、在S曲线的形状上，其差异如图3.1所示：图3.1 S曲线图因此，根据课题的实际需求，对于产品技术进化模式做出以下几点改进和总结：模式一、理想化这条模式是最根本的，因为任何产品的创新都是一个不断消除有害效应，增加有用效应过程。因此要加强产品的理想化。线路1-1去除多余元件这里多余元件并一定指它的存在没有用处，而是它的功能可以被整合到其他部件中去。如在分析现有的烟雾机的基础上发现其使用了两个油箱，其一供给发动机另一个由油泵供燃烧室使用。分析发现可以将两个油箱整合，以达到减少部件数量简化外型的作用。再者，现有的烟雾机有两个12V电压的蓄电池，作用是发动机启动需要24V电压，而油泵和药泵的工作各需要1

9、2V电压。设想将烟雾机的发动机改良为只需要12V电压，那么蓄电池的数量就可以减少为一个，同样可以达到简化外型的作用。路线1-2自我服务所谓的自我服务是元件自身能够完成一定的任务。如在燃烧室内加入报警装置，当温度过高时系统可以自动切断电源，停止运作，以达到自我保护的目的。模式二、增加产品的自动性能从艰苦的车间操作到流水线上的机器臂，从钻木取火到空调制热，这一系列的事实都告诉我们，一个全自动化的时代正在我们周围发生着。而产品造型的创新自然也离不开时代的发展。路线2-1增加元件自由程度现有烟雾机上所有的零件都是由螺钉连接固定的，缺乏一定程度上的自由度。拆卸和修理都不是很方便，可以通过改变连接方式增加

10、自由程度。路线2-2引入一个自由物体如果元件不能运动，则在外部增加一个可以自由活动的物体。如可以将控制面板整合到遥控器中，操作人员可以在驾驶室中通过遥控器控制烟雾机的点火喷烟等操作。路线2-3增加一个可控场应用可控场可以更加有效地控制系统或整个活动的进行。如用电场来控制燃烧的火焰，火焰是含有被电离气体的等离子体，所以它可以被电场所控制。利用这个电场可以将燃烧室的效率提高，使得药剂在燃烧室内燃烧的更加充分。模式三、可分割分割可以使得元件之间产生新的相互关系，因此新的系统资源可以得到改进。路线3-1易于拆卸尽量使得物体易于拆卸并尽量使用标准件构造物体。如现有的烟雾机上有很多使用了螺钉连接，对于烟雾

11、机这样一种经常适用于户外的产品，螺钉的生锈将会使得拆卸工作艰苦异常。那么可以采用不易生锈的材料代替现有材料解决拆卸问题。路线3-2分割为较为简单形状的几何体：如板、线、球等造型将燃烧室由一体式转化为板、圆筒、板的造型，如果有故障的出现，可以很方便的打开检查更换零件等。模式四、通用化设计如果一个电子产品使用干电池，规格为五号，那么任何一个厂家生产的五号电池都可以准确安装使用，这是因为产品原件越来越规格化了，越来越通用。路线4-1元件可互换通过可以相互换的元件使得系统具备更强的通用性。如果需要将产品推向市场，特别是推向国际市场，就需要将各部分元件的连接做成通用设计。模式五、协调化外型不仅仅讲的是零

12、件和零件之间的关系，还要考虑产品和人之间、产品和环境之间的协调发展。路线5-1产品与人之间的协调人是产品的操作者，应该充分考虑人的因素对产品的影响。现场操作烟雾机的一般是工作人员，这些人由于要在野外工作因此普遍是成年男性，同时对烟雾机的维修有一定的了解，因此受过一定的操作技能培训。在对烟雾机做设计的时候要考虑这一部分人的普遍审美和操作的简便性。路线5-2产品和环境之间的协调产品的使用环境对产品的造型有很大的影响。对于烟雾机而言由于工作环境是在户外工作，因此对其外壳的牢固性和结实性便提出了更高的要求。模式六、精细化精细是指外型越来越小，越来越薄，细节越来越细致。路线6-1微观化：宏观层次具有简单

13、形状（球、杆、片等）由小颗粒组成材料结构应用化学过程应用原子领域应用场能量应用。现在烟雾机还处于实验阶段，因此在材料的使用上显然比较粗糙。特别是钢架处采用了铁条焊接而成。在以后生产过程可以考虑采用更加优良的材料摆脱生锈的困扰。路线6-2微型化将产品体积微型化是一个必然的趋势，而且对于这种车载产品而言将体积做小可以减小对车辆的要求，同时可以使得产品更加灵活。如何减小产品的体积有两种办法：其一是将零件做小；其二是优化零件与零件之间的空间，通过合理的排列来减少产品的体积。路线 6-3 面细化：外表是产品给人的第一印象，因此当烟雾机实验成功准备大批量生产并投放市场时，就需要对其外型做深一步的设计。不仅

14、要从功能上符合要求，更要从外形上抓住消费者的眼球。婴儿期烟雾机排列三视图如图3.2所示：图3.2 婴儿期烟雾机排列三视图成长期烟雾机排列三视图如图3.3所示：图3.3 成长期烟雾机排列三视图第四章 系统的矛盾及解决原理的运用系统矛盾及解决原理的应用以现有烟雾机的控制面板为例，经过和国外产品的分析比较得知，现有控制面板存在的问题是体积大、外型粗糙以及相对关系的不稳定性等。为了解决这些问题，我们首先要考虑的是7、运动物体的体积；8、静止物体的体积；13、结构的稳定性这三点。根据统计得知标准参数1出现了53次；3出现了39次；10出现了36次。标注参数出现的频率次序是1、3、10。因此考虑这几个参数

15、在解决实际问题时所能提供的方法。针对此类问题，寻找到在烟雾机的实际运用中39条标准参数实际上需要运用到的有：3运动物体的长度；4静止物体的长度；5运动物体的面积；6静止物体的面积；7运动物体的体积；8静止物体的体积；12形状；13结构的稳定性；19运动物体的能量；20静止物体的能量。根据选择具有相似概念的原理，经过有效整理，将其整合、抽象，可以得到 10 项产品创新设计的原则，它们是 1、减少产品部件；2、预先加入动作；3、替代；4、不对称原则；5、通过改变物体的状态；6、使用中间物； 7、材质；8、反向；9、改变物体运动频率；10、增加物体功能。表4.1 恶化的通用工程参数表4.2 改善的通

16、用工程参数表4.3 烟雾机实例产品创新设计创新工具表本章主要运用整合后的矛盾解决矩阵对烟雾机控制面板的进行创新设计。根据上表归纳，对于控制面板改进提出的主要设想是加入一个遥控器设计。并将控制面板和油标、药标从烟雾机主体上分离出来，集中到遥控器上，帮助操纵人员在驾驶室内对烟雾机进行小范围的远程操控。本章中主要研究的是 TRIZ 理论中解决矛盾冲突的理论和产品创新之间的关系。TRIZ理论中的39项标准参数解析和40条创造性问题解决原理以及这些所组成的矛盾解决矩阵可以用来帮助解决产品创新设计中所出现的矛盾。第五章 物场分析的运用产品设计中的问题需要用简练的语言说明，并且包括问题的约束或限制性条件说明

17、。当问题符合条件时，76个标准解可以作为解决问题的模板。但是由于 76个标准解系统过于庞大，在应用到烟雾机造型创新设计上时较为繁琐且因为缺乏针对性会浪费设计者较多时间，如何根据标准解的不同类型简化标准解的应用程序称为本章主要解决的问题。根据对物质-场模型的分析以及对5类标准解的研究发现，第1类到第3类标准解都和系统有关，而第4类是主要在于检测与测量，前4类解常常使得系统更加复杂因为这些解都需要引入新的物质或者场。第5类标准解是简化系统的方法，使系统更加理想化。当从解决性能问题的第1类到第3类标准解或解决检测/测量问题的第4类标准解决定了一个解以后，第5类可用来简化这个解。在烟雾机的工程实例中在

18、其有工作过程中期望产生两种行为，一种是烟雾机自身的作用形成喷烟行为，完成灭绝病虫害的目标；另一种是当烟雾机产生故障时操作者能够对其进行检验、维修甚至期望烟雾机能实现自我检测的目标。综合分析两种行为，发现其分别属于系统和检测/测量的类型，因此可以按照划分的标准解类型快速解决烟雾机实例问题。在分析基础上，笔者提出以下标准解应用的流程图，直观地提出如何利用5 类标准解快速解决问题。图5.1将76个标准解的运用划分为两条主要途径：系统改进；检测与测量图5.1 标准解在工程实例中的应用程序发现当烟雾机运作时偶尔会发生发动机起火现象。造成此种现象的原因是发动机在启动时拉阀没有拉到位。而在实际使用时烟雾机是

19、车载的，因此在运行过程中操作人员一般是在驾驶室内，并不直接观察到烟雾机工作。如果发生类似的意外将可能造成无法挽救的结果。针对这一问题，笔者通过构建物质-场模型，利用归纳出的标准解在工程实例中的应用程序尝试解决此问题根据归纳出的流程图，首要步骤是建立物质-场模型。该模型中只有发动机，因此该功能属于不完整的功能，问题解决的过程是完善此功能。图5.2 未被保护的发动机第二步，根据流程图可见，有两种方式可以解决此问题，通过改进系统的方法便采取第1类第种类型标准解，要加入保护系统使得发动机免受损坏。图5.3 被保护系统保护的发动机第二种解决方式是通过检测与测量方法，采用第4类第种类型的标准解，在烟雾机中

20、加入零件或场，实行自我保护。设想在烟雾机中加入自我检测系统，当发生故障时可以自我发现并立即启动保护装置，第一时间保护烟雾机不受伤害第三步是应用第3类标准解进一步改善系统，该类标准解中有多种系统传递的标准解，如可以传递到一个双系统，该系统可以保护烟雾机不受损坏又可以保证能及时提醒位于驾驶室的操作人员。根据物质-场的原理分析，设想在烟雾机的发动机处增加一个自动报警装置，当发动机发生意外情况时，可以在第一时间检测到并且启动自我保护系统，同时通过警报的响声通知驾驶室处的操控人员，帮助其及时发现问题解决问题。第四步是根据流程图，下一步是确定概念是否能接受？假如能接受，是否还有可以更好的方法。利用系统改进方法做出的设想是加入的报警器。假设加入的报警器能够正常工作，但因为烟雾机的工作环境是在户外，噪音大干扰多，因此仅通过响声及时通知驾驶室的工作人员存在一定的困难，影响操作人员准确判别