a类分组35ta310工程制图辅助画板5ta

1、“TRIZ”杯大学生创新方法大赛B第三届参赛作品简介作品类别： 发明制作类 工艺改进类 创意设计类作品名称：工程制图辅助画板团队名称：启航 014作品简介：本作品针对工程绘图时存在的常见问题，如布局、胶带固定易损坏图纸、平行线和剖面线绘制不精确等，应用 TRIZ 理论，开发出一套工程制图辅助绘图工具工程制图辅助画板。该作品可实现：1.随身携带，随时随地绘图；2.快速布局，节约绘图时间；3.无损固定图纸；4.快速绘制各种平行线，提高绘图效率和精度。应用的 TRIZ 理论：本作品通过功能分析、最终理想解、九屏幕图、系统完备性法则、生命曲线、资源分析等 TRIZ 分析理论对问题进行分析，找出，并应用

2、技术、物理、物场分析等对应的解决理论，得出最终技术解决方案。该作品简介大赛将在公开进行成果转化推介，请参赛队伍注意知识的保护。指导教师签名：第一作者签名：专利申请情况提出专利申请申请号：201420432232X申请日期 2014 年 08 月 03 日提出专利申请申请号：201410376226.1申请日期 2014 年 08 月 03 日已获专利权批准批准号：批准日期年月日未提出专利申请此作品参加本赛事之前获奖情况是否获过奖是否获过奖赛事名称获奖级别C申报作品 TRIZ 理论应用情况工程制图辅助画板一、问题描述在传统手工绘制工程图样时，主要使用直尺、三角板、量角器和丁字尺等工具在绘图桌上进

3、行绘制，当需要绘出多段平行线或具有一定角度的平行线时，就需要反复摆放尺子来进量或者绘制，这样会造成绘图误差的增大和效率的降低。同时传统的绘图方式还存在着如下一些问题：利用胶带固定图纸易对图纸造成损害；在绘图布局时主要靠感觉，无法实现精确合理的布局，易导致图样作废。因此，为解决上述问题，应该设计一种新的绘图工具，其应满足如下一些限制条件：成果转化情况是否与企业对接 是 否 对接企业名称：对接日期年月日该绘图工具的制造不应太复杂，成本不应超过现有绘图工具的组合；该绘图工具不应有过于严格的使用环境要求；该绘图工具的体积不能太大，要方便携带；该绘图工具应能极大的提高绘图效率。二、TRIZ 分析过程本作

4、品整个 TRIZ 分析过程如程图所示：（能分析（问题分析）表 1功能分析表技术系统工程制图辅助画板用途绘制工程图样技术功能精确绘制各种平行线和角度线主要功能无损固定图纸；辅助绘图布局；精确绘制各种平行线和角度线。（二）系统完备性法则图1 系统完备性法则（三）九屏幕图图 2 九屏幕图（四）最终理想解表 4 最终理想解分析表（五）资源分析工程制图辅助画板的资源包括：轨道、滑块、绘图板、绘图纸、丁字尺、绘图笔、空气。其全部为现有资源。选择资源的顺序如下表（表 2，表 3）：表 2 选择资源的顺序表 3 现有资源比较资源类型价值数量质量可用性轨道免费无限中性成品机械能免费足够中性成品绘图板廉价足够有益

5、改变后可用绘图笔廉价足够有益成品丁字尺廉价无限有益改变后可用空气免费无限中性成品X 元素免费无限有害成品资源属性选择顺序价值免费廉价昂贵数量无限足够质量有害中性有益可用性成品改变后可用需要建造问题分析结果设计最终目标？可自动绘制工程图样理想化最终结果？图纸自动贴合在绘图板上，丁字尺可配合绘图板可以自动地沿着固定方向做等间距移动和定角度转动。达到理想解的是什么？图纸无法自动贴合绘图板移动；丁字尺和绘图板不能够实现高度智能化。出现这种的结果是什么？图纸与绘图板间相互作用力太小；丁字尺在绘图板上沿固定方向绘制和直线段时不能实现自动化。不出现这种的条件是什么？在图纸与绘图板间增加一个可卸除的作用力，以

6、固定图纸；绘图板上有一种特殊机构可以使丁字尺自动找到某比较基准，使之沿固定方向做平行移动和定角度转动，并提供足够的动力。创造这些条件所用的资源是什么？电能、磁场、空气、智能系统。选择优先使用轨道、机械能、空气、丁字尺、绘图板和 X 元素，其中 X 元素为引入的理想化的位置资源。（六）物理工程制图辅助画板的子系统丁字尺既要能绘制水平平行线，又要能绘制剖面线等具有一定角度的平行线，这就产生了一个物理。经分析后决定采用时间分离原理解决此，将普通丁字尺分割成为直尺和挡块两个部分，中间以铰链连接，使两者可相对转动，并通过定位销进行定位。在使用时，旋转至所需角度，定位销，便可轻松绘制所需平行线。（七）技术

7、1：在绘图时，需要对主、俯和左三视图进行布局。布局时首先需对绘图纸进量，再根据测量结果和实际图样大小确定方位，这一过程十分浪费时间。如果不测量直接绘图则易导致布局确，图样直接作废。这就了测量的准确度和时间的浪费之间的矛盾。改善的参数为测量的准确度，的参数为时间的浪费。由矩阵表查得发明原理为（见表 7）：表 7矩阵表 3（发明原理 24）中介原则把另一个(易分开的)物体暂时附加的参数改善的参数时间的浪费测量的准确度24、28、2、10、6给某一物体。（发明原理 28）机械系统的替代原则用电场、磁场和电磁场完成与物体的相互作用。（发明原理 2）抽取原则从物体中拆出“干扰”部分（干扰特性）或者相反，

8、分出唯一需要的部分或需要的特性。（发明原理 10）预先作用预先对物体进行特殊安排，使其在时间上有准备或处于易操作的位置。（发明原理 6）多用性使一个物体能完成多项功能，可以减少原设计中完成这些功能的多个物体的数量。采用（发明原理 10）预先作用，在绘图板绘图界面四周添加刻度，使绘图界面坐标化，预先将测量过程完成，减少绘图时间，提高绘图效率。2：在绘图时，希望绘图纸能牢固的贴合在绘图板上，不会轻易移动。若靠其自重进行固定，正压力不够，图纸轻易就会移动；若采用胶带等粘合力，拆卸时又极易对图纸造成损害。这就了有害的副作用和力之间的。改善的参数为有害的副作用，的参数为力。由矩阵表查到发明原理为（见表

9、5）：表 5矩阵表 1的参数改善的参数力有害的副作用28、4、1、35（发明原理 28）机械系统的替代原则用电场、磁场和电磁场完成与物体的相互作用。（发明原理 4）增加不对称性原则物体的对称形式转为不对称形式。（发明原理 1）分割原则将物体分容易组装和拆卸的部分。（发明原理 35）物理/化学参数的变化改变物体的物理状态，即使物体在气态、液态、固态之间变化。采用（发明原理 28）机械系统的替代原则，在绘图板下方镶嵌强磁铁，同时在图纸上方放置强磁铁，通过磁场作用使图纸贴合在绘图板上。3：在使用绘图板时，既要求其尺寸、形态满足使用要求，又要求其能够随身携带，质量不能太大。这就了形状与物体质量之间的技

10、术。改善的参数为物体质量，的参数为形状。由矩阵表查到发明原理为（见表 5）：表 5矩阵表 1（发明原理 3）局部特性原则使物体的不同部分应当具有不同的功能；（发明原理 4）增加不对称性原则物体的对称形式转为不对称形式；的参数改善的参数形状物体质量3、4、14、17（发明原理 14）曲面化原则从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构；（发明原理 17）向另一维度过渡的原则利用多层结构替代单层结构。采用（发明原理 3）局部特性原则，使绘图板不同部分具有不同功能：1.绘图板中部用于固定图纸；2.绘图板右侧空腔用于放置绘图工具;3.绘图板界面四周标记刻度用于辅助

11、绘图布局；4.绘图板四侧垂直面用于丁字尺参照标准。4：为了使用方便，挡块不应太大，需减小挡块占有的体积。但同时也将引起挡块的形状复杂度提高物体的面积与形状之间的。改善的参数为物体的面积，的参数为形状。由矩阵表查得发明原理为（见表 6）：表 6矩阵表 2（发明原理4）不对称原则物体的对称形式转为不对称形式。（发明原理 14）曲面化原则从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构。的参数改善的参数形状物体的面积4、14、15、17（发明原理 15）动态原则将物体分成彼此相对移动的几个部分。（发明原理 16）向另一维度过渡的原则利用多层结构替代单层结构。采用（发明

12、原理 15）动态原则，使丁字尺直尺部分与挡块部分可相对转动，可在动态和静态间转换。这样既能实现要求的多种功能，又极大减小了挡块的体积。（九）物场分析1.图纸固定问题物场分析S1 图纸S2 胶带F1 压力场图 4 问题模型如图 4 所示，这是对问题进行物场分析后的结果，通过胶带固定图纸极易对图纸造成损害通过磁场用磁铁夹持图纸可实现对图纸的无损固定，方案物场分析如图 5。S1 图纸S2 磁铁F1 是磁场图 5 方案模型2.丁字尺物场分析S1 纸S2 尺子F1 是机械场图 6 问题模型如图 6 所示，这是对问题进行物场分析后的结果，如此是不可能精确绘制平行线和角度线的。如图 7 所示，对方案进行了物

13、场分析，通过挡块和直尺的共同作用可实现精确绘制平行线和角度线。S1 纸S2 尺子F1 是机械场S3 挡块F1 机械场图 7 方案模型三、解决方案方案 1：用胶带将图纸固定在普通桌面上，通过将直尺不停重新摆放（如图 8）或通过组合使用直尺和三角尺（如图 9），绘制图样。图8图9方案一图使用此方案有如下几个弊端：1.在重新摆放尺子时容易发生窜动，造成绘出的平行线并不平行，误差增大；2.在两个尺子连接处啮合无法完全贴合，在绘图时易发生错位，使得绘出的图样误差增大；3.胶带固定图纸在拆卸时易损坏图纸。方案 2：使用普通丁字尺在普通桌面上绘图，如图 10 所示。图 10 方案三图使用此方案有如下几个弊端

14、：1.由于制图桌体积太大，无法携带，使用不方便，有空间限制；2.同时传统丁字尺只能绘制水平直线和平行线，在绘制具有一定角度的平行线时只能使用方案 1 中所用方法，同样会出现方案 1 中的弊端。方案3：工程制图辅助画板由绘图板和多功能丁字尺两部分组成。绘图板上分布有绘图工具存放区、绘图区和坐标辅助布局区。通过磁铁夹持的方式对图纸进行无损固。多功能丁字尺由直尺和挡块两部分组成，中间以铰链连接，可发生相对转动，在需要时旋转至所需角度，通过定位销进行定位，配合绘图板可实现快速精确绘制各种平行线。确定最终方案：决定采用方案 3。利用 TRIZ 原理设计经过综合比较考虑，一套工程制图辅助工具，可实现：1.

15、快速布局； 2.无损固定图纸；3.快速绘制各种平行线。具体解决方案如下：工程制图辅助画板（如图 11），由绘图板和多功能丁字尺组成。其特征在于：1.绘图板上分布有绘图工具存放区、绘图区和坐标辅助布局区。绘图工具存放区：在绘图板右侧有一凹槽，可存放绘图工具，绘图时方便取用；绘图区：绘图板为绘图区，在其四角镶有强磁铁，图纸放上后，再放四个强磁铁，可将图纸固定在绘图板上，并且不会损坏图纸；坐标辅助布局区:在绘图区四周标有刻度可预先将图纸界面分区方便布局。2.多功能丁字尺由直尺和挡块两个部分组成，中间以铰链连接，可发生相对转动，在需要时旋转至所需角度，两者间以定位销进行定位，配合绘图板可实现快速精确绘

16、制各种平行线。多功能角度尺绘图板图 11 最终方案图四、生命曲线成熟期期性能参数专利等级专利数量经济收益成长期婴儿期图 3 生命曲线图技术系统的进化一般按照如上的生命曲线进行，我国科技教育事处于蓬勃发展时期，在工科教育和实际工程中绘制工程图样非常普遍，对绘图工具的需求量非常巨大。制图桌和丁字尺的搭配使用已经有非常久远的历史，但是鲜有大的改变，专利等级较低，专利数量少。工程制图辅助画板可极大的提高绘图效率，费用也远低于制图桌等绘图工具，易被消费者接受。整个产业具有庞大的消费群体，收益十分可观，故工程制图辅助画板应处于生命曲线的成长期和成熟期的交汇处，具有较大的发展前景。五、市场分析制图桌在工程制图中的使用非常普遍，尤其在工科类院校中，更是大量配置，但由于其高昂的价格，难以实现单独配置，只能以制图室的形式，公共使用，大大约束了学生的学习。若没有制图桌，在普通桌面绘图时，就需要反复摆放尺子，十分不便，使绘图变得复杂、精度不高且耗费时间。本作品开发的工程制图辅助画板可完全实现制图桌功能，采用绘图板与多功能角度尺相配合可实现快速方便地绘制工程图样，节省了制图时间，同时制作成本低，可做到人手一套，易于推广。在 25 元左右，估