运用TRIZ理论改造自行车
基于TRIZ理论的自行车停车装置创新设计与试制
第6期2021年6月258机械设计与制造Machinery Design & Manufacture基于TRIZ 理论的自行车停车装置创新设计与试制祝志芳叫袁斯宾彳,张志杰2,万超2(1•南昌工程学院,江西省精密驱动与控制重点实验室，江西南昌330099;2.南昌工程学院,机械与电气工程学院，江西 南昌330099)摘 要：以立式停车架为研究对象,通过对其详细分析发现目前该装置主要存在停车过程复杂、耗时耗力、操作不方便等 问题。
基于TRIZ 创新理论，利用40创新原理与39矛盾矩阵知识，创新设计出一种停车时间短、耗能低、节省空间及操作简便的直立式自行车停车装置。
应用Pro/E 三维建模软件建立了该装置整体三维模型，并进行了实物加工制作。
通过试验表明该装置停车时间为(3~5)s,能节省44%的停车空间，停车过程可减少人体消耗能量88.2 J,具有很好的实用价值和 推广意义。
关键词:TRIZ ;停车装置;矛盾矩阵;创新原理中图分类号:TH16；TH122文献标识码：A 文章编号:1001-3997(2021)06-0258-04Innovative Design and Trial of Bicycle Parking Device Based on TRIZ TheoryZHU Zhi-fang 1'2, YUAN Si-bin 2, ZHANG Zhi-jie 2, WAN Chao 2(1・ Nanchang Institute of Technology , Jiangxi Province Key Laboratory of Precision Drive & Control , Jiangxi Nanchang 330099, China;2.Nanchang Institute of Technology , School of Mechanical and Electrical Engineering , Jiangxi Nanchang 330099, China)Abstract ： Taking the vertical parking rack as the object of research. Through the detailed analysis of the device , it is found thatthere are some problems such as complicated parking process , time consuming and energy consuming and inconvenient operation and so on. Based on TRIZ innovatioTi theory 9 using the knowledge of 39 contradiction matrix and 40 innovation principle , a kind of v ertical bicycle parking device with shorter parking time 9 lower energy consumption 9 less parking space and easy opera tion is designed. The whole three-dimensional model of d evice is established by using Pro/E three-dimensional modeling softwareand has been f abricated by physical processing ・ Through test results show that the parking time of t he device is (3~5)s, the device can save the parking space of 44% and parking process can reduce the energy consumption 8&2 J. It has the very good practicalvalue and popularization meaning.Key Words : TRIZ ； Parking Device ； Contradiction Matrix ； Innovation Principle1引言随着交通拥挤和环境污染等问题日益凸显，自行车作为一 种绿色环保的交通方式，受到人们的青睐叫 我国自行车数量众多，但是自行车停放设施还相对紧缺,带来了很多随意停放自行 车的现象叫目前我国自行车停放装置主要有卡位式停车架、双层停车架及立式停车架3种，如图1所示。
基于TRIZ原理的自行车防雨防晒罩的创新设计
基于TRIZ原理的自行车防雨防晒罩的创新设计
赵彦植;胡晓兵;邱勇
【期刊名称】《工业设计》
【年(卷),期】2012(0)A02
【摘要】本文介绍了TRIZ理论的相关理论和解决发明问题的方法,并基于TRIZ技术矛盾和创新原理,提出了自行车防雨防晒罩的创新设计方案,解决了传统防雨防晒罩不能有效遮挡风雨和紫外线的问题,得到的方案具有一定的实际应用价值。
【总页数】1页(P24-24)
【关键词】TRIZ理论;防雨防晒罩;创新设计
【作者】赵彦植;胡晓兵;邱勇
【作者单位】四川大学制造科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U484
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自行车的创新设计作品名称：自行车的创新设计院校名称：哈尔滨理工大学作者姓名：张简一、李鹏飞、高荣娜、鲍常亮、周原冰作品简介：一、研究目的应用TRIZ理论进行自行车创新设计，解决自行车与公交系统的互补与延续。
同时增加自行车新的使用乐趣。
二、基本思路及创新点交通覆盖的空白使得人们在出行时产生不便这是一个典型的管理矛盾，那么现在要将这个管理矛盾转化成技术矛盾，即在减小自行车体积的同时不改变它使用时的基本形态，保证它的强度、稳定性和使用时的可靠性。
查阅TRIZ矛盾矩阵表得到表一：表一：自行车创新设计解决方案矩阵表恶化的参数改善的参数12形状13结构的稳定性14强度27可靠性8静态物体的体积7，2，3534，28，35，409，14，17，152，35，16从这个图表中，可以看到解决这个问题可以从2、7、14、15、16、17、28、35、40号解决方案中找到方案。
查阅TRIZ理论解决矛盾的40个标准方法，得到：2．抽出：①从物体中抽出产生紊乱的部分或属性；②从物体中抽出必要的部分或属性。
7．套叠法：把一物体嵌入另一物体，然后再嵌入另一物体中。
14．曲线、曲面化法：①将直线、平面变成弯曲的形状，将立方体变成椭圆体；②使用滚筒、球状、螺旋状；③改直线运动为回转运动,使用离心力。
15．动态法：①自动调节物体，使其在各动作阶段的性能最佳；②将物体分割成既可变位又可相互配合的数个构成要素；③使不动的物体可动或相互交换。
16．部分超越法：所期望的效果难以100%实现时，在可以实现的程度上加大动作幅度，使问题简化。
17．多维法：①将做一维直线运动的物体变成二维平面运动；②单层构造的物体变为多层构造；③将物体倾斜或侧向放置。
28．机械系统的替代法：①用光学系统、听觉系统、嗅觉系统取代机械系统；②使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场；③场的取代：a）可变场与恒定场相取代；b）固定场与随时间变化的可动场相取代；c）随机场与恒定场相取代；④把场与强磁粒子组合使用。
TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用
TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用摘要：随着社会经济的不断发展，使得现如今产品竞争主要为技术竞争。
而产品设计的最终目的就是产品创新，以满足市场需求，在市场中占有一席之地，这也是提高产品竞争能力的重要途径。
传统的创新设计方法通常是采用头脑风暴法或者是试错法，这种方式的成功与否很大程度上依赖于设计者的个人经历和创作灵感，但当出现技术体系问题时就会使得上述方法难以发挥出成效。
因此，就衍生出了TRIZ理论，通过对这一理论的恰当应用，可以使设计师在开展方案设计工作时更快地发现具有创造性的新概念，进而实现对机械产品的快速、有效设计。
关键词：TRIZ理论；机械产品设计；应用分析前言创新能力的关键在于如何培养创新思维，与西方发达国家比较，我国在知识、技术创新和工业化发展水平上还有很大的差距，因此要想缩小差距，就需要积极提高人民群众的创新能力，从而促使我国再次腾飞于世界之林。
人们要充分发挥自身创新精神，在知识和技术上进行不断创新，所以本文就阐述了TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用，希望能对相关人员开展工作提供借鉴。
一、TRIZ理论相关概述（一）TRIZ理论的定义TRIZ是“发明问题解决理论”的简称，阿奇舒勒教授带领科研团队对全球250万项专利进行深入分析和学习，总结出的一系列较为系统化的技术难题处理方案，给TRIZ理论下的定义是：（1）基于知识的方法：①TRIZ是一种基于产品演化趋向，从世界范围内上百项专利中提炼而成的，能解决创造性问题的具有启发性、客观性的方法论知识；② TRIZ是一种应用于自然科学、工程学等领域的广泛性理论；（2）面向人的方法：①TRIZ算法本身也是将系统划分为若干个能够区分好坏的子系统，但是它存在着某种随机性质，并且分解受问题和环境的影响；②TRIZ软件虽然并不能完全替代人的工作，只能作为一个补充，但是它可以给设计者提供一个处理随机问题的方法。
（3）系统化的方法：①TRIZ法采用一种通用的详细模型对问题进行分析，其中的相关知识具有系统化特点；②TRIZ法是一种帮助设计师运用已有知识来解决问题的系统化过程[1]。
TRIZ理论的自行车的发展与创新
TRIZ 理论的自行车的发展与创新蔡万健 1010100627机自10创新班摘要：交通覆盖的空白使得人们在出行时产生不便这是一个典型的管理矛盾，那么现在要将这个管理矛盾转化成技术矛盾，即在减小自行车体积的同时不改变它使用时的基本形态，保证它的强度、稳定性和使用时的可靠性。
未来自行车将趋于便携化、健身化、娱乐化、轻质化、时尚化发展，并提出自行车安全行车指示系统创新理念。
最后依据预期分析，认为未来自行车应重点体现便携式及宜人化特点，应用TRIZ理论进行自行车创新设计，解决自行车与公交系统的互补与延续。
同时增加自行车新的使用乐趣。
关键词：进化；自行车设计；便携；折叠；创新1、引言TRIZ 是俄文中发明问题解决理论的缩写。
该理论是前苏联G.S. Altshuller及其领导的一批研究人员在1946 年创立的的创新方法。
在分析研究世界近250 万件发明专利，综合多个学科领域的原理、法则形成TRIZ 理论体系。
该理论是能够指导实际新产品开发的理论方法体系，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。
TRIZ 理论主要内容包括：技术系统进化理论、40 个发明创造原理、39 项技术特性、冲突矩阵、物质——场分析、76 个发明问题标准解决方法、发明问题解决算法(ARIZ) 以及工程效应知识库等。
在产品设计进化过程中，上述各内容都能从不同方面对设计人员提供创新方案的指导。
2、技术系统进化理论TRIZ理论的核心是技术系统进化原理，技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。
任何一种产品、工艺或技术都是随着时间的推移向着更高的方向发展和进化的，并且它们的进化过程大致都会经历几个相同的阶段。
常见的技术系统的生命周期一般包括婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，这条路线用图例表示出来就是一条S形的“小路”，即所谓的S 曲线。
处于前两个阶段的产品，设计应对其结构、参数进行优化，尽快使其成熟，以便企业获得最大效益；处于成熟期的产品，企业应对其替代技术进行研究，使产品取得新的替代技术，以应对未来的市场竞争；处于退出期的产品，企业利润急剧下降，应尽快淘汰。
TRIZ 技术矛盾实例
TRIZ 技术矛盾实例:
实例一:学生书包问题
学生的书包应该需要很大的容量以便容纳更多的物品,但是书包大了放的物品多了书包又重了,增加了学生的负担
实例二:飞机油箱问题
飞机油箱越大盛的油越多,飞机的续航能力越强飞的越远,但是飞机的油箱越大也影响了飞机的机动性和耗油量
实例三:手机的功能问题
手机的功能自然是越强大越好,但是手机的功能越多越强大手机的耗电量和价格也就会上升
TRIZ物理矛盾实例:
实例一:手机体积与电池容量大小问题
现代手机希望体积变小而电池的容量变大即电池的
体积变大
实例二:公交车的体积与载客量的问题
现在一般希望公交车的体积变小减小交通拥挤但同时又希望能够多载客
实例三:自行车的体积问题
人们总是希望自行车在行走的时候体积变大但在停放时体积变小。
triz利用技术进化理论分析某种产品的演进过程
一、利用技术进化理论分析某种产品的演进过程。
伴随人类需求对产品形式、功能、质量、审美的不断提高，自行车设计不断创新，人类需求的质量、数量及对产品形式的不断变化，迫使自行车设计不得不根据需求变化及实现的可能，增加自行车的辅助功能，改变其实现形式。
从历史的观点看，自行车处于进化之中。
自行车的进化分为如下四个阶段：第一阶段为系统选择零部件。
第一辆自行车被发明时，发明人考虑的问题是：自行车的部件是什么？驱动部件的形式是什么？驱动的方式是什么？经过多次实验，第一辆自行车由机架及木质的轮子组成，骑车人的脚是驱动力，靠蹬地摩擦驱动前后两个木质车轮转动。
没有车把、传动链条、转向装置，需要改进。
第二阶段为改善零部件。
发明人改进组成技术系统的不同零部件，对其形状、各种关系进行优化，采用更合适的材料、尺寸，选择链传动机构，增加转向装置、脚踏板、鞍座等，于是结构系统、导向系统、驱动系统、制动系统逐一出现。
第三阶段为系统动态化。
例如结构的动态化、功能的动态化、材质的动态化等。
在车架结构的连接方式上，很多采用刚性连接的零部件改为柔性连接，故出现折叠自行车。
自行车的机械结构系统与电力系统的集成，设计出电动自行车、折叠电动自行车，从而引发电动自行车新技术系统的出现，同时增加了自动化的程度。
第四阶段为系统的自控制。
自行车系统应该能够自动地适应交通环境，因此，未来自行车的设计上应增加安全行车指示系统，例如，在车架显要部位安装LED指示方向灯，可在骑车即将转向时预警后方或前方行人本车要左转或右转，确保人的行车安全。
还应突显自动化与机械化相结合的趋势，同一辆自行车，根据人的不同需求，即可满足用脚蹬踏健身需求，又可满足纯电力轻松快速代步需求。
这一进化步骤还没有广泛实现，但可从电动自行车设计中看出该进化步骤已初显。
二、描述一个问题，查找冲突矩阵得出发明原理。
（需找出改进的参数和恶化的参数）1.问题描述：怎样使雨伞挡雨的面积更大？普通的雨伞挡雨面积小，而且如果增加雨伞的面积则会使雨伞的质量增加，也使支撑架的受力加大使雨伞容易变形，从而给使用者带来不便。
基于TRIZ物场分析理论的共享单车平台优化设计
前沿与动态106 / INDUSTRIAL DESIGN 工业设计基于TRIZ 物场分析理论的共享单车平台优化设计OPTIMAL DESIGN OF SHARED BICYCLE PLATFORM BASED ON TRIZ SUBSTANCE-FIELD ANAL YSIS THEORY上海交通大学媒体与设计学院 单海峰 席涛年中国单车租赁市场规模将上升至1.63亿元，用户规模将达1026.15万人。
由此带来的结果将是共享单车市场越发混乱，原本存在的一些问题更加突出，例如车辆随意停放造成的大量占用公共空间、影响用户体验的高坏车率、儿童用车的安全隐患等。
特别是由于使用者目的地不同，造成停放地分散，导致了后续有骑行需求的用户有找车困难的问题。
而找车是用车的前提，直接关系到用户的中心利益，所以这也是用户在使用共享单车时最为关键的问题。
如何让找车更加容易，是共享单车平台目前面临的最大挑战。
1.2 TRIZ 理论物—场分析法基本原理介绍不同学科在解决问题时，首先需要建立一个问题模型，才能更规律的去分析问题，揭开问题的本质并发现其它潜在的问题。
其中有一种著名的问题解决方法叫做TRIZ 。
TRIZ 直译过来是“发明问题解决理论”，在TRIZ 理论中，为寻找新的技术方案通常采用各种模型，它们反映了技术系统发展的基本特征和规律。
而基于TRIZ 理论中的物—场分析法就是一个问题建模分析工具，在寻找解决方案的过程中，可以根据物—场模型所描述的问题，来查找相对应的一般解法和标准解法。
在任何一种寻求解决方案的发明课题中，都应有物体，以及物体同外界环境（或其它物体）的相互作用。
也就是说，从课题所需要的答案中，一般必须具有的基本组成内容包括两个物质（Substance ）和它们之间的作用力，称为场（Field ），场是产生作用力的一种能量，整个系统如图1左所示。
值得注意的是物场分析中的“物质”比我们一般理解的含义更广一些，还包括技术系统（或其组成部分）、外部环境甚至有机体，这样做的目的在于暂时抛开物体所有多余的特性，只区分出那些引出冲突的特性，简化解决问题的进程。
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基于TRIZ 理论的自行车驱动方式改进
一 . 设计背景及意义
我国是自行车大国，拥有的自行车数量在世界上一直名列前茅。
随着环保，健康等理念的日益普及，越来越多的人选择自行车代步。
然而传统的自行车驱动方式较为单一，都是由脚驱动，由手控制方向。
随着经济的不断发展，人们对产品的个性化需求也越来越突出，因此自行车的驱动方式也需要更加多样化，以满足日益增长的个性化需求。
二.用TRIZ方法解决问题
1 .TRIZ 理论解决问题的基本思路如下：
(1)我们所遇到的问题大多都是不同的，因此我们称之为具体问题或者特殊问题。
在这一部分，我们要对遇到的问题进行清楚的定义，将问题明确化，然后搜索可能的方向，最后定义我们项目成功的标准或者目标(理想最终
解) 。
(2)利用因果分析和功能模型分析对问题进行分析，找到突破问题瓶颈的其它路径，或者找到问题出现的根源，然后将这个问题抽象为一个一般化的问题。
(3)对于这个一般化的问题，根据TRIZ 的工具，如标准解，发明原理，科学效应库，技术发展趋势等找到一般的解决方案。
(4)将这些一般化的解决方案引入到我们的具体项目中，转化为我们自己的解决方案。
TRIZ 理论更注重问题的分析和借用，从前人的解决方案中，从其他领域的类似的问题中去寻找答案。
所以通过TRIZ 理论所得到的解决方案通常是被证实可用的，所以可靠性高，易于操作，项目失败的风险也比较小。
2.定义问题
我们的目的是设计出由脚控制方向，由手进行驱动的的自行车。
但是如果按照传统自行车的设计来看，手脚的相对位置是手在前，脚在后的，若改为手驱动的话会导致重心不稳，难以控制平衡的问题。
3.功能模型分析
工程系统：工程系统指的是能够执行一定功能的系统。
一般说来，它指的是我们整体的研究对象。
比如，我们研究的对象是一辆车，车的功能是载人或者载物，则车就是一个工程系统。
而如果我们的研究对象是一个车轮，车轮能够执行的功能是支撑车以及移动车等功能，则我们可以将车轮看成一个工程系统。
工程系统的级别是相对的，根据我们的研究目的来确定谁是工程系统。
超系统：超系统指的是包含被分析的工程系统的系统，在超系统中，我们所要分析的系统只是其中的一个组件。
组成超系统的组件，就是超系统组件。
工程系统和超系统的划分并没有那么清楚。
这种划分完全取决于项目的需要，一般来说，超出项目范围以外的组件，或者说出于项目的限制，某个组件没有可调节的自由度，那么这个组件可以列为超系统组件。
功能模型分析分为三部分，即组件分析、相互作用分析和功能模型。
组件分析是指将系统和超系统的组件加以区分，并分类列出来；相互作用分析指的是识别组件两两之间的相互作用，为以后的功能模型打下基础；功能模型是指识别组件之间的功能，并根据他们执行功
能的性能加以评估，最后形成功能模型图。
3.2相互作用分析
相互作用分析矩阵将相接触的部件标识出来，带+”的单元意味着可能有功能，为后面
的功能分析打下良好的基础。
4.小结
综上所述，自行车驱动的方式与前轮、后轮、车座、车身及传动方式有关。
具体的设计如下：1.把车座往后移动，并设计一个有一定倾斜度的靠背，使得重心后移以增加舒适度。
2.在前轮铰接处增设两个“火箭炮”（如图4.1），双脚通过其来控制前轮的方向。
3.手的驱动可以仿照传统自行车的传动方式，即齿轮链条传动。
4.后轮由一个变为两个，从而增加平衡性与稳定性。
图4.1 “火箭炮”
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