基于TRIZ理论的自返式运输车创新设计_潘承怡

下料长度h/mm 下料数目b/个3100402324202050160605230型材规格最优方案方案数12343100mm 10002324mm 02022050mm 1020605mm 1032下料根数405605余料为：245、1352、85、142，利用率=［1－（245×40+1325×5+85×60+142×5）/6000×（40+5+60+5）］×100%=96.61%。

这一结果与计算机计算的结果相符，利用率超过95%，是最优结果。

6结束语我们所设计的自动下料软件采用C 语言编程，VC软件设计界面，应用面向对象的概念，利用计算机编程自动优化下料，改变了传统人工下料的历史，不仅提高了企业的生产效率，更重要的是能使下料最优化，使生产中的废料最少，最大限度地利用原料，节约成本。

参考文献：［1］谭浩强.C 程序设计［M ］.北京：清华大学出版社，2001.［2］郑莉，董渊，傅仕星.C++语言程序设计［M ］北京：清华大学出版社，2000.［3］袁忠良.最优化下料方法与程序［M ］.天津：天津大学出版社，1989.［4］蔡自兴，徐光佑.人工智能及其应用［M ］.北京：清华大学出版社，1996.表1规格及数量表2优化下料方案基于TRIZ 理论的自返式运输车创新设计潘承怡，王健，赵近川，郑华（哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨150080）摘要：基于TRIZ 理论，对自返式运输车进行创新设计。

分析了其功能原理和结构，开发了一种可自驱前进并自动返回的运输车。

该车不需人或任何其它能源驱动，而是利用自身结构特点，自动形成驱动力，并具有急回特性。

其适用于一般轻型传动，可代替或减轻人的劳动，省时省力，是运输机械中的创新产品。

关键词：自返式运输车；TRIZ 理论；创新设计中图分类号：TS665文献标识码：A文章编号：1001-4462（2009）07-0040-03Creative Design of Self-return Conveying Vehicle Based on TRIZPAN Cheng-yi,WANG Jian,ZHAO Jin-chuan,ZHENG Hua（School of Mechanical &Power Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin Heilongjiang 150080,China ）Abstract ：Based on TRIZ,a creative design of self-return conveying vehicle has been accomplished.Its functional principle and structure are analyzed.A type of self-driven and self-return conveying vehicle is exploited.The conveying vehicle needs no man or any other power source.It can create driven force by structural characteristic of itself.And it has the advantage of quick-return.It is applicable to light load transmission.It can take the place of man and decrease the quantity of man ’s ing this kind of vehicle,time and force can be saved.It is a creative product of conveying machinery.Key words ：self-return conveying vehicle ；TRIZ ；creative design传统运输机械中，四轮手推车或拖车是人们使用的主要工具，其结构一直没有太大变化，动力常由人力或电力提供，多年来没有实质性改进。

然而，在追求产收稿日期：2009－03－30第37卷第7期林业机械与木工设备Vo137No.72009年7月FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENTJul.2009!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!F 1S 2S 1S 1S 3F 2（a ）（b ）图2物—场分析模型品创新性的今天，随着TRIZ 理论传入我国，传统四轮车的功能和结构都可以应用TRIZ 理论进行创新，通过创新设计，可以改变传统的驱动原理，使其更加省力、节能且具有自动返回功能。

下面就基于TRIZ 理论进行自返式运输车的创新设计。

1TRIZ 理论TRIZ 是“发明问题解决理论”的俄文单词用英语标音后的缩写，是前苏联发明家阿奇舒勒及其领导的一批研究人员在分析了世界各国250多万件高水平专利的基础上，所提出的具有普遍适用性的一套发现问题并找到解决办法的发明理论［1-2］。

TRIZ 的方法是高效的，它用系统的方法和工具来解决那些通常不能解决或难以解决的问题，尤其是能使设计者打破传统惯性思维，获得发明灵感。

TRIZ 的常用工具有阿奇舒勒矛盾矩阵、40个发明原理、物—场模型分析、76个标准解法、T RIZ 和科学知识原理库等，能帮助我们快速获得创造性的解决方案。

TRIZ 解决问题的一般过程如下：首先对实际问题进行抽象，将实际问题转化为TRIZ 的标准问题；然后利用TRIZ 工具得到TRIZ 的标准解；最后针对实际问题，应用专业知识，将标准解转化为实际问题的最终解。

由于TRIZ 方法的先进性，缩小了设计者思维方向与最终理想解的偏差，比直接应用专业知识求解或单纯采用头脑风暴法求解的效率要高得多，而且所获得的解质量也更高。

2自返式运输车创新设计2.1设计要求及功能分析传统四轮运输车如图1所示。

运送货物时，由人力推动或电力驱动，现欲改善其驱动状况，使其既不需人力也不需电力（或其它形式的能源），而是利用车的自身结构特点驱动其载重前进,并能使其在卸货后自动返回，操作人员仅停留在运输的起点和终点，将货物搬上车和卸下即可。

2.2应用TRIZ 理论的物—场模型分析首先，对运输车系统进行物—场模型分析，将系统的功能模型化，如图2所示。

其中图2（a ）中S 1表示车（工件），S 2表示人或电机（工具），F 1表示推动作用（机械场）。

TRIZ 理论的常见物—场模型有四类，即：有效完整模型；不完整模型；效应不足的完整模型；有害效应的完整模型。

运输车的改进是要改变驱动的动力源，使运输车的驱动省力和自动，所以该系统属于第三种—效应不足的完整模型，构成物—场模型的元素是完整的，但有用的场F 效应不足。

TRIZ 理论对物—场模型分析的6个一般解法中［3］，效应不足的完整模型有3个一般解法，本设计中应用一般解法4，用另一个场F 2和工具S 3代替原来的场F 1和工具S 2，转化成新的物—场模型，如图2（b ）所示。

新增的场F 2和物质（工具）S 3可通过TRIZ 的科学效应和现象分析确定。

2.3应用TRIZ 的科学效应和现象分析科学原理是解决发明问题的基础，TRIZ 将问题和所要实现的功能进行了归纳，常见的有30个功能，并赋予相应的代码，这些代码又对应着产生效应的科学现象，经过优选即可得到解决问题的方案。

此方法快捷直观，下面以此来分析运输车中动力源的改善问题。

由功能代码表确定要实现的功能及其代码为：积蓄机械能或热能（F15）；传递能量（F16）；控制物体位移（F 6）。

由科学效应和现象清单查得相对应的适合科学效应和现象及序号为：弹性变形（E85）；机械形变（E85）；机械振动（E98）。

再到科学现象的详细解释中筛选各种可以采取的措施，发现能够通过变形储存机械能的零件为弹簧类零件，而且使用弹簧类零件还可以使物体产生位移。

由于运输车靠车轴转动来驱动，所以可选择平卷簧作为储存机械能的零件，即在原系统中增加一个平卷簧，与车轴连接。

当车运送货物前进时，平卷簧卷紧储存机械能，当到达目的地卸掉货物后，平卷簧恢复变形带动运输车自动返回。

所以，新增的物质S 3为平卷簧，新增的场F 2为弹簧力。

由于运输车的行程较大，而平卷簧的工作转数有限，所以需再增加一级（或两级）齿轮传动，以增大平卷簧与车轴的转数比，扩大车的行程。

齿轮增大转数的作图1传统运输车结构简图潘承怡，等：基于TRIZ 理论的自返式运输车创新设计41第7期图4自返式运输车结构简图F 2S 1S 3S 3S 1F 2F 3（a ）（b）图3最终的物-场模型用为另加入的场F 3，其目的是强化有用的效应，即物-场模型的一般解法5。

最终的物—场模型如图3（b ）所示。

2.4应用TRIZ 解决技术矛盾自返式运输车在运载货物前进过程中需要有外力提供能源，这是不利因素，为节省人力等，此外力需改善。

由能量守恒定理可知，要获得能量，必须由其它形式的能量进行转换，因此我们可以考虑动能和势能的转换，但运输车的应用场合可能要受到影响。

将系统的技术参数抽象为TRIZ 的39个通用参数中的参数，得出问题的技术矛盾如下：改善的参数为：力（No.10）；恶化的参数为：适应性及多用性（No.35）；由矛盾矩阵查得发明原理号为15、17、18、20。

经分析选取发明原理中的17（向另一维过渡原则）、18（机械振动原则）和20（连续有益作用原则）。

应用17号发明原理中的将物体倾斜法，将运输车的使用场地改成斜面，如图4所示。

这样当载重时利用货物的重力可使车自行前进，同时平卷簧卷紧储存了机械能，而当运至目的地卸下货物后，平卷簧放松，驱动运输车自动返回，具有急回特性。

这种运输车一般用于短距离的轻载运输，在连续往复式运输时优势比较明显，符合20号发明原理中的连续工作法。

另一方面，运输车在斜坡上往复运动应用了弹簧的振动性能，符合18号发明原理的使物体振动法。

以上利用TRIZ 的矛盾矩阵解决了自返式运输车的动力源提供问题，将所运货物的重力变为驱动力，变害为利，打破了传统的惯性思维。

2.5应用TRIZ 解决物理矛盾由于自返式运输车用于斜坡地，当四个车轮直径相同时，车体产生倾斜，不利于放置货物，因此车体角度又产生了物理矛盾，即要求这个因素向两个方向发展，既要顺着地面倾斜，又要使所运送货物的承重面水平。

TRIZ 理论采用4大分离原理解决物理矛盾，即：①空间分离原理；②时间分离原理；③基于条件的分离原理；④系统级别的分离原理。