劉峰 宋徐 樂金希

摘 要：針對現(xiàn)有的難以移動，笨重的籃球架，運用TRIZ沖突求解工具對其技術(shù)沖突進行具體分析，根據(jù)沖突解決矩陣找出解決方案，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點和實際情況，對其伸縮機構(gòu)和升降機構(gòu)進行了創(chuàng)新設(shè)計，實踐證明經(jīng)改進的籃球架結(jié)構(gòu)簡單，同時制造成本得以降低，完全達到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：TRIZ；籃球架；創(chuàng)新設(shè)計；移動機構(gòu)

一、 引言

伴隨著生活水平的不斷提高，越來越多的人開始重視健康問題，而運動作為健身的主要方式得到了廣泛認同?；@球作為國人最喜愛的體育運動項目之一，集娛樂與鍛煉于一體，得到了迅猛的發(fā)展。如今籃球場隨處可見，作為關(guān)鍵器材的籃球架大多采用埋地式和固定式，不僅在后期維護、產(chǎn)品更換方面頗為不便，而且易受外界環(huán)境的影響縮短使用壽命。因此，設(shè)計一種安全、方便地可伸縮、便于移動的籃球架具有很大的必要性和現(xiàn)實意義。

二、 TRIZ沖突分析

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）是由蘇聯(lián)發(fā)明家G. S. Altshuller在1946年創(chuàng)立的發(fā)明問題解決理論，它為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了系統(tǒng)的理論和方法工具，主要內(nèi)容包括ARIZ算法、物-場分析理論及沖突解決理論等。作為TRIZ中的一個主要工具，TRIZ沖突解決理論包括了技術(shù)沖突解決原理和物理沖突解決原理。在技術(shù)沖突解決原理中，TRIZ提出了描述技術(shù)沖突的39個通用工程參數(shù)和解決技術(shù)沖突的40項發(fā)明原理，然后以此構(gòu)建了一個39×39的矛盾矩陣表，矩陣中的第一行代表39個需要改進的工程參數(shù)，第一列代表39個引起惡化的工程參數(shù)，行列交叉構(gòu)成技術(shù)矛盾，交叉處列出了解決技術(shù)矛盾所推薦的發(fā)明原理的系列號，解決了設(shè)計過程中選擇發(fā)明原理的難題。在TRIZ技術(shù)沖突理論中解決問題的常用流程如圖1所示。

為解決現(xiàn)有籃球架難以移動及占地較大的局限，預(yù)期設(shè)計一種操作方便、穩(wěn)定性好，且具備伸縮移動功能的新型籃球架。利用TRIZ沖突求解工具，將現(xiàn)有籃球架存在的結(jié)構(gòu)沖突采用39個通用工程參數(shù)抽象成一般的工程問題，其中需要改進的特性參數(shù)主要有以下兩個：

1. 為實現(xiàn)籃球架的升降收縮的功能，會導(dǎo)致籃球架裝置整體結(jié)構(gòu)原件的增多，會影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以通過TRIZ通用工程參數(shù)將該問題描述成：形狀（No.12）、結(jié)構(gòu)的可靠性（No.27）、可操作性（No.33）與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（No.13）、裝置的復(fù)雜性（No.36）之間的技術(shù)沖突。

2. 為實現(xiàn)籃球架的自由移動，會導(dǎo)致操作性改變，同時使局部結(jié)構(gòu)受力變大和局部結(jié)構(gòu)的變化，可以通過TRIZ通用工程參數(shù)將該問題描述成：適應(yīng)性及多用性（No.35）、應(yīng)力或壓力（No.11）、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（No.13）之間的技術(shù)沖突。

由表1可知，對于沖突1，可以采用第10，14，15，34條發(fā)明原理進行求解；對于沖突2可以采用第33，1，18，4條發(fā)明原理進行求解；對于沖突3可以采用第16，29，1，28條發(fā)明原理進行求解；對于沖突4可以采用第10，24，35，19條發(fā)明原理進行求解；對于沖突5可以采用第15，3，29條發(fā)明原理進行求解；對于沖突6可以采用第2，32，12條發(fā)明原理進行求解；對于沖突7可以采用第32，35，30條發(fā)明原理進行求解；對于沖突8可以采用第32，26，12，17條發(fā)明原理進行求解；對于沖突9可以采用第35，16條發(fā)明原理進行求解；對于沖突10可以采用第15，37，1，8條發(fā)明原理進行求解；對于沖突11可以采用第15，29，37，28條發(fā)明原理進行求解。

根據(jù)本設(shè)計的目標要求和籃球架的實際結(jié)構(gòu)特點，由上述矛盾矩陣推薦的發(fā)明原理進行具體分析，可知其中17，26和29條發(fā)明原理在籃球架創(chuàng)新設(shè)計中具有一定的指導(dǎo)意義，該三條創(chuàng)新原理的應(yīng)用如下：

1. 17條維數(shù)改變原理，考慮將收縮籃球架時需要的上下升降與前后折疊兩個先后運動過程，合并成一個三維空間的收縮過程。

2. 26條復(fù)制原理，為達到節(jié)省時間和資金等目的，利用替代品替代原物?？紤]對原有的籃球架結(jié)構(gòu)和形狀進行適當(dāng)改進，來解決籃球架制造復(fù)雜及成本高的問題。

3. 29條氣壓與液壓結(jié)構(gòu)原理，通過液壓結(jié)構(gòu)來替代原有的固定件?？紤]運用液壓裝置實現(xiàn)前輪的收放。

三、 創(chuàng)新設(shè)計

根據(jù)上述分析提供的發(fā)明原理，在籃球架的伸縮和可移動兩大方面，在原有基礎(chǔ)上設(shè)計了多個優(yōu)化方案，經(jīng)過論證和優(yōu)化，我們最終選取了如下方案。

1. 在籃球架的升降結(jié)構(gòu)改進方面，根據(jù)維數(shù)改變原理與氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計了一個機構(gòu)同時完成升降與折疊運動，如圖2所示當(dāng)籃球架工作時通過控制液壓裝置的伸長推動連桿1，連桿1帶動連桿2和連桿3，連桿3帶動連桿4，當(dāng)連桿1運動到豎直時，液壓裝置停止伸長，同時連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個機架完成伸展，實現(xiàn)籃球架的展開。當(dāng)需要移動籃球架時通過控制液壓裝置的收縮拉動連桿1，連桿1帶動連桿2和連桿3，連桿3帶動連桿4，液壓裝置停止收縮，同時連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個機架達到收縮的效果，實現(xiàn)籃球架的收縮。

2. 根據(jù)氣壓與液壓結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計了一個升降機構(gòu)，如圖3所示該機構(gòu)由固定板、液壓裝置、套筒液壓桿等組成，前輪橫軸通過套筒與液壓裝置相連，通過固定板將前輪懸空固定在籃球架底座。當(dāng)需要移動籃球架時，通過控制液壓裝置的伸長來驅(qū)動液壓桿的伸長，進而控制前輪降落，實現(xiàn)籃球架的移動。當(dāng)籃球架工作時，通過控制液壓裝置的收縮來驅(qū)動液壓桿的收縮，進而控制前輪升起，使前輪懸空固定在籃球架底座的前端，實現(xiàn)籃球架的固定。

通過上述的創(chuàng)新設(shè)計與實際應(yīng)用，達到了實現(xiàn)可移動式籃球架的創(chuàng)新設(shè)計：籃球架結(jié)構(gòu)的整體收放和籃球架移動或固定的轉(zhuǎn)變。

四、 結(jié)語

TRIZ理論沖突解決原理作為創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)，第一步要做的是對現(xiàn)有籃球架存在的局限性進行分析。然后在TRIZ沖突解決矩陣基礎(chǔ)上，根據(jù)解決技術(shù)沖突所推薦的發(fā)明原理，同時要結(jié)合對這些發(fā)明原理和產(chǎn)品實際結(jié)構(gòu)的深刻理解，方能找到適合的發(fā)明原理。最后為最大程度地發(fā)揮TRIZ的作用，必須以相關(guān)專業(yè)知識為基礎(chǔ)，同時要結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)、工藝等相關(guān)實踐經(jīng)驗，才能夠選擇出最優(yōu)方案并解決實際問題。

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作者簡介：

劉峰，宋徐樂，金希，江蘇省常州市，常州工學(xué)院機械與車輛工程學(xué)院。