孫菊妹 劉書凱 張時源

摘要：針對智能化生活的社會需求，基于TRIZ創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計了一款懸浮及自動跟蹤雨傘，在不需要支撐對象的前提下，雨傘根據(jù)環(huán)境自動懸浮并定位跟蹤對象。

關(guān)鍵詞：懸浮;跟蹤;TRIZ;創(chuàng)新

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0176-03

隨著時代的進步，社會的發(fā)展，信息技術(shù)的飛躍，對于大家對于生活智能化的期望也越來越高。雨傘作為日常生活常用物品之一，雖然新型雨傘的種類在不斷出現(xiàn)，但都只是在雨傘的外觀結(jié)構(gòu)、打開方式上面有多創(chuàng)新，對于使用過程仍然離不開對象的支撐。本文設(shè)計的懸浮雨傘解放了使用者的雙手，借助于TRIZ創(chuàng)新技術(shù)，對雨傘的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計，依托信息技術(shù)實現(xiàn)雨傘使用過程的智能化。

1 產(chǎn)品概念的創(chuàng)新

1.1 產(chǎn)品現(xiàn)狀的描述

雨傘是人們生活的日常必需品之一，在雨天或在太陽下行走時需要打傘，通常都是用手來握住傘把，導(dǎo)致人們拎東西等能力大大降低。如果手上拿著東西，這時電話來就無法接聽，很不方便。下表是針對用戶的需要，采用了POV設(shè)計觀點（point of view）對現(xiàn)有的雨傘做的訪談記錄。

經(jīng)過對用戶群體的需求進行分析，我們發(fā)現(xiàn)目前大家主要的訴求是解放雙手。對此，針對雨傘進行初始形勢分析。

雨傘的主要功能是遮陽擋雨，在實現(xiàn)了這一基本功能的同時，目前許多雨傘都向著智能化方向發(fā)展。譬如：小米的“智能傘”，雖然傘面選擇透明和不透明兩種類型，但使用過程仍然是通過機械滑動控制裝置來實現(xiàn)傘內(nèi)光線的控制;來自紐約的Davek Alert Umbrella主打防丟的智能雨傘，主要是骨架選用優(yōu)質(zhì)材料配合傳感器技術(shù)實現(xiàn)智能功能;英國制造商Kisha天氣預(yù)報的智能雨傘，它主要是借助傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境，增加了智能檢測功能;來自南京的團隊研發(fā)的Air Umbrella是給傘增加外圍設(shè)施來改變雨滴的軌跡，從而起到防護作用。上述這些新型種類的傘主要是增加了雨傘的功能及智能化，沒有從根本上解決如何解放雙手這一主要矛盾？目前解決這一問題的主要方案是肩背式雨傘及頭戴式雨傘。我們發(fā)現(xiàn)這種雨傘雖然解放了雙手，但仍存在的問題，主要是穿戴不方便，收納困難等問題。

1.2 產(chǎn)品系統(tǒng)分析

TRIZ是以哲學(xué)的辯證法、系統(tǒng)論和知識論為指導(dǎo)思想，以系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)為支柱，它以S曲線和技術(shù)系統(tǒng)進化法則為基礎(chǔ)，從IFR、技術(shù)、矛盾、資源和功能基本概念出發(fā)，結(jié)合39個功能參數(shù)和40個發(fā)明原理運用矛盾分析、功能分析和資源分析工具對問題進行求解。本文下面將從技術(shù)問題的最終理想解、技術(shù)矛盾分析、功能分析和資源分析四個角度進行分析，獲得解決問題的方案和思路。

1.2.1 最終理想解

最終理想解（idealfinal result，IFR）將通過正確描述問題以及產(chǎn)生問題的阻礙及原因，排除這些阻礙因素問題就直接得到了解決。我們的思維具有慣性，常常讓自己困頓已有的思維邏輯里，結(jié)果就使問題不能很好地解決。而IFR是從新角度來重新認(rèn)識定義問題，跳出我們的慣性思維，從產(chǎn)生問題的源頭出發(fā)，得到與傳統(tǒng)設(shè)計完全不同的問題根本解決思路。下表是根據(jù)最終理想解的分析步驟將本設(shè)計產(chǎn)品的問題進行了描述：

1.2.2 技術(shù)矛盾分析

雨傘是人們生活的日常必需品之一，在雨天或者烈日下行走的時候需要雨傘來避雨或者遮陽的時候，都需要借助手來支撐使用，在一定程度上對我們帶來了不便。目前市場上雖然已有新型的雨傘，可以不用手來支撐，雨傘的外觀采用肩背或者穿戴的形式，在一定程度上解放了雙手，但是雨傘結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，使用過程也很不方便。

1）從問題中提取技術(shù)矛盾

通過上述問題描述，發(fā)現(xiàn)問題的主要是在新型雨傘雖然解放了雙手，提高了雨傘使用的方便性，但是外觀結(jié)構(gòu)占用一定的空間，在使用過程中帶了不便，而且使傘本體的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。

矛盾：改善了雨傘使用的適應(yīng)性，卻增加了雨傘控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。

用39個通用工程參數(shù)中的兩個來表示：

需要改善的參數(shù)：35#適應(yīng)性、通用性;

系統(tǒng)惡化的參數(shù)：36#系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2）根據(jù)矛盾矩陣表中改善和惡化參數(shù)對應(yīng)的第35行第36列，得到4個創(chuàng)新原理：15#動態(tài)原理、29#氣壓或液壓原理、37#熱膨脹原理、28#更換機械系統(tǒng)原理（如圖1所示）。基于這些創(chuàng)新原理，我們將得出創(chuàng)意方案。

1.2.3 功能分析

功能模型分析是把產(chǎn)品及其各組成部分抽象成功能，并找出其內(nèi)在聯(lián)系的過程。其目的就是消除有害功能，加強必要功能，剔除多余功能，進行功能載體替代，以便提供價值更高的產(chǎn)品，更好地滿足用戶的需求。針對本文設(shè)計產(chǎn)品，技術(shù)系統(tǒng)是雨傘，其主要功能是阻擋雨水及陽光。通過系統(tǒng)組件及功能分析如圖2所示，雨傘的主要功能是阻擋雨水，主要是由傘布來完成的，骨架的功能是支撐傘布的，支撐桿則是支撐骨架，手通過握把對支撐桿進行支撐。

系統(tǒng)功能裁剪是指當(dāng)找到系統(tǒng)中價值最低的組件時，將該組件直接裁剪掉，同時把它有用的功能提取出來，讓系統(tǒng)中存在的其他部分去完成這個功能。系統(tǒng)功能裁剪的目的是消除系統(tǒng)產(chǎn)生的有害功能部分，降低成本，而所需要的有用功能依舊存在。針對本論文設(shè)計產(chǎn)品主要存在的矛盾點，下圖對系統(tǒng)進行裁剪。

1.2.4 資源分析

TRIZ 中的資源是指系統(tǒng)及其環(huán)境中的各種因素，是一切可被人類開發(fā)和利用的客觀存在。能反映系統(tǒng)作用、功能、組成、組成間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)、信息、能量流、物質(zhì)、形態(tài)、空間分布、功能的時間參數(shù)、效能及其他有關(guān)功能質(zhì)量的參數(shù)，所以資源指的是人類可以開發(fā)和利用的物質(zhì)、能量、信息、時間、空間、功能的總稱。解決技術(shù)問題的實質(zhì)其實是對資源的合理使用，所以資源分析的實質(zhì)是從資源的高度研究分析資源，挖掘系統(tǒng)的派生資源，關(guān)注系統(tǒng)資源間的有機聯(lián)系，合理組合、配置和優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)資源的理想度。結(jié)合雨傘的構(gòu)成組件以及功能，下圖對雨傘進行了資源分析。

2 產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計

經(jīng)過產(chǎn)品分析和TRIZ工具的使用，我們得出了若干種創(chuàng)意方案，具體如下。

影響 /努力矩陣圖是用表單來評估努力和影響之間的量化程度，能從一堆的項目創(chuàng)意中篩選出可以優(yōu)先考慮的、第二順序的、可以做的和少做的一些方案。下面我們從努力程度、影響結(jié)果程度兩方面對創(chuàng)意進行篩選。

結(jié)合考慮影響 /努力矩陣對創(chuàng)意方案的篩選結(jié)果，最終我們對傘結(jié)構(gòu)的動態(tài)性做了創(chuàng)新改良，使用過程可以不需要對象的支撐。如圖所示，本設(shè)計的雨傘傘面采用尼龍，傘骨材料選擇在重量和強度方面都有保障的碳纖維與鋁鎂合金相結(jié)合，傘柄設(shè)置成圓柱形的“黑匣子”，“黑匣子”外圍內(nèi)嵌四根支架，支架展開類似于無人機的螺旋槳已達到懸浮的功能，支架與“黑匣子”的貼合極大程度節(jié)約了存放的空間，給攜帶帶來了便利;“黑匣子”內(nèi)置智能跟蹤模塊，通過識別系統(tǒng)自動鎖定對象并跟蹤。在跟蹤模塊下方還附加了廣角攝像頭與GPS定位芯片，以達到精準(zhǔn)定位和成功避障。同時還附加5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過手機App或智能手環(huán)來對雨傘進行定位、跟蹤并控制。

3 結(jié)語

使用TRIZ創(chuàng)新理論中的最終理想解、技術(shù)矛盾分析、功能分析和資源分析應(yīng)，對傘結(jié)構(gòu)和使用過程進行分析，得到了創(chuàng)新設(shè)計—懸浮及跟蹤雨傘，此傘使用便捷，自動懸浮解放雙手，根據(jù)人體的運動狀態(tài)自動跟隨;內(nèi)部支架采用嵌入式結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用情況自動收放，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計動態(tài)化;結(jié)合5G技術(shù)進行GPS定位實現(xiàn)產(chǎn)品智能信息化。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】