基于技术系统进化理论的公共室内空间入口除雨雪装置设计*

郜红合，李 靖，葛文彬，张 巍

(辽宁石油化工大学 工业设计系，辽宁 抚顺 113001)

基于技术系统进化理论的公共室内空间入口除雨雪装置设计*

郜红合，李 靖，葛文彬，张 巍

(辽宁石油化工大学 工业设计系，辽宁 抚顺 113001)

首先，从分析传统的公共室内空间除雨雪装置和产品入手，找出了目前该产品或技术所存在的缺陷和导致的问题；然后，根据技术系统的进化理论和模式进行分析，预测当前产品的下一代产品的可能进化方向，并从中发现了技术冲突；最后，基于TRIZ原理的冲突矩阵，设计出了一款新型公共室内空间入口除雨雪装置。

室内入口；除雨雪；装置；TRIZ理论；设计

DesignofDeviceUsedtoRemoveSnowandRainintheInteriorEntranceon

公共室内空间入口在下雨或者下雪的天气情况下，鞋底的雨水或者积雪(冰)经常会随着人们进入室内的时候粘在地面上，使地面变得湿滑和脏乱不堪，以至于经常出现滑倒伤人事故；另外，由于有些地方人流量大，使得积水无法得到及时清理，影响了环境美观，对企业的形象产生了不良影响，如图1所示。目前，市场上现有的各种吸水物质价格便宜，能够起到清理作用，但是都不能做到自动高效地循环使用，造成大量的人力浪费。为了解决上述问题，采用TRIZ技术系统进化理论进行了分析，从而找到此类产品可能的进化方向。

图1 雨雪天气公共入口环境

1 现有除雨雪装置存在的问题分析

1.1 现有产品的缺陷

目前，市场上的吸除鞋底泥水装置相对简单，主要是各种地垫，按功能可分为刮沙、除尘、吸水和防滑等，如图2所示。

图2 不同功能的地垫

传统地垫制作简单，成本低廉，使用量很大；但是随着使用环境和人们要求的不断改变，现有的地垫装置越来越显示出不足。经过分析，主要有下述缺点：1)不容易固定，行人容易滑倒，一般的地垫都是直接放置于地面，没有固定，遇到地面湿滑的情况极易发生滑动，从而带来安全隐患；2)不能连续吸除鞋底的雨水，达到一定饱和程度就需要更换新的地垫，尤其是在连阴雨天气，需要更换大量的地垫，造成极大的浪费；3)人工更换地垫费时费力，而且影响行人通行，给公众带来不便，同时对企业的文化环境也造成一定的影响；4)对鞋底的冰和雪无法有效去除。因此，需要通过TRIZ理论中的技术系统进化理论和模式来寻找其中的规律，预测当前产品的下一代产品的可能进化方向，以解决上述缺陷。

2 TRIZ及其进化

2.1 TRIZ简介

TRIZ理论是由俄国创造学家阿奇舒勒在通过分析世界各国250多万份高水平的专利的基础上，于1946年提出的，试图从中寻找规律并抽象出各种发明问题的最有效解法，这些解法便是TRIZ理论解决发明问题的基本方法[1]。

TRIZ理论是根据各种创新时的冲突，首先将具体事件根据规则抽象为一般问题，再利用TRIZ理论的原理，如冲突矩阵、发明原理等找到一般解法，从而为问题的解决提供思路[2]。

2.2 技术系统进化理论

创造学家通过对不同类型的数据进行分析和研究，从中发现技术进化过程是有规律与模式可以遵循的，根据规律也是可以进行预测的，这些模式能引导设计人员尽快发现新的核心技术。

阿奇舒勒发现的技术系统进化的模式和路线是TRIZ理论的重要部分，同时这种进化模式和路线还具有可传递性。该理论不仅能预测各种技术的进步情况，还能够预测产品最终的可能存在状态，这些对产品创新设计的过程来说是非常有指导性的。目前该理论有技术进化理论(ET)、技术进化引导理论(GET)、直接进化理论(DE)等表现形式[3]；但是，技术发展进化的过程又不是随机变化的，技术的性能变化是随时间的增长而呈现出S型曲线形状，如图3所示，分别给出了S曲线和分段S曲线的技术随时间变化的规律[4]。

图3 技术性能随时间变化的规律

3 基于TRIZ技术系统进化理论的除雨雪装置分析

TRIZ技术系统进化理论的出现就是用来预测未来技术进化过程的，这样可以迅速地开发出更新换代的产品，从而满足不断变化的、越来越苛刻的市场需求。

3.1 技术系统进化理论模式分析

技术系统进化理论模式主要有11种，如图4所示[5]。通过对系统进化模式和实际问题进行对比分析，选择进化模式2、4和8作为依据来分析。

图4 11种技术系统进化模式

针对现有除雨雪装置存在的缺点，根据技术系统进化模式2所述，增加理想化水平来改进产品。为了有效地增加产品的理想化程度，让产品安全高效地自动运行，通过对比分析增加系统理想化程度或水平的7种方法，得到较合适的方法为自服务。为了达到此目的，可以考虑牺牲主要操作而实现辅助操作，或者同时实现主要功能，将辅助功能的实现转移到主要原件上。对于本产品，设想将吸水、融冰雪和除水集中到一个系统部件上来现，用1个支架将3个功能同时安置到支架上。

针对现有产品存在的缺点，根据技术系统进化模式4，增加系统的动态性和可控性。

1)增加系统的动态性。根据增加系统动态性的5种方法，可行的方法是将固定状态变为可动状态，也就是系统会增加本身的灵活性和可变性以适应不断变化的环境和满足多重需要。对于本产品，可以将静止不动的地垫变成动态的，即让其运动起来，这样做可以用很短的绝对长度来满足不间断吸水除水的功能。

2)增加系统的可控性。根据增加系统可控性的10种途径，可以采用的方法是引入动力学装置和提供自动控制2种途径。

针对现有产品存在的缺点，根据技术系统进化模式8，提高系统的自动化程度，减少人的介入，之所以要不断地改进系统，目的就是希望系统能代替人类完成那些单调乏味的工作。对于本产品，可以将人工铺设地垫、人工回收清洗晾干的活动变成由系统自动完成，这样可以节省大量的人力物力，而且减少了中间环节，提高了效率。

4 解决方法

4.1 系统细化

根据以上的分析，将地垫变成一个系统，此系统包括动力子系统，自动控制子系统，吸水、除水和除雪(冰)子系统以及支承部件子系统。

要想让地垫运动起来，需要动力系统来提供动力，可以采用比较成熟的动力装置(电动机)来实现。自动控制子系统可以实现将电动机的恒定输出功率变成根据需要变换功率，而自动控制系统需要控制元件来实现，对于本产品，可以采用湿度感应器和单片机线路来控制地垫的运动速度(为了安全起见，要设置上限速度，以防摔倒)。

吸水、除水和除雪(冰)子系统是主要功能部分，主要实现鞋底污水和冰雪的融化吸除以及将吸除的水集中起来。支承部件主要起的作用是将上述的子系统合理地整合安置起来。结合初步的要求和改进方法得出新产品的IDEFO产品功能模型，如图5所示[6-7]。

图5 基于IDEFO的分块功能模型

4.2 具体实施

根据上述分析和产品的功能模型可以得出产品的结构示意图，如图6所示。

图6 产品的结构示意图

1)去除雨水过程。从图2可以看出，电动机驱动转动滚轮逆时针慢速转动，并带动传送链带和吸水物质一起同向同步运动；行人自左向右行走，踏上吸水物质时，鞋底的污水被吸水物质所吸收，然后吸水物质在传送链带的带动下逆时针转动到下部，挤水装置对吸水材质进行挤压并将挤压出的污水于排水装置处收集引出，经挤压的吸水材质继续随转动滚轮进行转动，通过烘干装置对其进行烘干处理并继续传送到装置上部，达到除水功能。

2)去除冰雪过程。从图2可以看出，电动机驱动转动滚轮逆时针慢速转动，并带动传送链带和吸水物质一起同向同步运动；开动加热装置，对吸水物质和传送链带加热，行人自左向右行走，踏上吸水物质时，鞋底的积雪被加热的吸水物质融化并吸收，然后吸水物质在传送链带的带动下逆时针转动到下部，挤水装置对吸水材质进行挤压并将挤压出的污水于排水装置处收集引出，经挤压的吸水材质继续随转动滚轮转动，通过烘干装置对其进行烘干处理并继续传送到装置上部，达到除鞋底积雪功能。

5 结语

从分析传统的公共室内空间除雨雪装置和产品入手，找出了目前除雨雪装置所存在的缺陷和导致的问题，然后根据TRIZ的进化理论和模式进行分析，预测出新一代的公共室内空间入口除雨雪装置的可能进化方向，并从中发现技术冲突，根据TRIZ原理的冲突矩阵所提供的数据，开发出了一款新型公共室内空间入口除雨雪装置。

新的公共室内空间入口除雨雪装置与过去的除雨雪装置相比具有下述显著的特点：1)可以连续吸除鞋底的雨水，避免了不停更换地垫的麻烦，不会影响正常通行；2)智能化成度高，减轻了清扫工人的劳动强度，使公共环境更加整齐美观；3)可以方便可靠地清除鞋底的雨雪，并且具有自动回收功能。

[1]王亮申，孙峰华．TRIZ创新理论与应用原理[M]．北京：科学出版社，2010.

[2] 徐文杰，王秀峰，范晓斌．基于Triz理论的陶瓷零件快速成型机铺料装置[J]．轻工机械，2009，27(5)：23-24.

[3] 张进．基于TRIZ的自动售货机创新设计[D]．沈阳：东北大学，2010.

[4] 付敏, 王述洋. TRIZ进化理论在粉碎机创新安全设计中的应用[J].中国安全科学学报, 2010，20(4)：65.

[5]李青. 基于TRIZ理论和仿生原理的犁技术进化的研究[D].长春：吉林大学，2007.

[6]黄正超，李吉泉．基于Triz理论的地下垃圾箱改进设计[J]．轻工机械，2011，29(1)：78.

[7]张林，黄亚宇．基于TRIZ理论的爬楼轮椅行走机构创新分析与设计[J]．新技术新工艺，2014(10)：62-64.

*辽宁省教育厅人文社科资助项目(W2013068)辽宁省高等教育学会立项课题资助项目(GHYB13151)

责任编辑李思文

thebasisofTheoriesabouttheEvolutionofTechnologySystems

GAO Honghe，LI Jing，GE Wenbin，ZHANG Wei

(Department of Industrial Design,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China)

The paper analyzed the traditional snow and rain removal device and products in public indoor spaces, and identifies the flaws and problems because of product or technology, then predicted the direction that the next generation product will go according to evolutionary theory and pattern technology systems, found technical conflict and designed a new public entrance to the indoor space devices except snow based on the principle of conflict TRIZ.

interior entrance, remove snow and rain, device, TRIZ theory, design

TB 472

：A

郜红合(1979-)，男，工业设计系主任，硕士，主要从事产品设计和创新理论等方面的研究。

2015-01-08