【文章內容簡介】 相比，在同樣的條件下產生的升力要小。這不僅對飛機的起飛、著陸和巡航帶來了不利影響，而且浪費了很多寶貴的燃料。能否設計出一種適應飛機的各種飛行速度又具有快慢兼顧特點的機翼呢，這成為當時航空界所面臨的一大難題。 ? 二、問題描述 ? 根據上述分析，系統(tǒng)存在的技術沖突為 : ? (1)傳統(tǒng)固定機翼不適合高空飛行。這是因為，在突破“音障”的時候，會產生非常大的阻力，容易導致飛機在空中解體，而且此時飛機消耗的能量也相應加大。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? (2)改進的三角機翼不適合低速飛行。這是因為，當起飛與降落以及巡航時，在相同推力條件下，飛機產生的升力小。當然，飛機消耗的能量，也相應的加大了?？傊?，矛盾集中體現在飛機的飛行速度與其在飛行時能量的消耗這兩個工程參數之間。 ? 三、問題分析 ? 我們要解決的這個問題，涉及兩個工程參數 :19號運動物體的能量消耗和 9號速度。 ? 根據這兩個工程參數，可從沖突矩陣中得到以下 4條創(chuàng)新原理 : ? 8號質量補償原理 。 ? 15號動態(tài)化原理 。 ? 35號參數變化原理 。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 38號加速強氧化原理。 ? 顯然，質量補償原理不適合用來解決這個問題。因為，戰(zhàn)斗機要求機身輕便、靈活、機動。而且，加重機身還會使速度這個技術特性惡化。 ? 可以使用加速強氧化原理，使燃料的燃燒更加充分，以使飛機獲得更大的推力。但是眾所周知，戰(zhàn)斗機上使用的是特制的、高熱量的航空油，它們在渦輪噴氣發(fā)動機中的燃燒，也已經比較充分了。所以，再使用加速強氧化原理來改善燃油的充分燃燒率，效果就不是很明顯了。 ? 再來看一看后面兩個原理 :15號動態(tài)化原理和 35號參數變化原理。 ? 按照這兩條創(chuàng)新原理提供的方法，技術人員對機翼進行改進，使其成為活動部件。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 并且，在飛機飛行的時候，飛行員可以自由地控制機翼的形態(tài)，使之能夠在比較大的范圍內改變“后掠角”的大小，從而獲得從平直翼到三角翼的變化。這樣就適應了飛機從低速到高速不同飛行狀態(tài)下的要求。 ? 以 F111戰(zhàn)斗機為例，它在起飛階段，處于低速度飛行狀態(tài)，如 圖 9 4所示。此時，機翼呈平直狀，可以獲得較大升力，飛機表現出良好的低速特性。另一方面，由于避免了長距離滑行所浪費的能量，也有效地解決了飛機在低速度狀態(tài)下，速度與能量消耗之間的矛盾。 ? F111在云層之上高速飛行時，兩翼后掠以減小飛行阻力，如 圖 95所示。這樣，不僅減小了飛機的能耗，也延遲了“激波”的產生，從而緩和了飛機接近音速時的不穩(wěn)定現象，使飛機能夠安全地達到更高的速度。飛機在不同的速度之下，采用不同的后掠角，可很好地適應不同的飛行要求。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 四、討論結果 ? 綜合考慮上面幾個創(chuàng)新原理，最終的解決方案為 : ? (1)應用 15號動態(tài)化原理 。 ? (2)應用 35號參數變化原理。 ? 改變飛機的飛行形態(tài)，使飛機在不同的飛行狀態(tài)下，得到不同的氣動外形，可以在很大程度上節(jié)約不必要的能耗。根據 35號參數變化原理，并結合 15號動態(tài)化原理給出的啟示，技術人員將飛機的機翼設計成一個活動的可變翼。這是飛機設計理念上一個大膽的創(chuàng)新，它一舉突破了傳統(tǒng)的固定翼設計理念，在飛行器設計領域開辟了一片新天地。反思傳統(tǒng)的妥協(xié)設計思維方式，就只能在速度與能耗之間，做拆中性的設計了。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 采用沖突矩陣查出的創(chuàng)新原理啟示，則避免了傳統(tǒng)的妥協(xié)設計方式，從一個全新的角度，更好地解決了速度與能量這對技術沖突。 TRIZ理論與妥協(xié)設計的不同之處，在此得到了充分的體現，這是 TRIZ理論應用的一個經典例證。 ? 五、設計思路 ? 現在，設計人員已經找到了最滿意的設計思路 :能夠在同一架飛機上得到平直翼和三角翼的優(yōu)良的飛行特性，極大地節(jié)約了在起飛與降落過程 (平直翼在低速飛行中，可得到較大的升力，從而縮短跑道的長度，借此節(jié)約了能源 )和高速飛行過程 (三角翼在高速飛行中，可以輕易地突破音障，減輕機翼的受力，提高飛機在高速飛行時的強度，最終的結果也是降低了能量的消耗 )消耗的能量。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 六、最終方案 ? 根據上述分析的結果，技術人員成功地設計出 F111這種在當時是最新型的可變后掠翼戰(zhàn)斗 /轟炸機。這是世界上第一架采用后掠翼思想設計的飛機，它開創(chuàng)了新一代超音速戰(zhàn)斗機的新紀元。從此以后，世界戰(zhàn)機家族又多了“可變后掠翼戰(zhàn)斗機”這個新成員。在此之后設計出的一系列戰(zhàn)斗機，如英國、德國、意大利三國聯(lián)合成立的帕納維亞飛機公司的狂風超音速戰(zhàn)斗機等 (見 圖 96)，都采用了這種全新的設計思想。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設計 ? 新的設計方案雖然拋棄了傳統(tǒng)的固定翼設計概念，但可變翼飛機仍保留了平直機翼升力大的優(yōu)點。而在高速飛行時，它的兩翼又盡量后掠，飛機變得像三角機翼一樣，能輕而易舉地突破“音障”，從而有效地降低了飛機迎風面積大的不足，實現了節(jié)能減耗以及提高飛行速度的期望，最終實現了提高其戰(zhàn)斗力的根本目的。 上一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 一、背景技術簡介 ? 吸塵器機器人又稱清潔機器人，自動吸塵器或智能吸塵器，它是目前家用電器領域最具挑戰(zhàn)性的熱門研發(fā)課題，而且開發(fā)的難度極大。 ? 作為一種令人滿意的智能化的吸塵機器人，它應當具備能自動并徹底清潔家庭或辦公室中它能走得到的地面的功能 —不需要人彎著腰操作，不需要人拖著電線移來移去，不需要人把它拆開把累積在內部的垃圾傾倒出來，不需要人在旁邊忍受它的噪聲，需要的只是人們一次性設定它的工作方式 (例如，一次性工作還是每天工作一次，還是隔天工作，還是 3天或隔幾天工作一次，每次工作在什么時刻等 )，其余人們便不用管它(當然人們也可把它當作普通吸塵器使用 ——插上導管清潔如床或茶幾底下等它走不進去的地方 )。 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 它能自動充電，自動把內部垃圾傳送到一個大容量垃圾箱中去。同時它還很安全 :不會有觸電危險，不會撞壞東西，不會被撞壞，不會跌落至樓梯下，也不會走得太遠而消失得無影無蹤，更重要的是作為一種家用電器而非奢侈品，它的價格不會太貴，普通家庭完全買得起。 ? 日本日立公司自 20世紀 80年代后期，便開始研發(fā)這樣的吸塵機器人，但是至今尚未有成熟的產品面世。其他如日本松下、韓國三星、 LG、 Hanool Robotics、瑞典伊萊克斯、荷蘭飛利浦、德國 Karcher、英國Dyson、澳大利亞 Floorbotics、美國 Eureka及 iRobot , Evolution Robotic、中國臺灣聯(lián)騰電子等公司均曾經開發(fā)并提供了一些樣品或小批量產品。 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 有的如玩具般在房間內隨意移動 (如 iRobotics的 Roomba被 《 時代 》 周刊評為 2023年度全球最佳發(fā)明，最近中國臺灣聯(lián)騰電子公司也推出了同它類似的產品 )，有的能在單個房間內較簡單地按一定的路線移動并能自動充電 (如伊萊克斯公司的 Trilobite )，有的還能在垃圾回收站清理掉內部垃圾 (如 karcher ) 。 ? 事實上，雖然有了這樣一些樣品或產品，但并不能達到令人滿意的程度，尚存的缺點是 :清潔效果不佳，功能沒有完全達到，還有價格更是不能讓人接受。因此，均只能算是早期產品或稱第一代產品。 ? 二、初始問題情境 ? 三星公司開發(fā)的是一種全新的機器人真空清潔器，如 圖 9 7所示。機器人可充當自主真空清潔器，從而在無需人工參與的情況下清潔房間地面。 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 電池充電后大約可使用 50 ~ 60 min。當工作期間電池電量不足時，機器人會自動將真空關閉，并返回充電座重新充電。當充電完畢后，它會回到原來的位置繼續(xù)進行清潔。 ? 三星公司面對的主要難題是 :為了提高機器人的清潔能力，消費者嘗試過用更大功率的電機增大吸力，雖然縮短了清潔時間，但卻需要更頻繁地為電池充電。 ? 所以，該項目的目標是 :需要對現有真空清潔器進行最小的改動，以提供更高的真空清潔能力，同時不增大電池容量和吸風電機功率。 ? 三、應用 TRIZ進行矛盾問題求解 ? 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 技術沖突 1:如果機器人真空清潔器的吸入功率足夠大，則灰塵可從被清潔表面上很好地除去，但電池電量會由于耗電量的增大而快速用完，并且真空工作時間會縮短。 ? 技術沖突 2:如果機器人真空清潔器的吸入功率足夠小，則電池的工作時間可延長，但吸塵器沒有足夠的吸力來吸收微塵。 ? 整個系統(tǒng)的主要功能 :提供更高的真空清潔能力 (即技術沖突 1要改善的功能 )。 ? 整個系統(tǒng)的作用對象 :塵埃和污物。 ? 系統(tǒng)實現主要功能所使用工具 :機器人真空清潔器吸氣口中的氣流。 ? 根據 TRIZ理論的發(fā)明問題解決算法，為了解決此問題，應該找出一些特殊的功能單元 (在 TRIZ理論中把它們稱為 Xelement ) 。 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 并把它們轉變?yōu)榧夹g系統(tǒng)，在吸氣口處提供強大的氣流，同時不增大耗電量，并不因此而增大電池和電機的容量。 ? ? 物理沖突 :吸氣口處的吸力應該足夠大，以便除去灰塵，同時又應該足夠小，以便減小耗電量。 ? 技術最終理想結果 :通過對機器人真空清潔器進行最小的改動，讓其自身提供大的吸力并作用在吸氣口處的灰塵上，同時使電池保持足夠長的工作時間。 ? 物理理想最終結果 :通過對吸氣口進行最小的改動，讓氣流在吸氣口與被清潔表面的相互作用工作區(qū)中，自身提供大的吸力并作用在吸氣口處的灰塵上，同時使電池保持足夠長的工作時間。 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? ? 研究具體解決方案 :利用空氣攪動原理工作的機器人真空清潔器。 ? 具體解決方案實例 :怎樣使用整個真空清潔器的物場資源取得最終理想結果 ?對真空清潔器的物場資源分析見 表 93。最終三星公司采用如 圖 98所示的技術方案，讓過濾后的排出氣流重新進入工作區(qū)。 ? 該方案采用了一個吸氣口，以通過它從被清潔表面吸入灰塵，該方案還至少采用了一種包含空氣循環(huán)機構的攪動裝置，以從空氣中過濾灰塵。那些污濁的空氣通過吸氣口吸入并被過濾。 上一頁 下一頁 返回 第六節(jié) 提高智能吸塵器的清潔效果 ? 過濾后的空氣回流到排氣管線內，排氣管線上有一個空氣噴射口，用于幫助從需要清潔的表面移走灰塵?？諝鈬娚淇谖挥谖鼩饪诟浇?，并被一個密封件包圍。通過在清潔器機殼附近對被清潔表面的一部分進行密封，我們可防止灰塵被空氣射流驅散到外面。 上一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設計 ? 一、應用背景 ? 冬季通過水路運輸貨物時，常用破冰船 (見 圖 9 9)穿過冰層封閉的航道。破冰船用尖而硬的船頭，或使船頭翹起、落下，船身左右搖擺，從而壓破冰層，在這種情況下破冰船只能以較低的速度前進?，F希望增加其前進的速度。 ? 增加破冰船前進速度的常用方法是增加其發(fā)動機的功率，但發(fā)動機功率增加會帶來一系列的負面影響，如傳動系統(tǒng)體積增加、船的質量增加等。這些改變都是不理想的，因此存在技術沖突。為了提高船速，必須克服技術沖突。 ? 二、問題描述 下一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設計 ? 當前的技術沖突為 :速度與功率之間的沖突 。生產率 (生產能力 )與功率之間的沖突在工程參數表中，速度是 No. 9，生產率是 No. 39，功率是 No. 21。在沖突矩陣中可以找到相應的發(fā)明原理，見 表 94。 ? 三、問題分析 ? 1. 19號周期性作用原理 ? (1)用周期性運動或脈沖代替連續(xù)運動。 ? (2)對周期性的運動改變其運動頻率 ? (3)在兩個無脈動的運動之間增加脈動。 ? 目前的破冰船用尖而硬的船頭，或使船頭翹起、落下，船身左右搖擺，從而壓破冰層。 上一頁 下一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設計 ? 應用該原理可知，改變船頭翹起與落下的頻率、船身左右搖擺的頻率或增加船頭與冰之間的脈動性等，都有可能提高船的運行速度。 ? 2. 35號參數變化原理 ? (1)改變物體的物理狀態(tài)，即使物體在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之間變化。 ? (2)改變物體的濃度或茹度。 ? (3)改變物體的柔性。 ? (4)改變溫度。 ? 該原理建議改變船頭與冰接觸處的物理狀態(tài)或密度等參數。 ? 3. 2號分離原理 ? (1)將一個物體中的“干擾”部分分離出去。 ? (2)將物體中的關鍵部分挑選或分離出來。 上一頁 下一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設計 ? 該原理建議分離船頭與冰