【文章內(nèi)容簡介】 相比，在同樣的條件下產(chǎn)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(shè)計出一種適應(yīng)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(dāng)時航空界所面臨的一大難題。 ? 二、問題描述 ? 根據(jù)上述分析，系統(tǒng)存在的技術(shù)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(chǎn)生非常大的阻力，容易導(dǎo)致飛機在空中解體，而且此時飛機消耗的能量也相應(yīng)加大。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設(shè)計 ? (2)改進的三角機翼不適合低速飛行。這是因為，當(dāng)起飛與降落以及巡航時，在相同推力條件下，飛機產(chǎn)生的升力小。當(dāng)然，飛機消耗的能量，也相應(yīng)的加大了。總之，矛盾集中體現(xiàn)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(shù)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(shù) :19號運動物體的能量消耗和 9號速度。 ? 根據(jù)這兩個工程參數(shù)，可從沖突矩陣中得到以下 4條創(chuàng)新原理 : ? 8號質(zhì)量補償原理 。 ? 15號動態(tài)化原理 。 ? 35號參數(shù)變化原理 。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設(shè)計 ? 38號加速強氧化原理。 ? 顯然，質(zhì)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(shù)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(jīng)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(shù)變化原理。 ? 按照這兩條創(chuàng)新原理提供的方法，技術(shù)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(shè)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(nèi)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(yīng)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(xiàn)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(chǎn)生，從而緩和了飛機接近音速時的不穩(wěn)定現(xiàn)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(yīng)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(shè)計 ? 四、討論結(jié)果 ? 綜合考慮上面幾個創(chuàng)新原理，最終的解決方案為 : ? (1)應(yīng)用 15號動態(tài)化原理 。 ? (2)應(yīng)用 35號參數(shù)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(jù) 35號參數(shù)變化原理，并結(jié)合 15號動態(tài)化原理給出的啟示，技術(shù)人員將飛機的機翼設(shè)計成一個活動的可變翼。這是飛機設(shè)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(shè)計理念，在飛行器設(shè)計領(lǐng)域開辟了一片新天地。反思傳統(tǒng)的妥協(xié)設(shè)計思維方式，就只能在速度與能耗之間，做拆中性的設(shè)計了。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設(shè)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(shè)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(shù)沖突。 TRIZ理論與妥協(xié)設(shè)計的不同之處，在此得到了充分的體現(xiàn)，這是 TRIZ理論應(yīng)用的一個經(jīng)典例證。 ? 五、設(shè)計思路 ? 現(xiàn)在，設(shè)計人員已經(jīng)找到了最滿意的設(shè)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(jié)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(shè)計 ? 六、最終方案 ? 根據(jù)上述分析的結(jié)果，技術(shù)人員成功地設(shè)計出 F111這種在當(dāng)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(shè)計的飛機，它開創(chuàng)了新一代超音速戰(zhàn)斗機的新紀(jì)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(shè)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(fēng)超音速戰(zhàn)斗機等 (見 圖 96)，都采用了這種全新的設(shè)計思想。 上一頁 下一頁 返回 第四節(jié) 寶馬汽車的外形設(shè)計 ? 新的設(shè)計方案雖然拋棄了傳統(tǒng)的固定翼設(shè)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(fēng)面積大的不足，實現(xiàn)了節(jié)能減耗以及提高飛行速度的期望，最終實現(xiàn)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(shù)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(lǐng)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(yīng)當(dāng)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(nèi)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(shè)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(dāng)然人們也可把它當(dāng)作普通吸塵器使用 ——插上導(dǎo)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(nèi)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(yuǎn)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(jì) 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(chǎn)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(jīng)開發(fā)并提供了一些樣品或小批量產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)品 )，有的能在單個房間內(nèi)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(nèi)部垃圾 (如 karcher ) 。 ? 事實上，雖然有了這樣一些樣品或產(chǎn)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(chǎn)品或稱第一代產(chǎn)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(dāng)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(dāng)工作期間電池電量不足時，機器人會自動將真空關(guān)閉，并返回充電座重新充電。當(dāng)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(biāo)是 :需要對現(xiàn)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(fēng)電機功率。 ? 三、應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(jù) TRIZ理論的發(fā)明問題解決算法，為了解決此問題，應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)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(yīng)該足夠大，以便除去灰塵，同時又應(yīng)該足夠小，以便減小耗電量。 ? 技術(shù)最終理想結(jié)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(jié)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(jié)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(shù)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(gòu)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(nèi)，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(qū)散到外面。 上一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設(shè)計 ? 一、應(yīng)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(xiàn)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(fù)面影響，如傳動系統(tǒng)體積增加、船的質(zhì)量增加等。這些改變都是不理想的，因此存在技術(shù)沖突。為了提高船速，必須克服技術(shù)沖突。 ? 二、問題描述 下一頁 返回 第七節(jié) 破冰船的創(chuàng)新設(shè)計 ? 當(dāng)前的技術(shù)沖突為 :速度與功率之間的沖突 。生產(chǎn)率 (生產(chǎn)能力 )與功率之間的沖突在工程參數(shù)表中，速度是 No. 9，生產(chǎn)率是 No. 39，功率是 No. 21。在沖突矩陣中可以找到相應(yīng)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(shè)計 ? 應(yīng)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(shù)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(shù)。 ? 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(guān)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(shè)計 ? 該原理建議分離船頭與冰