創新案例——自動吸塵器
1.1triz概述
triz就是「發明問題解決理論」的俄語縮寫，是由前蘇聯發明家阿奇舒勒在2023年創立的，因而阿奇舒勒被尊稱為triz理論之父。triz理論被公認為是使人聰明的理論。
triz有9大組成部分，核心是技術進化原理。按這一原理，技術系統一直處於進化之中，解決矛盾是其進化的推動力。triz理論也可大致分為3個組成部分：
triz的理論基礎、分析工具和知識資料庫。其中，triz的理論基礎對於產品的創新具有重要的指導作用；分析工具是triz用來解決矛盾的具體方法或模式，它們使triz理論能夠得以在實際中應用，其中包括矛盾矩陣、物-場分析、ariz發明問題解決演算法等；而知識資料庫則是triz理論解決矛盾的精髓，其中包括矛盾矩陣(39個工程引數和40條發明原理)、76個標準解決方法等等。
學習、研究、應用、推廣triz理論可以大大縮短發明創造的程序，提公升產品的創新水平。經過半個多世紀的發展，尤其是進入21世紀，triz理論已經成為一套解決新產品開發實際問題的成熟的理論和方法體系。
1.2問題領域以及現狀
優雅完美的居室，必須悉心打理，才可保持舒適整潔，有條不紊。吸塵器理想的設計與卓越的科技，令家居清潔工作倍添輕鬆、快捷，並滿足您對每一項清潔要求。它以先進的吸塵鴿、多用途的附件、超強勁的吸力，吸盡每一角落的塵埃，清理難接觸的牆角落、天花板、沙發底下到櫥櫃之間的縫隙，無微不至，令全屋顯得乾淨無暇。
在當今科學技術飛速發展的形式下，人們對生活有了更新的追求。隨著我國城市化的加劇，人們生活節奏的加快，因此，越來越多的新產品進入到人們的日常生活，取代了越來越多的人力勞動。吸塵器將要成為我國每乙個家庭的必需品，它給許多忙碌的人們帶來了無窮的便利。
吸塵器是一種利用風機和電動機的裝置清除室內灰塵的一種家用電器。長期以來，吸塵器都跳不出需要人為管理和充電的使用模式，所以要找準設計定位，自主創新，運用triz(theory of lnventive problem solving)理論指導吸塵器的創新設計，設計出符合消費者需求並具有市場競爭力的吸塵器產品。
2.1初始問題情境描述
對於大部分消費者來說，功能多樣、自動吸塵、自動獲取能量、無需管理、造型簡約、美觀、具有裝飾效果的吸塵器比較容易受到消費者的親睞。功能多樣、造型簡約、美觀、具有裝飾效果比較容易做到，問題是如何做到自動吸塵、自動獲取能量、無需管理。因此可以推出概念化如機械人一樣獲取太陽能或電磁場能週期性自動吸塵器。
2.2設計存在衝突
1)吸塵口與功率的衝突。2)吸塵器的尺寸與濾塵袋尺寸、儲能空間的衝突。
本**主要就以上問題，基於triz理論進行問題思考及解決。
2.3目前已有的解決方案及其優缺點
1)立式吸塵器。又稱直立式戴手推式，從下至上依次安放濾塵袋，風機和電機，吸塵量大。
2)臥式吸塵器。從前至後依次安放濾塵袋，風機和電機，吸塵量較大。
3)可攜式吸塵器。結構安排方式和臥式相同，但尺寸小得多，靈活易於攜帶。
4)微型吸塵器，結構簡單，使用靈活，多用乾電池作電源。
3.1元件分析
吸塵器的主要組成部件有：動力部分、過濾系統、功能性部分、保護措施、附件等等五大部件，具體情況如下：
1）、動力部分：這部分主要包括吸塵器電機和調速器，調速器分手控、機控，電機有銅線電機和鋁線電機之分，銅線電機有耐高溫、壽命長、單次操作時間長等優點，但**較鋁線比較高；鋁線電機有著**低廉的特點，但是耐溫性較差、熔點低、壽命不及銅線長。
2）、過濾系統：主要有塵袋、前過濾片、後過濾片等三種不同的過濾裝置。
3）、功能性部分：收放線機構、塵滿指示、按鈕或滑動開關。
4）、保護措施：吸塵器的保護裝置主要有無塵袋保護、真空度過高保護、抗干擾保護（軟啟動）、過熱保護、防靜電保護。
5）、附件：吸塵器的主要附件有手柄和軟管、接管、地刷、扁吸、圓刷、床單刷、沙發吸、掛鉤、揹帶。
可以把它拆分以下幾個元件：
3.2互相作用分析
乙個進氣口（包含若干清潔附件）；乙個排氣口；乙個氣幫浦（由電動機與風葉輪組成）；乙個集塵收納裝置；乙個外殼，可容納所有其他元件。
當氣幫浦轉動時，會將空氣一直推到排氣口。當空氣被向前推動時，風扇前方的粒子密度會增加，空氣壓力也相應增加，而風扇後方的空氣密度會減小。氣幫浦後方所產生的壓力降就如同您吸飲料時吸管中所產生的壓力降一樣。
氣幫浦後方的壓力低於真空吸塵器外部的壓力，即環境氣壓。這會在真空吸塵器內部產生吸力，即部分真空。因此吸塵器外部的空氣就自動通過進氣口進入吸塵器。
3.3可否裁剪系統
對於吸塵器的結構分析，系統裁剪，會導致相關功能的不完善，故我們使用確立理想解的5個步驟分析該問題並提出理想解:
(1) 設計的最終目的是什麼?
清除室內灰塵。
(2) 理想解是什麼?
自主獲取能量的機械人節能型吸塵器(無需人的管理)。
(3) 達到理想解的障礙是什麼?
技術不夠成熟。
(4) 出現這種障礙的結果是什麼?
在現有技術的基礎上尋求創新與突破，尋求替代資源，不斷地開發研究。
(5) 未出現這種障礙的條件是什麼?
可以利用可再生資源如太陽能、電磁場能等獲取能量供電機工作。創造這些條件存在的可用資源是什麼?太陽能或電磁場能。
4.1解決矛盾問題
5.1物—場問題
對於現有吸塵器可以通過物質一場分析模型見圖2。
其中: f 為電能和機械能;s1.1為灰塵;51.2為雜訊和耗能;52為吸塵器、吸塵器與使用環境的物質一場模型。
6.1解決方案一
預操作，通過搏動低壓預先疏鬆灰塵。動態化，將吸塵器的吸塵口設計成可調整大小。
6.2解決方案二
分割，將濾塵袋分離成過濾袋和收集站兩部分。過濾袋小、收集站大。引數變化，在其內部裝入乙個適當大小的鋅片，通過外部資料的設定自動獲取能量(如太陽能、吸塵過程中能量的收集等)，自動感知所需的操作，操作自動監控。
7.1最佳解決方案
該吸塵器的最終概念設計方案是吸塵口可大可小的，機械人似自動操作、自動獲取能量、自動歸位、週期性作業的高階智慧型吸塵器。故最佳方案應該是以上兩種方案的綜合體。
7.2可能帶來的問題
1）吸塵器口的可調節大小，需要佔據更多的空間，加大了吸塵器的尺寸，提高了製作成本；
2）濾塵袋分離成過濾袋和收集站兩部分，可能需要增加對收集站的清潔；
3）自動獲取太陽能裝置需要考慮到溫度濕度等外界因素，增加了維修的費用。
7.3學習總結
自從學習了創新方法這麼課程，我才發現生活中看待事情可以從很多角度去發現，去創新。乙個複雜的事物，可以通過各種分解或者簡化代替，是我們更容易理解其中的知識。
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