基于TRIZ理论的家庭火灾自救逃生装备设计研究

李伟民　韩丽　单会姿

摘要：在家庭火灾自救逃生装备的设计研究中，以发明问题解决理论（Theory of the Solution of Inventive Problems，TRIZ）为指导，发现在家庭火灾自救逃生装备设计中所出现的物理矛盾和技术矛盾，利用现代TRIz理论解决问题的三大步骤及相应工具，找到设计过程中解决矛盾的方法。并且以此为基础，进行了个人设计的实践与研究，探索出更合理的家庭火灾自救逃生装备设计方法。

关键词：家庭火灾；自救逃生装备；TRIZ；物理矛盾；技术矛盾

一、前言

家庭火灾自救逃生装备的研究目的之一在于当家庭火灾发生的第一时间内，可以有效的帮助遇险者进行逃生自救，减少人员的伤亡；其研究目的之二在于借助先进的技术手段和人机工程学理论，从家庭火灾自救逃生装备的功能的使用、形态的认知、产品的易用性及使用者的需求上进行创新设计，从而探索出符合我国家庭结构及室内火灾特点的家庭火灾自救逃生装备，最终建立一个完整的产品以及系统架构。

本文以TRIZ理论为基础，以家庭火灾自救逃生装备设计为研究对象，利用TRIZ理论中的问题识别、问题解决、概念验证三大步骤及相应工具对家庭火灾自救逃生装备设计进行优化，从而得到更满足用户需求的产品。

二、TRIZ理论

TRIZ理论最先是由是俄国学者阿奇舒勒（G.s.Altshuller）在1946年提出的，并不断完善至今。TRIZ理论即发明问题解决理论。TRIZ理论认为发明问题的核心是解决冲突，未克服冲突的设计不是创新设计。产品进化的过程是不断解决产品所存在冲突的过程。一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程式化的方法，描述的越清楚，问题的解决方法就越容易找到。

三、基于TRIZ理论的矛盾分析及解决

（1）物理矛盾

物理矛盾是指同一个参数具有相反的并且合乎情理的需求。物理矛盾通常可以用分离矛盾需求，满足矛盾需求，绕过矛盾需求三种方法来解决。分离矛盾需求是指造成物理矛盾的单一参数在不同的条件下有不同的需求，可以按照相应的条件进行分离，让工程系统在相应的条件下具备某种特性而满足这种需求。其解决方法分为基于空间分离，基于时间分离，基于关系分离，基于方向分离，基于系统级别分离。

在家庭火灾自救逃生装备设计的研究中，最基本的物理矛盾就是“大”与“小”的矛盾。即装备箱既要满足容量大，达到可以有足够的空间容纳自救逃生装备的目的，又要满足体积小，达到在不使用时节省空间的目的。自救逃生装备箱为了实现收纳的功能，同时出现了两种矛盾的特征，即对空间利用的逆向追求。以自救逃生箱为例，使用时需要有足够的空间容纳各种自救逃生装备：储存时需要节省家庭室内空间。用抽象的语言可以得到时间分离法所适用的条件，即在指定的时间段中矛盾的一方如果可以不按一个方向发展，则时间分离法是可行的。

在确定可以使用基于时间分离法来解决这个物理矛盾后，可以尝试用以下几个发明原理来寻求解决方案：

发明原理9：预先反作用.发明原理10：预先作用.发明原理11：事先防范

发明原理15：动态特性.发明原理34：抛弃或再生.

通过对自救逃生装备箱的实际分析后，其中最优化的发明原理10预先作用描述为如下：

预先对物体（全部或至少部分）施加必要的改变。

预先安置物体，使其在最便利的位置开始发挥作用而不浪费输送时间。

（2）技术矛盾

技术矛盾是指一个作用同时导致有利和有害两种结果，也可指有用作用的参与或者有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。常表示为一个系统中两个子系统之间的矛盾。

在家庭火灾自救逃生装备设计的研究中，不可避免的出现技术矛盾。对此可以描述为：自救逃生装备的装置复杂化的设计，会同时导致有利及有害两种结果。有利的结果是装置的复杂化有利于自救逃生装备更好地实现多种功能；有害的结果是装置复杂化的同时，导致这个装置系统出现连接构件脱落的几率增大，即变相地降低了整个装置系统的稳定性。所以，在概念设计中要求到达这样的预期：既要使自救逃生装备的功能多样化、重量轻，又要使该自救逃生具备较好的稳定性。

在参照TRIZ理论提出的39个通用工程参数的标准描述后，可以将自救逃生装备的需求进行分析，即描述为希望改善的通用工程参数是装置的复杂性（N0.36），但是因此而带来的矛盾，恶化了其他的某些通用工程参数，即结构的稳定性（N0.13）。

由矛盾矩阵表可知，2、22、17、19都是发明原理中推荐的解决方法，其中最优化的是发明原理17，描述为如下的维数变化：

将物体变为二维（如平面）运动，以克服一维直线运动或定位的困难；或过渡到三维空间运动以消除物体在二维平面运动或定位的问题；单层排列的物体变为多层排列；将物体倾斜或侧向放置。

四、结语

本文以研究家庭火灾自救逃生装备的设计流程中所出现的物理矛盾以及技术矛盾为核心，以TRIZ理论为指导，分别利用了分离原理与发明原理，提出了物理矛盾和技术矛盾的解决方法。然后将家庭火灾自救逃生装备陌生化，回到最初的设计原点，这样的思索过程造就了更合理更人性化的设计。