基于TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵的立体车库创新设计

陆尚平，刘棣中，郭 畅，郑富元

（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023）

基于TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵的立体车库创新设计

陆尚平，刘棣中，郭 畅，郑富元

（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023）

为了解决私家车停车难，充分利用车位空间的问题，引入TRIZ创新理论的阿奇舒勒矛盾矩阵；通过分析立体车库的技术矛盾、通用工程参数，结合矛盾矩阵推荐的发明方法，将室内立体车库设计成双层、可旋转及移动升降的新型停车库。实践表明，TRIZ创新理论的阿奇舒勒矛盾矩阵可有效提高创新产品的开发效率。

TRIZ；矛盾矩阵；立体车库；创新设计

国际TRIZ理论是前苏联发明家G.S.Althsuler所开创的一种基于知识、面向人的发明问题解决的系统化方法学[1]。TRIZ理论提供的问题解决工具和近似标准的问题分析和解决方法，可以为解决具体技术问题提供解决方案。TRIZ理论的出发点是借助于经验发现事物中的矛盾，依据这些矛盾进行创造改进设计[2-3]。

随着人们生活水平高的提高，加之城市规划时对停车设施考虑不够，多为平面式停车场，而这显然不能满足人们的停车需要，造成了目前停车设施严重缺失的局面[4]。当前，对车库的研究多集中于停车场环境，出现了多种车库解决方案及形式[5]：简易升降式、升降横移式、垂直升降式、圆盘旋转式[6]、立体垂直旋转式等，而对两边墙体限制或因私人空间影响的家庭车库式研究甚少，需要研制开发新型适合家庭式的立体车库。

1 家庭式立体车库

随着人们生活水平的提高，私家车成了家庭的必需品，而与此相对应的，车子存放成为人们重点关注的问题，家庭在购买住房时，一般都只购买了与住房配套的一个车位，这与很多家庭拥有多辆车的车位需求形成了矛盾。而现实中很多家庭购置的停车库或车位其高度能满足停放两辆车的要求，开发利用现有停车库或停车位的上层空间形成独立家庭式的立体车库成为一种有益的选择。对当前小区家庭停车库或停车位进行研究分析如图1所示，小区停车位G1、G2、G3（H1、H2、H3）紧挨排列（车库为隔墙），G 行车库与H车库分列车道两边；车道为双向双车道。顾客对家庭式立体车库的要求为：（1）存、取车时上下车相互不影响与干涉；（2）立体车库不与左右家庭车库相干涉；（3）存、取车操作简便不繁琐。由家庭停车库的上层空间利用、顾客对立体车库的理想要求进行立体车库创新设计成为研究的核心问题。

图1 住宅小区家庭停车库示意图

2 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵

2.1 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵的理论基础

TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵创新设计的关键因素为技术矛盾、通用工程参数和发明原理，并由此3个关键因数构造的技术矛盾一般解决思路如图2所示。技术矛盾是TRIZ矛盾理论中与物理矛盾相对应的一个重要问题，其表达方式通常为“如果A，那么B，但是C.”如在汽车制造领域，如果汽车重量增加，那么汽车行驶的平稳性增强，但是耗油量增大，即表现为稳定性和能量消耗两个参数的矛盾。阿奇舒勒对数量众多的工程参数进行了一般化处理，确定了39种能够表达所有技术矛盾的通用工程参数[7]。例如强度，指系统或者对象在一定的条件下，一定范围内吸收各种作用而不被破坏的能力；物体产生的有害因素是指降低物体或系统的效率，或完成功能的质量的有害因素。发明原理是阿奇舒勒对大量发明专利及典型案例进行归纳总结并进行编号的创新理论，其核心思想是“专利所解决的问题虽不同，但采用的原理相雷同”；其所编号为1至40个发明原理，编号作为TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵单元的元素。

图2 阿奇舒勒矛盾矩阵技术矛盾解决思路

2.2 TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵创新设计的实施步骤

TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵创新设计及问题解决方案有其合理的实施步骤，如图3：（1）描述关键问题：这里的关键问题是经过系统功能分析、因果链分析、剪裁及特性传递等问题识别后获得的非显而易见的问题。如图1中的鸡兔同笼问题中不是直接能看出答案的问题；并将所描述的关键问题具体化。（2）将问题转化为技术矛盾：通过“如果A，那么B，但是C。”来描述。（3）识别技术矛盾中的参数：对B和C识别，B、C为工程项目系统所希望或不希望的目标。（4）将参数转化为阿奇舒勒的39个工程参数：对B和C转化为B1和C1，B1为通用工程参数预改善的工程参数，C1为恶化的工程参数。（5）根据阿奇舒勒矛盾矩阵表B1行和C1列交叉单元，获得单元中发明原理编号。（6）根据阿奇舒勒矛盾矩阵对应发明原理提示提出具体解决方案。

图3 阿奇舒勒矛盾矩阵立体车库创新设计实施步骤

3 阿奇舒勒矛盾矩阵立体车库创新设计

根据工程系统目标要求：家庭停车库中单个车位面积且空间位置足够两辆车高度达到3.2 m，原有停车位上方再停一辆车的目标；设定上层车为E，下层车为F是显而易见的坚决方案。而家庭停车库因墙体或私人空间而独立存在，在不影响两边车库以及存取上下E、F车不受干涉成为主体目标；对于E、F通过从车库门口前道路进入车库是常识的选择，但对于上层车E如何进入车库成为难点，如表1所示。

表1 阿奇舒勒工程参数矛盾矩阵

阿奇舒勒矛盾矩阵立体车库创新设计实施：（1）描述关键问题：车库上层车E要进入车库，在不影响下层车F的条件下，车库承载板需要移动至车库外的道路上，而移到路边上的车库支撑板与路面方向垂直，汽车上到支撑板需要一定的转弯半径，需要长边的支撑板。（2）将问题转化为技术矛盾：如果要在车库外将车移动到上层车库，需要增加支撑板的长度，但是车库的单体面积是确定的。（3）识别矛盾参数，B1为静止物体的长度，C1为静止物体的面积。（4）对照B1行C1列，查找阿奇舒勒矛盾矩阵如表1，获得发明编号 7、17、4、35，其中 7 指嵌套，17 是空间维数变换，4是非对称，35是物理/化学变化。（5）根据矛盾矩阵所推荐发明原理，选择17号空间维数变换即将物体变为二维平面运动或过度到三维空间运动以消除物体在二维平面运动或定位问题的方法，将支撑板设计成转盘模式，使其支撑板在车道区域旋转以减小车子进库转弯半径，便于车子顺利计入车库，设计结果如图4（a）.同理，分析另一关键问题时，车库分为上下两层，如果以转盘升降的方式实现存取车，结构的稳定性增强，但是系统的强度减弱；识别工程参数为B2是结构的稳定性，C2是强度，查阿奇舒勒矛盾矩阵表如表1，获得发明编号为17，9，15；以15动态特性发明原理的调整物体或环境性能达到各状态最优，采集分阶段液压助力推动的办法如图4（b），抬升的起始阶段和进入直立状态采用不同的液压驱动力驱动。

图4 双层无避让式立体车库

4 结果与讨论

将TRIZ理论阿奇舒勒矛盾矩阵运用于新型立体车库的创新设计，依据阿奇舒勒矛盾矩阵5步分析法获得项目问题的发明指导方法，结合工程实践完成了以支撑板旋转、移动出库升降为主要功能目标的家庭用双层无避让室内立体车库的创新设计，并经验获批国家实用新型发明专利ZL201320052630.4.实践表明，运用TRIZ阿奇舒勒矛盾矩阵与40个发明原理解决技术矛盾，指导新产品开发思路步骤清晰，可操作性强，对指导创新实践具有积极指导意义。

[1]ALTSCHULLER G S.Creativitv as an Exact NewYork[M].Gordon&Breach，1984.

[2]彭慧娟，成思源.TRIZ的理论体系研究综述[J].机械设计与制造，2013（10）：270-272.

[3]高常青.TRIZ一发明问题解决理论[M].北京：科学出版社，2011.

[4]庞 寅.城市立体车库管理系统模块设计[J].NEWEDUC TION，2011（11）：31.

[5]胡增荣.立体车库的种类及其应用[J].科技经济市场，2011（4）：24-26.

[6]梁 睦.双环转盘式轿车存放立体车库的设计分析[J].起重运输机械，2006（6）.

[7]孙永伟，谢尔盖.伊克万科.TRIZ打开创新之门的金钥匙[M].北京：科学出版社，2015.

Innovative Design of Stereoscopic Garage Based on TRIZ Altshuller Contradiction Matrix

LU Shang-ping，LIU Di-zhong，GUO-chang，ZHENG Fu-yuan
（Guangxi Vocational College of Water Resources and Electric Power，Nanning Guangxi 530023，China）

In order to solve the difficulty of parking private cars，and make full use of parking space，altshuller contradiction matrix of TRIZ innovation theory was introduced.By analysing the technical contradiction and general engineering parameter of stereoscopic garage，and combination the contradiction matrix inventive methods.Double deck，rotatable and movable lifting type parking garage were designed.Innovative practice shows that，altshuller contradiction matrix of TRIZ innovation theory effectively improve the development efficiency of innovative products.

TRIZ；contradiction matrix；stereoscopic garage；innovative design

TB472

A

1672-545X（2017）09-0115-03

2017-06-27

广西高等教育教学改革工程项目（编号：2013JGA336）；广西高校优秀中青年骨干教师培养工程项目；广西高校科学技术研究项目（2013YB303）

陆尚平（1981-），男，广西来宾人，博士，副教授，研究方向：机电一体化技术及产品创新设计。