基于Triz理论方法创新的嵌入式隐形插座

彭勇福 柯寒文 何安民

（浙江德力西国际电工有限公司 杭州 310012）

引言

应国家科技创新大会上强调，要推进改革开放和社会主义现代化，实现全面建成小康社会目标，不断提高人民生活水平，实现中华民族伟大复兴，必须从国家发展全局的高度，集中力量推进科技创新。不言而喻，如果要实行科技创新，那一定要有一套好的解决问题的方法，然而在通常情况下，一般使用解决问题的传统方法有试错法、头脑风暴法、形态分析法。但它们不是用来创新方法科技创新的理想手段，而目前更适应使用的是TRIZ 创新理论方法。

1 Triz理论的起源

TRIZ 最初是由俄文译成拉丁文之后，缩写为TRIZ,而英语通常将TRIZ 译作TIPS（Theory of Inventive Problem Solving-发明问题解决理论），汉语译作“萃智”，关于TRIZ 理论的起缘，还要追溯到20 世纪40年代，前苏联G.Altshuler 阿奇舒勒及其领导的一批研究人员提出的发明问题解决理论，经过近半个世纪以来，TRIZ 创新理论已成为技术问题或发明问题最有效的方法，其核心思想也是利用发现矛盾从而解决问题，从而实现技术领域问题的解决。

2 运用TRIZ 创新方法理论的基本思路

TRIZ 作为当前公认的最高效的实用性创新方法，能够使各工程师在创新过程中不用再依靠试错和灵感，而是直接采用系统化的思维方式和结构化工具来构建解决方案。作为系统性的创新方法，TRIZ 理念解决问题的基本思路如图1所示。

图1 TRIZ 理念解决问题的基本思路图

第一步：将待解决的具体问题识别出并转化成Triz通用问题和通用解；

第二步：根据问题的属性和通用解，并有针对性地应用不同的TRIZ 工具，并采用相应的流程；

第三步：结合实际问题的具体解得到问题的具体解决方案。

第四步：具体解的验证。

这种解决问题的思路与其它传统的创新方法存在着本质的不同。TRIZ 创新理论方法主要是围绕理想化最终结果IFR，进行无限接近理想化的求解，在这过程中，通过问题的系统功能分析及因果分析，资源分析三大分析方法，确定问题的突破点，再将问题转化，进行裁剪，得到新的系统功能分析图，然后再运用物场模型方法、运用科学效应和知识库、技术矛盾的39 个工程通用参数和40 个发明原理及物理矛盾的分离原理，及S 曲线进化法则，最后产生多个解决方案，最后筛选出优先方案。

3 基于TRIZ 创新方法理论的嵌入式隐藏插座实例

通过以下论述简要说明TRIZ 创新方法理论在开发嵌入式隐藏插座中的应用。

3.1 问题背景

随着人民用电器具的增多，安全性能也要求的更加严格，各种插头插在插座上的使用的便捷性，及避免插头插入后尽量为规避家具及其它用电器具挡住插头（如图2所示），这就要求插座做成一种可以兼容多种插头的插座。

图2 插头会挡住家具

3.1.1 规范化表述技术系统实现的功能

技术系统（S）：插座；

施加动作（V）：提高；

作用对象（O）：插头组件；

作用对象的参数（P）：兼容性；

因此，本技术系统的功能可以表达为“提高插座兼容性”。

3.1.2 现有技术系统的工作原理

现在的技术系统是用电器具插头插在墙面上的插座，插头会高出25 mm，会导致墙面与家具不平齐。

3.1.3 当前技术系统存在的问题

插头凸出，易挡住家具或用电器具，占用空间，（如图2所示）。

3.1.4 问题出现的条件和时间

各种插头插入插座后，均会出现凸出问题。

3.1.5 问题或类似问题的现有解决方案及其缺陷

现有解决方案描述：把插座尺寸做大，接线盒也跟随做大，做成市场中特有的，但是使用者不但要买插座，接线盒也要购买会增加成本，不利于已经装在墙上的小接线盒使用；这种解决方案，会导致成本高，可靠性差，可行性低。

3.1.6 对新系统的要求

保证各种类型的插头组件插入插座后，家具或用电器具不挡住插头，保证美观性及可用性。

3.1.7 最终理想结果IFR：

1）将上盖面板稍加厚；

2）将墙内的其它组件做薄；

3）插头要足够小。

3.2 问题分析

3.2.1 系统功能分析：先做成系统分析列表，定义好本系统的功能：兼容性；本系统的作用对象是插头组件；并分别列出超系统组件，组件和子系统组件。

3.2.2 做出系统功能模型图，如图3所示。

图3 功能模型图

3.2.3 系统功能分析结论

通过构建系统功能模型图并进行分析，描述系统组件及其之间的相互关系，确定导致问题存在的功能因素，列举出系统中存在的所有负面功能如下：

负面功能1（面板高度不足会导致插头组件插入容易挡住面盖——不足作用）；

负面功能2（载流组件的总厚度过厚也会导致插头挡住面盖——不足作用）；

负面功能3（用户在接导线时，如果导线过长，会导致空间不够，以致导线会把载流组件产生干涉——过度作用）。

3.2.4 系统因果链分析

因果链分析如图4所示。

图4 因果链分析图

3.2.3 系统功能分析结论

通过因果分析，确定本系统中导致问题产生的根原因为：

1）插面离墙面不够深；

2）插头组件不够小且种类多；

3）基座壁厚过厚。

3.2.4 资源分析（如表1）

表1 资源分析表

3.2.5 确定问题解决突破点

通过开展系统三大分析（功能分析、因果分析、资源分析），明确了系统中组件之间的相互关系及存在的负面功能，深入挖掘了问题出现的多层次原因，在综合考虑系统可用资源的基础上，确定问题解决的突破点如下：

问题解决突破点1：提高面板厚度；

问题解决突破点2：统一插头类型；

问题解决突破点3：载流组件改薄；

问题解决突破点4：尽可能改变接线盒厚度；

问题解决突破点5：将插孔面往墙内移动。

3.3 问题转化及解决

3.3.1 系统裁剪：基于裁剪的4 大目标，3 大常见策略，可裁剪两个配件面盖和面板，如图5所示。

图5 功能模型图

通用裁剪两配件后得到方案1 和方案2：

方案1：运用裁剪实施规则2，裁剪面盖后，不存在间隙，不影响家用电器使用，但插头组件插入嵌入式插座后，会显得不是很美观，当然，凸出来的插头组件也有可能影响到家具的阻挡；

方案2：运用裁剪实施规则2，裁剪面板后，不存在间隙，不影响家用电器的插头组件使用，但插头组件插入嵌入式插座后，会显得不是很美观，当然，凸出来的插头组件也会影响到家具的阻挡。

3.3.2 物场模型及标准解

本案例中，针对问题解决突破点，继续运用了物场模型分析，得到物场模型图如图6所示。

图6 功能模型图

并通过76 个标准解，得到解决方案3：S2.2.6 构造物质，面板与面盖二合一，新的物-场模型如图7所示。

并得到方案4：运用标准解S1.2.4 引入场，改为柔性机械场，让面盖改为弹性体，使得家具压到嵌入式插座后，可以压缩空间，新的物-场模型如图8所示。

图8 功能模型图

3.3.3 运用科学效应和知识库进行事中事后补救和进行事先预防，得到了以下几个方案：

方案5：查询“压缩固体”，可运用科学效应“D6形变”。

运用上述效应形成概念方案，即_通过缩短载流组件子组件的高度获得压缩尺寸。

方案6：查询“移动固体”，可运用科学效应“M30机械力” 。

运用上述效应形成概念方案，即通过机械力把功能件移动到产品外部或把功能件在内部的摆布方向发生变化。

方案7：查询“扩大固体”，可运用科学效应“D6形变”。

运用上述效应形成概念方案，即把面板与板盖二合一后，增厚尺寸。

方案8：查询“扩大固体 ”，可运用科学效应“ D6形变” 。

运用上述效应形成概念方案，即把接线盒尺寸。

方案9：查询“改变固体”，可运用科学效应“C49胶体”。

运用上述效应形成概念方案，即_将面板与面盖二合一。

方案10：查询“改变固体”，可运用科学效应“C49胶体”。

运用上述效应形成概念方案，即_载流组件改薄。

方案11：查询“改变固体”，可运用科学效应“C49胶体”。

运用上述效应形成概念方案，即将面板改厚。

方案12：查询“改变固体”，可运用科学效应“C49胶体”。

运用上述效应形成概念方案，即接线盒深度加深。

3.3.4 技术矛盾与发明原理

规范化表述系统中存在的技术矛盾为了提高（改善、增强等）系统的适应性 ,可能会导致系统的结构尺寸（产品面板及安装架高度变高），确定了改善的参数为适应性，恶化的参数为静止对象的尺寸，和要改善的参数为形状，恶化的参数为静止对象的尺寸，因而形成了另外的概念方案：

方案13：运用发明原理No.IP7 嵌套原理，产生新的概念方案，即将面盖嵌入面板中，使表面相平，以节省高度空间。

方案14：运用发明原理No.IP28 替换机构系统原理，产生新的概念方案，即用移动场代替固定场。

方案15：运用发明原理No.IP1 将对象分成容易组装（或组合）和拆卸的部分，产生新的概念方案，即功能件做成可拆卸式或说做成做移动式。

3.3.5 物理矛盾与分离原理

为了载流组件压缩，要求载流组件厚度变薄；与此同时，为了插头能贴合载流组件面,要求载流组件足够厚。因此，本系统中存在对同一个参数“载流组件厚度合适”的互斥要求，即存在物理矛盾。因而形成了概念方案：

方案16：运用空间分离原理产生新的概念方案，即将载流组件做成可移动式，并且做成三档附带防水结构。

3.3.6 S 曲线及进化法则

性能描述：性能良好；

发明级别描述：二级；

发明数量描述：数量较少；

经济收益描述：利润稳定，销量大幅上升过程；

综合考虑以上四方面指标，判断本系统处于成长期兼成熟期，如图9所示。

图9 功能模型图

并得到形成的概念方案：

方案17：运用_提高理想度法则产生新的概念方案，即面盖和面板的组合能兼容所有插头插入。

方案18：运用_动态性进化法则产生新的概念方案，即面盖和面板的组合做成可旋转，或载流组件做成可移动式，即IP55 防水等级的可旋转式面盖。

方案19：运用子系统不均衡进化法则产生新的概念方案，即保护门、基座改薄。

方案20：运用向微观进化法则产生新的概念方案，即能改薄的或是改小的零部件改小

3.4 最终实施方案描述

综合考虑成本、难易、可靠等多个维度，最终采纳由“方案一：以柔化险、方案五：改变尺寸、方案九：优化体型、方案十六：做成三档结构上下自由调节；方案十七：理想组合。”所组成的综合方案，即使用硅胶材料将面板与面盖合为一体，并将插孔面内凹离墙面深，且将载流组件改薄，以节省上下高度的空间能容纳更高的插头，如图10所示。

图10 节省上下高度的空间能容纳更高的插头

3.5 最终实施方案的经济及社会效益分析

该方案成本低，结构简单，模具制作数量少，还防水，安全性高，可靠性强，解决了生活中使用者各种类型插头插入插座而不挡住用电器具的困惑；从而解决使用者的痛点。

目前已获得专利4 项，年销售额2 000 万元人民币左右。

4 结语

综上所述，TRIZ 是存在着多种解决问题的方案，只有把TRIZ 的各种方案全部都使用上，才能更好地挖掘出更可靠的方案，更能得到最终理想结果IFR。当然，在当今智能化、信息化、制造业高速发展的年代，TRIZ 创新方法理论为实现产品创新设计提供了重要的解决方案，它不但为人们解决了专利的困惑，同时也为人们得到了新的专利的申请，从而弥补了各行各业的创新的不足。