搜索
案例分析：尺蠖式移动直尺第一部分：问题描述1、项目概述(这部分内容要包括：项目来源，问题描述，技术参数，配图片或手绘简图等)目前绘图工具主要包括直尺、三角板、量角器和丁字尺等（主要结构、子系统或组成部件），当我们需要测量或者需要画出某段超出所用尺子量程的直线段时，就需要反复摆放尺子的位置来继续进行测量或者绘制，这样会造成误差的加大以及效率的降低（主要问题：操作/结构的复杂性、高能耗损失、精度/效率不足）。2、发明问题初始形势分析（要求写清楚系统的工作原理；存在主要问题；限制条件；目前解决方案，已有专利，类似产品的解决方案，仍存在问题和不足；配图片或手绘简图）因此，为了解决上述问题，应该设计一种新型绘图工具，其应满足如下一些限制条件：（预期目标：成本、存储/携带/运输、结构/外观/体积、施用条件）①该绘图工具制造不应太复杂，成本不应超过现有绘图工具组合；②该绘图工具不应有过于严格的使用环境限制；③该绘图工具体积不能太大，要方便携带；④类似产品的解决方案为反复重新摆放尺子来进行绘图和测量。第二部分：系统分析（一）系统完备性法则（机械系统）图1系统完备性法则（二）功能分析表1功能分析表（实用新型说明摘要）技术系统尺蠖式移动直尺（作品名）用途测量和绘制任意长度的直线段（不同于以往产品的主要用途）主要部件关键部件外部作用外部条件（三）九屏幕图图2九屏幕图（四）生命曲线（技术系统进化的S曲线）技术功能使直尺能够沿固定的直线移动（创新点）主要功能利用直尺体和滑块的相对运动来实现直尺沿固定的直线移动，实现固定方向任意长度直线段的绘制和测量。（具体实施方式）主要部件（组成部分）技术系统初级-高级系统图3生命曲线图（根据现有的专利信息检索，归纳该技术系统的发展趋势，原有技术的缺点和局限……，现有的该技术或产品的专利授权情况，如专利等级较低和专利数量较少……；技术系统的进化需要和不断增加的市场需求，本技术系统尚具有较大的发展前景。）技术系统的进化一般按照如上的生命曲线进行，我国科技教育事业正处于蓬勃发展时期，教育中、工程中直尺的使用非常普遍，各行各业的人们对直尺的需求量很大。直尺在我国已经有非常久远的历史，但是鲜有大的改变，专利等级较低，专利数量少，直尺的单件利润也比较低，但是由于数量较大，整个产业的经济收益还是很可观的，故直尺应处于生命曲线的成长期和成熟期的交汇处，尚具有较大的发展前景。（五）资源分析直尺的现有资源包括：轨道、滑块、绘图板、绘图纸、绘图笔、空气。选择资源的顺序如下表：表2选择资源的顺序资源属性选择顺序价值免费→廉价→昂贵数量无限→足够→不足质量有益→中性→有害可用性成品→改变后可用→需要建造表3现有资源比较资源类型价值数量质量可用性轨道免费无限中性成品机械能免费足够中性成品绘图板廉价足够有益成品绘图笔廉价足够有益成品空气免费无限中性成品X元素免费无限有害成品选择优先使用轨道、机械能、空气和X元素，其中X元素为引入的理想化的位置资源。第三部分：运用TRIZ工具解决问题（六）最终理想解表4最终理想解分析表问题分析结果设计最终目标直尺可以绘制和测量任意长度的直线作用对象或施用环境（七）技术矛盾1.尺子测量和绘制直线段时，既需要知道其长度，又希望同时能够一直沿一条直线移动，这需要直尺和滑块两个工具，为控制成本，尺子不应太重，构成形状与物体质量之间的技术矛盾。改善的参数为物体质量，恶化的参数为形状。由矛盾矩阵表查到发明原理为（见表5）：表5矛盾矩阵表1形状物体质量3、4、14、17（3）局部特性原则——使物体的不同部分应当具有不同的功能；（4）增加不对称性原则——物体的对称形式转为不对称形式；（7）嵌套原则——一个物体通过另一个物体的空腔；段。理想化最终结果直尺自己可以自动地沿着固定方向一直做直线移动。达到理想解的障碍是什么（能够解决）直尺不能够实现高度智能化。出现这种障碍的结果是什么直尺沿固定方向绘制和测量直线段时不能实现自动化。不出现这种障碍的条件是什么直尺有一种特殊机构可以自动找到某比较基准，使之沿固定方向做直线移动，并提供足够的动力。创造这些条件所用的资源是什么（现有方案依赖的资源）电能、空气、智能系统。改善的参数恶化的参数（14）曲面化原则——从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构；（17）向另一维度过渡的原则——利用多层结构替代单层结构。我们采用发明原理7（嵌套原则），在尺子的下方设计滑块嵌套于轨道中的结构用于方便直尺移动。2.为使用方便，尺子不应太大，这就能减小尺子占有的体积，但同时也将引起尺子的形状复杂度提高，构成物体的面积与形状之间的矛盾。改善的参数为物体的面积，恶化的参数为形状。由矛盾矩阵表查得发明原理为（见表6）：表6矛盾矩阵表2形状物体的面积4、14、15、17（4）不对称原则——物体的对称形式转为不对称形式；（14）曲面化原则——从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构；（15）动态原则——将物体分成彼此相对移动的几个部分；（17）向另一维度过渡的原则——利用多层结构替代单层结构。我们采用发明原理15（动态原则），将直尺与滑块两个相对移动结合在一起，实现一直画直线的功能。3.为了增多工具的实用性及多用性，由上述知，尺子要实现包括绘制测量、同时适用于左、右手的人在内的多种功能，为使结构简便改善的参数恶化的参数要使一个工具具有多种功能或使某结构具有多种功能，构成实用性及多用性与结构稳定性之间的矛盾。改善的参数为实用性及多用性，恶化的参数为结构稳定性。由矛盾矩阵表查得发明原理为（见表7）：表7矛盾矩阵表3结构稳定性实用性及多用性1、3、24（1）分割原则——将物体分容易组装和拆卸的部分；（3）局部性原则——使物体的不同部分应当具有不同的功能；（24）中介原则——把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。我们采用发明原理1（分割原则），使尺子与滑块容易组装和拆卸，统一装置能够实现左右手都可以方便移动直尺和滑块来实现一直画直线的功能。（八）物理矛盾我们既希望设计的尺子能够小便于携带，又希望尺子足够长来实现一直画直线的目的。故决定所设计的直尺长度采用解决物理矛盾中的空间分离原理（空间分离、时间分离、整体和部分分离原理），将普通直尺分割成为一个直尺和一个滑块两个小模块，彼此容易组装和拆卸；并且滑块嵌套在直尺背面的导轨中可以实现尺子长短的任意变换。改善的参数恶化的参数体积、面积、长短、大小使用、存储过程中存在形态、状态、部分结构或整体变化的均可应用分离原理（九）物场分析S1纸S2尺子F1是机械场图4问题模型这是普通的物场分析后的结果，如此是不可能实现一直画直线的功能。我们需要加一个机械场和一个滑块来实现移动，进而可以测量和绘制无限长度的直线段。S1纸S2尺子F是机械场S3滑块F机械场图5方案模型第四部分：技术方案整理与评价方案1：将直尺重新摆放，继续未画完的直线画，如下图所示。图6方案一图使用这种方法，在重新摆放尺子时容易发生窜动，造成画得的直线不直，误差加大。方案2：将两个或者多个直尺连接起来，如下图所示。图7方案二图使用这种方法，在两个尺子连接处啮合不是非常完全，再画线时容易在啮合处造成凹陷，使得所画直线不再是直线；并且当两个尺子的量程达到时又重复出现方案1的弊端。方案3：使用足够长的米尺或者墨线，如下图所示。图8方案三图使用这种方法，由于皮尺较为柔软，不易画出直线。方案4：在普通尺子壳体的背面设计一个轨道，将滑块嵌套于轨道中，利用滑块和尺子的相对运动来实现尺子沿固定方向一直做直线运动，从而能够使尺子测量和绘制出任意长度的直线段。确定最终方案经过综合比较考虑，我们决定采用方案4。利用TRIZ原理设计一个适用于任意长度可沿固定方向一直画直线的尺子，以方便任意长度直线段的绘制。具体解决方案如下：一种能够一直画直线的直尺，其组成包括：直尺壳体，位于尺体下方的滑块；其特征在于：所述直尺壳体背面设有与直尺平行的滑道，滑块置于滑道中，由此滑块和直尺能够保持相对直线运动；在尺体左右两侧以及滑块上设计有凹槽，如此可以方便使用者随意使用左右手按住尺子和滑块来移动直尺，达到一直画直线的效果。图9最终方案图