立体花架创新设计.doc

立体花架绿化装置
一、研究目的 10
二、基本思路 10
三、装置结构图 10
四、建造及使用方法 11
1、问题描述 11
2、IFR 11
3、九宫格 12
4、系统模型 12
5、方案选择 13
6、动态进化与最终理想解 26
五、作品的创新点 26
六、作品的科学性、先进性和实用性 27
七、推广前景 27

一、研究目的
人们通常用盆栽植物增加自然美感，改善室内空气。目前家庭居室空间有限，绿化十分困难。人们利用阳台、窗户等有限空间种植花草，但这种绿化方式缺乏层次立体感，空间利用率低。因此，研究设计一种经济、美观、实用的新型立体花架装置，充分利用有限的地面和空间，大幅增加养花数量，绿色高效地养花就显得十分重要。
二、基本思路
基于“TRIZ”理论指导进行创新性方案设计、论证与结构设计，提出设计一种“立体花架绿化装置”。花架装置采用立体结构设计，节省空间，便于清洁。
三、装置结构图

四、建造及使用方法
1、问题描述
因传统的花架本身占据大片室内空间，而且清洁管理不便，不适合较多花盆的放置，养花受到限制。为了解决养花难和养花占用面积与居室面积的矛盾，在可能的情况下应该对现有的花架进行改造。

图 传统花架
如何实现最大限度的空间节省？即如何减小花盆占用的空间大小。
如何实现对花盆更加方便的管理？轻松移动搬运、减少清洁，方便管理。
如何实现最佳的太阳光采集率？即如何准确地保证不同花卉对光照强度的需求是本作品设计中遇到的难题。
2、IFR
⑴、什么是系统的最终目标
养花无须占用空间和人的参与
⑵、什么是系统的理想结果
花架占用极小的空间，方便管理
⑶、哪些事阻碍我们达成理想结果
花架的结构形式限制
⑷、这些事为什么会阻碍我们
花架本身的结构会占用很大的空间，而且不便管理
⑸、如何使前项因素消失
设法改变养花的方式和改进花架的结构
⑹、可以使用哪些资源构建环境（有哪些可用资源）
阳台，窗户
⑺、是否已有其他行业可以解决这类问题
无

3、九宫格
超系统过去：
森林
动物
河流
超系统：
阳台
电
水管
超系统未来：
空中养花
系统过去：
花槽
水桶
系统：
花架
水
阳光
空气
土壤
花盆
系统未来：
智能养花装置
无需人的参与

子系统过去：
托板
钉子
子系统
花架架托
架腿
轮子
子系统未来：
材料是可再生的，能重复使用

4、系统模型
传统花架的系统结构模型如图。

图 传统花架的系统结构模型
5、方案选择
方案一:传统花架的进化思路，对现有的花架基础上进行实质性的改进。将花架做成可灵活移动，像雨伞折叠伸缩的结构形式，方便花架的清洁，并减小占用的空间。
技术矛盾及其解决方法
⑴确定技术参数，查找TRIZ矛盾矩阵：
基于TRIZ理论的技术冲突解决原理分析存在的矛盾，可以得到一系列的发明原理。在这些原理的指导下可以找到改进创新的方向。
根据传统花架系统模型分析：

技术矛盾1：为了避免花架架腿的严重磨损，需要增大强度，其结果增加架腿的直径，这样又会导致架腿重量增加。
技术矛盾2：如何实现最佳的太阳光采集率，即如何提升光照率是有待改善的特性，需要对该系统的旋转力矩提出更高的要求。
分析结构形式问题技术矛盾冲突参数表1
序号
改进参数
恶化参数
解决原理
1
14强度
1运动对象的重量
1分割原理
8重量补偿原理
40复合材料原理
15动态特性原理
2
18光照度
10力
26复制原理
19周期性作用原理
6多功能性原理
⑵解决技术矛盾：
技术矛盾1： 14强度 VS 1运动对象的重量
Idea#1 在花架架腿安装橡胶垫片

Idea#2 将花架架腿细化，增加花架架腿的数量

“1#分割原理”建议：
Ⅰ将一个对象分成多个相互独立的部分。
【图例】：将沙发切割成条状，中间则多了很多空隙可以让空气对流，如此坐在沙发上，也不至于容易过热而感到不舒服（如图沙发椅）。

Ⅱ将对象分成容易组装（或结合）和拆卸的部分
【图例】：奔驰SL系列硬顶式敞篷车，可将敞篷折收至后方行李箱内（如图BENZ 汽车）。

Ⅲ增加对象的分割程度
【图例】：这张椅子，将椅座与靠背的部分切得更细，使得透气性与弧度的弯曲度可以达到更大（如图躺椅）。

Idea#3 在花架上加装氢气球
“8#重量补偿原理”建议
Ⅰ将对象与另一个能够提供上升能力的对象组合以补偿其重量
Ⅱ通过与环境的相互作用实现对象的重量补偿
Ⅲ利用环境中相反的力来补偿系统的消极属性
Idea#4 用强度更大的复合材料加工花架架腿
“40#复合材料原理”建议
Ⅰ用复合材料代替均质材料
【图例】：屋顶建材─聚氨酯发泡瓦浪板。将钢板下加一层复合材料 ,可加强隔热效果。

Idea#5 将花架设计成动态形式，可在花架架腿安装轮子，不仅方便移动，而且实现了减小花架与地面磨损的目的。（最终采取）
“15#动态特性原理”建议
Ⅰ调整对象或对象所处的环境，使对象在各动作、各阶段的性能达到最佳状态
Ⅱ将对象分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置
【图例】：此款机器人的底座，设计成两节式的多轮胎形式，不仅可以配合地形凹凸做调整，多数量轮胎的设计，更可以拥有更佳的抓地力。

Ⅲ使不动的对象可动或者自动适应
【图例】：这款椅子，利用可随意摆放坐垫于你觉得适合的位置，大小也可以对调，可随个人需求调整垫子的位置。

技术矛盾2：18光照度VS 10力
Idea#6 应用照明灯取代太阳光
“26#复制原理”建议：
Ⅰ经过简化的、廉价的复制品代替复杂的、昂贵的易损的或者不易获得的对象
【图例】：塑料花永不凋谢,可重复使用。

Ⅱ用光学复制品代替实际的对象或者过程，同时还可以利用比例的变化
Ⅲ如果已使用了可见的复制品，则可以考虑用红外线或者紫外线等非可见光的复制品
【图例】：利用激光技术，将红色键盘影像由一发射器投射至平坦表面上（如桌面），使用者仅需用相同以往的输入方式即可。

Idea#7 确定太阳运行轨迹后，通过旋转结构带动花架，实现作品的周期性运转，达到最佳的太阳光采集的效率。（最终采取）
“19#周期性原理”建议
Ⅰ用周期性的作用或脉动代替非周期性的作用
【图例】：利用水流周期性的动作,来帮助取水灌溉。

Ⅱ如果作用已经是周期性的，则改变其作用频率
Ⅲ利用脉动的间隙，来完成其他的有用作用

“6#多功能性原理”建议
Ⅰ将一个对象能够执行多种不同的功能，从而使其他只是有单一功能的对象成为多余的，进而可以将其他对象裁减掉
【图例】：ALESSI 的手动榨汁机“Mandarin＂，状似一个中国古代官兵。娃娃的头本身是承接榨汁的地方，同时亦可以当杯子使用，鼻子的部分为出水口；当帽子正着戴时（圆锥朝上），可当盖子使用，当帽子反着戴时，则上方出现榨果汁的凸状物，不仅在功能方面同时具有多方面性，在造型上亦是各有其含意。

物理矛盾及其解决方法
物理矛盾1：希望花架有更大的面积来存放花盆，有希望花架面积足够小，减小占用居室的面积。

Idea#8
采用系统级别上的分离原理，将单一的花架托板改成一组小巧的在不同空间层面的托板，从而方便的而解决了养花占用更多室内空间的问题。
物理矛盾2：

花卉白天产生新鲜氧气清洁了空气，同时夜晚会呼出大量二氧化碳污浊空气。

Idea#9
应用时间分离原理，因为清洁和污浊空气发生在不同的时间段，可将花架设计成方便移动的结构形式，白天放置在室内，夜晚可以移动到室外或者阳台，避免了影响室内空气质量的问题。

物理矛盾3：有的花卉需要充足的光照才能维持正常的生长条件，有的不希望强烈光照，以免影响生长。

Idea#10
应用空间分离原理，将同一个花架上根据光照强度的大小设计成不同的区域，强光区域和弱光区域，可以方便栽植不同的花卉。

方案一系统结构模型

方案二：在窗户上养花，将花架与窗户设计成一体。使花架多功能化，不仅不会影响窗户本身的采光通风等作用，而且能够实现绿化的功能。
技术矛盾及其解决方法
⑴确定技术参数，查找TRIZ矛盾矩阵：
技术矛盾1：减少人们在操作花架上的时间损失，提高效率，就要提高系统的自动化程度。
技术矛盾2：希望室内的绿化面积很大，同时不希望花架要占用很大的室内空间。
分析结构形式问题技术矛盾冲突参数表2
1
33可操作性
38自动化程度
1分割原理
34抛弃与再生原理
12等势原理
3局部质量原理
2
5运动对象的面积
7运动对象的体积
7嵌套原理
14曲率增加原理
17空间维数变化原理
4增加不对称性原理

⑵解决技术矛盾：
技术矛盾1：33可操作性 VS 38自动化程度
Idea#11 将窗户的概念抛除，直接利用花架代替
“34#抛弃与再生原理”建议：
Ⅰ对于系统中已经完成了其使命的部分，应当去除，或在系统运行过程中直接改变它
【图例】：这款得到德国IF2005首奖的冰块搅拌棒，最主要是把搅拌棒与水一起结冰，等到完成结冰后，搅拌棒本身的外面就是冰块，利用搅拌棒去搅拌饮料时，冰块同时让饮料温度降低，等到搅拌完毕时，冰块也完全融化到饮料中（如图）。

Ⅱ对于系统中消耗性部分，应该直接在工作过程中再生或得到迅速补充
Idea#12花盆固定在可自由旋动的盆托上，保证花盆一直竖直向下。

“12#等势原理”建议
以某种方式改变作业条件，而不必升高或降低对象
【图例】：将人绑于球内，利用滚动的移动方式，省去了很多在地面行走的力气与时间（如图）。

Idea#13 花架的整体转动和花盆的旋转分别独立运动
“3#局部质量原理”建议
Ⅰ将对象、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的
Ⅱ将对象的不同部分具有不同的功能或特性
【图例】：多功能事务机，内部的扫描仪零件执行扫瞄，喷墨列印套件可以列印，传真机功能可以传真，不同的零件个别执行不同的功能（如图）

Ⅲ让对象的不同部分处于完成各自功能的最佳状态
【图例】：此剥核桃的工具，将压碎核桃的零件部分，以金属材料制成，如此强度与硬度才能承受，而把手与底座则以木头材质制造，底座的造型设计成环状凹槽，其功能在于承接核桃的破壳以及压碎的核桃（如图剥核桃器）。

技术矛盾2：5运动对象的面积VS 7运动对象的体积
Idea#14 将花盆嵌套进到花架里，再将花架嵌套窗户上。
“7#嵌套原理”建议：
Ⅰ将一个对象嵌入另一个对象，然后再嵌入第三个对象，依此类推
Ⅱ使一个对象穿过或处于另一个对象的空腔。
Idea#15采用滚筒的样式。直线运动变为旋转运动。
“14#曲率增加原理”建议
Ⅰ用曲线代替直线，用球面代替多面体
【图例】：电话线卷线器，将原本直线式的电话线，以圆形方式旋转收纳于盒子中，更加便利。

Ⅱ采用滚筒、辊、球、螺旋结构
【图例】：Dyson 球体滚轮吸尘器，球体的底座，让吸尘器在转弯时，主要机身可以随人体工学角度倾斜，但吸嘴仍紧贴于地面。

Ⅲ利用离心力，用回转运动代替直线运动
【图例】：Dyson 离心力吸尘器，利用气流的旋转，造成离心力，将灰尘于筒内与空气分离之后，直接落在透明筒内，可免去集尘袋因灰尘塞住而降低吸力。

Idea#16 增加存放花盆的行数、列数
“17#空间维数变化原理”建议
Ⅰ如果对象沿着直线运动时存在某种问题，则可以使其沿平面运动，来消除存在的问题；相同道理，如果对象沿着平面运动时存在某种问题，则可以使其过渡到三维空间来运动，从而消除存在问题。
【图例】：个人式直升机载具，可以让个人仅能在平面上的移动，变成3D 的全方向360 度移动。

Ⅱ单层变为多层
Ⅲ将对象倾斜或侧向放置
Ⅳ利用给定表面的反面
Ⅴ利用照射到邻近表面或对象背面的光线
【图例】：FARO 的反射式灯具，利用投射光方向的反射，则可以让光源与投射方向相反，因此灯具位于下方，则较方便于维修。

“4#增加不对称性原理”建议
Ⅰ将对象由对称的变为不对称的
【图例】：Nikon Coolpix 995 不对称造型照相机，可使镜头的深度加长，并且随摄影角度需要可以自由旋转，但仍保持握把的厚度尺寸（如图Nikon 相机）。

Ⅱ如果对象已经是不对称的了，就增加其不对称程度
【图例】：Globo 的茶壶盖子与内部，采取不对称设计，当茶壶倾置时，茶包正可以泡入水中，当茶壶正放时，则茶包将不会继续泡于水中，可避免放置过久导致饮料浓度太高；另外茶壶口特别设计的位置，使其在倾置时，饮料也不会因此流出。

物理矛盾及其解决方法
物理矛盾：

花卉白天产生新鲜氧气清洁了空气，同时夜晚会呼出大量二氧化碳污浊空气。

Idea#17
应用时间分离原理，将花架设计成方便转动的结构形式，白天放置在室内，夜晚可以移动到室外，避免了影响室内空气质量的问题。

6、动态进化与最终理想解
方案
项目
方案一
方案二
优点
安全性，可靠性高
管理方便
空间节省率高
成本低，绿化效果好
缺点
空间节省率低
可靠性有待提高
进化潜能图

评估

此设计可以达到较为高效地节省空间、方便进行花卉绿化的功能。
即便如此，此设计仍然具备较大的改进提升空间。按设计结构仍存在待优化部分，需进一步进行实验研究。照动态进化理论，下一步可以将机构作进一步紧凑化设计，智能化设计，多功能化设计，从而完善其结构。例如实现花卉自动浇水、施肥、室内换气等功能。

五、作品的创新点
作品的创新点：
1、突破了传统花架受空间限制的难题
2、自动化控制，操作方便，节省了人力
3、模块化设计，效率高
六、作品的科学性、先进性和实用性
作品是基于养花为出发点，结合生活实际，综合运用了TRIZ发明问题解决理论 、技术矛盾及其解决方法、物理矛盾及其解决方法物质——场分析等等，巧妙地解决了问题。具有很强的科学性，先进性和实用性。
七、推广前景
在“寸土寸金”的现今社会，家庭居室的绿化问题已经越来越突出。花架日渐成为热门话题。为了解决花盆占地面积与家庭居室面积的矛盾，立体花架绿化装置以其平均单个花盆占地空间小的独特特性，方便的管理模式及其广泛的绿化应用前景，必将被人们所接受。

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