应用背景: 过去,消防员用他们的大胡子过滤浓烟,用他们裸露的双手和耳朵感觉温度。今天,消防员有了特殊的,可以保护他们在火灾区工作更长时间的专用消防装置。但是另一方面,这又阻碍了消防员及时察觉火焰所产生的强烈而危险的热。专用消防装备,如消防夹克,虽然可以防火隔热,但是如果火区温度过高,超过消防夹克所能承受的极限,消防员的身体也会被高温灼伤。此外,消防员还有可能被高温的水蒸气灼伤,有可能被浓烟熏倒甚至丧失生命(图1)。
为了保护消防员,发明了温度探测器。该系统可以探测温度,并且在温度过高时发出警报。然而,现在市场上买得到的探测器有以下几个方面的缺陷:太沉,体积大,不够灵敏或探测的温度不够准确。一个带有电池(9伏电压),温度传感器和报警装置的温度探测器是沉重的。而且,一个探测器只能探测某一部位的温度,不能全面而准确地报告内衣上积聚的温度。所以,不得不在消防夹克的每一面都装上温度探测器。最后,好几个探测器由于重量太沉,体积过大而妨碍了了消防员的活动(图2)。
同样,湿度探测器可以探测湿度。当空气中水蒸气过多,极易造成伤害时,探测器将报警。但在应用中,也存在同温度探测器一样的问题。
有何经济效益和社会效益:应用TRIZ理论发明的聪明夹克不影响消防员的移动,能够准确的报告温度和湿度,使消防员能够防范危险,避免高温灼伤。当消防员遇到危险(如被烟熏倒)时,能够及时报警,使他们能够及时得到救助,挽救消防员的生命。
问题描述:消防夹克上可以携带探测器(图3为一个探测器的简单结构)。然而为了提高温度和湿度探测的灵敏度和准确度,需要增加更多的探测器。探测器的增加将导致整体探测系统体积和质量的增加,影响消防员的移动。
系统存在的技术矛盾是:如果要提高探测的准确性,就不得不在消防夹克上安装更多的探测器,妨碍了消防员的活动。
解决思路和关键步骤:
1. 技术矛盾解决思路
应用TRIZ原理,根据Altshuller的39个技术特性分析,使系统性能提高的技术特性是:
1).测定精度
使系统性能降低的技术特性是:
1). 温度探测系统的质量
2). 温度探测系统的体积
这样,得到两组技术矛盾:
1) 提高测定精度,但增加了系统的质量
2) 提高测定精度,但增大了系统的体积
分别对这两组技术矛盾运用技术矛盾解决矩阵的方法,得到大扩号中的创新原理提示以开拓思路:
1) 提高测定精度,但增加了系统的质量
技术矛盾矩阵:28/2 = { 28 – 35 – 25 – 26 }
这些创新原理是:
28#创新原理:机械系统的替代
35#创新原理:物体的物理或化学状态的变化
25#创新原理:自助功能
26#创新原理:代用品
2) 提高测定精度,但增大了系统的体积。
矛盾矩阵:28/7 = { 32 – 13 – 6 }
这些创新原理是:
32#创新原理:改变颜色
13#创新原理:逆问题
6#创新原理:多面性,多功能
2. 物理矛盾解决思路
应用TRIZ理论的分离原则。分离原则包含两个方面:
1) 时间分离
不是任何时刻都需要探测系统。在不很重要或不很关键的时候,无需使用探测系统。探测系统的使用取决于外部条件。
2) 空间分离
探测系统应该能够被分成几个部分。不同的部分有不同的设计使用方法。
最终结果:在创新过程中应用了28#和6#创新原理。针对探测系统的物理矛盾,应用了分离原则。
A 应用28#创新原理
建议:通过电场,磁场或电磁场实现物体间的相互作用。
要解决的问题:想要增加探测精度,就不得不增加探测器的数量。
解决方向:改变探测器内部传感器和电源的连接方式,变有线连接为无线连接。
解决方案:在消防夹克上安装能发送信息给中央处理器的无线传感器。这样,只需一个电池和报警器即能满足要求。
B 应用6#创新原理
建议:把实现多个功能的多个物体合并成实现多个功能的一个物体。
要解决的问题:温度探测,湿度探测和当危险发生时(如被浓烟熏倒)及时报警的功能分别由不同的探测器完成,使整个系统的质量增加。
解决方向:把不同功能的探测器合并成一台综合探测器
解决方案:不需要三个功能独立的探测器。通过金属线把各探测器内部的传感器相互连接起来,并且使用一个电源和警报系统作为中央处理单元。这些传感器通过金属线连接到中央处理单元。
C 应用分离原则
建议:把探测系统分成几个部分。
要解决的问题:提高探测系统在使用中的灵活性。
解决方向:把探测器中的传感器和电源/报警器分开
解决方案:把探测器中较为沉重的部分(电池/报警器)设计为可移动,可卸载,而较轻的传感器缝在夹克里。
结论 应用以上2个创新原理和分离原则,最终得到解决方案并已形成产品。这就是聪明夹克(图4)。它功能齐全,并且具有重量轻,易于携带,探测准确,有效保护了消防员的人身安全,且不妨碍消防员的活动。
图4 聪明夹克 聪明夹克是一种理想的系统。夹克本身就是探测系统,但系统的质量和体积并没有增加。
图5是探测系统的传感器,电池和警报器的安放位置: 图5 探测系统的传感器,电池和警报器的安放位置图示
图6描述了消防夹克的衣层结构和传感器的安装位置 图6 消防夹克的衣层结构和传感器的安装位置图示