a類分組35ta310工程制圖輔助畫板5ta

1、“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽B第三屆參賽作品簡介作品類別： 發(fā)明制作類 工藝改進(jìn)類 創(chuàng)意設(shè)計類作品名稱：工程制圖輔助畫板團(tuán)隊名稱：啟航 014作品簡介：本作品針對工程繪圖時存在的常見問題，如布局、膠帶固定易損壞圖紙、平行線和剖面線繪制不精確等，應(yīng)用 TRIZ 理論，開發(fā)出一套工程制圖輔助繪圖工具工程制圖輔助畫板。該作品可實現(xiàn)：1.隨身攜帶，隨時隨地繪圖；2.快速布局，節(jié)約繪圖時間；3.無損固定圖紙；4.快速繪制各種平行線，提高繪圖效率和精度。應(yīng)用的 TRIZ 理論：本作品通過功能分析、最終理想解、九屏幕圖、系統(tǒng)完備性法則、生命曲線、資源分析等 TRIZ 分析理論對問題進(jìn)行分析，找出，并應(yīng)用

2、技術(shù)、物理、物場分析等對應(yīng)的解決理論，得出最終技術(shù)解決方案。該作品簡介大賽將在公開進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化推介，請參賽隊伍注意知識的保護(hù)。指導(dǎo)教師簽名：第一作者簽名：專利申請情況提出專利申請申請?zhí)枺?01420432232X申請日期 2014 年 08 月 03 日提出專利申請申請?zhí)枺?01410376226.1申請日期 2014 年 08 月 03 日已獲專利權(quán)批準(zhǔn)批準(zhǔn)號：批準(zhǔn)日期年月日未提出專利申請此作品參加本賽事之前獲獎情況是否獲過獎是否獲過獎賽事名稱獲獎級別C申報作品 TRIZ 理論應(yīng)用情況工程制圖輔助畫板一、問題描述在傳統(tǒng)手工繪制工程圖樣時，主要使用直尺、三角板、量角器和丁字尺等工具在繪圖桌上進(jìn)

3、行繪制，當(dāng)需要繪出多段平行線或具有一定角度的平行線時，就需要反復(fù)擺放尺子來進(jìn)量或者繪制，這樣會造成繪圖誤差的增大和效率的降低。同時傳統(tǒng)的繪圖方式還存在著如下一些問題：利用膠帶固定圖紙易對圖紙造成損害；在繪圖布局時主要靠感覺，無法實現(xiàn)精確合理的布局，易導(dǎo)致圖樣作廢。因此，為解決上述問題，應(yīng)該設(shè)計一種新的繪圖工具，其應(yīng)滿足如下一些限制條件：成果轉(zhuǎn)化情況是否與企業(yè)對接 是 否 對接企業(yè)名稱：對接日期年月日該繪圖工具的制造不應(yīng)太復(fù)雜，成本不應(yīng)超過現(xiàn)有繪圖工具的組合；該繪圖工具不應(yīng)有過于嚴(yán)格的使用環(huán)境要求；該繪圖工具的體積不能太大，要方便攜帶；該繪圖工具應(yīng)能極大的提高繪圖效率。二、TRIZ 分析過程本作

4、品整個 TRIZ 分析過程如程圖所示：（能分析（問題分析）表 1功能分析表技術(shù)系統(tǒng)工程制圖輔助畫板用途繪制工程圖樣技術(shù)功能精確繪制各種平行線和角度線主要功能無損固定圖紙；輔助繪圖布局；精確繪制各種平行線和角度線。（二）系統(tǒng)完備性法則圖1 系統(tǒng)完備性法則（三）九屏幕圖圖 2 九屏幕圖（四）最終理想解表 4 最終理想解分析表（五）資源分析工程制圖輔助畫板的資源包括：軌道、滑塊、繪圖板、繪圖紙、丁字尺、繪圖筆、空氣。其全部為現(xiàn)有資源。選擇資源的順序如下表（表 2，表 3）：表 2 選擇資源的順序表 3 現(xiàn)有資源比較資源類型價值數(shù)量質(zhì)量可用性軌道免費無限中性成品機械能免費足夠中性成品繪圖板廉價足夠有益

5、改變后可用繪圖筆廉價足夠有益成品丁字尺廉價無限有益改變后可用空氣免費無限中性成品X 元素免費無限有害成品資源屬性選擇順序價值免費廉價昂貴數(shù)量無限足夠質(zhì)量有害中性有益可用性成品改變后可用需要建造問題分析結(jié)果設(shè)計最終目標(biāo)？可自動繪制工程圖樣理想化最終結(jié)果？圖紙自動貼合在繪圖板上，丁字尺可配合繪圖板可以自動地沿著固定方向做等間距移動和定角度轉(zhuǎn)動。達(dá)到理想解的是什么？圖紙無法自動貼合繪圖板移動；丁字尺和繪圖板不能夠?qū)崿F(xiàn)高度智能化。出現(xiàn)這種的結(jié)果是什么？圖紙與繪圖板間相互作用力太?。欢∽殖咴诶L圖板上沿固定方向繪制和直線段時不能實現(xiàn)自動化。不出現(xiàn)這種的條件是什么？在圖紙與繪圖板間增加一個可卸除的作用力，以

6、固定圖紙；繪圖板上有一種特殊機構(gòu)可以使丁字尺自動找到某比較基準(zhǔn)，使之沿固定方向做平行移動和定角度轉(zhuǎn)動，并提供足夠的動力。創(chuàng)造這些條件所用的資源是什么？電能、磁場、空氣、智能系統(tǒng)。選擇優(yōu)先使用軌道、機械能、空氣、丁字尺、繪圖板和 X 元素，其中 X 元素為引入的理想化的位置資源。（六）物理工程制圖輔助畫板的子系統(tǒng)丁字尺既要能繪制水平平行線，又要能繪制剖面線等具有一定角度的平行線，這就產(chǎn)生了一個物理。經(jīng)分析后決定采用時間分離原理解決此，將普通丁字尺分割成為直尺和擋塊兩個部分，中間以鉸鏈連接，使兩者可相對轉(zhuǎn)動，并通過定位銷進(jìn)行定位。在使用時，旋轉(zhuǎn)至所需角度，定位銷，便可輕松繪制所需平行線。（七）技術(shù)

7、1：在繪圖時，需要對主、俯和左三視圖進(jìn)行布局。布局時首先需對繪圖紙進(jìn)量，再根據(jù)測量結(jié)果和實際圖樣大小確定方位，這一過程十分浪費時間。如果不測量直接繪圖則易導(dǎo)致布局確，圖樣直接作廢。這就了測量的準(zhǔn)確度和時間的浪費之間的矛盾。改善的參數(shù)為測量的準(zhǔn)確度，的參數(shù)為時間的浪費。由矩陣表查得發(fā)明原理為（見表 7）：表 7矩陣表 3（發(fā)明原理 24）中介原則把另一個(易分開的)物體暫時附加的參數(shù)改善的參數(shù)時間的浪費測量的準(zhǔn)確度24、28、2、10、6給某一物體。（發(fā)明原理 28）機械系統(tǒng)的替代原則用電場、磁場和電磁場完成與物體的相互作用。（發(fā)明原理 2）抽取原則從物體中拆出“干擾”部分（干擾特性）或者相反，

8、分出唯一需要的部分或需要的特性。（發(fā)明原理 10）預(yù)先作用預(yù)先對物體進(jìn)行特殊安排，使其在時間上有準(zhǔn)備或處于易操作的位置。（發(fā)明原理 6）多用性使一個物體能完成多項功能，可以減少原設(shè)計中完成這些功能的多個物體的數(shù)量。采用（發(fā)明原理 10）預(yù)先作用，在繪圖板繪圖界面四周添加刻度，使繪圖界面坐標(biāo)化，預(yù)先將測量過程完成，減少繪圖時間，提高繪圖效率。2：在繪圖時，希望繪圖紙能牢固的貼合在繪圖板上，不會輕易移動。若靠其自重進(jìn)行固定，正壓力不夠，圖紙輕易就會移動；若采用膠帶等粘合力，拆卸時又極易對圖紙造成損害。這就了有害的副作用和力之間的。改善的參數(shù)為有害的副作用，的參數(shù)為力。由矩陣表查到發(fā)明原理為（見表

9、5）：表 5矩陣表 1的參數(shù)改善的參數(shù)力有害的副作用28、4、1、35（發(fā)明原理 28）機械系統(tǒng)的替代原則用電場、磁場和電磁場完成與物體的相互作用。（發(fā)明原理 4）增加不對稱性原則物體的對稱形式轉(zhuǎn)為不對稱形式。（發(fā)明原理 1）分割原則將物體分容易組裝和拆卸的部分。（發(fā)明原理 35）物理/化學(xué)參數(shù)的變化改變物體的物理狀態(tài)，即使物體在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)之間變化。采用（發(fā)明原理 28）機械系統(tǒng)的替代原則，在繪圖板下方鑲嵌強磁鐵，同時在圖紙上方放置強磁鐵，通過磁場作用使圖紙貼合在繪圖板上。3：在使用繪圖板時，既要求其尺寸、形態(tài)滿足使用要求，又要求其能夠隨身攜帶，質(zhì)量不能太大。這就了形狀與物體質(zhì)量之間的技

10、術(shù)。改善的參數(shù)為物體質(zhì)量，的參數(shù)為形狀。由矩陣表查到發(fā)明原理為（見表 5）：表 5矩陣表 1（發(fā)明原理 3）局部特性原則使物體的不同部分應(yīng)當(dāng)具有不同的功能；（發(fā)明原理 4）增加不對稱性原則物體的對稱形式轉(zhuǎn)為不對稱形式；的參數(shù)改善的參數(shù)形狀物體質(zhì)量3、4、14、17（發(fā)明原理 14）曲面化原則從直線部分過渡到曲線部分，從平面過渡到球面，從正六面體或平行六面體過渡到球形結(jié)構(gòu)；（發(fā)明原理 17）向另一維度過渡的原則利用多層結(jié)構(gòu)替代單層結(jié)構(gòu)。采用（發(fā)明原理 3）局部特性原則，使繪圖板不同部分具有不同功能：1.繪圖板中部用于固定圖紙；2.繪圖板右側(cè)空腔用于放置繪圖工具;3.繪圖板界面四周標(biāo)記刻度用于輔助

11、繪圖布局；4.繪圖板四側(cè)垂直面用于丁字尺參照標(biāo)準(zhǔn)。4：為了使用方便，擋塊不應(yīng)太大，需減小擋塊占有的體積。但同時也將引起擋塊的形狀復(fù)雜度提高物體的面積與形狀之間的。改善的參數(shù)為物體的面積，的參數(shù)為形狀。由矩陣表查得發(fā)明原理為（見表 6）：表 6矩陣表 2（發(fā)明原理4）不對稱原則物體的對稱形式轉(zhuǎn)為不對稱形式。（發(fā)明原理 14）曲面化原則從直線部分過渡到曲線部分，從平面過渡到球面，從正六面體或平行六面體過渡到球形結(jié)構(gòu)。的參數(shù)改善的參數(shù)形狀物體的面積4、14、15、17（發(fā)明原理 15）動態(tài)原則將物體分成彼此相對移動的幾個部分。（發(fā)明原理 16）向另一維度過渡的原則利用多層結(jié)構(gòu)替代單層結(jié)構(gòu)。采用（發(fā)明

12、原理 15）動態(tài)原則，使丁字尺直尺部分與擋塊部分可相對轉(zhuǎn)動，可在動態(tài)和靜態(tài)間轉(zhuǎn)換。這樣既能實現(xiàn)要求的多種功能，又極大減小了擋塊的體積。（九）物場分析1.圖紙固定問題物場分析S1 圖紙S2 膠帶F1 壓力場圖 4 問題模型如圖 4 所示，這是對問題進(jìn)行物場分析后的結(jié)果，通過膠帶固定圖紙極易對圖紙造成損害通過磁場用磁鐵夾持圖紙可實現(xiàn)對圖紙的無損固定，方案物場分析如圖 5。S1 圖紙S2 磁鐵F1 是磁場圖 5 方案模型2.丁字尺物場分析S1 紙S2 尺子F1 是機械場圖 6 問題模型如圖 6 所示，這是對問題進(jìn)行物場分析后的結(jié)果，如此是不可能精確繪制平行線和角度線的。如圖 7 所示，對方案進(jìn)行了物

13、場分析，通過擋塊和直尺的共同作用可實現(xiàn)精確繪制平行線和角度線。S1 紙S2 尺子F1 是機械場S3 擋塊F1 機械場圖 7 方案模型三、解決方案方案 1：用膠帶將圖紙固定在普通桌面上，通過將直尺不停重新擺放（如圖 8）或通過組合使用直尺和三角尺（如圖 9），繪制圖樣。圖8圖9方案一圖使用此方案有如下幾個弊端：1.在重新擺放尺子時容易發(fā)生竄動，造成繪出的平行線并不平行，誤差增大；2.在兩個尺子連接處嚙合無法完全貼合，在繪圖時易發(fā)生錯位，使得繪出的圖樣誤差增大；3.膠帶固定圖紙在拆卸時易損壞圖紙。方案 2：使用普通丁字尺在普通桌面上繪圖，如圖 10 所示。圖 10 方案三圖使用此方案有如下幾個弊端

14、：1.由于制圖桌體積太大，無法攜帶，使用不方便，有空間限制；2.同時傳統(tǒng)丁字尺只能繪制水平直線和平行線，在繪制具有一定角度的平行線時只能使用方案 1 中所用方法，同樣會出現(xiàn)方案 1 中的弊端。方案3：工程制圖輔助畫板由繪圖板和多功能丁字尺兩部分組成。繪圖板上分布有繪圖工具存放區(qū)、繪圖區(qū)和坐標(biāo)輔助布局區(qū)。通過磁鐵夾持的方式對圖紙進(jìn)行無損固。多功能丁字尺由直尺和擋塊兩部分組成，中間以鉸鏈連接，可發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，在需要時旋轉(zhuǎn)至所需角度，通過定位銷進(jìn)行定位，配合繪圖板可實現(xiàn)快速精確繪制各種平行線。確定最終方案：決定采用方案 3。利用 TRIZ 原理設(shè)計經(jīng)過綜合比較考慮，一套工程制圖輔助工具，可實現(xiàn)：1.

15、快速布局； 2.無損固定圖紙；3.快速繪制各種平行線。具體解決方案如下：工程制圖輔助畫板（如圖 11），由繪圖板和多功能丁字尺組成。其特征在于：1.繪圖板上分布有繪圖工具存放區(qū)、繪圖區(qū)和坐標(biāo)輔助布局區(qū)。繪圖工具存放區(qū)：在繪圖板右側(cè)有一凹槽，可存放繪圖工具，繪圖時方便取用；繪圖區(qū)：繪圖板為繪圖區(qū)，在其四角鑲有強磁鐵，圖紙放上后，再放四個強磁鐵，可將圖紙固定在繪圖板上，并且不會損壞圖紙；坐標(biāo)輔助布局區(qū):在繪圖區(qū)四周標(biāo)有刻度可預(yù)先將圖紙界面分區(qū)方便布局。2.多功能丁字尺由直尺和擋塊兩個部分組成，中間以鉸鏈連接，可發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，在需要時旋轉(zhuǎn)至所需角度，兩者間以定位銷進(jìn)行定位，配合繪圖板可實現(xiàn)快速精確繪

16、制各種平行線。多功能角度尺繪圖板圖 11 最終方案圖四、生命曲線成熟期期性能參數(shù)專利等級專利數(shù)量經(jīng)濟收益成長期嬰兒期圖 3 生命曲線圖技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化一般按照如上的生命曲線進(jìn)行，我國科技教育事處于蓬勃發(fā)展時期，在工科教育和實際工程中繪制工程圖樣非常普遍，對繪圖工具的需求量非常巨大。制圖桌和丁字尺的搭配使用已經(jīng)有非常久遠(yuǎn)的歷史，但是鮮有大的改變，專利等級較低，專利數(shù)量少。工程制圖輔助畫板可極大的提高繪圖效率，費用也遠(yuǎn)低于制圖桌等繪圖工具，易被消費者接受。整個產(chǎn)業(yè)具有龐大的消費群體，收益十分可觀，故工程制圖輔助畫板應(yīng)處于生命曲線的成長期和成熟期的交匯處，具有較大的發(fā)展前景。五、市場分析制圖桌在工程制圖中的使用非常普遍，尤其在工科類院校中，更是大量配置，但由于其高昂的價格，難以實現(xiàn)單獨配置，只能以制圖室的形式，公共使用，大大約束了學(xué)生的學(xué)習(xí)。若沒有制圖桌，在普通桌面繪圖時，就需要反復(fù)擺放尺子，十分不便，使繪圖變得復(fù)雜、精度不高且耗費時間。本作品開發(fā)的工程制圖輔助畫板可完全實現(xiàn)制圖桌功能，采用繪圖板與多功能角度尺相配合可實現(xiàn)快速方便地繪制工程圖樣，節(jié)省了制圖時間，同時制作成本低，可做到人手一套，易于推廣。在 25 元左右，估