创新方法专题自行车防盗系统分析机电工程课程报告.docx
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创新方法专题自行车防盗系统分析机电工程课程报告
课程报告
课程名称______《创新方法》__
题目名称__自行车防盗系统分析
学生学院________机电工程_
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
2015年10月30日
摘要
在科技高速发展的今天，人们对交通工具的追求已不再是越快越好，而是追求一个更加环保更加便捷的交通方式。
因此，自行车成为人们出行的不二选择，但是，自行车的设计越来越高端，价值越来越高，小偷对自行车的觊觎程度也越来越大。
本文运用triz设计理论方法，通过triz的解决问题方式分析目前传统自行车的防盗系统，设计出几种新的防盗效果更好的锁。
关键词：
自行车防盗锁
Abstract
Withtherapiddevelopmentoftechnology,peoplearenolongerpursuingthevehicleisthesoonerthebetter,butthepursuitofamoreenvironmentallyfriendlymodeoftransportationmoreconvenient.Therefore,bicyclesbecomepeopletravelchoice,however,moreandmorehigh-endbicycledesign,theincreasingvalueofthethiefcoveteddegreeofthebikeisalsogrowing.Inthispapertrizdesigntheory,thewaytosolvetheproblembytrizanalysisofthecurrentconventionalbicycleanti-theftsystem,devisedseveralnewanti-theftlocksbetter.
Keywords:
bicycletheftlock
1绪论
1.1题目背景
随着“无碳生活”理念的推广，很多人都喜欢选择用自行车这种绿色出行的方式。
市场上有部分自行车价格高昂，动辄几千甚至上万元。
但自行车高昂的价格和防盗系统并不对称，往往会成为小偷下手的对象。
目前，基础机械工业发达，市面上有很多省力工具，例如液压剪，在小偷的手里竞成了便利的偷车工具。
许多爱车之人往往靠多锁几把锁来防盗，但这种做法的防盗效果甚微，并且锁的重量还增加了骑车者的负担。
1.2解决问题的思路流程
图1.1TRIZ创新路线
2问题描述
2.1问题情境描述
随着人们生活质量的提高，对生活水平的要求越来越高，出行方式愈加环保，自行车受到人们的重视与欢迎，价值也越来越高，但是，自行车的防盗系统却不如人意，容易成为小偷下手的目标。
因此，自行车防盗系统的轻巧属性与安全属性之间的矛盾需要一种新的方式去解决。
2.2系统当前存在的主要问题
自行车价值高却不能拥有高端防盗系统，普通的防盗设备又极其容易被犯罪分子撬开或剪断并将自行车盗走。
2.3系统主要缺点出现的情境
在商业圈附近自行车停放处等繁忙地段，人流比较密集，骑车前来的人一般很少注意自行车停放点的情况。
2.4明确要解决的问题
如何防止自行车被偷
2.5技术系统IFR
小偷不想或者不敢偷自行车
3问题分析
3.1系统功能分析与建立功能模型
图3.1自行车防盗系统组件图
锁架
锁头
图3.2传统U型锁图
3.1.1组件分析
表3.1自行车防盗系统的组件列表
技术系统
主要功能
组件
超系统
自行车防盗系统
操作方便、防止自行车被不正当解除除约束
车把
栏杆
前轮
后轮
脚踏
车座
支架
锁头
锁架
3.1.2相互作用分析
表3.2自行车防盗系统的相互作用矩阵
车把
前轮
后轮
脚踏
车座
支架
锁头
锁架
栏杆
车把
+
-
-
-
+
-
-
-
前轮
-
-
-
-
+
+
-
后轮
-
-
+
-
-
-
脚踏
-
+
-
-
-
车座
+
-
-
-
支架
+
+
-
锁头
+
+
锁架
+
栏杆
3.1.3建立功能模型
表3.3自行车防盗系统的功能分析表
功能载体
功能名称
功能等级
性能水平
评价（成本）
车把
连接前轮
B
N
Ac
后轮
支撑支架
B
N
Ac
支架
连接车把
B
N
Ac
连接脚踏
B
N
Ac
连接车座
B
N
Ac
锁头
连接锁架
B
N
Ac
连接栏杆
AX
N
Ac
连接支架
Ax
N
Ac
连接前轮
Ax
N
Ac
锁架
连接栏杆
AX
N
Ac
连接支架
Ax
N
Ac
连接前轮
Ax
N
Ac
图3.3自行车防盗系统的功能模型图
3.1.4裁剪的应用
根据C2CSolutions公司技术系统裁剪六规则，分析得到本系统锁架的功能可由其它系统组件或超系统组件提供，故裁剪掉锁架。
3.1.5通过功能模型分析与裁剪得到的关键问题
得到的问题:
裁剪掉的锁架的功能将由哪个组件代替
可能的解决方案：
经分析，车座架可以设计成锁架，代替锁架的功能。
由于车座架比一般的锁架要粗，将车座架与锁架结合，既增强了锁的防盗功能，又降低了系统的整体质量，使系统防盗系统变得更便捷。
图3.4自行车行驶状态图图3.5自行车锁上锁状态
车锁已上锁
图3.6自行车锁车状态图图3.7自行车锁解锁状态
3.2因果分析
3.2.1原因轴分析
图3.8原因轴分析
3.2.2结果轴分析
图3.9结果轴分析
3.2.3因果轴分析
图3.10因果轴分析
3.2.4因果分析的规范化
图3.11因果分析规范化
3.2.4选择解题的入手点
1.锁硬度低，直径小
2.作案过程没有引起人的注意
3.系统里有破坏锁的着力点
4.锁的破坏对车没影响
3.2.5识别出的问题
通过因果分析，引起自行车被盗问题的根本原因是：
1.车锁强度不够
2.车锁被破坏过程中没有特殊现象报警；
3.车锁容易被破坏的地方暴露在外
4.锁的破坏对车的完整性没有影响。
4矛盾问题求解
4.1技术矛盾分析与求解
图4.1技术矛盾求解流程
4.1.1技术矛盾1
工程问题
车锁强度不够，增强锁的抗剪能力，材料重量会变大
工程矛盾：
改善的参数是：
强度
恶化的参数是：
静止物体的重量
在矛盾矩阵中相关发明原理：
复合材料原理、复制原理、廉价代替品原理、分割原理
可能的解决方案：
采用复合材料原理，寻找一种质量轻抗剪强度高的材料制造抗剪锁。
4.1.2技术矛盾2
工程问题：
车锁被破坏过程中没有特殊现象报警；
工程矛盾：
改善的参数是：
作用于物体的有害因素
恶化的参数是：
可靠性
在矛盾矩阵中相关发明原理：
廉价代替品原理、借助中介物原理、抽取原理、复合材料原理
可能的解决方案并附图：
采用借助中介物原理，采用机械金属锁与电子传感器结合，当锁被剪时，电子传感器感应发出报警声，吓跑小偷。
4.1.3技术矛盾3
工程问题：
车锁容易被破坏的地方暴露在外；
工程矛盾：
改善的参数是：
静止物体的长度；
恶化的参数是：
静止物体的面积；
在矛盾矩阵中相关发明原理：
空间维数变化原理、嵌套原理、预先作用原理、复合材料原理
可能的解决方案并附图：
采用嵌套原理，把锁设计嵌套在前车轮轮轴里，车锁锁住的时候前车轮转不了。
设计在轮轴里的锁，没有液压剪的着力点，可以有效防止车锁被剪。
图4.2自行车轮轴锁图
4.2物理矛盾分析与求解
4.2.1物理矛盾识别
个体锁的破坏，对整体自行车功能各方面的影响不大。
故要解决的物理矛盾为：
既保留锁的个体特性，又增强锁与自行车整体性能方面的联系。
4.2.3时间分离
Step1：
定义物理矛盾
参数：
运动物体的形态
要求1：
可以组装成锁，防止车被盗；
要求2：
可以组装成为自行车正常骑行的必要组件；
Step2：
如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？
时间1：
锁车时，组装成为锁；
时间2：
骑车时，组装自行车正常骑行必要组件；
Step3：
以上两个时间区域是否交叉？
否：
应用时间分离□是：
尝试其他分离方法
应用时间分离可能产生解决方案的原理解为：
运动物体在不同时间，通过简单的机构变换就能实现不同的功能；
可能的解决方案和附图：
车锁与车把手结合；骑车时，构件组装在车头，形成车把手；锁车时，构件组装成车锁。
当有人要破坏车锁时，同时也是破坏了车把手，使得自行车不能正常的被骑走。
图4.3车头把手变形U型锁
图4.4未上锁状态图
变形U型锁
图4.4上锁状态图
5方案评价
5.1方案列表说明
表5.1方案列表
序号
名称
方案描述
1
车座锁
将车座架设计成一个大型的U型锁，骑车时锁在支架上，实现车座的功能，锁车时锁住轮子实现锁的功能。
2
复合材料锁
使用新的复合材料，例如高硬度的立方氮化硼，特殊热处理或化学处理过的高硬度强韧性的合金，制造一把强抗剪的锁。
3
电子报警锁
设计一个带有电子传感器、报警器的锁，当车锁被破坏时，触动传感器，带动报警器鸣响，惊吓小偷并吸引周围人群的注意。
4
嵌入式前轮轮轴锁
在车前轮轮轴里设计一个锁，只有锁孔暴露出来，锁的其他部位都嵌入到轮轴里。
锁车时，可以锁住前轮不转。
5
车头把手变形U型锁
把车头两个把手分别设计成U型锁的一半，当两个把手锁分别锁在车头架时，就是车把手，当两个把手锁锁在一起时，就成为一个U字形锁。
5.2方案评价与决策
方案评价：
方案一:
车座锁
设计简单，成本低，操作便捷，对一些小型压力剪等工具有一定的抗剪作用，但对于一些大型的工具就显得强度不够。
方案二:
复合材料锁
抗剪能力提高了，但也只是治标不治本，终究抵抗不了现在各种先进的压力剪的剪力。
方案三：
电子报警锁
防盗性能高，但成本高，电子器件存在一定的不确定性。
方案四：
嵌入式前轮轮轴锁
从根本解决了抗剪的问题，但设计复杂，锁芯质量可能不高。
方案五：
车头把手变形U型锁
设计简单，成本较低，防盗性能好，但自行车锁和自行车整合为一整体，换锁的成本比较高，同时操纵性也变得比较复杂。
方案决策：
经比较分析，采用方案四，“嵌入式前轮轮轴锁”，和方案五，“车头把手变形U型锁”，或者方案四和方案五的结合。
6结论与课程学习心得
通过半个学期的课程学习，收获挺多，不仅从课本中学习到很多问题的分析与解决方法，还从课堂中学习到了很多解决问题的技巧。
课本中的内容不仅开拓了我的视野，还拓展了我的创新思维，不过，单从课本中吸收知识是很难消化了，通过老师的讲解，我对课本的内容了解也更加深入。
此外，课本中还有专利与知识产权的相关知识，这是我之前就很感兴趣的一部分，在学习这门课程的同时，我与团队也有幸正在申请一个专利，正好能够应用到实际中去，是一个不错的体验。
不过，觉得单单从课堂上学习的知识是远远不够的，我对老师的建议是能够有课堂练习之类的，深化巩固所学知识，而不是单单听老师讲而在课堂上不加思考。
7报告说明
本报告题目是本团队自拟定，内容是团队成员根据所学triz理论知识自主完成的。
如有雷同，纯属巧合。
本人承诺，报告如有抄袭，请按作弊处理！
签名：
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