基于TRIZ理论的智能立体环形车库设计

严 淑 李晨光

（中冶南方工程技术有限公司 湖北 武汉 ４３０２２３）

摘 要：介绍了ＴＲＩＺ理论的产生、体系内容及ＴＲＩＺ的基本解题流程和方法，在此基础上针对智能立体环形车库设计方案中存在的设备结构复杂、能耗高的问题，通过系统组件价值分析以及三轴分析，确定旋转存车环是造成设备结构复杂和能耗高的根本原因，并通过裁剪方法对方案进行了优化设计。

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关键词 ：立体车库，旋转存车环，车辆移送机构，能耗，ＴＲＩＺ

中图分类号：TH122 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．01．０47

０ 引言

近年来，随着我国汽车保有量的高速增长，城市配套停车位建设严重滞后，尤其是我国大中型城市中心公共停车场用地极其匮乏，出现了停车难的问题，近年来这个问题不断加剧，并导致了一系列社会问题。因此，如何高效、环保地解决停车问题已成为各个城市共同面临的一大难题。智能立体车库以其节省占地面积、出入库管理方便、存取车省时省力、配置灵活等特点成为了解决城市“停车难”问题的重要途径和发展方向，因此应用前景广阔。

中冶南方工程技术有限公司（以下简称中冶南方）自主研发的智能立体环形车库是垂直升降式车库（塔库）的改进型立体车库（见图１），它不但具有传统塔库占地面积小、容车率高、自动化程度高等优点，并改进了传统塔库出入口易形成拥堵，设备故障影响车库整体运行等缺点。然而，该方案也存在设备结构复杂、能耗高等技术难题。

１ ＴＲＩＺ理论概述

ＴＲＩＺ理论是由前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（Ｇ．Ｓ．Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ）在１９４６ 年创立的。１９４６ 年，阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作，并在以后数10年中，一直致力于ＴＲＩＺ理论的研究和完善。在其领导下，前苏联的数十家研究机构、大学、企业组成ＴＲＩＺ的研究团体，先后分析了全球近２５０万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化所遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立起一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起ＴＲＩＺ理论体系。

２ ＴＲＩＺ理论在智能立体环形车库设计中的应用

２．１ 问题的确定及分析

２．１．１ 关键技术问题的确定

本项目是针对中冶南方自行设计研发的智能立体环形车库进行结构优化，在满足功能的前提下尽量简化设备结构，同时降低本车库方案的运行能耗。图2为智能立体环形车库断面图，图3为智能立体环形车库平面图。

２．１．２ 问题描述

智能立体环形车库的设备组成主要包括一层入（出）口等待位、升降机、车辆移送机构、旋转存车环、 旋转动力系统、 销轮传动系统等。它的功能为存取车辆， 它的工作流程可分为存车流程和取车流程。

存车流程：汽车驶入一层入（出）口等待位，升降机下降至一层与入（出）口等待位对接，车辆移送机构移送车辆至升降机，升降机上升至指定楼层存车环。动力系统驱动齿轮， 齿轮带动存车环底部的销轮转动， 使存车环上的空（待取）车位旋转对准升降机， 车辆移送机构将车辆从升降机移至空（待取）车位。

取车流程：升降机上升至指定楼层存车环，动力系统驱动齿轮，齿轮带动存车环底部的销轮转动，使存车环的待取（空）车位旋转对准升降机，车辆移送机构将车辆从待取（空）车位移至升降机，升降机下降至一层与出（入）口等待位对接，车辆移送机构将车辆从升降机移送至出（入）口等待位，汽车驶出。

本方案的问题在于：通过旋转存车环的旋转，将多台升降机联结起来，互为备用，实现了当某些升降机能力不足或发生故障时车辆都能正常存取。然而这种立体车库由于增加了旋转存车环，使整体结构复杂，功能繁多，控制要求精密，同时旋转存车环转动惯量大，启、制动频繁，这样导致设备运行能耗高。

本方案设计目标为：简化车库设备结构组成，降低设备运行能耗。

２．１．３ 系统分析

在本系统中，作用对象是车辆，按照功能划分系统组件，分别为入（出）口等待位、车辆移送机构、升降机、存车环、存车环空（待取）车位、销轮、齿轮、动力系统及控制器。根据各组件在流的传递中承担的角色的重要性对各个组件的有用功能、有害功能、不足或过度的功能进行了评估，得出结论：销轮是本系统中价值最低的组件，其次是存车环（见图4）。

２．１．４ 问题分解

问题分解是利用三轴问题分析法来进行，主要是沿操作轴、系统轴和因果轴对初始问题进行分析与重定义；将复杂的工程问题分解成多个简单的子问题， 以得到一个更精确的问题定义， 或将此问题扩展到可能存在的其它领域中去，最终得到可能的潜在问题原因，并明确问题解决方向， 通过分析得到：

根本原因：旋转存车环的存在导致立体车库结构复杂，能耗高。

转化问题：能否去掉旋转存车环？如何减少存车环旋转时的摩擦力？如何减少存车环的重量？

２．２ 解决问题

解决问题就是针对问题模型利用中间工具解决找到解决方案模型，再把解决方案模型转化为本领域问题解的过程。创新原理、标准解、进化路线、知识效应库都是解决问题的工具，本文通过运用裁剪方法得到理想的解决方案。

系统裁剪法是通过裁剪系统的某个组件，然后把该组件提供的有用功能重新分配到其它剩余的组件及超系统组件上，来改善技术系统。系统裁剪的目的是精简组件数量，降低系统成本；优化功能结构，合理布局系统架构；体现功能价值，规避竞争对手专利；消除过度、有害、重复等功能，提高系统理想化程度。

为解决本方案中保留立体停车库各项有用功能的前提下简化设备结构组成的问题，在系统分析和问题分解的基础上，采用裁剪工具，获得了如下方案：裁剪存车环以及存车环上的销轮机构（见图5），将旋转对位功能转移到车辆移送机构上，从而彻底解决了存车环结构复杂，能耗大的问题，同时又保留了通过旋转功能将多台升降机联结起来，互为备用，解决当某些升降机能力不足或发生故障时车辆都能正常存取的问题。

３ 实施方案

实施方案中，旋转存车环已不存在，但它的功能转移到车辆移送机构上，因此车辆移送机构不但要具有移送交接车辆功能，同时还要具有旋转对位功能。如图6所示，新的车辆移送机构具备两大功能，即周向旋转和径向移送功能。该机构由上、下两部分组成，下部框架上安装轮子及旋转驱动装置，使车辆移送机构能沿着环形轨道±３６０°旋转；上部框架安装径向滑轨及驱动油缸，完成车辆径向移送功能。

４ 实施方案仿真计算

实施方案中车辆移送机构实现了旋转及车辆移送两大功能（见图7、图8），并且结构紧凑，转动惯量小，能耗低，是本系统中的关键设备之一。对该设备的主体框架及轨道等进行了应力应变仿真分析，进一步优化设备结构（见图9、图10）。

５ 结语

中冶南方自主研发的智能立体环形车库是垂直升降式车库（塔库）的改进型立体车库，它不但具有传统塔库占地面积小、容车率高、自动化程度高等优点，并改进了传统塔库出入口易形成拥堵，设备故障影响车库整体运行等缺点。然而该方案也存在设备结构复杂、能耗高等技术难题。通过运用创新方法（ＴＲＩＺ）＋先进技术手段（ＣＡＩ／ＣＡＤ／ＣＡＥ）引入，取得了良好的效果。通过发现问题、分析问题、解决问题、方案验证四个阶段的创新流程，对于此技术难题得到了多个解决方案，并实际采用一种解决方案进行详细设计及仿真计算，目前该样机正在制造过程中。将结合市场和客户需要，进一步完善本系统，争取早日将该产品投入市场，服务社会。

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参考文献

1 林岳．技术创新实施方法论（ＤＡＯＶ） ［Ｍ］．北京：中国科学技术出版社，２００９

2 赵敏．ＴＲＩＺ入门及实践［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９

（责任编辑 孟 恒）