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垃圾箱是城市環境中重要的衛生設施之一。城市化進程的加快，給城市帶來繁榮和活力，也帶來了生活垃圾的增長。目前城鎮馬路上的傳統垃圾箱，雖然價格便宜，易于制作，但也有顯著的缺陷，為了解決這些缺陷，可以尋求Triz理論的解答。Triz理論是由俄國學者阿利赫舒列爾（G. S. Altshuller）及他的同事于1946年提出的。研究人員們在分析了世界各國250多萬份高水平專利的基礎上，從中抽象出各種發明問題的最有效解法，這些解法便是Triz理論解決發明問題的基本方法。經過不斷地充實改進，Triz理論現在已經建立了一套完整的理論和方法體系。Triz理論的方法是高效的，它用系統的方法和工具來解決那些通常不能解決或難以解決的問題，尤其是能使設計者打破傳統慣性思維，獲得發明靈感。
Triz理論是基于發明創新時遇到的各種技術沖突，所以設計者首先將特殊問題抽象為一般問題，再利用Triz中的工具，如沖突矩陣、發明原理等給出一般解法，從而為問題的解決提供思路。文中從分析傳統的垃圾箱和現有的地下垃圾箱的專利中入手，找出目前該產品或技術所存在的缺陷和導致的問題，然后將源于同一缺陷的問題予以歸類、整合，確定為技術沖突，再基于Triz原理的沖突矩陣，設計出一款新型的地下垃圾箱。
1新型地下垃圾箱的方案設計
1.1現有產品的缺陷和新產品的IDEFO功能模型
目前市面上的垃圾箱制作簡單、成本低，但還是有著明顯的不足之處。如現有垃圾箱占用地上空間，在夏天會有惡臭味，并且不能防止人為的掏撿垃圾從而使垃圾外溢，影響市容市貌。現在已有專利提出地下垃圾箱的構想，但沒有解決如何在搬運垃圾時，能夠避免環衛工人直接接觸垃圾的問題。同時，在發生暴雨、水災等自然災害的情況下，如何繼續使用垃圾箱也沒有很好的解決方法。文中針對上述問題，基于Triz理論，設計一款新型地下的垃圾箱，配備一定的智能化系統，以解決上述缺陷。
針對傳統垃圾箱的缺陷和現有專利的不足之處，首先通過分析得到現有產品缺陷及改進方法，結合初步的設計要求和改進方法，得出新產品的IDEFO的產品功能模型，如圖2所示。
1.2用沖突解決矩陣得到可行的發明原理
在產品的創新中，提高產品某些方面的性能時，可能會影響到與其相關聯的零部件，其結果會使產品或系統另一些方面的性能受到影響。如果這些影響是負面的，則設計出現了沖突。確定技術沖突，并找到解決方案，是Triz理論的核心內容。
通過對傳統垃圾箱已有技術的分析，并結合與新產品的IDEFO的分塊功能模型的對比，確定新產品的技術沖突：針對實際過程中，機構智能靈敏度與易受外界環境干擾和制造成本增加而相互制約關系。所以我們應當在滿足“提高機構的智能靈敏度”的條件下，適當的控制成本及減弱外界干擾對產品的影響。
將以上的技術沖突通過Triz理論標準化，得到的結果如圖3所示。
在確定了技術沖突后，可以從Triz理論中的“沖突矩陣表”中查找到相應的解決方法。
圖3技術沖突分析
從“沖突矩陣表”中我們查找得，解決靈敏度與外界干擾之間沖突方法分別有：①靜止物體的重量（工程參數No.2）；②可操作性（工程參數No.33）。
解決靈敏度與裝置復雜度之間沖突方法分別有：①力（工程參數No.10）；②運動物體作用時間（工程參數No.15）；③信息損失（工程參數No.24）。
經分析后，選擇可操作性（No.33），即分開設計收集及提升裝置和信息損失（No.24），即在惡劣情況下關閉所有電路設備這2種方法作為解決問題的一般解。
1.3一般解的具體化
1.3.1可操作性（No.33）
為了解決轉運垃圾時，需開啟活動翻板，從而驅動連桿機構，影響轉運過程，可以將垃圾的收集和提升裝置分離開，這樣更易于操作，有利于問題的解決。
在轉運垃圾時，先將垃圾推到提升箱中，再運用了滑輪和鏈輪組合的提升機構，便能將垃圾箱內的垃圾順利轉運出。
卷筒軸中安裝一個棘輪，上升時利用棘輪的單向運動，2摩擦片不發生作用；下降時，2摩擦片嚙合，通過摩擦減小沖擊。底板下的支柱以及由角鐵做成的支架，用來對垃圾桶上升起穩定作用。
1.3.2信息損失（No.24）
如果遇上特大暴雨或箱內排水不暢通時，箱內水位如果超過一定程度，會對箱內器件造成損害。為了解決這一問題，增加了煙盒裝置，如圖5所示。
圖5煙盒結構
平時，煙盒的主要用于收集香煙頭和質量較小的垃圾。因為未熄滅的香煙頭帶有火星，如果直接與箱體接觸，會損害箱體內的電路結構，影響系統使用壽命，甚至可能會引發火災；同時，一些小質量的垃圾不能敲開活動翻板，不能落到垃圾箱中，所以特意設計這個煙盒結構用以收集香煙頭和小質量的垃圾。遇到箱內水位線高于警戒線的情況下，垃圾箱會自動鎖閉，煙盒就起到收集垃圾的作用。這樣就用較為靈巧和簡單的機構解決了上述2個問題。
2產品的工作原理
通過上述分析，可進行了地下垃圾箱的設計，圖6為設計方案。該產品的工作原理及工作流程如下。
圖6產品的設計效果圖
垃圾（10）具有一定的重量時，當它投入時，能夠借助自身的動量頂開活動翻板，通過活動翻板（1）從箱口進入收集箱（5）中，質量較輕的垃圾可以直接從煙盒結構（12）中投入。當收集箱堆積滿時，如再擲入垃圾，將不能完全落入收集箱中，而頂開活動翻板。此時，箱體中的連桿驅動電路啟動，連桿驅動電機（3）工作，驅動連桿機構（4）做往復壓縮運動，通過推開活動擋板（7）讓部分垃圾落入提升箱（6）中，以及和墻壁之間的壓縮作用，在收集箱內清理出一定的空間。此時，垃圾又會完全落入收集箱中，活動翻板關閉，連桿驅動電路斷開，連桿機構停止工作，恢復到之前的狀態。
在平時，煙頭及其他小質量的垃圾通過煙盒裝置（12）直接落入提升箱中。雨天時，水流通過下水道系統（11）及時排走，避免雨水在垃圾箱沉積太久，影響垃圾箱內部元器件的正常工作。若無法正常排出，箱內水位上升到警戒線時，垃圾箱自動鎖閉，此時煙盒機構被提升，提醒行人地下垃圾箱已經鎖閉，垃圾只能從煙盒機構中擲入。
3結語
應用Triz理論進行地下垃圾箱的創新設計，作為將科技與綠色結合的典型，比起傳統垃圾箱，該產品的成本比起傳統產品有所升高，但它能帶來顯著的社會經濟效益：
1）減輕了環衛工人的勞動強度，改善了他們的勞動條件。
2）將垃圾箱設置在地下，讓城市街道更加整潔、美觀。
3）節約了地上面積和空間，這在當前的經濟形勢下有著顯著的社會經濟意義。
“環境保護”作為我國的基本國策，已越來越受到世人的關注。垃圾箱不僅是保持城市環境衛生的必備設施之一，同時也是構成城市景觀，體現社會文明程度的一個關鍵所在。地下垃圾箱的創新設計，在一定程度上能增強人們的環保意識，增進人們對綠色生活的向往。
參考文獻（References）：略
