TRIZ创新理论在楼梯助力扶手设计中的应用

TRIZ创新理论在楼梯助力扶手设计中的应用

张航 苏文伟

云南电网有限责任公司信息中心 ,云南省 ,昆明市 ,650217

摘要：很多老年人因为身体机能下降，或是患有基础疾病，上下楼梯十分吃力，稍有不慎还有可能从楼梯上跌倒、摔下，造成严重后果。传统的楼梯扶手虽然可以为老年人提供一定的帮助，但是操作起来不够方便，实用性不强。近年来，楼梯助力扶手得到了推广，不过多数情况下局限于室内使用。本文基于TRIZ创新理论对现有的楼梯助力扶手进行了优化，楼梯助力扶手适用范围更广、操控更加方便、使用更加安全，更加人性化、更具实用性。

关键词：楼梯助力扶手；TRIZ理论；嵌套原理；反向原理

1.TRIZ创新理论的概述

TRIZ即“发现问题解决理论”，旨在从现有的产品中，创造性的发现问题，然后创新性的解决问题，通过解决现有产品的痛点，让产品得以优化，进而提升使用价值。TRIZ创新理论的核心内容包括：其一，问题分析方法。该理论提供了多种用于问题分析的方法，例如物-场分析法；其二，技术系统优化。在分析产品当前状态、对比市场同类产品以及进行未来发展预测的基础上，进行技术创新，开发出新的产品；其三，问题解决算法（ARIZ）。结合问题情境，针对某一个具体问题分析主要矛盾，通过问题转化，制定解决算法，直到问题被解决。

2.楼梯助力扶手的结构和缺陷

2.1普通楼梯扶手的结构组成

楼梯扶手为金属材质，在楼梯一侧的墙壁上安装滑轨，扶手的一端嵌入滑轨内，另一端设置锁紧按钮。在上楼梯时，用手抓住扶手，为双手提供了一个着力点。每上一个台阶，可以很轻松的将滑轨向斜上方推进，然后利用锁紧装置进行扶手固定，这样就避免了扶手滑动而导致使用者受力不稳、身体失衡的情况。之后松开锁紧按钮，继续将扶手向斜上方推动，重复上述步骤，直到楼梯的最顶端。使用完毕后，可以将把手折叠起来，靠墙体放置，既不会占用太多的空间，同时又方便随取随用。目前这种楼梯扶手在一些老年公寓、老式公房等比较常用。

2.2普通楼梯扶手的应用缺陷

虽然楼梯扶手在实际应用中，确实帮助一部分老年人解决了上下楼梯的困难，但是也存在诸多的不足。首先是在适用场景上，多数情况下还是局限于室内，由于安装方式、使用成本等诸多因素的限制，不利于在公共场合进行推广使用。例如在公园、广场这些老年人较多的户外场所，没有楼梯扶手的情况下，老年人的出行会面临诸多不便和安全隐患。其次是在扶手操作上，普通楼梯扶手只是为使用者提供了一个着力点，但是本身没有动力，因此老年人爬楼梯时仍然比较费力。如何解决楼梯扶手在实际应用中的这些缺陷，成为当下研究的热门课题。

3.基于TRIZ的楼梯助力扶手优化设计

将TRIZ理论应用到楼梯助力扶手设计中，按照该理论“明确特殊问题-特殊问题标准化-归纳标准解决方法-完善产品设计方案”的一般流程，可以将楼梯助力扶手的结构进一步的优化，补齐短板，获得更加良好的使用体验。

3.1嵌套原理

嵌套原理的内容是使一个物体穿过另一个物体的空腔，如收音机伸缩天线。利用这一原理可以解决传统楼梯扶手收纳不便的问题。在使用时，可以将嵌套在内的一节扶手抽出，方便使用者双手抓握；在使用完毕后，可以将外侧扶手重新嵌入套管，从而减少了空间占用，易于收纳。基于嵌套原理的楼梯助力扶手设计，需要重点关注的问题是如何设计不同节段扶手的截面尺寸。在《城市道路和建筑物无障碍设计规范》（JGJ50-2016）中，对楼梯扶手的截面尺寸规定为30-40mm。可以分别设计30mm、35mm和40mm三节不同尺寸的套管，相互嵌套。

3.2反向原理

反向原理的内容是使物体中的运动部分静止，静止部分运动，如跑步机、电梯等。基于该原理，可以让使用者和助力扶手交替运动，从而让老年人在上下电梯时更加省力。当使用者双手抓握扶手后，此时人不动，双手推着助力扶手运动。这时以楼梯为参照物，人的身体保持静止，而扶手进行运动，为状态一；使用者向上爬楼梯时，助力扶手提供了着力点，并完成向上运动。仍然以楼梯为参照物，人的身体在运用，而扶手保持静止，为状态二。两种状态交替转换，在动与静的变化中，帮助使用者更加省力的爬上楼梯。同时，助力扶手使用了滚轮，滑动起来更加轻便，让老年人可以更加轻松的上下楼梯。

3.3动态化原理

动态化原理的内容是使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整，以达到优化的性能，如汽车上的可调整反光镜、可调高低的座椅等。普通的楼梯扶手，只是将扶手简单的与楼梯或墙壁上的滑轨进行机械连接，可调性差。例如在设计扶手高度时，参考平均身高确定扶手高度，对于偏高或偏低的人群，在使用楼梯助力扶手时难以获得良好的使用体验。基于TRIZ动态化原理的楼梯助力扶手设计，则针对这些问题提出了解决方案，例如将助力扶手嵌入楼梯扶手中，使用者可以根据需要调节两者之间的相对位置，可调范围在±20cm，从而满足了我国绝大多数人群的使用需求，进一步增强了楼梯助力扶手的操作灵活性和环境适应性。

3.4中介物原理

中介物原理的内容是使用中介物将一个容易移动的物体与另一物体暂时结合，如用机械手提取重物并移动，服务员用托盘上菜等。在使用者和楼梯扶手之间，助力扶手就充当了这一中介物的角色。如果没有中介物，老年人直接使用楼梯扶手上下楼梯，除了消耗更多的体能外，也存在一定的安全隐患。基于TRIZ的中介物原理，使用者将助力扶手作为中介物，既可以让上下楼梯更加省力，同时又能够起到支撑、保护的作用，让老年人上下楼梯更加安全。随着技术的发展和材料的创新，助力扶手无论是在性能还是质量上，将会得到进一步的提升，从而为老年人上下楼梯提供更多的便利。

结语：未来几年我国老龄化趋势将会进一步加重，楼梯助力扶手有良好的市场前景和重要的现实意义。现阶段常用的电梯助力扶手虽然起到了一定的帮助，但是仍然存在诸多的缺陷。本文基于TRIZ创新理论，利用该理论中的嵌套原理、反向原理等，对常规的电梯助力扶手进行了优化设计，让老年人上下楼梯更加便捷和省力，操作更简单、使用更安全，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]余亮.楼梯扶手的使用工效与安全尺度刍议[J].人类工效学,2014(01):87-91. [2]张林.基于TRIZ理论爬楼轮椅的创新设计[D].昆明理工大学,2014.