基于TRIZ理論的自動消毒鼠標(biāo)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

羅梓杰，林凱宏，董占林，方澤庭（廣東技術(shù)師范學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，廣東 廣州　510635）

基于TRIZ理論的自動消毒鼠標(biāo)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

羅梓杰，林凱宏，董占林，方澤庭
（廣東技術(shù)師范學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，廣東 廣州510635）

針對目前鼠標(biāo)消毒過程繁雜且成本較高的問題，論文利用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則對鼠標(biāo)消毒過程進(jìn)行預(yù)測分析，并找出實(shí)際問題中的技術(shù)矛盾，確定對應(yīng)的阿奇舒勒矛盾矩陣和發(fā)明原理，在此基礎(chǔ)上提出一種可行的設(shè)計(jì)方案；該方案通過改進(jìn)鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)，采用新的除菌材料，使鼠標(biāo)具備自動、高效除菌功能，解決鼠標(biāo)使用過程中的交叉感染問題。本文將進(jìn)化路線分析和技術(shù)矛盾分析結(jié)合起來，減少了經(jīng)驗(yàn)對演繹具體解的影響。

TRIZ理論；進(jìn)化路線；自動消毒；鼠標(biāo)

0　引言

鼠標(biāo)作為必備的電腦配件，長時(shí)間使用后和人手接觸部分容易滋生細(xì)菌。在醫(yī)院等對衛(wèi)生要求比較高的場所，若這些細(xì)菌無法及時(shí)清除，鼠標(biāo)極易成為傳播病菌的載體。我國技術(shù)人員根據(jù)衛(wèi)計(jì)委頒布的《消毒技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院鼠標(biāo)和鍵盤的細(xì)菌污染已成為院內(nèi)傳播病菌的途徑之一［1］。

開發(fā)具有除菌或抑菌功能的鼠標(biāo)成為設(shè)計(jì)人員必須解決的問題。上海市機(jī)械自動化及機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳燕軍等人針對手術(shù)室無菌環(huán)境要求高，鼠標(biāo)需要消毒且無法在手術(shù)過程中進(jìn)行操作等客觀限制，開發(fā)出基于Kinect的手術(shù)輔助系統(tǒng)［2］，這種非接觸式鼠標(biāo)技術(shù)難度大，成本高，并不適合在公共場所推廣。本文將TRIZ理論中進(jìn)化路線和技術(shù)矛盾結(jié)合起來，運(yùn)用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則預(yù)測消毒鼠標(biāo)進(jìn)化路線，明確實(shí)際問題中存在的技術(shù)沖突，確定對應(yīng)的矛盾矩陣和發(fā)明原理，進(jìn)而提出一種具體解決方案。

1　TRIZ理論

TRIZ理論是前蘇聯(lián)的阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和同事們對超過250萬項(xiàng)專利進(jìn)行分析后得出的發(fā)現(xiàn)預(yù)測問題突破性解決方案理論，它建立了解決發(fā)明創(chuàng)造問題的通用模型和方法，具有極大的普適性［3］。

1.1技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則作為TRIZ核心理論之一的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則指出：技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化并非隨機(jī)發(fā)生，而是遵循一定的進(jìn)化模式，即所有的系統(tǒng)都朝 “最終理想化”進(jìn)化。本文選用A.Zusman等的DE（Directed Evalution）有8種進(jìn)化模式［3］。如圖1所示。

1.2TRIZ理論求解模式

TRIZ理論求解流程如圖2所示。先將實(shí)際問題進(jìn)行歸納抽象并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)問題，應(yīng)用TRIZ工具得到標(biāo)準(zhǔn)解，再結(jié)合已有知識將標(biāo)準(zhǔn)解演繹為實(shí)際問題的最終解。

圖1　技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則8種進(jìn)化模式Fig.1 8 Evolutionary patterns of the technology system evolution

圖2　TRIZ理論的解題流程Fig.2 Problem solving process based on TRIZ theory

2　鼠標(biāo)消毒過程的進(jìn)化分析

目前在TRIZ理論運(yùn)用中，技術(shù)人員較少將技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則和技術(shù)矛盾分析結(jié)合起來，多數(shù)憑借經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識演繹具體解，這使得演繹過程趨向直覺化。而本文將兩者結(jié)合起來，運(yùn)用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則先對消毒鼠標(biāo)進(jìn)化過程進(jìn)行了預(yù)測。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，鼠標(biāo)消毒采用人工消毒，需要酒精和棉簽等用品，而酒精揮發(fā)性強(qiáng)，無法長時(shí)間保持消毒效果，極易反復(fù)滋生細(xì)菌。若在高危場合，則每次使用前需重新擦拭；如采用較為簡便的紫外線消毒法，則需消耗外部能源。鼠標(biāo)消毒的關(guān)鍵是根據(jù)不同使用狀態(tài)，對人手和鼠標(biāo)接觸的表面進(jìn)行消毒，且盡可能降低能耗，故其進(jìn)化過程可從提高自動化、增加可控性進(jìn)行分析。

2.1提高自動化程度和智能化程度法則

該法則指出：通過提高自動化程度可由系統(tǒng)代替人完成繁重、乏味的工作。鼠標(biāo)消毒最初采用人工消毒，后來發(fā)展到采用微動開關(guān)實(shí)現(xiàn)半自動消毒。但這類殺菌技術(shù)多采用對人體有害的光線，如紫外線等［4］。鼠標(biāo)自動化的難點(diǎn)在于需使鼠標(biāo)在操作人員使用前自動完成消毒工作，并且保證使用者在使用過程中不會誤觸到消毒裝置的開關(guān)。所以鼠標(biāo)消毒的自動化進(jìn)化路線應(yīng)當(dāng)是：人工消毒→半自動消毒→自動消毒。

2.2增加系統(tǒng)動態(tài)性和可控性提高技術(shù)系統(tǒng)可控性

該法則指出：技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化應(yīng)沿著增加系統(tǒng)內(nèi)各部件可控性的方向進(jìn)化。細(xì)菌滋生速度呈S型增長曲線，如何合理控制消毒時(shí)間以取得最佳效果是自動消毒鼠標(biāo)的智能化難點(diǎn)。鼠標(biāo)自動消毒過程具有時(shí)變性和非線性的特點(diǎn)，最佳思路是采用動態(tài)化控制。其進(jìn)化路線應(yīng)當(dāng)是：無控制的系統(tǒng)→自我調(diào)節(jié)控制。

通過分析鼠標(biāo)消毒過程，可得進(jìn)化技術(shù)特征如下：①利用更合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)或場效應(yīng)提高系統(tǒng)自動化程度，減少對人體的傷害；②結(jié)合先進(jìn)控制技術(shù)，智能調(diào)控時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效消毒。綜上所述，可確定設(shè)計(jì)方向的基本要求是具備自動、高效消毒功能的鼠標(biāo)。

3　應(yīng)用TRIZ工具求標(biāo)準(zhǔn)解

從第二節(jié)的實(shí)際描述中可提取出兩組矛盾，矛盾一：對象產(chǎn)生的有害因素與可靠性；矛盾二：可維修性與能量損失。

根據(jù)上述對鼠標(biāo)的分析可知，希望改善的參數(shù)為對象產(chǎn)生的有害因素，可維修性，鼠標(biāo)可自動消毒并有效抑制細(xì)菌數(shù)量，且不消耗除菌介質(zhì)。惡化的參數(shù)為可靠性和能量損失，可靠性指的是鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動消毒功能時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)變復(fù)雜導(dǎo)致的可靠性下降，能量損失指的是除菌過程需外部提供能量，且能量利用率不高。

表1　阿奇舒勒矛盾矩陣（部分矩陣）Tab.1 The G.S.Altshuller contradiction matrix

根據(jù)表1，適用于該問題對應(yīng)的發(fā)明原理是24-借助中介物、2-抽取、40-復(fù)合材料、39-惰性環(huán)境、1-分割、15-動態(tài)原理、19-周期性動作、32-色彩原理［3］。

經(jīng)分析篩選，發(fā)明原理1、40、19這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解對解決問題的貢獻(xiàn)最大。

4　創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)

根據(jù)第二節(jié)預(yù)測的發(fā)展方向和可能具備的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合第三節(jié)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，可以得出具體方案：從利用場效應(yīng)的技術(shù)特征看，結(jié)合分割和選取復(fù)合材料原理，選擇在微弱紫外線照射下可凈化污染物的復(fù)合光觸媒材料涂于鼠標(biāo)透明外殼表層，可增大有效作用面積。為解決誤觸開關(guān)帶來的長期接受紫外光照射和能耗過大的問題，此處結(jié)合芯片控制的思路，運(yùn)用周期性動作原理，在鼠標(biāo)后部增加一個(gè)微動開關(guān)對人手按壓與否進(jìn)行檢測，并利用內(nèi)置芯片控制紫外LED發(fā)光強(qiáng)度。為防止出現(xiàn)鼠標(biāo)被使用但微動開關(guān)未被按下的偶發(fā)情況，設(shè)定傳感器檢測到鼠標(biāo)移動等同于微動開關(guān)被壓下。

新型鼠標(biāo)工作的整體思路如圖3所示。鼠標(biāo)的立體結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。當(dāng)鼠標(biāo)被使用時(shí)，鼠標(biāo)外殼后部的微動開關(guān)被壓下或傳感器檢測到鼠標(biāo)移動，紫外LED電路斷開，光觸媒停止催化反應(yīng)；當(dāng)操作者的手離開鼠標(biāo)時(shí)，鼠標(biāo)外殼后部被釋放，微動開關(guān)復(fù)位，紫外LED處于高亮狀態(tài)，光觸媒開始催化反應(yīng)進(jìn)行殺菌消毒，一段時(shí)間后紫外LED在芯片控制下處于低亮狀態(tài)，從而在保證消毒效果的同時(shí)節(jié)省時(shí)間，減少能耗。

圖3　自動消毒鼠標(biāo)工作流程圖Fig.3 Automatic disinfection mouse'sroute chart

圖4　鼠標(biāo)東南等軸測圖Fig.4 Southeast isometric drawing of the mouse

圖5　鼠標(biāo)右視圖Fig.5 The right view of mouse

方案中選用抑菌材料為光觸媒，它能殺滅細(xì)菌，分解有毒物質(zhì)，且本身不會發(fā)生變化和損耗，對人無毒無害。由文獻(xiàn)［5-6］可知，國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)也在嘗試將光觸媒運(yùn)用到各類場合，如深圳清華國際技術(shù)轉(zhuǎn)移中心推出的納米光催化技術(shù)與紫外光結(jié)合制造的 “復(fù)合空氣凈化器”用于凈化室內(nèi)空氣；索繼江等人利用紫外線照射液體光觸媒的方法在醫(yī)院內(nèi)進(jìn)行殺菌消毒實(shí)驗(yàn)。從他們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，效果符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求。故采用光觸媒材料涂于鼠標(biāo)透明外殼表層，輔以芯片控制紫外線光強(qiáng)的設(shè)計(jì)思路是可取的。

5　結(jié)論

本文結(jié)合技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則對鼠標(biāo)消毒進(jìn)化路線分析，預(yù)測了消毒鼠標(biāo)的發(fā)展方向和可能具備的技術(shù)特點(diǎn)，并從技術(shù)矛盾角度分析鼠標(biāo)清潔存在的問題，運(yùn)用阿奇舒勒矛盾矩陣求解得到可行的設(shè)計(jì)方案，解決了目前鼠標(biāo)無法自動、高效除菌的問題。在設(shè)計(jì)過程中，本文借助技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則對技術(shù)矛盾進(jìn)行具體化分析，使具體解的演繹過程更加有章可循。

［1］王燕，高玉芳，李娟，等.臨床科室計(jì)算機(jī)鍵盤鼠標(biāo)細(xì)菌污染檢測分析［J］.護(hù)理學(xué)雜志，2004，13.

［2］陳燕軍，汪地，楊浩，等.基于Kinect的手術(shù)輔助系統(tǒng)研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014，9.

［3］王亮申，孫峰華，等.TRIZ創(chuàng)新理論與應(yīng)用原理［M］．北京：科學(xué)出版社，2010．

［4］陜西科技大學(xué).一種帶自動消毒功能的鼠標(biāo)：中國，CN200920245934.6［P］.2010-11-24.

［5］楊華明，崔森.光觸媒凈化技術(shù)的研究及其應(yīng)用［J］.中國消毒學(xué)雜志，2004，4.

［6］索繼江，劉鈺，邢玉斌，等.納米光觸媒殺菌抑菌效果及臨床試驗(yàn)研究［J］.中華醫(yī)院感染學(xué)雜志，2007，11.

Innovative Design of Automatic Disinfection Mouse Based on TRIZ Theory

LUO Zi-Jie，LIN Kai-Hong，DONG Zhan-Lin，F(xiàn)ANG Ze-Ting
（School of Electromechnics，Guangdong Polytechnic Normal University，Guangzhou Guangdong 510635，China）

To address the issue on higher cost and complicated process of the disinfection of mouse at present，this paper uses the technology system evolution to forecast evolving route of the mouse disinfection，and finds out the technical contradiction existing in the practical issue，corresponding the G.S.Altshuller contradiction matrix and inventive principle，on the basis of which a practical design scheme has been put forward.By improving the structure of the mouse and adopting new effective antibacterial material，this scheme makes the mouse have auto matic and efficient antibacterial function and solve the cross infection problem during use.This paper combines the evolutionary lines analysis and technical contradiction analysis together，reducing the influence of specific consequence which cause by experience.

TRIZ theory；evolutionary route；automatic disinfection；mouse

TB47

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.007

1002-6673（2015）05-016-03

2015-08-18

羅梓杰（1993-），男，廣東潮州人，本科生。主要研究方向：電子設(shè)計(jì)；林凱宏（1994-），男，廣東潮州人，本科生。主要研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。