運用TRIZ理論研制自排水霧式系列多用途護目鏡

黑龍江省技術(shù)創(chuàng)新方法研究會

無論是冬夏，室內(nèi)還是室外，佩戴護目鏡時，其內(nèi)壁總會起霧出霜甚至凝結(jié)成細小水珠，嚴重影響佩戴者的視線，一般需要經(jīng)常取下護目鏡擦拭干凈，但如果是執(zhí)行防疫任務的醫(yī)務人員，在隔離區(qū)是不能取下護目鏡的，由此給正常工作帶來了極大不便和安全隱患。在疫情期間，各類防疫防護用品的使用安全受到了大家的關(guān)注，其中護目鏡起霧出霜是重要的一環(huán)。

一、運用TRIZ工具開展分析

1、因果鏈分析

通過因果鏈分析逐級推導，可知護目鏡內(nèi)產(chǎn)生高濕度起霧結(jié)露凝水（11）的原因是其內(nèi)部的空氣濕度過高（21），繼而導出眼部的淚腺分泌和蒸發(fā)的水分多（31）、但是護目鏡內(nèi)的水分蒸發(fā)排出慢（32），護目鏡下部排氣孔?。?1）、護目鏡內(nèi)水分蒸發(fā)量超過排放量（42）等因素。最終確認需要解決根因3條：

a.護目鏡內(nèi)無循環(huán)氣流（52）;

b.護目鏡內(nèi)無專用進氣孔（61）;

c.護目鏡需要防止污染物進入（51）。

得到功能缺陷識別關(guān)鍵信息：護目鏡內(nèi)沒有循環(huán)氣流是水霧排不出的原因，需要再造循環(huán)體系，增加進氣口，即可解決濕氣排出問題，同時還要滿足防止污染物進入的限制條件。

獲得方案1：增設進氣口，形成循環(huán);

方案2：進氣孔增加空氣過濾措施;

2、技術(shù)矛盾分析

（1）如果加大了護目鏡內(nèi)的循環(huán)氣流（通風口），則護目鏡就不會起霧結(jié)露，但是有安全風險;

（2）如果消除了護目鏡內(nèi)的循環(huán)氣流（通風口），則沒有安全風險隱患，但是護目鏡就會起霧結(jié)露;

基于矛盾1論述提取參數(shù)，其中改善的參數(shù)是物體產(chǎn)生的有害因素31、運動物體的作用時間15、物體外部有害因素作用的敏感性30、（濕度），惡化參數(shù)是運動物體的能量損失19;

通過矛盾矩陣獲得相關(guān)發(fā)明原理信息：動態(tài)原理;預先作用原理;局部質(zhì)量原理等;

獲得方案3：非自然狀態(tài)無法平衡循環(huán)關(guān)系，需要輔助強行排風;對護目鏡加裝可控的通風裝置;

3、物場分析：

護目鏡內(nèi)的空氣不足以阻擋水（濕氣）對鏡片的沾染，屬于場效應不足的物場，需要引入F2鏡外空氣稀釋鏡內(nèi)的水（濕氣）。

結(jié)論可驗證方案3。

4、確定改進操作區(qū)域/時間

（1）確定改進模板：采用市場保有量最大的某品牌護目鏡，檢查和分析其結(jié)構(gòu)，尋找可作業(yè)空間，其內(nèi)部上方前側(cè)空間、外部空間利用率較低，可安裝配套設備。

獲得方案4：在護目鏡的內(nèi)部上方前側(cè)空間安裝設備;

（2）確定操作時間：護目鏡佩戴后至結(jié)束，可人為控制（方案5）或自動控制（方案6）;

5、SFR分析

（1）系統(tǒng)內(nèi)資源：鏡片、塑膠外套、呼吸孔、松緊帶;

（2）超系統(tǒng)資源：一切較輕的材料、廉價的材料;

依據(jù)完備性法則，需要建立循環(huán)系統(tǒng)，但可用資源不足，需要引入新的資源：

方案7：在護目鏡內(nèi)安裝較小的風機系統(tǒng)，為護目鏡內(nèi)送風;

方案8：在護目鏡外安裝風機系統(tǒng)，為護目鏡內(nèi)送風;

6、最終理想解

使用風機系統(tǒng)將新風送入護目鏡內(nèi)，使鏡內(nèi)的水（濕氣）被替出護目鏡，避免濕氣在鏡片內(nèi)結(jié)露，新風無污染符合潔凈標準，新風裝置具備空氣自凈化能力（方案9）。原有的鏡片、塑膠外套、呼吸孔、松緊帶結(jié)構(gòu)不變，新增裝置依托現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安裝固定。

7、限制條件

（1）安全性不變（設定KN95標準）;（2）不影響護目鏡佩戴舒適性;（3）重量不增大過多;（4）不影響視線;（5）符合完備性法則。

二、方案實施與改進

1、方案整合

在方案1-9的基礎上，實現(xiàn)設計需求的整合，形成綜合方案10：

（1）在護目鏡內(nèi)上部正前方空間安裝微型風機，向內(nèi)部吸入新風推動鏡內(nèi)空氣向外流通，同時形成正壓效應避免內(nèi)部空氣污染;

（2）護目鏡塑膠外套上部開孔安裝過濾盒，形成風機進氣吸入口;吸入的新風推動護目鏡內(nèi)的濕氣由4個排氣閥排出護目鏡;

（3）過濾盒內(nèi)填充空氣過濾材料，推薦方案為復合KN95標準的無紡布+熔噴布形成連續(xù)交錯復合層結(jié)構(gòu)，也可使用其它過濾材料方案;

（4）為防止操作污染，電池設計在鏡內(nèi)空間;

（5）風機控制系統(tǒng)安裝在護目鏡內(nèi)頂部風機的一側(cè)，在護目鏡上邊框外側(cè)開孔露出操作鍵。

其中：方案10-1為手動控制;

方案 10-2為手動/自動濕度控制;

方案10-3為手動/自動濕度/調(diào)速控制;

2、方案實施的加工制作：

方案10-1：手動控制信號方式（測試用途），兩粒電池重量對佩戴舒適性有影響，故減重后保留一粒并放入護目鏡內(nèi)。外置過濾盒內(nèi)按照KN95標準采用無紡布1/熔噴布2/無紡布1結(jié)構(gòu)填充。使用2*2cm軸流風機，工作電流≤0.3A， 配備3.7V/350mA電池條件下，連續(xù)工作時間大于3h。

方案10-2：自動控制信號（測試用途）相對方案A1增加了濕度控制模式;由于電路展示不能批量加工，試驗狀態(tài)下的電路體積較大，但量產(chǎn)后可縮減2/3體積。經(jīng)過驗證本方案具備可操作性。系統(tǒng)增加選擇按鈕，紅綠交替閃爍，紅色閃一下，代表濕度值十位是一，換擋時按下按鈕，紅燈長亮表示進入下一個高轉(zhuǎn)速檔位，綠燈代表進入下一個自動高比例調(diào)節(jié)檔位，總共6檔位，手動3檔、自動3檔。

方案10-3為手動/自動濕度/調(diào)速控制;在方案10-2的基礎上，采用3D打印護目鏡外殼設計，集成全部操作需求，實現(xiàn)功能最全。由于特殊時期限制，重新開發(fā)周期過長，暫時擱置進一步研發(fā)。

3、改進完善

通過對上述成果的試用，結(jié)合醫(yī)護人員需求，對產(chǎn)品做進一步優(yōu)化改進。

（1）改進1針對舒適性問題，減輕新型護目鏡的重量。（采用充電寶方案時護目鏡全重僅44g）

（2）改進2針對電池使用時間問題，改進供電方式，延長工作時間。

（3）改進3針對空氣過濾問題，采用標準過濾組件，延長新型護目鏡的使用壽命。

（4）改進4針對極端防疫環(huán)境，增加一次性護目鏡拋棄性設計。（外掛普通無汞堿性電池，用完即可拋棄）

（5）簡化實施方案，以標準化組件設計滿足各種需求，研制標準化的微型空氣凈化泵，借鑒KN95標準采用無紡布1/熔噴布2/無紡布1結(jié)構(gòu)填充過濾筒，過濾筒與底座和微型軸流風機可分離和更換;微型空氣凈化泵為標準件，對不同需求的護目鏡進行標準化組件下的差別設計，同時可解決其它醫(yī)療器械的通風問題。

4、應用效果

在短短的8天時間里，團隊成員克服物資短缺等無數(shù)困難，依靠TRIZ創(chuàng)新方法的正確指導，實現(xiàn)了新型防霧護目鏡從設計到樣品加工測試定型過程的快速完成，極大提高了研發(fā)效率，相關(guān)產(chǎn)品經(jīng)過大量測試已經(jīng)滿足了設計要求，可投入推廣應用。

經(jīng)過各方人員的試用，最終采用搭載微型空氣凈化泵、過濾器組件的標準化基本型防霧護目鏡方案。此次項目研發(fā)中完成了“一種自排水霧式系列多用途正壓護目鏡”和“一種醫(yī)用微型空氣凈化泵”2項專利設計申報工作。下一步將根據(jù)防疫形勢變化，繼續(xù)推出新的優(yōu)化產(chǎn)品。

責編/楊鑫