基于TRIZ的車內(nèi)霧化消毒機改良設(shè)計

方佳欣 張琲

摘要：基于2019新型冠狀病毒肺炎的爆發(fā)，研究現(xiàn)有車內(nèi)霧化消毒機的類型、特點及存在問題，探索可以有效防控新型冠狀病毒的車內(nèi)霧化消毒機的改良設(shè)計，以及高效、快捷地解決產(chǎn)品問題的方法。利用TRIZ中的沖突矩陣和物-場模型解決產(chǎn)品問題，及產(chǎn)品改進流程中產(chǎn)生的次生問題，最后通過情境綜合，得到產(chǎn)品的最優(yōu)解決方案。提出了可以有效防控2019新型冠狀病毒的車內(nèi)霧化消毒機的設(shè)計方案?；赥RIZ理論，為設(shè)計師在疫情期間高效設(shè)計出針對性強的防疫產(chǎn)品提供新思路以及理性化解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：2019新型冠狀病毒TRIZ車內(nèi)消毒產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品功能進化

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2021）02-0014-04

引言

新型冠狀病毒肺炎所引發(fā)的疫情得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)潮出現(xiàn)，交通工具被大量使用，基于新型冠狀病毒的主要傳播方式：接觸和飛沫傳播，出行者在乘坐交通工具出行時則滿足了傳染病傳播條件，因此有關(guān)于出行環(huán)境方面的防疫工作亦是迫在眉睫。但與交通工具相關(guān)的防疫設(shè)施、工具，并不完善，需要我們進一步探索并填補空白。TRIZ理論是一種科學且可以快速解決設(shè)計中矛盾的發(fā)明問題解決理論，相對于傳統(tǒng)的創(chuàng)新思維方法，利用TRIZ理論解決問題更具科學性和系統(tǒng)性，可以幫助設(shè)計者快捷的、有規(guī)律地解決產(chǎn)品設(shè)計中出現(xiàn)的問題，適用于應(yīng)對突發(fā)的大眾需求叫。本文則以TRIZ為產(chǎn)品功能進化理論基礎(chǔ)，探索對小型汽車車內(nèi)空間進行消毒的產(chǎn)品一車內(nèi)霧化消毒機的改良設(shè)計，以達到出行者在使用汽車出行時最理想化的防疫效果，為其他新型防疫產(chǎn)品的開發(fā)提供借鑒。

一、現(xiàn)有問題描述及分析

（一）車內(nèi)霧化消毒機效果及原理分析

在疫情期間，乘坐小型汽車出行的易感度風險在10%以上，但采取車內(nèi)消毒等措施后可將易感度降低到1%以下【2】。新型冠狀病毒對熱、紫外線和常用化學消毒因子（75%酒精、含氯消毒劑等）都比較敏感【3】，則現(xiàn)可對新型冠狀病毒產(chǎn)生作用的車內(nèi)消毒方式有：酒精擦拭消毒、紫外線消毒、含氯消毒液霧化消毒。其中擦拭消毒為人工操作，此種消毒方式只適合進行局部消毒，而且對于車內(nèi)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位，無法避免有酒精接觸不到的問題，因此這種方式無法做到全方位消毒，且人工負擔較大。紫外線消毒存在光線輻射距離短、覆蓋面局限的問題，也無法達到全方位消毒【4】。只有將含氯消毒液霧化成細小的顆粒，并利用分子運動的方式，使消毒液充分作用于車內(nèi)空間，才可達到全方位消毒的效果。

車內(nèi)霧化消毒機的消毒原理為：霧化機將消毒液霧化成高密度超微顆粒彌散于車內(nèi)空間，殺除空氣中的細菌、病毒等有害微生物。與霧化消毒機配合使用的消毒液為苯扎氯銨，此消毒液為含氯消毒液，可以對新型冠狀病毒產(chǎn)生作用，且該種消毒液與其他含氯消毒液相比刺激性小。

（二）現(xiàn)有車內(nèi)霧化消毒機介紹及分析

目前市場上的車內(nèi)霧化消毒機共有4種，如圖1。

圖1a為臺式熱霧化消毒機，能源參數(shù)為220v～50hz，1500w。機身長30cm、寬28cm、高18cm，作為車載物品來說，其體積較大。此種霧化消毒機一般出現(xiàn)在汽車美容院、洗車行等場地。由于其機身不輕便、使用過程繁瑣（需預(yù)熱3-5分鐘后才可進行使用）、能耗較大，安全性能差（曾發(fā)生過安全事故，機體燒毀，存在安全隱患），大部分消費者不會為了車內(nèi)消毒而單獨購買該產(chǎn)品，更多消費者選擇前往汽車行購買消毒服務(wù)。

圖1b為手持式熱霧化消毒機，能源參數(shù)為220v～50hz，1200w。機身長20cm、高14cm、寬7cm。相比較可直觀看出手持式熱霧化消毒機更加輕便，可控性更強，但該種霧化消毒機無法實現(xiàn)工作自動化，需人工協(xié)助才可以進行工作，如需高頻消毒則會增加使用者的勞動負擔。

圖1c為超聲波霧化消毒機，能源驅(qū)動為電能，能源參數(shù)為220v～50hz，120w。機身長33cm、寬29cm、高22cm。此種霧化消毒機的霧化原理是能量轉(zhuǎn)換，相對熱霧化的霧化機，超聲波原理的霧化機降低了90%的能源消耗，且冷霧化的安全性更高，操作簡單，但其體積較大、外形不規(guī)則，不方便放置。

圖1d為氣動霧化消毒機，利用氣泵產(chǎn)生的氣壓帶動工作，能源參數(shù)為0.4～1MPA。由于其能源需要由氣泵來提供，所以該種消毒機多出現(xiàn)在洗車行，不多見于私用。

經(jīng)對新型冠狀病毒肺炎下的消毒需要分析，在疫情期間，需要的是可供大眾使用、全民防疫的產(chǎn)品。氣動款霧化消毒機的能源供應(yīng)方式無法對大眾普及，現(xiàn)對于其他三款電動霧化消毒機根據(jù)其自動化程度、能耗、便攜性、安全性、可控性進行對比，如表1。

發(fā)展始終是一個動態(tài)的過程，需要不斷調(diào)整產(chǎn)品內(nèi)部及外部的各項因素來使產(chǎn)品更加完善。在產(chǎn)品設(shè)計的過程中，要有明確的創(chuàng)新目標，這樣實施起來才有方向，而理想解可以為創(chuàng)新確定目標和方向，理想度的計算公式為有用功能之和與有害功能之和加上成本的比值【5】，將產(chǎn)品的有用功能無限提高，有害功能與成本無限降低，就可達到產(chǎn)品最終理想化的狀態(tài)。以上述四種霧化消毒機為例，在當前抗擊疫情的社會大條件下，綜合產(chǎn)品各項參數(shù)，超聲波霧化消毒機作為應(yīng)對疫情的車內(nèi)消毒產(chǎn)品，理想度要高于其他霧化消毒機，但其自身也存在許多問題。因此，本文將以超聲波霧化消毒機作為立足產(chǎn)品，對其功能結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化、更新、重組，來應(yīng)對疫情期間社會的需求變化。

二、細化問題尋找功能進化目標

在產(chǎn)品的模糊前端階段，細分影響產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)外因素，根據(jù)功能進化動力拆解產(chǎn)品，確定影響功能進化的主要變量，并根據(jù)產(chǎn)品功能進化模型提出產(chǎn)品改進大方向。

影響產(chǎn)品功能進化的動力分為：內(nèi)部動力和外部動力。消除產(chǎn)品中有害功能和不協(xié)調(diào)功能，強化有用功能即是產(chǎn)品功能進化的內(nèi)部動力6。車內(nèi)霧化消毒機最基本的功能是消毒，將霧化消毒機所具有的部分功能分為有用功能和有害功能，如表2，作為提高產(chǎn)品理想度的切入點，保留現(xiàn)有有用功能，選擇其中對產(chǎn)品影響較大的有害功能進行消除或降低，從而提高產(chǎn)品理想度。

社會中需求進化、法律法規(guī)進化和技術(shù)進化是共同推動功能進化的外部動力。本次設(shè)計的推動力是需求進化，主要為功能需求。通過建立以需求端為起點的功能進化模型，如圖2，進行功能進化目標的確定。

以前用戶對車內(nèi)霧化消毒機的需求是：除菌、去味、凈化空氣。由于疫情的爆發(fā)，用戶對車內(nèi)霧化消毒機產(chǎn)生了新的功能需求：防疫。從而拉動了產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的變化，新產(chǎn)品需要具有針對新型冠狀病毒的消毒功能結(jié)構(gòu)。從新型冠狀病毒的傳播方式上分析，可得到兩點結(jié)論：（1）要防止病毒通過人員直接接觸或間接接觸傳播。（2）要防止病毒通過飛沫進行傳播。若想在介質(zhì)上阻斷病毒傳播，就要求產(chǎn)品可以隨時對車內(nèi)進行消毒，保證遇到突發(fā)情況可以第一時間消滅病毒，如：一男子疑似挾帶病毒，搭乘了一輛出租車，這時則需要對出租車進行緊急消毒，不然會存在人員被感染的危險。

對以上分析的內(nèi)部及外部動力所影響的功能結(jié)構(gòu)做出更新，內(nèi)部動力推動產(chǎn)品需要增強便攜性和適應(yīng)性，外部動力推動產(chǎn)品需要增強適應(yīng)性，同時增加可防止接觸感染的功能（可理解為局部消毒功能）。將新的需求功能、法規(guī)功能、技術(shù)功能、結(jié)構(gòu)功能進行功能權(quán)衡，建立以需求端為起點的車內(nèi)霧化消毒機功能進化模型，如圖3，最終確定本次產(chǎn)品改良設(shè)計的功能進化目標：有效防止新型冠狀病毒傳播的便攜式車內(nèi)霧化消毒機。也就是解決兩個產(chǎn)品自身現(xiàn)有問題，并新增一個功能。

通過對霧化消毒機功能進化的一系列推導，已經(jīng)找到了功能進化的目標，但這僅僅只是產(chǎn)品創(chuàng)新的“樹干”，還有一系列的次生問題等待我們解決，例如：將新的需求功能以怎樣的載體更新到現(xiàn)有產(chǎn)品內(nèi)。這些問題就可以利用TRIZ相關(guān)理論進行解決，對于產(chǎn)品自身現(xiàn)有問題使用TRIZ沖突矩陣進行解決，對于新增功能可以使用建立物-場模型進行解決。

三、基于TRIZ理論尋找解決方案

（一）利用沖突矩陣、40條發(fā)明原理解決產(chǎn)品自身問題

阿奇舒勒等人提出產(chǎn)品的創(chuàng)新核心是解決設(shè)計中的沖突，產(chǎn)品的設(shè)計過程是要解決沖突，而不是通過折中處理去平衡沖突。阿奇舒勒團隊在對當時世界上220多個高水平發(fā)明專利的分析時，他們發(fā)現(xiàn)這些專利有著共同解決問題的思路，將這些思路進行歸類，總結(jié)出了39個通用工程參數(shù)代表不同的技術(shù)屬性，用來描述沖突，40條發(fā)明原理為沖突提供解決方向，39個工程參數(shù)與40條發(fā)明原理之間的橋梁就是沖突矩陣【7】。

對于產(chǎn)品自身現(xiàn)有問題，可以通過基于技術(shù)沖突解決理論的產(chǎn)品功能進化模型解決，見圖4。分析問題，確定技術(shù)矛盾（在TRIZ理論中技術(shù)矛盾是技術(shù)系統(tǒng)的某個參數(shù)或特性得到改善的同時，導致另一個參數(shù)或特性發(fā)生惡化而產(chǎn)生的矛盾），將相應(yīng)的工程參數(shù)帶入到矛盾沖突矩陣中，找到對應(yīng)的發(fā)明原理，選出最適用于研究本產(chǎn)品的原理，依次嘗試并推出解決方案，對比推出方案的理想度，選出理想度最高的方案為最終解決方案，對最終解決方案進行模擬試用，判斷在解決問題后是否造成了其他問題。如果有繼續(xù)重復(fù)以上操作，如果沒有則結(jié)束進程，準備進行后續(xù)的完善設(shè)計。

1.現(xiàn)有技術(shù)矛盾確定及分類

產(chǎn)品自身現(xiàn)有的問題共兩個：適應(yīng)性差、便攜性差。

對第一個問題進行分解，超聲波車內(nèi)霧化消毒機的使用地點被電源限制，在周圍沒有家用電源的條件下就無法進行消毒，說明其適應(yīng)工作環(huán)境的能力較差，若想提高霧化消毒機的適應(yīng)性，就需要在結(jié)構(gòu)上進行改變使霧化消毒機可以獨自運轉(zhuǎn)工作，但這么做會使裝置結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。將上述問題的沖突歸結(jié)為TRIZ中39個工程參數(shù)，可以確定這一組矛盾為“適應(yīng)性及多用性”與“裝置復(fù)雜性”之間的矛盾。

對第二個問題進行分解，超聲波霧化消毒機的外輪廓不規(guī)則且形體大，是因為機體內(nèi)部需要有儲液空間，不像其他霧化消毒機與消毒液是分開的，若想改變霧化消毒機的外輪廓，就需要減小儲液空間的體積，這可能會造成儲液空間不夠的問題。將上述問題的沖突歸結(jié)為TRIZ中39個工程參數(shù)，可以確定這一組矛盾為“形狀”與“靜止物體體積”之間的矛盾。

2.確定發(fā)明原理，提出解決方案

將通過對問題分析以及技術(shù)矛盾的確定和分類所得到的工程參數(shù)帶入到?jīng)_突矩陣中，得到相應(yīng)的發(fā)明原理，模擬解決方案選出最優(yōu)解。車內(nèi)霧化消毒機改良設(shè)計中的沖突及發(fā)明原理，如表3。

針對適應(yīng)性差的問題，可采用第15條（動態(tài)化）、第29條（氣動與液壓結(jié)構(gòu)）、第37條（熱膨脹）、第28條（機械系統(tǒng)替代）發(fā)明原理解決。分析和對比以上發(fā)明原理，第15條更適用于車內(nèi)霧化消毒機的設(shè)計。運用動態(tài)化發(fā)明原理（動態(tài)化是可將靜止的物體變成可動的），將電源變成可隨霧化消毒機與汽車移動的移動電源，就可以解決隨時需要消毒的問題。能實現(xiàn)可隨霧化消毒機與汽車移動的供電裝置只有電池，這里利用車內(nèi)電源作為供電電源。超聲波霧化消毒機的功耗較小，通過計算，車內(nèi)的蓄電池可以帶動其工作，且進行一次全面消毒只需要耗費汽車2.6%的電量。利用兩種電源線，使霧化消毒機在車載電源和家用電源的帶動下都可以工作。經(jīng)以上分析可以得知超聲波霧化消毒機可以實現(xiàn)提高其適應(yīng)性，應(yīng)對新冠肺炎下對車內(nèi)進行隨時消毒的需求。

針對超聲波霧化消毒機的外輪廓不規(guī)則且形體大的問題，可采用第7條（套裝原理）、第2條（抽離原理）、第35條（性狀變化）。經(jīng)分析和對比，第7條發(fā)明原理更適用于車內(nèi)霧化消毒機的設(shè)計，運用套裝原理，將產(chǎn)品的一部分穿入到另一部分。這里可將通風通道與儲液空間這兩個部分進行穿插，從而縮小物體體積?；诔暡F化的原理（通過“霧化片”將電能轉(zhuǎn)化成超聲波能量，利用超聲波能量將水溶劑霧化，并通過風機助力將氣霧推出），重新排列產(chǎn)品內(nèi)部零件，進一步規(guī)范產(chǎn)品外形。為保證霧化機的出霧量，霧化片的規(guī)格和數(shù)量不可以發(fā)生變化，同時明確消毒機的功能是為了快速消毒，需要霧化快，作用時間短，每次消毒的作用時間是10min，消耗150ml溶劑。

綜合以上解決方案，可得出產(chǎn)品初始模型，如圖5。

（二）利用TRIZ物-場模型解決新增功能帶來的問題

通過物-場模型解決問題的方式是根據(jù)所建立模型形成一般解，并衍生出產(chǎn)品的解決方案，再判斷解決方案是否符合預(yù)期、是否產(chǎn)生新的矛盾【8】，如已經(jīng)解決問題則進行下一步設(shè)計，完善產(chǎn)品造型，若所得解決方案產(chǎn)生新矛盾，則需繼續(xù)進行重新定義矛盾并解決矛盾，建立基于物-場模型的產(chǎn)品功能進化模型，如圖6。

若想完成對車內(nèi)局部進行消毒，就需要對霧氣進行定向和聚攏，但現(xiàn)在的產(chǎn)品無法實現(xiàn)這個功能，現(xiàn)在只有系統(tǒng)作用的接受者S1（霧化消毒機），沒有場和工具物質(zhì)S2，所以這是一個不完整物-場模型。需要我們將工具物質(zhì)和場添加到模型中建立完整的物-場模型，如圖7。通過添加一個聚霧器來完整化這個物-場模型，并利用機械場使霧化機與聚霧器相連，這樣霧化消毒機就可以對車內(nèi)的部件（車內(nèi)把手、汽車座椅）進行局部消毒，局部消毒的作用時間短，針對性更強，可高效殺除局部存在的病菌。聚霧器模型，如圖8。

四、最終方案

將對產(chǎn)品自身現(xiàn)有的問題和新增功能產(chǎn)生的問題的解決方案進行匯總，進行最終的產(chǎn)品模型確定。通過TRIZ沖突矩陣及40條發(fā)明原理解決了產(chǎn)品適應(yīng)性差的問題，最終設(shè)計出的產(chǎn)品，不被電源束縛，可使用家用電源驅(qū)動，也可使用車內(nèi)蓄電池作為驅(qū)動電源，適應(yīng)性顯著提高，可隨時對車內(nèi)環(huán)境進行消毒，且體積小、形狀規(guī)則、便攜性提高。通過TRIZ物-場模型解決了產(chǎn)品不可進行局部消毒的問題，利用添加聚霧器從而新增了可對車內(nèi)局部進行消毒的功能。利用TRIZ相關(guān)理論將產(chǎn)品功能方面的問題解決后，應(yīng)考慮產(chǎn)品的具體外觀，讓產(chǎn)品落地。

在解決產(chǎn)品出現(xiàn)的所有問題的過程，就是在提升產(chǎn)品功能美的過程，但在尋求功能美時，也不可以忘記產(chǎn)品的形式美，如果一味準追求功能美而忽略了形式美，則無法滿足現(xiàn)代人的精神需求【9】。為迎合現(xiàn)代人的精神需求，對產(chǎn)品進行柔性線條造型的處理，多處運用倒角，使產(chǎn)品更加柔和、有親和力。隨著科技的發(fā)展，人們消費水平的升級，展現(xiàn)在大眾視野中各式各樣的造型越來越多，這也造成了消費者的審美疲勞，只有“簡”的設(shè)計才能緩解消費者的審美疲勞，帶給其放松的視覺體驗，同時與現(xiàn)代理性的可持續(xù)生活方式高度契合，為滿足現(xiàn)代大眾的審美，在產(chǎn)品外觀上不加過多裝飾，追求產(chǎn)品以簡為美。以簡為美符合當代的生活方式，是可持續(xù)發(fā)展的美的代表【10】。在產(chǎn)品配色上選擇中性配色，采用黑白灰系列的高級配色來配合一般汽車內(nèi)飾的顏色，讓產(chǎn)品更好的融合在汽車內(nèi)部環(huán)境中，灰度顏色相比鮮艷的顏色更讓駕駛?cè)藛T感到舒服，不會突然刺痛其視覺神經(jīng)。

最終產(chǎn)品在功能上很好地迎合了新型冠狀病毒下的用戶需求，是抗擊疫情期間，對車內(nèi)進行消毒的理想工具，同時外觀配色也契合大眾的審美需求。產(chǎn)品效果圖，如圖9。

結(jié)語

現(xiàn)有車內(nèi)霧化消毒機器無法滿足疫情下的大眾需求，針對這一問題開展了對車內(nèi)霧化消毒機的改良設(shè)計，利用TRI億中沖突矩陣以及物-場模型進行問題求解，TRIZ使產(chǎn)品設(shè)計變得理性化，而不再是靠設(shè)計師的經(jīng)驗進行設(shè)計。防控疫情階段，不可以一刻松懈，尤其是在“戰(zhàn)疫”即將勝利的時刻，在此次產(chǎn)品的改良中，全面考慮到了產(chǎn)品的落地性，最終產(chǎn)品的可實用性強，且不僅只有功能上的進化，在造型上也做了改動，使產(chǎn)品造型簡約大方，符合現(xiàn)代審美的需要。此外，本文所提出的設(shè)計思考以及TRIZ相關(guān)理論的應(yīng)用方法，對于進行其他產(chǎn)品的改良具有一定程度上的指導意義和借鑒價值。

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