基于TRIZ理論的多功能艾灸儀的設(shè)計(jì)*

駱明炎，章德平

(武漢輕工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430048)

0 引 言

艾灸是通過(guò)在體表穴位燃燒艾草而產(chǎn)生溫?zé)崤c藥物效應(yīng)，進(jìn)而通過(guò)激發(fā)經(jīng)氣活動(dòng)來(lái)達(dá)到治病保健的一種治療方法[1]。現(xiàn)在研究認(rèn)為，艾葉燃燒生成物的甲醇提取物，它具有清除自由基的作用，并且相比于沒(méi)有燃燒的艾葉，艾的甲醇提取物作用更強(qiáng)，施灸局部皮膚中，過(guò)氧化脂質(zhì)顯著的減少，該作用是艾的燃燒生成物所導(dǎo)致的，同時(shí)艾燃燒生成物中抗氧化物質(zhì)，附著在穴位處的皮膚上，通過(guò)灸熱滲透進(jìn)入體內(nèi)而起作用[1]。艾灸的作用比較廣泛，現(xiàn)主要用于治療風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[2]、肩周炎[3]、頸椎病等。

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有艾灸裝置具有只針對(duì)單一部位進(jìn)行、艾灸效果較差、不能去除有害煙塵等不足之處。針對(duì)現(xiàn)有裝置的特點(diǎn)，筆者利用TRIZ理論進(jìn)行分析，并利用矛盾矩陣等方法進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一款具有將艾灸與按摩結(jié)合在一起、多部位艾灸、可以復(fù)現(xiàn)各種傳統(tǒng)的艾灸灸法等優(yōu)點(diǎn)的艾灸裝置。

1 TRIZ理論

TRIZ理論(即“發(fā)明問(wèn)題解決辦法”)是在1946年由蘇聯(lián)軍方技術(shù)員根里奇·阿奇舒勒和他的同事們共同提出[4]。阿奇舒勒等人發(fā)現(xiàn)，大量發(fā)明所面臨的基本問(wèn)題是相同的，其所需要解決的矛盾，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是相似或相同的?；谶@一思想，他與蘇聯(lián)科學(xué)家一起，經(jīng)過(guò)50多年對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的專利文獻(xiàn)和自然科學(xué)知識(shí)進(jìn)行研究、整理和歸納，最終建立起一整套系統(tǒng)化的、實(shí)用的、解決發(fā)明問(wèn)題的理論和方法體系，即TRIZ理論[5]。人們可以在問(wèn)題解決過(guò)程中，利用TRIZ理論將實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的沖突或矛盾帶入矛盾沖突矩陣表得出對(duì)應(yīng)的多種發(fā)明原理，綜合考慮后選出最符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)明原理，從而得出最佳產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

2 現(xiàn)有艾灸裝置分析

市場(chǎng)上有多種類型的艾灸裝置，按大小和型號(hào)主要分為兩類，一類是小型盒式艾灸儀，另一類是大型立式艾灸儀，按自動(dòng)化程度分為全自動(dòng)艾灸儀、半自動(dòng)艾灸儀等。對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品中典型的兩類產(chǎn)品的分析對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)有產(chǎn)品的性能分析

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外各種艾灸儀在功能和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析調(diào)研，可以得出現(xiàn)有產(chǎn)品的特點(diǎn)如下。

(1) 小型盒式類艾灸儀具有功能單一、只針對(duì)單部位進(jìn)行艾灸、艾灸效果較差等特點(diǎn)。

(2) 大型立式類艾灸儀具有體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、搬運(yùn)不方便等特點(diǎn)。

(3) 現(xiàn)有產(chǎn)品基本不能復(fù)現(xiàn)艾灸技法，并且控溫效果與防護(hù)效果較差，進(jìn)而導(dǎo)致用戶使用體驗(yàn)及治療效果變差。

3 多功能艾灸儀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 最終理想解

多功能艾灸儀的最終理想解分析表如表1所列。

表1 最終理想解分析表

3.2 技術(shù)矛盾

在分析了現(xiàn)有艾灸裝置的性能與結(jié)構(gòu)，找出現(xiàn)有艾灸裝置的不足之處后，轉(zhuǎn)化為T(mén)RIZ 理論技術(shù)沖突中的39個(gè)通用工程參數(shù)，并將希望改善的參數(shù)描述羅列，如表2所示。

上述參數(shù)的改變可能帶來(lái)的惡化參數(shù)有：①靜止物體的質(zhì)量2；②靜止物體的體積8；③相容性33；④可靠性35；⑤裝置復(fù)雜性45。

表2 設(shè)計(jì)沖突參數(shù)轉(zhuǎn)化

3.3 適用于多功能艾灸儀的發(fā)明原理

在對(duì)艾灸儀進(jìn)行了技術(shù)沖突分析并確定了描述沖突的通用工程參數(shù)后，利用阿奇舒勒沖突矩陣可以從40個(gè)發(fā)明原理中選取出適合的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題選定最終使用的發(fā)明原理應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，從而解決設(shè)計(jì)矛盾。經(jīng)篩選后本作品所用阿奇舒勒沖突矩陣，如表3所列。

表3 矛盾矩陣分析表

通過(guò)沖突矩陣可以找到對(duì)應(yīng)的改善參數(shù)與惡化參數(shù)所在的行與列，然后在行列交叉處找到發(fā)明原理所對(duì)應(yīng)的多個(gè)發(fā)明原理序號(hào)，通過(guò)結(jié)合作品設(shè)計(jì)目標(biāo)和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)發(fā)明原理進(jìn)行合理化篩選，可以得出用于實(shí)際設(shè)計(jì)的發(fā)明原理，如表4所列。

表4 應(yīng)用的發(fā)明原理

3.3 多功能艾灸儀的改進(jìn)方案

利用阿奇舒勒矛盾矩陣，并結(jié)合實(shí)際條件所篩選的5條發(fā)明原理，對(duì)現(xiàn)有艾灸裝置進(jìn)行優(yōu)化，并以解決功能單一、只能進(jìn)行單一部位艾灸、不能復(fù)現(xiàn)艾灸技法等不足之處為目的的創(chuàng)新設(shè)計(jì)分析。

如表4，應(yīng)用NO.1分離原理，將傳統(tǒng)艾灸盒空間分層，上層用于產(chǎn)生艾氣，并將艾氣輸送到下層的艾灸按摩一體模塊和多部位艾灸模塊兩個(gè)模塊。

應(yīng)用NO.2抽離原理，通過(guò)濾網(wǎng)吸收上層產(chǎn)生的有害氣體。

應(yīng)用NO.6多用性原理，將用于艾灸的艾灸頭上加上按摩頭增加按摩功能。

應(yīng)用NO.23反饋原理，在艾灸頭上加入溫度傳感器，及時(shí)反饋輸出溫度，實(shí)現(xiàn)輸出端的溫度可控。

應(yīng)用NO.30柔性殼體或薄膜原理，將用于多部位艾灸的支管做成軟管，不工作時(shí)可卷起來(lái)提高空間利用率。

結(jié)合上述原理設(shè)計(jì)的艾灸儀方案如下。

主要分為三大模塊，分別為艾氣生產(chǎn)模塊(艾條推送機(jī)構(gòu))、多部位艾灸模塊(支管回收機(jī)構(gòu))、艾灸按摩一體模塊(艾灸按摩一體機(jī)構(gòu))。其外觀圖如圖2所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 整體外型圖 圖3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.艾氣生產(chǎn)模塊 2.盛灰抽屜 3.多部位艾灸模塊 4.艾灸按摩一體模塊

(1) 艾氣生產(chǎn)模塊：用三對(duì)豎放的傳送帶機(jī)構(gòu)夾持燃燒的艾條，通過(guò)電機(jī)控制傳送帶的正反轉(zhuǎn)可控制艾條的升降。環(huán)形扇可將產(chǎn)生的艾氣吹送至下部的多部位艾灸模塊和艾灸按摩一體模塊用于艾灸。環(huán)形扇下部有一刮灰條，可將艾灰刮入盛灰抽屜，盛灰抽屜底部采用特殊濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，既可盛灰也可過(guò)濾有害氣體，同時(shí)不影響艾灸流入下部結(jié)構(gòu)。

(2) 多部位艾灸模塊：該模塊采用4根半米長(zhǎng)左右軟管，上部產(chǎn)生艾氣可導(dǎo)入下部4根軟管中，每個(gè)軟管末端有一個(gè)艾灸頭，艾灸頭上裝有壓敏膠，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。用戶使用時(shí)可將軟管抽出貼在需要艾灸的部位，一次可使用4根支管進(jìn)行四個(gè)穴位的艾灸。使用完畢后拔掉相應(yīng)軟管上的止回塞，軟管便可在回收機(jī)構(gòu)作用下收入艾灸儀中，節(jié)約空間利用率。

(3) 艾灸按摩一體模塊：該模塊采用行星齒輪結(jié)構(gòu)，每個(gè)齒輪均是特殊的艾灸按摩一體齒輪，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。每個(gè)艾灸按摩一體行星齒輪均可繞中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，艾氣流入到該模塊時(shí)，行星齒輪的閥體打開(kāi)便進(jìn)行艾灸，在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)下便可實(shí)現(xiàn)回旋灸。通過(guò)單片機(jī)控制閥門(mén)的開(kāi)合便可實(shí)現(xiàn)溫和灸和雀啄灸。

圖4 支管艾灸頭 圖5 艾灸按摩一體齒輪1.壓敏膠 2.排氣孔 1.出氣口 2.排氣閥 3.按摩頭

該裝置以單片機(jī)為控制元件，采用三個(gè)核心模塊，通過(guò)應(yīng)用TRIZ理論以解決或改善現(xiàn)有的艾灸裝置的不足之處為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)出的艾灸儀具有自動(dòng)化程度高、可多部位艾灸、可按摩、污染小、可復(fù)現(xiàn)艾灸技法以提高艾灸效率等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)推廣價(jià)值，該裝置現(xiàn)已申請(qǐng)四項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)現(xiàn)有的艾灸裝置的性能進(jìn)行分析后，以解決現(xiàn)有艾灸裝置不足之處為目的，以TRIZ理論為基礎(chǔ)，以矛盾沖突矩陣為工具，分析艾灸儀設(shè)計(jì)過(guò)程中所存在的矛盾，并利用發(fā)明原理解決主要矛盾，提供設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步優(yōu)化性能。所設(shè)計(jì)的艾灸儀主要具有自動(dòng)化程度高、可多部位艾灸、可按摩、污染小、可復(fù)現(xiàn)艾灸技法等優(yōu)點(diǎn)。