基于TRIZ的一種新型頭部蚊帳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

侯 遲 蘭美晨 韓建偉

（河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué) 熱能工程系，承德 067000）

“發(fā)明問題解決理論”（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是一套成體系實用的創(chuàng)新理論，起源于前蘇聯(lián)以G·S·Altshuller為首的專家團隊。他們埋頭于數(shù)以百萬計的發(fā)明專利，經(jīng)過50多年的搜集整理、歸納提煉，發(fā)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)新是有規(guī)律可循的[1]，多數(shù)創(chuàng)新或發(fā)明不是全新的，而是一些已有原理或結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域的新應(yīng)用[2]。

生活中蚊蟲叮咬不僅會影響人們的睡眠，還會造成人體皮膚的紅腫刺癢且影響美觀。蚊帳作為一種傳統(tǒng)低廉的有效防蚊裝備，一直備受人們的青睞[3]。然而，當人們居家或出行在外等無法使用傳統(tǒng)蚊帳的場景下，人們對便攜式小型局部蚊帳系統(tǒng)的需求應(yīng)運而生。現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了少量頭部蚊帳系統(tǒng)以滿足用戶的需求，但目前的頭部蚊帳系統(tǒng)產(chǎn)品存在舒適感不足、影響睡眠以及外觀簡陋粗糙等缺點。因此，基于TRIZ提出一種舒適感強、益于睡眠、外觀相對美觀且易攜帶的頭部蚊帳系統(tǒng)，是一個具有現(xiàn)實意義和擁有廣闊市場前景的研究內(nèi)容。

1 問題分析

1.1 元件分析與系統(tǒng)功能模型建立

基于TRIZ先將市場上現(xiàn)有的頭部蚊帳系統(tǒng)進行元件分析。將頭部蚊帳系統(tǒng)中的元件按照制品、系統(tǒng)元件和超系統(tǒng)元件進行分類，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)元件分析列表，建立表示頭部蚊帳系統(tǒng)各元件相互作用關(guān)系的功能模型，如圖1所示。

通過系統(tǒng)功能模型，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)在人體頸部與防蚊網(wǎng)布接觸時存在網(wǎng)布對人體頸部的干擾，導(dǎo)致人體頸部存在不舒適的情況。此外，防蚊網(wǎng)布對射入人體眼部光線的遮擋作用不足。

經(jīng)分析，用戶使用頭部蚊帳遇到睡眠干擾問題的功能因素為人體頸部與防蚊網(wǎng)布接觸不舒適和防蚊網(wǎng)布對射入人體眼部光線的遮擋作用不足。

1.2 因果分析

準確認識問題，是解決問題的前提[2]。因果分析的目的在于確定問題的根本原因，找到導(dǎo)致問題發(fā)生的元件及其問題屬性，從而確定系統(tǒng)中的沖突區(qū)域。

通過應(yīng)用因果鏈分析法找到產(chǎn)生使用頭部蚊帳系統(tǒng)造成用戶睡眠干擾問題的根本原因，如圖2所示。經(jīng)分析，確定頭部蚊帳系統(tǒng)中的沖突區(qū)域為防蚊網(wǎng)布材質(zhì)親膚性不佳和防蚊網(wǎng)布材質(zhì)孔隙大。

圖1 頭部蚊帳系統(tǒng)功能模型圖

圖2 因果分析

2 TRIZ工具應(yīng)用

通過問題分析中的元件分析、系統(tǒng)功能模型的建立以及因果分析，確定頭部蚊帳系統(tǒng)中的沖突區(qū)域。根據(jù)TRIZ中的沖突解決理論，從根本上解決沖突。

2.1 沖突區(qū)域為防蚊網(wǎng)布材質(zhì)親膚性不佳

情形一：沖突區(qū)域為防蚊網(wǎng)布材質(zhì)親膚性不佳；沖突類別為技術(shù)沖突；TRIZ工具為沖突矩陣。

為了改善用戶人體頸部對防蚊網(wǎng)布的適應(yīng)程度，需要在現(xiàn)有系統(tǒng)中更換人體頸部與防蚊網(wǎng)布接觸處的網(wǎng)布材質(zhì)，但這樣會影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。用39個通用工程參數(shù)對改進特性和惡化特性進行參數(shù)表達后，結(jié)合沖突矩陣得到頭部蚊帳系統(tǒng)沖突矩陣表，如表2所示。

根據(jù)發(fā)明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案1：“蠶絲方案”。基于No.35參數(shù)變化原理，可改變頭部蚊帳系統(tǒng)中與人體頸部接觸處防蚊網(wǎng)布的材質(zhì)，使得材質(zhì)的親膚性更佳。例如：在頸部接觸處使用分子結(jié)構(gòu)與人體皮膚的膠原蛋白相似[4]的蠶絲面料，以提高用戶使用舒適性，降低現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)對用戶睡眠的干擾。

表2 頭部蚊帳系統(tǒng)沖突矩陣表

初步方案2：“球方案”?；贜o.14曲面化原理，可在頭部蚊帳系統(tǒng)中與人體頸部的接觸區(qū)域處增加球狀結(jié)構(gòu)，即在防蚊網(wǎng)布與人體頸部接觸末端增加金屬小球，提高人體頸部進入頭部蚊帳系統(tǒng)的順滑程度，以提高舒適感，降低現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)對用戶睡眠的干擾。

2.2 沖突區(qū)域為防蚊網(wǎng)布材質(zhì)孔隙大

情形二：沖突區(qū)域為防蚊網(wǎng)布材質(zhì)孔隙大；沖突類別為物理沖突；TRIZ工具為分離原理。

為了提高防蚊網(wǎng)布對射入系統(tǒng)光線的遮蔽，需要縮小防蚊網(wǎng)布材質(zhì)的孔隙大小，但這樣會導(dǎo)致現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)自身透氣性降低。根據(jù)物理沖突中的分離原理，考慮到?jīng)_突雙方在不同“條件”下可以分離，故采用“條件分離”原理。與其對應(yīng)的發(fā)明原理有No.1分割、No.5合并、No.6多用性、No.7套裝、No.8重量補償、No.13反向、No.14曲面化、No.22變有害為有益、No.23反饋、No.25自服務(wù)、No.27用低成本、不耐用的物體代替、No.33同質(zhì)性及No.35參數(shù)變化。根據(jù)發(fā)明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案3：“套裝方案”?；贜o.7套裝原理，可在現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)中對應(yīng)的用戶面頰區(qū)域上半部分套裝具有遮光性質(zhì)的材料，增加系統(tǒng)的遮光性且保證系統(tǒng)的透氣性，以降低現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)對用戶睡眠的干擾。

3 方案與可行性評價

3.1 初步方案與可行性評價

對上述3個初步方案從技術(shù)難度、操作難度和成本3個方面進行評價[5]，初步方案評價表如表3所示。

表3 初步設(shè)計方案與可行性分析表

3.2 最終方案設(shè)計

根據(jù)表3中對初步設(shè)計方案的評價與可行性分析，結(jié)合人們在日常生活中對頭部蚊帳的實際使用需求，如易攜帶、美觀等，確定最終頭部蚊帳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，如圖3和圖4所示。

圖3 最終設(shè)計方案結(jié)構(gòu)圖

新型頭部蚊帳系統(tǒng)主體區(qū)域采用傳統(tǒng)防蚊網(wǎng)布進行防蚊，蚊帳支架可進行折疊以便收納；用戶使用過程中的頸部區(qū)域采用蠶絲面料，以增加用戶使用的舒適性；用戶使用過程中的面頰上部區(qū)域，在防蚊網(wǎng)布外設(shè)置可粘貼式遮光布，提高了現(xiàn)有系統(tǒng)的遮光性，并在蚊帳頂部區(qū)域設(shè)置玩偶式收納袋用于蚊帳及支架收納以便攜帶。整套新型頭部蚊帳系統(tǒng)減少了現(xiàn)有系統(tǒng)對用戶睡眠的干擾，增加了用戶的使用舒適性和收納攜帶能力，且造型美觀時尚。

圖3 最終設(shè)計方案仿真效果圖

4 結(jié)語

根據(jù)市場上現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)及其產(chǎn)品存在的問題，進行基于TRIZ的創(chuàng)新方案設(shè)計。從對現(xiàn)有頭部蚊帳系統(tǒng)的元件分析、功能模型建立、對存在問題的因果分析，到使用沖突矩陣、分離原理對存在的沖突區(qū)域進行解決，得到了具有系統(tǒng)性創(chuàng)新性的初步解決方案并進行了可行性評價，最后得到最終結(jié)構(gòu)設(shè)計方案——新型頭部蚊帳系統(tǒng)，減輕了用戶在使用頭部蚊帳系統(tǒng)時遇到的睡眠受擾問題。