老人兒童智能測(cè)溫帽子研究與設(shè)計(jì)

史宇軒 鐘麗霞

中圖分類號(hào)：TM63;TP391.41;TH811DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2204-5640-6228

基金項(xiàng)目：論文由泰安市科技局項(xiàng)目支持（項(xiàng)目編號(hào)：2019GX022）。

作者簡(jiǎn)介：史宇軒（2002—），男，本科在讀，研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、大數(shù)據(jù)智能算法及應(yīng)用等。

通信作者簡(jiǎn)介：鐘麗霞（1975—），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)智能算法應(yīng)用、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等。E-mail：zlx070111@163.com。

摘要：疫情期間，體溫是人體健康程度的重要外在表現(xiàn)，老人和兒童在冬天需要戴帽子，他們的抵抗力也相對(duì)弱，所以在全員測(cè)溫下，通過 TRIZ原理，研究了一款帶測(cè)溫功能的帽子，其中，數(shù)字溫度傳感器選用TSYS03，它是一款精準(zhǔn)的溫度傳感器，可以提供0.1 ℃（攝氏度）的精準(zhǔn)，健壯性也強(qiáng)。定位傳感器可以取自帶定位功能的老人手機(jī)中的定位傳感器，反復(fù)實(shí)驗(yàn)選取合適的元器，完成老人兒童智能測(cè)溫帽子的設(shè)計(jì)，通過本次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究，提高了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：智能測(cè)溫 ??TRIZ創(chuàng)新 ???實(shí)踐分離原理 ???分割合并原理 ??智能測(cè)溫帽

Research and Design of Intelligent Temperature Measuring Cap for the Elderly and Children

SHI Yuxuan ZHONG Lixia*

（School of Computer Science ?and Technology， Shangdong University of Technology， Zibo， Shandong ?Province， 255000 China）

Abstract： During the epidemic period， body temperature is an important external manifestation of human health. The elderly and children need to wear a cap?in the winter， their resistance is relatively weak.?Therefore， a hat with temperature measurement function is studied by TRIZ principle under the condition of temperature measurement for all staff. ?Among them， TSYS03 is selected as the digital temperature sensor， which is an accurate temperature sensor， which can provide accuracy of 0.1 ℃ （Celsius） and strong robustness. The positioning sensor can be taken from the positioning sensor in the mobile phone of the elderly with its own positioning function. After repeated experiments， appropriate elements are selected to complete the design of the intelligent temperature measuring cap for the elderly and children. ?Through this research on innovation and entrepreneurship， the scientific literacy and practical ability of innovation and entrepreneurship have been improved.

Key Words： Intelligent temperature measurement; TRIZ innovation; Practice separation principle; Split and merge principle; Intelligent temperature measuring cap

大學(xué)生是社會(huì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的生力軍，開展創(chuàng)業(yè)教育提高大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)業(yè)能力，是現(xiàn)代高等教育的一項(xiàng)重要使命，目前，高校也是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的搖籃和孵化器，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和培養(yǎng)高素質(zhì)的、全面發(fā)展的人力資源提供保障。創(chuàng)業(yè)意愿具有行為導(dǎo)向的作用^[1]，同時(shí)也是大學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力指標(biāo)體系中的重要內(nèi)容之一^[2]。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程的學(xué)習(xí)過程中，通過循序漸進(jìn)的方式，確定了創(chuàng)新方向和定位。具體準(zhǔn)備從生活中的細(xì)微處入手，從疫情期間，老人兒童的防疫需求和日常生活需求入手，尋找切入點(diǎn)。

1老人兒童智能測(cè)溫帽子

1.1 選題的原因

疫情期間，體溫是人體健康程度的重要外在表現(xiàn)，在這次疫情期間，也成了最為重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。按照體溫檢測(cè)的方式方法分，可以分為傳統(tǒng)測(cè)溫方式和電子測(cè)溫方式。電子測(cè)溫常有體溫計(jì)、耳溫槍、額溫計(jì)等。常用的是額溫計(jì)。老人和兒童在冬天需要戴帽子，他們的抵抗力也相對(duì)弱，所以在全員測(cè)溫下，可否擁有一款帶測(cè)溫功能的帽子，并具有常規(guī)帽子的易洗滌等功能就顯的尤為重要，這也是本文要解決的核心問題。

1.2 準(zhǔn)備工作和分析表

目標(biāo)：疫情期間，設(shè)計(jì)一款具有測(cè)溫功能的帽子。

首先發(fā)現(xiàn)問題：用額槍溫計(jì)測(cè)量戴帽子的兒童老人體溫時(shí)，需要大冬天氣溫寒冷的環(huán)境下摘除帽子，容易感冒，進(jìn)一步，可否有測(cè)量手部溫度的儀器，或者帶測(cè)溫和保暖兩層功能的帽子，既能滿足疫情下的測(cè)量溫度需求，又能滿足氣溫低的環(huán)境中的持續(xù)保溫問題。本文設(shè)計(jì)主要集中在后者即帶測(cè)溫和保暖兩層功能的帽子。普通帽子如圖1所示。系統(tǒng)分析如表1所示。

1.3問題和描述和解決方案

描述問題：平時(shí)帽子要暖和，還要具備電子測(cè)溫等的功能。但是洗滌時(shí)，需要水洗，電子測(cè)溫等功能需要暫時(shí)屏蔽，保護(hù)元器件。

加關(guān)鍵詞：帽子的平時(shí)功能要全，既要有保暖功能，又要有測(cè)溫等功能。但洗滌時(shí)，不可以帶測(cè)溫功能。因?yàn)闀?huì)破壞測(cè)溫功能。這也是帽子所在。

分析：測(cè)溫功能是否有，需要根據(jù)時(shí)間的不同來解決，在TRIZ創(chuàng)新方法中需要采用一種叫作基于時(shí)間分離的方法來解決。如同時(shí)需具備定位功能，則同樣采用TRIZ方法解決。

解決方案：時(shí)間分離原理，洗滌時(shí)不需要測(cè)溫，所以選用合適的可拔插的電子元器件。

說明：基于時(shí)間分離的方法中有5個(gè)發(fā)明原理（40個(gè)發(fā)明原理中的5個(gè)）與其對(duì)應(yīng)，采用其中的動(dòng)態(tài)化這個(gè)發(fā)明原理就可以得出帶測(cè)溫功能的帽子這種解決方案。時(shí)間分離指矛盾雙方在不同的時(shí)間段上分離，以降低解決問題的難度。當(dāng)關(guān)鍵字系統(tǒng)矛盾雙方在某一時(shí)間段上只出現(xiàn)一方時(shí)，可以進(jìn)行時(shí)間分離。找出最終理想解。

最終理想解（IFR）是通過理想度公式計(jì)算得來，理想度=有用功能/（成本+有害功能），理想度公式是從技術(shù)的角度對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有用功能和有害功能包括成本之間的綜合評(píng)判。由公式知，即分子“有用功能”無限大，分母“成本加有害功能”無限接近于零時(shí)的結(jié)果。即系統(tǒng)輸出只有收益，成本和有害功能可以忽略不計(jì)時(shí)的狀態(tài)。最終理想解具有超前性，和時(shí)代環(huán)境耦合度高，實(shí)踐性強(qiáng)等的特點(diǎn)。實(shí)踐中，發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)果是無限接近與最終理想解。最終理想解是解決問題的關(guān)鍵，能幫助設(shè)計(jì)擺脫慣性思維，甚至幫助設(shè)計(jì)者擺脫最初的設(shè)計(jì)。最終理想的分析首先要了解設(shè)計(jì)的最終目的，也就是產(chǎn)品服務(wù)的最終功能最終理想解幫助我們審視設(shè)計(jì)思路，從功能的角度出發(fā)，避免不必要的投入。

2 老人兒童智能測(cè)溫帽具體實(shí)施方案

??????2.1 TRIZ創(chuàng)新方法

TRIZ是發(fā)明問題的解決理論，是“發(fā)明問題解決理論”的俄文縮略詞的英譯，由原蘇聯(lián)的阿爾特蘇列爾博士（G.S.Altshulle）于1946?年創(chuàng)立，被稱為“神奇的點(diǎn)金術(shù)”。它關(guān)注并指出了創(chuàng)造發(fā)明通用的內(nèi)在規(guī)律或者原理，它以解決最終問題為導(dǎo)向，著力點(diǎn)在完善解決最終問題的方案，或者能給出的最優(yōu)方案之一。TRIZ理論來源于實(shí)踐，它來源于世界近250萬份高水平的發(fā)明專利，并總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式^[3]，目標(biāo)著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。它不是采取折中或者妥協(xié)的做法，而是基于技術(shù)的發(fā)展演化規(guī)律研究整個(gè)設(shè)計(jì)與開發(fā)過程，不再是隨機(jī)的行為。實(shí)踐證明，運(yùn)用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。因此，TRIZ方法與傳統(tǒng)創(chuàng)新方法的主要區(qū)別如下。

在傳統(tǒng)創(chuàng)新和發(fā)明活動(dòng)中，發(fā)明創(chuàng)造基本依賴于個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。通常會(huì)碰到以下幾大問題。（1）定位問題，即創(chuàng)新和發(fā)明的方向定位。（2）團(tuán)隊(duì)或個(gè)人已有的思維定式的限制，即思維習(xí)慣的框定。（3）個(gè)人或團(tuán)隊(duì)所擁有知識(shí)的局限性。（4）試錯(cuò)率太高，沒有系統(tǒng)的可以借鑒的創(chuàng)新方法，只能用試錯(cuò)代償。

傳統(tǒng)創(chuàng)新的方向完全由個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)決定，沒有任何系統(tǒng)的工具幫助，隨意性大，因而其決策風(fēng)險(xiǎn)也很大;也因此，這種方法既不可靠、也不穩(wěn)定，效果差;無法提供創(chuàng)新方法的共性，也就無法從已經(jīng)有的多種創(chuàng)新作品中襲取方法、策略、方向、共同點(diǎn)。它同時(shí)也受到設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)、技巧和知識(shí)積累水平的限制。類似于大計(jì)算機(jī)專業(yè)編寫的程序若雖然巧妙，但除了編程者無人能讀懂程序，所以知識(shí)的共享性差。解決問題時(shí)，基本沒有可以借鑒的方法，大都依靠個(gè)人的知識(shí)和解決問題的系統(tǒng)方法，因此試錯(cuò)次數(shù)多，試錯(cuò)成本也很高。

解決發(fā)明問題被認(rèn)為是在心理學(xué)領(lǐng)域研究人腦和創(chuàng)新之間的關(guān)聯(lián)^[4]。若用P代表問題，解為S，則S在解的空間的范疇，但并不知道其在哪里，也不知道該如何找到。為了尋找解，必須首先確定指向解的方向。試著朝一個(gè)方向試探，很可能失敗。通過不斷地做嘗試，隨機(jī)性的嘗試有可能結(jié)果是一樣的，如果解碰巧出現(xiàn)在專家意見或經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域里，嘗試的次數(shù)將相對(duì)較少。如果不是這種情況，尋找很可能是困難的。

TRIZ理論和傳統(tǒng)的模式如頭腦風(fēng)暴法相比有鮮明的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。它源于現(xiàn)有的創(chuàng)新工作的共通之處，從現(xiàn)有創(chuàng)新發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理中得來，幫助設(shè)計(jì)者快速明確目標(biāo)（最終理想解），并找出矛盾所在，加關(guān)鍵字后快速確認(rèn)的問題并解決系統(tǒng)中的矛盾。同時(shí)它是以技術(shù)發(fā)展進(jìn)化中得出的，因此，運(yùn)用TRIZ理論可大大的加快發(fā)明創(chuàng)造的速度，并提升產(chǎn)品的創(chuàng)新水平。TRIZ為解決創(chuàng)新性問題、創(chuàng)新性矛盾提供更好的創(chuàng)意和更合理的結(jié)局方案^[5]，有助于破除思維定式，激發(fā)創(chuàng)新活力，開闊思維視角。

40個(gè)發(fā)明原理是經(jīng)典TRIZ理論的核心，同時(shí)也是解決問題的必要的系統(tǒng)性的工具，采用TRIZ原理可以在創(chuàng)新過程中有規(guī)可循，特別是在提升研究方案性能或改善系統(tǒng)缺陷方面，可以開拓思維方式，同時(shí)也使得泛化的問題聚焦或使得資源整合或從細(xì)微處拆解問題，從而解決問題。

2.2發(fā)掘原理

TRIZ理論善于資源整合。資源整合是對(duì)不同來源、不同層次、不同結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的資源進(jìn)行識(shí)別與選擇、拆解并配置、從而有機(jī)融合不同的資源，使得具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)用性、條理性和應(yīng)用性，并設(shè)計(jì)出新的資源的一個(gè)復(fù)雜的過程^?[6]。通過組織，把系統(tǒng)內(nèi)部彼此相關(guān)又分離的資源及系統(tǒng)外部既參與共同使命又擁有獨(dú)立更能的相關(guān)資源整合起來，但從效果層面，能夠?qū)崿F(xiàn)1+1>2的效果，并能夠?qū)崿F(xiàn)最終理解。老人兒童智能測(cè)溫帽發(fā)掘原理如表2所示。

2.3老人兒童智能測(cè)溫帽創(chuàng)新方案

將原帽子圖做改進(jìn)：去掉頭后帶部分，尾部做了改進(jìn)，如圖2和圖3所示。

其中，數(shù)字溫度傳感器選用TSYS03，它是一款精準(zhǔn)的溫度傳感器，可以提供0.1 ℃的精準(zhǔn)，健壯性也強(qiáng)。定位傳感器可以取自帶定位功能的老人手機(jī)中的定位傳感器，反復(fù)實(shí)驗(yàn)選取合適的元器件，如守護(hù)寶（上海中興）K210中的定位部分。注意：該功能需要有開關(guān)鍵，打開需要佩帶者權(quán)限。關(guān)于洗滌問題的解決：溫度傳感器采用可以拔插法安裝，需要的時(shí)候放上，洗滌的時(shí)候傳感器取下來，正常洗劑。

3?結(jié)語

在該項(xiàng)目研究和實(shí)施過程中，對(duì)TRIZ 理論有了逐漸深入的認(rèn)識(shí)和了解，打破了創(chuàng)新和發(fā)明創(chuàng)造的神秘感，創(chuàng)新有規(guī)律和章法可尋找，TRIZ是一種高效的創(chuàng)新方法，時(shí)刻思考的問題是：最終理想解是什么？矛盾是什么？有什么可利用的資源？找到問題切入點(diǎn)，反復(fù)實(shí)踐，重視“圖解”在創(chuàng)新發(fā)明過程中的運(yùn)用等。在反復(fù)實(shí)踐過程中，需要考慮對(duì)產(chǎn)品的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)問題，激發(fā)探究欲望，認(rèn)識(shí)到創(chuàng)業(yè)學(xué)習(xí)在提高自身綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)能力、適應(yīng)能力的重要意義。

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