高 碩 王雙林 徐玉瀅 于澤東 趙智強(qiáng)

（遼寧工業(yè)大學(xué)，錦州 121001）

TRIZ理論成功揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解[1]。實踐證明，運用TRIZ理論可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程，獲得高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。鑒于此，運用TRIZ理論中技術(shù)矛盾、物理矛盾、發(fā)明原理及其所蘊含的發(fā)明創(chuàng)新思維與方法，完成了防護(hù)口罩新型產(chǎn)品研發(fā)和口罩功能拓展等實際工作，再緊密結(jié)合現(xiàn)有的主流工業(yè)應(yīng)用技術(shù)對口罩的制作工藝進(jìn)行改進(jìn)，使口罩生產(chǎn)廠家能夠提高產(chǎn)量、產(chǎn)能，以滿足不同人群的防護(hù)需求。

1 改進(jìn)口罩制作工藝問題描述

常用防護(hù)口罩由口罩本體片和附屬物兩部分組成?？谡直倔w片又由無紡布、靜電過濾棉、熔噴無紡布以及抗菌布4層材料構(gòu)成?？谡指綄傥镉啥鷰?、軟骨條和海綿墊組成，其中耳帶由毛絨皮筋制成。傳統(tǒng)防護(hù)口罩的制作工藝為“以無紡布為主的原材料備料—口罩打片機(jī)及料架安裝—設(shè)備自動化生產(chǎn)線制作—口罩本體片形成—耳帶熔接機(jī)進(jìn)行點帶—口罩成品—后期包裝”。其中，口罩打片機(jī)的生產(chǎn)效率為每分鐘150～250片。由于耳帶熔接機(jī)的耳帶供給、上料和熔接等機(jī)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)，難以保證耳帶與口罩片的定位，造成動作不穩(wěn)定，廢品率高，生產(chǎn)效率低，實際產(chǎn)量在每分鐘40片以下。常用防護(hù)口罩制作過程中，口罩主體的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于口罩耳帶焊接的生產(chǎn)效率。通常情況下，雖然1臺打片機(jī)配2臺耳帶機(jī)，但是口罩耳帶焊接的效率仍然會制約口罩產(chǎn)量的提升。

2 口罩制作工藝改進(jìn)問題解決方案

方案1：打片機(jī)增設(shè)打孔裝置，在口罩本體部分左右兩端分別開設(shè)耳繩孔（6孔及以上）。該方案的生產(chǎn)能力可達(dá)每卷2 000只，迅速提高到現(xiàn)有工廠產(chǎn)能的5～15倍。用戶可整卷訂購，使用時沿口罩間隔線用剪刀剪斷，將耳繩和鼻梁條等散件組裝上，口罩便能佩帶。這個方案只需更換磨具，無需新增設(shè)備，3～5天后就可實現(xiàn)高效生產(chǎn)。

方案2：將常用口罩的耳掛繩組件功能裁掉，采用一體卷式可粘貼口罩形式。這種口罩采用醫(yī)學(xué)用膠制作的膠帶代替掛繩和鼻梁條組件的方式制成，粘貼在皮膚上時緊密、安全，使消費者在使用時不用自行穿繩，只需撕下一個口罩即可，保證了口罩正常功能的實現(xiàn)。此外，生產(chǎn)廠家減少了許多工序，提高了生產(chǎn)效率。口罩間隔線設(shè)計成防撕斷環(huán)切線，撕開預(yù)留間斷切線的過程可以有效避免撕壞口罩。

方案3：將一體卷式的口罩免掛繩功能裁掉，直接切割成口罩本體片，再將這些口罩本體片裝在一個類似面巾紙抽的盒子里，方便攜帶與使用。將常用口罩（普通防塵或防霾口罩）內(nèi)側(cè)縫制兩條固定口罩本體片的窄帶、窄條或者在口罩內(nèi)側(cè)一層的材料上開兩處條形縫，以便口罩本體片穿過，鋪平。

不同設(shè)計方案都可以大大提高常用防護(hù)口罩生產(chǎn)廠家效率，并不會增加普通口罩生產(chǎn)廠家太多工藝和成本。新型口罩不僅可以通過更換本體片達(dá)到防護(hù)功能，而且口罩原功能仍在并可重復(fù)使用，降低了成本，彰顯了個性，使用方便靈活，滿足了日常需求。

3 應(yīng)用TRIZ理論采取的研究方法

通過對TRIZ理論功能模型分析可以看出，耳帶熔接機(jī)在安裝口罩耳帶過程中存在有用功能不足的問題，制約了目前市場上常用口罩的產(chǎn)量提升。運用功能裁剪，將功能不足的組件移出系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)裁剪后可以保留生產(chǎn)過程中發(fā)揮主要功能的部分，以半成品形式進(jìn)行生產(chǎn)，免除了口罩耳帶熔接環(huán)節(jié)的效率損失，后運用裁剪原則、物場模型、矛盾分析以及進(jìn)化法則等TRIZ創(chuàng)新理論獲得具體的解決方案。

3.1 工程參數(shù)分析

目前常用防護(hù)口罩制作工藝存在沖突與矛盾，利用TRIZ理論中39個工程參數(shù)組成一個由改善參數(shù)與惡化參數(shù)構(gòu)成的矩陣即阿奇舒勒矛盾矩陣。根據(jù)系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)確定沖突，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生矛盾的工程參數(shù)，再從矩陣表中直接查找化解該矛盾的發(fā)明原理，以解決“限制口罩生產(chǎn)率的矛盾出現(xiàn)”這一問題，如表1所示。

表1 改善的工程參數(shù)

3.2 矛盾矩陣

結(jié)合表1可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)口罩制作工藝的3種創(chuàng)新原理可以應(yīng)用創(chuàng)新方法解決問題。

（1）事先預(yù)防法，即將常用口罩本體與口罩耳帶分開生產(chǎn)，避免口罩耳帶焊接效率低下而制約口罩產(chǎn)量的提升。

（2）氣體與液壓結(jié)構(gòu)。改變?nèi)劢訖C(jī)耳帶供給、上料和熔接等機(jī)構(gòu)設(shè)計，裁剪耳帶與口罩片的定位難和動作不穩(wěn)定等問題造成生產(chǎn)效率低的矛盾。

（3）機(jī)械系統(tǒng)的替代。利用醫(yī)用膠帶形成鼻梁條及口罩帶替代一般口罩的掛耳繩組件，實現(xiàn)了口罩“自己”貼合面部，“自己”掛在耳朵上。

3.3 TRIZ理論九屏圖

TRIZ理論中，創(chuàng)造性思維的九屏圖法具有可操作性強(qiáng)和實用性強(qiáng)的特點，可以更好地被利用，幫助研究人員對問題產(chǎn)生質(zhì)疑和超越常規(guī)打破思維定式，為解決常用口罩制作工藝中疑難問題提供了清晰的思維路徑[2]，如圖1所示。

圖1 九屏圖分析

4 構(gòu)建新型口罩模型

TRIZ理論中，理想化、理想度和最終理想解（Ideal Final Result，IFR）等概念表明，創(chuàng)新過程是一種追求理想化的過程，在此過程中可以進(jìn)一步克服思維慣性，開拓思維，拓展解決問題可用的資源[3-5]。

4.1 最終理想解（IFR）

常用防護(hù)口罩制作的主要問題在于構(gòu)建新型口罩樣式、傳統(tǒng)口罩制作工藝設(shè)計不科學(xué)構(gòu)成的沖突以及資源的合理利用上，結(jié)合當(dāng)前常用防護(hù)口罩存在的問題，得出最終理想解，如表2所示。

表2 最終理想解

4.2 技術(shù)路線

新型口罩方案的設(shè)計—改進(jìn)現(xiàn)有口罩制作工藝—制作時對新功能的控制—完成樣品—與常用產(chǎn)品對比—形成相關(guān)圖紙及技術(shù)報告—推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

應(yīng)用TRIZ原理對當(dāng)前常用防護(hù)口罩的功能進(jìn)行分析和改進(jìn)，解決了耳帶焊接效率低下而制約口罩產(chǎn)量提升的問題，改善了口罩本體片裁切方式，優(yōu)化了本體片結(jié)構(gòu)形式，最終形成了一體化口罩，解決了口罩生產(chǎn)過程中存在的效率低下、工藝流程繁雜以及產(chǎn)品單一性等問題，滿足了對更多不同種類、不同領(lǐng)域和不同功能的新型口罩需求。