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        基于TRIZ理論的防疫消毒機(jī)改良設(shè)計(jì)研究

        2022-12-07 07:22:36高矚胡蜜蜜
        設(shè)計(jì) 2022年21期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)分析智能化

        高矚 胡蜜蜜

        摘要:解決現(xiàn)有防疫消毒機(jī)消毒效率低、操作不便、消毒角度單一的問題,為疫情爆發(fā)時(shí)提供一種更好的消毒機(jī)器,滿足人們對(duì)于消毒機(jī)更高的設(shè)計(jì)需求?;诎l(fā)明問題解決理論(TRIZ)的防疫消毒機(jī)改良設(shè)計(jì)方法,對(duì)防疫期間應(yīng)用的消毒機(jī)按照系統(tǒng)分析、用戶研究、歸納要素的步驟結(jié)合TRIZ理論中的創(chuàng)新思路模型,從傳統(tǒng)消毒機(jī)的易用性、機(jī)器工作效率、智能化一體對(duì)消毒機(jī)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)?;赥RIZ理論運(yùn)用紅外線傳感技術(shù)設(shè)計(jì)出了一款消毒機(jī),它將以一種更加便捷智能的仿生機(jī)器人方式服務(wù)于不同場(chǎng)合下的消毒工作。

        關(guān)鍵詞:防疫消毒機(jī) 智能化 系統(tǒng)分析 TRIZ 改良設(shè)計(jì)

        中圖分類號(hào):TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-0069(2022)11-0123-03

        Abstract:Purpose to solve the existing epidemic prevention disinfection disinfection disinfection machine efficiency low operating the inconvenience angle of a single problem,to provide a better in the event of an outbreak of disinfection machine,meet the demand of people for disinfection machine higher design method based on system analysis(SA) and theory of invention problem solving(TRIZ) and epidemic prevention disinfection machine improved design method of disinfection machine according to the system analysis on the application of the epidemic prevention during user research steps of inductive elements in combination with the creative thinking in the TRIZ theory model,the ease of use of the machine from the traditional disinfection machine efficiency Intelligent integrated design of the disinfection machine,combined with infrared sensing technology to make the disinfection machine in a more convenient and intelligent way of bionic robot to serve the disinfection work in different occasions.

        Keywords:Epidemic Prevention and disinfection machine System analysis TRIZ Improved design

        引言

        隨著新型冠狀病毒肺炎的爆發(fā),消毒成為公共社區(qū)及家庭生活每日必備,消毒的頻率大幅提高,也導(dǎo)致人們對(duì)于消毒機(jī)有了更高的設(shè)計(jì)需求。通過調(diào)查分析用戶對(duì)消毒機(jī)的使用體驗(yàn),從傳統(tǒng)消毒機(jī)的易用性、機(jī)器工作效率、智能化一體對(duì)消毒機(jī)進(jìn)行改良設(shè)計(jì),并對(duì)消毒機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)合紅外線傳感技術(shù)使消毒機(jī)以一種更加便捷智能的仿生機(jī)器人方式服務(wù)于不同場(chǎng)合下的消毒工作。

        一、改良設(shè)計(jì)

        (一)改良設(shè)計(jì)概念:改良設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用最廣以及創(chuàng)新效率最高的的設(shè)計(jì)方法之一,改良設(shè)計(jì)既是一種設(shè)計(jì)方法也是一種設(shè)計(jì)思維,考察設(shè)計(jì)人員在日常生活中捕捉設(shè)計(jì)點(diǎn)的敏銳性。什么是改良設(shè)計(jì)呢,對(duì)于改良的定義主要體現(xiàn)在去掉或者改善事物的某些不足之處,經(jīng)過改造之后設(shè)計(jì)產(chǎn)品可以更好地滿足人們?nèi)粘Ia(chǎn)生活需求[1]。 我們?cè)谶M(jìn)行改良設(shè)計(jì)的過程中,不對(duì)事物的本質(zhì)或特性進(jìn)行變動(dòng),對(duì)事物進(jìn)行分析痛點(diǎn)并對(duì)痛點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn),讓一件產(chǎn)品或者一個(gè)系統(tǒng)更加符合人的操作習(xí)慣,提高人們的辦事效率,這種設(shè)計(jì)可以稱之為改良設(shè)計(jì)[2][3]。

        (二)改良設(shè)計(jì)方法:改良設(shè)計(jì)方法是一種在現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化、充實(shí)的再設(shè)計(jì)方法,需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)查、分析和判斷,通常使用的方法是將各部分拆解后進(jìn)行分析,最后匯總形成系統(tǒng)的分析。

        改良設(shè)計(jì)方法大致歸納為從用戶到產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)和從產(chǎn)品到用戶兩種途徑,基于用戶調(diào)研的改良設(shè)計(jì)方法是使用用戶調(diào)研方法如問卷、訪談等形式,從系統(tǒng)使用者的角度出發(fā),獲取需求和痛點(diǎn)的以提升使用者滿意度為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。為尋找和明確目前城市消毒系統(tǒng)中痛點(diǎn)問題,首先需要提煉用戶日常消毒過程中的影響因素,圍繞防疫消毒機(jī)的功能、人機(jī)、安全、易用性等方面對(duì)用戶的消毒行為和滿意度進(jìn)行問卷調(diào)查,收集反映用戶消毒路徑中的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上分析其出行的特點(diǎn),結(jié)合一般數(shù)據(jù)分析方法,使用回歸分析明確影響用戶消毒可量化關(guān)鍵性指標(biāo)。進(jìn)而根據(jù)這些指標(biāo)和所收集的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù),找到痛點(diǎn)問題,對(duì)目前的路面城市消毒防疫體系進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。[4]本篇研究將利用TRIZ理論中解決問題的思維,針對(duì)防疫消毒過程中的具體問題進(jìn)行分析,構(gòu)建問題模型方程式,通過帶入TRIZ理論中的通用解得出具體解,從而達(dá)到改良產(chǎn)品的目的。

        二、消毒機(jī)改良設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析

        傳統(tǒng)消毒機(jī)改良設(shè)計(jì)依照一定的系統(tǒng)流程分析進(jìn)行,首先將改良的產(chǎn)品拆分成多個(gè)組件,對(duì)每一個(gè)組件單獨(dú)進(jìn)行用戶使用研究,多層次分析每一個(gè)組件的調(diào)查研究的改良點(diǎn),最終確定此次改良設(shè)計(jì)的優(yōu)化之處并給出解決方案[5]。

        (一)系統(tǒng)分析:將消毒機(jī)(技術(shù)、形態(tài)、功能)看作一個(gè)改良系統(tǒng),各個(gè)組成部分作為改良子系統(tǒng),然后對(duì)消毒劑的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行篩選。篩選的依據(jù)主要從三個(gè)方面出發(fā),分別是生理角度、心理角度和交互設(shè)計(jì)角度。

        從生理角度出發(fā)需考慮消毒機(jī)與人的操作行為關(guān)系,主要涉及到防疫消毒機(jī)結(jié)構(gòu)與人的尺寸、空間匹配度問題。傳統(tǒng)防疫消毒機(jī)與人之間的操作關(guān)系主要有:背負(fù)式、推車式、手提式、車載式。四種消毒操作方式適用于不同環(huán)境場(chǎng)合下的消毒工作,一般背負(fù)式適合廠房等中小型消毒場(chǎng)所,手提式適用于社區(qū)城市街道的消毒工作,推車式消毒機(jī)適用于養(yǎng)殖場(chǎng)基地,車載式適合道路、社區(qū)等大型場(chǎng)所消毒。消毒機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸還需考慮機(jī)器的移動(dòng)方式、占地空間、功能布置以及機(jī)器的省力性。

        從心理角度出發(fā),防疫消毒機(jī)的安全設(shè)計(jì)是人們?cè)诋a(chǎn)品使用中至關(guān)重要的因素,尤其在疫情防控期間,產(chǎn)品的安全性一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)問題。市面上的防疫消毒機(jī)主要有高壓靜電、紫外線循環(huán)風(fēng)空氣消毒機(jī),臭氧發(fā)生器消毒機(jī),紫外線消毒設(shè)備,干霧消毒機(jī)。消毒機(jī)設(shè)計(jì)安全需要不同注意消毒方式的作業(yè)特征,例如臭氧發(fā)生器使用時(shí)不可以有人在場(chǎng),紫外線消毒機(jī)在保證無人的情況下還要避光使用,定期進(jìn)行紫外線強(qiáng)度的檢測(cè),干霧消毒機(jī)是通過過氧化氫消毒,無色無味還可以把微生物分寫成氧氣和水,相對(duì)來水干霧消毒機(jī)更加環(huán)保安全。

        從交互設(shè)計(jì)角度出發(fā),傳統(tǒng)防疫消毒機(jī)智能化水平比較低,消毒作業(yè)情況的顯示,消毒效率的提示都不具備很強(qiáng)的信息可得性?,F(xiàn)代技術(shù)水平的高度發(fā)展,例如語音提示,屏幕顯示,遠(yuǎn)程監(jiān)控都可以應(yīng)用到現(xiàn)代消毒機(jī)的交互設(shè)計(jì)上。疫情防控下,人們對(duì)消毒機(jī)的使用頻率越來越高,現(xiàn)代交互設(shè)計(jì)的增強(qiáng)可以極大提高人們的消毒效率。其次消毒需求多樣性也要求消毒機(jī)功能進(jìn)一步提高,功能的布局也是交互設(shè)計(jì)的一部分,例如:開關(guān)、注水、狀態(tài)顯示等。功能的多樣性與消毒機(jī)產(chǎn)品需求定性配合,提高消毒機(jī)產(chǎn)品人性化水平。

        因此防疫消毒機(jī)在日常使用過程中常見的十個(gè)考慮因素分別是消毒效率、移動(dòng)便捷性、注水便捷性、作業(yè)安全、占地空間、智能性、消毒成本、功能多樣性、省力性、作業(yè)狀態(tài)顯示,如圖1。先將一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品由繁變簡(jiǎn),所有產(chǎn)品都可以進(jìn)行系統(tǒng)分析法對(duì)他進(jìn)行拆解分析,針對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)中的要素進(jìn)行逐個(gè)分析,這樣的好處是可以讓一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品變得簡(jiǎn)單,產(chǎn)品分析的過程也會(huì)由繁至簡(jiǎn),幫助設(shè)計(jì)研究人員更好地看清產(chǎn)品的問題,從而厘清思路[6]。

        (二)用戶研究:用戶研究就是以UCD的概念為基礎(chǔ),對(duì)用戶生活中的產(chǎn)品使用體驗(yàn)的研究。UCD的設(shè)計(jì)概念中首先明確了“人”是最重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)因素,用戶的需求一直是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中,用戶的理解和研究是設(shè)計(jì)的根本依據(jù),而UCD思想和方法恰巧提供了這樣一個(gè)思路和流程幫助我們更好的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)[7][8]。其基本流程:首先調(diào)研目標(biāo)用戶的生活方式以及消費(fèi)水平,其次通過問卷調(diào)查或訪談法獲取用戶對(duì)目前改良產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)和建議,然后發(fā)現(xiàn)用戶在使用目前產(chǎn)品時(shí)存在的痛點(diǎn)問題,最后根據(jù)用戶反饋確立當(dāng)前產(chǎn)品的優(yōu)化目標(biāo)及要求。

        針對(duì)拆解出的組件功能、形態(tài)、技術(shù)進(jìn)行用戶調(diào)查研究,可以使用常見的問卷法、訪談法,圍繞用戶的真實(shí)需求,確定用戶在使用過程中的關(guān)鍵痛點(diǎn)問題,以用戶使用為基準(zhǔn)確保改良出的產(chǎn)品以人為本進(jìn)行,從而提高產(chǎn)品的宜人性[9]。

        (三)歸納分析改良設(shè)計(jì)要素:通過前面兩個(gè)步驟獲取到的優(yōu)化建議,組織歸納分析,掃除各個(gè)點(diǎn)之間的相同部分以及矛盾點(diǎn),最終確定從以下三個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)消毒機(jī)進(jìn)行改良設(shè)計(jì):

        易用性:消毒噴頭是固定方向,不可以變化角度和調(diào)節(jié)高度,當(dāng)灌滿水會(huì)更不易搬運(yùn),可以從省力性和可調(diào)節(jié)性兩個(gè)方面改良。

        消毒效率:傳統(tǒng)消毒劑只有一個(gè)噴頭,消毒液質(zhì)量較重,當(dāng)疫情來臨,操作和移動(dòng)都十分不便,這也是消毒效率低的主要因素,可以從噴頭數(shù)量、便于移動(dòng)兩方面進(jìn)行改良。

        智能化:科技高速發(fā)展,可我們的防疫消毒設(shè)備卻與“智能”相距甚遠(yuǎn),提高防疫裝備智能化不僅僅是對(duì)未來的安全防護(hù),更是對(duì)此次抗擊疫情的所有工作者的一份責(zé)任與承諾。

        三、基于TRIZ創(chuàng)新模型的改良設(shè)計(jì)方案

        (一)TRIZ概念及研究現(xiàn)狀:在創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域,前蘇聯(lián)工程師阿奇舒勒基于技術(shù)演變趨勢(shì)的啟發(fā)式法則提出了針對(duì)發(fā)明創(chuàng)造的問題解決理論(TRIZ)[10]。經(jīng)過六十余年的實(shí)踐與研究,TRIZ已經(jīng)形成了系統(tǒng)的運(yùn)用原則和理論工具[11],TRIZ 基于運(yùn)用矛盾矩陣、技術(shù)進(jìn)化法、知識(shí)庫等工具,預(yù)測(cè)產(chǎn)品趨勢(shì)快速產(chǎn)生有競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新設(shè)計(jì),解決企業(yè)新產(chǎn)品創(chuàng)造的問題。

        TRIZ方法是針對(duì)一個(gè)無法解決的已知問題,第一步先將其轉(zhuǎn)化為TRIZ形式的問題,查找TRIZ方法工具中的通用解決辦法,然后針對(duì)具體問題將通用的解決辦法轉(zhuǎn)化為具體解,帶入實(shí)際問題中實(shí)踐,最終解決問題[12]。其中,解決發(fā)明技術(shù)矛盾(也稱技術(shù)沖突)的40個(gè)創(chuàng)新原理是TRIZ理論中十分重要的組成部分。利用該原理可以使設(shè)計(jì)具有可預(yù)見性,從而更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)改良活動(dòng),其通常方法確定產(chǎn)品或方法創(chuàng)新策略過程中的技術(shù)矛盾,技術(shù)矛盾包含在產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)過程中改善的參數(shù)和被惡化的參數(shù),將其分別用39個(gè)通用工程參數(shù)予以表征[13];在矛盾矩陣表中找到縱向改善參數(shù)與橫向惡化參數(shù)相交處的單元格內(nèi)給出的創(chuàng)新原理編號(hào);根據(jù)該編號(hào)查找原理具體內(nèi)容;根據(jù)對(duì)應(yīng)原理的具體內(nèi)容,在設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中運(yùn)用到到具體的技術(shù)問題中,研究每個(gè)原理在改良設(shè)計(jì)具體問題上如何解決。[14][15]。

        前面的改良設(shè)計(jì)分析得出防疫消毒機(jī)的易用性、消毒效率、智能化均存在問題。運(yùn)用TRIZ問題解決思想求解,根據(jù)圖3中已經(jīng)列舉出的創(chuàng)新原理名稱和具體含義,通過分析來篩選適用于消毒機(jī)改良的創(chuàng)新原理進(jìn)而解決問題。

        (二)易用性問題:易用性問題的解決可以套用分割原理,分割原理一方面是對(duì)實(shí)際研究過程中遇到的設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行分割,具體做法一般是把一個(gè)產(chǎn)品分成幾個(gè)相互獨(dú)立的部分,另一方面是對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中遇到的設(shè)計(jì)觀念進(jìn)行分割或合并,提高設(shè)計(jì)目標(biāo)的獨(dú)立性和可分割性。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的易用性始終作為設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn),我們?cè)谌粘I钪锌紤]選購物品時(shí),一方面是看產(chǎn)品外觀,另一方面是看產(chǎn)品的功能,影響用戶是否會(huì)購買的重要參考因素是產(chǎn)品的易用性。傳統(tǒng)防疫消毒機(jī)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)依舊是產(chǎn)品將目標(biāo)設(shè)計(jì)分成幾個(gè)相互獨(dú)立的部分將易用性分成易移動(dòng)搬運(yùn)、易消毒操作兩部分,首先是消毒機(jī)移動(dòng)搬運(yùn),傳統(tǒng)消毒機(jī)是由一個(gè)噴頭一個(gè)水箱兩大部分組成,在移動(dòng)時(shí)需要兩手操作拿起噴頭和水箱,質(zhì)量比較大搬運(yùn)并不輕松,傳統(tǒng)消毒機(jī)的操作方式是人背著消毒液拿著消毒噴頭,消毒液位不可視,人在工作時(shí)并不清楚自己噴灑了多少量。

        通過對(duì)傳統(tǒng)消毒劑的水箱及噴頭結(jié)構(gòu)分析,替代以往用水管相連的方式,設(shè)計(jì)成一個(gè)整體,考慮疫情發(fā)生時(shí)情況緊急,從預(yù)先作用原理烤爐,應(yīng)急情況下應(yīng)該提高消毒機(jī)的搬運(yùn)可靠性,因此設(shè)計(jì)下部安裝四個(gè)萬向輪,改變傳統(tǒng)由“背”轉(zhuǎn)“推”。(圖4 所示)

        改良后的消毒機(jī)解放了消毒工作者兩手操作,底部裝有萬向輪可以很輕松推動(dòng)消毒,緊急疫情時(shí)可以快速移動(dòng)投入到防疫戰(zhàn)中,消毒機(jī)不再用人背避免了消毒液灑到消毒工作者的背上傷害皮膚,也杜絕了漏電等的意外危險(xiǎn),更加好用的同時(shí)更提高了消毒工作人員的安全性。

        (三)消毒效率問題:消毒機(jī)的工作效率問題對(duì)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行分割,設(shè)計(jì)部位分為噴頭、噴頭轉(zhuǎn)換部位,對(duì)其消毒方式進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。

        由圖5我們可以看出傳統(tǒng)消毒機(jī)只有一個(gè)噴頭,并且需要人把握消毒機(jī)的噴灑方向,不能全方位的消毒,當(dāng)消毒工作者遇到一些有高度的消毒工作時(shí),消毒工作會(huì)更加艱難。改良后的消毒機(jī)噴灑頭增加至五個(gè)且呈圓形360°均勻排布。(如圖5、6所示)

        防疫消毒方式也是消影響消毒機(jī)工作效率的重要因素。常規(guī)下冠狀病毒在56℃溫度的環(huán)境中待30分鐘可以被滅活,75%乙醇,乙醚、含氯消毒劑等脂溶劑均可有效殺滅病毒。[16]根據(jù)TIRZ中的替代原理,在不改變產(chǎn)品功能的同時(shí),盡可能使用成本低的物品去替代成本昂貴的物品,改良后消毒機(jī)選擇以75%乙醇、含氯消毒劑等脂溶劑作為消毒劑[17][18],成本低且針對(duì)冠狀病毒殺菌效果較好,適合大面積社區(qū)及公共場(chǎng)合消毒。

        (四)智能化問題:傳統(tǒng)消毒機(jī)在防疫工作中大量依靠人力,日常使用沒有太大的困擾,但是當(dāng)疫情出現(xiàn),消毒工作變成了高危職業(yè),用傳統(tǒng)消毒機(jī)工作,工作人員必須做好多層防護(hù),佩戴防毒面罩,操作十分不便。

        根據(jù)TRIZ中的自我服務(wù)原理,機(jī)器本身輔助人去消毒,降低人力成本,應(yīng)用無線傳感、路徑規(guī)劃及避障技術(shù)到傳統(tǒng)消毒機(jī),使消毒機(jī)以一種更加便捷智能的仿生機(jī)器人方式服務(wù)于社區(qū)及高鐵站的消毒工作。編程輸入消毒路徑,指定消毒液使用量,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化消毒工作,在工作時(shí)屏幕顯示工作狀態(tài)時(shí)的溫度、濕度、消毒量。(如圖7、8)

        國(guó)家目前的防疫工作取得了初步勝利,但疫情造成的損失不可估量,這與我們國(guó)家對(duì)防疫準(zhǔn)備工作有著密切關(guān)系??v觀我們的消毒裝備,與我們的家用電器相比落后太多,普通家電現(xiàn)在已經(jīng)走向了智能化時(shí)代,可消毒裝備仍然很落后,自動(dòng)掃地機(jī)已經(jīng)走向千家萬戶,可自動(dòng)消毒機(jī)器人的應(yīng)用相差甚遠(yuǎn),當(dāng)疫情發(fā)生時(shí)依然要大量依靠人力消毒,推動(dòng)防疫工作的技術(shù)進(jìn)步,提高防疫裝備智能化不僅僅是對(duì)未來的安全防護(hù),更是對(duì)此次抗擊疫情的所有工作者的一份責(zé)任與承諾。

        結(jié)論

        改良后的消毒機(jī)是一款適用于社區(qū)、高鐵站等公共場(chǎng)所的智能化防疫消毒機(jī)器人,通過系統(tǒng)分析及發(fā)明問題解決理論(TRIZ)的防疫消毒機(jī)改良設(shè)計(jì)方法確定改良優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn),提升了傳統(tǒng)消毒機(jī)的易用性、消毒效率、智能性,結(jié)合無線傳感技術(shù)、自主移動(dòng)避障等技術(shù),使消毒機(jī)以一種更加便捷智能的仿生機(jī)器人方式服務(wù)于社區(qū)及高鐵站的消毒工作。

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