摘" 要：針對傳統(tǒng)坐便輔助起立裝置使用場所受限、功能單一、安全性低等缺點，基于TRIZ理論設計一款新型坐便輔助起立裝置。采用TRIZ中功能分析、根原因分析等方法，系統(tǒng)分析傳統(tǒng)裝置存在的問題。在此基礎上，運用沖突理論、物質-場模型等工具，提出增大使用范圍、提升遠程監(jiān)測和救援能力、提高使用舒適性及降低漏電風險等創(chuàng)新解決方案。將這些解決方案進行優(yōu)化組合，設計出一款集輔助起立、發(fā)電儲能與安全輔助于一體的新型坐便輔助起立裝置，解決傳統(tǒng)裝置的多項缺陷，進一步證明TRIZ理論在創(chuàng)新設計中的應用價值。

關鍵詞：TRIZ；坐便輔助起立裝置；創(chuàng)新設計；功能分析；根原因分析

中圖分類號：TB472" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）09-0050-04

Abstract： Aiming at the shortcomings of traditional sitting and stool auxiliary standing devices with limited use places， single function， and low safety， a new sitting and stool auxiliary standing device is designed based on TRIZ theory. Using methods such as functional analysis and root cause analysis in TRIZ， the problems existing in traditional devices are systematically analyzed. On this basis， using tools such as conflict theory and material-field model， innovative solutions such as increasing the scope of use， improving remote monitoring and rescue capabilities， improving use comfort and reducing the risk of leakage are proposed. By optimizing and combining these solutions， a new type of sitting and toilet assisted standing device integrating auxiliary standing， power generation and energy storage and safety assistance was designed， which solved many defects of traditional devices and further proved the application of TRIZ theory in innovative design. value.

Keywords： TRIZ; sitting and stool assisted standing device; innovative design; functional analysis; root cause analysis

目前我國已進入老齡社會，老年人口高齡化趨勢日益明顯。截至2023年底，我國60歲及以上人口規(guī)模已達到2.96億人，占總人口的21.1%，預計至2050年，這一數字將達到4.87億人，占據全國總人口的34.9%，人口老齡化將成為我國今后較長時期的一個基本國情[1]。隨著老年人口的不斷增多，各地開始對養(yǎng)老福利模式進行積極的探索，科技養(yǎng)老服務應運而生。坐便輔助起立裝置能夠有效解決老年人和體弱者在如廁時起立困難的問題，提高這些人群的生活質量和自理能力，減輕護理人員的工作負擔，成為目前科技養(yǎng)老助老的主流產品。閆續(xù)范等[2]針對老年人如廁后起身不便以及容易摔倒的問題，設計了一種坐便器輔助起身裝置，具有使用舒適、操作簡單、安全可靠等優(yōu)點。郭家偉等[3]在對人體自然站立過程中關節(jié)運動軌跡分析的基礎上設計了一款輔助站立坐便器，可以還原人體的自然站立狀態(tài)。石利利等[4]針對適老化坐便器中輔助升降系統(tǒng)的結構特性，提出了機械可靠性和危險防護的要求。張莎[5]設計了一款智能輔助如廁裝置，能夠獨立安裝在馬桶上，具有結構簡單、即裝即用、安全可靠的優(yōu)點。談波等[6]基于人因工程學的原理設計一款具有輔助站立功能的坐便器，通過運動學仿真驗證了輔助站立坐便器運動特性與人體自然站立過程的相符程度，實現了輔助老年人站立的目的。

綜上所述，坐便輔助起立裝置作為一種實用且有效的輔助設備，具有較好的應用價值和市場前景，但其產品設計同質化嚴重，功能單一，且多采用電力驅動導致應用范圍受限，已經不能滿足科學化、多元化的養(yǎng)老助老需求。

1" TRIZ理論概述

TRIZ又叫發(fā)明問題解決理論，是一套系統(tǒng)化的創(chuàng)新問題解決理論體系[7]，由蘇聯(lián)科學家G.S.阿奇舒勒及其研究團隊在1946年到1985年期間，通過對數百萬個專利文獻和自然科學知識的研究、整理和歸納而創(chuàng)立。TRIZ理論提供了一套系統(tǒng)化的問題解決流程以及一系列創(chuàng)新工具和方法，包括技術系統(tǒng)進化原理、功能分析、根原因分析、資源分析、沖突理論、物質-場模型和ARIZ算法等。這些理論和方法能夠幫助設計人員系統(tǒng)地識別和解決問題，并生成具有創(chuàng)新性的解決方案。運用TRIZ理論解決問題時，首先要將特定領域內的問題轉化為TRIZ框架內的標準問題[8]，利用TRIZ提供的一系列方法和工具進行深入分析，以求得具有普遍適用性的標準解，再根據原問題的具體需求，將這些標準解轉化為能夠應用于特定領域的具體解。

2" 系統(tǒng)分析

2.1" 問題描述

通過調研可知，傳統(tǒng)的坐便輔助起立裝置主要存在以下問題。

1）驅動方式單一：大多采用電力驅動，無法在諸如商場、醫(yī)院等公共衛(wèi)生間的無電場所使用。

2）使用功能單一：只能夠提供支撐，完成單一的輔助起立動作，缺少遠程監(jiān)護和急救功能。

3）安全性較差：廁所、浴室等地方空間潮濕，裝置存在漏電等安全隱患。

4）不夠低碳環(huán)保：使用過程中需要消耗大量的電能，也無法發(fā)電和儲能，不夠綠色節(jié)能。

2.2" 功能分析

在TRIZ中，功能描述了系統(tǒng)內部或系統(tǒng)與超系統(tǒng)之間的相互作用關系，通過功能分析，可以快速識別系統(tǒng)中的關鍵功能，理解各部分之間的關系，并找出潛在的問題和改進點。將傳統(tǒng)的坐便輔助起立裝置定義為工程系統(tǒng)，并將其劃分出系統(tǒng)和超系統(tǒng)[9]，列出系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件，見表1。然后識別組件之間的相互作用關系并進行分析，繪制功能模型圖，如圖1所示。從圖中可以看出，由于很多場所無法提供電力，因此外界環(huán)境對交流電存在不足作用；外界無法遠程監(jiān)測老年人的如廁情況，因此外界環(huán)境對使用人員存在不足作用；交流電漏電容易電傷老年人，因此交流電對使用人員存在有害作用；老年人無法精確地控制電機運動，因此使用人員對電機存在不足作用。

2.3" 因果分析

根原因分析是一種系統(tǒng)性的問題診斷方法，旨在深入探究問題產生的根本原因。因果鏈分析是一種常用的根原因分析工具，其基于因果關系的邏輯鏈條[10]，通過層層追因，揭示問題產生的根本原因及其相互之間的作用機制，從而找到解決問題的有效途徑。將老弱殘人士如廁依舊不便作為初始缺點，依次推導出中間缺點、末端缺點并找出關鍵缺點，形成因果鏈分析圖，如圖2所示。從圖中可以看出，裝置在公共場所使用受限、不能在無電場所使用、一體化的馬桶結構、無傳感器和報警裝置、使用者難以平穩(wěn)站立是導致老年人如廁困難的關鍵原因，新型坐便輔助起立裝置在設計時可以從這些方面做出改進。

3" 問題求解

3.1" 關鍵問題1：增大坐便輔助起立裝置的使用范圍

采用將交流電供電改為電池組供電的措施，拓展和提高了裝置的使用范圍和安全性，但會導致使用時間減少，并且需要頻繁更換電池。運用TRIZ中的技術沖突理論，改善的參數為No.35適應性及多樣性、No.27可靠性；惡化的參數為No.16靜止物體的作用時間。通過查找沖突矩陣，得到如下發(fā)明原理：No.2、No.16、No.34、No.27、No.6、No.40。依據發(fā)明原理No.27用成本低、不耐用的物體代替成本高、耐用的物體，得到方案一：采用太陽能電池板或者儲能裝置等來代替電池組，在裝置不使用的時候放在太陽光下充電或者利用人體下蹲過程中產生的動能充電。依據發(fā)明原理No.34拋棄與修復，得到方案二：拋棄電力驅動的方式，轉而采用機械驅動的方式，不再使用電池、電機等元器件，可以在公共衛(wèi)生間等無電場所使用。

3.2" 關鍵問題2：提升坐便輔助起立裝置遠程監(jiān)測和救援能力

采用增加傳感器和報警器等防護設計，提升了遠程監(jiān)控和緊急救援能力，防止老人摔傷或者救援不及時，但會導致裝置的體積增大，系統(tǒng)變得更加復雜。運用TRIZ中的技術沖突理論，改善的參數為No.37監(jiān)控與測試的困難程度；惡化的參數為：No.36裝置的復雜性。通過查找沖突矩陣，得到如下發(fā)明原理：No.15、No.10、No.37、No.28。依據發(fā)明原理No.10預操作，得到方案一：將壓敏裝置預放在扶手后側，當使用者昏倒時手肘后撤，觸發(fā)壓敏裝置，從而向外發(fā)送求救信號，及時得到救治。依據發(fā)明原理No.28機械系統(tǒng)的替代，得到方案二：將坐便輔助起立裝置的一側扶手安裝傳感器和“SOS”按鈕等，將扶手、傳感器、監(jiān)測系統(tǒng)一體化集成，最大化減少裝置復雜程度。

3.3" 關鍵問題3：提高坐便輔助起立裝置使用過程中的舒適性

為了使坐便輔助起立輔助裝置舒適性增加，就需要使升降動作盡可能緩慢。為了保證使用者起立動作的連貫性，還需要使升降動作速度變快，系統(tǒng)產生了既要快又要慢的物理沖突?？紤]到人體如廁的起立動作在不同的時間段具有不同的特性，采用時間分離原理，把裝置的提升動作分為2個階段，第一階段應用皮帶、齒輪等傳動機構將升降支架抬升到合適高度，第二階段利用連桿機構使座椅慢慢翻轉30°，其間利用彈性坐墊保證使用過程的舒適性。

3.4" 關鍵問題4：降低坐便輔助起立裝置使用過程中的漏電風險

傳統(tǒng)的輔助起立裝置需要與電源建立連接，在潮濕環(huán)境中使用時會有漏電風險。運用TRIZ中的物質-場模型理論，設S1為電路，S2為人體，FE為電場，應用76個標準解中的1.2.3的標準解：有害作用是由一個場引起的，引入要素S3吸收有害作用。得到方案一：在系統(tǒng)引入自發(fā)電設計，把發(fā)電裝置包含于裝置內側，用絕緣橡膠把金屬部分分隔開，避免與人體的直接接觸保證其在潮濕環(huán)境下的安全性。當前系統(tǒng)的物質-場模型和改進后的物質-場模型如圖3所示。

4" 設計方案

基于以上步驟得到了多個解決方案，對這些方案進行優(yōu)化組合，獲得最優(yōu)方案。設計了一款新型多功能坐便輔助起立裝置，如圖4、圖5所示。該裝置分為3個模塊，分別是輔助起立模塊、發(fā)電儲能模塊以及安全輔助模塊。輔助起立模塊主要由傳動機構、絲杠機構、連桿機構等部分組成，創(chuàng)新性地采用手動來代替電力驅動，通過齒輪傳動和皮帶傳動等多級傳動機構來減小驅動力矩，安全性好，可靠性高，可應用于醫(yī)院、商場等無電的衛(wèi)生場所。發(fā)電儲能模塊主要由發(fā)電機、蓄電池等部分組成，可將人體下蹲過程中的動能轉化為電能，并存儲于蓄電池中，供其他模塊使用，效率高且低碳環(huán)保。安全輔助模塊主要由SOS按鈕、遠程監(jiān)護傳感器、照明模塊組成，用以實現緊急救援、遠程監(jiān)護以及輔助照明等功能。

相對于傳統(tǒng)的坐便輔助起立裝置，該裝置不僅能夠輔助老人或殘弱人士解決如廁困難的問題，還能自行發(fā)電儲能，適用范圍廣，安全性高，舒適性好，低碳環(huán)保，具有較好的應用價值和市場前景。

5" 結束語

1）基于TRIZ理論，系統(tǒng)分析了傳統(tǒng)坐便輔助起立裝置存在的問題，并通過功能分析、根原因分析、沖突理論和物質-場模型等工具，提出了多項創(chuàng)新解決方案。

2）將創(chuàng)新解決方案進行優(yōu)化組合，設計了一款新型坐便輔助起立裝置，該裝置具有輔助起立、發(fā)電儲能和安全輔助3大模塊，有效解決了傳統(tǒng)裝置適用范圍小、功能單一、安全性低等缺點。

3）通過新型坐便輔助起立裝置的創(chuàng)新設計，進一步證明了TRIZ理論在指導新產品的創(chuàng)新研發(fā)以及舊工程系統(tǒng)的改進設計方面具有較強的可行性和有效性。

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