基于TRIZ理論的家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)研究

王詩(shī)情

關(guān)鍵詞：TRIZ 理論;家用呼吸器;火災(zāi);產(chǎn)品設(shè)計(jì);安全應(yīng)急

1 TRIZ 理論概述

TRIZ 理論是由蘇聯(lián)工程師、學(xué)者阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和他的同事在1946 年通過(guò)整理、分析、歸納、研究250 多萬(wàn)份專利及科技文獻(xiàn)后提出一種針對(duì)創(chuàng)造發(fā)明問題，發(fā)現(xiàn)解決問題可遵循相關(guān)理論的科學(xué)的創(chuàng)新方法論[1]。其主要內(nèi)容包含了資源分析、功能分析、物質(zhì)—場(chǎng)分析、ARIZ 算法、理想解分析等分析方法以及40 個(gè)創(chuàng)新發(fā)明原理、分離原理、知識(shí)與效應(yīng)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)解、39 工程參數(shù)沖突矩陣等問題解決方法工具[2]。設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性強(qiáng)、多領(lǐng)域交叉的學(xué)科，易出現(xiàn)多樣化的設(shè)計(jì)需求而產(chǎn)生相關(guān)矛盾，而TRIZ 理論對(duì)于設(shè)計(jì)問題及解決矛盾具有普適性。設(shè)計(jì)人員在遇到痛點(diǎn)問題時(shí)可以以TRIZ 理論為指導(dǎo)，將核心問題轉(zhuǎn)化成TRIZ 理論的標(biāo)準(zhǔn)問題后尋找其相關(guān)的解決問題工具并找到理想解決方案。

2 家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

在火災(zāi)事故中，85% 以上的遇難者死亡原因是由于缺氧以及吸入有毒煙氣而非被火燒灼，因此，防止吸入有毒煙霧導(dǎo)致缺氧窒息是火災(zāi)逃生過(guò)程中重要一環(huán)。使用呼吸器可以延緩有毒煙霧進(jìn)入呼吸道從而贏取逃生時(shí)間。由于我國(guó)在家用火災(zāi)應(yīng)急產(chǎn)品方向發(fā)展較為遲緩，市場(chǎng)上主流的火災(zāi)應(yīng)急產(chǎn)品主要為滅火器、破窗器、逃生緩降器等，而家用應(yīng)急呼吸器則品類較少[3-4]。在家用火災(zāi)呼吸器的設(shè)計(jì)上也存在以下幾個(gè)問題：（1） 與家庭環(huán)境不協(xié)調(diào)：由于市面上家用火災(zāi)呼吸器種類少，同類競(jìng)爭(zhēng)小而導(dǎo)致呼吸器外觀造型單一、美觀性不足等。而外觀性強(qiáng)的火災(zāi)應(yīng)急產(chǎn)品則有利于室內(nèi)環(huán)境的整體美觀性。（2） 使用操作復(fù)雜：全面罩式的火災(zāi)呼吸器裝置在佩戴過(guò)程中操作較為復(fù)雜，家用環(huán)境下的應(yīng)急產(chǎn)品應(yīng)盡量取用方便，在火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)可迅速取出并佩戴逃離現(xiàn)場(chǎng)。（3） 應(yīng)急性差：多數(shù)配備了家用呼吸器的家庭在火災(zāi)發(fā)生時(shí)不會(huì)使用產(chǎn)品并且由于其沒有固定存放的位置，當(dāng)呼吸器妨礙家庭其他日?；顒?dòng)時(shí)則會(huì)被挪移而導(dǎo)致在火災(zāi)狀況下難以迅速尋找到火災(zāi)呼吸器，錯(cuò)過(guò)最佳的逃生時(shí)間。

3 家用火災(zāi)呼吸器的設(shè)計(jì)需求分析

3.1 操作簡(jiǎn)單且功能可視

由于火災(zāi)具有突發(fā)性，面對(duì)火災(zāi)時(shí)人會(huì)因?yàn)榭只哦档蛯?duì)外界信息的處理能力。因此用戶較為關(guān)心使用操作方式是否簡(jiǎn)單，僅僅通過(guò)用戶對(duì)事物的基本認(rèn)知即可理解操作使用產(chǎn)品，使用步驟簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行學(xué)習(xí)，即產(chǎn)品的功能可視、可理解，從而為受災(zāi)者提供更多寶貴的逃生時(shí)間。

3.2 便于放置及尋找

現(xiàn)有的呼吸器產(chǎn)品在日常家庭環(huán)境中因存放而隨意挪移從而導(dǎo)致在火災(zāi)突發(fā)時(shí)不能輕易尋找到使用，因此呼吸器需有固定醒目的存放位置來(lái)確保受災(zāi)者在緊急狀況下有所察覺并及時(shí)到達(dá)呼吸器固定存放的位置。

3.3 安全性能強(qiáng)

火災(zāi)呼吸器作為自救類產(chǎn)品，防護(hù)時(shí)間需盡量長(zhǎng)發(fā)揮自救性能，呼吸器中的過(guò)濾材料發(fā)揮效果具有一定的時(shí)間限定，需選擇發(fā)揮時(shí)效長(zhǎng)的介質(zhì)。由于呼吸器超過(guò)有效期會(huì)失效需進(jìn)行更換，故需考慮更換性及其便利性。

3.4 美觀親切且融合性強(qiáng)

家用火災(zāi)呼吸器作為家用產(chǎn)品的一部分，產(chǎn)品能否與家居環(huán)境協(xié)調(diào)、融合成為用戶選擇配備的重要原因。外觀造型美觀的呼吸器更能激發(fā)用戶的購(gòu)買欲，既可保障人身安全又可以裝飾室內(nèi)環(huán)境。

4 基于TRIZ 理論的家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)流程

TRIZ 解決問題的方法是一種高效、快速、系統(tǒng)化的方法，TRIZ 是專門研究創(chuàng)新和概念設(shè)計(jì)的理論，已經(jīng)建立了一系列的普適性工具[5]。一般TRIZ 理論在解決問題流程上可分為以下幾個(gè)步驟：發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有存在問題—將沖突問題進(jìn)行描述并轉(zhuǎn)化為TRIZ中的問題模型—選擇相應(yīng)的TRIZ 工具進(jìn)行解題—得到設(shè)計(jì)解決方案[6]。根據(jù)此流程可建立基于TRIZ 理論的家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)流程模型，如圖1 所示。

4.1 沖突描述及TRIZ 問題轉(zhuǎn)化

在TRIZ 理論中，克服矛盾沖突是該理論解決實(shí)際問題的根本核心，而描述并確定技術(shù)沖突是運(yùn)用該原理進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的首要前提[7]。通過(guò)上述對(duì)家用火災(zāi)呼吸器現(xiàn)存問題以及需求的分析，利用TRIZ 理論中技術(shù)沖突的39 個(gè)通用工程參數(shù)工具方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)沖突描述。其中需要改善的參數(shù)如表1 所示，該些參數(shù)的改變可導(dǎo)致出現(xiàn)以下惡化參數(shù)：裝置復(fù)雜性（NO.36）、靜止物體重量（NO.2）、靜止物體的體積（NO.8）、物質(zhì)或事物的數(shù)量（NO.26）。

4.2 發(fā)明原理的確定

在分析確定出技術(shù)沖突后在阿奇舒勒沖突矩陣中找到改善參數(shù)和惡化參數(shù)所交叉處的所對(duì)應(yīng)的序號(hào)，得到解決技術(shù)沖突所需的發(fā)明原理如表2 所示。對(duì)所得到的發(fā)明原理進(jìn)行篩選后獲得用于設(shè)計(jì)家用火災(zāi)呼吸器的設(shè)計(jì)方法原理，最后優(yōu)選出1 號(hào)、2 號(hào)、10 號(hào)、38 號(hào)發(fā)明原理作為家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思路。

NO.1 分割原理—使物體變成可拆卸的。利用該發(fā)明原理可將呼吸器的濾毒罐改為可拆卸結(jié)構(gòu)，從而在過(guò)濾材料失效后只更換濾毒罐而非整個(gè)呼吸器。NO.2 拆出原理—從物體中拆除干擾的部分從而分出唯一需要的部分或者唯一需要的特性。利用該發(fā)明原理可將全面罩式呼吸器改為半面罩式呼吸器，全面罩式呼吸器體積較大，操作復(fù)雜、成本高，而采用半面罩式則佩戴操作更便捷，佩戴時(shí)間縮短、裝置體積小易攜帶。NO.10 預(yù)先作用原理—預(yù)先將物體安放妥當(dāng)，使它們能在現(xiàn)場(chǎng)和最方便地點(diǎn)立即完成所需要的作用。利用該發(fā)明原理可將呼吸器裝置預(yù)先安裝在家中醒目的固定場(chǎng)所，避免呼吸器在日常生活中被隨意移動(dòng)而導(dǎo)致在火災(zāi)事故中受災(zāi)者尋找逃生裝置而浪費(fèi)寶貴時(shí)間。NO.38 利用強(qiáng)氧化劑原則—用富氧空氣代替普通空氣。利用該發(fā)明原理可通過(guò)化學(xué)物質(zhì)的相互反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氧氣從而改善受災(zāi)者在佩戴密閉的過(guò)濾式呼吸器后輕微窒息、呼吸不順暢的體驗(yàn)。

4.3 家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)方案

綜合以上幾個(gè)發(fā)明原理的指導(dǎo)思路，對(duì)家用火災(zāi)呼吸器進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2 所示，該呼吸器可固定安裝懸掛于壁櫥內(nèi)、客廳等，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的緊急情況下受災(zāi)人員可在慌張狀態(tài)下第一時(shí)間趕到該固定場(chǎng)所，盡快尋找鎖定到該呼吸器并拿出使用該產(chǎn)品;在造型形態(tài)上小巧圓潤(rùn)，體積小易便攜逃生。色彩主要以黑白色為主，紅色以點(diǎn)綴，黑白色能夠很好的與大多數(shù)家庭的居家環(huán)境風(fēng)格相融合，紅色以示警示性。為了佩戴方便及省時(shí)，該呼吸器采用半面罩式，只需一套便可佩戴至頭部進(jìn)行逃生。在火災(zāi)呼吸器的前部為可拆卸替換的制氧盒，該制氧盒可拆卸替換，內(nèi)部物質(zhì)失效后可單獨(dú)購(gòu)買替換而非重新購(gòu)置整個(gè)呼吸器裝置。該火災(zāi)呼吸器在外殼的材料使用上主要采用阻燃ABS 材料，該材料是在ABS 塑料的基礎(chǔ)上加入了阻燃劑，這種材料具有加工工藝易成型、結(jié)實(shí)、耐用、抗沖壓以及耐高溫的特性。佩帶部分采用阻燃橡膠材質(zhì)?？诒琴N合處的材料主要選用硅膠，一方面考慮其舒適性，另一方面則考慮在火災(zāi)環(huán)境中呼吸器使用的密閉性，從而隔絕有害濃煙。

5 結(jié)語(yǔ)

文章基于現(xiàn)有家用火災(zāi)呼吸器家庭融入性差、操作不便捷、應(yīng)急性差等問題的分析以及需求的分析，依托TRIZ 理論充分分析家用火災(zāi)呼吸器，探究問題相關(guān)的改善參數(shù)以及惡化參數(shù)，通過(guò)39 個(gè)工程參數(shù)以及40 個(gè)發(fā)明原理篩查選用，提出家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)方案。文章通過(guò)對(duì)TRIZ 創(chuàng)新發(fā)明理論的運(yùn)用拓寬了對(duì)家用火災(zāi)呼吸器設(shè)計(jì)的思路，為該類產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了新的問題解決的方法，對(duì)于相關(guān)的設(shè)計(jì)具有一定的參考借鑒意義。