基于TRIZ理論實現口罩制作工藝的改進

高 碩 王雙林 徐玉瀅 于澤東 趙智強

（遼寧工業大學，錦州 121001）

TRIZ理論成功揭示了創造發明的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，目標是完全解決矛盾，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造發明的進程，獲得高質量的創新產品。鑒于此，運用TRIZ理論中技術矛盾、物理矛盾、發明原理及其所蘊含的發明創新思維與方法，完成了防護口罩新型產品研發和口罩功能拓展等實際工作，再緊密結合現有的主流工業應用技術對口罩的制作工藝進行改進，使口罩生產廠家能夠提高產量、產能，以滿足不同人群的防護需求。

1 改進口罩制作工藝問題描述

常用防護口罩由口罩本體片和附屬物兩部分組成。口罩本體片又由無紡布、靜電過濾棉、熔噴無紡布以及抗菌布4層材料構成。口罩附屬物由耳帶、軟骨條和海綿墊組成，其中耳帶由毛絨皮筋制成。傳統防護口罩的制作工藝為“以無紡布為主的原材料備料—口罩打片機及料架安裝—設備自動化生產線制作—口罩本體片形成—耳帶熔接機進行點帶—口罩成品—后期包裝”。其中，口罩打片機的生產效率為每分鐘150～250片。由于耳帶熔接機的耳帶供給、上料和熔接等機構設計不科學，難以保證耳帶與口罩片的定位，造成動作不穩定，廢品率高，生產效率低，實際產量在每分鐘40片以下。常用防護口罩制作過程中，口罩主體的生產效率遠高于口罩耳帶焊接的生產效率。通常情況下，雖然1臺打片機配2臺耳帶機，但是口罩耳帶焊接的效率仍然會制約口罩產量的提升。

2 口罩制作工藝改進問題解決方案

方案1：打片機增設打孔裝置，在口罩本體部分左右兩端分別開設耳繩孔（6孔及以上）。該方案的生產能力可達每卷2 000只，迅速提高到現有工廠產能的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，無需新增設備，3～5天后就可實現高效生產。

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。這種口罩采用醫學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。此外，生產廠家減少了許多工序，提高了生產效率。口罩間隔線設計成防撕斷環切線，撕開預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）內側縫制兩條固定口罩本體片的窄帶、窄條或者在口罩內側一層的材料上開兩處條形縫，以便口罩本體片穿過，鋪平。

不同設計方案都可以大大提高常用防護口罩生產廠家效率，并不會增加普通口罩生產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到防護功能，而且口罩原功能仍在并可重復使用，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量提升。運用功能裁剪，將功能不足的組件移出系統，系統經裁剪后可以保留生產過程中發揮主要功能的部分，以半成品形式進行生產，免除了口罩耳帶熔接環節的效率損失，后運用裁剪原則、物場模型、矛盾分析以及進化法則等TRIZ創新理論獲得具體的解決方案。

3.1 工程參數分析

目前常用防護口罩制作工藝存在沖突與矛盾，利用TRIZ理論中39個工程參數組成一個由改善參數與惡化參數構成的矩陣即阿奇舒勒矛盾矩陣。根據系統中標準參數確定沖突，發現產生矛盾的工程參數，再從矩陣表中直接查找化解該矛盾的發明原理，以解決“限制口罩生產率的矛盾出現”這一問題，如表1所示。

表1 改善的工程參數

3.2 矛盾矩陣

結合表1可以發現，改進口罩制作工藝的3種創新原理可以應用創新方法解決問題。

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

（2）氣體與液壓結構。改變熔接機耳帶供給、上料和熔接等機構設計，裁剪耳帶與口罩片的定位難和動作不穩定等問題造成生產效率低的矛盾。

（3）機械系統的替代。利用醫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，創造性思維的九屏圖法具有可操作性強和實用性強的特點，可以更好地被利用，幫助研究人員對問題產生質疑和超越常規打破思維定式，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，創新過程是一種追求理想化的過程，在此過程中可以進一步克服思維慣性，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）

常用防護口罩制作的主要問題在于構建新型口罩樣式、傳統口罩制作工藝設計不科學構成的沖突以及資源的合理利用上，結合當前常用防護口罩存在的問題，得出最終理想解，如表2所示。

表2 最終理想解

4.2 技術路線

新型口罩方案的設計—改進現有口罩制作工藝—制作時對新功能的控制—完成樣品—與常用產品對比—形成相關圖紙及技術報告—推廣應用。

5 結語

應用TRIZ原理對當前常用防護口罩的功能進行分析和改進，解決了耳帶焊接效率低下而制約口罩產量提升的問題，改善了口罩本體片裁切方式，優化了本體片結構形式，最終形成了一體化口罩，解決了口罩生產過程中存在的效率低下、工藝流程繁雜以及產品單一性等問題，滿足了對更多不同種類、不同領域和不同功能的新型口罩需求。