基于TRIZ理論的家用火災呼吸器設計研究

王詩情

關鍵詞：TRIZ 理論;家用呼吸器;火災;產品設計;安全應急

1 TRIZ 理論概述

TRIZ 理論是由蘇聯工程師、學者阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和他的同事在1946 年通過整理、分析、歸納、研究250 多萬份專利及科技文獻后提出一種針對創造發明問題，發現解決問題可遵循相關理論的科學的創新方法論[1]。其主要內容包含了資源分析、功能分析、物質—場分析、ARIZ 算法、理想解分析等分析方法以及40 個創新發明原理、分離原理、知識與效應庫、標準解、39 工程參數沖突矩陣等問題解決方法工具[2]。設計是一個綜合性強、多領域交叉的學科，易出現多樣化的設計需求而產生相關矛盾，而TRIZ 理論對于設計問題及解決矛盾具有普適性。設計人員在遇到痛點問題時可以以TRIZ 理論為指導，將核心問題轉化成TRIZ 理論的標準問題后尋找其相關的解決問題工具并找到理想解決方案。

2 家用火災呼吸器設計現狀

在火災事故中，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致缺氧窒息是火災逃生過程中重要一環。使用呼吸器可以延緩有毒煙霧進入呼吸道從而贏取逃生時間。由于我國在家用火災應急產品方向發展較為遲緩，市場上主流的火災應急產品主要為滅火器、破窗器、逃生緩降器等，而家用應急呼吸器則品類較少[3-4]。在家用火災呼吸器的設計上也存在以下幾個問題：（1） 與家庭環境不協調：由于市面上家用火災呼吸器種類少，同類競爭小而導致呼吸器外觀造型單一、美觀性不足等。而外觀性強的火災應急產品則有利于室內環境的整體美觀性。（2） 使用操作復雜：全面罩式的火災呼吸器裝置在佩戴過程中操作較為復雜，家用環境下的應急產品應盡量取用方便，在火災事故發生時可迅速取出并佩戴逃離現場。（3） 應急性差：多數配備了家用呼吸器的家庭在火災發生時不會使用產品并且由于其沒有固定存放的位置，當呼吸器妨礙家庭其他日常活動時則會被挪移而導致在火災狀況下難以迅速尋找到火災呼吸器，錯過最佳的逃生時間。

3 家用火災呼吸器的設計需求分析

3.1 操作簡單且功能可視

由于火災具有突發性，面對火災時人會因為恐慌而降低對外界信息的處理能力。因此用戶較為關心使用操作方式是否簡單，僅僅通過用戶對事物的基本認知即可理解操作使用產品，使用步驟簡單，不需要進行學習，即產品的功能可視、可理解，從而為受災者提供更多寶貴的逃生時間。

3.2 便于放置及尋找

現有的呼吸器產品在日常家庭環境中因存放而隨意挪移從而導致在火災突發時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確保受災者在緊急狀況下有所察覺并及時到達呼吸器固定存放的位置。

3.3 安全性能強

火災呼吸器作為自救類產品，防護時間需盡量長發揮自救性能，呼吸器中的過濾材料發揮效果具有一定的時間限定，需選擇發揮時效長的介質。由于呼吸器超過有效期會失效需進行更換，故需考慮更換性及其便利性。

3.4 美觀親切且融合性強

家用火災呼吸器作為家用產品的一部分，產品能否與家居環境協調、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用戶的購買欲，既可保障人身安全又可以裝飾室內環境。

4 基于TRIZ 理論的家用火災呼吸器設計流程

TRIZ 解決問題的方法是一種高效、快速、系統化的方法，TRIZ 是專門研究創新和概念設計的理論，已經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步驟：發現現有存在問題—將沖突問題進行描述并轉化為TRIZ中的問題模型—選擇相應的TRIZ 工具進行解題—得到設計解決方案[6]。根據此流程可建立基于TRIZ 理論的家用火災呼吸器設計流程模型，如圖1 所示。

4.1 沖突描述及TRIZ 問題轉化

在TRIZ 理論中，克服矛盾沖突是該理論解決實際問題的根本核心，而描述并確定技術沖突是運用該原理進行創新設計的首要前提[7]。通過上述對家用火災呼吸器現存問題以及需求的分析，利用TRIZ 理論中技術沖突的39 個通用工程參數工具方法對其進行設計沖突描述。其中需要改善的參數如表1 所示，該些參數的改變可導致出現以下惡化參數：裝置復雜性（NO.36）、靜止物體重量（NO.2）、靜止物體的體積（NO.8）、物質或事物的數量（NO.26）。

4.2 發明原理的確定

在分析確定出技術沖突后在阿奇舒勒沖突矩陣中找到改善參數和惡化參數所交叉處的所對應的序號，得到解決技術沖突所需的發明原理如表2 所示。對所得到的發明原理進行篩選后獲得用于設計家用火災呼吸器的設計方法原理，最后優選出1 號、2 號、10 號、38 號發明原理作為家用火災呼吸器設計的指導思路。

NO.1 分割原理—使物體變成可拆卸的。利用該發明原理可將呼吸器的濾毒罐改為可拆卸結構，從而在過濾材料失效后只更換濾毒罐而非整個呼吸器。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，操作復雜、成本高，而采用半面罩式則佩戴操作更便捷，佩戴時間縮短、裝置體積小易攜帶。NO.10 預先作用原理—預先將物體安放妥當，使它們能在現場和最方便地點立即完成所需要的作用。利用該發明原理可將呼吸器裝置預先安裝在家中醒目的固定場所，避免呼吸器在日常生活中被隨意移動而導致在火災事故中受災者尋找逃生裝置而浪費寶貴時間。NO.38 利用強氧化劑原則—用富氧空氣代替普通空氣。利用該發明原理可通過化學物質的相互反應來產生氧氣從而改善受災者在佩戴密閉的過濾式呼吸器后輕微窒息、呼吸不順暢的體驗。

4.3 家用火災呼吸器設計方案

綜合以上幾個發明原理的指導思路，對家用火災呼吸器進行設計，如圖2 所示，該呼吸器可固定安裝懸掛于壁櫥內、客廳等，在火災發生時的緊急情況下受災人員可在慌張狀態下第一時間趕到該固定場所，盡快尋找鎖定到該呼吸器并拿出使用該產品;在造型形態上小巧圓潤，體積小易便攜逃生。色彩主要以黑白色為主，紅色以點綴，黑白色能夠很好的與大多數家庭的居家環境風格相融合，紅色以示警示性。為了佩戴方便及省時，該呼吸器采用半面罩式，只需一套便可佩戴至頭部進行逃生。在火災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，內部物質失效后可單獨購買替換而非重新購置整個呼吸器裝置。該火災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 塑料的基礎上加入了阻燃劑，這種材料具有加工工藝易成型、結實、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。口鼻貼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環境中呼吸器使用的密閉性，從而隔絕有害濃煙。

5 結語

文章基于現有家用火災呼吸器家庭融入性差、操作不便捷、應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呼吸器，探究問題相關的改善參數以及惡化參數，通過39 個工程參數以及40 個發明原理篩查選用，提出家用火災呼吸器設計方案。文章通過對TRIZ 創新發明理論的運用拓寬了對家用火災呼吸器設計的思路，為該類產品設計提供了新的問題解決的方法，對于相關的設計具有一定的參考借鑒意義。