基于TRIZ的一種新型頭部蚊帳系統結構設計

侯 遲 蘭美晨 韓建偉

（河北石油職業技術大學 熱能工程系，承德 067000）

“發明問題解決理論”（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是一套成體系實用的創新理論，起源于前蘇聯以G·S·Altshuller為首的專家團隊。他們埋頭于數以百萬計的發明專利，經過50多年的搜集整理、歸納提煉，發現技術系統的開發創新是有規律可循的[1]，多數創新或發明不是全新的，而是一些已有原理或結構在本領域的新應用[2]。

生活中蚊蟲叮咬不僅會影響人們的睡眠，還會造成人體皮膚的紅腫刺癢且影響美觀。蚊帳作為一種傳統低廉的有效防蚊裝備，一直備受人們的青睞[3]。然而，當人們居家或出行在外等無法使用傳統蚊帳的場景下，人們對便攜式小型局部蚊帳系統的需求應運而生。現在市場上出現了少量頭部蚊帳系統以滿足用戶的需求，但目前的頭部蚊帳系統產品存在舒適感不足、影響睡眠以及外觀簡陋粗糙等缺點。因此，基于TRIZ提出一種舒適感強、益于睡眠、外觀相對美觀且易攜帶的頭部蚊帳系統，是一個具有現實意義和擁有廣闊市場前景的研究內容。

1 問題分析

1.1 元件分析與系統功能模型建立

基于TRIZ先將市場上現有的頭部蚊帳系統進行元件分析。將頭部蚊帳系統中的元件按照制品、系統元件和超系統元件進行分類，結果如表1所示。

根據元件分析列表，建立表示頭部蚊帳系統各元件相互作用關系的功能模型，如圖1所示。

通過系統功能模型，可以發現現有頭部蚊帳系統在人體頸部與防蚊網布接觸時存在網布對人體頸部的干擾，導致人體頸部存在不舒適的情況。此外，防蚊網布對射入人體眼部光線的遮擋作用不足。

經分析，用戶使用頭部蚊帳遇到睡眠干擾問題的功能因素為人體頸部與防蚊網布接觸不舒適和防蚊網布對射入人體眼部光線的遮擋作用不足。

1.2 因果分析

準確認識問題，是解決問題的前提[2]。因果分析的目的在于確定問題的根本原因，找到導致問題發生的元件及其問題屬性，從而確定系統中的沖突區域。

通過應用因果鏈分析法找到產生使用頭部蚊帳系統造成用戶睡眠干擾問題的根本原因，如圖2所示。經分析，確定頭部蚊帳系統中的沖突區域為防蚊網布材質親膚性不佳和防蚊網布材質孔隙大。

圖1 頭部蚊帳系統功能模型圖

圖2 因果分析

2 TRIZ工具應用

通過問題分析中的元件分析、系統功能模型的建立以及因果分析，確定頭部蚊帳系統中的沖突區域。根據TRIZ中的沖突解決理論，從根本上解決沖突。

2.1 沖突區域為防蚊網布材質親膚性不佳

情形一：沖突區域為防蚊網布材質親膚性不佳；沖突類別為技術沖突；TRIZ工具為沖突矩陣。

為了改善用戶人體頸部對防蚊網布的適應程度，需要在現有系統中更換人體頸部與防蚊網布接觸處的網布材質，但這樣會影響系統結構的穩定性。用39個通用工程參數對改進特性和惡化特性進行參數表達后，結合沖突矩陣得到頭部蚊帳系統沖突矩陣表，如表2所示。

根據發明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案1：“蠶絲方案”。基于No.35參數變化原理，可改變頭部蚊帳系統中與人體頸部接觸處防蚊網布的材質，使得材質的親膚性更佳。例如：在頸部接觸處使用分子結構與人體皮膚的膠原蛋白相似[4]的蠶絲面料，以提高用戶使用舒適性，降低現有頭部蚊帳系統對用戶睡眠的干擾。

表2 頭部蚊帳系統沖突矩陣表

初步方案2：“球方案”。基于No.14曲面化原理，可在頭部蚊帳系統中與人體頸部的接觸區域處增加球狀結構，即在防蚊網布與人體頸部接觸末端增加金屬小球，提高人體頸部進入頭部蚊帳系統的順滑程度，以提高舒適感，降低現有頭部蚊帳系統對用戶睡眠的干擾。

2.2 沖突區域為防蚊網布材質孔隙大

情形二：沖突區域為防蚊網布材質孔隙大；沖突類別為物理沖突；TRIZ工具為分離原理。

為了提高防蚊網布對射入系統光線的遮蔽，需要縮小防蚊網布材質的孔隙大小，但這樣會導致現有頭部蚊帳系統自身透氣性降低。根據物理沖突中的分離原理，考慮到沖突雙方在不同“條件”下可以分離，故采用“條件分離”原理。與其對應的發明原理有No.1分割、No.5合并、No.6多用性、No.7套裝、No.8重量補償、No.13反向、No.14曲面化、No.22變有害為有益、No.23反饋、No.25自服務、No.27用低成本、不耐用的物體代替、No.33同質性及No.35參數變化。根據發明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案3：“套裝方案”。基于No.7套裝原理，可在現有頭部蚊帳系統中對應的用戶面頰區域上半部分套裝具有遮光性質的材料，增加系統的遮光性且保證系統的透氣性，以降低現有頭部蚊帳系統對用戶睡眠的干擾。

3 方案與可行性評價

3.1 初步方案與可行性評價

對上述3個初步方案從技術難度、操作難度和成本3個方面進行評價[5]，初步方案評價表如表3所示。

表3 初步設計方案與可行性分析表

3.2 最終方案設計

根據表3中對初步設計方案的評價與可行性分析，結合人們在日常生活中對頭部蚊帳的實際使用需求，如易攜帶、美觀等，確定最終頭部蚊帳系統結構設計方案，如圖3和圖4所示。

圖3 最終設計方案結構圖

新型頭部蚊帳系統主體區域采用傳統防蚊網布進行防蚊，蚊帳支架可進行折疊以便收納；用戶使用過程中的頸部區域采用蠶絲面料，以增加用戶使用的舒適性；用戶使用過程中的面頰上部區域，在防蚊網布外設置可粘貼式遮光布，提高了現有系統的遮光性，并在蚊帳頂部區域設置玩偶式收納袋用于蚊帳及支架收納以便攜帶。整套新型頭部蚊帳系統減少了現有系統對用戶睡眠的干擾，增加了用戶的使用舒適性和收納攜帶能力，且造型美觀時尚。

圖3 最終設計方案仿真效果圖

4 結語

根據市場上現有頭部蚊帳系統及其產品存在的問題，進行基于TRIZ的創新方案設計。從對現有頭部蚊帳系統的元件分析、功能模型建立、對存在問題的因果分析，到使用沖突矩陣、分離原理對存在的沖突區域進行解決，得到了具有系統性創新性的初步解決方案并進行了可行性評價，最后得到最終結構設計方案——新型頭部蚊帳系統，減輕了用戶在使用頭部蚊帳系統時遇到的睡眠受擾問題。