基于QFD-TRIZ 理論的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計

韓雨欣 劉宏越 胡昌格

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387）

在智能化的時代發(fā)展下，醫(yī)療垃圾處理的科技創(chuàng)新方面仍有待提升[1]。目前在醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作中仍以醫(yī)護(hù)工作人員參與為主，污染感染風(fēng)險較高[2]。醫(yī)療垃圾產(chǎn)生區(qū)域廣泛，處理及運(yùn)輸環(huán)節(jié)復(fù)雜，例如需通過尾氣處理裝置等[3]，因此智能醫(yī)療成為當(dāng)下的主要訴求[4]。在此情況下需尋求醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)更智能化、更高效安全的創(chuàng)新方法。文章通過QFD 與TRIZ 理論的綜合運(yùn)用，以得到醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的工作系統(tǒng)優(yōu)化方案。

1 QFD 與TRIZ 理論概述

QFD 理論是將使用者需求轉(zhuǎn)為設(shè)計功能的理論，將使用者需求作為出發(fā)點(diǎn)，驅(qū)動功能質(zhì)量展開的方法，計算使用者需求權(quán)重，輸入使用者需求信息，提出工程措施，針對各項(xiàng)使用者需求逐一列出，再分析需求與工程措施的關(guān)系程度、工程措施重要程度，最后分析市場競爭能力及對每項(xiàng)工程措施的實(shí)現(xiàn)水平。而解決QFD 理論技術(shù)措施之間的矛盾，需結(jié)合TRIZ 理論。

TRIZ 理論提供系統(tǒng)化、專業(yè)化的剖析，建立創(chuàng)新思路和新的設(shè)計方 向[6]。TRIZ 理論中，由39 個工程參數(shù)和40 個發(fā)明理論構(gòu)成的矛盾矩陣表是常用的工具[7]。TRIZ 理論將QFD 功能質(zhì)量屋的技術(shù)措施矛盾轉(zhuǎn)化，得出問題解決方法，形成使用者需求與解決途徑一體的綜合模型，運(yùn)用流程如圖1 所示。

圖1 QFD-TRIZ 綜合模型運(yùn)用流程

2 醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)狀

醫(yī)院樓內(nèi)外區(qū)域的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)工作與醫(yī)療服務(wù)活動關(guān)系密切，醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的運(yùn)行與醫(yī)院內(nèi)醫(yī)護(hù)人員及病人之間也會互相影響[8]。機(jī)器視覺技術(shù)在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。一些醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備可自主分類運(yùn)輸醫(yī)療垃圾，實(shí)現(xiàn)無人值守垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)[9]。

現(xiàn)存醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程如圖2 所示。醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)主要包含垃圾運(yùn)輸過程、垃圾分類及使用者操作環(huán)節(jié)。

圖2 現(xiàn)存醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)工作系統(tǒng)圖

在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)工作系統(tǒng)中，工作流程較為明確，但人工參與環(huán)節(jié)依然較多，影響工作效率且存在感染風(fēng)險。例如，在樓內(nèi)工作人員收集垃圾過程中，首先需耗費(fèi)大量時間前往垃圾產(chǎn)生區(qū)域，再按照醫(yī)療垃圾類別打包分類，最后將樓內(nèi)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)至院內(nèi)設(shè)備中。醫(yī)療垃圾高效地清潔與利用，可優(yōu)化處理流程[10]。醫(yī)療垃圾的處理方式、收集與運(yùn)輸細(xì)節(jié)需按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。每種垃圾需根據(jù)不同專業(yè)方法進(jìn)行處置[11-12]。醫(yī)療垃圾具有強(qiáng)傳播性、毒害性等危險的特點(diǎn)[13]。在醫(yī)療垃圾收集過程中，需預(yù)防醫(yī)療垃圾混合或滲漏的危險，結(jié)合設(shè)備的智能分揀功能保證使用者衛(wèi)生安全，發(fā)生意外需能自主上報相關(guān)部門[9，14-15]。室內(nèi)至室外轉(zhuǎn)運(yùn)過程是醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在遵守上述標(biāo)準(zhǔn)的前提下，設(shè)備工作系統(tǒng)需不斷更新補(bǔ)充垃圾種類與性狀，并及時自動生成轉(zhuǎn)運(yùn)流程報告。

3 基于QFD-TRIZ 理論的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計思路

3.1 構(gòu)建醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)質(zhì)量屋

3.1.1 使用者需求分析

使用者需求來自于使用醫(yī)療智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的用戶，通過調(diào)研11 名醫(yī)院使用者對醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)的實(shí)際使用，進(jìn)行使用者的人機(jī)工學(xué)層級需求分析。

其中位于醫(yī)院室內(nèi)區(qū)域的使用者，通過對使用者與設(shè)備交互過程的觀察及問答，得出使用感受；通過對垃圾收集、歸位軌跡觀察，確定流程是否符合操作規(guī)范；通過記錄使用者投放垃圾的過程，確定設(shè)備分類識別是否明晰。

整理使用者室外操作智能垃圾箱過程中，觀察使用者與智能垃圾箱裝卸動作，確定垃圾箱高度對使用者的影響；詢問使用者操作垃圾回收界面規(guī)范程度，操作界面是否美觀整潔，操作引導(dǎo)的重要性及界面是否符合操作規(guī)范；詢問使用者對轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備外觀的印象；詢問維修人員在設(shè)備存放區(qū)域?qū)D(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的維修過程的感受；詢問管理者在設(shè)定設(shè)備軌跡、設(shè)備智能突發(fā)狀況處理及垃圾處理進(jìn)度方面的訴求。

根據(jù)使用者在醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備使用中的需求進(jìn)行整理，歸納為五類二層級需求，16 個三層級需求。如表1 所示，通過11 名醫(yī)院使用者對三層級需求的打分，得到需求的1～5 級重要度并計算出權(quán)重系數(shù)。

表1 使用者需求層級表及權(quán)重系數(shù)

由上表可知，使用者在智能垃圾箱高度、突發(fā)狀況處理、操作引導(dǎo)、符合操作規(guī)范及工作狀態(tài)安全五個方面的需求權(quán)重系數(shù)最高，為得出技術(shù)措施提供重點(diǎn)實(shí)際觀察方向。

3.1.2 使用者需求質(zhì)量屋分析

構(gòu)建QFD 功能質(zhì)量屋，將醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)使用者人機(jī)工學(xué)方面需求放入左墻進(jìn)行分析。依據(jù)最高權(quán)重系數(shù)的五個方面，觀察并總結(jié)醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)的技術(shù)措施。功能角度，垃圾識別及智能分類、行駛路徑及安全可靠性為設(shè)計重點(diǎn)；人機(jī)交互角度，操作界面與使用者交互動作、操作界面布局規(guī)劃為關(guān)注重點(diǎn)；造型角度，整體設(shè)備造型及配色為設(shè)備在運(yùn)行時為使用者及醫(yī)患關(guān)注點(diǎn)。將得出的16 個使用者需求與案例中總結(jié)的11 項(xiàng)技術(shù)措施填入質(zhì)量屋，分析使用者需求與技術(shù)措施之間的關(guān)系，量化兩者的關(guān)系程度Rij及工程措施之間的相關(guān)程度，如圖3 所示。

圖3 功能質(zhì)量屋構(gòu)建

通過質(zhì)量屋內(nèi)容可得知，三對負(fù)相關(guān)技術(shù)措施中，設(shè)備工作系統(tǒng)中的操作界面簡潔化，操作流程會受到影響，簡化后可能導(dǎo)致操作關(guān)鍵步驟缺失或操作連貫性不明確；未來感的設(shè)備外觀造型設(shè)計導(dǎo)致人機(jī)交互比例失調(diào)，如操作界面高度、設(shè)備維修口過高等情況；路徑智能化會導(dǎo)致密封集成電路過多，如損壞可能需直接更換元件。負(fù)相關(guān)技術(shù)措施由TRIZ 理論轉(zhuǎn)化并解決。

3.2 基于TRIZ 的矛盾問題轉(zhuǎn)化與解決

在醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)的技術(shù)措施分析中，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的有操作流程簡潔與操作流程規(guī)范、未來感造型與人機(jī)交互比例、路徑智能化與方便維修。如表2 所示，運(yùn)用TRIZ 理論中的39 個通用工程參數(shù)描述沖突可對負(fù)相關(guān)的三對沖突轉(zhuǎn)化，得到相應(yīng)通用工程參數(shù)。選擇40 條發(fā)明原理中的相應(yīng)原理解決矛盾。

表2 矛盾問題轉(zhuǎn)化與解決

將醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)工作系統(tǒng)初步的解決方法利用理論中的功能分析、資源分析和因果分析，最終形成詳細(xì)的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)。三個解決方法總結(jié)為操作步驟、人機(jī)交互環(huán)境及系統(tǒng)的智能化效率。

1）功能分析對應(yīng)系統(tǒng)操作步驟優(yōu)化。確保操作流程規(guī)范的前提下，簡化操作步驟，多維布局，將人工監(jiān)管的重復(fù)性工作步驟寫入設(shè)備工作系統(tǒng)的程序中。如表3 所示，分為三類工作系統(tǒng)的操作步驟，給出對應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果。

表3 功能分析

2）資源分析對應(yīng)人機(jī)交互環(huán)境優(yōu)化。如表4 所示，歸納醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)工作系統(tǒng)中所參與的使用者、交互場地、能量、場及信息。

表4 資源分析

3）因果分析對應(yīng)工作系統(tǒng)的智能化效率提升。解決此問題的目的為盡量減少在醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)中人工參與環(huán)節(jié)，提高人機(jī)交互智能化效率。如圖4 所示，從設(shè)備工作系統(tǒng)的設(shè)備移動路線、垃圾分類環(huán)節(jié)及使用者角度歸納。

圖4 因果分析

4 醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)QFD-TRIZ 理論的綜合模型，由QFD 理論得出使用者人機(jī)工學(xué)方面需求與三對技術(shù)措施負(fù)相關(guān)，再通過TRIZ 理論找到相應(yīng)解決方法，最后利用功能分析、資源分析和因果分析形成最終解決方案，優(yōu)化醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備系統(tǒng)。

4.1 設(shè)計分析

將綜合模型得出的解決方法形成最終優(yōu)化方案，具體運(yùn)用如下：

1）功能分析結(jié)果形成轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)作流程。設(shè)備信息處理流程確定設(shè)備工作軌跡及地點(diǎn)，垃圾處理流程確定由人工下達(dá)指令后設(shè)備進(jìn)行垃圾處理與數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)回傳確定在工作系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有操作均存入總系統(tǒng)。

2）資源分析結(jié)果形成系統(tǒng)中參與工作的硬件、人員配置。使用者團(tuán)隊(duì)由10-15 名行政人員、專業(yè)人員組成，把控日志報告和垃圾處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的新廢物類別，時刻具有最高操作權(quán)限。硬件配置為存儲計算機(jī)、操作終端、30 臺左右的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。每臺設(shè)備及總存儲存儲時刻保持與基站聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時上傳工作狀態(tài)與日志。

3）因果分析結(jié)果形成智能化總邏輯。工作人員下達(dá)指令后，室內(nèi)設(shè)備自主識別并分類醫(yī)療垃圾、智慧規(guī)劃軌跡，完成工作后交由室外大型醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備統(tǒng)一處理。最終由工作人員批準(zhǔn)和審核。設(shè)備、人工操作數(shù)據(jù)均回傳至總系統(tǒng)。

4.2 方案設(shè)計

將解決方案的具體運(yùn)用歸納為醫(yī)院總管理、系統(tǒng)運(yùn)作、人機(jī)交互端及數(shù)據(jù)存儲四個部分。醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)

1）醫(yī)院總管理部分。包含醫(yī)院總行政層級的系統(tǒng)、總系統(tǒng)、主機(jī)數(shù)據(jù)存儲中心及最高操作的權(quán)限，是醫(yī)院內(nèi)部行政管理最高層。垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)的最高處置權(quán)限都由此部分管控。

2）轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)作部分。是轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)部的處置邏輯。包含設(shè)備總存儲、智慧軌跡信息庫、垃圾處理順序邏輯及交互系統(tǒng)指令傳達(dá)分析。全程智能化處理，人工介入處理確認(rèn)、數(shù)據(jù)傳回總系統(tǒng)及交互指令發(fā)送。

3）人機(jī)交互端部分。是使用者與設(shè)備的交互環(huán)節(jié)，使用者通過操作屏幕輸入下達(dá)指令至轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。還包括轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的調(diào)配協(xié)同等工作分配及工作簽字確認(rèn)環(huán)節(jié)。

4）數(shù)據(jù)存儲部分。即轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲。此部分可生成工作報告表格自動上傳至總系統(tǒng)、日志報告至垃圾分類庫等。

5 結(jié)論

智能時代背景下，對于醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作系統(tǒng)的智能化無人化訴求日益迫切，防范重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件的能力仍是重點(diǎn)。文章綜合運(yùn)用QFD 與TRIZ 理論，構(gòu)建了完整的使用者人機(jī)工學(xué)需求及其解決方法的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備工作流程。結(jié)果表明，高效智能的醫(yī)院總管理、人機(jī)交互端、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)作、數(shù)據(jù)存儲等部分的設(shè)計，可減少使用者感染風(fēng)險，降低醫(yī)療垃圾處理不當(dāng)導(dǎo)致不良后果的概率，為醫(yī)療廢物處理工作提供了新的解決思路。