基于TRIZ理论的可伸缩节能医用小电筒创新设计.pdf

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化110 科学与信息化2023年9月上基于TRIZ理论的可伸缩节能医用小电筒创新设计*王雯 曾岗 张世杰 闫一梵 张永慧(通讯作者)三峡库区道地药材重庆市重点实验室（重庆三峡医药高等专科学校）重庆 404120摘 要 本文旨在解决临床上医生使用医用电筒检查儿童五官照明不足的问题，通过TRIZ理论得到一系列创新设计方案。首先应用TRIZ理论中的系统分析、相互作用分析、因果链分析等方法得到各组件之间的关联，利用剪裁方法，去掉多余组件，让原有组件承担其功能；然后，进而使用因果链分析方法找出医用电筒照明差的最根本的原因；最后通过物理矛盾分析、技术矛盾分析、物场分析等方法得到多个创新方案，综上所述，得到选出最优解。关键词 TRIZ；可伸缩；腔体；医用电筒Innovative Design of Retractable and Energy-Saving Medical Small Torch Based on TRIZ TheoryWang Wen,Zeng Gang,Zhang Shi-jie,Yan Yi-fan,Zhang Yong-hui(corresponding author)Chongqing Key Laboratory of Authentic Medicinal Materials in Three Gorges Reservoir Area(Chongqing Three Gorges Medical College)Chongqing 404120,ChinaAbstract This paper aims to solve the problem of insufficient illumination when clinical doctors use medical torches to examine childrens facial features,and obtains a series of innovative design schemes through TRIZ theory.Firstly,the system analysis,interaction analysis,causal chain analysis in TRIZ theory and other methods are applied to obtain the correlation between each component,and the cutting method is used to remove the redundant components and let the original components assume their functions.Then,the causal chain analysis method is used to find out the most fundamental cause of poor illumination of medical torches.Finally,multiple innovative solutions are obtained through physical contradiction analysis,technical contradiction analysis,and field analysis,and the optimal solution is selected.Key words TRIZ;retractable;cavity;medical torch引言五官对于人类一言一行来说都不可缺失。对于儿童牙牙学语、学习知识、融入社会，五官显得更加重要1。随着经济增长电子设备频繁出现在生活中导致整个人群近视呈高发低龄化的问题。除此以外，36个月以内儿童患中耳炎比例竟高达83%，全球5%人口有听力损失，儿童则有3200万人，导致此结果的一大重要因素则是患急性中耳炎没有及时诊治2。由此可见儿童五官科疾病的发病率高且在不断加深。在此背景下，儿科五官科医生的初筛精准度显得尤为重要。经调查了解，在初筛的过程中，医用电筒起着不可或缺的照明功能。目前，针对儿童医师在检查儿童五官常使用的医用电筒存在光照强度不足、无法检查到蜿蜒细小的腔体深处等问题进行分析。本项目采用TRIZ问题识别阶段中的功能分析、因果链分析、关键问题分析；问题解决阶段的矛盾矩阵，发明问题标准解法整合解决方案，找到最终的理想的解决方法3。1 医用电筒存在问题分析通过检索专利、查阅文献、走访统计等方法对目前市场上医用电筒的使用情况进行系统调研，选择当前儿科五官科使用率高的普通医用电筒作为初始研究物件进行问题剖析，其工作原理是医生推动开关，其弹簧片与灯泡金属螺旋体的电极链接，使其电路形成一个闭合回路，电流则通过导线传导LED小灯泡使其发光，其光源则传导出平行光照射，达到照明功能。但是在本研究使用场所为医生照明儿童五官过低的折射率无法达到医生想要的照明水平从而影响初步筛查，本项目以此作为初始问题基于TRIZ理论的可伸缩的节能医用小电筒进行创新设计。*基金项目 重庆市教育科学“十四五”规划项目，项目名称：基于TRIZ理论的高职医学类大学生“工匠精神”培育创新研究，项目编号：2021-GX-453。科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1102023/9/8 17:34:01 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年9月上 1112 功能分析2.1 组件分析在普通医用电筒中，我们先从组件分析入手，并对应组件分析出相应承担的参数功能，区分出主要功能与辅助功能。找到初步问题发生所在的组件部位，归纳整理出各项组件及超系统组件，明确组件与组件、组件与功能之间的关系。在普通医用电筒中，本项目针对“照明不足”的问题，通过功能分析进行问题的初步分析。其组件分析分为：光源、开关、外壳、护光片、导电丝、电池、密封盖；超系统组件分为：手、与外界相通的腔体（本项目以耳道作为示范），如表1。表1 功能分析-组件分析工程系统主要功能组件超系统组件医用电筒照明光源、开关、外壳、护光片、导电丝、电池、密封盖手、耳道2.2 功能分析及功能建模图1 医用电筒功能建模图在医用电筒组件分析完毕之后，对组件与组件之间是否存在相互作用关系进行分析，对功能评分配对，建立功能模型，找出系统中出存在问题的功能，确定为功能缺点，如图1所示。通过组件分析、功能建模得到功能缺点有：医用电筒对耳道照明水平不足等问题。上述问题是通过作用功能方面进行剖解分析，为下一步分析问题奠定基础。2.3 因果链分析接着我们采用因果链分析，寻找到以惯性思维想不到的根系因素，从而找突破口。根据功能建模，本项目以“医用电筒对耳道照明不足”作为基础问题建立因果链分析找到“光源到耳道之间需要距离”、“光源发散角度小”、“密封盖固定护光片”以及“为了节约成本”等4个隐藏在深处的问题作为关键缺点，在多个关键缺点的因素下，寻找优质的解决方法，因果链分析见如下图2。图2 医用电筒因果链分析法模型3 运用TRIZ工具解决问题3.1 技术矛盾在技术系统分析过程中，以优化某一功能引起两个参数之间发生矛盾，其中项目的一个功能参数改善则另一个功能参数就恶化，在技术矛盾中，采用矛盾矩阵，从40个发明原理中查找解决办法的提示。科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1112023/9/8 17:34:01 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化112 科学与信息化2023年9月上将分析出的问题进行总结归类。从因果分析中选取“使护光片移动”作为切入点，进行分析。3.2 使用技术矛盾工具解决问题根据技术矛盾理论分析出“如何使护光片移动、又能让光源稳定性好”，出现了矛盾问题，见如表2。表2 技术矛盾技术矛盾1技术矛盾2如果使护光片移动不使光源移动那么增大光源照射有效面积光源稳定性好但是光源稳定性不足光源照射范围不足由于本项目的目标是使光源能照明耳道等蜿蜒狭窄的开放性腔体，即既要使护光片可以在适用范围内移动又要光源稳定性好，所以选择技术矛盾1，确定技术矛盾中要改善的参数和被恶化的参数，并切换为阿奇舒勒通用工程参数，见如表3。表3 参数转化具体参数通用工程参数改善参数增大光源照射有效面积6.静止物体的面积恶化参数光源稳定性不足13.结构的稳定性在阿奇舒勒矛盾矩阵中定位改善和恶化的通用工程参数交叉的单元，确定发明原理，见如表4。表4 发明原理 恶化参数 改善参数No.13结构的稳定性No.6 静止物体的面积2.抽取 38.强氧化剂探索到40个发明原理的相关理论描述，得到相应的提示与解决思路，比如2.抽取，将密封壳抽取，使用外壳固定、将护光镜与光源单独抽取出来；38.强氧化剂，使用惰性气体隔离护光镜，给护光镜添加角度转化杠杆等。3.3 物理矛盾在分析物理矛盾时，我们加入导向关键词，具体描述为“在使用医用电筒调整角度的时候，需要光源移动，因为方便调整到合适角度；但是在使用医用小电筒的时候，需要光源固定，因为稳定的光源可以更便于儿科医师初步筛查。”对于上述体现出来的以“什么时候”为导向关键词，定位于本项目以“时间”分离进行分析，选择分离矛盾需求中基于时间分离的发明原理：10.预先作用，采用多个LED小灯分不同方位进行照明；15.动态原理，将静态光源变为动态光源，改变光源的角度。3.4 物场模型分析表医用电筒在通电后，光波在适用范围中通过介质进行折射传导，在光的传导过程中不需要介质，所以在传导系统中存在的问题是不采用介质传导，传导过程中的物质有光源、介质，介质会影响光的传播速度属于力场。介质的存在，使光速传播速度降低，这与想要达成的效果是相反的，所以是有害的作用，使用第三类转换到微观级别再在介质与光源之间添加惰性气体，降低将光子发生非线性效应，构建有害的物场模型，如下图3、图4。图3 作用有害的物声模型图4 解决方案的物声模型经过试验，发现解决方法中还存在作用不足的物场模型，其关键问题为“惰性气体无法使光源移动”，构建作用不足的物场模型，再加入磁场改变其方向，以达到增大光照范围的目的，见如图5、图6。科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1122023/9/8 17:34:02 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年9月上 113图5 作用不足的物场模型图6 解决方案的物场模型4 技术方案整理4.1 关键技术方案整理及评价方案一：通过功能分析，改变护光镜的角度，采用功能型镜片，其优点为能增大光照角度。方案二：通过技术矛盾，采用抽取的方式，将密封壳抽取出来，使护光镜灵活，其有优点为光照角度灵活。方案三：通过技术矛盾，采用抽取的方式，分离出光源和护光镜，再给链接部位添加支撑杠杆，以直接移动光源的方式，其优点为能有效增大光照有效范围的同时满足成本低。方案四：通过物理矛盾，采用多个LED小灯分不同的方位进行照明，通过控制不同方位的小灯进行增大光照的有效范围，其优点为能进行多方位控灯。方案五：通过物理矛盾，采用动态原理，将光源直接变化成动态光源，以缓慢转动的方式来增强光源光照的有效面积，其优点能降低实现盲区。方案六：通过物场分析，从微观角度，变换医用电筒中传播介质，增大压强，加入惰性气体，以增强光照，其优点能减少光散射产生的损失。方案七：通过物场模型，在原有基础上加入磁场，通过改变磁场的大小，来调整光照角度，以增大光照有效范围，其优点能不改变原有结构，达到转变光的照射角度。4.2 最终方案确定专利预案：团队根据资源、成本、技术、方案实施繁杂程度，针对所有方案进行对比综合汇总，最终选择了方案2与方案3相结合，将医用电筒的密封壳分离出来，采用套用软管的技术来固定分离出的护光片及光源，达到可以移动光源的目的，融合医用电筒后端添加挖耳勺添加其附加功能，并且采用太阳能节能装备进行辅助，达到节约能源、便捷的效果，如图7。该产品较以往的产品有以下优点：在三维空间内，不影响其灵活性，乐意任意对其光源进行调整，不限定光照范围；定位极简原则，保持了其方便携带的优点；增添了挖耳勺，增添了其使用范围；采用太阳能节能设备，成本低的情况下达到节约能源的效果。图7 最终方案示意图5 结束语本文依托三峡库区重庆市重点实验室平台，开展对五官科常使用的普通医用电筒进行的创新设计，为加强、改善辅助临床初筛器具。本项目则使用TRIZ理论对当前市场普遍使用的医用电筒调查及分析研究所得的问题进行逐个解决，提出一支可伸缩的节能医用小电筒，增强了医用电筒对儿科医师在初查时的照明功能及使用范围，填补了初步筛查时医用电筒照明不足需要借助其他光源照明的不足。参考文献1 儿童分泌性中耳炎J.开卷有益-求医问药,2023(3):74-75.2 王蒙,陶舒曼,万宇辉,等.中学生用眼行为与自我报告近视的关联J.中国学校卫生,2023,44(5):696-700,705.3 冷崇杰,项辉宇,张媛.基于TRIZ理想解的全自动洗衣机自清洁结构创新设计优化J.机械设计与研究,2015,31(4):158-160,164.科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1132023/9/8 17:34:02