基于TRIZ理论的自动消毒鼠标创新设计

罗梓杰，林凯宏，董占林，方泽庭（广东技术师范学院 机电学院，广东 广州　510635）

基于TRIZ理论的自动消毒鼠标创新设计

罗梓杰，林凯宏，董占林，方泽庭
（广东技术师范学院 机电学院，广东 广州510635）

针对目前鼠标消毒过程繁杂且成本较高的问题，论文利用技术系统进化法则对鼠标消毒过程进行预测分析，并找出实际问题中的技术矛盾，确定对应的阿奇舒勒矛盾矩阵和发明原理，在此基础上提出一种可行的设计方案；该方案通过改进鼠标的结构，采用新的除菌材料，使鼠标具备自动、高效除菌功能，解决鼠标使用过程中的交叉感染问题。本文将进化路线分析和技术矛盾分析结合起来，减少了经验对演绎具体解的影响。

TRIZ理论；进化路线；自动消毒；鼠标

0　引言

鼠标作为必备的电脑配件，长时间使用后和人手接触部分容易滋生细菌。在医院等对卫生要求比较高的场所，若这些细菌无法及时清除，鼠标极易成为传播病菌的载体。我国技术人员根据卫计委颁布的《消毒技术规范》进行监测，发现医院鼠标和键盘的细菌污染已成为院内传播病菌的途径之一［1］。

开发具有除菌或抑菌功能的鼠标成为设计人员必须解决的问题。上海市机械自动化及机器人重点实验室的陈燕军等人针对手术室无菌环境要求高，鼠标需要消毒且无法在手术过程中进行操作等客观限制，开发出基于Kinect的手术辅助系统［2］，这种非接触式鼠标技术难度大，成本高，并不适合在公共场所推广。本文将TRIZ理论中进化路线和技术矛盾结合起来，运用技术系统进化法则预测消毒鼠标进化路线，明确实际问题中存在的技术冲突，确定对应的矛盾矩阵和发明原理，进而提出一种具体解决方案。

1　TRIZ理论

TRIZ理论是前苏联的阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和同事们对超过250万项专利进行分析后得出的发现预测问题突破性解决方案理论，它建立了解决发明创造问题的通用模型和方法，具有极大的普适性［3］。

1.1技术系统进化法则作为TRIZ核心理论之一的技术系统进化法则指出：技术系统的进化并非随机发生，而是遵循一定的进化模式，即所有的系统都朝 “最终理想化”进化。本文选用A.Zusman等的DE（Directed Evalution）有8种进化模式［3］。如图1所示。

1.2TRIZ理论求解模式

TRIZ理论求解流程如图2所示。先将实际问题进行归纳抽象并转化为标准问题，应用TRIZ工具得到标准解，再结合已有知识将标准解演绎为实际问题的最终解。

图1　技术系统进化法则8种进化模式Fig.1 8 Evolutionary patterns of the technology system evolution

图2　TRIZ理论的解题流程Fig.2 Problem solving process based on TRIZ theory

2　鼠标消毒过程的进化分析

目前在TRIZ理论运用中，技术人员较少将技术系统进化法则和技术矛盾分析结合起来，多数凭借经验和专业知识演绎具体解，这使得演绎过程趋向直觉化。而本文将两者结合起来，运用技术系统进化法则先对消毒鼠标进化过程进行了预测。

在现有技术条件下，鼠标消毒采用人工消毒，需要酒精和棉签等用品，而酒精挥发性强，无法长时间保持消毒效果，极易反复滋生细菌。若在高危场合，则每次使用前需重新擦拭；如采用较为简便的紫外线消毒法，则需消耗外部能源。鼠标消毒的关键是根据不同使用状态，对人手和鼠标接触的表面进行消毒，且尽可能降低能耗，故其进化过程可从提高自动化、增加可控性进行分析。

2.1提高自动化程度和智能化程度法则

该法则指出：通过提高自动化程度可由系统代替人完成繁重、乏味的工作。鼠标消毒最初采用人工消毒，后来发展到采用微动开关实现半自动消毒。但这类杀菌技术多采用对人体有害的光线，如紫外线等［4］。鼠标自动化的难点在于需使鼠标在操作人员使用前自动完成消毒工作，并且保证使用者在使用过程中不会误触到消毒装置的开关。所以鼠标消毒的自动化进化路线应当是：人工消毒→半自动消毒→自动消毒。

2.2增加系统动态性和可控性提高技术系统可控性

该法则指出：技术系统的进化应沿着增加系统内各部件可控性的方向进化。细菌滋生速度呈S型增长曲线，如何合理控制消毒时间以取得最佳效果是自动消毒鼠标的智能化难点。鼠标自动消毒过程具有时变性和非线性的特点，最佳思路是采用动态化控制。其进化路线应当是：无控制的系统→自我调节控制。

通过分析鼠标消毒过程，可得进化技术特征如下：①利用更合理的机械结构或场效应提高系统自动化程度，减少对人体的伤害；②结合先进控制技术，智能调控时间，实现高效消毒。综上所述，可确定设计方向的基本要求是具备自动、高效消毒功能的鼠标。

3　应用TRIZ工具求标准解

从第二节的实际描述中可提取出两组矛盾，矛盾一：对象产生的有害因素与可靠性；矛盾二：可维修性与能量损失。

根据上述对鼠标的分析可知，希望改善的参数为对象产生的有害因素，可维修性，鼠标可自动消毒并有效抑制细菌数量，且不消耗除菌介质。恶化的参数为可靠性和能量损失，可靠性指的是鼠标实现自动消毒功能时机械结构变复杂导致的可靠性下降，能量损失指的是除菌过程需外部提供能量，且能量利用率不高。

表1　阿奇舒勒矛盾矩阵（部分矩阵）Tab.1 The G.S.Altshuller contradiction matrix

根据表1，适用于该问题对应的发明原理是24-借助中介物、2-抽取、40-复合材料、39-惰性环境、1-分割、15-动态原理、19-周期性动作、32-色彩原理［3］。

经分析筛选，发明原理1、40、19这三个标准解对解决问题的贡献最大。

4　创新方案设计

根据第二节预测的发展方向和可能具备的技术特点，结合第三节的三个标准解，可以得出具体方案：从利用场效应的技术特征看，结合分割和选取复合材料原理，选择在微弱紫外线照射下可净化污染物的复合光触媒材料涂于鼠标透明外壳表层，可增大有效作用面积。为解决误触开关带来的长期接受紫外光照射和能耗过大的问题，此处结合芯片控制的思路，运用周期性动作原理，在鼠标后部增加一个微动开关对人手按压与否进行检测，并利用内置芯片控制紫外LED发光强度。为防止出现鼠标被使用但微动开关未被按下的偶发情况，设定传感器检测到鼠标移动等同于微动开关被压下。

新型鼠标工作的整体思路如图3所示。鼠标的立体结构如图4、图5所示。当鼠标被使用时，鼠标外壳后部的微动开关被压下或传感器检测到鼠标移动，紫外LED电路断开，光触媒停止催化反应；当操作者的手离开鼠标时，鼠标外壳后部被释放，微动开关复位，紫外LED处于高亮状态，光触媒开始催化反应进行杀菌消毒，一段时间后紫外LED在芯片控制下处于低亮状态，从而在保证消毒效果的同时节省时间，减少能耗。

图3　自动消毒鼠标工作流程图Fig.3 Automatic disinfection mouse'sroute chart

图4　鼠标东南等轴测图Fig.4 Southeast isometric drawing of the mouse

图5　鼠标右视图Fig.5 The right view of mouse

方案中选用抑菌材料为光触媒，它能杀灭细菌，分解有毒物质，且本身不会发生变化和损耗，对人无毒无害。由文献［5-6］可知，国内的科研机构也在尝试将光触媒运用到各类场合，如深圳清华国际技术转移中心推出的纳米光催化技术与紫外光结合制造的 “复合空气净化器”用于净化室内空气；索继江等人利用紫外线照射液体光触媒的方法在医院内进行杀菌消毒实验。从他们实验的结果看，效果符合预期设计要求。故采用光触媒材料涂于鼠标透明外壳表层，辅以芯片控制紫外线光强的设计思路是可取的。

5　结论

本文结合技术系统进化法则对鼠标消毒进化路线分析，预测了消毒鼠标的发展方向和可能具备的技术特点，并从技术矛盾角度分析鼠标清洁存在的问题，运用阿奇舒勒矛盾矩阵求解得到可行的设计方案，解决了目前鼠标无法自动、高效除菌的问题。在设计过程中，本文借助技术系统进化法则对技术矛盾进行具体化分析，使具体解的演绎过程更加有章可循。

［1］王燕，高玉芳，李娟，等.临床科室计算机键盘鼠标细菌污染检测分析［J］.护理学杂志，2004，13.

［2］陈燕军，汪地，杨浩，等.基于Kinect的手术辅助系统研究［J］.计算机技术与发展，2014，9.

［3］王亮申，孙峰华，等.TRIZ创新理论与应用原理［M］．北京：科学出版社，2010．

［4］陕西科技大学.一种带自动消毒功能的鼠标：中国，CN200920245934.6［P］.2010-11-24.

［5］杨华明，崔森.光触媒净化技术的研究及其应用［J］.中国消毒学杂志，2004，4.

［6］索继江，刘钰，邢玉斌，等.纳米光触媒杀菌抑菌效果及临床试验研究［J］.中华医院感染学杂志，2007，11.

Innovative Design of Automatic Disinfection Mouse Based on TRIZ Theory

LUO Zi-Jie，LIN Kai-Hong，DONG Zhan-Lin，FANG Ze-Ting
（School of Electromechnics，Guangdong Polytechnic Normal University，Guangzhou Guangdong 510635，China）

To address the issue on higher cost and complicated process of the disinfection of mouse at present，this paper uses the technology system evolution to forecast evolving route of the mouse disinfection，and finds out the technical contradiction existing in the practical issue，corresponding the G.S.Altshuller contradiction matrix and inventive principle，on the basis of which a practical design scheme has been put forward.By improving the structure of the mouse and adopting new effective antibacterial material，this scheme makes the mouse have auto matic and efficient antibacterial function and solve the cross infection problem during use.This paper combines the evolutionary lines analysis and technical contradiction analysis together，reducing the influence of specific consequence which cause by experience.

TRIZ theory；evolutionary route；automatic disinfection；mouse

TB47

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.007

1002-6673（2015）05-016-03

2015-08-18

罗梓杰（1993-），男，广东潮州人，本科生。主要研究方向：电子设计；林凯宏（1994-），男，广东潮州人，本科生。主要研究方向：机械结构设计。