基于TRIZ的一种新型头部蚊帐系统结构设计

侯 迟 兰美晨 韩建伟

（河北石油职业技术大学 热能工程系，承德 067000）

“发明问题解决理论”（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是一套成体系实用的创新理论，起源于前苏联以G·S·Altshuller为首的专家团队。他们埋头于数以百万计的发明专利，经过50多年的搜集整理、归纳提炼，发现技术系统的开发创新是有规律可循的[1]，多数创新或发明不是全新的，而是一些已有原理或结构在本领域的新应用[2]。

生活中蚊虫叮咬不仅会影响人们的睡眠，还会造成人体皮肤的红肿刺痒且影响美观。蚊帐作为一种传统低廉的有效防蚊装备，一直备受人们的青睐[3]。然而，当人们居家或出行在外等无法使用传统蚊帐的场景下，人们对便携式小型局部蚊帐系统的需求应运而生。现在市场上出现了少量头部蚊帐系统以满足用户的需求，但目前的头部蚊帐系统产品存在舒适感不足、影响睡眠以及外观简陋粗糙等缺点。因此，基于TRIZ提出一种舒适感强、益于睡眠、外观相对美观且易携带的头部蚊帐系统，是一个具有现实意义和拥有广阔市场前景的研究内容。

1 问题分析

1.1 元件分析与系统功能模型建立

基于TRIZ先将市场上现有的头部蚊帐系统进行元件分析。将头部蚊帐系统中的元件按照制品、系统元件和超系统元件进行分类，结果如表1所示。

根据元件分析列表，建立表示头部蚊帐系统各元件相互作用关系的功能模型，如图1所示。

通过系统功能模型，可以发现现有头部蚊帐系统在人体颈部与防蚊网布接触时存在网布对人体颈部的干扰，导致人体颈部存在不舒适的情况。此外，防蚊网布对射入人体眼部光线的遮挡作用不足。

经分析，用户使用头部蚊帐遇到睡眠干扰问题的功能因素为人体颈部与防蚊网布接触不舒适和防蚊网布对射入人体眼部光线的遮挡作用不足。

1.2 因果分析

准确认识问题，是解决问题的前提[2]。因果分析的目的在于确定问题的根本原因，找到导致问题发生的元件及其问题属性，从而确定系统中的冲突区域。

通过应用因果链分析法找到产生使用头部蚊帐系统造成用户睡眠干扰问题的根本原因，如图2所示。经分析，确定头部蚊帐系统中的冲突区域为防蚊网布材质亲肤性不佳和防蚊网布材质孔隙大。

图1 头部蚊帐系统功能模型图

图2 因果分析

2 TRIZ工具应用

通过问题分析中的元件分析、系统功能模型的建立以及因果分析，确定头部蚊帐系统中的冲突区域。根据TRIZ中的冲突解决理论，从根本上解决冲突。

2.1 冲突区域为防蚊网布材质亲肤性不佳

情形一：冲突区域为防蚊网布材质亲肤性不佳；冲突类别为技术冲突；TRIZ工具为冲突矩阵。

为了改善用户人体颈部对防蚊网布的适应程度，需要在现有系统中更换人体颈部与防蚊网布接触处的网布材质，但这样会影响系统结构的稳定性。用39个通用工程参数对改进特性和恶化特性进行参数表达后，结合冲突矩阵得到头部蚊帐系统冲突矩阵表，如表2所示。

根据发明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案1：“蚕丝方案”。基于No.35参数变化原理，可改变头部蚊帐系统中与人体颈部接触处防蚊网布的材质，使得材质的亲肤性更佳。例如：在颈部接触处使用分子结构与人体皮肤的胶原蛋白相似[4]的蚕丝面料，以提高用户使用舒适性，降低现有头部蚊帐系统对用户睡眠的干扰。

表2 头部蚊帐系统冲突矩阵表

初步方案2：“球方案”。基于No.14曲面化原理，可在头部蚊帐系统中与人体颈部的接触区域处增加球状结构，即在防蚊网布与人体颈部接触末端增加金属小球，提高人体颈部进入头部蚊帐系统的顺滑程度，以提高舒适感，降低现有头部蚊帐系统对用户睡眠的干扰。

2.2 冲突区域为防蚊网布材质孔隙大

情形二：冲突区域为防蚊网布材质孔隙大；冲突类别为物理冲突；TRIZ工具为分离原理。

为了提高防蚊网布对射入系统光线的遮蔽，需要缩小防蚊网布材质的孔隙大小，但这样会导致现有头部蚊帐系统自身透气性降低。根据物理冲突中的分离原理，考虑到冲突双方在不同“条件”下可以分离，故采用“条件分离”原理。与其对应的发明原理有No.1分割、No.5合并、No.6多用性、No.7套装、No.8重量补偿、No.13反向、No.14曲面化、No.22变有害为有益、No.23反馈、No.25自服务、No.27用低成本、不耐用的物体代替、No.33同质性及No.35参数变化。根据发明原理分析后，得到初步方案如下。

初步方案3：“套装方案”。基于No.7套装原理，可在现有头部蚊帐系统中对应的用户面颊区域上半部分套装具有遮光性质的材料，增加系统的遮光性且保证系统的透气性，以降低现有头部蚊帐系统对用户睡眠的干扰。

3 方案与可行性评价

3.1 初步方案与可行性评价

对上述3个初步方案从技术难度、操作难度和成本3个方面进行评价[5]，初步方案评价表如表3所示。

表3 初步设计方案与可行性分析表

3.2 最终方案设计

根据表3中对初步设计方案的评价与可行性分析，结合人们在日常生活中对头部蚊帐的实际使用需求，如易携带、美观等，确定最终头部蚊帐系统结构设计方案，如图3和图4所示。

图3 最终设计方案结构图

新型头部蚊帐系统主体区域采用传统防蚊网布进行防蚊，蚊帐支架可进行折叠以便收纳；用户使用过程中的颈部区域采用蚕丝面料，以增加用户使用的舒适性；用户使用过程中的面颊上部区域，在防蚊网布外设置可粘贴式遮光布，提高了现有系统的遮光性，并在蚊帐顶部区域设置玩偶式收纳袋用于蚊帐及支架收纳以便携带。整套新型头部蚊帐系统减少了现有系统对用户睡眠的干扰，增加了用户的使用舒适性和收纳携带能力，且造型美观时尚。

图3 最终设计方案仿真效果图

4 结语

根据市场上现有头部蚊帐系统及其产品存在的问题，进行基于TRIZ的创新方案设计。从对现有头部蚊帐系统的元件分析、功能模型建立、对存在问题的因果分析，到使用冲突矩阵、分离原理对存在的冲突区域进行解决，得到了具有系统性创新性的初步解决方案并进行了可行性评价，最后得到最终结构设计方案——新型头部蚊帐系统，减轻了用户在使用头部蚊帐系统时遇到的睡眠受扰问题。