基于TRIZ理论的家用火灾呼吸器设计研究

王诗情

关键词：TRIZ 理论;家用呼吸器;火灾;产品设计;安全应急

1 TRIZ 理论概述

TRIZ 理论是由苏联工程师、学者阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和他的同事在1946 年通过整理、分析、归纳、研究250 多万份专利及科技文献后提出一种针对创造发明问题，发现解决问题可遵循相关理论的科学的创新方法论[1]。其主要内容包含了资源分析、功能分析、物质—场分析、ARIZ 算法、理想解分析等分析方法以及40 个创新发明原理、分离原理、知识与效应库、标准解、39 工程参数冲突矩阵等问题解决方法工具[2]。设计是一个综合性强、多领域交叉的学科，易出现多样化的设计需求而产生相关矛盾，而TRIZ 理论对于设计问题及解决矛盾具有普适性。设计人员在遇到痛点问题时可以以TRIZ 理论为指导，将核心问题转化成TRIZ 理论的标准问题后寻找其相关的解决问题工具并找到理想解决方案。

2 家用火灾呼吸器设计现状

在火灾事故中，85% 以上的遇难者死亡原因是由于缺氧以及吸入有毒烟气而非被火烧灼，因此，防止吸入有毒烟雾导致缺氧窒息是火灾逃生过程中重要一环。使用呼吸器可以延缓有毒烟雾进入呼吸道从而赢取逃生时间。由于我国在家用火灾应急产品方向发展较为迟缓，市场上主流的火灾应急产品主要为灭火器、破窗器、逃生缓降器等，而家用应急呼吸器则品类较少[3-4]。在家用火灾呼吸器的设计上也存在以下几个问题：（1） 与家庭环境不协调：由于市面上家用火灾呼吸器种类少，同类竞争小而导致呼吸器外观造型单一、美观性不足等。而外观性强的火灾应急产品则有利于室内环境的整体美观性。（2） 使用操作复杂：全面罩式的火灾呼吸器装置在佩戴过程中操作较为复杂，家用环境下的应急产品应尽量取用方便，在火灾事故发生时可迅速取出并佩戴逃离现场。（3） 应急性差：多数配备了家用呼吸器的家庭在火灾发生时不会使用产品并且由于其没有固定存放的位置，当呼吸器妨碍家庭其他日常活动时则会被挪移而导致在火灾状况下难以迅速寻找到火灾呼吸器，错过最佳的逃生时间。

3 家用火灾呼吸器的设计需求分析

3.1 操作简单且功能可视

由于火灾具有突发性，面对火灾时人会因为恐慌而降低对外界信息的处理能力。因此用户较为关心使用操作方式是否简单，仅仅通过用户对事物的基本认知即可理解操作使用产品，使用步骤简单，不需要进行学习，即产品的功能可视、可理解，从而为受灾者提供更多宝贵的逃生时间。

3.2 便于放置及寻找

现有的呼吸器产品在日常家庭环境中因存放而随意挪移从而导致在火灾突发时不能轻易寻找到使用，因此呼吸器需有固定醒目的存放位置来确保受灾者在紧急状况下有所察觉并及时到达呼吸器固定存放的位置。

3.3 安全性能强

火灾呼吸器作为自救类产品，防护时间需尽量长发挥自救性能，呼吸器中的过滤材料发挥效果具有一定的时间限定，需选择发挥时效长的介质。由于呼吸器超过有效期会失效需进行更换，故需考虑更换性及其便利性。

3.4 美观亲切且融合性强

家用火灾呼吸器作为家用产品的一部分，产品能否与家居环境协调、融合成为用户选择配备的重要原因。外观造型美观的呼吸器更能激发用户的购买欲，既可保障人身安全又可以装饰室内环境。

4 基于TRIZ 理论的家用火灾呼吸器设计流程

TRIZ 解决问题的方法是一种高效、快速、系统化的方法，TRIZ 是专门研究创新和概念设计的理论，已经建立了一系列的普适性工具[5]。一般TRIZ 理论在解决问题流程上可分为以下几个步骤：发现现有存在问题—将冲突问题进行描述并转化为TRIZ中的问题模型—选择相应的TRIZ 工具进行解题—得到设计解决方案[6]。根据此流程可建立基于TRIZ 理论的家用火灾呼吸器设计流程模型，如图1 所示。

4.1 冲突描述及TRIZ 问题转化

在TRIZ 理论中，克服矛盾冲突是该理论解决实际问题的根本核心，而描述并确定技术冲突是运用该原理进行创新设计的首要前提[7]。通过上述对家用火灾呼吸器现存问题以及需求的分析，利用TRIZ 理论中技术冲突的39 个通用工程参数工具方法对其进行设计冲突描述。其中需要改善的参数如表1 所示，该些参数的改变可导致出现以下恶化参数：装置复杂性（NO.36）、静止物体重量（NO.2）、靜止物体的体积（NO.8）、物质或事物的数量（NO.26）。

4.2 发明原理的确定

在分析确定出技术冲突后在阿奇舒勒冲突矩阵中找到改善参数和恶化参数所交叉处的所对应的序号，得到解决技术冲突所需的发明原理如表2 所示。对所得到的发明原理进行筛选后获得用于设计家用火灾呼吸器的设计方法原理，最后优选出1 号、2 号、10 号、38 号发明原理作为家用火灾呼吸器设计的指导思路。

NO.1 分割原理—使物体变成可拆卸的。利用该发明原理可将呼吸器的滤毒罐改为可拆卸结构，从而在过滤材料失效后只更换滤毒罐而非整个呼吸器。NO.2 拆出原理—从物体中拆除干扰的部分从而分出唯一需要的部分或者唯一需要的特性。利用该发明原理可将全面罩式呼吸器改为半面罩式呼吸器，全面罩式呼吸器体积较大，操作复杂、成本高，而采用半面罩式则佩戴操作更便捷，佩戴时间缩短、装置体积小易携带。NO.10 预先作用原理—预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。利用该发明原理可将呼吸器装置预先安装在家中醒目的固定场所，避免呼吸器在日常生活中被随意移动而导致在火灾事故中受灾者寻找逃生装置而浪费宝贵时间。NO.38 利用强氧化剂原则—用富氧空气代替普通空气。利用该发明原理可通过化学物质的相互反应来产生氧气从而改善受灾者在佩戴密闭的过滤式呼吸器后轻微窒息、呼吸不顺畅的体验。

4.3 家用火灾呼吸器设计方案

综合以上几个发明原理的指导思路，对家用火灾呼吸器进行设计，如图2 所示，该呼吸器可固定安装悬挂于壁橱内、客厅等，在火灾发生时的紧急情况下受灾人员可在慌张状态下第一时间赶到该固定场所，尽快寻找锁定到该呼吸器并拿出使用该产品;在造型形态上小巧圆润，体积小易便携逃生。色彩主要以黑白色为主，红色以点缀，黑白色能够很好的与大多数家庭的居家环境风格相融合，红色以示警示性。为了佩戴方便及省时，该呼吸器采用半面罩式，只需一套便可佩戴至头部进行逃生。在火灾呼吸器的前部为可拆卸替换的制氧盒，该制氧盒可拆卸替换，内部物质失效后可单独购买替换而非重新购置整个呼吸器装置。该火灾呼吸器在外壳的材料使用上主要采用阻燃ABS 材料，该材料是在ABS 塑料的基础上加入了阻燃剂，这种材料具有加工工艺易成型、结实、耐用、抗冲压以及耐高温的特性。佩带部分采用阻燃橡胶材质。口鼻贴合处的材料主要选用硅胶，一方面考虑其舒适性，另一方面则考虑在火灾环境中呼吸器使用的密闭性，从而隔绝有害浓烟。

5 结语

文章基于现有家用火灾呼吸器家庭融入性差、操作不便捷、应急性差等问题的分析以及需求的分析，依托TRIZ 理论充分分析家用火灾呼吸器，探究问题相关的改善参数以及恶化参数，通过39 个工程参数以及40 个发明原理筛查选用，提出家用火灾呼吸器设计方案。文章通过对TRIZ 创新发明理论的运用拓宽了对家用火灾呼吸器设计的思路，为该类产品设计提供了新的问题解决的方法，对于相关的设计具有一定的参考借鉴意义。