基于TRIZ的车内雾化消毒机改良设计

方佳欣 张琲

摘要：基于2019新型冠状病毒肺炎的爆发，研究现有车内雾化消毒机的类型、特点及存在问题，探索可以有效防控新型冠状病毒的车内雾化消毒机的改良设计，以及高效、快捷地解决产品问题的方法。利用TRIZ中的冲突矩阵和物-场模型解决产品问题，及产品改进流程中产生的次生问题，最后通过情境综合，得到产品的最优解决方案。提出了可以有效防控2019新型冠状病毒的车内雾化消毒机的设计方案。基于TRIZ理论，为设计师在疫情期间高效设计出针对性强的防疫产品提供新思路以及理性化解决问题的方法。

关键词：2019新型冠状病毒TRIZ车内消毒产品设计产品功能进化

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）02-0014-04

引言

新型冠状病毒肺炎所引发的疫情得到了国内外的广泛关注。随着复工复产潮出现，交通工具被大量使用，基于新型冠状病毒的主要传播方式：接触和飞沫传播，出行者在乘坐交通工具出行时则满足了传染病传播条件，因此有关于出行环境方面的防疫工作亦是迫在眉睫。但与交通工具相关的防疫设施、工具，并不完善，需要我们进一步探索并填补空白。TRIZ理论是一种科学且可以快速解决设计中矛盾的发明问题解决理论，相对于传统的创新思维方法，利用TRIZ理论解决问题更具科学性和系统性，可以帮助设计者快捷的、有规律地解决产品设计中出现的问题，适用于应对突发的大众需求叫。本文则以TRIZ为产品功能进化理论基础，探索对小型汽车车内空间进行消毒的产品一车内雾化消毒机的改良设计，以达到出行者在使用汽车出行时最理想化的防疫效果，为其他新型防疫产品的开发提供借鉴。

一、现有问题描述及分析

（一）车内雾化消毒机效果及原理分析

在疫情期间，乘坐小型汽车出行的易感度风险在10%以上，但采取车内消毒等措施后可将易感度降低到1%以下【2】。新型冠状病毒对热、紫外线和常用化学消毒因子（75%酒精、含氯消毒剂等）都比较敏感【3】，则现可对新型冠状病毒产生作用的车内消毒方式有：酒精擦拭消毒、紫外线消毒、含氯消毒液雾化消毒。其中擦拭消毒为人工操作，此种消毒方式只适合进行局部消毒，而且对于车内一些结构复杂的部位，无法避免有酒精接触不到的问题，因此这种方式无法做到全方位消毒，且人工负担较大。紫外线消毒存在光线辐射距离短、覆盖面局限的问题，也无法达到全方位消毒【4】。只有将含氯消毒液雾化成细小的颗粒，并利用分子运动的方式，使消毒液充分作用于车内空间，才可达到全方位消毒的效果。

车内雾化消毒机的消毒原理为：雾化机将消毒液雾化成高密度超微颗粒弥散于车内空间，杀除空气中的细菌、病毒等有害微生物。与雾化消毒机配合使用的消毒液为苯扎氯铵，此消毒液为含氯消毒液，可以对新型冠状病毒产生作用，且该种消毒液与其他含氯消毒液相比刺激性小。

（二）现有车内雾化消毒机介绍及分析

目前市场上的车内雾化消毒机共有4种，如图1。

图1a为台式热雾化消毒机，能源参数为220v～50hz，1500w。机身长30cm、宽28cm、高18cm，作为车载物品来说，其体积较大。此种雾化消毒机一般出现在汽车美容院、洗车行等场地。由于其机身不轻便、使用过程繁琐（需預热3-5分钟后才可进行使用）、能耗较大，安全性能差（曾发生过安全事故，机体烧毁，存在安全隐患），大部分消费者不会为了车内消毒而单独购买该产品，更多消费者选择前往汽车行购买消毒服务。

图1b为手持式热雾化消毒机，能源参数为220v～50hz，1200w。机身长20cm、高14cm、宽7cm。相比较可直观看出手持式热雾化消毒机更加轻便，可控性更强，但该种雾化消毒机无法实现工作自动化，需人工协助才可以进行工作，如需高频消毒则会增加使用者的劳动负担。

图1c为超声波雾化消毒机，能源驱动为电能，能源参数为220v～50hz，120w。机身长33cm、宽29cm、高22cm。此种雾化消毒机的雾化原理是能量转换，相对热雾化的雾化机，超声波原理的雾化机降低了90%的能源消耗，且冷雾化的安全性更高，操作简单，但其体积较大、外形不规则，不方便放置。

图1d为气动雾化消毒机，利用气泵产生的气压带动工作，能源参数为0.4～1MPA。由于其能源需要由气泵来提供，所以该种消毒机多出现在洗车行，不多见于私用。

经对新型冠状病毒肺炎下的消毒需要分析，在疫情期间，需要的是可供大众使用、全民防疫的产品。气动款雾化消毒机的能源供应方式无法对大众普及，现对于其他三款电动雾化消毒机根据其自动化程度、能耗、便携性、安全性、可控性进行对比，如表1。

发展始终是一个动态的过程，需要不断调整产品内部及外部的各项因素来使产品更加完善。在产品设计的过程中，要有明确的创新目标，这样实施起来才有方向，而理想解可以为创新确定目标和方向，理想度的计算公式为有用功能之和与有害功能之和加上成本的比值【5】，将产品的有用功能无限提高，有害功能与成本无限降低，就可达到产品最终理想化的状态。以上述四种雾化消毒机为例，在当前抗击疫情的社会大条件下，综合产品各项参数，超声波雾化消毒机作为应对疫情的车内消毒产品，理想度要高于其他雾化消毒机，但其自身也存在许多问题。因此，本文将以超声波雾化消毒机作为立足产品，对其功能结构进行优化、更新、重组，来应对疫情期间社会的需求变化。

二、细化问题寻找功能进化目标

在产品的模糊前端阶段，细分影响产品功能结构的内外因素，根据功能进化动力拆解产品，确定影响功能进化的主要变量，并根据产品功能进化模型提出产品改进大方向。

影响产品功能进化的动力分为：内部动力和外部动力。消除产品中有害功能和不协调功能，强化有用功能即是产品功能进化的内部动力6。车内雾化消毒机最基本的功能是消毒，将雾化消毒机所具有的部分功能分为有用功能和有害功能，如表2，作为提高产品理想度的切入点，保留现有有用功能，选择其中对产品影响较大的有害功能进行消除或降低，从而提高产品理想度。

社会中需求进化、法律法规进化和技术进化是共同推动功能进化的外部动力。本次设计的推动力是需求进化，主要为功能需求。通过建立以需求端为起点的功能进化模型，如图2，进行功能进化目标的确定。

以前用户对车内雾化消毒机的需求是：除菌、去味、净化空气。由于疫情的爆发，用户对车内雾化消毒机产生了新的功能需求：防疫。从而拉动了产品功能结构的变化，新产品需要具有针对新型冠状病毒的消毒功能结构。从新型冠状病毒的传播方式上分析，可得到两点结论：（1）要防止病毒通过人员直接接触或间接接触传播。（2）要防止病毒通过飞沫进行传播。若想在介质上阻断病毒传播，就要求产品可以随时对车内进行消毒，保证遇到突发情况可以第一时间消灭病毒，如：一男子疑似挟带病毒，搭乘了一辆出租车，这时则需要对出租车进行紧急消毒，不然会存在人员被感染的危险。

对以上分析的内部及外部动力所影响的功能结构做出更新，内部动力推动产品需要增强便携性和适应性，外部动力推动产品需要增强适应性，同时增加可防止接触感染的功能（可理解为局部消毒功能）。将新的需求功能、法规功能、技术功能、结构功能进行功能权衡，建立以需求端为起点的车内雾化消毒机功能进化模型，如图3，最终确定本次产品改良设计的功能进化目标：有效防止新型冠状病毒传播的便携式车内雾化消毒机。也就是解决两个产品自身现有问题，并新增一个功能。

通过对雾化消毒机功能进化的一系列推导，已经找到了功能进化的目标，但这仅仅只是产品创新的“树干”，还有一系列的次生问题等待我们解决，例如：将新的需求功能以怎样的载体更新到现有产品内。这些问题就可以利用TRIZ相关理论进行解决，对于产品自身现有问题使用TRIZ冲突矩阵进行解决，对于新增功能可以使用建立物-场模型进行解决。

三、基于TRIZ理论寻找解决方案

（一）利用冲突矩阵、40条发明原理解决产品自身问题

阿奇舒勒等人提出产品的创新核心是解决设计中的冲突，产品的设计过程是要解决冲突，而不是通过折中处理去平衡冲突。阿奇舒勒团队在对当时世界上220多个高水平发明专利的分析时，他们发现这些专利有着共同解决问题的思路，将这些思路进行归类，总结出了39个通用工程参数代表不同的技術属性，用来描述冲突，40条发明原理为冲突提供解决方向，39个工程参数与40条发明原理之间的桥梁就是冲突矩阵【7】。

对于产品自身现有问题，可以通过基于技术冲突解决理论的产品功能进化模型解决，见图4。分析问题，确定技术矛盾（在TRIZ理论中技术矛盾是技术系统的某个参数或特性得到改善的同时，导致另一个参数或特性发生恶化而产生的矛盾），将相应的工程参数带入到矛盾冲突矩阵中，找到对应的发明原理，选出最适用于研究本产品的原理，依次尝试并推出解决方案，对比推出方案的理想度，选出理想度最高的方案为最终解决方案，对最终解决方案进行模拟试用，判断在解决问题后是否造成了其他问题。如果有继续重复以上操作，如果没有则结束进程，准备进行后续的完善设计。

1.现有技术矛盾确定及分类

产品自身现有的问题共两个：适应性差、便携性差。

对第一个问题进行分解，超声波车内雾化消毒机的使用地点被电源限制，在周围没有家用电源的条件下就无法进行消毒，说明其适应工作环境的能力较差，若想提高雾化消毒机的适应性，就需要在结构上进行改变使雾化消毒机可以独自运转工作，但这么做会使装置结构变得复杂。将上述问题的冲突归结为TRIZ中39个工程参数，可以确定这一组矛盾为“适应性及多用性”与“装置复杂性”之间的矛盾。

对第二个问题进行分解，超声波雾化消毒机的外轮廓不规则且形体大，是因为机体内部需要有储液空间，不像其他雾化消毒机与消毒液是分开的，若想改变雾化消毒机的外轮廓，就需要减小储液空间的体积，这可能会造成储液空间不够的问题。将上述问题的冲突归结为TRIZ中39个工程参数，可以确定这一组矛盾为“形状”与“静止物体体积”之间的矛盾。

2.确定发明原理，提出解决方案

将通过对问题分析以及技术矛盾的确定和分类所得到的工程参数带入到冲突矩阵中，得到相应的发明原理，模拟解决方案选出最优解。车内雾化消毒机改良设计中的冲突及发明原理，如表3。

针对适应性差的问题，可采用第15条（动态化）、第29条（气动与液压结构）、第37条（热膨胀）、第28条（机械系统替代）发明原理解决。分析和对比以上发明原理，第15条更适用于车内雾化消毒机的设计。运用动态化发明原理（动态化是可将静止的物体变成可动的），将电源变成可随雾化消毒机与汽车移动的移动电源，就可以解决随时需要消毒的问题。能实现可随雾化消毒机与汽车移动的供电装置只有电池，这里利用车内电源作为供电电源。超声波雾化消毒机的功耗较小，通过计算，车内的蓄电池可以带动其工作，且进行一次全面消毒只需要耗费汽车2.6%的电量。利用两种电源线，使雾化消毒机在车载电源和家用电源的带动下都可以工作。经以上分析可以得知超声波雾化消毒机可以实现提高其适应性，应对新冠肺炎下对车内进行随时消毒的需求。

针对超声波雾化消毒机的外轮廓不规则且形体大的问题，可采用第7条（套装原理）、第2条（抽离原理）、第35条（性状变化）。经分析和对比，第7条发明原理更适用于车内雾化消毒机的设计，运用套装原理，将产品的一部分穿入到另一部分。这里可将通风通道与储液空间这两个部分进行穿插，从而缩小物体体积。基于超声波雾化的原理（通过“雾化片”将电能转化成超声波能量，利用超声波能量将水溶剂雾化，并通过风机助力将气雾推出），重新排列产品内部零件，进一步规范产品外形。为保证雾化机的出雾量，雾化片的规格和数量不可以发生变化，同时明确消毒机的功能是为了快速消毒，需要雾化快，作用时间短，每次消毒的作用时间是10min，消耗150ml溶剂。

综合以上解决方案，可得出产品初始模型，如图5。

（二）利用TRIZ物-场模型解决新增功能带来的问题

通过物-场模型解决问题的方式是根据所建立模型形成一般解，并衍生出产品的解决方案，再判断解决方案是否符合预期、是否产生新的矛盾【8】，如已经解决问题则进行下一步设计，完善产品造型，若所得解决方案产生新矛盾，则需继续进行重新定义矛盾并解决矛盾，建立基于物-场模型的产品功能进化模型，如图6。

若想完成对车内局部进行消毒，就需要对雾气进行定向和聚拢，但现在的产品无法实现这个功能，现在只有系统作用的接受者S1（雾化消毒机），没有场和工具物质S2，所以这是一个不完整物-场模型。需要我们将工具物质和场添加到模型中建立完整的物-场模型，如图7。通过添加一个聚雾器来完整化这个物-场模型，并利用机械场使雾化机与聚雾器相连，这样雾化消毒机就可以对车内的部件（车内把手、汽车座椅）进行局部消毒，局部消毒的作用时间短，针对性更强，可高效杀除局部存在的病菌。聚雾器模型，如图8。

四、最终方案

将对产品自身现有的问题和新增功能产生的问题的解决方案进行汇总，进行最终的产品模型确定。通过TRIZ冲突矩阵及40条发明原理解决了产品适应性差的问题，最终设计出的产品，不被电源束缚，可使用家用电源驱动，也可使用车内蓄电池作为驱动电源，适应性显著提高，可随时对车内环境进行消毒，且体积小、形状规则、便携性提高。通过TRIZ物-场模型解决了产品不可进行局部消毒的问题，利用添加聚雾器从而新增了可对车内局部进行消毒的功能。利用TRIZ相关理论将产品功能方面的问题解决后，应考虑产品的具体外观，让产品落地。

在解决产品出现的所有问题的过程，就是在提升产品功能美的过程，但在寻求功能美时，也不可以忘记产品的形式美，如果一味准追求功能美而忽略了形式美，则无法满足现代人的精神需求【9】。为迎合现代人的精神需求，对产品进行柔性线条造型的处理，多处运用倒角，使产品更加柔和、有親和力。随着科技的发展，人们消费水平的升级，展现在大众视野中各式各样的造型越来越多，这也造成了消费者的审美疲劳，只有“简”的设计才能缓解消费者的审美疲劳，带给其放松的视觉体验，同时与现代理性的可持续生活方式高度契合，为满足现代大众的审美，在产品外观上不加过多装饰，追求产品以简为美。以简为美符合当代的生活方式，是可持续发展的美的代表【10】。在产品配色上选择中性配色，采用黑白灰系列的高级配色来配合一般汽车内饰的颜色，让产品更好的融合在汽车内部环境中，灰度颜色相比鲜艳的颜色更让驾驶人员感到舒服，不会突然刺痛其视觉神经。

最终产品在功能上很好地迎合了新型冠状病毒下的用户需求，是抗击疫情期间，对车内进行消毒的理想工具，同时外观配色也契合大众的审美需求。产品效果图，如图9。

结语

现有车内雾化消毒机器无法满足疫情下的大众需求，针对这一问题开展了对车内雾化消毒机的改良设计，利用TRI亿中冲突矩阵以及物-场模型进行问题求解，TRIZ使产品设计变得理性化，而不再是靠设计师的经验进行设计。防控疫情阶段，不可以一刻松懈，尤其是在“战疫”即将胜利的时刻，在此次产品的改良中，全面考虑到了产品的落地性，最终产品的可实用性强，且不仅只有功能上的进化，在造型上也做了改动，使产品造型简约大方，符合现代审美的需要。此外，本文所提出的设计思考以及TRIZ相关理论的应用方法，对于进行其他产品的改良具有一定程度上的指导意义和借鉴价值。

参考文献

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【10】聂茜.可持续设计中的简素美学研究——以日本无印良品设计为例【J】.设计，2019，32（11）：108-109.