基于TRIZ理論的自動消毒鼠標創新設計

羅梓杰，林凱宏，董占林，方澤庭（廣東技術師范學院 機電學院，廣東 廣州　510635）

基于TRIZ理論的自動消毒鼠標創新設計

羅梓杰，林凱宏，董占林，方澤庭
（廣東技術師范學院 機電學院，廣東 廣州510635）

針對目前鼠標消毒過程繁雜且成本較高的問題，論文利用技術系統進化法則對鼠標消毒過程進行預測分析，并找出實際問題中的技術矛盾，確定對應的阿奇舒勒矛盾矩陣和發明原理，在此基礎上提出一種可行的設計方案；該方案通過改進鼠標的結構，采用新的除菌材料，使鼠標具備自動、高效除菌功能，解決鼠標使用過程中的交叉感染問題。本文將進化路線分析和技術矛盾分析結合起來，減少了經驗對演繹具體解的影響。

TRIZ理論；進化路線；自動消毒；鼠標

0　引言

鼠標作為必備的電腦配件，長時間使用后和人手接觸部分容易滋生細菌。在醫院等對衛生要求比較高的場所，若這些細菌無法及時清除，鼠標極易成為傳播病菌的載體。我國技術人員根據衛計委頒布的《消毒技術規范》進行監測，發現醫院鼠標和鍵盤的細菌污染已成為院內傳播病菌的途徑之一［1］。

開發具有除菌或抑菌功能的鼠標成為設計人員必須解決的問題。上海市機械自動化及機器人重點實驗室的陳燕軍等人針對手術室無菌環境要求高，鼠標需要消毒且無法在手術過程中進行操作等客觀限制，開發出基于Kinect的手術輔助系統［2］，這種非接觸式鼠標技術難度大，成本高，并不適合在公共場所推廣。本文將TRIZ理論中進化路線和技術矛盾結合起來，運用技術系統進化法則預測消毒鼠標進化路線，明確實際問題中存在的技術沖突，確定對應的矛盾矩陣和發明原理，進而提出一種具體解決方案。

1　TRIZ理論

TRIZ理論是前蘇聯的阿奇舒勒（G.S.Altshuller）和同事們對超過250萬項專利進行分析后得出的發現預測問題突破性解決方案理論，它建立了解決發明創造問題的通用模型和方法，具有極大的普適性［3］。

1.1技術系統進化法則作為TRIZ核心理論之一的技術系統進化法則指出：技術系統的進化并非隨機發生，而是遵循一定的進化模式，即所有的系統都朝 “最終理想化”進化。本文選用A.Zusman等的DE（Directed Evalution）有8種進化模式［3］。如圖1所示。

1.2TRIZ理論求解模式

TRIZ理論求解流程如圖2所示。先將實際問題進行歸納抽象并轉化為標準問題，應用TRIZ工具得到標準解，再結合已有知識將標準解演繹為實際問題的最終解。

圖1　技術系統進化法則8種進化模式Fig.1 8 Evolutionary patterns of the technology system evolution

圖2　TRIZ理論的解題流程Fig.2 Problem solving process based on TRIZ theory

2　鼠標消毒過程的進化分析

目前在TRIZ理論運用中，技術人員較少將技術系統進化法則和技術矛盾分析結合起來，多數憑借經驗和專業知識演繹具體解，這使得演繹過程趨向直覺化。而本文將兩者結合起來，運用技術系統進化法則先對消毒鼠標進化過程進行了預測。

在現有技術條件下，鼠標消毒采用人工消毒，需要酒精和棉簽等用品，而酒精揮發性強，無法長時間保持消毒效果，極易反復滋生細菌。若在高危場合，則每次使用前需重新擦拭；如采用較為簡便的紫外線消毒法，則需消耗外部能源。鼠標消毒的關鍵是根據不同使用狀態，對人手和鼠標接觸的表面進行消毒，且盡可能降低能耗，故其進化過程可從提高自動化、增加可控性進行分析。

2.1提高自動化程度和智能化程度法則

該法則指出：通過提高自動化程度可由系統代替人完成繁重、乏味的工作。鼠標消毒最初采用人工消毒，后來發展到采用微動開關實現半自動消毒。但這類殺菌技術多采用對人體有害的光線，如紫外線等［4］。鼠標自動化的難點在于需使鼠標在操作人員使用前自動完成消毒工作，并且保證使用者在使用過程中不會誤觸到消毒裝置的開關。所以鼠標消毒的自動化進化路線應當是：人工消毒→半自動消毒→自動消毒。

2.2增加系統動態性和可控性提高技術系統可控性

該法則指出：技術系統的進化應沿著增加系統內各部件可控性的方向進化。細菌滋生速度呈S型增長曲線，如何合理控制消毒時間以取得最佳效果是自動消毒鼠標的智能化難點。鼠標自動消毒過程具有時變性和非線性的特點，最佳思路是采用動態化控制。其進化路線應當是：無控制的系統→自我調節控制。

通過分析鼠標消毒過程，可得進化技術特征如下：①利用更合理的機械結構或場效應提高系統自動化程度，減少對人體的傷害；②結合先進控制技術，智能調控時間，實現高效消毒。綜上所述，可確定設計方向的基本要求是具備自動、高效消毒功能的鼠標。

3　應用TRIZ工具求標準解

從第二節的實際描述中可提取出兩組矛盾，矛盾一：對象產生的有害因素與可靠性；矛盾二：可維修性與能量損失。

根據上述對鼠標的分析可知，希望改善的參數為對象產生的有害因素，可維修性，鼠標可自動消毒并有效抑制細菌數量，且不消耗除菌介質。惡化的參數為可靠性和能量損失，可靠性指的是鼠標實現自動消毒功能時機械結構變復雜導致的可靠性下降，能量損失指的是除菌過程需外部提供能量，且能量利用率不高。

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

根據表1，適用于該問題對應的發明原理是24-借助中介物、2-抽取、40-復合材料、39-惰性環境、1-分割、15-動態原理、19-周期性動作、32-色彩原理［3］。

經分析篩選，發明原理1、40、19這三個標準解對解決問題的貢獻最大。

4　創新方案設計

根據第二節預測的發展方向和可能具備的技術特點，結合第三節的三個標準解，可以得出具體方案：從利用場效應的技術特征看，結合分割和選取復合材料原理，選擇在微弱紫外線照射下可凈化污染物的復合光觸媒材料涂于鼠標透明外殼表層，可增大有效作用面積。為解決誤觸開關帶來的長期接受紫外光照射和能耗過大的問題，此處結合芯片控制的思路，運用周期性動作原理，在鼠標后部增加一個微動開關對人手按壓與否進行檢測，并利用內置芯片控制紫外LED發光強度。為防止出現鼠標被使用但微動開關未被按下的偶發情況，設定傳感器檢測到鼠標移動等同于微動開關被壓下。

新型鼠標工作的整體思路如圖3所示。鼠標的立體結構如圖4、圖5所示。當鼠標被使用時，鼠標外殼后部的微動開關被壓下或傳感器檢測到鼠標移動，紫外LED電路斷開，光觸媒停止催化反應；當操作者的手離開鼠標時，鼠標外殼后部被釋放，微動開關復位，紫外LED處于高亮狀態，光觸媒開始催化反應進行殺菌消毒，一段時間后紫外LED在芯片控制下處于低亮狀態，從而在保證消毒效果的同時節省時間，減少能耗。

圖3　自動消毒鼠標工作流程圖Fig.3 Automatic disinfection mouse'sroute chart

圖4　鼠標東南等軸測圖Fig.4 Southeast isometric drawing of the mouse

圖5　鼠標右視圖Fig.5 The right view of mouse

方案中選用抑菌材料為光觸媒，它能殺滅細菌，分解有毒物質，且本身不會發生變化和損耗，對人無毒無害。由文獻［5-6］可知，國內的科研機構也在嘗試將光觸媒運用到各類場合，如深圳清華國際技術轉移中心推出的納米光催化技術與紫外光結合制造的 “復合空氣凈化器”用于凈化室內空氣；索繼江等人利用紫外線照射液體光觸媒的方法在醫院內進行殺菌消毒實驗。從他們實驗的結果看，效果符合預期設計要求。故采用光觸媒材料涂于鼠標透明外殼表層，輔以芯片控制紫外線光強的設計思路是可取的。

5　結論

本文結合技術系統進化法則對鼠標消毒進化路線分析，預測了消毒鼠標的發展方向和可能具備的技術特點，并從技術矛盾角度分析鼠標清潔存在的問題，運用阿奇舒勒矛盾矩陣求解得到可行的設計方案，解決了目前鼠標無法自動、高效除菌的問題。在設計過程中，本文借助技術系統進化法則對技術矛盾進行具體化分析，使具體解的演繹過程更加有章可循。

［1］王燕，高玉芳，李娟，等.臨床科室計算機鍵盤鼠標細菌污染檢測分析［J］.護理學雜志，2004，13.

［2］陳燕軍，汪地，楊浩，等.基于Kinect的手術輔助系統研究［J］.計算機技術與發展，2014，9.

［3］王亮申，孫峰華，等.TRIZ創新理論與應用原理［M］．北京：科學出版社，2010．

［4］陜西科技大學.一種帶自動消毒功能的鼠標：中國，CN200920245934.6［P］.2010-11-24.

［5］楊華明，崔森.光觸媒凈化技術的研究及其應用［J］.中國消毒學雜志，2004，4.

［6］索繼江，劉鈺，邢玉斌，等.納米光觸媒殺菌抑菌效果及臨床試驗研究［J］.中華醫院感染學雜志，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

羅梓杰（1993-），男，廣東潮州人，本科生。主要研究方向：電子設計；林凱宏（1994-），男，廣東潮州人，本科生。主要研究方向：機械結構設計。