黑龍江省技術創新方法研究會



無論是冬夏,室內還是室外,佩戴護目鏡時,其內壁總會起霧出霜甚至凝結成細小水珠,嚴重影響佩戴者的視線,一般需要經常取下護目鏡擦拭干凈,但如果是執行防疫任務的醫務人員,在隔離區是不能取下護目鏡的,由此給正常工作帶來了極大不便和安全隱患。在疫情期間,各類防疫防護用品的使用安全受到了大家的關注,其中護目鏡起霧出霜是重要的一環。
一、運用TRIZ工具開展分析
1、因果鏈分析
通過因果鏈分析逐級推導,可知護目鏡內產生高濕度起霧結露凝水(11)的原因是其內部的空氣濕度過高(21),繼而導出眼部的淚腺分泌和蒸發的水分多(31)、但是護目鏡內的水分蒸發排出慢(32),護目鏡下部排氣孔小(41)、護目鏡內水分蒸發量超過排放量(42)等因素。最終確認需要解決根因3條:
a.護目鏡內無循環氣流(52);
b.護目鏡內無專用進氣孔(61);
c.護目鏡需要防止污染物進入(51)。
得到功能缺陷識別關鍵信息:護目鏡內沒有循環氣流是水霧排不出的原因,需要再造循環體系,增加進氣口,即可解決濕氣排出問題,同時還要滿足防止污染物進入的限制條件。
獲得方案1:增設進氣口,形成循環;
方案2:進氣孔增加空氣過濾措施;
2、技術矛盾分析
(1)如果加大了護目鏡內的循環氣流(通風口),則護目鏡就不會起霧結露,但是有安全風險;
(2)如果消除了護目鏡內的循環氣流(通風口),則沒有安全風險隱患,但是護目鏡就會起霧結露;
基于矛盾1論述提取參數,其中改善的參數是物體產生的有害因素31、運動物體的作用時間15、物體外部有害因素作用的敏感性30、(濕度),惡化參數是運動物體的能量損失19;
通過矛盾矩陣獲得相關發明原理信息:動態原理;預先作用原理;局部質量原理等;
獲得方案3:非自然狀態無法平衡循環關系,需要輔助強行排風;對護目鏡加裝可控的通風裝置;
3、物場分析:
護目鏡內的空氣不足以阻擋水(濕氣)對鏡片的沾染,屬于場效應不足的物場,需要引入F2鏡外空氣稀釋鏡內的水(濕氣)。
結論可驗證方案3。
4、確定改進操作區域/時間
(1)確定改進模板:采用市場保有量最大的某品牌護目鏡,檢查和分析其結構,尋找可作業空間,其內部上方前側空間、外部空間利用率較低,可安裝配套設備。
獲得方案4:在護目鏡的內部上方前側空間安裝設備;
(2)確定操作時間:護目鏡佩戴后至結束,可人為控制(方案5)或自動控制(方案6);
5、SFR分析
(1)系統內資源:鏡片、塑膠外套、呼吸孔、松緊帶;
(2)超系統資源:一切較輕的材料、廉價的材料;
依據完備性法則,需要建立循環系統,但可用資源不足,需要引入新的資源:
方案7:在護目鏡內安裝較小的風機系統,為護目鏡內送風;
方案8:在護目鏡外安裝風機系統,為護目鏡內送風;
6、最終理想解
使用風機系統將新風送入護目鏡內,使鏡內的水(濕氣)被替出護目鏡,避免濕氣在鏡片內結露,新風無污染符合潔凈標準,新風裝置具備空氣自凈化能力(方案9)。原有的鏡片、塑膠外套、呼吸孔、松緊帶結構不變,新增裝置依托現有結構安裝固定。
7、限制條件
(1)安全性不變(設定KN95標準);(2)不影響護目鏡佩戴舒適性;(3)重量不增大過多;(4)不影響視線;(5)符合完備性法則。
二、方案實施與改進
1、方案整合
在方案1-9的基礎上,實現設計需求的整合,形成綜合方案10:
(1)在護目鏡內上部正前方空間安裝微型風機,向內部吸入新風推動鏡內空氣向外流通,同時形成正壓效應避免內部空氣污染;
(2)護目鏡塑膠外套上部開孔安裝過濾盒,形成風機進氣吸入口;吸入的新風推動護目鏡內的濕氣由4個排氣閥排出護目鏡;
(3)過濾盒內填充空氣過濾材料,推薦方案為復合KN95標準的無紡布+熔噴布形成連續交錯復合層結構,也可使用其它過濾材料方案;
(4)為防止操作污染,電池設計在鏡內空間;
(5)風機控制系統安裝在護目鏡內頂部風機的一側,在護目鏡上邊框外側開孔露出操作鍵。
其中:方案10-1為手動控制;
方案 10-2為手動/自動濕度控制;
方案10-3為手動/自動濕度/調速控制;
2、方案實施的加工制作:
方案10-1:手動控制信號方式(測試用途),兩粒電池重量對佩戴舒適性有影響,故減重后保留一粒并放入護目鏡內。外置過濾盒內按照KN95標準采用無紡布1/熔噴布2/無紡布1結構填充。使用2*2cm軸流風機,工作電流≤0.3A, 配備3.7V/350mA電池條件下,連續工作時間大于3h。
方案10-2:自動控制信號(測試用途)相對方案A1增加了濕度控制模式;由于電路展示不能批量加工,試驗狀態下的電路體積較大,但量產后可縮減2/3體積。經過驗證本方案具備可操作性。系統增加選擇按鈕,紅綠交替閃爍,紅色閃一下,代表濕度值十位是一,換擋時按下按鈕,紅燈長亮表示進入下一個高轉速檔位,綠燈代表進入下一個自動高比例調節檔位,總共6檔位,手動3檔、自動3檔。
方案10-3為手動/自動濕度/調速控制;在方案10-2的基礎上,采用3D打印護目鏡外殼設計,集成全部操作需求,實現功能最全。由于特殊時期限制,重新開發周期過長,暫時擱置進一步研發。
3、改進完善
通過對上述成果的試用,結合醫護人員需求,對產品做進一步優化改進。
(1)改進1針對舒適性問題,減輕新型護目鏡的重量。(采用充電寶方案時護目鏡全重僅44g)
(2)改進2針對電池使用時間問題,改進供電方式,延長工作時間。
(3)改進3針對空氣過濾問題,采用標準過濾組件,延長新型護目鏡的使用壽命。
(4)改進4針對極端防疫環境,增加一次性護目鏡拋棄性設計。(外掛普通無汞堿性電池,用完即可拋棄)
(5)簡化實施方案,以標準化組件設計滿足各種需求,研制標準化的微型空氣凈化泵,借鑒KN95標準采用無紡布1/熔噴布2/無紡布1結構填充過濾筒,過濾筒與底座和微型軸流風機可分離和更換;微型空氣凈化泵為標準件,對不同需求的護目鏡進行標準化組件下的差別設計,同時可解決其它醫療器械的通風問題。
4、應用效果
在短短的8天時間里,團隊成員克服物資短缺等無數困難,依靠TRIZ創新方法的正確指導,實現了新型防霧護目鏡從設計到樣品加工測試定型過程的快速完成,極大提高了研發效率,相關產品經過大量測試已經滿足了設計要求,可投入推廣應用。
經過各方人員的試用,最終采用搭載微型空氣凈化泵、過濾器組件的標準化基本型防霧護目鏡方案。此次項目研發中完成了“一種自排水霧式系列多用途正壓護目鏡”和“一種醫用微型空氣凈化泵”2項專利設計申報工作。下一步將根據防疫形勢變化,繼續推出新的優化產品。
責編/楊鑫