基于TRIZ理論的多功能艾灸儀的設計*

駱明炎，章德平

(武漢輕工大學 機械工程學院，湖北 武漢 430048)

0 引 言

艾灸是通過在體表穴位燃燒艾草而產生溫熱與藥物效應，進而通過激發經氣活動來達到治病保健的一種治療方法[1]。現在研究認為，艾葉燃燒生成物的甲醇提取物，它具有清除自由基的作用，并且相比于沒有燃燒的艾葉，艾的甲醇提取物作用更強，施灸局部皮膚中，過氧化脂質顯著的減少，該作用是艾的燃燒生成物所導致的，同時艾燃燒生成物中抗氧化物質，附著在穴位處的皮膚上，通過灸熱滲透進入體內而起作用[1]。艾灸的作用比較廣泛，現主要用于治療風濕關節炎[2]、肩周炎[3]、頸椎病等。

經過市場調研，筆者發現現有艾灸裝置具有只針對單一部位進行、艾灸效果較差、不能去除有害煙塵等不足之處。針對現有裝置的特點，筆者利用TRIZ理論進行分析，并利用矛盾矩陣等方法進行優化，設計了一款具有將艾灸與按摩結合在一起、多部位艾灸、可以復現各種傳統的艾灸灸法等優點的艾灸裝置。

1 TRIZ理論

TRIZ理論(即“發明問題解決辦法”)是在1946年由蘇聯軍方技術員根里奇·阿奇舒勒和他的同事們共同提出[4]。阿奇舒勒等人發現，大量發明所面臨的基本問題是相同的，其所需要解決的矛盾，從本質上來說，是相似或相同的。基于這一思想，他與蘇聯科學家一起，經過50多年對數以百萬計的專利文獻和自然科學知識進行研究、整理和歸納，最終建立起一整套系統化的、實用的、解決發明問題的理論和方法體系，即TRIZ理論[5]。人們可以在問題解決過程中，利用TRIZ理論將實際工程設計中的沖突或矛盾帶入矛盾沖突矩陣表得出對應的多種發明原理，綜合考慮后選出最符合產品設計的發明原理，從而得出最佳產品設計方案。

2 現有艾灸裝置分析

市場上有多種類型的艾灸裝置，按大小和型號主要分為兩類，一類是小型盒式艾灸儀，另一類是大型立式艾灸儀，按自動化程度分為全自動艾灸儀、半自動艾灸儀等。對現有產品中典型的兩類產品的分析對比見圖1。

圖1 現有產品的性能分析

通過對國內外各種艾灸儀在功能和結構上進行分析調研，可以得出現有產品的特點如下。

(1) 小型盒式類艾灸儀具有功能單一、只針對單部位進行艾灸、艾灸效果較差等特點。

(2) 大型立式類艾灸儀具有體積較大、結構復雜、搬運不方便等特點。

(3) 現有產品基本不能復現艾灸技法，并且控溫效果與防護效果較差，進而導致用戶使用體驗及治療效果變差。

3 多功能艾灸儀的創新設計

3.1 最終理想解

多功能艾灸儀的最終理想解分析表如表1所列。

表1 最終理想解分析表

3.2 技術矛盾

在分析了現有艾灸裝置的性能與結構，找出現有艾灸裝置的不足之處后，轉化為TRIZ 理論技術沖突中的39個通用工程參數，并將希望改善的參數描述羅列，如表2所示。

上述參數的改變可能帶來的惡化參數有：①靜止物體的質量2；②靜止物體的體積8；③相容性33；④可靠性35；⑤裝置復雜性45。

表2 設計沖突參數轉化

3.3 適用于多功能艾灸儀的發明原理

在對艾灸儀進行了技術沖突分析并確定了描述沖突的通用工程參數后，利用阿奇舒勒沖突矩陣可以從40個發明原理中選取出適合的設計原理，結合實際問題選定最終使用的發明原理應用到設計中，從而解決設計矛盾。經篩選后本作品所用阿奇舒勒沖突矩陣，如表3所列。

表3 矛盾矩陣分析表

通過沖突矩陣可以找到對應的改善參數與惡化參數所在的行與列，然后在行列交叉處找到發明原理所對應的多個發明原理序號，通過結合作品設計目標和應用場景對發明原理進行合理化篩選，可以得出用于實際設計的發明原理，如表4所列。

表4 應用的發明原理

3.3 多功能艾灸儀的改進方案

利用阿奇舒勒矛盾矩陣，并結合實際條件所篩選的5條發明原理，對現有艾灸裝置進行優化，并以解決功能單一、只能進行單一部位艾灸、不能復現艾灸技法等不足之處為目的的創新設計分析。

如表4，應用NO.1分離原理，將傳統艾灸盒空間分層，上層用于產生艾氣，并將艾氣輸送到下層的艾灸按摩一體模塊和多部位艾灸模塊兩個模塊。

應用NO.2抽離原理，通過濾網吸收上層產生的有害氣體。

應用NO.6多用性原理，將用于艾灸的艾灸頭上加上按摩頭增加按摩功能。

應用NO.23反饋原理，在艾灸頭上加入溫度傳感器，及時反饋輸出溫度，實現輸出端的溫度可控。

應用NO.30柔性殼體或薄膜原理，將用于多部位艾灸的支管做成軟管，不工作時可卷起來提高空間利用率。

結合上述原理設計的艾灸儀方案如下。

主要分為三大模塊，分別為艾氣生產模塊(艾條推送機構)、多部位艾灸模塊(支管回收機構)、艾灸按摩一體模塊(艾灸按摩一體機構)。其外觀圖如圖2所示，內部結構圖如圖3所示。

圖2 整體外型圖 圖3 內部結構圖1.艾氣生產模塊 2.盛灰抽屜 3.多部位艾灸模塊 4.艾灸按摩一體模塊

(1) 艾氣生產模塊：用三對豎放的傳送帶機構夾持燃燒的艾條，通過電機控制傳送帶的正反轉可控制艾條的升降。環形扇可將產生的艾氣吹送至下部的多部位艾灸模塊和艾灸按摩一體模塊用于艾灸。環形扇下部有一刮灰條，可將艾灰刮入盛灰抽屜，盛灰抽屜底部采用特殊濾網結構，既可盛灰也可過濾有害氣體，同時不影響艾灸流入下部結構。

(2) 多部位艾灸模塊：該模塊采用4根半米長左右軟管，上部產生艾氣可導入下部4根軟管中，每個軟管末端有一個艾灸頭，艾灸頭上裝有壓敏膠，其結構如圖4所示。用戶使用時可將軟管抽出貼在需要艾灸的部位，一次可使用4根支管進行四個穴位的艾灸。使用完畢后拔掉相應軟管上的止回塞，軟管便可在回收機構作用下收入艾灸儀中，節約空間利用率。

(3) 艾灸按摩一體模塊：該模塊采用行星齒輪結構，每個齒輪均是特殊的艾灸按摩一體齒輪，其結構如圖5所示。每個艾灸按摩一體行星齒輪均可繞中心齒輪轉動，艾氣流入到該模塊時，行星齒輪的閥體打開便進行艾灸，在齒輪轉動運動下便可實現回旋灸。通過單片機控制閥門的開合便可實現溫和灸和雀啄灸。

圖4 支管艾灸頭 圖5 艾灸按摩一體齒輪1.壓敏膠 2.排氣孔 1.出氣口 2.排氣閥 3.按摩頭

該裝置以單片機為控制元件，采用三個核心模塊，通過應用TRIZ理論以解決或改善現有的艾灸裝置的不足之處為目標進行設計。所設計出的艾灸儀具有自動化程度高、可多部位艾灸、可按摩、污染小、可復現艾灸技法以提高艾灸效率等優點，具有良好的市場推廣價值，該裝置現已申請四項國家發明專利。

4 結 語

對現有的艾灸裝置的性能進行分析后，以解決現有艾灸裝置不足之處為目的，以TRIZ理論為基礎，以矛盾沖突矩陣為工具，分析艾灸儀設計過程中所存在的矛盾，并利用發明原理解決主要矛盾，提供設計思路，進一步優化性能。所設計的艾灸儀主要具有自動化程度高、可多部位艾灸、可按摩、污染小、可復現艾灸技法等優點。