基于QFD-TRIZ 理論的醫療垃圾轉運系統設計

韓雨欣 劉宏越 胡昌格

（天津工業大學機械工程學院，天津 300387）

在智能化的時代發展下，醫療垃圾處理的科技創新方面仍有待提升[1]。目前在醫療垃圾轉運設備工作中仍以醫護工作人員參與為主，污染感染風險較高[2]。醫療垃圾產生區域廣泛，處理及運輸環節復雜，例如需通過尾氣處理裝置等[3]，因此智能醫療成為當下的主要訴求[4]。在此情況下需尋求醫療垃圾轉運設備工作系統更智能化、更高效安全的創新方法。文章通過QFD 與TRIZ 理論的綜合運用，以得到醫療垃圾轉運設備的工作系統優化方案。

1 QFD 與TRIZ 理論概述

QFD 理論是將使用者需求轉為設計功能的理論，將使用者需求作為出發點，驅動功能質量展開的方法，計算使用者需求權重，輸入使用者需求信息，提出工程措施，針對各項使用者需求逐一列出，再分析需求與工程措施的關系程度、工程措施重要程度，最后分析市場競爭能力及對每項工程措施的實現水平。而解決QFD 理論技術措施之間的矛盾，需結合TRIZ 理論。

TRIZ 理論提供系統化、專業化的剖析，建立創新思路和新的設計方 向[6]。TRIZ 理論中，由39 個工程參數和40 個發明理論構成的矛盾矩陣表是常用的工具[7]。TRIZ 理論將QFD 功能質量屋的技術措施矛盾轉化，得出問題解決方法，形成使用者需求與解決途徑一體的綜合模型，運用流程如圖1 所示。

圖1 QFD-TRIZ 綜合模型運用流程

2 醫療垃圾轉運系統現狀

醫院樓內外區域的醫療垃圾轉運工作與醫療服務活動關系密切，醫療垃圾轉運設備的運行與醫院內醫護人員及病人之間也會互相影響[8]。機器視覺技術在垃圾轉運系統中發揮重要作用。一些醫療垃圾轉運設備可自主分類運輸醫療垃圾，實現無人值守垃圾轉運[9]。

現存醫療垃圾轉運設備工作系統運轉流程如圖2 所示。醫療垃圾轉運設備工作系統主要包含垃圾運輸過程、垃圾分類及使用者操作環節。

圖2 現存醫療垃圾轉運工作系統圖

在垃圾轉運工作系統中，工作流程較為明確，但人工參與環節依然較多，影響工作效率且存在感染風險。例如，在樓內工作人員收集垃圾過程中，首先需耗費大量時間前往垃圾產生區域，再按照醫療垃圾類別打包分類，最后將樓內垃圾轉運至院內設備中。醫療垃圾高效地清潔與利用，可優化處理流程[10]。醫療垃圾的處理方式、收集與運輸細節需按照國家標準執行。每種垃圾需根據不同專業方法進行處置[11-12]。醫療垃圾具有強傳播性、毒害性等危險的特點[13]。在醫療垃圾收集過程中，需預防醫療垃圾混合或滲漏的危險，結合設備的智能分揀功能保證使用者衛生安全，發生意外需能自主上報相關部門[9，14-15]。室內至室外轉運過程是醫療垃圾轉運系統至關重要的環節，在遵守上述標準的前提下，設備工作系統需不斷更新補充垃圾種類與性狀，并及時自動生成轉運流程報告。

3 基于QFD-TRIZ 理論的醫療垃圾轉運系統設計思路

3.1 構建醫療垃圾轉運系統質量屋

3.1.1 使用者需求分析

使用者需求來自于使用醫療智能轉運設備的用戶，通過調研11 名醫院使用者對醫療垃圾轉運設備工作系統的實際使用，進行使用者的人機工學層級需求分析。

其中位于醫院室內區域的使用者，通過對使用者與設備交互過程的觀察及問答，得出使用感受；通過對垃圾收集、歸位軌跡觀察，確定流程是否符合操作規范；通過記錄使用者投放垃圾的過程，確定設備分類識別是否明晰。

整理使用者室外操作智能垃圾箱過程中，觀察使用者與智能垃圾箱裝卸動作，確定垃圾箱高度對使用者的影響；詢問使用者操作垃圾回收界面規范程度，操作界面是否美觀整潔，操作引導的重要性及界面是否符合操作規范；詢問使用者對轉運設備外觀的印象；詢問維修人員在設備存放區域對轉運設備的維修過程的感受；詢問管理者在設定設備軌跡、設備智能突發狀況處理及垃圾處理進度方面的訴求。

根據使用者在醫療垃圾轉運設備使用中的需求進行整理，歸納為五類二層級需求，16 個三層級需求。如表1 所示，通過11 名醫院使用者對三層級需求的打分，得到需求的1～5 級重要度并計算出權重系數。

表1 使用者需求層級表及權重系數

由上表可知，使用者在智能垃圾箱高度、突發狀況處理、操作引導、符合操作規范及工作狀態安全五個方面的需求權重系數最高，為得出技術措施提供重點實際觀察方向。

3.1.2 使用者需求質量屋分析

構建QFD 功能質量屋，將醫療垃圾轉運設備工作系統使用者人機工學方面需求放入左墻進行分析。依據最高權重系數的五個方面，觀察并總結醫療垃圾轉運設備工作系統的技術措施。功能角度，垃圾識別及智能分類、行駛路徑及安全可靠性為設計重點；人機交互角度，操作界面與使用者交互動作、操作界面布局規劃為關注重點；造型角度，整體設備造型及配色為設備在運行時為使用者及醫患關注點。將得出的16 個使用者需求與案例中總結的11 項技術措施填入質量屋，分析使用者需求與技術措施之間的關系，量化兩者的關系程度Rij及工程措施之間的相關程度，如圖3 所示。

圖3 功能質量屋構建

通過質量屋內容可得知，三對負相關技術措施中，設備工作系統中的操作界面簡潔化，操作流程會受到影響，簡化后可能導致操作關鍵步驟缺失或操作連貫性不明確；未來感的設備外觀造型設計導致人機交互比例失調，如操作界面高度、設備維修口過高等情況；路徑智能化會導致密封集成電路過多，如損壞可能需直接更換元件。負相關技術措施由TRIZ 理論轉化并解決。

3.2 基于TRIZ 的矛盾問題轉化與解決

在醫療垃圾轉運設備工作系統的技術措施分析中，呈現負相關的有操作流程簡潔與操作流程規范、未來感造型與人機交互比例、路徑智能化與方便維修。如表2 所示，運用TRIZ 理論中的39 個通用工程參數描述沖突可對負相關的三對沖突轉化，得到相應通用工程參數。選擇40 條發明原理中的相應原理解決矛盾。

表2 矛盾問題轉化與解決

將醫療垃圾轉工作系統初步的解決方法利用理論中的功能分析、資源分析和因果分析，最終形成詳細的轉運設備系統設計依據。三個解決方法總結為操作步驟、人機交互環境及系統的智能化效率。

1）功能分析對應系統操作步驟優化。確保操作流程規范的前提下，簡化操作步驟，多維布局，將人工監管的重復性工作步驟寫入設備工作系統的程序中。如表3 所示，分為三類工作系統的操作步驟，給出對應的優化結果。

表3 功能分析

2）資源分析對應人機交互環境優化。如表4 所示，歸納醫療垃圾轉運工作系統中所參與的使用者、交互場地、能量、場及信息。

表4 資源分析

3）因果分析對應工作系統的智能化效率提升。解決此問題的目的為盡量減少在醫療垃圾轉運設備工作系統中人工參與環節，提高人機交互智能化效率。如圖4 所示，從設備工作系統的設備移動路線、垃圾分類環節及使用者角度歸納。

圖4 因果分析

4 醫療垃圾轉運設備工作系統設計方案

根據QFD-TRIZ 理論的綜合模型，由QFD 理論得出使用者人機工學方面需求與三對技術措施負相關，再通過TRIZ 理論找到相應解決方法，最后利用功能分析、資源分析和因果分析形成最終解決方案，優化醫療垃圾轉運設備系統。

4.1 設計分析

將綜合模型得出的解決方法形成最終優化方案，具體運用如下：

1）功能分析結果形成轉運系統運作流程。設備信息處理流程確定設備工作軌跡及地點，垃圾處理流程確定由人工下達指令后設備進行垃圾處理與數據存儲，數據回傳確定在工作系統中產生的所有操作均存入總系統。

2）資源分析結果形成系統中參與工作的硬件、人員配置。使用者團隊由10-15 名行政人員、專業人員組成，把控日志報告和垃圾處理環節產生的新廢物類別，時刻具有最高操作權限。硬件配置為存儲計算機、操作終端、30 臺左右的醫療垃圾轉運設備。每臺設備及總存儲存儲時刻保持與基站聯網，實時上傳工作狀態與日志。

3）因果分析結果形成智能化總邏輯。工作人員下達指令后，室內設備自主識別并分類醫療垃圾、智慧規劃軌跡，完成工作后交由室外大型醫療垃圾轉運設備統一處理。最終由工作人員批準和審核。設備、人工操作數據均回傳至總系統。

4.2 方案設計

將解決方案的具體運用歸納為醫院總管理、系統運作、人機交互端及數據存儲四個部分。醫療垃圾轉運設備工作系統如圖5 所示。

圖5 醫療垃圾轉運設備工作系統

1）醫院總管理部分。包含醫院總行政層級的系統、總系統、主機數據存儲中心及最高操作的權限，是醫院內部行政管理最高層。垃圾轉運設備工作系統的最高處置權限都由此部分管控。

2）轉運系統運作部分。是轉運系統內部的處置邏輯。包含設備總存儲、智慧軌跡信息庫、垃圾處理順序邏輯及交互系統指令傳達分析。全程智能化處理，人工介入處理確認、數據傳回總系統及交互指令發送。

3）人機交互端部分。是使用者與設備的交互環節，使用者通過操作屏幕輸入下達指令至轉運設備。還包括轉運設備的調配協同等工作分配及工作簽字確認環節。

4）數據存儲部分。即轉運設備的數據存儲。此部分可生成工作報告表格自動上傳至總系統、日志報告至垃圾分類庫等。

5 結論

智能時代背景下，對于醫療垃圾轉運設備工作系統的智能化無人化訴求日益迫切，防范重大突發公共衛生事件的能力仍是重點。文章綜合運用QFD 與TRIZ 理論，構建了完整的使用者人機工學需求及其解決方法的醫療垃圾轉運設備工作流程。結果表明，高效智能的醫院總管理、人機交互端、轉運系統運作、數據存儲等部分的設計，可減少使用者感染風險，降低醫療垃圾處理不當導致不良后果的概率，為醫療廢物處理工作提供了新的解決思路。