BOB半岛·体育官方平台基于TRIZ理论研究的自动空气净化器设计1.设计的最终目标?在家庭、办公等场所可以实现全自动净化空气,无需人为操作2.最终理想解?此设备可以在家庭、办公室、商场等公共场合实现空气净化与检测,保护身体健康3.达到理想解的障碍是什么?不能做到根据检测的空气质量自动发出启动或者关闭设备4.出现这种障碍的原因是什么?当前设备没有检测功能,以及根据空气质量自动开启或者关闭设备5.不出现这种原因的条件是什么?设备不能自行启动或者关闭6.创造这些条件所用的资源是什么?智能检测装置,信息发出和接收装置,空气净化装置

　　通过分析发现，想制作出根据检测当前空气质量自动开启或者关闭系统的设备，需要装备具有空气质量检测和发出并接收信号的功能；接收到检测装备发出的指令后，具有开启或关闭设备的功能。

　　方案5：为了实现设备的智能化检测，设备中需加装能对空气质量指标进行实时在线检测和数据收集的工作系统。

　　方案6：为了实现设备的自动化处理，设备中应设置自动控制程序，并将通过实际实验测定的空气质量指标的正常范围储存在设备中(即空气质量指标阈值)。

　　【作者单位】东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040

　　电动机带动风扇叶片转动，将外界的空气吸入到装置内部并依次通过三层过滤网。现有某型号设备的工作原理图如图1所示。

　　第一层：初级过滤滤网，初级过滤的滤网精度一般为5～10 μm，使用的材质一般有银离子初级滤网及PP材质初级滤网等。

　　方案2：设备中添加必要的物理处理流程，用活性洗涤来洗涤污浊空气，以去除细微颗粒与大部分微生物，同时对空气进行干燥，为下一步化学反应做准备。

　　方案3：设备中安装催化反应装置，通过一定的化学反应来消除或转化待净化空气(干燥空气)中的有害物质。

　　新型自动空气净化器的设计应用了多种TRIZ工具分析和解决问题，共得到概念解决方案21个，取最优化方案组合。自动空气净化器能够智能化、周期性在线监测空气质量指标，借助中断服务程序可自动化处理待净化的空气。同时，采用编程控制使系统整体结构简单，可操作性强BOB半岛，净化效率高，空气净化效果好，该设备符合环境友好型设计理念，而且气雾分类处理的单独设计绿色环保。

　　通过减少机械、重复的人工介入，以及提高技术系统的功能效益来实现枯燥的功能，使人们能够去完成更有创造性的工作。

　　方案11：设计相应的中断控制程序以实现系统的自动化控制。如监测到异常的系统工作值即视为中断源，唤醒预警系统自动警报。

　　方案14：由创新原理NO23-反馈(引入反馈，以改善性能)：通过中断源对相关中断服务程序的唤醒，控制执行元件的相应动作来调整净化液用量及排气风扇的转速，以加快或减慢空气净化速率。

　　查找阿奇舒勒矛盾矩阵：欲改善的参数“37监控与测试的困难程度”，被恶化的参数“22能量损失”。

　　方案13：由创新原理NO15-动态化(自动可调以使设备在各个阶段动作性能均能达最佳)：设备对空气质量指标进行周期性的实时在线数据检测和收集，设置中断控制程序，并视任意一项指标超过阈值的数据均为中断源，以唤醒相应的中断服务程序

　　方案15：由创新原理NO32-改变颜色(改变其透明度与可视性)：用透明瓶装有色液体，让人们能够直观地看到处理液的剩余情况。

　　经方案评价，最终实施的方案为概念方案2、3、4、7、10、11、14、15的综合，使用SolidWorks软件绘制的该空气净化仪器的三维模型如6所示。

　　[1] 殷璐.空气净化器风速对办公室内颗粒物净化规律研究[J].广东化工，2013，40(13)：141-142.

　　[2] 孟庆春，齐勇，张淑军，等.智能机器人及其发展[J].中国海洋大学学报，2004(9).831-838.

　　[3] 张前卫 何海龙 张树庆，等.结构用集成材拼方自动上料设备的研制[J].林产工业，2016，43(6)：46-49.

　　方案9：为降低设备的制造成本，设备内部各子系统的工作情况可以借助传感器和放大电路来实现系统工作值实时监测(电压值或电流值)，并将其与设定的正常工作值进行对比，进而判断是否报警，据此我们利用UWinTech Pro画出的相应放大电路图如图4所示。

　　(6)不能实时观测到当前室内的空气质量，不能在空气超标时自动开启净化设备和达来自百度文库时自动关闭设备，因此耗电量大。

　　【摘 要】为了更好地净化室内场所严重的空气污染,同时实现产品对空气净化过程的智能化检测与自动化处理,创新设计了一种基于TRIZ理论研究的具有检测功能的自动空气净化器.采用功能分析法对系统进行分析,利用最终理想解工具(IFR)定义问题并明确实现理想解的限制,通过技术系统进化法则和技术矛盾创新原理拟定系统并通过动态化方法提高系统的协调性.该方案可以自动对周围环境空气质量指标进行实时数据采集,设置中断控制程序,并视任意一项指标超过阈值的数据均为中断源;一旦采集数据超出阈值就会唤醒中断服务程序使产品使能,实现自动化作业.

　　在某些公共场所或私人居室中，由于日益严重的空气污染及公众的诸多不文明行为(如雾霾，抽烟等)导致空气污染严重，尤其是家庭装修污染源甲醛、细菌、过敏物等这些隐藏在我们身边的隐形杀手无时不刻不在危害着我们的健康。

　　随着近几年来对空气净化器的不断探索与研究，市面上出现了许多不同种类的空气净化设备，但这些净化设备只是采用滤网来对空气进行物理净化，且不支持实时检测空气质量，更不能自动开启或者关闭设备[1]。这些设备的质量和净化效果也参差不齐，消费者很难甄别和选择出适合自己的空气净化器。

　　当前的净化装置都只是采用物理方式来净化空气，本设备将采用化学方式，经过紫外线发光管催化发生化学反应，使有害气体与空气净化液发生反应生成无害的气体，以此代替市面上的滤网空气净化装置，可同时解决空气过于干燥及噪声过大等问题。

　　现有设备不支持实时检测空气质量，不能自动开启或关闭设备，而理想设备上需装有VOC检测装置，可以周期性地实时在线监测到当前空气质量指标，并根据实时检测到的空气质量指标，通过中断服务控制程序发出开启或者关闭设备的指令，以实现全自动化处理，同时达到节约运行成本及绿色环保的目的。

　　考虑到设备人机工程学对机械产品的期望，希望设备不但能净化空气中的有害物质，还应要求其释放的清洁空气无异味，甚至能使人心情愉悦，为此我们在设备中单独添加了植物除臭装置，其借助于有香气草本植物的物理扩散作用，对净化后的清洁空气进行增加香味处理，使得最终释放的气体芳香四溢。若将草本植物改为中草药，则可能为医用方向雾化、气化治疗疾病带来便利。采用UWinTech Pro软件绘制的该全自动化空气净化器工作流程图如图7所示。

　　系统的理想度定义为所有的有用功能与有害功能和成本之和的比值，技术系统改进的一般方向是理想度比值的最大化，努力提升其理想度水平。

　　空气中有害物质的催化反应：固体催化剂催化——气体催化剂催化——固频微波光束催化——变频微波光催化

　　方案10：采用紫外线发光灯管催化有害气体与净化液发生反应，箱体内部放有16×4个紫外线发光管以确保里边的气体能够完全反应，从而取代滤网净化方式。紫外线发光灯管催化装置的结构设计如图5所示。

　　方案7：为了实现设备的全自动化智能处理，设备中除了需加装能对空气质量指标进行周期性检测和数据收集的工作系统外，还应设置中断控制程序，并视任意一项指标超过阈值的数据均为中断源。

　　九屏分析法在TRIZ理论中是一种很好的思维方法，其可以使我们能够多角度地看待问题，进行超常规思维，克服惯性思维，从多个方面和层次寻找可利用的资源，从而更好地解决问题[5]。在此系统的设计中，通过九屏幕图分析法对现有设备的调查研究以及对过去和未来的状况分析，可以更好地了解空气净化设备的发展方向和应用前景，九屏幕图如图2所示。

　　第二层：HEPA滤网，HEPA滤网是滤网中的核心，PM2.5颗粒物质的去除主要是依靠HEPA滤网来解决的。

　　第三层：活性碳滤网，甲醛、VOC等挥发性气体可以透过HEPA滤网，但HEPA滤网不能将气体中的有害物质完全去掉[4]，因此还需要有一层活性碳滤网。

　　(1)由于设备从外界吸收空气，滤网会吸附灰尘、毛发及皮屑等大颗粒的污染物，因此过滤网容易脏，需要及时清洗；

　　系统完备性法则如图3所示。为了实现空气净化系统的智能化与自动化，逐步达到无人实时在线管理操作的目的。首先针对系统内部各子系统的工作方式进行分析，经分析可知为了让各子系统能够在线显示处理结果，并由此判断各子系统是否处于正常工作状态需加入一个控制装置，要求其既要满足各子系统显示处理结果，又要满足对各子系统在无法正常工作时能够进行警报[6]。

　　目前，空气净化器设备的研发方向越来越朝着自动、智能、高效，以及高可靠性等方向发展[2-3]。为此，我们基于TRIZ理论设计了一种智能化检测自动净化空气的处理设备。其可以自动对周围环境的空气质量指标进行实时数据采集并与内置的数据阈值进行对比，一旦采集的数据超出了阈值就会触发自动化处理程序使产品使能，实现自动化作业。