基于TRIZ理论的便捷补水耐用儿童绘画笔创新设计与制作

来源:用户上传      作者:张春青 田瑶 刘万辉

　　基金项目：本文是河北省大中学生科技创新能力培育专项任务研究成果之一（项目编号：2021H020805）。
　　作者介：张春青（1983―），女，硕士，讲师，研究方向为创新创业教育。
　　摘 要：针对现有绘画笔不能便捷补水的问题，该文运用TRIZ理论中的因果链分析建立问题因果链，找出关键问题中存在的矛盾，利用时间分离原理及阿奇舒勒矛盾矩阵分析得出关键问题的解决方案，通过对所有技术方案进行梳理，确定最终设计方案并进行画笔加工制作。该研发的绘画笔补水便捷，内置引水芯可实现自动补液，绘画使用时长较普通绘画笔可提高5～10倍。
　　关键词：绘画笔 TRIZ理论 引水芯 便捷补水
　　中图分类号： TH133 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）12（c）-0000-00
　　Abstract： In view of the problem that the existing painting brush can not replenish water conveniently， this paper uses the causal chain analysis in TRIZ theory to establish the problem causal chain， find out the contradictions existing in the key problems， use the Time separation principle and archischuler contradiction matrix to analyze the solutions to the key problems， sort out all technical schemes， determine the final design scheme and process the brush.The developed painting pen is convenient to replenish water. The built-in water diversion core can realize automatic replenishment. The use time of painting can be increased by 5-10 times compared with ordinary painting pens.
　　Key Words： Painting pen; TRIZ theory; Water diversion core; Convenient water replenishment
　　现今市场上使用的水彩笔、马克笔、记号笔等大多数绘画笔不能便捷补水，使用者只能用完即弃，但其笔本身相关的配件几乎完好，大量丢弃的绘画笔不仅引起资源浪费，增加使用成本，同时产生的塑料垃圾也严重污染了生活环境[1]。该文通过TRIZ理论系统的对问题进行分析，得到问题解决方案，所研发的儿童绘画笔可实现便捷补水，便于绘画者反复使用，减少资源浪费，有利于环境保护[2]。TRIZ理论是一套发明问题解决理论，是根里奇・阿奇舒勒领导的团队在研究世界各地250万份高水平专利的基础上，综合多学科领域的创新原理和方法而得出的理论体系[3]。
　　1 问题描述
　　水彩笔、马克笔、记号笔等绘画笔结构基本由笔壳、封堵、笔舌、笔头、引水芯、笔盖6个组件组成，项目团队对298人（包括普通家庭及绘画培训机构人员）进行画笔使用问题问卷调研，85.58%的受访者认为不能补水为现有绘画笔的主要问题。对该问题进行描述，绘画笔尾部封堵和笔壳连接牢固，使用者很难打开，如果强行拆开画笔，会造成笔的外观和本身损坏，而且即使打开封堵进行补水操作，补充液加注过程很容易泄漏，造成一片狼藉。
　　2 发明问题初始形势分析
　　2.1 系统的工作原理
　　绘画笔系统组件连接形式为笔壳上下分别与封堵及笔头连接，笔舌固定于笔头上，绘画笔内部有引水芯，笔舌尾部部分插入引水芯内。绘画使用时，笔舌接触纸张进行绘画，随绘画或书写长度的增加，引水芯内部补充液会逐渐减少，直至消化殆尽。如进行绘画笔补水，需将画笔尾部封堵打开，将瓶装补充液加注至引水芯内，装上封堵后绘画笔重复使用。
　　2.2 存在主要问题
　　2.2.1 绘画笔尾部封堵不易打开
　　通常绘画笔补水操作是应先拆除画笔尾部封堵，后进行补充液添加。团队成员在拆卸封堵试验过程，发现封堵拆卸非常困难，需借助小刀等工具方可强制打开，且拆卸后笔壳及封堵组件受到损伤。绘画笔加完补充液回装封堵过程，由于笔壳和封堵配合面在拆卸时受到损伤，往往安装需要加胶水黏合，整个拆卸与安装操作繁琐，同时回装后的画笔外观受损。
　　2.2.2 绘画笔补液发生泄漏
　　绘画笔拆卸掉封堵后进行补水操作，操作过程需一手垂直握住绘画笔，一手持补液瓶并对准笔壳内的引水芯，将补充液滴至绘画笔的引水芯上，滴注过程由于不知道是否已加满，通常等到画笔笔舌处漏液时停止补液操作。操作后补液人员往往手上沾满补充液，操作台上狼藉一片。
　　2.3 限制条件
　　2.3.1 封堵不易打开限制条件
　　项目团队成员对不同类型绘画笔进行拆卸实验，发现不易拆卸主要原因为封堵与笔壳连接太紧。经查阅相关资料，存在儿童吞咽封堵零件导致窒息危险情况，同时绘画笔引水芯内的存储液含有一定量的可溶性重金属元素，若儿童拆卸误食引水芯易对人体产生中毒危害。

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