多功能温控消防服设计-大学生创新方法大赛作品申报书.doc

附件4
序号：
编码：
第三届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛
作品申报书
作品名称： 多功能温控消防服
学 校： 黑河学院
申报团队： 寻找“琦”迹
方法导师： 辛明远
专业导师： 王永
负 责 人： 鲁琦
联系电话： 18346846581
E-mail ： 1807040625@
类 别： □发明制作类 □工艺改进类 创意设计类
指导教师推荐理由：（希望评委关注的亮点，言简意赅、切忌浮夸、否则会影响成绩、80字内）
1、具有广泛的市场需求和良好的市场价值
2、能灵活的运用TRIZ理论工具解决创新中遇到的问题
3、设计能打破传统思维，结构简单，成本低，作用领域广泛，应用前景好。
4、
5、
第三届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛组委会制
2014 年 10 月 5 日填
说 明
1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。
2．申报者在填写申报作品时需详细填写表A、B、C。
3．表内项目填写时一律打印，要求申报者一律按原表复制。
4．序号、编码由第三届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛组委会填写。
5．作品申报书须按要求由各学校统一报送。
6．所有参赛作品必须按规定时间报送。
7．报送地址：哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学11号楼2039办公室
邮 编：150001
电子版发送到：trizjingsai@(邮件题目中注明学校)
联系电话：[phone]（齐），18646593333（王）
联 系 人：齐云鹤、王茜

A．团队基本情况
作品名称
多功能温控消防服
团队名称
寻找“琦”迹
所在院校
黑河学院
通信地址
黑龙江省黑河市
创新方法导师信息
性 别
女
出生年月
1983.04.06
身份证
231102198304060028
职 称
讲师
联系电话
18645666967
联系人
辛明远
E-mail
Xmy5686@
QQ号码
8150767
专业导师信息
性 别
男
出生年月
1979.10.14
身份证
232326197910145011
职 称
副研究员
联系电话
13100940003
联系人
王永
E-mail
Hhxy6842019@
QQ号码
123439947
团
队
成
员
姓 名
性别
年龄
专业
联系电话
E-mail
鲁琦
女
21
计算机科学与技术（软件工程）
18346846581
1807040625@
李明爽
男
22
计算机科学与技术（软件工程）
13384561232
792323469@
刘桐
男
22
计算机科学与技术（软件工程）
15645293217
1160602167@
资

格

认

定
学
籍
负
责
部
门
意
见
是否为在2014年10月1日前正式注册的在校全日制非成人教育、非在职的各类学生（含专科生、本科生、研究生）
是 □ 否
若是，其学号是：2012912018,2012912007,2012913002

负责人签名：
部门盖章：
年 月 日
学
校
负
责
部
门
意
见
本作品是否为课外非教学学术科技活动成果
是 □ 否

负责人签名：

部门盖章：
年 月 日

B．第三届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛
参赛作品简介

作品类别：□ 发明制作类 □ 工艺改进类 创意设计类
作品名称：多功能温控消防服
团队名称：寻找“琦”迹
学校：黑河学院
作者：鲁琦
作品简介（150字以内）：
本作品是基于新型温控式消防服设计，利用消防服由耐高温阻燃外层、防水透气层、隔热层和调温层等多层复合而成的，空气呼吸器外置，可以很方便地更换。正压式空气呼吸器，温控装置，防呛烟装置，通信装置构成，通过快速断接器与服装连接，向服装内提供呼吸用气源和冷源。本系统在满足原有消防服性能的基础上，增加主动温控和呼吸防护功能，使消防服具有内部温度调节功能，解决了消防员在消防救火中大量出汗的普遍问题。
应用的TRIZ理论（100字以内）：
本设计应用的triz理论是克服思维惯性的技术、技术起源和技术演化理论，分析明确描述和解决发明问题的技术，以及向非技术领域的发展和延伸，应用了物场分析，40个发明原理中的分割原理，非对称原理，矛盾矩阵表，以及相关的技术型问题。

两张具有代表性的作品jpg照片（要求每张文件大于2M），并以文件形式单独提交，应对每张图片附加文字说明。
该作品简介大赛组委会将在官方网站公开进行成果转化推介，请参赛队伍注意知识产权的保护。
本人签名：鲁琦，李明爽，刘桐
专利申请情况
□提出专利申请 申请号：
申请日期 年 月 日
□已获专利权批准 批准号：
批准日期 年 月 日
未提出专利申请
此作品参加本赛事之前获奖情况
是否获过奖
□是 否
获过奖赛事名称

获奖级别

成果转化情况
是否与企业对接 是 □ 否
对接企业名称：
对接日期 年 月 日

多功能温控消防服
一:问题描述
随着城市构造的变化、建筑物的高层、深层以及大规模化、高度情报化社会的发展、惊人的技术革新的出现，火灾的发生也一度呈复杂多样化的趋势。在这种复杂的局面下，作为消防人员个人装备的消防服也要分为不同形式：消防服是随着时代的变化而发展的。目前市面上消防队员普遍的的服装大致可以分为两种：一种是上下一体的，另一种是上下分身的(上衣和裤子)。上下分身的消防服的优点是：安全性高(含下半身防护、全身的防护性高)、容易活动、不易沾湿、防水性好、耐寒性好、功能和外观好。但也有缺点：散热性差，体热不易排出、造价高、衣体重。另一种上下连体型消防服的优点是：散热性高，体热容易排出、造价低。同时也有其缺点：安全性差、活动不便、衣体重。为了解决上述问题，由此特来开发一种新型温控式消防服，安全性高，散热性好，活动方便，衣体轻便。
消防服是在进行消防活动中，消防队员用来保护身体的重要工具。传统的消防服不管是上下一体的，还是上下分身的都具有一定的局限性，体热不容易排出以及抗高温性不强，衣体重、呼吸困难等弊端。为了解决上述问题，应该设计一种新型的消防服。其应满足如下这些条件：
⑴：消防服（带调温层）以及背上空气呼吸器
⑵：消防服由阻燃面料耐高温阻燃外层、防水透气层、隔热层、舒适层和调温层等多层复合而成的。
⑶：正压式空气呼吸器，温控装置，通信装置构成，通过快速断接器与服装连接，向服装内提供呼吸用气源和冷源。本系统在满足原有消防服性能的基础上，增加主动温控和呼吸防护功能，使消防服具有内部温度调节功能，能够控制服内温度始终处于舒适状态，解决了消防员在消防救火中大量出汗的普遍问题。
（4）：新增防呛烟装置，即内置小风扇，采用大气压强差驱动风扇转动，既安全又节能环保温度由恒温器保持。还有一种通过电动泵使冷却物质在循环回路中流动，循环构成制冷回路，使人体躯干得到良好的散热效果的液冷服，是新一代个体冷却散热服装。
⑷：温控技术的新型高温防护服，消防避火服，新型消防服等，在防护性、舒适性，工效性，安全可靠性等多方面与目前同类产品相比都有明显的优势。温度传感器对环境温度进行采样温控器：其工作原理是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时控制电路启动，可以设置控制回差。当被控制的温度不能得到有效的控制时，设定调节温度，可在有人无人的情况下，按预先设定好的程序来自动调节温度；使之达到舒适的温度。调温服通过调温层起调温作用。不同的调温服，调温垫层有不同的调温装置和不同的工作原理。
消防服整体构造特点
主要线缝双针埋夹确保牢固；前襟拉链加魔术贴封闭，内置两个口袋，用以保存个人物品；肩无缝，袖底部位拼结的特殊设计以允许手臂达到最大活动范围；袖口装内罗纹袖口，裤角里面橡皮筋收紧及可翻换式直立衣领设计，考虑阻止火等喷溅进入衣服里面；背带裤的背带可调节；裤膝盖处加多一块贴布，内衬阻燃隔热棉，防磨损，保护膝盖部位;装高亮度阻燃反光带增加消防人员的能见度。适合消防工作人员使用.
⑸：外层耐高温，隔离外界高温，内层降温层，调节人体周围温度，使服装内处于舒适温度；穿着舒适方便，活动灵活；空气呼吸器外置，可以很方便地更换；更换空气呼吸器可以成倍延长高温作业的时间。着重型消防服，不仅可以靠近火场，还可以进入烟雾等空气污染区域进行消防作业。
二、TRIZ分析过程
（一）系统完备性法则

图1：系统完整图
（二）功能分析法
表1：功能分析表
技术系统
多功能温控消防服
用途
新型耐高温散热快防护服
技术功能
使外层耐高温，隔离外界高温，内层降温层，调节人体周围温度，散热快
主要功能
利用消防服由耐高温阻燃外层、防水透气层、隔热层、舒适层和调温层等多层复合而成的，空气呼吸器外置，可以很方便地更换，穿着舒适方便，活动灵活。正压式空气呼吸器，温控装置，通信装置构成，通过快速断接器与服装连接，向服装内提供呼吸用气源和冷源。本系统在满足原有消防服性能的基础上，增加主动温控和呼吸防护功能，使消防服具有内部温度调节功能，能够控制服内温度始终处于舒适状态，解决了消防员在消防救火中大量出汗的普遍问题。

图2：传统模式的消防服
（四）技术矛盾
1．消防员在进入火灾现场灭火时，既要考虑到火势的严重情况，又要随时应对突发状况，进行具体问题具体分析。
改善的参数为物体温度以及空气流速，恶化的参数为有害气体的浓度。由矛盾矩阵表查到发明原理为（见表5）：

表2矛盾矩阵表1
改善的参数
恶化的参数

有害气体的浓度
物体温度
1,5,7,17,25,29,35,40
（1）分割原则——使物体的不同部分应当具有不同的功能；
（5）组合原则——整体设备是由多个物体组合而成；
（7）嵌套原则——一个物体通过另一个物体的空腔；
（17）向另一维度过渡的原则——利用多层结构替代单层结构。（25）自服务原则——通过温度传感器的感应装置以及自动防呛烟装置感应自动控制，调节成舒适状态；
（29）压力原则——防呛烟装置采用大气压强差来感应烟的浓度。
（35）性能转换原则——由单一的温度传感器转变成在特殊场合可控制温度的。
（40）复合材料原则——本消防服采用多层不同混合材料制成。
我们采用发明原理25（自服务原则）以及29（压力原则）40（复合材料原则），在消防服以及头盔加以温控装置以及防呛烟装置
2.为穿着方便，衣体本身不应太过于沉重，这就能减轻衣体本身的重量，但同时也将引起高分子聚合消防服的材质更加精细，材质复杂度提高，构成物体的材质与消防服本身之间的矛盾。
改善的参数为物体的材质，恶化的参数为。由矛盾矩阵表查得发明原理为（见表6）：

表3矛盾矩阵表2
改善的参数
恶化的参数

压强
物体本身的性能
4、15、17
（4）不对称原则——物体的对称形式转为不对称形式；
（15）动态原则——将物体分成彼此移动的几个部分；
（17）向另一维度过渡的原则——利用多层结构替代单层结构。
我们采用发明原理17（向另一维度过渡的原则），将直尺与滑块两个相对移动结合在一起，实现一直画直线的功能。
3.为了增多工具的实用性及多用性，由上述知，要实现温控式消防服包括设计消防服本身复合性材料材质、同时适用于温控散热，通信，以及防呛烟装置采用制冷压强差产生动力使内部的小风扇转动，进而达到散热的功能，在一体化消防服的多种功能中，为使结构简便要使一个工具具有多种功能或使某结构具有多种功能，构成实用性及多用性与结构稳定性之间的矛盾。
改善的参数为实用性及多用性，恶化的参数为结构稳定性。由矛盾矩阵表查得发明原理为（见表7）：
表4矛盾矩阵表3
改善的参数
恶化的参数

结构稳定性
实用性及多用性
1、3、24
（1）分割原则——将物体分容易组装和拆卸的部分；
（3）局部性原则——使物体的不同部分应当具有不同的功能；
（24）中介原则——把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。
我们采用发明原理1（分割原则），使消防服与温控装置以及通信装置容易组装和拆卸，统一装置能够实现随时动态的更换，都可以方便更换。具体问题具体分析，具体场合具体设置，视情况而定。
（四）物理矛盾
我们既希望设计的新型温控消防服能够保持舒适的温度，给人穿以舒适感，衣体轻便，又希望消防服能够在原有的基础上实现更加完美的效果，进而来达到以防长时间在恶劣环境中作业的目的。故决定所设计的多功能温控消防服采用解决物理矛盾中的空间分离原理，将消防服利用分割原理分成若干层，头盔式供呼吸以及防呛烟装置；并且将温控器通过快速断接器与衣服相连，背上正压式空气呼吸器可以随时更换。
（五）物场分析

S1消防服 S2温控装置及放呛烟装置 F1是机械场
图2问题模型
这是普通的物场分析后的结果，如此是不可能实现真正达到预期的效果的功能。我们需要加一个机械场和一个防呛烟装置（微型电风扇）来实现移动，进而可以实现长时间高温作业的预期理想效果。

S1温控装置 S2消防服内部制冷装置 F1是机械场 S3头盔内部除烟装置 F1机械场
图3 方案模型
（三）资源分析
消防服的内部资源包括：温控传感器、正压式空气呼吸器，温控装置，与外界通信装置以及防呛烟装置构成，通过快速断接器与服装连接，向服装内提供呼吸用气源和冷源。其全部为现有资源。选择资源的顺序如下表：

表2选择资源的顺序
资源属性
选择顺序
价值
低价→中等→昂贵
数量
无限→足够→不足
质量
有害→中性→有益
可用性
成品→改变后可用→需要建造

表3现有资源比较
资源类型
价值
数量
质量
可用性
温度传感器
适中
足够
有益
成品
正压呼吸器
适中
足够
有益
成品
服装
低价
无限
有益
成品
通信设备
中等
无限
有益
成品
防呛烟装置
低价
无限
有益
成品
X元素
低价
无限
有益
成品
选择优先使用地点、机械能、空气和X元素，其中X元素为引入的理想化的位置资源。但是实际情况具体问题具体分析。
（四）最终理想解
表4 最终理想解分析表
问题
分析结果
设计最终目标？
增加消防服的散热性，能够更好的控制温度，穿起来更加舒适。
理想化最终结果？
消防服能增加
达到理想解的障碍是什么？
当温度超过预期温度，温度传感器效果会否受到影响
出现这种障碍的结果是什么？
在一定的温度范围内不会受到影响
不出现这种障碍的条件是什么？
温度以及环境因素控制
创造这些条件所用的资源是什么？
电能，化学能
三、解决方案
方案1：采用原始上下一体式消防服如下图所示。
使用这种方法，上下连体型消防服的优点是，散热性高，体热容易排出、造价低。缺点是：安全性差、活动不便、衣体重。

图4 方案一图
方案2：采用上下分身式消防服，配置外置空气呼吸器以及相关通信设备，衣体轻便，上下分身的消防服的优点是：安全性高(含下半身防护、全身的防护性高)、容易活动、不易沾湿、防水性好、耐寒性好、功能和外观好。缺点是：散热性差，体热不易排出、造价高、衣体重。如下图所示。

图5 方案二图
方案三：本系统设计一种新型温控式消防服，外层耐高温，隔离外界高温，内层降温层，调节人体周围温度，使服装内处于舒适温度；穿着舒适方便，活动灵活；空气呼吸器外置，可以很方便地更换；更换空气呼吸器可以成倍延长高温作业的时间。着重型消防服，不仅可以靠近火场，还可以进入烟雾等空气污染区域进行消防作业。
五：最终确定方案
经过综合比较考虑，我们决定采用方案3。利用TRIZ原理设计一个适用于不同场合进而来实现长时间作业的目的，提高舒适度，以方便在不同场合高温作业。消防战斗服衣料与特点:由防火表层，隔水层，隔热层和阻燃舒适里料组成具体解决方案如下：

图一:温度传感器

图二:防呛烟头盔（内置小风扇）

图9 最终方案图
四、市场分析
消防服在消防现场和恶劣环境中作业中的使用非常普遍，尤其在高温火灾现场中，目前市面上各式各样的消防服纷繁多样，如上下一体式消防服、上下分身式消防服、防化避火式消防防护服等，当消防员战士们遇到紧急高温作业时就必须要穿消防服，传统式的消防服十分不便，将使消防人员呼吸困难，大量出汗，容易面临危险。
本作品开发的新型温控式消防服，采用主动温控式，解决了消防员在大连出汗问题上散热不均的弊端，既能遇到紧急情况时长时间高温作业，又使消防员自身新陈代谢正常平衡，制作成本平衡，在未来的发展中易于推广。①从防护性来考虑，必须具有耐火性、耐热性和隔热性，还要具有强韧性，防止锐利物体的冲击、碰撞等。另外，还要具有能够阻止化学物质对皮肤的伤害的性能；②适应外界的冷暖、风雨等环境的变化，能够保持体力和旺盛的精力；③从作业效率方面考虑，消防服应在作业中有活动余地，尽量选用伸缩性能良好的材料，还有，衣料的质地和形状、构造等方面也要认真研究。④在安全管理和部队统筹上考虑，上下级之间要行之有效，确保消防服发挥其应有的作用。
2 消防服的趋向
随着城市构造的变化、建筑物的高层、深层以及大规模化、高度情报化社会的发展、惊人的技术革新的出现，火灾的发生原因也一度呈复杂多样化的趋势。在这种复杂的局面下，作为消防用个人装备晶的消防服也要分为不同形式：
A、与旧时的木造、防火性的所谓一般住宅火灾相对应的消防服；
B、与以热、烟为中心的耐火构造的建筑物火灾相对应的消防服；
C、代表特殊救助队行动的以活动性为中心的消防服；
D、与剧毒等各种灾害相对应的消防服；
E、除以上所列以外，与冬、夏等季节相对应的消防服。
将来，考虑到以上各种情况，采用与地域条件、灾害的形式等相适应，并且符合ISO规格条件的消防服已成为必然。不仅在消防系统领域中能够用到，可以推广使其普遍广泛使用，在市场生活中，家庭中或是户外旅行活动中，简而言之，在不同领域都可以使其广泛使用，达到提升整体系统安全性的功效。
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