邱吉堯 徐江華

關(guān)鍵詞：FAST TRIZ 經(jīng)濟艙 飛機乘客座椅 造型設(shè)計

引言

飛機乘客座椅是飛機客艙內(nèi)不可或缺的重要組成部分之一，它為客艙內(nèi)的乘客提供了休息、工作、娛樂的保障以及免遭危險傷害的保護[1] 。伴隨我國航空事業(yè)的飛速發(fā)展，乘坐飛機出行逐漸成為了大家的選擇，僅僅2016年，全球就有36億乘客選擇乘坐飛機出行[2] 。飛機乘客座椅作為乘客在飛機飛行過程中接觸時間最長的客艙設(shè)備，在滿足各類適航標準的前提下，飛機座椅的設(shè)計師們開始不斷在各項功能上做出改進優(yōu)化，努力讓乘客獲得舒適的飛行體驗。在沒有核心技術(shù)革新的前提下，產(chǎn)品功能的繁雜程度與產(chǎn)品的體積大小之間的關(guān)系是呈正相關(guān)的，即功能越多，產(chǎn)品的體積就可能會越大。當飛機乘客座椅擁有多元化的功能時，其作為產(chǎn)品所占據(jù)的體積也可能會增大，這與客艙空間對空間利用率的嚴苛要求相悖。在過往的研究中，大部分學者都選擇采用發(fā)明問題解決理論（Theory of InventiveProblem Solving，TRIZ）來解決所面臨問題的各類矛盾：劉恒麗[3] 等利用QFD模型解決需求，TRIZ理論解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的矛盾，對桌面臺燈進行了再設(shè)計;陳麗君[4] 融合TRIZ理論與UCD設(shè)計思路，對老年人購物車進行創(chuàng)新設(shè)計;陳昭[5] 等則將QFD、KANO與TRIZ理論相結(jié)合，對校園卡自主終端進行了優(yōu)化設(shè)計。本文將通過功能分析系統(tǒng)技術(shù)法（Function Analysis System Technique，F(xiàn)AST）對飛機乘客座椅的功能需求進行分析、整理，建立飛機乘客座椅的功能樹。在滿足各項功能的過程會產(chǎn)生技術(shù)矛盾或物理矛盾，再運用TRIZ理論解決這些矛盾，對現(xiàn)有飛機乘客座椅進行改良設(shè)計，提出飛機乘客座椅的概念化設(shè)計方案。

一、基于FAST-TRIZ創(chuàng)新設(shè)計方法

（一）FAST法概述

FAST法是用于定義、分析和理解產(chǎn)品的功能，確定功能之間的關(guān)系，關(guān)注重要功能以增加產(chǎn)品價值的一種產(chǎn)品設(shè)計方法[6] 。FAST法在應(yīng)用時，首先聚焦產(chǎn)品的基本功能，將設(shè)計對象抽象為一個無法看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的黑箱。通過黑箱模型，聚焦產(chǎn)品的主要設(shè)計要點，再根據(jù)設(shè)計要點建立產(chǎn)品的功能樹，以此為目標對產(chǎn)品功能進行優(yōu)化設(shè)計。該方法的優(yōu)勢在于清晰地梳理產(chǎn)品的基本功能與子功能之間的關(guān)系，但并不擅長解決產(chǎn)品功能實現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題。

（二）TRIZ理論概述

TRIZ理論是“發(fā)明問題解決理論”的俄文縮寫，由根里奇·阿奇舒勒在1946年創(chuàng)立，其主要用于解決實現(xiàn)產(chǎn)品功能設(shè)計過程中遇到的矛盾沖突問題[7] [8] 。TRIZ 理論的核心是將產(chǎn)品的設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾和物理矛盾。技術(shù)矛盾指在設(shè)計過程中對產(chǎn)品的一個屬性進行改進后將會對另一個屬性造成不良影響;物理矛盾則指在設(shè)計過程中對同一屬性有相反的需求[9] 。在確定了功能之間存在的矛盾類型后，利用阿奇舒勒建立的矛盾矩陣，確定待改善與惡化的工程參數(shù)，獲取可能解決矛盾的發(fā)明原理，借助發(fā)明原理來解決問題。TRIZ理論在問題解決方面有相對完善的流程，其突出的優(yōu)勢在于能對工程或設(shè)計中出現(xiàn)的技術(shù)矛盾或物理矛盾進行定性的同時，還能提出可能解決這些問題的發(fā)明原理。

（三）FAST-TRIZ設(shè)計方法

運用TRIZ理論能有效解決設(shè)計中所需要的功能在實現(xiàn)時所產(chǎn)生的矛盾，然而TRIZ理論卻并不能對產(chǎn)品的功能進行相對系統(tǒng)的梳理與分析。利用FAST法可以很好地解決這一問題。FAST法以產(chǎn)品的功能為線索建立起詳細的產(chǎn)品功能樹，通過功能樹來確定這些功能實現(xiàn)所產(chǎn)生的矛盾，最后利用TRIZ理論解決這些矛盾，產(chǎn)出創(chuàng)新設(shè)計方案。融合FAST法與TRIZ理論的設(shè)計流程如圖1，其基本流程如下：

1.通過問卷、訪談等方法獲取用戶需求;

2.建立黑箱模型，分析物質(zhì)、能量與信息在經(jīng)過黑箱加工處理前后的變化，聚焦產(chǎn)品的主要功能;

3.建立產(chǎn)品功能樹，將產(chǎn)品功能分為主要功能以及次級功能，分析主要功能之間是否存在矛盾并確定矛盾的類型;

4.運用TRIZ法求得可能解決矛盾的發(fā)明原理;

5.分析發(fā)明原理的可行性，若可行，利用相應(yīng)的解決方案產(chǎn)出設(shè)計方案;若不可行，則返回第3步重新確定矛盾類型與發(fā)明原理。

二、基于FAST-TRIZ飛機乘客座椅設(shè)計分析

（一）現(xiàn)有飛機乘客座椅類型及功能分析

民用客機內(nèi)的飛機乘客座椅主要以客艙等級為劃分標準。飛機客艙等級主要劃分為經(jīng)濟艙、商務(wù)艙和頭等艙三類。對應(yīng)的飛機乘客座椅種類主要以三種為主，每一種座椅因為所處的客艙環(huán)境而具有不同的特征。以Recaro公司生產(chǎn)的座椅為例（如圖2），應(yīng)用在經(jīng)濟艙內(nèi)主要以三聯(lián)式座椅為主，座椅相比于商務(wù)艙和頭等艙的座椅更加輕薄，結(jié)構(gòu)更加簡單，乘客只能對座椅的靠背角度進行有限的調(diào)節(jié)（一般在100°到120°之間[10] ），座椅的間距也更窄（一般在28～31英尺之間[11] [12] ），因為座椅需要彼此相連接，經(jīng)濟艙內(nèi)的乘客往往只能使用自己右側(cè)的扶手（該扶手一般設(shè)有靠背調(diào)節(jié)的按鈕）;商務(wù)艙主要以雙聯(lián)式座椅為主，這類座椅的結(jié)構(gòu)比經(jīng)濟艙座椅更加復雜，體積也更大，小桌板也從前一排的座椅調(diào)整到了座椅的扶手中，座椅的調(diào)節(jié)方式也以電動為主，除了座椅的靠背角度可以調(diào)節(jié)外，在坐墊下側(cè)增加了可以調(diào)節(jié)的腿部支撐;頭等艙的座椅則大多是單個獨立的，每個座椅都會配備更大的側(cè)面擋板，保護乘客隱私，讓乘客擁有更加獨立的私人空間，除去小桌板和雜志袋外，乘客有更多的置物空間可以選擇，座椅也可以直接放平（即180°），但同樣的，頭等艙座椅的體積與占地面積也更大。通過上述的分析可以看出，隨著功能的增多，三種座椅的體積與占用的空間也逐漸增多。

（二）用戶需求獲取與分析

在對122名年齡在18到65歲之間的普通乘客進行問卷調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因為客艙空間狹小，導致每位乘客所能自由活動的空間有限，乘客們在飛機飛行期間產(chǎn)生的行為也是有限的，乘客為了相對舒適地完成這些行為，便會產(chǎn)生對應(yīng)的需求，問卷調(diào)查所得的乘客在飛機飛行期間在飛機乘客座椅上所進行的行為與其相對應(yīng)的需求匯總?cè)绫?所示，為了優(yōu)先解決乘客最關(guān)注的問題，根據(jù)乘客提到的這些行為的重要程度進行了排序（重要程度區(qū)間0～10，10為最重要）。

（三）飛機乘客座椅黑箱模型

對于一個產(chǎn)品而言，功能是能量、物質(zhì)、信息或其他物理特性的轉(zhuǎn)換[13] 。將產(chǎn)品的抽象為一個看不到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的黑箱，通過黑箱模型，能將設(shè)計目標聚焦在用戶的需求上，設(shè)計人員也能更好地關(guān)注到產(chǎn)品的主要功能與結(jié)構(gòu)技術(shù)。通過抽象的方式為飛機乘客座椅建立黑箱模型，見圖 3。該模型包含了信息流、物質(zhì)流、能量流的輸入與輸出。在這個模型中我們可以看到，黑箱模型將乘客對飛機座椅的需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計中的技術(shù)問題，并將飛機乘客座椅的物質(zhì)、能量、信息轉(zhuǎn)化為乘客所希望的輸出。能量流方面，飛機乘客座椅在人力與電能兩種驅(qū)動方式的作用下才能實現(xiàn)所有的功能，并將這些能量轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的動能與勢能;物質(zhì)流方面，乘客與座椅是整個模型中重要的兩個物質(zhì)，且在經(jīng)過黑箱模型加工的前后沒有發(fā)生變化;信息流方面，乘客在使用前會產(chǎn)生各種各樣的信息，但在經(jīng)過黑箱模型加工完成之后，這些信息在反饋給乘客時將產(chǎn)生變化，而這些反饋給乘客的信息會是乘客舒適感產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，同時飛機乘客座椅的各類功能就是將這些輸入信息轉(zhuǎn)化為乘客需要的輸出信息。因此設(shè)計的重心應(yīng)放在使用座椅對信息流的加工上。而通過對整個黑箱模型信息流的分析，設(shè)計的重點應(yīng)放在功能整合、安全性以及操作性三個方面。

（四）飛機乘客座椅功能樹

通過對飛機乘客座椅的黑箱模型的分析匯總，建立飛機乘客座椅的功能樹。通過上述分析可以得到，飛機乘客座椅的功能整合、安全性、可操作性是值得關(guān)注的，在此基礎(chǔ)上，對各層級的子功能繼續(xù)細化，建立飛機乘客座椅功能樹，如圖4。功能需求是依照乘客需求產(chǎn)出的，是能夠保證乘客乘機舒適與否的關(guān)鍵，所以放在功能樹的第1列，座椅的基礎(chǔ)功能是作為坐具為乘客提供可以休息的位置，在其下方的是在滿足了“坐”這一基本功能后的其余子功能，也是對應(yīng)前文乘客的需求所需要的子功能，最終，座椅成為承載這些子功能的載體，即第1列最后的功能整合;人機工程學在飛機客艙各類設(shè)施的設(shè)計中都扮演著重要的角色，相比于乘客的功能需求，其更像是對座椅設(shè)計的一種約束和限制，所以將其放在功能樹的第2列，其下方是在人機工程學范疇下所衍生的各類對安全性的需求;可操作性與美觀性與前兩項相比，重要性有所降低，所以放在功能樹的第3列，其下所包含的是諸如造型、色彩、材質(zhì)等因素主要是座椅的外在表現(xiàn)形式。

（五）矛盾類型及發(fā)明原理

通過飛機乘客座椅FAST功能樹的分析可以得到如下的矛盾：如果只是將乘客需求所對應(yīng)的各項功能進行單純的疊加，經(jīng)濟艙座椅的體積和占地面積也會因此而增大，這與客艙空間內(nèi)對空間利用率的嚴苛要求相矛盾。這屬于飛機乘客座椅的功能屬性變化后導致座椅的物理屬性（體積）發(fā)生變化，這兩種屬性并不是同類屬性，所以矛盾的類型應(yīng)為技術(shù)矛盾。在確定了矛盾類型后，查詢TRIZ矛盾矩陣，結(jié)合實際問題，確定待改善的工程參數(shù)為8 靜止物體的體積，即座椅本身的體積在增加更多的功能后，應(yīng)保持原有大小不變或變化不大;而在這樣的條件下，還需兼具多元化的功能，其操作的復雜性以及座椅結(jié)構(gòu)的復雜性都有可能會隨之上升，即被惡化的參數(shù)應(yīng)是34 使用的方便性和45 裝置的復雜性。通過查詢TRIZ矛盾矩陣，可得到對應(yīng)的發(fā)明原理，見表2。發(fā)明原理的對應(yīng)釋義，見表3。

對上述的發(fā)明原理進行分析后，發(fā)明原理1、7、15、17在優(yōu)化飛機乘客座椅的功能方面有較大的幫助：

1.根據(jù)分割原理，可以將原有部件進行分割，使其發(fā)揮更多的功能。在后續(xù)的設(shè)計中可以將座椅的靠背面或坐面進行分割滿足骨架的需求;座椅的背板也可以通過分割，來滿足更多的置物功能。

2.據(jù)嵌套原理與維數(shù)變化原理，前文根據(jù)分割原理進行處理的部分部件就可以做出類似伸縮或是嵌套的結(jié)構(gòu)，在未使用的狀態(tài)下保持座椅外觀的整體性，在使用狀態(tài)下再開啟，如小桌板增加翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，增加放置書本或平板電腦的功能等。

3.根據(jù)動態(tài)化原理，可以考慮增加座椅的調(diào)節(jié)模式，前文所述的部分功能完全可以通過電池驅(qū)動，由扶手上的按鍵進行控制。

三、基于FAST-TRIZ飛機乘客座椅設(shè)計實踐

（一）需求與發(fā)明原理匹配

利用TRIZ理論對矛盾類型進行確定與分析后，得到了對后續(xù)設(shè)計幫助較大的四種發(fā)明原理，現(xiàn)將乘客需求與發(fā)明原理之間進行匹配，明確設(shè)計方向，匹配關(guān)系見表4。乘客的需求主要分為了三大類，即調(diào)節(jié)需求、置物需求與充電需求，每項需求都有發(fā)明原理與之對應(yīng)。觸摸屏屬于技術(shù)發(fā)明層面，照明在現(xiàn)有飛機上已經(jīng)滿足，所以將這兩項需求剔除。

（二）座椅結(jié)構(gòu)功能設(shè)計

1.調(diào)節(jié)功能設(shè)計。在用戶需求中所提到的調(diào)節(jié)需求有三種，這三種調(diào)節(jié)主要都以乘客施加作用力的被動調(diào)節(jié)為主。根據(jù)發(fā)明原理15（動態(tài)化）與發(fā)明原理7（嵌套），可以用電能驅(qū)動的調(diào)節(jié)方式來代替這種機械化、被動式的調(diào)節(jié)方式，即乘客只需要通過按鈕等方式來操作，即可實現(xiàn)對應(yīng)需求。頭枕的主要功能是為了乘客在睡眠時可以倚靠，通過將頭枕內(nèi)的骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計為三片式的折疊結(jié)構(gòu)，通過電能傳動，實現(xiàn)A、B兩側(cè)的金屬片向內(nèi)翻折，讓乘客可以通過按鈕來調(diào)節(jié)頭枕角度，而無需手動調(diào)節(jié)頭枕的翻折角度。飛機乘客座椅靠背的調(diào)節(jié)主要利用機械傳動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，乘客在按壓調(diào)節(jié)按鈕后，傳動裝置解鎖，乘客通過后仰的力量將座椅靠背向后壓倒。通過固定螺桿旋轉(zhuǎn)帶動滑塊的方式可以代替這樣的機械傳動方式來精確地控制座椅靠背后傾角度，對于不同的行為需求預(yù)設(shè)不同的靠背角度，乘客通過按鈕就可以獲得合適的靠背角度，同時電能驅(qū)動的方式也能減少前后排乘客因為機械式調(diào)節(jié)方式的不可控性而產(chǎn)生的矛盾。兩種調(diào)節(jié)方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5。IFE屏幕的電動調(diào)節(jié)卻存在困難，因為IFE屏幕安裝于前排座椅上，若需要完成后排座椅對前排座椅IFE屏幕的控制可能使系統(tǒng)復雜程度陡然上升，同時增加不必要的成本，因此IFE屏幕的調(diào)節(jié)方式仍保持原狀，即利用轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，由乘客手動進行調(diào)節(jié)。

2.置物空間與收納設(shè)計。飛機乘客座椅的置物與收納功能主要由小桌板和雜志袋實現(xiàn)。根據(jù)發(fā)明原理1（分割），保證IFE屏幕與小桌板所必要的空間外，還可以對靠背背板進行合理的分割，在IFE屏幕與小桌板之間的空隙處分割出一塊圓角矩形區(qū)域，再結(jié)合發(fā)明原理17（維數(shù)變化）與發(fā)明原理7（嵌套），分割出的圓角矩形區(qū)域通過增加伸縮結(jié)構(gòu)，使原本是平面的靠背背板發(fā)生維數(shù)變化，形成類似抽屜一樣的結(jié)構(gòu)，方便乘客將一些容易遺失的小物件放置在其中。同時，小桌板本身也能通過分割實現(xiàn)更多元化的置物需求，將小桌板的外邊緣進行分割后，結(jié)合發(fā)明原理17（維數(shù)變化），利用卡扣結(jié)構(gòu)使小桌板可以形成傾斜狀態(tài)，以此滿足乘客一些多元化的使用需求，例如放置書本或是平板電腦等，如圖6。

3.充電位置設(shè)計。經(jīng)濟艙飛機乘客座椅的充電位置多放置于兩個座椅坐墊之間的下方，因為高度相對較低，乘客在使用時會產(chǎn)生諸多不便。根據(jù)發(fā)明原理7（嵌套），可以將充電口設(shè)置在扶手上，乘客在使用時無需再彎腰尋找電源插孔的位置，并且在保證了使用便利的同時也減少了多余的外露結(jié)構(gòu)。前文所述的通過維數(shù)變化與分割實現(xiàn)的收納功能也可以加入無線充電功能，通過在彈出結(jié)構(gòu)中加入線圈，乘客就可以在不使用手機時候?qū)⑹謾C放入其中充電，如圖7。

（三）外觀造型設(shè)計

外觀造型方面，座椅的設(shè)計加入更多現(xiàn)代化的元素：如靠墊上加入由參數(shù)化建模完成的漸變式六邊形的蜂巢肌理，增加摩擦力的同時，還可以對乘客背部的一些穴位進行按壓;在雜志袋以及座椅頭枕上增加皮質(zhì)的扣帶裝飾，改變年輕群體對飛機乘客座椅的刻板印象;側(cè)邊扶手也采用從面到線的結(jié)合方式，增加乘客視覺上的層次感，扶手側(cè)板下方的鏤空設(shè)計也可以讓乘客在視覺上獲得客艙環(huán)境相對寬敞的體驗，如圖8。

（四）座椅結(jié)構(gòu)布局

概念飛機乘客座椅由靠背骨架、坐墊底板骨架、頭枕骨架、支撐骨架組成主體部分;每個座椅的右側(cè)的扶手均可依靠翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)抬起，其內(nèi)部有對應(yīng)的電子與機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能;供能的電池組合理利用空間，安裝在底部支撐骨架的空隙上。概念飛機乘客座椅的結(jié)構(gòu)布局如圖9。

（五）配色方案

色彩搭配上，采用了藍色與白色相結(jié)合的搭配方式，呈現(xiàn)出一種象征天空的設(shè)計語言，以飽和度較低，色相較深的藍色為主，避免了乘客視覺刺激，同時也能產(chǎn)生一定的親切感。為避免視覺疲勞，在部分細節(jié)部位加入了飽和度相對較高的橙色作為點綴，如扶手充電口、頭枕皮質(zhì)扣帶、扶手側(cè)面的裝飾環(huán)等。配色方案如圖10，完整的效果展示如圖11。

結(jié)語

本文通過結(jié)合功能分析系統(tǒng)技術(shù)法與發(fā)現(xiàn)問題解決理論，對飛機乘客座椅進行功能整合和優(yōu)化設(shè)計，驗證了FAST-TRIZ設(shè)計方法在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中的優(yōu)勢與可行性，為后續(xù)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方面的研究提供了一定的參考價值，也為經(jīng)濟艙飛機乘客座椅設(shè)計提供了新的方向。FAST-TRIZ設(shè)計方法可以清晰定位產(chǎn)品的主要功能與各級子功能并切實解決其功能實現(xiàn)時產(chǎn)生的技術(shù)矛盾及物理矛盾，是一種能有效解決復雜產(chǎn)品功能技術(shù)問題的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法。