賈玉玉，張 勝，楊 濱，韓 潔 Jia Yuyu &Zhang Sheng &Yang Bin &Han Jie

(中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙 410004）

隨著我國生育政策的調(diào)整，兒童家具市場迎來了新機(jī)遇[1]。作為家具類別中的一個(gè)分支[2]，我國兒童家具起步晚，存在款式、功能單一，安全性、環(huán)保性不足，使用周期短[3]，趣味性低等問題，為此很多學(xué)者都提出了自己的改善建議。許修桐等人指出在兒童家具造型設(shè)計(jì)上要采用圓滑的曲線解決安全問題[4]。王晨露指出選擇合適的環(huán)保性材料進(jìn)行兒童家具設(shè)計(jì)[5]。于東玖運(yùn)用可持續(xù)設(shè)計(jì)理念對兒童床進(jìn)行了優(yōu)化，很好地延長了兒童床的使用周期，更好地滿足了兒童的需求[3]。賀煒指出在進(jìn)行兒童家具設(shè)計(jì)時(shí)，可以將兒童家具趣味性作為設(shè)計(jì)目標(biāo),有利于培養(yǎng)兒童良好的行為習(xí)慣和良好的品質(zhì)[6]。以上學(xué)者從不同的角度對兒童家具設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，但沒有形成一套兒童家具的集成設(shè)計(jì)方法。本文以軟木兒童凳為例，運(yùn)用質(zhì)量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）和發(fā)明問題解決理論（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）[7]集成設(shè)計(jì)了一套可根據(jù)兒童喜好進(jìn)行組裝的軟木凳，并通過具體的實(shí)施對設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 QFD和TRIZ概述

QFD又稱質(zhì)量屋，是20世紀(jì)60年代由日本學(xué)者赤尾洋二提出的多層次演繹分析方法[8]。QFD的優(yōu)勢是通過了解用戶需求，建立用戶需求和設(shè)計(jì)要素之間的映射關(guān)系，在源頭上明確產(chǎn)品應(yīng)具有的特性和質(zhì)量[9]，增強(qiáng)用戶對于產(chǎn)品的滿意度，縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品開發(fā)速度。TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論始于1946年，意為“發(fā)明問題解決理論”[7]，由40條創(chuàng)造性的發(fā)明原理和39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)組成，通過矛盾矩陣的方式將工程原理和發(fā)明原理對應(yīng)起來，解決概念設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的一系列問題。很多學(xué)者也將這兩種理論結(jié)合起來使用。易欣等人針對兒童搖椅提出基于QFD和TRIZ集成設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了適用于兒童搖椅的模型，并運(yùn)用該模型進(jìn)行了兒童搖椅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[9]。陳旭等人從人機(jī)工學(xué)的角度，構(gòu)建了QFD和TRIZ的集成設(shè)計(jì)方法，從老年人的生理、心理以及交互的角度為適老化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了明確的方向[10]。以上學(xué)者將這兩種理論運(yùn)用在適用于不同人群的產(chǎn)品設(shè)計(jì)上都取得了較好的效果，所以利用QFD和TRIZ集成設(shè)計(jì)可以解決不同用戶需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。

2 構(gòu)建基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設(shè)計(jì)

本研究分四個(gè)階段進(jìn)行。第一階段：調(diào)研兒童家具中存在的問題并對其進(jìn)行分析。第二階段：將收集的用戶需求轉(zhuǎn)化為特定的設(shè)計(jì)要素，應(yīng)用QFD理論構(gòu)建質(zhì)量分析屋，分析用戶需求找出每個(gè)設(shè)計(jì)要素中存在的矛盾沖突。第三階段：通過TRIZ理論對存在的矛盾沖突進(jìn)行描述，根據(jù)TRIZ理論中的決策方法，尋找合適的設(shè)計(jì)方法，對兒童家具進(jìn)行設(shè)計(jì)并輸出設(shè)計(jì)方案。第四階段：對設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，通過分析改進(jìn)設(shè)計(jì)方案中存在的問題。基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設(shè)計(jì)流程

2.1 兒童家具的調(diào)研分析

2.2.1 兒童家具的材質(zhì)分析

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，安全環(huán)保的天然材料作為兒童家具的主材更受家長的喜愛[11]。軟木又稱栓皮，是一種特殊的樹皮，是一種安全、環(huán)保、零碳排放的天然可再生材料[12]。孫彥彥等提出軟木獨(dú)特的柔軟性對于兒童的身心健康是有利的[13]。Sofia等認(rèn)為軟木具有很好的彈性和耐摩擦性，可以很好地運(yùn)用在室內(nèi)家具中[14]。Ana等人對軟木進(jìn)行了可持續(xù)性分析，認(rèn)為軟木是可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)秀材料[15]。所以無論是從材質(zhì)的安全性，還是從環(huán)保角度來說，軟木都是很好的選擇。

2.1.2 兒童家具的結(jié)構(gòu)分析

由于兒童的年齡小、好奇心強(qiáng)、安全意識較弱，所以結(jié)構(gòu)的安全性與便捷性是兒童家具設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)?，F(xiàn)有家具結(jié)構(gòu)大致分為可拆卸和固定式兩種，可拆卸的結(jié)構(gòu)又分為榫接式、嵌入式、卡扣式、插接式等[16]。插接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好、架構(gòu)簡單，插接結(jié)構(gòu)的家具便于組裝、拆卸方便[17]。謝曉亮運(yùn)用插接結(jié)構(gòu)進(jìn)行嬰童用品設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、適用性強(qiáng)[18]。所以在進(jìn)行兒童家具設(shè)計(jì)時(shí)，選擇插接式作為主要的連接結(jié)構(gòu)可以達(dá)到快速拆裝和安全穩(wěn)定的目的。

2.1.3 兒童家具的功能分析

市場上兒童家具的種類有很多，但是功能單一，使用周期短，不能滿足兒童的成長需求，家長也對兒童家具的單一功能不滿意，希望在基本功能之外有更多其它的功能。產(chǎn)品的多功能設(shè)計(jì)主要是指基于初始功能的再設(shè)計(jì)，是對其他功能的增加[19]。通過對兒童家具進(jìn)行多功能設(shè)計(jì)可以滿足不同時(shí)期的兒童成長需求，延長兒童家具使用期限，緩解兒童家具用后即棄的問題[20]。

2.2 運(yùn)用QFD理論構(gòu)建兒童家具設(shè)計(jì)的需求質(zhì)量屋

通過對市場上兒童家具產(chǎn)品現(xiàn)狀和市場需求分析，發(fā)現(xiàn)兒童家具主要存在的問題是安全性不足、實(shí)用性低、使用周期短、缺乏趣味性、結(jié)構(gòu)不夠安全、材質(zhì)不過關(guān)、回收性能差[3]。其中需求主要分為：功能需求、經(jīng)濟(jì)需求和心理需求三個(gè)方面，功能需求包括舒適易用、綠色環(huán)保、便于移動(dòng)、多功能轉(zhuǎn)化；經(jīng)濟(jì)需求包括價(jià)格合理、使用時(shí)間長；心理需求包括造型精美、高趣味性、安全可靠。將收集到的各項(xiàng)需求轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、造型、復(fù)雜性、多用性、穩(wěn)定性、易操作性共七項(xiàng)設(shè)計(jì)要素，構(gòu)建兒童家具設(shè)計(jì)的需求質(zhì)量屋（表1）。

表1 兒童家具設(shè)計(jì)的需求質(zhì)量屋

2.3 運(yùn)用TRIZ理論解決兒童家具設(shè)計(jì)中的矛盾

從上文所建立的兒童家具設(shè)計(jì)質(zhì)量屋中可以看出，用戶的綜合需求中舒適易用、綠色環(huán)保、多功能轉(zhuǎn)化和使用長久占比最大；設(shè)計(jì)要素自相關(guān)矩陣推導(dǎo)出有三對矛盾，即兒童家具設(shè)計(jì)中存在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與產(chǎn)品的復(fù)雜性、物質(zhì)和事物的數(shù)量（功能）與產(chǎn)品的復(fù)雜性、產(chǎn)品多用性與可操作性(功能）之間的矛盾。

運(yùn)用TRIZ理論中所提供的39個(gè)工程參數(shù)將矛盾描述為：希望提高的參數(shù)為No.13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，即家具產(chǎn)品在使用的過程中安全可靠性；No.26物質(zhì)或事物的數(shù)量，即產(chǎn)品在使用過程中零部件被替換的可能性；No.35適應(yīng)性及多用性，即家具在進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換時(shí)是可以達(dá)到用戶要求，工程參數(shù)對矛盾的轉(zhuǎn)化描述如表2所示。

表2 工程參數(shù)對矛盾的轉(zhuǎn)化描述

矛盾1的分析：根據(jù)TRIZ理論所屬的39條標(biāo)準(zhǔn)工程技術(shù)參數(shù)，矛盾1可通過優(yōu)化參數(shù)（No.35適應(yīng)性及多用性）和惡化參數(shù)（No.32可操作性）進(jìn)行描述。

因?yàn)橐岣邇和揖叩亩嘤眯?，即延長使用周期，所以當(dāng)家具的功能增加，用戶在進(jìn)行功能間的轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)在組裝產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生一定的困難。根據(jù)矛盾矩陣表可知涉及的發(fā)明原理有No.1，No.13，No.31。經(jīng)分析后認(rèn)為可以解決該矛盾的發(fā)明原理為No.1分割原理。

具體解決方案：在初步方案的基礎(chǔ)上，增加可以由兒童DIY的部分，可根據(jù)兒童的喜好對凳子上的裝飾物進(jìn)行修改，有效培養(yǎng)兒童的動(dòng)手能力，同時(shí)也增加了趣味性，矛盾1解決流程如圖2所示。

圖2 矛盾1的解決流程

矛盾2的分析：根據(jù)TRIZ理論所屬的39條標(biāo)準(zhǔn)工程技術(shù)參數(shù)，矛盾2可通過優(yōu)化參數(shù)（No.26物質(zhì)或事物的數(shù)量）和惡化參數(shù)（No.36裝置的復(fù)雜性）進(jìn)行描述。

由于兒童凳選用材質(zhì)為軟木，當(dāng)它由一種功能轉(zhuǎn)換為多功能后，伴隨著其損壞速度的增加，為了延長產(chǎn)品的使用周期，方便更換損壞的部件。就產(chǎn)生了組成兒童凳模塊的數(shù)量和兒童凳功能轉(zhuǎn)換時(shí)的復(fù)雜性之間的矛盾。根據(jù)矛盾矩陣表可知涉及的發(fā)明原理有No.3，No.13，No.27，No.10。經(jīng)分析后認(rèn)為可以解決該矛盾的發(fā)明原理為No.3局部質(zhì)量原理。

具體解決方案：以模塊化作為產(chǎn)品的主要形式，零部件損壞后，可以隨意更換。甚至可以根據(jù)自身需求，將兒童凳組裝成收納箱。當(dāng)把兒童凳設(shè)計(jì)成模塊化以后，不僅方便用戶對于損壞部件的替換，還可以根據(jù)自身需求去轉(zhuǎn)化家具的功能。矛盾2解決流程如圖3所示。

圖3 矛盾2的解決流程

矛盾3的分析：根據(jù)TRIZ理論所屬的39條標(biāo)準(zhǔn)工程技術(shù)參數(shù)，矛盾3可通過優(yōu)化參數(shù)（No.13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）和惡化參數(shù)（No.36裝置的復(fù)雜性）進(jìn)行描述[21]。

當(dāng)兒童凳模塊化后，部件之間連接成為急需解決的問題，用戶在進(jìn)行不同產(chǎn)品的組合時(shí)，面臨的問題具有較大差異，如轉(zhuǎn)換成凳子時(shí)需要考慮的結(jié)構(gòu)問題和它作為收納箱時(shí)的結(jié)構(gòu)問題是不同的，所以如何使其在不同的狀態(tài)下，零件均可使用。根據(jù)矩陣表可知涉及的發(fā)明原理有No.2，No.35，No.22，No.26。經(jīng)分析后認(rèn)為可以解決該矛盾的發(fā)明原理為No.2分離原理。

具體解決方案：產(chǎn)品連接件以獨(dú)立形式呈現(xiàn)。主要的連接形式采用插接結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)自身需求選擇連接件的數(shù)量。同時(shí)將原有的DIY部件的凸起增加到兩個(gè)，以作為輔助連接，增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性。根據(jù)不同的組合要求購買適量的連接件。將連接件分離出，不僅可以改善結(jié)構(gòu)問題，還可以減少不必要的成本浪費(fèi)，矛盾3的解決流程如圖4所示。

圖4 矛盾3的解決流程

2.4 方案生成與檢驗(yàn)

2.4.1 方案的生成過程

根據(jù)上述解決途徑，對兒童凳進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先將兒童凳分為三個(gè)模塊，每個(gè)模塊都是獨(dú)立的，第一個(gè)部分為坐墊模塊。第二個(gè)部分為弧形模塊，主要是用來拼接和組合成不同功能的家具。第三個(gè)部分為DIY模塊，此模塊可由兒童通過想象發(fā)揮自由組裝。這款軟木兒童凳的設(shè)計(jì)效果圖如圖5所示。

圖5 軟木兒童凳的設(shè)計(jì)效果圖

兒童凳主要采用軟木搭配環(huán)保PP（聚丙烯）材料使用，用來緩解軟木無法作為支撐結(jié)構(gòu)的缺陷。它有兩種不同的組合形式，功能一是將三個(gè)模塊進(jìn)行簡單的組合，拼成簡單的兒童凳，兒童可以使用模塊三進(jìn)行DIY組裝。功能二拼接成高低不同的圓柱型收納箱。通過以上兩種不同的功能轉(zhuǎn)換，可以有效延長家具的使用周期，做到一物久用（圖6）。

圖6 軟木兒童凳兩種功能效果示意圖

2.4.2 方案的檢驗(yàn)與改進(jìn)

當(dāng)各模塊模型設(shè)計(jì)初稿完成后，請不同的目標(biāo)用戶對所設(shè)計(jì)的初稿，在外觀、結(jié)構(gòu)和造型方面進(jìn)行了初步評估。評估結(jié)果表明，由于兒童身高有區(qū)別，對兒童凳的高度也需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而設(shè)計(jì)初稿模塊的大小相同，高度可調(diào)節(jié)性較低。根據(jù)TRIZ理論產(chǎn)生了No.4靜止物體的長度與No.36裝置的復(fù)雜性之間的矛盾，對應(yīng)的解決辦法是No.1分割原理和No.26復(fù)制原理，即將初稿中作為調(diào)節(jié)高度的模塊（模塊二）設(shè)計(jì)成三種不同的尺寸，這樣就可以隨著兒童身高的變化調(diào)整凳子的高度。多種大小的模塊在無形中也增加了趣味性。目標(biāo)用戶對修改后的方案給出了較為滿意的答復(fù)，最終產(chǎn)生了適合的設(shè)計(jì)方案（圖7）。

圖7 軟木兒童凳優(yōu)化后效果圖

3 結(jié)語

本文將QFD和TRIZ理論集成設(shè)計(jì)運(yùn)用在軟木兒童凳的設(shè)計(jì)中，通過對兒童家具設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析，將用戶的需求描述為可解決的沖突，運(yùn)用對應(yīng)的集成設(shè)計(jì)方法，解決了用戶對于兒童家具多用性的需求，實(shí)現(xiàn)了兒童家具的功能性轉(zhuǎn)換，為兒童家具設(shè)計(jì)提供了新的思路。