傅雷，石暢，王南軼，梅小清

基于AHP/QFD/TRIZ集成理論的書柜設(shè)計方法

傅雷，石暢，王南軼，梅小清

（南昌大學 建筑與設(shè)計學院，南昌 330031）

為了解決不同用戶情感需求下的設(shè)計矛盾，提高用戶綜合滿意度，優(yōu)化傳統(tǒng)模塊化書柜設(shè)計，提出一條基于AHP/QFD/TRIZ集成理論的書柜設(shè)計方法。首先，利用文獻研究法與市場調(diào)查法收集篩選出用戶需求并利用KJ法進行歸納，利用AHP層次分析法建立情感層次模型并計算需求權(quán)重；其次，利用QFD將用戶需求轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的技術(shù)特征，計算出其重要度并得出5條矛盾沖突；再次，利用TRIZ理論中的物理沖突與技術(shù)沖突，篩選出與5條矛盾沖突相對應(yīng)的最佳發(fā)明原理；最后，制定書柜設(shè)計策略，進行整體的模塊單元分類與重組，將初步方案細化后得到最終產(chǎn)品設(shè)計方案。通過AHP/QFD/TRIZ集成理論的設(shè)計流程，高效、科學、邏輯地解決了用戶綜合情感需求問題與設(shè)計矛盾，該方法為其他類似產(chǎn)品設(shè)計提供了參照思路。

AHP；QFD；TRIZ；書柜；產(chǎn)品設(shè)計；模塊化

伴隨著我國全面小康社會的建成，人民素質(zhì)和生活水平、社會文明程度有了質(zhì)的飛躍。如今全民閱讀更是成為一股社會新風潮，北京每年發(fā)布的《中國圖書零售市場報告》顯示，除近兩年疫情影響外，我國從2015年開始一直保持著年均10%以上的增速，實體紙質(zhì)書的閱讀量處于中高速上升的狀態(tài)，人們對書柜的需求也隨之水漲船高。書柜用于書籍與陳設(shè)物的展示擺放，是家居、辦公室、書吧與圖書館等多種場合中不可或缺的實用性產(chǎn)品，人們在選購與使用書柜時不再是只關(guān)注其單一性質(zhì)需求，而是希望得到多方面需求尤其是情感需求方面的滿足，提高使用過程中的愉悅感。因此，為了提高現(xiàn)有的傳統(tǒng)書柜產(chǎn)品的用戶滿意度，設(shè)計的過程中應(yīng)當深入挖掘用戶的綜合情感需求，有針對性地改善書柜產(chǎn)品的外觀、功能與結(jié)構(gòu)等。

集成理論被廣泛運用于各種研究中，使研發(fā)流程更加緊湊、科學與高效。在工業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)域中，有許多學者投身于集成理論的運用與研究，李曉杰等[1]為了解決災(zāi)害救援問題，運用AHP將獲取的用戶需求進行權(quán)重確認，再利用QFD中的HOQ進行質(zhì)量特性轉(zhuǎn)換，最后利用TRIZ解決其技術(shù)與物理沖突，從而得出救援機器人的設(shè)計方案。蘇建寧等[2]將通過訪談得到的需求導入AHP判斷矩陣表中，利用QFD分析了設(shè)計要素在基于TRIZ進行采摘機的設(shè)計策劃，且結(jié)果表明機械運作過程效率有明顯提高。李小彤等[3]基于QFD-TRIZ集成理論，首先分析設(shè)計現(xiàn)狀，對收集的用戶需求進行層次模型的建立后，利用QFD將其轉(zhuǎn)化為設(shè)計特征，確定矛盾并分類后尋找最優(yōu)理想解，有效改進了筒紗包裝生產(chǎn)線的統(tǒng)一外觀。王年文等[4]確定設(shè)計特性后，分析用戶質(zhì)量需求并建立HOQ，最后進行矛盾的分析與解決，實現(xiàn)了理療儀效率的顯著上升。綜上可知，AHP可準確客觀地判斷出用戶需求的重要程度；QFD提供了用戶需求與技術(shù)特性相互轉(zhuǎn)換的路徑；TRIZ用于矛盾問題的解決。以上集成理論的研究方法目前較少被學者運用于家具產(chǎn)品設(shè)計中，因此在模塊化書柜的設(shè)計過程中導入集成理論，可以幫助研究人員更加科學有效地研發(fā)出迎合用戶與市場需求的新型產(chǎn)品，填補研究空白。

1 模塊化設(shè)計概述與模塊化書柜設(shè)計現(xiàn)狀

模塊化設(shè)計用于產(chǎn)品系統(tǒng)或服務(wù)系統(tǒng)中部件單元的替換，模塊化后的各式部件或單元可以通過相同的接口相互連接進而組合成新的形式，工程師、設(shè)計師或用戶可以根據(jù)市場或自身的需求組合出不同功能的產(chǎn)品[5-6]。模塊化產(chǎn)品的設(shè)計需要設(shè)計師由宏至微，先從整體開始考慮，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能劃分為相對獨立的模塊單元，進而對各局部模塊進行詳盡的考慮與深入的設(shè)計。模塊化設(shè)計的優(yōu)勢在于其系統(tǒng)性與自由性之間的完美契合，即利用模塊單元的劃分與重組設(shè)計出不同功能或形式的產(chǎn)品，降低了研發(fā)成本與操作難度，提高了靈活度與通用性[7]。

模塊化設(shè)計早年被廣泛用于重工業(yè)與機械設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計中[8]，例如汽車、模塊建筑構(gòu)件、渦輪機與計算機等，且發(fā)展已十分系統(tǒng)成熟。近年來，在家具等輕工業(yè)領(lǐng)域的模塊化設(shè)計也初見雛形，伴隨全民閱讀的熱潮，模塊化書柜因其獨特的造型與操作方式受到了消費者的青睞，在家具市場上占了據(jù)一席之地，目前市面上常見的模塊化書柜具有以下特點：模塊化書柜的結(jié)構(gòu)與骨架未進行單獨設(shè)計，模塊簡單堆疊的組合方式導致書柜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，且移動不便，見圖1a；模塊單元的種類與形式單一，使書柜通常不具備多項功能，能夠滿足的用戶需求有限，見圖1b；模塊自由度較低，模塊只能安裝在指定的位置，用戶不能根據(jù)自身需求與愛好更改安裝位置，見圖1c。因此，需要設(shè)計一款結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、能夠提供用戶不同功能、組合自由度高的模塊化書柜產(chǎn)品。

2 AHP/QFD/TRIZ理論概述與設(shè)計步驟

2.1 AHP/QFD/TRIZ理論概述

美國匹茨堡大學學者、運籌學家薩蒂于20世紀70年代提出了一種名為層次分析法（Analytical Hierarchy Process, AHP）的全新層次權(quán)重決策分析方法[9-11]。該方法將一個涉及多個復(fù)雜要素的問題系統(tǒng)化，確定目標層后，將系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)劃為若干個指標層以此來判斷各要素之間的關(guān)系，規(guī)劃工作完成后利用定性轉(zhuǎn)定量的方法對同級指標要素進行評價，以此計算出要素的優(yōu)先權(quán)重以確定其重要程度。該理論適用于各種指標錯亂繁瑣的目標系統(tǒng)的定量決策問題[12]。

QFD全稱為質(zhì)量功能展開（Quality Functional Deployment），是由日本學者赤尾洋二和水野滋于20世紀60年代提出[13-15]。QFD被廣泛用于用戶需求到技術(shù)特征與零部件特征之間的轉(zhuǎn)換工作，其核心概念便是質(zhì)量屋（House of Quality, HOQ），質(zhì)量屋通過構(gòu)建圖表的方式直觀地展現(xiàn)各要素之間的關(guān)系與權(quán)重，其主要使用步驟包括：將用戶需求轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的技術(shù)特征；將用戶需求與其重要度導入HOQ“左墻”；將技術(shù)特征導入HOQ“天花板”；利用“強相關(guān)”“中等相關(guān)”與“弱相關(guān)”確定用戶需求與技術(shù)特征之間的矩陣關(guān)聯(lián)度，并導入HOQ“屋身”；計算出技術(shù)特征的相對權(quán)重與絕對權(quán)重，并導入HOQ“地下室”；確定技術(shù)特征內(nèi)部之間的正負關(guān)聯(lián)性，并導入HOQ“屋頂”[11]。如今QFD已被廣泛應(yīng)用于企業(yè)、學術(shù)與實踐過程中，用于創(chuàng)新設(shè)計領(lǐng)域更是可以幫助設(shè)計人員降低返工次數(shù)與成本，提高研發(fā)效率[16-17]。HOQ模型見圖2。

圖2 HOQ模型

TRIZ理論（TRIZ Theory）全稱為發(fā)明問題解決理論（Theory of the Solution of Inventive Problems），最早可以溯源到發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒于20世紀40年代所參與的專利研究與處理[18-19]。阿奇舒勒在剖析了數(shù)以萬計的各國發(fā)明專利后總結(jié)歸納其背后的規(guī)律與法則，構(gòu)建了一個用于解決技術(shù)難題、實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)明的全新理論體系，簡稱TRIZ理論[20]。矛盾沖突解決原理是TRIZ理論中的核心方法，根據(jù)參數(shù)數(shù)量與要求的不同可以分為技術(shù)矛盾與物理矛盾，而物理矛盾又可分為空間分離、時間分離、條件分離、整體與部分分離4種，最后對應(yīng)40條發(fā)明原理給出理想解。該理論可運用于多種學科與領(lǐng)域，尤其是近年來在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展和利用[21-22]。

2.2 基于AHP/QFD/TRIZ的模塊化書柜設(shè)計方法步驟

階段一：基于情感層次理論，構(gòu)建出模塊化書柜的用戶情感需求層次模型，收集并篩選出可用的二級指標需求，并利用KJ法對其進行分類，利用層次分析法構(gòu)建一級指標層與二級指標層的判斷矩陣，對數(shù)據(jù)進行計算與分析以確定用戶需求的權(quán)重。

階段二：將用戶需求及其權(quán)重導入QFD質(zhì)量屋，判斷出用戶需求與技術(shù)需求之間的關(guān)聯(lián)度，計算出技術(shù)需求權(quán)重，并且判斷各技術(shù)需求內(nèi)部之間的正負相關(guān)性。

階段三：針對呈現(xiàn)負相關(guān)的技術(shù)矛盾問題，各自對應(yīng)TRIZ理論中的技術(shù)沖突矛盾與物理沖突矛盾，借助39條矛盾矩陣與40條發(fā)明原理找到問題的最優(yōu)解。

階段四：將各技術(shù)需求與發(fā)明原理轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計要素，設(shè)計出初步方案后進行深入細化，最后利用Rhino軟件進行建模并渲染，得到滿足消費者情感需求的產(chǎn)品設(shè)計。設(shè)計方法流程見圖3。

3 基于層次分析法的用戶情感需求分析

3.1 用戶情感需求層次模型構(gòu)建

情感層次理論由美國心理學家唐納德·A·諾曼提出[23]，該理論重視人與產(chǎn)品之間的情感交流，從心理學的視角探析如何在設(shè)計中實現(xiàn)用戶的情感需求，誘發(fā)用戶的情感反應(yīng)從而綜合提高用戶與產(chǎn)品的情感羈絆[24]?！肚楦谢O(shè)計》[25]中將人對產(chǎn)品的情感劃分為3類：本能層、行為層與反思層。其中本能層指用戶在初次接觸產(chǎn)品時，憑借自身感官接收其形態(tài)、色彩、材料等外在形式，將其反映給大腦從而形成的產(chǎn)品第一印象，是一種較為低級的情感；行為層不再討論產(chǎn)品的外觀問題，而是轉(zhuǎn)向用戶在具體的使用體驗過程中，對產(chǎn)品的功能、效用與使用性產(chǎn)生的情感；反思層脫離了產(chǎn)品的初級印象，涉及文化、背景與信息等復(fù)雜因素從而引起用戶的二次思考，是用戶在回憶過去與預(yù)測未來的長期思考過程中產(chǎn)生的一種深層次情感。

本研究的模塊化書柜設(shè)計基于上述情感層次理論，利用AHP層次分析法建立用戶情感需求層次模型。首先，將模型劃分為一級與二級指標層，一級指標層包括本能層、行為層與反思層；二級指標層在一級的基礎(chǔ)上，通過以下兩種方法收集用戶需求。方法一，文獻研究法，通過閱讀與書柜相關(guān)的文章，分析歸納出前人的研究成果；方法二，線上市場調(diào)查法，通過線上訪問多家購物網(wǎng)站與品牌官網(wǎng)，如宜家、京東和淘寶網(wǎng)等，了解國內(nèi)模塊化書柜產(chǎn)品的設(shè)計現(xiàn)狀，同時查看50種型號款式書柜產(chǎn)品的消費者評價，篩選出有用信息并進行收集處理。經(jīng)過初步歸納得到各式需求共38條，邀請5位產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的專家組成專項小組，組織專項小組篩剔除掉不恰當?shù)暮透拍钪貜?fù)的需求，并對保留的有效需求進行適當處理使其表達更加簡明通暢，利用KJ法將各需求制作為二級指標的需求卡片，按照需求特征對其進行一級指標歸類工作，最終保留有效需求14條，其中本能層5條，行為層6條，反思層3條，見表1。

圖3 設(shè)計方法流程

表1 模塊化書柜的用戶情感需求層次模型

Tab.1 Hierarchy model of users' emotional needs for modular bookcase

3.2 用戶需求權(quán)重計算

根據(jù)以上構(gòu)建的用戶情感需求層次模型，基于AHP層次分析法創(chuàng)建兩兩判斷矩陣，以確定各指標之間的權(quán)重關(guān)系，同時在運算的過程中引入標度與取值體系[26-27]（見表2—3），并進行一致性檢驗的計算，保證矩陣體系的合理性與邏輯性。

表2 標度及其含義

Tab.2 Scale and its meaning

本研究邀請了數(shù)位研究相關(guān)領(lǐng)域的專家進行集體決策并給出打分，以一級指標層為例的運算過程如下。

表3取值標準

Tab.3 RI values

1）構(gòu)建一級指標判斷矩陣，專家組對層內(nèi)指標進行兩兩判斷并打分（見表4）。

2）對矩陣結(jié)果進行權(quán)重計算。

4）根據(jù)計算結(jié)果得到一致性比率<0.10，證明該矩陣通過了一致性檢驗，該矩陣結(jié)果有效。

表4 一級指標層判斷矩陣

Tab.4 Level 1 index level judgment matrix

按照同樣的方法對二級指標層進行權(quán)重判斷與計算，并分別進行一致性檢驗，結(jié)果表明均通過檢驗。最后將一級指標權(quán)重乘以其下屬的二級指標層權(quán)重，可以計算出所有用戶需求的最終權(quán)重，需求綜合計算匯總見表5。

表5 需求綜合計算匯總

Tab.5 Comprehensive calculation and summary of needs

綜上所述，對模塊化書柜用戶需求的最終權(quán)重進行重要程度排序，得到排名為，穩(wěn)定牢固=使用安全>適用多種用途>比例協(xié)調(diào)>交互便捷快速>操作過程有趣味性>風格簡約現(xiàn)代>用色素雅>綠色環(huán)保>機動性強>彰顯個性>質(zhì)感上層>造型新穎多變。

4 基于QFD的用戶需求轉(zhuǎn)換

如表5所示，將用戶需求及其權(quán)重值導入質(zhì)量屋（HOQ）“左墻”；然后進行用戶需求與技術(shù)特征之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換，見表6。

對以上技術(shù)特征進行整合與分析，再結(jié)合模塊化書柜特有的形態(tài)特征與骨骼結(jié)構(gòu)，可將其劃分為3類技術(shù)特征：骨架、構(gòu)件與整體。將技術(shù)特征劃分為以上3類的依據(jù)如下：其一，骨架與構(gòu)件進行分離設(shè)計，骨架的獨立有利于書柜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與整體移動；其二，由于骨架承擔了承重與主要結(jié)構(gòu)功能，構(gòu)件能夠在骨架上進行自行更替，有利于書柜的多功能化與模塊化；其三，整體中包含的技術(shù)特征既適用于骨架，也適用于構(gòu)件。其中骨架的設(shè)計重點囊括占地面積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與材料堅實；構(gòu)件的設(shè)計重點囊括模塊化與適用多種用途；而書柜整體的設(shè)計重點囊括造型簡潔、色彩和諧、輕量化、符合人體工學、避免尖角、實用空間大與空間尺寸小，技術(shù)特征分類見圖4。將以上技術(shù)特征導入質(zhì)量屋（HOQ）的“天花板”。

表6 用戶需求與技術(shù)特征的關(guān)系轉(zhuǎn)換

Tab.6 Transformation of the relationship between users' needs and technical characteristics

圖4 技術(shù)特征分類

質(zhì)量屋（HOQ）的“屋身”，即用戶需求與技術(shù)特征矩陣圖中，設(shè)立關(guān)聯(lián)度等級以確定兩者之間的關(guān)聯(lián)程度，進行賦值，見表7。對關(guān)聯(lián)程度進行判斷，并填入相關(guān)符號進行標識，構(gòu)建出質(zhì)量屋的“屋身”部分。

表7 用戶情感需求與技術(shù)特征的對應(yīng)賦值

Tab.7 Corresponding assignment of users' emotional needs and technical characteristics

最后對構(gòu)成質(zhì)量屋“天花板”的技術(shù)特征進行正負關(guān)聯(lián)性判斷，并對其進行標識后導入質(zhì)量屋（HOQ）的“屋頂”部分。其中“＋正相關(guān)”意味著某方技術(shù)特征會伴隨另一方技術(shù)特征的改進而得到改進，“－負相關(guān)”意味著某方技術(shù)特征會由于另一方技術(shù)特征的改進而惡化，空白意味著兩方技術(shù)特征之間無關(guān)聯(lián)性，以此確定技術(shù)特征之間的矛盾沖突。模塊化書柜質(zhì)量屋模型見圖5。

觀察模塊化書柜質(zhì)量屋的“地下室”部分，依據(jù)重要度權(quán)重可知模塊化是最為重要的技術(shù)特征，重要程度排序依次為：模塊化>材料堅實>結(jié)構(gòu)穩(wěn)固>具有多項功能>避免尖角>符合人體工學>色彩和諧>輕量化>造型簡潔>實用空間大=空間尺寸小>占地面積小。

5 基于TRIZ理論的矛盾分析與解決

5.1 矛盾分析

由圖5可知，以“負相關(guān)性”標識存在的矛盾沖突共有5對，對該5對矛盾沖突進行解釋分析。

1）矛盾一：空間尺寸小與實用空間大。這對矛盾屬于物理矛盾下的空間分離情況，這對矛盾中的參數(shù)為“體積”。在同一空間中，體積小，書柜空間尺寸隨之減小以節(jié)約空間；體積大，書柜的實際可用空間隨之增大以放置更多的書籍、陳設(shè)與雜物等。

2）矛盾二：占地面積小與結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。這對矛盾屬于技術(shù)矛盾，書柜的占地面積小會導致其底面受力面受限，在書柜質(zhì)量不變的情況下，受力面減小導致推倒書柜所需的力矩隨之減小，結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。

圖5 模塊化書柜質(zhì)量屋模型

3）矛盾三：結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與具有多項功能。這對矛盾屬于技術(shù)矛盾，既要求書柜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定合理，又希望書柜可以具備盡可能多的功能。

4）矛盾四：造型簡潔與具有多項功能。這對矛盾屬于技術(shù)矛盾，書柜具備多種功能雖然能夠滿足用戶的不同需求，但是其外觀往往會隨之變得十分繁瑣復(fù)雜。因此，研究人員希望設(shè)計出既具備多項功能又造型簡潔明了，能夠迎合現(xiàn)代審美與市場的書柜。

5）矛盾五：具有多項功能與輕量化。這對矛盾屬于技術(shù)矛盾，用戶希望書柜的功能越多越好，但這可能會導致質(zhì)量的增加，而用戶又同時希望使用到更加輕量化的產(chǎn)品。

將以上5對矛盾與TRIZ理論中不同類型的矛盾沖突相對應(yīng)，即技術(shù)矛盾與物理矛盾，物理矛盾又包括空間分離、條件分離、時間分離及整體與部分分離。通過查閱39條技術(shù)沖突矩陣表找到40條技術(shù)矛盾的發(fā)明原理，利用分類找到40條物理沖突的發(fā)明原理，最終找到理想解以期實現(xiàn)問題的解決。矛盾分析及對發(fā)明原理見表8。

表8 矛盾分析及其對應(yīng)發(fā)明原理

Tab.8 Contradiction analysis and its corresponding invention principle

5.2 矛盾解決

1）依據(jù)表8中列出的對應(yīng)發(fā)明原理，針對此5對矛盾沖突逐一尋找最為適合的發(fā)明原理予以問題解決。在空間尺寸小與實用空間大沖突中，選用17號發(fā)明原理（多維運作），利用多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶需求增加書柜的實際可用層數(shù)，同時不需要時可以減少可用層數(shù)，將實用空間最大化。

2）在占地面積小與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定沖突中，選用2號發(fā)明原理（拆出），將可有可無的非結(jié)構(gòu)功能部件全部拆出單獨設(shè)計，省略了部件后的書柜的占地面積得到了有效控制；拆出書柜的非結(jié)構(gòu)部件，使書柜僅保留自身的骨骼框架，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性得到了極大改善，通過結(jié)構(gòu)的簡化使書柜重量可以通過同一垂直線均勻地抵達地面，可靠性與穩(wěn)定性得到提升。

3）在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與具有多項功能沖突中，同樣選用2號發(fā)明原理（拆出），將書柜各部分分為骨架與部件，再將除骨架外的所有部件拆出，僅利用骨架進行承重，書柜結(jié)構(gòu)簡化，穩(wěn)定性提升；有針對性地設(shè)計出滿足多種功能的不同部件（抽屜、層板、格框與桌面），且這些部件不承擔任何的結(jié)構(gòu)作用。因此，用戶可以根據(jù)自身需求自由選擇部件安裝在骨架上，實現(xiàn)書柜的多功能特性。

4）在造型簡潔與具有多項功能沖突中，傳統(tǒng)的一體式書柜內(nèi)部部件皆為固定式，無法對層高等要素進行更改，也無法根據(jù)用戶需求進行部件替換，而具備多項功能的傳統(tǒng)書柜又伴隨著外觀繁瑣復(fù)雜、空間浪費等問題。選用1號發(fā)明原理（分割），利用5組接口將1個書柜骨架均勻分割為相對獨立的4格，同時對各部件進行整體設(shè)計保證風格與規(guī)格尺寸的統(tǒng)一，且與骨架分割大小對應(yīng)吻合，每個構(gòu)件模塊恰好占據(jù)骨架1或2格，這樣既使整體造型更加輕盈簡約、風格統(tǒng)一，又保證了書柜的多功能性。

5）在具有多項功能與輕量化沖突中，選擇15號發(fā)明原理（動態(tài)），將傳統(tǒng)書柜中的不可動部件設(shè)計為可移動的，允許部件在骨架內(nèi)部上下垂直移動以調(diào)整高度，一件多用滿足特定需要，在保證了書柜多功能特點的同時又減輕了書柜質(zhì)量。

6 模塊化書桌設(shè)計實踐

6.1 模塊單元的劃分與重組

基于上述AHP/QFD/TRIZ等理論的分析結(jié)果展開書柜設(shè)計，在系統(tǒng)內(nèi)部矛盾利用TRIZ發(fā)明原理得到有效解決后，考慮到模塊化作為最為重要的技術(shù)特征，需要對其進行優(yōu)先考慮，并在其基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、組合方式等展開創(chuàng)新設(shè)計。因此，首先根據(jù)系統(tǒng)各部分的具體功能對模塊單元進行劃分，李偉湛等[28]提出了模塊簡化的方式，將功能模塊分為核心模塊與部件模塊，分別用不同的方塊代替以獲得初步直觀的組合方案。本研究中將模塊化書柜大致劃分為兩類，骨架與構(gòu)件?；谏衔目芍羌茏鳛闀竦闹饕Y(jié)構(gòu)，承擔了整體承重，同時由于結(jié)構(gòu)堅固作為重要的技術(shù)特征，出于安全穩(wěn)定的考慮，故不進行形態(tài)多樣化設(shè)計，骨架（Framework, F）作為核心模塊不可替換，以灰色象征；依據(jù)TRIZ的2號拆出原理，構(gòu)件由于不承重，可以根據(jù)用戶需求進行拆裝與更換，而骨架卻不受影響，這保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時考慮到構(gòu)件應(yīng)當具有多項功能，因此提供4種不同的形態(tài)供用戶選擇，作為可替換模塊，包括抽屜（Drawer, D）、層板（Plank, P）、格框（Box, B）與桌面（Tabletop, T），分別用紅、藍、黃與綠象征。模塊功能的劃分見圖6a。

圖6 模塊功能的劃分與關(guān)系

對模塊化書柜的各模塊功能進行分析比較，可知骨架是整體系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，其余部件的增減與替換無法離開該主體模塊。因此，F(xiàn)用于整體承重與模塊連接，依據(jù)TRIZ的1號分割原理，將骨架劃分為均等的幾塊，使模塊構(gòu)件之間可以直接相互替換拆裝：首先，一個F擁有5組橫插式接口（一組4個），橫插式接口用于D、P、B、T的連接，或者用于自身F的連接。其次，D、P、B可以與F任何一組接口連接。再次，T作為桌面，僅可以與最上端的一組接口連接。最后，其中D、P、T占據(jù)一組接口（1格），B占據(jù)兩組接口（2格）。模塊功能的關(guān)系見圖6b。通過以上邏輯關(guān)系分析，研究人員對該五大模塊單元進行科學組合，并借助計算機軟件Adobe Illustrator利用簡化方塊進行方案預(yù)演。

對上述幾種模塊進行方案預(yù)演可以有效地反映出模塊間的相互關(guān)系，由于版面有限選擇其中6種具有代表性意義的方塊組合方案，見圖7a，并對其進行形態(tài)推演，得到6種方案雛形，見圖7b。

圖7 模塊組合方案

6.2 方案的深入與細化

依據(jù)研究人員完成的模塊組合方式，進行方案細化，最終得出模塊化書柜設(shè)計方案。如圖8所示，骨架上端可根據(jù)需要利用雙頭固定件進行疊加固定，下端落地可以套用桌腿墊用于防滑耐磨，依據(jù)TRIZ的15號多維運作原理，用戶可以根據(jù)自身實際需求加設(shè)至雙層或三層骨架，這樣不僅將書柜的實用空間最大化，而且不需要時可自行拆除骨架以減少空間維度，達到減少空間尺度的目的?；蛘咴趩螌庸羌艿拇怪彼亩松霞釉O(shè)桌面模塊，并借助螺絲固定在4個橫插式接口中，用于伏案學習工作。抽屜有單格和雙格兩種形制，層板和格框皆可根據(jù)用戶需求與場景需要人為自行更換，底部安裝相同規(guī)格支撐架，同樣可利用螺絲固定于接口。

骨架作為核心模塊，高730 mm、長1000 mm、寬300 mm，使用15×15 mm正方形合金管材，桌面厚20 mm、長1 060 mm、寬450 mm，骨架上端連接桌面時總高750 mm，如果在桌面下方插口連接抽屜模塊時，抽屜底面距地面525 mm，該尺寸迎合了中國人平均身高，符合人體工學。骨架接口之間上下垂直間隔170 mm。所有可替換構(gòu)件模塊在底部通用相同規(guī)格的合金支撐架，高40 mm；可替換構(gòu)件模塊中，抽屜總高165 mm、長970 mm、進深300 mm，其中抽屜推拉部分高125 mm，適合收納一些不常用的日用品或較為貴重的小物件，如手表和文件；層板總高60 mm、長970 mm、寬300 mm，板材厚20 mm，層板視線最為通透開闊，適合擺放一些陳設(shè)藝術(shù)品或者經(jīng)常拿取的書籍雜物，如證書和瓷器；格框總高335 mm、長970 mm，進深300 mm，板材厚20 mm，尺寸適合垂直排列書籍。

圖8 模塊化書柜設(shè)計方案

造型方面，該模塊化書柜設(shè)計整體呈現(xiàn)為簡約現(xiàn)代風格，沒有多余的裝飾，以功能為中心的設(shè)計使其符合造型簡潔的特征要求。材料的選擇方面，由于材料堅固的技術(shù)特征會對書柜的穩(wěn)定牢固與使用安全的用戶需求造成影響，同時出于輕量化減重的目的，因此使用高硬度但更輕量化的白色外漆鋁合金材料作為骨架和構(gòu)件支撐架等金屬部分的材質(zhì)，而對抽屜、格框、桌面和層板等部分，則使用質(zhì)量更輕、紋理細膩自然的實木板。色彩方面，書柜整體色調(diào)為中性色，以白色與原木為主，雅致大氣且能夠與大多數(shù)場景相容，符合色彩和諧的特征要求?？紤]到交互的安全因素，對骨架與構(gòu)件均進行倒角處理，不僅整體視覺更加柔和，也避免尖角存在可能造成的潛在危險。操作方面，模塊化設(shè)計方便用戶根據(jù)自身需求與場景需要自行調(diào)整構(gòu)件模塊的安裝位置，杜絕資源與空間的浪費，依據(jù)TRIZ的動態(tài)原理，模塊方便隨時上下移動與裝卸，如此不僅增加了書柜功能，還增大了實際可用空間，將有限的空間利用到極致，減少了不必要的重量，且自由度與趣味性較高，共用接口的多模塊設(shè)計使書柜具備多項功能以應(yīng)對實際需要。例如，安裝桌面模塊即可變成書桌使用，而骨架可以累加至2～3層以減少占地面積，提高空間利用率。模塊化書柜組合效果見圖9。

圖9 模塊化書柜組合

7 結(jié)語

本研究以書柜設(shè)計為例，基于情感層次理論分析用戶需求，利用層次分析法計算需求權(quán)重，轉(zhuǎn)入功能質(zhì)量展開模型中獲得相對應(yīng)的技術(shù)特征與其重要度；借助TRIZ解決其中的矛盾沖突后，對書柜進行模塊單元的分類與整體的初步方案判定，再對各部件深入設(shè)計，最終得到模塊化書柜產(chǎn)品[29-30]。該設(shè)計流程集成了包括AHP、QFD與TRIZ在內(nèi)的多種理論與方法，使整體的設(shè)計步驟與方式更加有理可循、有據(jù)可依，且嚴絲合縫，使書柜在造型外觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與交互效率等多個方面綜合提高了用戶情感需求的滿意度，為相關(guān)家具產(chǎn)品設(shè)計提供了參考樣例。后續(xù)研究工作將進一步升級模塊接口的接洽問題，使相鄰構(gòu)件之間間隙更小，可利用空間更大，同時使模塊的安裝拆卸效率更高，操作更簡易。

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Bookcase Design Method Based on AHP/QFD/TRIZ Integration Theory

FU Lei, SHI Chang, WANG Nan-yi, MEI Xiao-qing

(Architecture and Design College, Nanchang University, Nanchang 330031, China)

The work aims to propose a bookcase design method based on AHP/QFD/TRIZ integration theory, in order to solve the design contradiction under different users' emotional needs, improve users' comprehensive satisfaction and optimize the traditional modular bookcase design. Firstly, literature research method and market research method were used to collect and screen out users' needs, and KJ method was used for conclusion. AHP was used to establish the emotional hierarchy model and calculate the weight of needs. By QFD, the users' needs were transformed into the corresponding technical characteristics, and the corresponding importance degree was calculated and 5 contradictions were obtained. According to the physical contradiction and technical contradiction in TRIZ theory, the best invention principles corresponding to the five contradictions were selected. Finally, the bookcase design strategy was formulated, the overall module unit classification and reconstruction were carried out, and the preliminary scheme was refined to obtain the final product design scheme. Through the design process of AHP/QFD/TRIZ integration theory, the contradiction between users' comprehensive emotional needs and design is solved efficiently, scientifically and logically. This method provides a reference for the design of other similar products.

AHP; QFD; TRIZ; bookcase; product design; modularization

TB472

A

1001-3563(2023)14-0188-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.14.020

2023–02–27

傅雷（1999—），男，碩士生，主攻工業(yè)設(shè)計。

梅小清（1969—），男，碩士，副教授，主要研究方向為環(huán)境設(shè)計。

責任編輯：陳作