關(guān)鍵詞：家用充電沖擊鉆；TRIZ；用戶旅程圖；完備性法則；物場(chǎng)分析；熵

引言

家用充電沖擊鉆屬于消費(fèi)電子類產(chǎn)品，其在家庭裝修和小型商業(yè)空間裝修中應(yīng)用的頻率極高。一方面是由于其本身體積和重量適中，使用結(jié)束后即可方便收納；另一方面在于家庭裝修和小型商業(yè)空間裝修場(chǎng)景對(duì)沖擊鉆的工作功率要求不高，滿足家電拆裝和磚墻鉆孔作業(yè)即可。然而，家用充電沖擊鉆的用戶以非專業(yè)施工人員為主，在鉆墻作業(yè)場(chǎng)景中面臨6 項(xiàng)問題：1. 鉆頭位姿與墻面（作業(yè)面）不垂直，造成鉆孔傾斜，進(jìn)而影響家具和設(shè)備的安裝精度和牢固性；2. 鉆孔產(chǎn)生的大量磚粉揚(yáng)塵以噴射狀態(tài)從鉆頭與鉆孔的間隙噴向用戶的面部和軀干，對(duì)用戶造成吸入性損害；同時(shí)這些磚粉揚(yáng)塵會(huì)對(duì)作業(yè)區(qū)域地面、家具、電子設(shè)備造成粉塵覆蓋和吸附，不易清理；3. 無法準(zhǔn)確確認(rèn)鉆頭鉆入墻體深度是否≥膨脹螺栓長(zhǎng)度；4. 電池續(xù)航能力不足；5. 沖擊擋位力度不足；6. 鉆頭配件強(qiáng)度不佳。為此，文章構(gòu)建了一種基于TRIZ 理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型，為上述6 項(xiàng)問題提出了有效的解決方案。

一、TRIZ理論概述

蘇聯(lián)海軍專利局專利審核員、發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒（GenrichS.Altschuller，1926-1998 年）及一批研究人員經(jīng)過多年努力，在分析研究世界上大量高水平專利的基礎(chǔ)上，提出和創(chuàng)建了發(fā)明問題解決理論（TRIZ，拉丁文 Teorija Rezhenjja Inzhenernyh Zadach 的首字母縮寫）。TRIZ 回答了發(fā)明問題解決的流程、分析方法和支持工具等難題，已被公認(rèn)為世界級(jí)的創(chuàng)新方法，是目前絕大部分國(guó)際大公司采用的創(chuàng)新方法[1]。TRIZ 理論的核心是解決技術(shù)創(chuàng)新過程中的矛盾和問題。技術(shù)創(chuàng)新的核心是在產(chǎn)品/ 服務(wù)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、管理、銷售及售后服務(wù)等全生命周期的各階段，產(chǎn)生出的新的能滿足日益?zhèn)€性化的顧客需求、有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)意、解決問題的原理或方法，進(jìn)一步推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展[2]。

TRIZ 理論作為一種技術(shù)創(chuàng)新的解決思路和執(zhí)行方法，可以構(gòu)建解決技術(shù)創(chuàng)新問題的通用模型；基于該通用模型，結(jié)合所在行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的常規(guī)范式模型，可以高效推動(dòng)所處行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

二、基于TRIZ理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型

通過技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，是制造業(yè)企業(yè)提高自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要保障因素。在模糊前端和新產(chǎn)品開發(fā)、商品化等階段，均會(huì)出現(xiàn)各種技術(shù)障礙，制約著企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)等技術(shù)創(chuàng)新行為[3]。特別是模糊前端和新品開發(fā)階段，是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)品附加值產(chǎn)生的源頭。要想在源頭將產(chǎn)品做正確，須構(gòu)建出一套具備有效解且具有高度完備性的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型。在此之前，首先要明確現(xiàn)今產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的常規(guī)范式模型，如表1 所示：

由表1 可知，在新品開發(fā)階段，STAGE1 階段成功的發(fā)現(xiàn)/ 挖掘出目標(biāo)用戶的共性顯性/ 共性隱性需求，STAGE2 階段找到了該共性顯性/ 共性隱性需求的有效解決方案，當(dāng)且僅當(dāng)STAGE1 和STAGE2均達(dá)成時(shí)，產(chǎn)品創(chuàng)新實(shí)至名歸，即創(chuàng)新的方向正確且創(chuàng)新方案是創(chuàng)新方向的有效解。

在此基礎(chǔ)上，文章構(gòu)建出一套產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型，如表2所示。該范式模型基于TRIZ 理論中 的完備性法則分析和物場(chǎng)分析，結(jié)合表1 產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)常規(guī)范式模型，在STAGE2 階段，通過技術(shù)系統(tǒng)完備性分析和物場(chǎng)分析，將STAGE1 階段發(fā)現(xiàn)的共性顯性問題和挖掘的隱性問題賦予有效解，并將STAGE5 解決方案工業(yè)化量產(chǎn)驗(yàn)證和優(yōu)化目標(biāo)前置在STAGE2 階段，從DFMA 入手，對(duì)有效解進(jìn)行工業(yè)化量產(chǎn)可行性前置驗(yàn)證，從而進(jìn)一步提升基于TRIZ 理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型的可靠性。

三、家用充電沖擊鉆創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）發(fā)現(xiàn)共性顯性問題

1. 用戶滿意度分析

文章選取了現(xiàn)今國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上具有代表性的家用充電沖沖擊鉆品牌，分別是以米家、小猴為代表的國(guó)產(chǎn)新興家用電動(dòng)工具品牌，以博世（BOSCH）、牧田（MAKITA） 為代表的國(guó)外老牌家用電動(dòng)工具品牌。通過對(duì)上述4 個(gè)品牌的家用充電沖擊鉆進(jìn)行用戶滿意度對(duì)比分析，進(jìn)而歸納總結(jié)出家用充電沖擊鉆共性顯性問題。文章在遵守網(wǎng)站的使用條款和隱私政策的前提下，運(yùn)用python 爬蟲工具，在主流電商平臺(tái)將上述4 個(gè)品牌的用戶公開評(píng)論信息進(jìn)行爬取，得出表3 所示的用戶滿意度結(jié)果。

2. 共性顯性問題歸納

進(jìn)一步將表3 進(jìn)行歸納總結(jié)，可得出4 項(xiàng)家用充電沖擊鉆的共性顯性問題：沒有集塵配件、電池續(xù)航力不足、沖擊擋力度弱、鉆頭配件質(zhì)量不佳，特別是沒有集塵配件這一問題是用戶主要痛點(diǎn)所在。對(duì)于部分品牌存在的特定品控問題、兼容性問題以及品牌溢價(jià)等原因造成的價(jià)格問題則不在共性顯性問題的歸納范圍之內(nèi)。

（二）挖掘隱性問題

1. 用戶旅程圖分析

用戶旅程圖（Customer Journey Map）是服務(wù)設(shè)計(jì)中的一種常用方法，以時(shí)間順序描述用戶在整體流程中分階段產(chǎn)生的體驗(yàn)情緒[4]。在用戶旅程圖中可以鎖定共性顯性問題的導(dǎo)致的行為反饋；同時(shí)發(fā)掘出用戶模糊的，被無意識(shí)忽視的隱形問題。依據(jù)家用充電沖擊鉆共性4 項(xiàng)共性顯性問題可知：現(xiàn)有家用充電沖擊鉆的短板主要在沖擊鉆鉆墻這一應(yīng)用場(chǎng)景中。文章通過用戶旅程圖歸納總結(jié)20 組家用充電沖擊鉆用戶鉆墻作業(yè)旅程，如表4 所示。表4 中觸點(diǎn)是用戶行為實(shí)現(xiàn)的前沿媒介，行為反饋通過觸點(diǎn)觸發(fā)；行為反饋與行為匹配度越高，用戶使用體驗(yàn)越佳；反之低匹配度會(huì)引發(fā)用戶的挫敗感，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)驟降。

2. 共性隱性問題歸納

通過表4 用戶鉆墻作業(yè)行為和反饋的擬合度對(duì)比可知，STEP3-8是用戶體驗(yàn)驟降的集中區(qū)間，在此階段用戶體驗(yàn)驟降的原因除去4項(xiàng)共性顯性問題導(dǎo)致之外，文章還挖掘出2 項(xiàng)共性隱性問題：鉆頭作業(yè)前和作業(yè)中位姿無法穩(wěn)定垂直，還無法準(zhǔn)確確認(rèn)鉆頭鉆入墻體深度是否≥膨脹螺栓長(zhǎng)度。

（三）完備性法則分析

完備性法則是TRIZ 理論的核心工具之一。完備性法則可以簡(jiǎn)單描述為：系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)功能，必需具備保障最低工作能力的基本組成要素和基本聯(lián)系[5]。完備性法則有助于我們準(zhǔn)確地判斷現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中組件集合是否構(gòu)成完整的技術(shù)系統(tǒng)，有助于我們較為清楚地判斷各個(gè)裝置（組件）的運(yùn)行狀態(tài)，使得能夠判斷是否進(jìn)行裁剪或者由系統(tǒng)自身完成[6]。文章認(rèn)為，隨著技術(shù)進(jìn)步和人性化設(shè)計(jì)的持續(xù)普及，完備性法則可以進(jìn)階為：技術(shù)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)良好的用戶使用體驗(yàn)，其工作能力須保障良好的用戶體驗(yàn)。文章稱之為完備性法則進(jìn)階版，在完備性法則的基礎(chǔ)上引入用戶體驗(yàn)、能源以及作業(yè)對(duì)象的反饋描述，使得完備性法則更符合人性化設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

TRIZ 理論將產(chǎn)品視為一個(gè)完整的系統(tǒng)，各組件間相互關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為目標(biāo)的集合體。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能，系統(tǒng)必須具備4 個(gè)最基本的要素，即執(zhí)行裝置、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力裝置和控制裝置[7] 。文章將家用充電沖擊鉆鉆墻應(yīng)用場(chǎng)景的4 項(xiàng)顯性問題和1項(xiàng)隱性問題代入完備性法則進(jìn)階版進(jìn)行分析，準(zhǔn)確判斷其技術(shù)系統(tǒng)的完整性以及組件運(yùn)行狀態(tài)的用戶滿意度，得到如圖1 所示的分析結(jié)果。

由圖1 可知，在完備性法則分析中（2 環(huán)內(nèi)），家用充電沖擊鉆技術(shù)系統(tǒng)四個(gè)基本要素可以保障最低工作能力，滿足了用戶基本需。在完備性法則進(jìn)階分析中（3 環(huán)內(nèi)），外部控制并沒有給用戶帶去良好的使用體驗(yàn)，相反帶給用戶不良使用體驗(yàn)；外部控制疊加能源并沒有充分將體力（生物能）和電力充分的傳導(dǎo)至作用對(duì)象；最終，不良用戶體驗(yàn)反饋疊加不良能源反饋，導(dǎo)致了作業(yè)對(duì)象（結(jié)果）的不良。同時(shí)由圖1 可知，手柄作為主要組件，貫穿控制裝置、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置，可以進(jìn)一步明確：解決家用充電沖擊鉆鉆墻應(yīng)用場(chǎng)景不良使用體驗(yàn)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要位于手柄。

（四）物場(chǎng)分析

物場(chǎng)分析是 TRIZ 理論中一個(gè)重要的問題構(gòu)造、描述和分析的工具。阿奇舒勒通過對(duì)功能的研究，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出以下 3 條定律：① 所有的功能都可以分解為3 個(gè)基本元素，即兩種物質(zhì)和一種場(chǎng)；② 一個(gè)存在的功能必定由3 個(gè)基本元素組成；③ 將相互作用的3 個(gè)元素進(jìn)行有機(jī)組合將形成一個(gè)功能。這種采用兩種物質(zhì)和一種場(chǎng)的方式來表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)中相互作用和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的符號(hào)模型稱為物質(zhì) -場(chǎng)模型（Su-Field Models），簡(jiǎn)稱物場(chǎng)模型[1]。如圖 2 所示，S2 是工具，S1 是作業(yè)對(duì)象，二者均為物質(zhì)；F 則是場(chǎng)。其中，物質(zhì)是指技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的物質(zhì)實(shí)體或者工藝流程，它可以是整個(gè)系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)或單個(gè)的系統(tǒng)組件，甚至可以是環(huán)境（超系統(tǒng)及超系統(tǒng)組件）、工藝流程等；場(chǎng)是指工具和作業(yè)對(duì)象間相互作用所須能量，兩種物質(zhì)依靠場(chǎng)來進(jìn)行聯(lián)結(jié)；物質(zhì)之間的相互作用如果出現(xiàn)了能量的產(chǎn)生、吸收或轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，這種相互作用及能量轉(zhuǎn)換就是“場(chǎng)”。

物場(chǎng)模型可以用來描述系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，主要有 4 種問題類型：① 有用并且充分的相互作用；② 有用但不充分的相互作用；③ 有用但過度的相互作用；④ 有害的相互作用[1]。將家用充電沖擊鉆鉆墻應(yīng)用場(chǎng)景的4 項(xiàng)共性顯性問題和1 項(xiàng)共性隱性問題按照物場(chǎng)模型的4 類問題進(jìn)行歸納總結(jié)，并依據(jù)物場(chǎng)模型的變換規(guī)則，向?qū)?yīng)的物場(chǎng)問題提出解決方案，如表5 和圖3 所示。

為了使得技術(shù)系統(tǒng)不因新增的物場(chǎng)而過度增加自身的熵。文章創(chuàng)新性地將同一技術(shù)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)的上述兩類物場(chǎng)問題的解決方案進(jìn)行融合，將原本用于解決有害作用的S3（橙色背景）融入原本用于強(qiáng)化系統(tǒng)的S3（藍(lán)色背景）形成S3’， 使得S3’同時(shí)具備解決有害作用和強(qiáng)化系統(tǒng)的功能（一物兩用），使得技術(shù)系統(tǒng)的熵增得到有效控制，如圖4 所示。由于融合后的模型形象如同“fox face”，故文章將該模型命名為“FOX”——有用但不充分和有害作用一體化的技術(shù)系統(tǒng)問題解決模型，簡(jiǎn)稱“FOX”控熵物場(chǎng)模型，該模型適用于解決有用但不充分和有害作用同時(shí)出現(xiàn)在同一技術(shù)系統(tǒng)的物場(chǎng)問題。“熵”的概念源自物理學(xué)，指系統(tǒng)混亂狀態(tài)的量度。根據(jù)熵定律，每消耗一定的有效能量熵便增加，熵增加則意味著有效能量的貶值與混亂的增值[8]。

（五）方案設(shè)計(jì)

文章在此階段前置引入DFMA 分析，該分析基于家用充電沖擊鉆鉆墻應(yīng)用場(chǎng)景完備性法則及其進(jìn)階版分析結(jié)果和“FOX”控熵物場(chǎng)模型，確保使得STAGE2 概念設(shè)計(jì)方案既是有效解，也是后期順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)的有效解，如表6 所示。

至此，文章開始執(zhí)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)STAGE2 的具體任務(wù)：輸出解決家用充電沖擊鉆共性顯性/ 共性隱性問題的創(chuàng)新技術(shù)方案，如圖5 至圖7 所示。為了更為清晰地解析技術(shù)創(chuàng)新方案，文章將圖5 至圖7 的關(guān)鍵工具（產(chǎn)品部件）予以數(shù)字編號(hào)標(biāo)注，在表7 中對(duì)基于TRIZ 理論創(chuàng)新技術(shù)方案的用戶旅程進(jìn)行數(shù)字化驗(yàn)證，通過表7 與表4 市場(chǎng)現(xiàn)有家用充電沖擊鉆用戶鉆墻作業(yè)旅程分析表的比對(duì)，將共性顯性問題和共性隱性問題PB1-6 的解決成效實(shí)現(xiàn)閉環(huán)驗(yàn)證。

通過表7 和表4 的對(duì)比可知，較之市場(chǎng)上現(xiàn)有家用充電沖擊鉆的11 個(gè)步驟的用戶旅程，基于TRIZ 理論的創(chuàng)新技術(shù)方案的家用充電沖擊鉆用戶鉆墻作業(yè)旅程僅需6 個(gè)步驟即可順利完成鉆墻工作，且過程中將有效消除了有害作用，有用但不充分的相互作用被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為用用充分的相互作用，使得現(xiàn)有家用充電沖擊鉆PB1-6 的共性顯性問題和共性隱性問題得到有效解，同時(shí)解決成果具有較高的商業(yè)化實(shí)現(xiàn)條件。

結(jié)論

文章通過用戶滿意度分析和用戶旅程圖分析，發(fā)現(xiàn)了家用充電沖擊鉆的4 項(xiàng)共性顯性問題，發(fā)掘了2 項(xiàng)共性隱性問題；基于TRIZ 理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型，將家用充電沖擊鉆上述6 項(xiàng)問題歸納為有用但不充分作用和有害作用兩類物場(chǎng)問題，同時(shí)創(chuàng)新性地提出“FOX”控熵物場(chǎng)模型，并輸出有效且控熵的解決方案。同時(shí)，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)范式模型連同“FOX”控熵物場(chǎng)模型也為消費(fèi)電子類產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新提供了一定的參照。