基于TRIZ理論的并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)

賀晨曦 馬或

摘要：為了滿足對并條機(jī)綜合品質(zhì)日益提高的要求，通過產(chǎn)品和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析并結(jié)合TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，找到一種基于TRIZ理論的并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。文章首先對并條機(jī)進(jìn)行了產(chǎn)品和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)并條機(jī)在造型設(shè)計(jì)上缺乏合理性，因此以提高并條機(jī)的安全性，樹立全新的設(shè)備形象為設(shè)計(jì)目標(biāo);然后，運(yùn)用TRIZ理論的創(chuàng)新原理和矛盾矩陣，利用分割、維數(shù)變化等原理進(jìn)行并條機(jī)的造型設(shè)計(jì);最后，結(jié)合造型要素、人機(jī)工程學(xué)、色彩設(shè)計(jì)獲取更優(yōu)的造型設(shè)計(jì)方案。為相關(guān)紡織機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)構(gòu)思提供了創(chuàng)新思路的可行性，并為工業(yè)設(shè)備的升級(jí)改造提供實(shí)例參考。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;并條機(jī);造型設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）02-0152-03

紡織機(jī)械行業(yè)作為我國的重要支柱產(chǎn)業(yè)，目前我國纖維加工量占世界總量的50%以上，紡織產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界第一[1]。紡織行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了紡織機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，勢頭迅猛，但重技術(shù)輕應(yīng)用的現(xiàn)象普遍存在，大部分產(chǎn)品在功能上得到了實(shí)現(xiàn)，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)造型簡單，干篇一律，缺少耳目一新的設(shè)計(jì)方案和造型方法，將廣為流行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和理論方法運(yùn)用到紡織機(jī)械裝備的造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)更是少之又少。

張建敏，王建偉等人為滿足用戶對手扶式旋耕機(jī)綜合品質(zhì)提升的用戶需求，提出基于TRIZ理論的旋耕機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[2];鐘光明，蘇文城運(yùn)用科學(xué)的TRIZ理論能快速有效地針對性分析，解決了兒童實(shí)木椅設(shè)計(jì)過程的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)了多功能性[3];孟娜娜等人基于TRIZ理論利用矛盾矩陣對城市挖掘機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型[4]。

上述研究通過與TRIZ理論的結(jié)合完成了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了TRIZ理論的強(qiáng)大應(yīng)用性，但很少在大型紡織機(jī)械裝備上得到應(yīng)用，且并沒有大幅度提升產(chǎn)品形象。本文以并條機(jī)作為設(shè)計(jì)對象，利用TRIZ理論進(jìn)行功能優(yōu)化和造型設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究，提升裝備的安全性，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，并形成獨(dú)特美觀的設(shè)計(jì)方案。

1 TRIZ理論概述

TRIZ理論，即發(fā)明問題的解決理論。是由前蘇聯(lián)發(fā)明家、教育家Genrich S.Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究團(tuán)隊(duì)在1 946年最先提出，通過對大量的文獻(xiàn)專利進(jìn)行分析總結(jié)，最后整理得出了創(chuàng)新的理論工具方法體系[5]。TRIZ的強(qiáng)大應(yīng)用性在先前的研究已經(jīng)得到了充分地印證，是為了消除工程矛盾，得到可實(shí)行的解決問題的方法。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)流程中可以簡單的概括為：發(fā)現(xiàn)問題一了解產(chǎn)品需求一篩選設(shè)計(jì)痛點(diǎn)一分析問題并解決問題一生成初步解決方案一設(shè)計(jì)評價(jià)與評估一設(shè)計(jì)方案的落地及實(shí)現(xiàn)。TRIZ理論的創(chuàng)新原理和矛盾矩陣是強(qiáng)大的方法儲(chǔ)備，能夠提供新的設(shè)計(jì)思路和方法，以便開發(fā)出富有競爭力的創(chuàng)新產(chǎn)品。

2 并條機(jī)造型設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

并條機(jī)在紡紗工藝流程中作為分界線存在，主要作用是將條子并合均勻便于進(jìn)一步的加工和使用，地位至關(guān)重要。以并條機(jī)作為工程縮影，與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品的造型結(jié)構(gòu)對比，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)對象存在較多不足。現(xiàn)存市面上的并條機(jī)造型設(shè)計(jì)并不能直接體現(xiàn)企業(yè)的品牌文化，幫助企業(yè)樹立良好的形象，并且在提升品牌的附加價(jià)值及經(jīng)濟(jì)收益上有所缺失[6]。并條機(jī)的外觀造型設(shè)計(jì)雖然作為較低成本的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，但卻是工業(yè)設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。造型設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的視覺因素之一，因此得到企業(yè)、市場、用戶的關(guān)注。但又因?yàn)樵煨偷闹苯有?，?dǎo)致現(xiàn)在市場上并條機(jī)在造型風(fēng)格上表現(xiàn)平平，缺乏設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性。并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)并不能單以美觀性作為設(shè)計(jì)評價(jià)的第一要素，要切實(shí)以產(chǎn)品的功能性作為首要因素，進(jìn)行最大的優(yōu)化設(shè)計(jì)[7]。

3 基于TRIZ理論的并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)意義

造型設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇中占有重要地位，優(yōu)秀的造型設(shè)計(jì)既能帶來過目不忘的視覺沖擊和審美體驗(yàn)，又能與功能達(dá)到完美融合，細(xì)節(jié)處理的人性化也會(huì)在造型設(shè)計(jì)中有所體現(xiàn)。依靠TRIZ理論方法體系并應(yīng)用在并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)上，能夠減少設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)主義理論，為設(shè)計(jì)提供原理方法，提升造型設(shè)計(jì)的科學(xué)性，將大幅度縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約資金和人力投入，從而開拓出紡織機(jī)械裝備造型設(shè)計(jì)的新方法。

4 基于TRIZ理論的并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

本文在研究過程中，以并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)為例，將TRIZ的通用工程參數(shù)和技術(shù)沖突的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)上，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)流程，基于TRIZ理論的并條機(jī)造型設(shè)計(jì)流程圖見圖1。

4.1 構(gòu)成組件及造型要素分析

經(jīng)過大量的文獻(xiàn)閱讀和實(shí)際考察，分析總結(jié)出并條機(jī)是由主體機(jī)身、喂棉部分、牽伸部分、成條部分構(gòu)成，伴有喂棉筒區(qū)和以導(dǎo)條板、導(dǎo)條壓棍，導(dǎo)條羅拉構(gòu)成的導(dǎo)棉區(qū)，并由一些輔助的自動(dòng)裝置組成。以宏觀的設(shè)計(jì)要素分析并條機(jī)并提取造型元素形態(tài)，主要包括牽制機(jī)殼面板的操作臺(tái)、兩側(cè)擋板、機(jī)身底座、機(jī)身散熱孔、機(jī)柜門、把手、產(chǎn)品型號(hào)標(biāo)識(shí)、急停按鍵的操作面板等，其中牽伸機(jī)構(gòu)是并條機(jī)的核心部分。以上的造型相互關(guān)聯(lián)，共同決定著產(chǎn)品的美觀性、設(shè)計(jì)獨(dú)特性和品牌認(rèn)識(shí)度等。結(jié)合使用場景及實(shí)際工作情況進(jìn)行分析，例如機(jī)身正面牽伸機(jī)殼面板的操作臺(tái)造型，傾斜角度及具體尺寸，機(jī)身與操作面板的高度差會(huì)對并條機(jī)的牽伸工藝、用戶操作體驗(yàn)造成較大的影響;機(jī)身底座將直接影響機(jī)身的穩(wěn)定性，機(jī)身散熱孔的造型，開孔大小，疏密的關(guān)系將直接影響裝備的生產(chǎn)效率、風(fēng)孔積灰和日后清理等問題;把手的尺寸和具體的排列位置影響著設(shè)備的工作效率;急停按鍵的操作面板的造型排列及位置關(guān)乎著生產(chǎn)安全。針對如上觀點(diǎn)，將以上造型要素作為具備一定功能要素影響的關(guān)鍵特征，如表1所示。

4.2 問題描述及問題原因分析

并條機(jī)作為紡織機(jī)械裝備中典型的功能性產(chǎn)品，技術(shù)應(yīng)用趨向商品同質(zhì)化。工業(yè)設(shè)計(jì)思維的缺乏導(dǎo)致功能與造型之間缺少平衡，易形成為了造型而造型的虛無性設(shè)計(jì)現(xiàn)象。

問題描述：通過研究調(diào)查、實(shí)際走訪，發(fā)現(xiàn)并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)上缺少合理性，在使用、拆卸、檢修等實(shí)質(zhì)性問題上有待提高。此外還存在運(yùn)行中機(jī)身不穩(wěn)、色彩設(shè)計(jì)中規(guī)中矩、造型缺少美觀性，更難達(dá)到造型與功能形式的完美融合、機(jī)身造型元素之間關(guān)聯(lián)性較差、產(chǎn)品缺少獨(dú)樹一幟的設(shè)計(jì)形象、品牌識(shí)別度低等問題。上述問題將直接影響并條機(jī)的使用效率和生產(chǎn)安全，具體問題如表2所示。

上述問題激發(fā)了對并條機(jī)的革新，需要串聯(lián)關(guān)鍵造型特征，統(tǒng)一設(shè)計(jì)風(fēng)格，增強(qiáng)并條機(jī)的設(shè)備安全性，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，形成獨(dú)特美觀的設(shè)計(jì)方案。

4.3 問題確定及原理選擇

根據(jù)上述問題分析，發(fā)現(xiàn)并條機(jī)在造型設(shè)計(jì)、安全性、可操作性存在著問題沖突。本文研究的目標(biāo)是為了提高并條機(jī)的安全性，增加設(shè)備的舒適度，通過造型確立統(tǒng)一的風(fēng)格，樹立全新的設(shè)備形象。用TRIZ理論39個(gè)通用工程參數(shù)，確定其改善的參數(shù)涉及12形狀，27可靠性，（此處將機(jī)身不穩(wěn)的問題與可靠性最近似，將其規(guī)劃為27可靠性）33可操作性。惡化參數(shù)涉及31、39及36，查詢結(jié)果如表3所示，得到對應(yīng)的解域，根據(jù)并條機(jī)的實(shí)際情況，再對解域內(nèi)的發(fā)明原理進(jìn)行可應(yīng)用性篩選，分別為第1條，第35條，第17條及第32條發(fā)明原理。

4.4 TRIZ發(fā)明原理確定及應(yīng)用說明

在TRIZ理論的指導(dǎo)下，本文對并條機(jī)的實(shí)際情況和客觀矛盾沖突進(jìn)行分析，以提高并條機(jī)的安全穩(wěn)定性為主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對并條機(jī)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，并統(tǒng)一設(shè)計(jì)風(fēng)格，以可操作易生產(chǎn)為設(shè)計(jì)要求，結(jié)合大環(huán)境的生產(chǎn)制造的形式，依托三條發(fā)明原理對進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。第1，17，32，35條發(fā)明原理的解釋如表4所示。

利用第一條發(fā)明原理（分割）對并條機(jī)的整機(jī)底座進(jìn)行分割，舍棄笨重且單一底座的造型形象，增大底座的面積，利用底座的自重加固機(jī)身，減少機(jī)身的晃動(dòng)，從而保證產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，風(fēng)格上奠定了設(shè)備的厚重感，達(dá)到潛意識(shí)的安全意向。利用分割原理并結(jié)合設(shè)計(jì)美學(xué)的原則對并條機(jī)功能原型的關(guān)鍵造型要素重新梳理，得到全新的關(guān)鍵造型要素（如圖3），要求設(shè)計(jì)要素之間保持相似性。

利用第二條發(fā)明原理（維數(shù)變化），基于原來底座的造型形狀，用多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu)，通過底座的兩級(jí)踏步堆砌，控制機(jī)身的離地距離，并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用原理，調(diào)整用戶操作的可及范圍，進(jìn)一步方便機(jī)身正面操作區(qū)域的使用。

針對并條機(jī)的各部分功能劃分，并利用第三條分明原理（改

變顏色）對并條機(jī)進(jìn)行色彩功能性規(guī)劃。以機(jī)身正面操作臺(tái)為例，對并條機(jī)的重要功能區(qū)域，如牽伸機(jī)區(qū)及操作屏運(yùn)用顏色強(qiáng)調(diào)，通過一定的比例和顏色劃分，以增強(qiáng)并條機(jī)的可操作性。

同時(shí)再利用第四條發(fā)明原理（參數(shù)變化），針對把手、控制面板、操作界面等，深入思考用戶操作的人機(jī)交互實(shí)際情況，重新規(guī)劃機(jī)身的排布位置，通過合理的設(shè)計(jì)尺寸為設(shè)備操作帶來更高效的便捷。又將把手全部圓角處理，避免直角彎折在使用過程中帶來的隱形傷害，也體現(xiàn)了大型設(shè)備的細(xì)節(jié)關(guān)懷。

針對TRIZ理論提供的發(fā)明原理的指導(dǎo)，將之前的造型要素進(jìn)行新的設(shè)計(jì)改造，以原型底座造型為設(shè)計(jì)第一要素，得到新的造型設(shè)計(jì)方案。

5 基于TRIZ理論的并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路

5.1 造型要素設(shè)計(jì)

此并條機(jī)造型設(shè)計(jì)以問題為導(dǎo)向，應(yīng)用TRIZ的發(fā)明原理，摒棄以往的造型簡單包裝及廉價(jià)的造型堆砌的方法，以提高產(chǎn)品的功能和用戶體驗(yàn)。在設(shè)備的造型上保持著設(shè)計(jì)造型元素的一致性，但大型裝備的升級(jí)研發(fā)始終圍繞著產(chǎn)品的功能，是以功能和技術(shù)為關(guān)鍵要素，在此基礎(chǔ)上做有限的設(shè)計(jì)。設(shè)備造型設(shè)計(jì)運(yùn)用線條的不同形態(tài)走勢，選用直線邊角排列形成強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)感和張力。設(shè)備的點(diǎn)線面應(yīng)用部分，應(yīng)以直線為主，斜切線沖擊為輔，保持斜切倒角來營造產(chǎn)品形態(tài)。為進(jìn)一步呼應(yīng)并條機(jī)的整體風(fēng)格，造型要素的細(xì)節(jié)上要與整體節(jié)奏高度呼應(yīng)。經(jīng)過演化推演，得到新一輪的造型要素分析，如表5所示。

5.2 人機(jī)工程

針對并條機(jī)情感細(xì)節(jié)不足的現(xiàn)狀，正面操作臺(tái)傾斜彎折角度采取45度，將牽伸機(jī)殼的通風(fēng)孔和顯示操作屏置于45度的角度。根據(jù)操作者站在機(jī)箱底座的水平視野范圍，45度既方便作業(yè)操作控制設(shè)備區(qū)域，又能避免通風(fēng)孔角度過小，通風(fēng)情況不良造成設(shè)備過熱的情況。牽伸機(jī)殼第二彎折角度采取15度折角，方便操作者在機(jī)身正面便于觀察并條機(jī)的工作情況。為了保持設(shè)備風(fēng)格的統(tǒng)一性，可以在其他角度的選擇上沿用相同角度。把手通過造型和肌理的處理，將直角改為圓角，減少設(shè)備的冷漠感，增強(qiáng)用戶的情感關(guān)懷體驗(yàn)。牽伸機(jī)殼的把手由于操作的頻繁程度和功能要素，垂直于機(jī)身側(cè)面，并條機(jī)兩側(cè)的把手則設(shè)置把手凹槽，避免使用過程中存在安全隱患。

5.3 色彩設(shè)計(jì)

任何工業(yè)產(chǎn)品都離不開色彩設(shè)計(jì)。紡織機(jī)械設(shè)備不同于以往的工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，作業(yè)環(huán)境具有很強(qiáng)的不確定性，優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)備色彩設(shè)計(jì)應(yīng)該做到品牌形象、產(chǎn)品風(fēng)格、企業(yè)文化、作業(yè)環(huán)境統(tǒng)一性等原則。市面上的并條機(jī)顏色大多飽和度較高，充斥著工業(yè)風(fēng)格的喧囂感，無法滿足使用者在視覺及情感上的體驗(yàn)。此并條機(jī)摒棄了常見的高飽和色彩，整體以白色作為主色調(diào)，藍(lán)灰色為機(jī)身色彩點(diǎn)綴，以深灰色為重色以壓制設(shè)備的重量感，提升設(shè)備的高級(jí)和安全的感官意向。藍(lán)灰色調(diào)在視覺上起到撫慰的情感效果，并且藍(lán)灰色在深灰、白色中間相互制約又各自跳脫，烘托出生動(dòng)、活潑、明快的設(shè)備形象。

6 并條機(jī)造型設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)不僅要求美觀，更要保證其功能性和技術(shù)性，造型設(shè)計(jì)也是在功能、技術(shù)條件、人際關(guān)系、生產(chǎn)成本之間尋求最優(yōu)的平衡點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前條件下設(shè)計(jì)帶來的最大經(jīng)濟(jì)效益和情感效值[8]。所以針對并條機(jī)造型設(shè)計(jì)，需要綜合多重方面的思考，與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合。在造型設(shè)計(jì)上不僅要求獨(dú)特性，與同類競品脫穎而出，又要求設(shè)備整體形象風(fēng)格一致，并凸顯工業(yè)設(shè)計(jì)美感，另外兼具靈活的細(xì)節(jié)關(guān)注，盡量滿足不同作業(yè)環(huán)境中的情感體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)過程中采用CAD/RHINO等工程制圖軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)如圖2所示。

7 結(jié)語

基于TRIZ理論，可以為具體的問題進(jìn)行指導(dǎo)，打破常規(guī)的設(shè)計(jì)界限和壁壘，提供新的理論和方法的指導(dǎo)。本文對并條機(jī)造型設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，在TRIZ沖突理論的指導(dǎo)下，將并條機(jī)的造型設(shè)計(jì)和實(shí)際問題相結(jié)合，能夠有效地提升產(chǎn)品設(shè)備形象，提高并條機(jī)的安全穩(wěn)定性，解決造型元素和風(fēng)格上的混亂問題，開展了并條機(jī)造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新方案，再一次應(yīng)用和驗(yàn)證了TRIZ理論指導(dǎo)大型機(jī)械設(shè)備造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可能，并為其他相關(guān)工業(yè)設(shè)備的升級(jí)改造提供實(shí)例參考。

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