基于TRIZ理論的多功能兒童床設(shè)計研究

趙勇淦 郜紅合 張耀躍

中圖分類號：TS664 文獻標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）09-0030-03

人們的物質(zhì)生活日益豐富，對身邊的產(chǎn)品特別是兒童家具產(chǎn)品有著更高的要求。兒童是一個家庭的中心，每一個父母都希望給予自己孩子最佳的成長空間。父母為了給孩子營造一種良好的生活環(huán)境，滿足孩子日常生活中的各種需求，會購買大量的兒童家具，這就產(chǎn)生了有限住宅空間與大量兒童家具之間的矛盾。此外，當(dāng)兒童床的使用壽命達到期限后，如何進行再利用就成為了亟需解決的問題。TRIZ理論是一個可以幫助人們發(fā)掘和開發(fā)自己的創(chuàng)造潛能，全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造和實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的理論。文章采用TRIZ理論對兒童床進行創(chuàng)新設(shè)計，分析其中存在的矛盾，使用TRIZ工具解決創(chuàng)新設(shè)計中存在的各種問題，然后得到最終的設(shè)計方案。

1 TRIZ理論概述

TRIZ理論在70多年前就已經(jīng)誕生了，其是在發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒的領(lǐng)導(dǎo)下，由研究機構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)組成的TRIZ研究團體，對250 萬份高水平的發(fā)明專利，進行搜集、專研、匯編、總結(jié)和完善，其中包括各種技術(shù)進化發(fā)展所遵循的規(guī)律，以及實現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的多種方法、算法組合而形成的綜合理論體系。TRIZ理論主要有兩大部分：一是TRIZ基本理論體系;二是TRIZ解題工具體系。TRIZ解決發(fā)明創(chuàng)新問題，是直接依靠技術(shù)系統(tǒng)進化的規(guī)律，來確定解決問題的方向，然后根據(jù)這些規(guī)律，開發(fā)出解決發(fā)明問題的專用工具以達到解決問題的目的。通過對傳統(tǒng)創(chuàng)新方法和TRZI理論的綜合分析，發(fā)現(xiàn)TRIZ理論和傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法相比具有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法顯示出高度的概括性和抽象性，并且使用過程中受到使用者的經(jīng)驗、技能和知識水平限制。而TRIZ理論的原理、法則、程序、步驟、措施等，都是以科學(xué)方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，有著自成體系以及嚴(yán)密的邏輯。TRZI理論可以幫助用戶明確方向，使用戶從數(shù)千種解決方案中快速找到解決復(fù)雜發(fā)明問題的方案。因此，TRIZ理論更為有效。

2 現(xiàn)有兒童床設(shè)計現(xiàn)狀

我國是家具生產(chǎn)銷售大國，有著龐大的消費群體，但是國內(nèi)的生產(chǎn)制造公司在近幾年才開始慢慢地注重設(shè)計方面的投入，國內(nèi)的生產(chǎn)制造廠商更喜歡模仿國際上優(yōu)秀的兒童家具產(chǎn)品。2019年中國家具零售額增長為5.1%，遠低于飲料類以及日常用品類，更多消費者愿意選擇性價比較高的兒童床，一方面由于消費者購買能力有限，另一方面在于后期利于更換為少年床或成人床。但是，價格較低的兒童床依然存在著設(shè)計缺陷，在安全性、使用壽命和適用性等方面存在問題。

通過對兒童床的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市面上流行的兒童床主要分為嬰兒床、少年床、子母床、護欄床以及功能床。對其歸納分析得出現(xiàn)有兒童床設(shè)計的存在問題：（1）很少具備多功能性與成長性，產(chǎn)品使用周期較短;（2）普遍存在一些設(shè)計缺陷和安全隱患;（3）過于注重娛樂性功能與儲物功能。中國同類兒童床的設(shè)計、生產(chǎn)與功能大同小異，缺乏創(chuàng)新性設(shè)計，同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，也沒有符合實際情況設(shè)計的多功能兒童床，不能滿足兒童的日常生活需求。

3 基于TRIZ 理論的多功能兒童床設(shè)計流程

文章在兒童床的創(chuàng)新設(shè)計過程中，通過對現(xiàn)有兒童床設(shè)計現(xiàn)狀進行分析，總結(jié)出存在的設(shè)計問題并確立設(shè)計目標(biāo)。建立初步的設(shè)計方案，運用TRIZ 理論對初步設(shè)計方案進行改進獲得最終設(shè)計方案。在此框架基礎(chǔ)上推演出如圖1所示的基于TRIZ理論的多功能兒童床設(shè)計流程圖，具體分為以下五個步驟：

1）確立設(shè)計目標(biāo)：對市面現(xiàn)有兒童床調(diào)研結(jié)果進行分析，總結(jié)兒童床在設(shè)計方面所存在的缺陷，明確需要解決的問題，確立設(shè)計目標(biāo)。

2）設(shè)計定位：明確兒童床的用戶群體與兒童床所具備的功能。根據(jù)綠色環(huán)保的創(chuàng)新理念選擇產(chǎn)品的制作材料，考慮產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的工藝難度，符合兒童家具的設(shè)計原則。

3）初步設(shè)計方案：根據(jù)確立的設(shè)計定位進行綜合考慮設(shè)計出初步方案，若難以實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，則需要將解決的問題帶入TRIZ理論當(dāng)中進行解決。

4）發(fā)現(xiàn)解決問題：首先，對初步方案中要解決的問題分清問題的技術(shù)屬性;其次，明確設(shè)計問題技術(shù)屬性后確認(rèn)問題選擇為TRIZ 理論問題模型中的技術(shù)矛盾模型;再次，把歸類好的具體設(shè)計問題，運用系統(tǒng)解題工具39個通用工程參數(shù)與矛盾矩陣，把問題中的矛盾點轉(zhuǎn)化為通用工程參數(shù)，再利用矛盾矩陣推算出標(biāo)準(zhǔn)解法;最后，根據(jù)運用系統(tǒng)解題工具從40個發(fā)明創(chuàng)新原理中得到推薦的最優(yōu)創(chuàng)新原理，從推薦的創(chuàng)新原理中選取與實際問題相符合的創(chuàng)新原理進行研究分析，并運用到設(shè)計方案中，然后對改進的方案進行建模，經(jīng)實驗分析，確定解法可行性并敲定設(shè)計方案。

5）方案評估：初步設(shè)計方案中的問題經(jīng)TRZI理論解決后，對設(shè)計方案進行最后的概念評估，分析方案能否在實際生活中滿足兒童的使用需求，并使用建模軟件建模模擬使用環(huán)境。

4 基于TRIZ理論的多功能兒童床設(shè)計實踐

4.1 設(shè)計定位及初步方案

設(shè)計的目的就是要縮小產(chǎn)品的初始狀態(tài)與理想狀態(tài)之間的差距，尋求一種滿足用戶需求的最佳方案。0～12歲是兒童生理心理迅速發(fā)展的階段，在分析兒童成長情況和市場上兒童床的現(xiàn)狀之后，筆者嘗試設(shè)計一款針對0～12歲兒童的可成長多功能兒童床，其設(shè)計定位為：（1） 在材料上，選擇綠色無醛膠合板;（2）在功能上，設(shè)計一款具有成長性和多功能的兒童家具;（3）在工藝結(jié)構(gòu)上，兒童床的生產(chǎn)制造難度較低，不能為了在設(shè)計中體現(xiàn)兒童床的可成長性和多功能性而導(dǎo)致兒童床生產(chǎn)程序繁瑣，并增加生產(chǎn)難度。如圖2 所示為初步設(shè)計方案，初步設(shè)計方案能夠滿足嬰兒在使用兒童床時的各種基礎(chǔ)需求。

4.2 應(yīng)用TRIZ 工具解決問題

研究分析兒童床的設(shè)計原理后，初步設(shè)計方案想要滿足成長性多功能的兒童床創(chuàng)新設(shè)計，需要解決初步設(shè)計方案中的3個技術(shù)矛盾。

4.2.1 矛盾1

筆者對設(shè)計案例中的兒童床有著可成長性的要求，希望兒童床可以長時間陪伴兒童成長，這就需要兒童床的長度是可調(diào)節(jié)的，但是兒童床的長度可調(diào)節(jié)后，床的結(jié)構(gòu)就會變得更加復(fù)雜，這就產(chǎn)生了第一個技術(shù)矛盾。提取設(shè)計問題中的技術(shù)屬性，歸類通用工程參數(shù)，利用系統(tǒng)工具中的矛盾矩陣，可得到創(chuàng)新原理為15動態(tài)特性原理、28機械系統(tǒng)代替原理、29氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理，37熱膨脹原理。把這四種方法帶入具體設(shè)計問題中進行分析驗證，能解決技術(shù)矛盾1中床長度調(diào)節(jié)的創(chuàng)新原理為15動態(tài)特性原理。

具體解決方案：兒童床采取動態(tài)特性原理中分割物體的具體方法。設(shè)計方案中將兒童床主體分為兩個可以移動的部分，床體可嵌套在一起，當(dāng)處于嬰兒床形態(tài)時兩個床體部分嵌套在一起，剛好符合嬰兒需求，當(dāng)嬰兒不斷成長，對床體長度需求不斷增加時，可以將其中一個部分拉伸出來，以滿足兒童的成長需求。圖3為解決矛盾1流程圖。

4.2.2 矛盾2

具體解決方案：采用動態(tài)特性原理中的分割物體。首先對床板進行橫向分割處理，然后為了增加床板延長后的穩(wěn)定性，每一個床板條與相鄰的床板條都有疊加的部分。解決矛盾2 的流程圖和矛盾1 的一樣，在此就不再展示。

4.2.3 矛盾3

設(shè)計案例中的兒童床不僅具有可成長性，而且在到達使用期限時，還可在原有的基礎(chǔ)上添加附件，改變使用功能，以達到延長使用壽命的目的。筆者分析了案例中兒童床的設(shè)計特點，床體本身由兩個單體組成，把床體的兩部分分離，再添加坐墊和靠背，就能形成兩個單人沙發(fā)，也可以拼接到一塊成為雙人沙發(fā)。但是一旦床板分離成兩個沙發(fā)座板，就產(chǎn)生了座板無法承受壓力的矛盾及技術(shù)矛盾3。經(jīng)過分析，利矛盾矩陣可得到創(chuàng)新原理為19周期性作用原理、1分割原理、35改變物理或化學(xué)參數(shù)原理。

具體的解決方案：采用發(fā)明創(chuàng)新原理的1 分割原理。為了能夠增加床板以及座板所承受住的力，在床板上添加可拆卸移動的橫條以增加床板和座板的強度，可移動橫條的兩端采用可伸縮設(shè)計，內(nèi)部有彈簧施加壓力并頂住兩端?？刹鹦兜臋M條采用不銹鋼材質(zhì)，以提高整個橫條強度。改進后的方案如圖4所示。

4.3 方案評估

TRIZ理論對初步方案中存在的問題進行了解決，兒童床床體可拉伸延長的設(shè)計滿足了0～12歲兒童在成長過程中的需求，延長了兒童床的使用周期。通過對床體不同的擺放以及添加坐墊，增加了多種使用功能，滿足了在產(chǎn)品到達使用壽命后的再利用目的，實現(xiàn)了兒童床與兒童的共同成長。分析后最終設(shè)計方案能夠解決現(xiàn)有兒童床設(shè)計的問題，達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。筆者對最終的設(shè)計方案采用Rhinoceros 5進行建模以及keyshot 進行了渲染（如圖5）。

5 結(jié)語

文章針對現(xiàn)有兒童床存在的問題，運用TRIZ 理論進行研究，提出基于TRIZ 理論的多功能兒童床設(shè)計流程，即運用TRIZ 工具推算出解決問題的設(shè)計方案。TRIZ理論縮短了解決問題的時間，且能高效地完成了多功能兒童床設(shè)計方案，滿足了兒童在0～12歲階段的使用需求且減少了家庭不必要的開支。設(shè)計成果符合產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展原則，同時驗證了TRIZ理論在兒童家具設(shè)計的可行性和創(chuàng)新性。