基于AHP 分析法與TRIZ 理論的可折疊座椅設計研究

范峰源，郝巍東

（太原師范學院，山西 晉中 030619）

目前在一二線城市中，大批年輕人和外地工作者需要通過租房提供生活空間的現(xiàn)象較為普遍，通常他們會選擇面積較小的公寓房或與外人合租以減輕房租壓力，導致其居住環(huán)境最大的問題在于生活空間狹小，但這不會改變他們對生活質量的關注。針對這一現(xiàn)狀，研究如何通過家具創(chuàng)新設計來提升居家空間利用率的問題是至關重要的。結合KJ 法與AHP 層次分析法的研究可獲取該類用戶對折疊座椅的需求，并進行權重分析，可讓設計方案最終呈現(xiàn)后對消費者需求具有更加精準的指向性，也為TRIZ 理論在解決主要的產(chǎn)品設計問題時提供依據(jù)。

可折疊家具的設計可以減少室內(nèi)占地面積及空間，間接地優(yōu)化了住宅空間利用率，可折疊家具注重可變性和多元化，目前較為常見的是折疊桌椅、折疊床等，為小型空間布置提供更多的靈活性，不需要使用時可折疊起來，整理出一定的空白空間，在視覺上使室內(nèi)空間簡潔有序[1-3]，同時也增加了在相同空間實現(xiàn)不同功能的可能性。

1 理論研究概述

1.1 需求層次分析法

AHP（需求層次分析法）[4-5]是將決策問題的相關因素按照支配關系建立條理化的層序結構，進而形成客觀之主觀的判斷結構，決策分析得出各個因素對總目標（I）的綜合權重并進行排序。經(jīng)過用戶訪談和調研問卷的形式整理得到設計需求[6]，將指標因素按照層級分解進行決策[7-9]。AHP 通過將設計目標按照層級建立遞階層次結構，通過將第二級指標兩兩對比，通過專家打分，求解判斷矩陣得出總目標的綜合權重[10-11]。

1.2 TRIZ 理論

TRIZ 理論[12]是由阿奇舒勒創(chuàng)立的發(fā)明問題解決問題的方法，旨在使用科學方法快速實現(xiàn)新發(fā)明或解決技術難題，并為設計工作厘清思路[13]，在產(chǎn)品設計領域，TRIZ 理論在創(chuàng)新思維、問題分析、技術系統(tǒng)進化、問題解決算法等維度成為了推動設計的核心力量。

2 TRIZ 理論在可折疊座椅設計中的案例分析

在可折疊座椅設計案例中，列舉了TRIZ 理論中的40 項發(fā)明原理在折疊座椅設計案例中的運用，為本次創(chuàng)新設計提供創(chuàng)新依據(jù)。

設計師Hamza Bav?i?，得益于其在工程、美學、建筑設計等多個領域的專業(yè)知識積淀，使其能夠在設計工作中憑借其獨特視角設計出風格多變且功能豐富的產(chǎn)品，見圖1。該座椅可將其展開，掛在衣柜中存放，節(jié)約占地面積，同時用于固定的皮質帶，可用來懸掛衣物[14]。在TRIZ 理論的40 個發(fā)明原理中主要使用了“動態(tài)性”，讓靜態(tài)的物體可以進行變形從而減小占地面積，且能夠使原本的座椅更適合用于不同的應用環(huán)境[15-16]。

圖1 懸掛式折疊座椅Fig.1 "Wooden Roller Shutter" stool

王振鑫設計的板凳外形類似于傳統(tǒng)小馬扎，它的體積小，折疊后可將兩端固定，不需要用時可存放在房間內(nèi)家具縫隙的位置[17]。在TRIZ 理論中運用了“預先放置原理”，在設計時考慮到用戶在使用時的行為，提前將板凳設計固定扣（見圖2）。提前將板凳設計固定扣后，可方便用戶對板凳的折疊效益。

圖2 可折疊椅子Fig.2 Stretchable stool

愛爾蘭的Tierney Haines Architects 工作室[18-20]設計的這款折疊椅，在設計的結構角度而言，它呈X形，而當左右凳腿并攏的整個過程中，整個椅背也會隨之對折到一起。簡單來說，該折疊椅可往中間方向對折，繼而形成丙字形（見圖3），該案例在TRIZ 理論中運用了“多維法”“動態(tài)化原理”，將單層結構變?yōu)槎鄬樱共粍硬糠肿優(yōu)榭蓜?，可極大降低座椅在室內(nèi)空間設計的利用率。

圖3 創(chuàng)新折疊方式椅子Fig.3 Modular Bench

3 基于AHP 法用戶需求權重計算

在針對折疊座椅創(chuàng)新設計過程中，運用KJ 親和圖法，對各個要素之間內(nèi)在的相互聯(lián)系關系進行概括與總結，進而尋找解決問題的方式。折疊座椅設計要素的選取是一種包含全方位、多要素、多目標的綜合體[21-23]。

經(jīng)過KJ 法的需求要素整理，綜合折疊座椅的特性，同時要解決用戶在特定環(huán)境下使用椅子的問題，從而對調研用戶提出了三個方面的問題：“居住空間基本滿足，但沒有多余空間”“希望有使用方式創(chuàng)新的折疊椅”“對折疊椅的印象始終停留在戶外折疊椅的造型，希望有適用于居家生活狀態(tài)下的折疊椅”，并把用戶的需求進行總結：產(chǎn)品的造型要素、交互要素、空間設計要素，分別從椅子的安全性、環(huán)保性、美觀性、空間需求、使用感受、物流成本等多個角度進行綜合考慮，并經(jīng)過市場調研和對有關資料的梳理，在評估項目選擇時，通過匯集有關專家學者意見和設計師觀點后，結合KJ 法把所搜集到的資料加以歸集，并對測評指標要求加以了補充、篩選，初步確認座椅層次結構為目標層1 個、一級指標6 個和二級指標15 個。

結合AHP 層次分析法的運用，對設計需求進行遞階層級模型構建，其中，用I表示目標層-創(chuàng)新折疊椅設計方案，安全性I1、環(huán)保性I2、美觀性I3等六項層，為準則層，并用I11、I12、I13、I14等表示基于6個準則層下的設計指標層，見圖4。

圖4 折疊座椅遞階層級結構模型Fig.4 Hierarchical structure model of foldable seat

在推動折疊座椅設計進程的同時，對座椅的創(chuàng)新維度給予較大傾斜，其對應特征方程在判斷矩陣I 呈現(xiàn)見式（1）：

1—9 比率標度法見表1。

表1 1—9 比率標度法Tab.1 1-9 ratio scaling method

向量積正規(guī)化法的步驟：

借助正規(guī)化處置矩陣，利用以下公式：

將矩陣當中的元素相加：

對于上式中的wi，實施正規(guī)化處置：

計算矩陣向量、確定權重，公式如下，其中的w1以及w2，表示各層的權重。

在而后的一致性檢驗中，若通過，則證明矩陣構建成立且有價值。

假定CI代表一致性指標，以下為運算方法。

其中RI取值見表2。

表2 矩陣階數(shù)為1—9 的RI 取值Tab.2 RI values of matrix order 1-9

表中n=1，2 時RI=0，是因為1，2 階的正互反矩陣總是一致陣。

綜合來自相關領域專家所給反饋與基于目標層與二級指標層所得矩陣，分析與討論所得數(shù)據(jù)與結果，根據(jù)目標權重計算公式得出各級指標相較于總目標的權重：目標層（I）對應的準則層（I1、I2、I3、I4、I5、I6）的權重值分別為0.136 5，0.238 5，0.105 6，0.625 0、0.536 5、0.171 2。安全性（I11、I12、I13）的權重值分別為0.276 4，0.528 3，0.595 4，環(huán)保性（I21、I22）的權重值分別為0.078 1，0.135 2，0.258 7，0.228 0。美觀性（I31、I32）的權重值分別為0.080 9，0.377 3?？臻g需求（I41、I42）的權重值分別為0.488 0，0.653 9。使用感受（I51、I52、I53）的權重值分別為0.735 6，0.556 2，0.462 0。物流成本（I61、I62、I63）的權重值分別為0.163 6，0.001 8，0.377 7。繼續(xù)幾何平均算法步驟5，計算一致性檢驗結果均小于0.1，通過。

通過層次分析法計算的權重結果，對座椅產(chǎn)品權重值高的部分作為設計改進的重點，建立質量矛盾矩陣；所建矛盾矩陣應基于分析得出權重值較高的部分要素之間的矛盾（見表3），其后得出矩陣中相互矛盾結果即為產(chǎn)品設計中需要著重解決的設計問題。

表3 折疊椅矛盾矩陣Tab.3 Foldable chair contradiction matrix

獲取座椅的相關技術矛盾，將負相關產(chǎn)品的特性向TRIZ 問題轉化[24-25]，具象的設計需求轉化為抽象的39 個工程技術參數(shù)，利用TRIZ 原理中的40 種解決方案和39 條通用工程參數(shù)對產(chǎn)品的特性進行消除，通過查詢TRIZ 理論矛盾矩陣找到對應的TRIZ 40解決方法，從而實現(xiàn)產(chǎn)品特性最大程度地符合用戶需求[26-28]，為設計提供依據(jù)。所對應的惡化參數(shù)如表4所示。

表4 描述沖突Tab.4 Conflict described

在分析時使TRIZ 算法為設計提供指導依據(jù)，通過問題的數(shù)據(jù)研究計算將臺燈設計更有效、更有針對性地達到質量最優(yōu)[29-31]。

在座椅設計中，將技術矛盾對應TRIZ 40 發(fā)明原理的解決方法，見表4。結合本次座椅和設計案例，可用的發(fā)明原理有：NO.25，NO.3，NO.33，NO.15，NO.13，NO.1，見表5。

表5 沖突問題的TRIZ 轉化Tab.5 TRIZ transformations of conflict problems

4 可折疊座椅創(chuàng)新設計實踐

經(jīng)過上一節(jié)矛盾分析轉化得到TRIZ 理論的40理論的解決辦法，經(jīng)過TRIZ 理論得出的解決問題的方法路徑，其有益成果如下所述。

4.1 安全性需求

折疊座椅要求在實際的用戶使用過程中確保安全，人在使用座椅時給椅面壓力，椅背和椅面相連接處應保持固定，要求穩(wěn)定性較高，到達限定位置不會下滑。椅面和前椅腿呈現(xiàn)的直角彎曲，由于用戶自身重量的不確定性，椅面到達一定的壓力時，卡扣鎖死，需要一定力度才能將其彎曲折疊，序號1 為椅背結構，序號2 為旋轉裝置，序號1 部位上滑到序號2，序號2 位置有旋轉裝置可將椅背中的鏤空部分可以將椅面、椅腿嵌入；椅子折疊后，序號5 的部分為椅面結構，序號6 為前椅腿，序號4 為椅背結構，其中序號3 位置為前椅腿及椅面的轉折處，前椅腿狀態(tài)分為兩種，一種是與椅面平行狀態(tài)，另一種是與椅面垂直狀態(tài)，當在使用時，序號3 位置的折疊鉸鏈合頁能翻轉90°，此時折疊鉸鏈合頁會自動鎖死，鎖死卡扣結構見圖6。

圖5 左視圖結構和正視圖結構Fig.5 Left view structure and front view structure

圖6 結構3 鎖死卡扣結構Fig.6 Locking buckle of structure 3

4.2 功能需求

相比于市面上框架結構的折疊座椅，該產(chǎn)品使用的折疊方式使其在易用、收納、移動等維度更具優(yōu)勢，并且該產(chǎn)品可以將折疊后的通過椅面的間隙設計完美地嵌入其中，折疊形態(tài)的椅子表面平整，存放時可以塞入家具縫隙中，減少對室內(nèi)空間面積的占用，見圖7。

圖7 折疊椅細節(jié)Fig.7 Foldable seat details

折疊座椅創(chuàng)新設計具有便于拆卸、易于折疊、易于搬運的特點，儲存時能有效節(jié)約空間，最大限度地利用空間，并且可以滿足小型生活空間，其優(yōu)勢在移動時更為凸顯，故而對家具搬動頻率較高的用戶，可改折疊座椅兼顧實用性與便攜性，在用戶做出購買決策時會獲得較高權重。

在材質的選擇上使用免漆板作為折疊椅的主要材質，免漆板在具備經(jīng)濟性的同時其材質特性亦可較好地抵抗磨損與腐蝕，并具有天然的質感和清晰的木紋，較為環(huán)保，線條溫和、簡潔大方，見圖8。

圖8 折疊座椅Fig.8 Foldable seat

5 結語

隨著社會的發(fā)展，折疊家具市場在未來具有無法估量的價值，通過AHP 層次分析法的運用有利于更好地定位折疊家具的創(chuàng)新需求。通過TRIZ 發(fā)明理論可對用戶矛盾需求的問題進行轉化，更好地實現(xiàn)設計目標，擴大產(chǎn)品在市場上的競爭力，為后續(xù)折疊家具設計發(fā)展提供了重要的理論支撐。