基于TRIZ理論的行李箱創(chuàng)新設計

楊 勤，李煒烙，周 艾，劉大帥，王衛(wèi)星

基于TRIZ理論的行李箱創(chuàng)新設計

楊 勤1，李煒烙1，周 艾1，劉大帥2，王衛(wèi)星1

(1. 貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025； 2. 貴州大學現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

結(jié)合網(wǎng)絡和實地用戶調(diào)研、用戶行為模擬、功能系統(tǒng)分析等方法，分析用戶在行李箱使用過程中存在的問題；運用TRIZ創(chuàng)新發(fā)明理論分析出現(xiàn)的問題并轉(zhuǎn)換為TRIZ標準問題，采用對應的發(fā)明措施原理并結(jié)合行李箱的實際使用情況，對行李箱進行設計研究，并通過Jack仿真驗證了設計的合理性。解決了行李箱的現(xiàn)有使用問題，獲得了行李箱創(chuàng)新設計解決方案。通過對用戶行為習慣進行模擬分析、功能分析、結(jié)合TRIZ發(fā)明原理優(yōu)化了行李箱設計流程，優(yōu)化了用戶的使用方式，改善了用戶體驗。

行李箱；TRIZ；用戶行為；功能分析；創(chuàng)新設計

目前全國有箱包企業(yè)大約2萬余家，生產(chǎn)總量約占全球箱包的三分之一，市場份額大。但在箱包的品牌、設計方面和其他發(fā)達國家存在一定的差距，國內(nèi)大多數(shù)箱包企業(yè)的生產(chǎn)設施較簡單，缺少研發(fā)設計人才，導致生產(chǎn)模式單一，行李箱的形式和功能趨于同質(zhì)化，缺乏品牌影響力和設計特色，競爭力差。在行李箱進行設計和生產(chǎn)時，多單一考慮收納物品的基本需求，而忽略用戶的習慣、感受、行為、體驗，也忽視在使用過程中，會出現(xiàn)的安全問題、使用不便、體驗較差等情況。因此對行李箱產(chǎn)品進行創(chuàng)新設計研究有很大價值和意義[1]。

1 行李箱設計現(xiàn)狀

目前對行李箱的設計除了注重產(chǎn)品的質(zhì)量外，也加大了對產(chǎn)品的細節(jié)和個性化設計，包括功能、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、情感、審美等。國外出現(xiàn)了不同理念的行李箱設計：創(chuàng)新性的仿生學外觀、人體工程學技術(shù)、細節(jié)的創(chuàng)新、高科技與新材料的運用、時尚流行元素、多功能性等。即使有著不同的定位，但最終目的都是在積極探索如何為用戶帶來更好的使用體驗[2]。

TRIZ (theory of inventive problem solving)理論由根里奇·阿奇舒勒在分析研究了世界各國250萬件專利的基礎上提出的方法論，其應用于分析問題和解決問題的工具主要包括物質(zhì)-場分析、ARIZ算法、沖突矩陣、效應知識庫、理想解方法等模塊[3]。高天禹等[4]將行李箱與滑板車相結(jié)合，設計出既可拉行又可滑行的行李箱，通過在行李箱背面設計滑動履帶從而實現(xiàn)爬坡功能，以減少用戶爬樓梯時人力的做功。樊禎賢[5]利用TRIZ理論的40個發(fā)明原理對應改進措施作為方法論，對普通箱包進行改進設計，證明了創(chuàng)新發(fā)明理論用于箱包設計的可行性和科學性。陳影[1]通過對行李箱市場現(xiàn)狀、用戶行為方式等研究，挖掘出用戶在使用產(chǎn)品時的不便，創(chuàng)新設計新型產(chǎn)品優(yōu)化用戶使用體驗，提高了產(chǎn)品的使用價值和商業(yè)價值。郭鵬程等[6]通過實地調(diào)研、問卷調(diào)查等方法獲悉人群生存狀態(tài)及其行李箱使用狀況，研究了一款針對“北漂”等一線城市住宅空間狹小的租房人群使用的多功能行李箱。章天奇等[7]設計了一款能上樓梯的可變?nèi)荨⒖烧郫B的機電一體化行李箱。黃志東等[8]將滑板車機構(gòu)與行李箱功能相結(jié)合，設計了一款新型便攜式多功能滑板車行李箱。

在上述研究中，解決了產(chǎn)品部分使用問題，但對于用戶對行李箱產(chǎn)品的使用行為方式及體驗上未有大的進展，本文運用多方法分析解決用戶在使用行李箱過程中存在的不便和問題。

2 用戶需求

2.1 行李箱市場調(diào)研分析

本次行李箱創(chuàng)新設計的目標人群，定位年齡在18~39歲之間的青年群體。這一階段的青年人在求學、旅行、出差等出行方面頻率較高，對該產(chǎn)品的使用率較大。

為避免獲得的用戶需求過于主觀、需求搜集程度低，本文采用網(wǎng)絡調(diào)查和實地調(diào)研、用戶訪談、功能系統(tǒng)分析、用戶行為分析等方法，多角度對用戶需求進行調(diào)研分析，以保證調(diào)查數(shù)據(jù)和結(jié)果的客觀性。了解市場上行李箱的形狀、功能、結(jié)構(gòu)、材料、攜帶方式、取放方式，及用戶對行李箱的不同需求和使用體驗[9]。

根據(jù)前期調(diào)研資料，尋找并分析用戶顯性及隱形需求，圖1為行李箱的功能系統(tǒng)分析，找到行李箱產(chǎn)品的設計切入點，針對現(xiàn)有用戶使用和體驗中存在的問題做“功能再設計”。其中攜帶方式、取放方式、附加功能等均存在可改進的部分，可結(jié)合后續(xù)調(diào)研綜合分析，進行創(chuàng)新設計[10]。

2.2 行李箱用戶行為調(diào)研分析

對用戶行為分析的目的，是為了研究不同用戶在進行某個相同行為時，體現(xiàn)出的規(guī)律性及差異性；然后將這種規(guī)律運用到實際場景的活動中，對其進行測試并得到準確的結(jié)果；最后指導設計活動，使產(chǎn)品更具可信度。打破固有思維和設計模式，設計出滿足人們出行需求和個人風格的行李箱產(chǎn)品，解決和規(guī)避用戶在出行過程中可能遇到的問題，優(yōu)化用戶的出行體驗[1-2]。

根據(jù)用戶日常使用行李箱的習慣、方式、場所，構(gòu)建了用戶產(chǎn)品使用模擬流程。如圖2所示，通過對整個流程各個環(huán)節(jié)進行用戶行為方式的分析，挖掘用戶在使用該產(chǎn)品時存在的問題。

2.3 行李箱使用行為調(diào)研分析

為了解用戶對攜帶物品的分類及使用情況，對30名用戶進行隨機抽樣的問卷調(diào)查(表1)。盡管用戶出行目的各不相同，但攜帶的物品大致可分為：①衣帽類；②筆記本電腦、平板、相機等中型產(chǎn)品；③手機、充電器、充電寶等小型電子產(chǎn)品；④資料、文件、錢包等貴重物品；⑤生活用品(牙刷、毛巾、剃須刀等個人產(chǎn)品)；⑥食物等[1-2]。

通過表1可知：①出行途中，對用戶來說重要的物品，一般都會放在單獨箱包中。若行李箱自身具有區(qū)域、分類功能，會選擇性地將在途中不需要使用的物品放在行李箱內(nèi)，另盡量避免在公共場所打開行李箱翻找東西的尷尬。②用戶對手機、移動電源等物品的使用頻率最高，使用時間最長，因此多放置可隨意拿取的位置；平板、筆記本電腦等較少拿取使用；對資料、書籍等使用可能性通常視具體情況(個人工作、生活安排)而定。

圖1 行李箱功能系統(tǒng)分析

3 基于TRIZ理論的創(chuàng)新設計

3.1 行李箱使用問題描述

根據(jù)行李箱功能系統(tǒng)分析和用戶行為模擬分析得出的使用問題，再由2組設計師專家對上述問題進行篩選整理和評估，得到用戶的3類需求：

(1) 優(yōu)化行李箱內(nèi)部功能。分類收納同時方便中途拿取、內(nèi)部干濕分離、電子數(shù)碼產(chǎn)品收納。

(2) 優(yōu)化行李箱攜帶方式。優(yōu)化上下樓的方式、解決在凹凸路面拖行不便及電梯間隙類似問題、優(yōu)化攜帶方式(能否更省力)。

(3) 優(yōu)化行李箱附加功能。外部防刮擦及防水、防倒防滑走、整箱防盜、外觀設計新穎。

表2將分析整理后的使用問題轉(zhuǎn)化為TRIZ標準問題的描述及對應的解決措施，最后獲得解決問題的創(chuàng)新方案。

3.2 TRIZ原理解決方案

TRIZ原理方法為創(chuàng)新設計提供了方向，以下是根據(jù)發(fā)明原理得到的解決方案。

(1) 根據(jù)發(fā)明原理1 (分割原理)和發(fā)明原理15 (動態(tài)性原理)，利用活動隔板將行李箱內(nèi)部空間分割為多個收納空間，隔板可根據(jù)物品情況上下左右調(diào)節(jié)空間大小[11]。

(2) 根據(jù)發(fā)明原理3 (局部特性原理)，針對物品的特殊狀態(tài)，可用軟性塑膠袋進行收納，再收進行李箱隔板空間中，雙層隔離。

(3) 根據(jù)發(fā)明原理14 (曲面化原理)，通過增大滾輪表面的曲面，使其能夠爬行臺階；同時改變滾輪軸心運動路徑，使其對凹凸路面的通過性更強。

(4)根據(jù)發(fā)明原理35 (狀態(tài)和參數(shù)變化原理)，分析人與行李箱運動狀態(tài)的受力情況，通過適當改變作用力的方向，達到更加省力的目的。

(5) 根據(jù)發(fā)明原理9 (預先反作用原理)，使用抗沖擊性能強、韌性高的材料，輕巧且防水防刮；并對行李箱容易刮損的四角用金屬材料加厚防護。

(6) 根據(jù)發(fā)明原理10 (預先作用)，對防滑走進行預判，預先設計滾輪剎車裝置。

根據(jù)發(fā)明原理10 (嵌套原理)。設計筆記本等電子產(chǎn)品的專屬收納位置，并且嵌套到行李箱中。

4 行李箱創(chuàng)新設計方案

4.1 行李箱創(chuàng)新設計

綜合上述6個解決方案，對行李箱進行創(chuàng)新性設計。如圖3所示，該行李箱由中間一分為二，分別用間隔軟布進行包覆，以形成相對密閉空間；活動隔板對內(nèi)部空間進行分區(qū)，隔板可上下左右滑動，并根據(jù)物品的空間占有率進行調(diào)節(jié)，解決不能分類收納物品的問題；如需使用整個行李箱空間，可以將隔板取出；將衣物裹成卷狀或折疊疊放在各個小空間，對內(nèi)衣、外套等不同類衣物分門別類放置，在旅游行程中，避免翻亂其他物品，且便于用戶進行物品的取放；在內(nèi)部設計了電腦、平板等電子產(chǎn)品的專屬收納位置，以防在行程中造成損壞；運用模塊化的方法解決行李箱內(nèi)部干濕分離的問題，先將濕的物品裝入塑膠袋，再放置在最下層的空間，進行雙層隔離，保證其他物品不會被浸濕。

圖2 行李箱用戶行為流程圖

表1 行李箱使用行為分析

表2 標準問題及創(chuàng)新方案

圖3 行李箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

創(chuàng)新型行李箱的使用方式，用戶可將拖行動作轉(zhuǎn)變?yōu)樾蓖剖剑ㄟ^圖4對2種不同的使用方式進行受力分析比較，在物體重力和摩擦力值一定時，推行使用方式更加省力(推<拉)，且操作性強。推行方式是用戶日常使用行李箱的無意識行為，不僅省力，也更加符合用戶習慣。

圖4 行李箱不同使用狀態(tài)的受力分析

同時創(chuàng)新的大滾輪設計能夠適應更多不同的路況，對各種間隙、凹凸路面的通過性更強。圖5為大小不同的滾輪在同一個凹凸路面的運動軌跡，設計前后行李箱移動的重心路徑對比。顯然，改進后的大滾輪設計，物體重心在凹凸路面的移動路徑更加平穩(wěn)和流暢，且噪音更小。

圖5 不同半徑的滾輪移動路徑對比

圖6為滾輪的創(chuàng)新設計，在上臺階時，用戶不再靠克服行李箱重力做功(拉<)，通過拖行的方式更加省力、省時，具有較強的臺階爬行能力；側(cè)推式結(jié)合大滾輪的設計，可在用戶趕時間時急速前行；新穎的大滾輪設計時尚感倍增、運動感十足，符合新時代人們的審美情趣和生活方式[12]。

圖6 爬臺階示意圖

設計的產(chǎn)品配以黑白經(jīng)典色。如圖7~8所示，對行李箱易被摩擦的四角部位應用預處理原則進行加厚防護；對行李箱小滾輪處，預先設計了剎車卡扣，防滑走；在推桿側(cè)設計了USB接口，可供用戶對移動設備充電。

4.2 行李箱材料及人機分析

(1) 材料分析。箱體采用ABS塑料，具有耐沖擊、外觀時尚、防水性好等特點；滾輪使用合成塑料，外層包裹橡膠圈，增加輪子的緩沖和減震，同時減小噪音；里料采用尼龍、聚酯纖維等；拉桿采用鋼鋁合金等材料，輕便耐用。

(2) 人機分析。將把手做局部處理，內(nèi)側(cè)做微凹曲面貼合手指，如圖9所示。

圖7 行李箱效果圖

圖8 行李箱細節(jié)圖

圖9 把手細節(jié)圖

(3) Jack仿真分析。在Jack中構(gòu)建人拖行李箱和推行李箱的動作仿真模型進行分析，選擇中國成年男性為對象，人體所在百分位數(shù)為95%，身高177.5 cm，體重75 kg。如圖10所示，對2個動作進行勞動姿勢與負荷分析系統(tǒng)(ovako working posture analysis system，OWAS)，施加給手部同等大小的力，推行的方式在正常舒適范圍，而拖行的動作存在較大的受傷風險；圖11受力分析，在拖行姿勢中，手腕的靈活性降低，能做到的百分數(shù)低至75%。如圖12所示，對2個工作姿勢做舒適性分析，推行姿勢的右上臂屈曲度、右肘、左肘的舒適性明顯改善。

使用同一個行李箱對2種不同的姿勢進行真人實驗對照，隨著行李箱質(zhì)量的增加，拖行的姿勢對手臂肌肉造成的壓力越大，手臂肌肉酸痛感更強；而推行姿勢的手臂肌肉始終處于較為放松的狀態(tài)。因此，推行姿勢更加符合人體工程學。

4.3 設計評價

獲得行李箱創(chuàng)新設計方案后，教師專家組對行李箱整體設計進行設計評價：

(1) 行李箱內(nèi)部功能。內(nèi)部對旅行箱空間進行分割，緩解了物品分類收納的問題；且設計了筆記本平板的專屬收納位置，具有一定的實用性。

(2) 行李箱附加功能。行李箱的防滑走、防沖擊、防水等已在實際生活中得到體現(xiàn)，進一步驗證TRIZ理論對問題的解決方法具有很強的實踐性和適應性。

(3) 行李箱攜帶方式。顛覆現(xiàn)有行李箱的拖行方式，采用獨特的斜桿推行式，運用力學計算、JACK仿真和真人實驗對2種行李箱使用姿勢進行對比，驗證了設計的合理性，具有較強的可行性、實用性及創(chuàng)新性。

5 總 結(jié)

本文通過對用戶使用行李箱的使用行為和方式進行調(diào)研分析，模擬行程中可能發(fā)生的行為，并對行李箱進行功能系統(tǒng)分析，尋找設計切入點，綜合多種調(diào)研分析的結(jié)果，找到用戶在使用行李箱過程中的不便；其次將使用中存在的具體問題轉(zhuǎn)化為TRIZ標準問題，對應發(fā)明創(chuàng)新原理，同時結(jié)合行李箱的實際使用情況、方式和習慣，獲得創(chuàng)新設計解決方案，利用Jack仿真驗證了設計的合理性和可行性。在很大程度上解決現(xiàn)有行李箱的使用問題，優(yōu)化了用戶的使用方式，提升了用戶體驗。本文對TRIZ創(chuàng)新發(fā)明原理的運用，拓寬了設計師對箱包設計的思路，為箱包類設計提供了新的問題解決方法，為行李箱的再設計提供功能系統(tǒng)分析支撐，對相關(guān)設計工作具有一定的參考意義。

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Innovative design of luggage case based on TRIZ theory

YANG Qin1, LI Wei-lao1, ZHOU Ai1, LIU Da-shuai2, WANG Wei-xing1

(1. School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China; 2. Key Laboratory of Modern Manufacturing, Ministry of Education, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)

Combined with the methods of network and on-the-spot user investigation, user behavior simulation analysis, and functional system analysis, this paper analyzed the problems in the usage of luggage case, utilized TRIZ innovation and invention theory to convert the problems into TRIZ standard problems. The design research was conducted by adopting the corresponding principles of invention measures, combined with the actual usage of luggage case, and the rationality of the design was verified by the Jack simulation. As a result, the existing problems of luggage case were resolved, and the innovative design solution of luggage case was obtained. Through the simulation analysis and function analysis of user behavior habits, combined with TRIZ invention principles, the luggage case design process and users’ usage model were optimized, thus improving users’ experience.

luggage case; TRIZ; user behavior; functional analysis; innovative design

TB 47

10.11996/JG.j.2095-302X.2021010158

A

2095-302X(2021)01-0158-07

2020-06-23；

23 June，2020；

2020-08-14

14 August，2020

貴州省科技廳基礎研究計劃項目(黔科合LH字[2017]7232])；貴州省教育廳青年科技人才成長項目(黔教合KY字[2018]112、YJSCXJH [2018]088)

：The Basic Research Project of Guizhou Provincial Science and Technology Department (Qiankehe LH [2017] 7232]); The Youth Science and Technology Talent Growth Project of Guizhou Provincial Education Department (Qianjiaohe KY [2018] 112, YJSCXJH [2018] 088)

楊 勤(1962-)，男，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士，碩士生導師。主要研究方向為工業(yè)設計理論及方法、產(chǎn)品創(chuàng)新設計。 E-mail：qyang@gzu.edu.cn

YANG Qin (1962–), male, professor, master. His main research interests cover industrial design theory and method, product innovation design. E-mail：qyang@gzu.edu.cn