集成QFD/TRIZ/AHP的適老化鋼制衣柜設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

焦如麗，左洪亮

集成QFD/TRIZ/AHP的適老化鋼制衣柜設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

焦如麗，左洪亮

（河南科技大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 洛陽 471023）

為提高鋼制材料在老年人家具領(lǐng)域的可發(fā)展性以及準(zhǔn)確地為老年人在鋼制家具產(chǎn)品的互動(dòng)上提供良好的體驗(yàn)，運(yùn)用層次分析法（AHP）來確定客戶的需求權(quán)重，通過功能質(zhì)量展開法（QFD）發(fā)掘出客戶的核心需求，從（TRIZ）發(fā)明問題解決理論的40條發(fā)明原理中，尋找最佳解決方法。在老年人鋼制衣柜創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程引入了QFD、AHP和TRIZ相結(jié)合的分析方法，主要從用戶需求、設(shè)計(jì)指標(biāo)決策及解決方案的角度闡述理論的應(yīng)用方式，形成符合老年人用戶需求的鋼制衣柜產(chǎn)品，設(shè)計(jì)過程科學(xué)性的進(jìn)一步提高，可為同類老年人鋼制家具產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供有效參考。

集成模型；適老化；鋼制衣柜；家具設(shè)計(jì)

鋼制材料主要屬于綠色環(huán)保型材料，具有硬度高、防水、防火、延展性好等優(yōu)良特性[1]。隨著加工和制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，鋼制材料在我國現(xiàn)代家具制造領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。

當(dāng)前階段我國正邁入老齡社會(huì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告資料，到2019年末，我國60歲及以上的老年人口數(shù)量已經(jīng)到達(dá)2.54億，占總共人口比例18.1%[2]?！秶沂謇淆g事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出：在人口老齡化社會(huì)服務(wù)發(fā)展領(lǐng)域，要在完善居家養(yǎng)老的基礎(chǔ)上，對(duì)社區(qū)、社會(huì)機(jī)構(gòu)及養(yǎng)老服務(wù)方向上進(jìn)行支持和推進(jìn)[3]。因此，養(yǎng)老家居、設(shè)施產(chǎn)品有著巨大的市場(chǎng)需求。但目前鋼制家具主要使用于醫(yī)療、辦公場(chǎng)所中，很少用于民用生活中，也更少出現(xiàn)在老年人生活場(chǎng)景中，真正適合老年人的家具基本沒有，因此適老家具將會(huì)是未來家具行業(yè)市場(chǎng)一個(gè)全面的新消費(fèi)發(fā)展熱點(diǎn)。

衣柜作為老年人活動(dòng)頻率最高的臥室儲(chǔ)物家具之一，是影響老年人生活品質(zhì)高低的重要家具。部分學(xué)者展開了針對(duì)老年人衣柜設(shè)計(jì)的研究：潘莉等[4]研究了老年人與衣柜發(fā)生的交互行為，并提出適老化衣柜的設(shè)計(jì)方案；陶濤等[5]通過分析老年人的行為特征及未來老年生活的變革趨勢(shì)對(duì)儲(chǔ)物空間和功能設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化對(duì)策；王梓涵等[6]以用戶為中心的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行臥室柜類家具進(jìn)行適老化設(shè)計(jì)。

在老年用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)的多數(shù)研究中，在設(shè)計(jì)需求的層次分析及需求權(quán)重分析是比較欠缺的，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)上有效決策分析不足[7]，因此本文通過對(duì)層次分析法（AHP）、功能質(zhì)量展開方法（QFD）和發(fā)明問題解決理論（TRIZ）的集成，對(duì)老年人鋼制衣柜進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而為老年人提供體驗(yàn)良好的交互需求。

1 QFD/TRIZ/AHP集成創(chuàng)新研究

功能質(zhì)量展開法（QFD，Quality Function Deployment），最重要一步是獲得用戶的產(chǎn)品需求，將用戶真實(shí)的需求貫穿于整個(gè)產(chǎn)品生命周期的指導(dǎo)性的設(shè)計(jì)方法，再通過構(gòu)建QFD量表的方法來確定用戶的真實(shí)需求與核心技術(shù)的需求，從而以用戶的真實(shí)需求與核心技術(shù)作為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。如Pregiwati Pusporini等[8]將QFD方法與模糊理論相結(jié)合，應(yīng)用于環(huán)保產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了既能滿足用戶需求、又對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)品特性。

發(fā)明問題解決理論（TRIZ，Theory of the Solution of Inventive Problems），主要是解決如何進(jìn)行設(shè)計(jì)的問題，但未能為解決設(shè)計(jì)中的問題提出合適的解決方案。

層次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process），是將所有涉及的要素分解為多個(gè)層次（如決策目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)劃），在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[9]。

陳媛等[10]將QFD/TRIZ/AHP研究方法進(jìn)行集成分析，對(duì)衛(wèi)浴產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃研究，并對(duì)該課題研究成果方法的設(shè)計(jì)可行性和應(yīng)用有效性進(jìn)行驗(yàn)證。因此將QFD/TRIZ/ AHP理論集成，為適老化衣柜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一種新的設(shè)計(jì)方法。集成方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式流程如圖1所示。

老年人鋼制衣柜的設(shè)計(jì)屬于創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將新材料加入其中并作設(shè)計(jì)的改進(jìn)。使用QFD來研究用戶需求，然后識(shí)別和分類，將情感和難以描述的用戶需求轉(zhuǎn)化為與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的需求質(zhì)量；在AHP中，計(jì)算需求元素的權(quán)重值，然后進(jìn)行排序，最終完成設(shè)計(jì)決策；分析核心技術(shù)措施的相關(guān)關(guān)系，如果有沖突，先分析沖突類型，最后用TRIZ尋找解決辦法。最終對(duì)解決方案進(jìn)行概念驗(yàn)證，以確定最適合的老年人鋼制家具設(shè)計(jì)方式。

本文以適老化鋼制衣柜概念化設(shè)計(jì)為例，在集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行適老化鋼制衣柜的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[11]。

圖1 集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

2 應(yīng)用AHP確定QFD的客戶需求權(quán)重

2.1 基于QFD的老年人鋼制家具設(shè)計(jì)需求分析

需求質(zhì)量特性展開的建立。使用現(xiàn)場(chǎng)觀察、問卷調(diào)查、互聯(lián)網(wǎng)等來篩選，分解和合并收集的用戶需求，以完成三個(gè)質(zhì)量需求的質(zhì)量展開。過程如下：①收集不同類型的衣柜設(shè)計(jì)樣本，并以互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方式進(jìn)行用戶評(píng)估；②從衣柜的形狀、功能和結(jié)構(gòu)入手，以獲取被調(diào)查用戶的需求和滿意度；③分析和提取被調(diào)查用戶的設(shè)計(jì)要求，并制定老年人衣柜相關(guān)的質(zhì)量發(fā)展要素；④使用焦點(diǎn)小組訪談方法確定每個(gè)級(jí)別的質(zhì)量特征，并最終完成設(shè)計(jì)要求。以上分析擴(kuò)大了老年人鋼制衣櫥的質(zhì)量特性，結(jié)果如表1所示。

2.2 AHP應(yīng)用步驟

步驟1：進(jìn)行老年人衣柜設(shè)計(jì)需求質(zhì)量特性展開分析，運(yùn)用AHP形成設(shè)計(jì)決策模型，如圖2所示，進(jìn)而分析老年人鋼制衣柜設(shè)計(jì)的需求權(quán)重。

表1 老年人鋼制衣柜設(shè)計(jì)需求質(zhì)量特性展開

（2）將第二層的需求質(zhì)量特性展開的結(jié)果定義為準(zhǔn)則層，將其分解為主要性能、輔助性能、安全性、可操作性、可靠性，用字母B表示，作為準(zhǔn)則層的指標(biāo)；

（3）將第三層的需求質(zhì)量特性展開的結(jié)果設(shè)定為方案層，用字母B表示，如圖2所示。

步驟2：判斷矩陣的構(gòu)造。以上一層次的要素作為比較的基準(zhǔn)，使用Saaty建議中的9個(gè)關(guān)鍵性等級(jí)和其賦值方法，對(duì)元素的進(jìn)行兩兩之間的比較[10]，如表2所示。

比較結(jié)果構(gòu)成判斷矩陣＝(a)·n，其中a＝1/a，判斷矩陣所對(duì)應(yīng)的特征方程為：

表2 判斷矩陣標(biāo)度

式中：為計(jì)算出的一致性比例；為檢驗(yàn)系數(shù)；為平均隨機(jī)一致性的指標(biāo)，取值如表3所示；max為特征方程的最大特征根；為判斷矩陣的階數(shù)。

若結(jié)果≤0.1，則認(rèn)為該判斷矩陣的數(shù)值具有一致性，否則應(yīng)該對(duì)判斷矩陣中的元素值進(jìn)行多次調(diào)整，然后再取值[12]。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

2.3 應(yīng)用舉例

2.3.1 判斷矩陣的構(gòu)造

以圖2構(gòu)建的老年人鋼制衣柜的設(shè)計(jì)決策模型為實(shí)例，將設(shè)計(jì)決策模型的第一層客戶總需求用作比較基準(zhǔn)，然后對(duì)第二層用戶進(jìn)行成對(duì)比較以創(chuàng)建決策矩陣，如表4所示。

表4 符合老年人心理生理需求與行為特征的鋼制衣柜設(shè)計(jì)的判斷矩陣

使用數(shù)學(xué)分析軟件Matlab獲得特征向量并歸一化以分析數(shù)據(jù)，即精確計(jì)算[,]＝eig()和＝(:,)/sum(:,)[10]，如圖3所示。計(jì)算結(jié)果為＝[0.3290, 0.1150, 0.2481, 0.2578, 0.0501]，且max＝5.1011、＝0.0253＝1.12、＝0.0226＜0.1，因此對(duì)于此判斷矩陣來說可認(rèn)為通過一致性檢驗(yàn)，即認(rèn)為該結(jié)果可信。

同理，在第三層創(chuàng)建相應(yīng)決策矩陣表，在Matlab軟件中計(jì)算權(quán)重，評(píng)價(jià)結(jié)果均通過一致性查驗(yàn)。

2.3.2 QFD量表的構(gòu)建

將計(jì)算結(jié)果計(jì)入QFD量表中，如表5所示，所構(gòu)成的區(qū)域即為相關(guān)關(guān)系矩陣。

“+”為正相關(guān)；“－”為負(fù)相關(guān)。

綜合得出的結(jié)果如下：

（1）用戶需求方面，在避免尖角、操作省力、操作簡單、頂柜可自動(dòng)升降、底柜高度可自動(dòng)調(diào)節(jié)、易于拿取衣物、材料環(huán)保無污染等多個(gè)方面用戶需求程度比較高；

（2）在技術(shù)措施的重要性方面，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、形態(tài)材料、模塊化、空間尺寸、可拆卸的重要性比較高，屬于核心技術(shù)措施。

這就說明了在進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)鋼制衣柜的操作調(diào)節(jié)方式、產(chǎn)品形態(tài)以及更換衣物的空間規(guī)劃等進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

3 老年鋼制衣柜設(shè)計(jì)中TRIZ創(chuàng)新方法的應(yīng)用

3.1 沖突問題的確定及TRIZ轉(zhuǎn)化

為了將TRIZ應(yīng)用于概念驗(yàn)證，有必要首先分析各種技術(shù)手段之間的關(guān)系，從而找到矛盾，然后確定與兩者負(fù)相關(guān)的矛盾的類型。

TRIZ理論中所涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的矛盾主要類型有技術(shù)矛盾和產(chǎn)品的物理矛盾兩種，其中，技術(shù)矛盾主要與系統(tǒng)有關(guān)，而物理矛盾主要與組件有關(guān)，且物理矛盾是解決問題的核心矛盾，可以說是最嚴(yán)重的矛盾[13]。

技術(shù)矛盾可以采用TRIZ理論中的矛盾矩陣來查找，從而得到解決這種技術(shù)矛盾問題的發(fā)明工具[14]。

表5 適老化鋼制衣柜產(chǎn)品QFD量表（部分）

注：權(quán)重1為準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重；權(quán)重2為方案層對(duì)準(zhǔn)則層的權(quán)重；綜合權(quán)重為方案層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重；1、3、5分別表示用戶需求與技術(shù)措施兩者相關(guān)程度為弱、中等、強(qiáng)。

物理矛盾的分離原理包括時(shí)間分離原理、空間分離原理、系統(tǒng)級(jí)別分離原理、條件分離原理等四種[15]，解決技術(shù)矛盾的40項(xiàng)發(fā)明原則與這四個(gè)分離原則相對(duì)應(yīng)?？臻g分隔的原理是在特定空間中將矛盾雙方的互斥需求分隔開，可以利用第1、2、3、7、4、13、14、17、24、26、30條等11個(gè)創(chuàng)新原理[15]；時(shí)間分離的原理，將矛盾的雙方在一定的時(shí)間范圍內(nèi)互斥的需求進(jìn)行分離，可以利用第9、10、11、15、16、19、18、20、21、26、34、37條等12個(gè)創(chuàng)新原理[15]；條件分離的原理可以運(yùn)用第29、28、31、32、35、36、38、39條等8個(gè)創(chuàng)新原理[15]；系統(tǒng)層次上的分離原理可利用第1、5、6、8、12、13、22、23、25、27、33等12條創(chuàng)新原理[15]。

基于40項(xiàng)發(fā)明設(shè)計(jì)原則，物理矛盾可以迅速獲得創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思想[10]。

適老鋼制衣柜產(chǎn)品通過對(duì)QFD量表技術(shù)措施和用戶需求的相對(duì)關(guān)系矩陣進(jìn)行分析（本文只列出部分正相關(guān)的關(guān)系，主要目的是為了得到負(fù)相關(guān)的關(guān)系），得出相關(guān)關(guān)系矩陣中幾組主要沖突的問題，如圖3中的三角形區(qū)域。

幾組產(chǎn)品的特性和需求負(fù)相關(guān)問題可以轉(zhuǎn)化成TRIZ問題模型，如表6所示。

3.2 TRIZ理論推導(dǎo)解決方案，確定概念設(shè)計(jì)

將客戶需求和技術(shù)措施之間的沖突轉(zhuǎn)化為TRIZ問題后，將TRIZ用于解決問題的解決方案，并按照上面的三個(gè)步驟為每個(gè)問題打開突破口，如表7所示。

表6 沖突問題的TRIZ問題轉(zhuǎn)化

表7 TRIZ問題的解決方案

（1）模塊化和產(chǎn)品尺寸是物理矛盾?，F(xiàn)有衣柜以一體多格為主，尺寸相對(duì)較大。一方面，從老年人日常使用衣柜時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，頂部太高或底部太低都會(huì)給老年人們?cè)斐蓧虿恢蛳露椎痊F(xiàn)象，給在家中老年人的生活造成極大的不方便。另一方面，老年人特有的生理功能和使用習(xí)慣的衰退，傳統(tǒng)衣柜的一體化使得衣柜中部的存衣格在家居使用中造成不夠用且不容易找到衣服的問題，使得頂部、底部存衣格難取物及衣柜使用率較低的問題。針對(duì)產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)的物理矛盾，可以通過運(yùn)用空間分離原理進(jìn)行求解，在與之相對(duì)應(yīng)的第1條創(chuàng)新發(fā)明原理中找到解決方案，即分割原理，折彎工藝、沖壓工藝和焊接工藝是鋼制材料的主要工藝，與傳統(tǒng)的加工技術(shù)不同，沖壓和彎曲過程使用特定的模具，而焊接過程則使用焊接設(shè)備來識(shí)別模具并實(shí)現(xiàn)零件焊接過程[16]。此外，自動(dòng)折彎中心也逐漸在鋼制家具制造環(huán)節(jié)中使用，制造系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整折彎長度，適合不同尺寸板材折彎，因此改變衣柜的一體化，可實(shí)現(xiàn)鋼制材料對(duì)衣柜的模塊化設(shè)計(jì)，將放置不同季節(jié)的衣物與棉被存衣格分離，同時(shí)增加可移動(dòng)式功能，不僅滿足需求而且提高使用率且方便，達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及易使用的目的。

（2）內(nèi)部調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和形態(tài)材料是技術(shù)矛盾。傳統(tǒng)衣柜的內(nèi)部以放置多層層板或抽屜式盒狀作為放置衣物的空間，在中部位置拿取衣物較為方便，但層板過低或者過高都會(huì)導(dǎo)致老年人拿取衣物時(shí)伴隨著彎腰、半蹲、踮腳等不方便的動(dòng)作[4]，這會(huì)造成老年人不同水平的危害。針對(duì)產(chǎn)品過程中出現(xiàn)的技術(shù)矛盾，利用矩陣提供的第26和27兩條發(fā)明原理進(jìn)行解決，即保留原先的抽屜式盒狀，采用下拉式頂柜設(shè)計(jì)升降式底柜代替隔板。對(duì)具有很強(qiáng)特殊性的鋼制材料工藝，在升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，可以將沖壓切孔、焊接等工藝與新材料結(jié)合應(yīng)用，其鋼制材料本身的可塑性與優(yōu)良的工藝特性可滿足老年人需求，方便老年人使用，進(jìn)而提高老年人的自我養(yǎng)老能力，減輕老年人的自我感受負(fù)擔(dān)[6]。

（3）環(huán)保性和形態(tài)材料是技術(shù)矛盾。常見的實(shí)木衣柜能更好地體現(xiàn)其端莊的品味和質(zhì)感及溫暖的感覺。鋼制家具具有出色的環(huán)保性能，但應(yīng)注意產(chǎn)品表面裝飾的質(zhì)地和手感。受鋼制家具原材料性質(zhì)的限制，鋼制家具的觸感較冰冷，使其在設(shè)計(jì)上難有創(chuàng)新。利用整體與部分分離方法，結(jié)合矩陣提供的第3、40兩條發(fā)明原理，將鋼制材料與其他材料結(jié)合的方式，在鋼制衣柜設(shè)計(jì)中加入布料、毛氈、皮革等材料，對(duì)于可移動(dòng)的模塊，內(nèi)部采用較輕便的材料，如鋁型材料，把手接觸部分使用毛氈、布料等柔軟溫暖材料。此外，利用第17條發(fā)明原理將熱轉(zhuǎn)印技術(shù)引進(jìn)到鋼制衣柜的部分零部件的制造過程中[17]，以多層次的形態(tài)代替原有的平滑的表面形式，將第31條發(fā)明原理將蜂窩狀紙板加入到衣柜設(shè)計(jì)中，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，進(jìn)而增加老年人使用衣柜的安全感。

4 結(jié)論

鋼制家具行業(yè)作為環(huán)保類型家具產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)逐漸受到人們的廣泛關(guān)注和重視，但目前的應(yīng)用還主要停留在辦公與醫(yī)療家具類等方面。

本文通過適老化鋼制衣柜產(chǎn)品的概念化設(shè)計(jì)作為案例來驗(yàn)證QFD/AHP/TRIZ的集成化設(shè)計(jì)模型在滿足老年人需求上引入鋼制材料的可行性和有效性。同時(shí)結(jié)合這種集成設(shè)計(jì)模型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程，可以為同類鋼制家具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一個(gè)更清晰的設(shè)計(jì)指標(biāo)和決策、問題解決的思路，提升老年人鋼制家具領(lǐng)域的發(fā)展可能和機(jī)遇。

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Design and Application of Aging-Appropriate Steel Wardrobe Integrated with QFD/TRIZ/AHP

JIAO Ruli，ZUO Hongliang

( School of Art and Design,Henan University of Science &Technology,Luoyang 471023,China )

The purpose of this paper is to improve the developability of steel materials in the field of furniture for aging people and accurately provide a good experience for them in the interaction of steel furniture products. Analytic Hierarchy Process (AHP) was used to determine the weight of customers' demands, and the core needs of customers were discovered by the functional quality expansion method (QFD). The best solution was found from the 40 invention principles of (TRIZ) invention problem solving theory. The innovation design process of steel wardrobe for aging people applied QFD with the combination of AHP and TRIZ analysis method. The paper mainly expounds the application mode of the theory from the perspective of the user needs, design index decision-making and solutions, so as to meet the demand of the elderly users of steel wardrobe products. The design process is scientific, which provides effective reference to the steel furniture product innovation design for aging people..

integrated model；aging；steel wardrobe；furniture design

TB427

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.11.008

1006－0316 (2021) 11－0057－08

2021－04－20

教育部2021年第1批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（202101042011）；津發(fā)科技－工效學(xué)會(huì)“人因與工效學(xué)”項(xiàng)目（202102018056）

焦如麗（1995－），女，河南安陽人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)，E-mail：1501380883@qq.com。*通訊作者：左洪亮（1974－），男，湖南汨羅人，碩士，副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)，E-mail：zuohongliang@126.com。