胡暢文,石元伍

(湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院, 湖北 武漢 430068))

隨著我國教育水平的不斷提高,人們越來越關(guān)注下一代的素質(zhì)教育問題。國內(nèi)兒童素質(zhì)教育市場規(guī)模迅速擴(kuò)張,兒童玩具的市場需求也不斷增加。兒童玩具滿足了兒童在不同成長階段教育和娛樂需求,具有促進(jìn)兒童感覺和語言的發(fā)展及增進(jìn)智力、改善性格的功能[1]。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具能夠提高兒童的邏輯思維和實(shí)踐操作能力,培養(yǎng)兒童的工程思維。然而目前在進(jìn)行兒童機(jī)械玩具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí),多數(shù)都忽略了用戶的真正需求,產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重,安全問題比比皆是,最終導(dǎo)致兒童能力提升緩慢,學(xué)習(xí)興趣不高,難以實(shí)際應(yīng)用等問題,因此對兒童機(jī)械玩具產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)研究有很大價(jià)值。

1 AHP/QFD/TRIZ集成運(yùn)用方法

層次分析法是一種定性與定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法[2]。主要是通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素,對兩兩指標(biāo)之間的重要程度作出比較判斷,建立判斷矩陣,通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值以及對應(yīng)特征向量,得出不同方案重要性程度的權(quán)重,為最佳方案的選擇提供依據(jù)[3]。

質(zhì)量功能展開是以用戶的需求出發(fā),分析哪些工程特性與用戶需求相關(guān)聯(lián),用可視化矩陣反映用戶需求與產(chǎn)品開發(fā)中的技術(shù)信息和技術(shù)規(guī)范之間的內(nèi)在聯(lián)系,能夠?qū)⒖蛻舻男枨筠D(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)師的技術(shù)語言[4]。其中,質(zhì)量屋(House of Quality,HOQ)是QFD的核心[5],能夠?qū)嬰s的用戶需求和工程參數(shù)進(jìn)行高效的篩選和排序,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和用戶滿意度。

TRIZ創(chuàng)新方法是由阿奇舒勒在研究了250萬份專利后得出的一套具有完整體系的方法。是創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中的常用方法之一,它打破人們思考問題的惰性和片面性,避免了創(chuàng)新過程中的盲目性和局限性[6]。TRIZ中的通用技術(shù)參數(shù)、矛盾矩陣和發(fā)明原理能夠很好地提高產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研發(fā)效率和縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期。用高度歸納類比的方式為工程問題提供解決方案。其基本流程為分析問題,將問題轉(zhuǎn)化為通用的四類問題模型,使用知識(shí)庫得到對應(yīng)的解決辦法,最后得出具體方案。能有效地解決產(chǎn)品創(chuàng)新中遇到的沖突和矛盾,定向地引導(dǎo)進(jìn)行創(chuàng)新[7]。

雖然上述幾種方法都可以單獨(dú)應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究中,但是它們各有其優(yōu)點(diǎn)和不足。AHP雖然能夠得到用戶需求的權(quán)重,但是難以與設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合。QFD雖然能夠完善地將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品技術(shù)要素,但是缺少創(chuàng)新性的解決方案。TRIZ創(chuàng)新方法可以通過矛盾矩陣和創(chuàng)新發(fā)明原理為設(shè)計(jì)工作者提供解決問題的創(chuàng)新思路,但是由于TRIZ理論規(guī)范性特點(diǎn),易導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)明創(chuàng)新過程一般化,忽略個(gè)性化。在我國有很多學(xué)者將這三類方法集合進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究,張彩麗等[8]對QFD和TRIZ的集成模型進(jìn)行了研究,有機(jī)融合了兩者的優(yōu)勢,通過實(shí)例證明該方法的有效性。蘇建寧等[9]將QFD/AHP/TRIZ相結(jié)合的方法,應(yīng)用到玫瑰花瓣采摘機(jī)的設(shè)計(jì)研究中,提高了設(shè)備的采摘效率。曾曦等[10]將QFD和TRIZ集成模型引入到老年人輪椅改良設(shè)計(jì)中,證實(shí)了研究的可行性和有效性。設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 AHP/QFD/TRIZ集成模型圖

首先通過問卷、訪談、觀察、文獻(xiàn)的方式獲取用戶在使用產(chǎn)品過程中的遇到的問題和需求。將用戶需求進(jìn)行提取和歸納,使用AHP層次分析法,計(jì)算各層次指標(biāo)權(quán)重。接著構(gòu)建QFD質(zhì)量屋,填入與用戶需要相關(guān)的設(shè)計(jì)要素,得到各工程設(shè)計(jì)要素的沖突關(guān)系。然后導(dǎo)入用戶需求和權(quán)重系數(shù),計(jì)算得到各設(shè)計(jì)要素重要度排序。再將沖突問題轉(zhuǎn)化為TRIZ標(biāo)準(zhǔn)問題,分析矛盾類型,使用矛盾矩陣和創(chuàng)新方法尋求解決方案。最后判斷方案是否符合用戶需求,進(jìn)行驗(yàn)證,確定設(shè)計(jì)方案。本文將三種方法的優(yōu)勢結(jié)合起來,應(yīng)用到兒童玩具設(shè)計(jì)過程中,不僅可以針對用戶的具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化,同時(shí)還能提供創(chuàng)新型的解決方案。

2 兒童機(jī)械玩具設(shè)計(jì)應(yīng)用

機(jī)械玩具狹義上講,是通過齒輪、連桿、軸承、彈簧等機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或者手動(dòng)的形態(tài)變化的玩具。廣義上講,凡是能夠在某種動(dòng)力下,做持續(xù)的物理運(yùn)動(dòng),發(fā)生形態(tài)變化的都屬于機(jī)械玩具。機(jī)械玩具歷史悠久,從我國古代的孔明鎖、五輪沙漏、走馬燈,到現(xiàn)代的四驅(qū)車、高達(dá)模型、樂高積木等,這類產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)或者自動(dòng)的產(chǎn)品形態(tài)變化。

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論可知6～12歲的兒童正處于具體的運(yùn)算階段,思維具有可逆性,需鍛煉其邏輯思維能力[11]。機(jī)械玩具能夠很好地鍛煉兒童這方面的能力。但是目前國內(nèi)針對6～12歲兒童設(shè)計(jì)的機(jī)械玩具較少,存在一些問題,其一是產(chǎn)品娛樂性方面創(chuàng)新不夠,易使兒童感覺枯燥乏味。其二是教育性方面的創(chuàng)新缺失,玩教脫節(jié),產(chǎn)品存在跨學(xué)科知識(shí)融合不足,導(dǎo)致兒童玩完即忘,難以與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的問題。鑒于此,下文以6～12歲兒童使用的機(jī)械玩具為例,進(jìn)行創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)。

2.1 用戶需求的獲取與分析

機(jī)械玩具能夠培養(yǎng)兒童工程思維和學(xué)習(xí)相關(guān)機(jī)械原理,與之相關(guān)的用戶不僅是兒童,還包含兒童家長和教師,三類用戶和產(chǎn)品的關(guān)系見圖2。

圖2 兒童、家長、教師和機(jī)械玩具的關(guān)系圖

通過對武漢市洪山區(qū)某小學(xué)的3位科學(xué)老師進(jìn)行深入訪談,15位兒童家長進(jìn)行問卷調(diào)查,40位兒童進(jìn)行科學(xué)課堂觀察,綜合得到了用戶對兒童機(jī)械玩具的需求。為避免主觀經(jīng)驗(yàn)對用戶需求評(píng)價(jià)的影響,運(yùn)用層次分析法建立需求層次模型,計(jì)算得到各要素權(quán)重分配系數(shù)[12],兒童機(jī)械玩具用戶需求見表1。

表1 兒童機(jī)械玩具用戶需求

分別對準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層設(shè)置1～9標(biāo)度的調(diào)查問卷,通過專家打分構(gòu)建判斷矩陣,見表2～表5。

表2 目標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣

表3 教育性需求準(zhǔn)則判斷矩陣

表4 安全性需求準(zhǔn)則判斷矩陣

表5 娛樂性需求準(zhǔn)則判斷矩陣

通過計(jì)算,得出準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層單排序權(quán)重,為確保結(jié)果的合理性,進(jìn)行一致性檢測,通過CR=CI/RI可得到一致性比率CR值均小于0.1,結(jié)果通過一致性檢測,表明了權(quán)重的合理性。將準(zhǔn)則層需求權(quán)重系數(shù)與子準(zhǔn)則層需求權(quán)重系數(shù)相乘得到綜合權(quán)重,見表6。

表6 用戶需求層次結(jié)構(gòu)及權(quán)重系數(shù)

2.2 用戶需求轉(zhuǎn)化

得到用戶需求權(quán)重后,需將抽象的用戶需求,轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)要素,指導(dǎo)機(jī)械玩具的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。質(zhì)量屋是由左墻、天花板、屋頂、房間、右墻和地板構(gòu)成。它可以將用戶需求轉(zhuǎn)換為與之相關(guān)的設(shè)計(jì)要素,然后對不同的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行重要程度排序,找到核心問題的解決措施,針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要素重要度計(jì)算的計(jì)算式為:

式中:Hj為第j項(xiàng)設(shè)計(jì)要素的重要度;Li為第i個(gè)用戶需求的重要度;Wij為第i個(gè)用戶需求于第j個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)要素間的關(guān)系賦值。

首先將表1的用戶需求子準(zhǔn)則層填入質(zhì)量屋的左墻區(qū)域;接著工程技術(shù)人員和設(shè)計(jì)人員對用戶需求的子準(zhǔn)則層進(jìn)行展開得到與之相關(guān)的設(shè)計(jì)要素,組成天花板區(qū)域;然后在各個(gè)設(shè)計(jì)要素之間用“+”表示相互促進(jìn)的關(guān)系,“-”表示相互沖突的關(guān)系,組成屋頂區(qū)域;再使用0,1,3,5分別代表用戶需求與設(shè)計(jì)要素之間的無相關(guān)、弱、中、強(qiáng)相關(guān)程度,組成質(zhì)量屋的房間區(qū)域;將表6的用戶需求綜合權(quán)重作為質(zhì)量屋的右墻;最后通過計(jì)算得到不同設(shè)計(jì)要素的重要度,組成質(zhì)量屋的地板區(qū)域,機(jī)械玩具質(zhì)量屋見圖3。

圖3 機(jī)械玩具質(zhì)量屋

觀察機(jī)械玩具質(zhì)量屋的地板區(qū)域,產(chǎn)品尺寸大小、機(jī)械零部件、圖文介紹說明書、連接件的穩(wěn)定可靠是最重要的設(shè)計(jì)要素。在進(jìn)行玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí),需要優(yōu)先滿足該類設(shè)計(jì)要素。設(shè)計(jì)要素重要程度排序依次為:尺寸大小>機(jī)械零件>圖文介紹>連接件穩(wěn)定可靠>色彩明度飽和度高>形態(tài)多變>能源安全>邊角圓潤光滑>模塊化>玩法多樣>結(jié)構(gòu)穩(wěn)定>復(fù)雜程度低。

2.3 矛盾分析

通過質(zhì)量屋的屋頂三角形區(qū)域,可以直觀地了解機(jī)械玩具的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要素之間的關(guān)聯(lián)性(圖4),“+”表示正相關(guān),既一項(xiàng)設(shè)計(jì)要素的改進(jìn)會(huì)使另一項(xiàng)設(shè)計(jì)要素產(chǎn)生優(yōu)化效果,“-”表示負(fù)相關(guān),一項(xiàng)設(shè)計(jì)要素的改善會(huì)導(dǎo)致另一項(xiàng)設(shè)計(jì)要素的惡化,空白處表示設(shè)計(jì)要素之間無相關(guān)性。

圖4 質(zhì)量屋正負(fù)關(guān)聯(lián)性

通過質(zhì)量屋屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)要素正負(fù)關(guān)聯(lián)性可以得到6組負(fù)相關(guān)關(guān)系,既存在矛盾的設(shè)計(jì)要素,對該6對矛盾沖突進(jìn)行解釋分析:

①形態(tài)多變和連接件穩(wěn)定可靠之間的矛盾。機(jī)械玩具形態(tài)的多變會(huì)迫使需要更加高強(qiáng)度,高穩(wěn)定性的連接件來保持可運(yùn)動(dòng)部件的穩(wěn)定性。這是一對技術(shù)矛盾,解決的是使用何種材料和結(jié)構(gòu)的連接件來滿足機(jī)械玩具的多變性。

②形態(tài)多變和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的矛盾。機(jī)械玩具多變的外形會(huì)帶來整體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,既要保證形態(tài)多變來滿足兒童好奇心,又要結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定來提升產(chǎn)品的安全性。這是一對技術(shù)矛盾,解決的是使用何種基礎(chǔ)形態(tài)來保證產(chǎn)品穩(wěn)定性的同時(shí),提供更多的外形變化。

③形態(tài)多變和復(fù)雜程度低之間的矛盾。機(jī)械玩具對形態(tài)多變有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)需求,當(dāng)形態(tài)變化次數(shù)增多以后,產(chǎn)品復(fù)雜程度會(huì)隨之提高,不利于6～12歲的兒童使用。這是一對技術(shù)矛盾,需要甄別適合6～12歲兒童易于理解的機(jī)械原理知識(shí)點(diǎn)融入到玩具設(shè)計(jì)中。

④尺寸大小和模塊化之間的矛盾。為了滿足模塊化拼接的需求,物體的形態(tài)和體積是變化的。為了滿足產(chǎn)品的穩(wěn)定性需求,物體的形態(tài)和體積是不變的,體積的變與不變是典型的物理矛盾,可以使用分離原理。

⑤模塊化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的矛盾。當(dāng)模塊化的數(shù)量變多,產(chǎn)品在各模塊連接的區(qū)域穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)較多問題。這是一對技術(shù)矛盾,解決的是使用何種模塊化組合方式盡可能地提高穩(wěn)定性。

⑥玩法多樣和復(fù)雜程度低之間的矛盾。機(jī)械玩具玩法多樣會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜程度變高,既要保證玩法的多樣性,又要保證易于兒童理解的適齡性。

使用TRIZ理論將負(fù)相關(guān)關(guān)系的設(shè)計(jì)要素轉(zhuǎn)化為TRIZ理論中的39個(gè)通用工程參數(shù)并分析矛盾類型,技術(shù)矛盾查詢矛盾矩陣表來獲得相關(guān)發(fā)明原理;物理矛盾使用分離原理獲得解決方案,見表7。

表7 各項(xiàng)矛盾以及對應(yīng)的發(fā)明原理

2.4 矛盾解決

綜合上述矛盾沖突,根據(jù)兒童機(jī)械玩具的具體情況和要求,選擇合適的發(fā)明原理進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐。在①號(hào)矛盾中:形態(tài)多變和連接件穩(wěn)定可靠之間的矛盾。采用35號(hào)原理——物理或化學(xué)參數(shù)改變原理,改變連接件的物理化學(xué)參數(shù),使用ABS工程塑料作為螺栓螺母墊圈的材質(zhì),它具有硬度高,耐酸堿等化學(xué)性腐蝕的特點(diǎn),在確保連接件穩(wěn)定可靠的前提下滿足形態(tài)多變的需求,見表8。

表8 ①號(hào)矛盾解決原理

在②號(hào)矛盾中:形態(tài)多變和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的矛盾。采用34號(hào)原理——拋棄與再生原理,拋棄機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具中晦澀難懂和不易于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的成分,保留一個(gè)基本形態(tài),而后在其基礎(chǔ)在上進(jìn)行再生,組成不同的形態(tài),見表9。

表9 ②號(hào)矛盾解決原理

在③號(hào)矛盾中:形態(tài)多變和復(fù)雜程度低之間的矛盾。采用15號(hào)原理——?jiǎng)討B(tài)化原理,在設(shè)計(jì)中僅引入連桿、齒輪、滑輪、帶傳動(dòng)等易于兒童理解的簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu),使其改變相對位置,滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具的多種形變需求,見表10。

表10 ③號(hào)矛盾解決原理

在④號(hào)矛盾中:尺寸大小和模塊化之間的矛盾。采用1號(hào)原理——分割原理,將一個(gè)物體分割成相互獨(dú)立的部分,使其易于組裝和拆卸,見表11。

表11 ④號(hào)矛盾解決原理

在⑤號(hào)矛盾中:模塊化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的矛盾。采用2號(hào)原理——抽取原理,將產(chǎn)品中產(chǎn)生負(fù)影響的部分抽離,抽離對于6～12歲兒童較難掌握的和易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的部分,以齒輪為例,抽離齒輪齒條、人字齒輪、蝸桿渦輪等對于兒童難以理解的齒輪知識(shí),僅包含最基本的外嚙合直齒傳動(dòng),化繁為簡,確保機(jī)械玩具的適齡性和娛樂性。見表12。

表12 ⑤號(hào)矛盾解決原理

在⑥號(hào)矛盾中:玩法多樣和復(fù)雜程度低之間的矛盾。采用10號(hào)原理——預(yù)先作用原理,預(yù)先在零部件合適的區(qū)域設(shè)置拼裝卡口和螺孔,方便兒童在拼接過程中快速識(shí)別部件,進(jìn)行有效拼裝。見表13。

表13 ⑥號(hào)矛盾解決原理

3 兒童機(jī)械玩具設(shè)計(jì)方案

3.1 材質(zhì)和制作工藝

產(chǎn)品材質(zhì)和工藝是主體部分木頭激光切割和塑料連接件的3D打印。激光加工技術(shù)具有生產(chǎn)效率高,質(zhì)量可靠的特點(diǎn),容易控制,易于制作精密機(jī)械[13]。木頭作為產(chǎn)品主體材質(zhì)的優(yōu)勢是方便加工,電的傳導(dǎo)性弱,比較安全,綠色環(huán)保無毒,適合兒童使用,同時(shí)木頭作為主材質(zhì),教師用戶可以根據(jù)自己的課程需求,進(jìn)行特定尺寸和形狀的木板激光切割作為課程教材使用。塑料作為木頭之間的連接件,硬度高,更加的安全可靠,并且兒童在使用手或者扳手旋轉(zhuǎn)塑料螺絲螺母的過程中也促進(jìn)了兒童手部肌肉的鍛煉。

3.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)QFD中的設(shè)計(jì)要素和TRIZ的創(chuàng)新解決方案,以RHINO為造型平臺(tái),進(jìn)行兒童機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具的創(chuàng)新設(shè)計(jì),以其中一個(gè)拼接造型(吊車)為例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖5。

1-定滑輪;2-螺絲螺母連接;3-垂直支撐桿;4-齒輪傳動(dòng);5-橫向支撐桿;6-底座;7-距離調(diào)節(jié)部件圖5 吊車結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)QFD的設(shè)計(jì)要素重要度表明,連接件的穩(wěn)定可靠和產(chǎn)品尺寸大小是重要設(shè)計(jì)要素,為滿足連接件穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)需求,確保產(chǎn)品各部件的連接穩(wěn)定性,使用螺栓螺母連接。如圖6是零部件ABS工程塑料外六角螺栓和墊圈的尺寸說明。為了防止兒童誤食和易于兒童抓握,使用厚度為6 mm的椴木板材進(jìn)行激光切割,其中產(chǎn)品最小零部件尺寸為30 mm,見圖7。

圖6 M6-15外六角螺栓和墊圈尺寸圖

圖7 激光切割圖樣和零部件尺寸圖

產(chǎn)品配色將木的原色作為產(chǎn)品主體部分,使用色彩明度和飽和度高的亮黃色和橙色作為操作面板和動(dòng)作機(jī)構(gòu)的顏色,黃色系作為木色的同色系,能夠有效減少兒童在拼裝過程的無趣感,亮黃色能夠給兒童帶來動(dòng)感開朗的心理感受,橙色給兒童帶來工程的心理感受,契合產(chǎn)品屬性,緊固連接件使用具有工業(yè)感的灰色作為裝飾。不同顏色的區(qū)分可以方便兒童在拼裝過程中快速識(shí)別部件,進(jìn)行有效拼裝,見圖8。

圖8 產(chǎn)品種類和配色方案

6～12歲兒童不具備很強(qiáng)的邏輯分析能力,處于對新鮮事物的學(xué)習(xí)探索階段,需要側(cè)重培養(yǎng)兒童解決問題的能力和邏輯思維能力。根據(jù)TRIZ動(dòng)態(tài)化原理和抽取原理提供的創(chuàng)新解決方案,產(chǎn)品針對兒童做了適齡性調(diào)整,僅包含基本的機(jī)械原理和結(jié)構(gòu),如連桿機(jī)構(gòu)、滑輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等,確保產(chǎn)品適齡性,提升兒童手眼及肌肉的協(xié)調(diào)能力。產(chǎn)品可以根據(jù)不同模塊的拼接,實(shí)現(xiàn)不同的功能和多種造型。目前設(shè)計(jì)了七款造型:蹺蹺板、三輪車、投石車、挖掘機(jī)、吊車、升降車、水泥壓路車。兒童在動(dòng)手拼接不同造型的過程中,能極大地激發(fā)兒童的創(chuàng)造性。產(chǎn)品效果見圖9。

圖9 產(chǎn)品效果圖

質(zhì)量屋中的設(shè)計(jì)要素重要度表明圖文介紹說明書對兒童機(jī)械玩具十分重要,需要設(shè)計(jì)能夠吸引兒童目光的產(chǎn)品包裝盒和利于兒童理解拼接步驟的產(chǎn)品拼裝說明書,見圖10。

圖10 產(chǎn)品包裝盒和拼裝說明書

6～12歲兒童年齡跨度較大,需要掌握的知識(shí)也是有區(qū)分的,針對不同年齡段的兒童設(shè)計(jì)了不同的難度,以挖掘機(jī)為例,入門級(jí)別需要掌握連桿機(jī)構(gòu)和螺絲螺母連接等知識(shí)點(diǎn)。針對高年級(jí)兒童加入了電路模塊,兒童可以給車配備電力系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車的行駛和抓斗控制,見圖11。

圖11 電力模塊在機(jī)械玩具上的表現(xiàn)

3.3 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證和評(píng)估

為了驗(yàn)證兒童機(jī)械玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)用性,制作產(chǎn)品樣機(jī),使用環(huán)保水性木器漆進(jìn)行涂裝。邀請8位6～12歲的兒童拼接產(chǎn)品后,再次對子準(zhǔn)則層用戶需求進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果形成用戶反饋雷達(dá)圖,12項(xiàng)用戶需求中有10項(xiàng)需求在4分以上,產(chǎn)品達(dá)到用戶需求(圖12、圖13)。

圖12 產(chǎn)品樣機(jī)

圖13 用戶需求反饋雷達(dá)圖

4 結(jié)論

本文針對6～12歲的兒童創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具,采用AHP/QFD/TRIZ集成模型對機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),經(jīng)過設(shè)計(jì)后的機(jī)械結(jié)構(gòu)玩具將以往書本教育的間接經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為兒童動(dòng)手拼接的直接經(jīng)驗(yàn),讓兒童在拼接不同產(chǎn)品的實(shí)踐過程中獲得不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)知識(shí),將被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)改為主動(dòng)探索,提高了兒童的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)了兒童的工程思維。該設(shè)計(jì)流程可為相關(guān)玩具設(shè)計(jì)提供參考,后續(xù)設(shè)計(jì)研究可結(jié)合開放式玩法,階段性獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和編程教育進(jìn)行下一步探索,實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合,使產(chǎn)品附加更多的知識(shí)體系,提高兒童的綜合能力。