创新方法在产品设计中的应用

王彬（天津宝盈电脑机械有限公司）

1 概述

当前，由于创新方法的普及应用时间短，科研机构与实际的方法应用者缺乏有效的沟通平台，很多设计人员在完成创新方法的初级课程后，并不能将其立即应用到企业工作过程中，加之常规设计惯性的影响，对于方法的应用意识就变得淡漠，所以，在设计过程中，设计者对创新方法的主要应用阶段及应用方式需要进一步明确。

2 产品设计流程

2.1 设计（开发）项目任务书

产品设计项目一方面来自市场的反馈，将客户问题转化成功能问题进而导出相应的产品需求，另一方面来自于企业经营者自身对市场及产品前景的判断。

2.2 设计（开发）项目建议书

本阶段主要涉及创新方法应用。设计人员根据项目任务书的要求，将需求通过创新方法转化成具体的技术方案，并通过技术部门联合会签及公司审批，从而获得授权的、具体的项目技术实施建议。

2.3 设计（开发）项目计划书

对项目建议书涉及的具体技术要求，对项目实施的人员分配、时间、预算、市场投放、奖惩等项目作出完整的计划（见图1）。

图1 设计（研发）项目计划书

3 通过产品开发实例“一种缝制羽绒制品的全自动模板缝纫机”具体说明创新方法在设计过程中的应用

3.1 通过市场问题—形成项目任务书

销售人员反馈,用户羽绒制品在使用当前缝纫机缝制过程中交叉线相交处会形成褶皱（见图2），并需要一种机器解决此问题。公司总经理、设计主管及相关设计人员，经产品前景分析、技术分析、市场当前容量分析后决定立项开发“缝制羽绒制品的全自动模板缝纫机”。

图2 缝制过程出现褶皱

3.2 通过创新方法形成确定方案，形成项目建议书

3.2.1产品的背景技术

当前市场上，与缝制、消除羽绒制品的褶皱技术相关的设备有全自动模板缝纫机及全自动铺布机的气压台板。

3.2.2现有设备缝制羽绒制品存在的问题分析

充羽绒制品，内部带入大量空气，表面不平整，在缝制隔线或花样时，相交线上会出现褶皱，特别是在一个方向的线缝好后，已经将面料分隔成多个曲面，面料在缝制过程中会使多余面料在被其他线迹阻断时无法释放，而形成“漩涡”。

3.2.3原因分析

羽绒制品在缝制过程中，上下布面缝紧后，由于缝线的收紧使两平行缝线间面料形成曲面，在此基础上，再有缝线与刚刚形成的平行缝线相交，由于缝线平面与面料曲面不在同一平面上，则会出现原平行线间面料无法释放的情况，因而形成褶皱（见图3）。

图3 形成褶皱的原因分析

3.2.4理想解---缝制过程面料不收缩

一方面，增加羽绒制品强度——在缝制范围内，存在可自动调整的负压，排空制品气体，在缝线的底线与面线形成线环过程中的拉伸不能使布料发生变形，底线与面线与面料曲面在同一曲面上。

另一方面，使面料的四边充分外展，从而使其达到不含空气的理论平面面积（见图4）。

图4 理想解

3.2.5功能模型

功能模型（见图5）。

图5 功能模型

目的：明确设计主体，设计范围及人员结构资源调配。

3.2.6利用冲突获得方案过程----冲突分析

缝制羽绒制品时，抽空羽绒制品内部的空气从而增加其强度。同时，抽空羽绒制品内部空气要求其所在区域要封闭，这样封闭材料会使机针与要缝制的羽绒制品隔离，使羽绒制品无法缝制，由此产生了冲突。

经分析确定采用分割原理：在羽绒制品形成负压时不缝制，在去除封闭材料后，机器立即启动，此时羽绒制品中虽会进入少量空气，但其强度仍然很大。一般羽绒制品会在很短的时间内缝制完成，从而能保证其缝制的质量。

3.2.7场分析--- 增加场

现有的模板缝纫机在缝制过程中，模板对羽绒制品的上部（不缝制部分压住）及周边的固定，不能使制品有足够的强度，因而当缝线收缩时，制品由于缝线的收缩而使面料形成曲面，进而再次缝制时形成褶皱。

此问题是模板对羽绒制品的作用不足而引起的。因此，我们增加了一个新的未知场，以提高羽绒制品的强度（见图6）。

图6 场分析

3.2.8资源

当前机器的缝框是靠气动装置压住模板，如改进形成区域负压区域，可使用原气动装置及气动线路,可做为物质场分析中新增加的场，同时公司的铺布机、电脑裁床上的台板及吸风装置均可借鉴。

3.2.9最终问题解决方案

支撑模板的台板采用吸风式结构，采用中空结构，上部通过多点气孔与制品调节压力。台板下部采用大功率风机吸风，使制品形成负压。制品在起缝点时，上部自动拉开塑料薄膜，使制品在形成负压时与外部空气隔绝。

制品与模板固定采用上部钉扣锁死，滑动坚固的方法，即在制品边缘5mm外侧用带针的钉扣上下固定住，通过滑动钉扣所在模板的滑齿来坚固制品。技术方案会签及公司确认（见图7）。

图7 技术方案会签及公司确认

3.3 根据研发方案形成项目计划书

产品功能、性能参数

设计、配套、工艺、安装、整机调试、检验、产品说明书、签定、小批量推向市场的时间表

机械、电控及相关项目人员名单

基本成本预算

奖惩

4 结论

4.1 产品输出

见图8。

图8 产品输出图

1、主控制箱 2、机架 3、操作电脑 4、机头 5、线架 6、负压台析 7、缝框 8、X向驱动机构 9、Y向驱动机构 10、模板 11、封闭装置

4.2 专利输出

共申报4项专利，两项实用新型已获授权（见图9），另两项发明专利：一种增强羽绒制品缝纫强度的负压台板（专利号201410408602.0）、一种缝制羽绒制品的全自动模板缝纫机（专利号201410414402.6），正在知识产权局审核中。

图9 两项实用新型专利证书

[1]初、中、高级/创新方法研究会，中国21世纪议程管理中心编.创新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2012.5.

[2]檀润华编著.发明问题解决理论[M].北京：科学出版社，2014.

[3]韦德拿斯（Rantanen,K）,顿波（Domb,E）著；檀润华,曹国忠,江屏,陈子顺译.简约TRIZ：面向工程师的发明问题解决原理[M].北京：机械工业出版社，2010.8.