基于QFD和TRIZ集成的台灯创新设计

刘恒丽 李晓娜 陈泽鹏

关键词：QFD TRIZ 台灯 插座 创新设计

引言

创新是企业的活力之源，尤其在市场竞争日趋激烈的现代社会，是否具备创新的精神，能否对自己的产品进行创新设计，创造高经济附加值的产品已经成为企业在残酷市场竞争中生存和发展的重要途径，因此，拓展新的设计思路，设计新的产品便成为了设计师们致力研究并应用的强有力工具。目前，各国学者专家在创新设计理论方面的研究已获得了大量的成果，这些研究证明，许多创新设计理论都是在QFD和了RIZ的基础上被提出的，QFD和了RIZ对于创新理论的实践具有重大的指导意义，能够把设计师直接引向创新解，并能够准确、高效、务实地完成产品的创新设计。

一、QFD/TRIZ集成模型

QFD理论的核心思想是：产品开发过程中必须重视客户的实际需求，了解客户的消费欲望，掌握客户的消费偏好是产品开发成功的关键，QFD理论强调企业要改变传统的思想认识，要将满足客户的需求作为产品设计和产品研发的目标，从而保证企业研发的产品能够得到市场的认可，使产品研发成为企业发展的动力。了RIZ理论的基本思想是：所有的工程系统都是按一定客观规律发展进化的，人们一旦掌握了这些规律，就能大大推动产品的创新设计速度、预测产品未来的发展趋势。其所提供的大部分创新原理是为了解决技术系统存在的物理矛盾和技术矛盾。

QFD通过采用矩阵的形式构造质量安全体系，平衡用户需求和产品设计之间的关系，并将用户对产品的要求作为设计和研发新产品的核心。通过对消费者需求的研究和分析，来确定消费者需求与产品之间的关系，从而实现以消费者的需求来帮助企业制订新产品的研发计划、明确新产品设计的客观条件。但对于质量屋中出现的技术冲突，QFD不能很快找到切实可行的，解决问题的方法与合理的设计途径。然而TRIZ理论的矛盾矩阵表及相对应的40条发明问题解决原理能解决此问题。TRIZ将设计中遇到的技术冲突转化为TRIZ的问题模型，再根据发明原理进行解决。基于QFD和TRIZ集成的产品创新设计模型（如图1）所示。首先，通过对质量安全体系矩阵模型的分析，来确定两者之间的矛盾所在;然后利用TRIZ理论来识别矛盾类型，将技术冲突参数定义到39个标准参数，建立矛盾矩阵表，并分析推荐的发明原理，确定最终解决方案。

二、基于QFD和TRIZ集成的台灯创新设计方法

办公桌用台灯和插座是人们日常工作和生活所必须的，但往往存在不便之处;据此，基于QFD和TRIZ集成理论进行台灯创新设计，主要方法步骤（如图2）。

（一）现有台灯与移动式插座现状分析

目前市场上现有的台灯种类繁多，颜色、外观形状及功能丰富多彩以满足不同人群的需求。在人们生活中，台灯是不可或缺的照明工具，办公桌或书桌都会放置台灯提供照明。因此，台灯对于桌面空间的占有是必须的。

同时为了生活和工作方便，一般在办公桌上放置有插座，优点是具有更多的插孔便于给更多的电子设备充电，并且能够解决远距离电器的连接问题。但缺点也同时存在，移动式插座本身及其繁杂的电线会占有桌面大量的空间，使桌面变得拥挤杂乱，不易整理，甚至影响工作效率;较长的电线给生活及工作带来诸多不便，与其他电器的电线容易纠缠，也存在安全隐患。现在也出现了一些新型的移动式插座，取消电线，但在固定式插座上使用并不太稳固。

（二）消费者对台灯和移动式插座的需求分析

台灯和插座的设计应根据大众用户的需求进行设计。在需求调研中，用户直接提到的需求，一般为显性需求，是消费者明确要求产品应具有的属性，没有表达出的为隐形需求，隐形需求一般可以通过显性需求的满足同时得到满足。根据调研，总结出用户对台灯和插座的需求为：安全可靠，能够提供足够照明度，电源线长度适中，能提供更多功能，外观造型美观大方，结构稳定性强。例如，满足用户对台灯提供更多功能的需求能增加台灯的实用性;满足结构稳定性的需求能增加台灯的耐用性。

（三）质量屋及矛盾矩阵表构建

基于目前台灯和移动式插座的问题，依据所提出的QFD/TRIZ集成模型与创新设计方法步骤，通过对市场的实地考察，采集相关的信息数据，并对这些数据进行整理和分析，挖掘用户的需求信息，了解用户对产品的要求，并根据这些信息，从产品的功能、造型等要素出发，总结出设计要求，并结合用户的实际需求来构建QFD质量安全模型，最后通过对产品功能的分析，明确整个系统的各个功能（如图3）所示。

从（如图3）中分析出呈负相关关系的技术特征，即材料与重量两个参数间呈负相关关系。然而材料与体积、成本有关，重量与稳定性又有联系。当体积增大时，用材量增加，成本就会增加，重量增加，但稳定性较大;当选择强度大，密度小的材质时，重量会减轻，但成本增加，稳定性下降;这几个参数间存在着矛盾关系。因此，将材料分解成“体积”和“成本”这两个参数，由重量延伸到“稳定性”。再结合TRIZ理论的39个工程参数，“体积”、“成本”、“重量”和“稳定性”分別用“物体静止状态下的体积”、“物体质量的损失程度”、“静止状态下物体的重量”和“结构的稳定性”来表征。根据前面分析，确定恶化和改善参数，建立矛盾矩阵表（如表1）所示。从表中看出，存在三对技术矛盾，即“结构的稳定性”与“静止物体的体积”、“结构的稳定性”与“物质损失”、“静止物体的量”与“物质损失”。

（四）技术矛盾解决及台灯创新设计

根据（如表1）所示，基于TRIZ理论，解决上述三对技术矛盾的发明原理内容、实际问题分析及结果（如图4）所示。由原理2得到的启示是将系统中必要的功能挑出，针对台灯和插座，其主要功能就是照明和提供电源，保留这两个基本功能，其他放弃;由原理5合并得到的启发是将台灯和插座进行功能合并，既能照明又可以提供电源;由原理P3得到的想法是将静止的台灯变为运动部件;根据原理14和35改變台灯的形状，使其更简洁;根据原理28得到通过电流实现台灯和插座相互作用的想法;根据原理34，提出抛弃移动式插座。

根据以上分析，分离出台灯和插座的必要功能，改良台灯的外观造型，使其更简洁，并便于改为活动部件，通过电流与插座完成相互作用，在此基础上，提出拋弃移动式插座，将台灯和插座进行功能合并，用台灯替代插座，将台灯和移动式插座进行组合的设计思想，集照明和插座功能集于一体，从而使创新问题的冲突得以解决。

基于上述将台灯与插座组合设计的思想，确定设计方案，组合台灯设计过程（如图5）所示，设计细节（如图6）所示，最终效果（如图7）所示。组合台灯由灯身、插座和底座三个部分纵向组成，三部分通过插头与插孔进行组合。插座四面均有插孔，包括两相与三相。只需要台灯电源线，即可为更多的电子产品提供电源;此外，用户可根据个人需求，将插座拆下，将灯身与底座组合成一盏新的台灯。组合设计的台灯不仅能照明，同样能为电子产品提供电源插座，节省了公桌空间，同时避免了移动式插座存放及寻找的问题。

结语

将QFD和丁ROZ理论进行有机的结合，建立以市场需求为导向的产品创新设计模型。运用该模型对台灯进行创新设计，建立台灯的质量屋，对其中呈负相关关系的参数进行冲突分析，再根据TRIZ理论建立矛盾矩阵表，依据推荐的发明问题解决原理，提出拋弃移动式插座，将台灯与插座的功能组合，替代插座的设计思想，不仅拓展了台灯的功能，还节省了办公桌的空间，为人们生活带来方便，同时实现了结构化的产品创新设计过程。