手电钻功能分析与创新设计

张蕾　贾舒媛　卿馨予　王鹏　屈灿

【摘要】调研发现现有市面上手电钻功能局限，采用产品观念设计产品，缺乏对顾客需求的深度分析，这种经营观念易导致“市场营销近视”。本论文调查顾客对手电钻的需求，利用质量功能展开（QFD）发现手电钻在设计上的管理冲突、技术冲突和物理冲突，然后利用发明问题解决理论（TRIZ理论）解决这些冲突问题，对市场上的手电钻进行创新设计研究，以增强其的实用性以及适用性。

【关键词】质量功能展开（QFD）  发明问题解决理论（TRIZ）  手电钻

一、手电钻结构简介

手电钻是我们在日常生活和加工小型零件时所必须的工具，而现如今市面上的手电钻类型多种多样，但是在市面上售卖的手电钻的功能都是制造商根据自己的经验和顾客的反应情况而不断更新制造，因此手电钻的设计并没有一个系统的方法来设计规划手电钻的功能和形状。因此，本篇论文根据现有手电钻的情况，针对性的对手电钻进行分析，结合相关的QFD和TRIZ理论，对手电钻进行创新研究设计。图1是手电钻的主要结构模型，从图中可以看出，手电钻主要由5个部分组成，分别是电动机模型，齿轮传动模型，中心支架模型，钻夹头模型和手柄和外壳模型，这5种模型分别由有各自的组成部分构成，因此来构成手电钻。

二、手电钻基本功能需求分析

手电钻的功能可以从打孔的稳定性，精准性，可靠性，安全性等方面考虑。对于手电钻的稳定性，从手电钻的功能分析和结构分析可得知，手电钻主要是通过电动机带动齿轮转动在加工件上进行加工，要使加工状态稳定，就要使电动机的运转功率保持正常和稳定，电动机一般是购置获得，那么就要对购置的产品进行功能检验，是否符合本电动机的使用情况。

打孔一致性表现为孔径是否一致，打孔主要依靠于转头，为了保持孔径一致，转头的质量要求就较高，转头要定期更换。打孔的可靠性是是否能够打出满足要求的孔径，即在打孔时应先检查是否孔径要求和转头的孔径一致，打出的孔径能否获得要求功能。打孔的安全性是指在打孔过程中，保持手电钻的安全可靠，避免出现可能的安全事故，比如转头脱落，轴销脱落等情况，为了保持手电钻使用的安全性，在出现器件脱落时，手电钻就自动停止工作，不能继续加工，保证使用者的安全。此外，手钻的主要设计参数包括输入功率，额定电压，额定电流，额定功率，齿宽，成型范围和无负载速度等等。这些因素都为手钻的设计非常重要。

三、手电钻QFD/TRIZ概念设计

根据市场需求分析发现，手电钻如要想实现防尘罩的装置必然将影响定位装置的设计，因为定位装置的安装与钻头息息相关，钻头是手电钻装置中与所要打孔的材料直接接触的装置，所以定位装置的设计一定要与钻头紧密连接。但是，顾客还有防尘罩的需求，因为防尘罩所应用的对象也是钻头，钻头与材料直接接触产生废屑，所以防尘罩与定位装置都得设计在与钻头相近的位置，那么二者之间必然会产生互相限制的影响。其次，防尘罩的设计势必会增加手电钻的重量，从而影响手电钻作业速度，增加使用者的疲劳。所以防尘罩的设计与顾客需求中的重量设计需求之间也是相互矛盾的。

在产品的人机设计流程中，可以通過QFD被发现和分析问题，以及涉及该问题的各种元素。有些问题很简单，可以通过经验或简单的创作方法来解决。而有些问题就比较困难，这可能需要大量的时间和精力去尝试和探索。对于疑难问题，可以使用TRIZ理论方法。TRIZ理论能够解决复杂的设计问题提供一些思路。

本研究的对象是根据顾客最想要的需求而特别设计的手电钻，本论文用于收集顾客需求的方式有市场问卷调研法、邀请消费者开交流会、去工具专卖店消费者的行为、以及与家装修理公司进行了面对面的信息收集等方法得出了顾客主要的几大需求：防尘罩的需要、定位要准确、断电敏捷等。与具体设计链接收集客户需求的方法，采用建立QFD质量的房子，它可以准确地将客户的需求转化为技术语言的质量特性，使抽象的客户需求产品化，从品质需求。品质因子被提取作为质量的度量。再将建立的QFD质量屋与TRIZ理论相结合以解决QFD只能发现与分析简单问题，而无法对较为复杂困难的问题提出较为合适的解决方案的弊端。TRIZ能够提供解决复杂设计问题的一些思路，根据发明解决理论的核心是技术进化的推动力这一原理，对问题加以剖析发现手电钻想要实现防尘罩的装置必然将影响定位装置的设计，为解决这一矛盾，采用TRIZ解决技术冲突的问题，将顾客需求要素转化为TRIZ矛盾矩阵的39个要素，得到通用解，再将通用解转化为顾客需求的具体解。将得到的设计要素经过模糊矩阵的评价结果为可行。

本研究设计的手电钻主要特色是防尘装置，该防尘装置为风扇动力吸尘，在手电钻钻头与夹具交界处的边缘设计一圈反向小风扇，原理类似于吸尘器，将打孔产生的木屑、塑料屑甚至铁屑都能吸附过来装进手电钻主体设计的飞屑盒子里已达到减尘的目的。这样既不会增加手电钻的重量，为操作者带来额外的负担，也达到了顾客需求防尘罩的作用。此外，该手电钻外壳还采用了轻质绝缘材料，帮助操作者减轻操作时的持住疲劳，有助于操作者集中注意力，提高工作效率。

四、结论

比较发现，设计优化后手电钻明显比现存的手电钻功能指标高，功能参数有很大提高。以顾客的需求为出发点创造出顾客真正需要的产品，将顾客的需求放在第一重要的位置，再来改善设计或者重新设计产品才会是真正有价值的改善的活动，创造环保可持续发展的社会。

参考文献：

[1]马钰钦.基于QFD、TRIZ集成的产品创新设计研究及应用[D].贵州大学硕士学位论文.2010.

[2]贾舒媛，曹婷婷，王浩炜等.手电钻装配单一品种流水线的平衡设计[D]. 价值工程.2018（1）.

[3]贾舒媛，王浩炜，常智权等.防尘定位式家用手电钻的人因设计[J].价值工程，2018（4）.

基金项目：本项研究成果受攀枝花学院大学生创新创业训练计划项目资助。