基于TRIZ理论的并条机造型创新设计

贺晨曦 马或

摘要：为了满足对并条机综合品质日益提高的要求，通过产品和设计现状分析并结合TRIZ创新设计理论，找到一种基于TRIZ理论的并条机造型创新设计方法。文章首先对并条机进行了产品和设计现状分析，发现并条机在造型设计上缺乏合理性，因此以提高并条机的安全性，树立全新的设备形象为设计目标;然后，运用TRIZ理论的创新原理和矛盾矩阵，利用分割、维数变化等原理进行并条机的造型设计;最后，结合造型要素、人机工程学、色彩设计获取更优的造型设计方案。为相关纺织机械设备的设计构思提供了创新思路的可行性，并为工业设备的升级改造提供实例参考。

关键词：TRIZ理论;并条机;造型设计

中图分类号：TB472文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）02-0152-03

纺织机械行业作为我国的重要支柱产业，目前我国纤维加工量占世界总量的50%以上，纺织产业规模位居世界第一[1]。纺织行业的发展带动了纺织机械行业的发展，势头迅猛，但重技术轻应用的现象普遍存在，大部分产品在功能上得到了实现，但产品设计造型简单，干篇一律，缺少耳目一新的设计方案和造型方法，将广为流行的创新设计和理论方法运用到纺织机械装备的造型創新设计更是少之又少。

张建敏，王建伟等人为满足用户对手扶式旋耕机综合品质提升的用户需求，提出基于TRIZ理论的旋耕机创新设计方法[2];钟光明，苏文城运用科学的TRIZ理论能快速有效地针对性分析，解决了儿童实木椅设计过程的实际问题，实现了多功能性[3];孟娜娜等人基于TRIZ理论利用矛盾矩阵对城市挖掘机进行创新设计模型[4]。

上述研究通过与TRIZ理论的结合完成了创新设计，体现了TRIZ理论的强大应用性，但很少在大型纺织机械装备上得到应用，且并没有大幅度提升产品形象。本文以并条机作为设计对象，利用TRIZ理论进行功能优化和造型设计的应用研究，提升装备的安全性，实现良好的人机交互，并形成独特美观的设计方案。

1 TRIZ理论概述

TRIZ理论，即发明问题的解决理论。是由前苏联发明家、教育家Genrich S.Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究团队在1 946年最先提出，通过对大量的文献专利进行分析总结，最后整理得出了创新的理论工具方法体系[5]。TRIZ的强大应用性在先前的研究已经得到了充分地印证，是为了消除工程矛盾，得到可实行的解决问题的方法。产品设计的开发流程中可以简单的概括为：发现问题一了解产品需求一筛选设计痛点一分析问题并解决问题一生成初步解决方案一设计评价与评估一设计方案的落地及实现。TRIZ理论的创新原理和矛盾矩阵是强大的方法储备，能够提供新的设计思路和方法，以便开发出富有竞争力的创新产品。

2 并条机造型设计现状

并条机在纺纱工艺流程中作为分界线存在，主要作用是将条子并合均匀便于进一步的加工和使用，地位至关重要。以并条机作为工程缩影，与国内外同类型产品的造型结构对比，发现设计对象存在较多不足。现存市面上的并条机造型设计并不能直接体现企业的品牌文化，帮助企业树立良好的形象，并且在提升品牌的附加价值及经济收益上有所缺失[6]。并条机的外观造型设计虽然作为较低成本的设计环节，但却是工业设计的重要体现。造型设计是相当重要的视觉因素之一，因此得到企业、市场、用户的关注。但又因为造型的直接性，导致现在市场上并条机在造型风格上表现平平，缺乏设计的严谨性。并条机的造型设计并不能单以美观性作为设计评价的第一要素，要切实以产品的功能性作为首要因素，进行最大的优化设计[7]。

3 基于TRIZ理论的并条机造型创新设计意义

造型设计在工业设计的范畴中占有重要地位，优秀的造型设计既能带来过目不忘的视觉冲击和审美体验，又能与功能达到完美融合，细节处理的人性化也会在造型设计中有所体现。依靠TRIZ理论方法体系并应用在并条机的造型设计上，能够减少设计师的经验主义理论，为设计提供原理方法，提升造型设计的科学性，将大幅度缩短设计周期，节约资金和人力投入，从而开拓出纺织机械装备造型设计的新方法。

4 基于TRIZ理论的并条机造型创新设计流程

本文在研究过程中，以并条机的造型设计为例，将TRIZ的通用工程参数和技术冲突的创新设计方法应用在并条机的造型设计上，结合产品设计的开发流程，基于TRIZ理论的并条机造型设计流程图见图1。

4.1 构成组件及造型要素分析

经过大量的文献阅读和实际考察，分析总结出并条机是由主体机身、喂棉部分、牵伸部分、成条部分构成，伴有喂棉筒区和以导条板、导条压棍，导条罗拉构成的导棉区，并由一些辅助的自动装置组成。以宏观的设计要素分析并条机并提取造型元素形态，主要包括牵制机壳面板的操作台、两侧挡板、机身底座、机身散热孔、机柜门、把手、产品型号标识、急停按键的操作面板等，其中牵伸机构是并条机的核心部分。以上的造型相互关联，共同决定着产品的美观性、设计独特性和品牌认识度等。结合使用场景及实际工作情况进行分析，例如机身正面牵伸机壳面板的操作台造型，倾斜角度及具体尺寸，机身与操作面板的高度差会对并条机的牵伸工艺、用户操作体验造成较大的影响;机身底座将直接影响机身的稳定性，机身散热孔的造型，开孔大小，疏密的关系将直接影响装备的生产效率、风孔积灰和日后清理等问题;把手的尺寸和具体的排列位置影响着设备的工作效率;急停按键的操作面板的造型排列及位置关乎着生产安全。针对如上观点，将以上造型要素作为具备一定功能要素影响的关键特征，如表1所示。

4.2 问题描述及问题原因分析

并条机作为纺织机械装备中典型的功能性产品，技术应用趋向商品同质化。工业设计思维的缺乏导致功能与造型之间缺少平衡，易形成为了造型而造型的虚无性设计现象。

问题描述：通过研究调查、实际走访，发现并条机的造型设计上缺少合理性，在使用、拆卸、检修等实质性问题上有待提高。此外还存在运行中机身不稳、色彩设计中规中矩、造型缺少美观性，更难达到造型与功能形式的完美融合、机身造型元素之间关联性较差、产品缺少独树一帜的设计形象、品牌识别度低等问题。上述问题将直接影响并条机的使用效率和生产安全，具体问题如表2所示。

上述问题激发了对并条机的革新，需要串联关键造型特征，统一设计风格，增强并条机的设备安全性，实现良好的人机交互，形成独特美观的设计方案。

4.3 问题确定及原理选择

根据上述问题分析，发现并条机在造型设计、安全性、可操作性存在着问题冲突。本文研究的目标是为了提高并条机的安全性，增加设备的舒适度，通过造型确立统一的风格，树立全新的设备形象。用TRIZ理论39个通用工程参数，确定其改善的参数涉及12形状，27可靠性，（此处将机身不稳的问题与可靠性最近似，将其规划为27可靠性）33可操作性。恶化参数涉及31、39及36，查询结果如表3所示，得到对应的解域，根据并条机的实际情况，再对解域内的发明原理进行可应用性筛选，分别为第1条，第35条，第17条及第32条发明原理。

4.4 TRIZ发明原理确定及应用说明

在TRIZ理论的指导下，本文对并条机的实际情况和客观矛盾冲突进行分析，以提高并条机的安全稳定性为主要的设计目标，对并条机进行造型设计，并统一设计风格，以可操作易生产为设计要求，结合大环境的生产制造的形式，依托三条发明原理对进行创新设计。第1，17，32，35条发明原理的解释如表4所示。

利用第一条发明原理（分割）对并条机的整机底座进行分割，舍弃笨重且单一底座的造型形象，增大底座的面积，利用底座的自重加固机身，减少机身的晃动，从而保证产品运行时的稳定性，风格上奠定了设备的厚重感，達到潜意识的安全意向。利用分割原理并结合设计美学的原则对并条机功能原型的关键造型要素重新梳理，得到全新的关键造型要素（如图3），要求设计要素之间保持相似性。

利用第二条发明原理（维数变化），基于原来底座的造型形状，用多层结构代替单层结构，通过底座的两级踏步堆砌，控制机身的离地距离，并结合人机工程学的应用原理，调整用户操作的可及范围，进一步方便机身正面操作区域的使用。

针对并条机的各部分功能划分，并利用第三条分明原理（改

变颜色）对并条机进行色彩功能性规划。以机身正面操作台为例，对并条机的重要功能区域，如牵伸机区及操作屏运用颜色强调，通过一定的比例和颜色划分，以增强并条机的可操作性。

同时再利用第四条发明原理（参数变化），针对把手、控制面板、操作界面等，深入思考用户操作的人机交互实际情况，重新规划机身的排布位置，通过合理的设计尺寸为设备操作带来更高效的便捷。又将把手全部圆角处理，避免直角弯折在使用过程中带来的隐形伤害，也体现了大型设备的细节关怀。

针对TRIZ理论提供的发明原理的指导，将之前的造型要素进行新的设计改造，以原型底座造型为设计第一要素，得到新的造型设计方案。

5 基于TRIZ理论的并条机造型创新设计思路

5.1 造型要素设计

此并条机造型设计以问题为导向，应用TRIZ的发明原理，摒弃以往的造型简单包装及廉价的造型堆砌的方法，以提高产品的功能和用户体验。在设备的造型上保持着设计造型元素的一致性，但大型装备的升级研发始终围绕着产品的功能，是以功能和技术为关键要素，在此基础上做有限的设计。设备造型设计运用线条的不同形态走势，选用直线边角排列形成强烈的运动感和张力。设备的点线面应用部分，应以直线为主，斜切线冲击为辅，保持斜切倒角来营造产品形态。为进一步呼应并条机的整体风格，造型要素的细节上要与整体节奏高度呼应。经过演化推演，得到新一轮的造型要素分析，如表5所示。

5.2 人机工程

针对并条机情感细节不足的现状，正面操作台倾斜弯折角度采取45度，将牵伸机壳的通风孔和显示操作屏置于45度的角度。根据操作者站在机箱底座的水平视野范围，45度既方便作业操作控制设备区域，又能避免通风孔角度过小，通风情况不良造成设备过热的情况。牵伸机壳第二弯折角度采取15度折角，方便操作者在机身正面便于观察并条机的工作情况。为了保持设备风格的统一性，可以在其他角度的选择上沿用相同角度。把手通过造型和肌理的处理，将直角改为圆角，减少设备的冷漠感，增强用户的情感关怀体验。牵伸机壳的把手由于操作的频繁程度和功能要素，垂直于机身侧面，并条机两侧的把手则设置把手凹槽，避免使用过程中存在安全隐患。

5.3 色彩设计

任何工业产品都离不开色彩设计。纺织机械设备不同于以往的工业设计产品，作业环境具有很强的不确定性，优秀的工业设备色彩设计应该做到品牌形象、产品风格、企业文化、作业环境统一性等原则。市面上的并条机颜色大多饱和度较高，充斥着工业风格的喧嚣感，无法满足使用者在视觉及情感上的体验。此并条机摒弃了常见的高饱和色彩，整体以白色作为主色调，蓝灰色为机身色彩点缀，以深灰色为重色以压制设备的重量感，提升设备的高级和安全的感官意向。蓝灰色调在视觉上起到抚慰的情感效果，并且蓝灰色在深灰、白色中间相互制约又各自跳脱，烘托出生动、活泼、明快的设备形象。

6 并条机造型设计呈现

并条机的造型设计不仅要求美观，更要保证其功能性和技术性，造型设计也是在功能、技术条件、人际关系、生产成本之间寻求最优的平衡点，以实现当前条件下设计带来的最大经济效益和情感效值[8]。所以针对并条机造型设计，需要综合多重方面的思考，与多个学科相结合。在造型设计上不仅要求独特性，与同类竞品脱颖而出，又要求设备整体形象风格一致，并凸显工业设计美感，另外兼具灵活的细节关注，尽量满足不同作业环境中的情感体验。在设计过程中采用CAD/RHINO等工程制图软件进行辅助设计，设计方案呈现如图2所示。

7 结语

基于TRIZ理论，可以为具体的问题进行指导，打破常规的设计界限和壁垒，提供新的理论和方法的指导。本文对并条机造型设计进行了分析，在TRIZ冲突理论的指导下，将并条机的造型设计和实际问题相结合，能够有效地提升产品设备形象，提高并条机的安全稳定性，解决造型元素和风格上的混乱问题，开展了并条机造型创新设计的新方案，再一次应用和验证了TRIZ理论指导大型机械设备造型创新设计的可能，并为其他相关工业设备的升级改造提供实例参考。

参考文献

[1]王树田，中国纺织机械行业的现状与展望[J].纺织导报，2005 （10）：6-7+10+12.

[2]张建敏，王建伟，杨勤，等.基于TRIZ理论的手扶式旋耕机造型设计研究[J].包装工程，2019，40 （04）：133—139.

[3]钟光明，苏文城.基于TRIZ理论的可成长性儿童实木椅创新设计[J]林业工程学报，2019，4 （02）：158—164.

[4]孟娜娜，胡鹤凡，任晋.基于TRIZ理论的城市挖掘机造型设计研究[J]工业设计，2019（06）：150—152.

[5]檀润华，王庆禹，苑彩云，等发明问题解决理论：TRIZ——TRIZ过程、工具及发展趋势[J].机械设计，2001 （07）：7-12+53.

[6]董琪，周赞，张帆，等工业设计视角下的工程机械外观造型设计[J].工程机械，2012，43（03）：53-56+100.

[7]杨舒钰，马或基于形状文法的纺织机械产品造型设计[J]设计，2020，33 （11）：142-144.

[8]杨璐，刘静儒，孙悦佳，基于机械装备外观设计与造型的研究[J].南方农机，201 7，48 （05）：135+137