基于TRIZ理論的CRH動(dòng)車組手推餐車改良設(shè)計(jì)

徐江華 張瀟月 葉瀅 龍晨鵬 謝謙

摘 要：本文以優(yōu)化CRH動(dòng)車組手推餐車的使用功能和整體造型為設(shè)計(jì)目的，在設(shè)計(jì)構(gòu)思的過(guò)程中，建立TRIZ理論在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的方法模型，并基于該模型進(jìn)行產(chǎn)品分析與市場(chǎng)調(diào)研，提出使用方式與造型設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，總結(jié)出問(wèn)題對(duì)應(yīng)的通用參數(shù)。利用TRIZ理論40個(gè)發(fā)明原理中的合并原理、等勢(shì)原理及曲面化原理來(lái)解決矛盾，從而明確手推餐車改良設(shè)計(jì)的目標(biāo)，為進(jìn)一步主要問(wèn)題和技術(shù)沖突的轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新原理和矛盾矩陣的求解提供前提條件，并通過(guò)語(yǔ)義差異法驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;CRH動(dòng)車組;手推餐車;改良設(shè)計(jì);語(yǔ)義差異法

CRH（China Railway High-speed），是中國(guó)自主設(shè)計(jì)研發(fā)并擁有全面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵路高速列車品牌，中國(guó)高鐵發(fā)展至今已成為一種國(guó)際化趨勢(shì)。而在高鐵餐車服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，兩端遠(yuǎn)離餐車車廂的旅客主要依靠手推餐車供應(yīng)食物，而隨著人們物質(zhì)生活、消費(fèi)需求與審美要求的不斷提高，現(xiàn)有的純功能型手推餐車已難以適應(yīng)高鐵服務(wù)的快速發(fā)展。本文通過(guò)運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，對(duì)手推餐車進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。

1 TRIZ理論的產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)方法模型

運(yùn)用TRIZ理論[1]解決一個(gè)問(wèn)題的難易程度取決于對(duì)問(wèn)題的描述或程式化的方法，而發(fā)明問(wèn)題求解的過(guò)程是對(duì)問(wèn)題的不斷描述和程式化的過(guò)程，只有清楚初始問(wèn)題的根本沖突，才能求出最優(yōu)解。[2]產(chǎn)品改良是指解決或消除設(shè)計(jì)中的沖突，從而產(chǎn)生新的有競(jìng)爭(zhēng)力的解。TRIZ理論將技術(shù)系統(tǒng)的演化規(guī)律作為產(chǎn)品進(jìn)化的模式，并應(yīng)用相應(yīng)的工具消除設(shè)計(jì)中的矛盾，促使產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)律化、系統(tǒng)化與模式化，將設(shè)計(jì)問(wèn)題表達(dá)成TRIZ問(wèn)題。[3]針對(duì)CRH動(dòng)車組手推餐車的改良設(shè)計(jì)的方法模型如圖1所示。

2 CRH動(dòng)車組手推餐車改良設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 產(chǎn)品分析

旅客感知的CRH動(dòng)車組服務(wù)質(zhì)量包括3個(gè)維度，即硬質(zhì)量（硬件質(zhì)量）、軟質(zhì)量（乘務(wù)員服務(wù)質(zhì)量）和列車內(nèi)所售商品質(zhì)量。[4]手推餐車包括車輪、箱體、車把、剎車系統(tǒng)等主要結(jié)構(gòu)，箱體為四層置物結(jié)構(gòu)，且后方設(shè)有小型置物柜;材料多應(yīng)用鋁合金、鑄鐵、橡膠等材質(zhì);色彩上以CRH標(biāo)準(zhǔn)色——深藍(lán)色作為箱體的色彩基調(diào)。

2.2 問(wèn)題描述與分析

CRH動(dòng)車組手推餐車主要存在功能與造型兩方面的問(wèn)題。手推餐車功能性問(wèn)題體現(xiàn)在行走、取餐、保溫、銷售、舒適度等方面，如春運(yùn)高峰期不便通過(guò)狹窄的車廂過(guò)道、箱體內(nèi)側(cè)物品易堆積滯銷、餐食保溫性差等;手推餐車造型設(shè)計(jì)問(wèn)題體現(xiàn)在缺乏美觀性、語(yǔ)義性與個(gè)性等。其最終理想解分析是指手推餐車系統(tǒng)在最低程度改變的情況下，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的服務(wù)功能，以達(dá)到手推餐車系統(tǒng)最理想化的運(yùn)行使用狀態(tài)。

2.3 運(yùn)用TRIZ工具解決問(wèn)題

技術(shù)矛盾是指系統(tǒng)中一個(gè)參數(shù)的改變會(huì)引起另一個(gè)參數(shù)的惡化。利用TRIZ的“如果……那么……但是……”規(guī)范描述CRH動(dòng)車組手推餐車的技術(shù)矛盾：第一，如果想要避免影響通行順暢的障礙與因素，那么就要協(xié)調(diào)與優(yōu)化設(shè)計(jì)手推餐車的尺寸與造型，但是這樣會(huì)消耗手推餐車本身更多的機(jī)械能;第二，如果想要高效服務(wù)并達(dá)到銷售食物的最終目的，那么需要持續(xù)提高商品在單位時(shí)間內(nèi)的銷售輸出總量，但是這樣會(huì)過(guò)度增加乘務(wù)員的工作頻率。將上述兩個(gè)一般問(wèn)題轉(zhuǎn)換為39個(gè)通用工程參數(shù)，對(duì)照矛盾矩陣表，如表1所示：

通過(guò)表1中出現(xiàn)的發(fā)明原理得到矛盾的可能解，采用發(fā)明原理5、12、14，即合并原理、等勢(shì)原理、曲面化原理，對(duì)CRH動(dòng)車組手推餐車進(jìn)一步進(jìn)行造型、結(jié)構(gòu)與使用分析，厘清其設(shè)計(jì)思路與構(gòu)想。

2.4 設(shè)計(jì)方案

CRH動(dòng)車組手推餐車設(shè)計(jì)方案，主要是以TRIZ理論為依據(jù)，對(duì)現(xiàn)有手推餐車進(jìn)行以下6個(gè)方面的優(yōu)化與改進(jìn)，改良設(shè)計(jì)方案如圖2所示：

（1）利用TRIZ理論的第5條發(fā)明原理（合并原理）。將手推餐車保溫箱、置物箱兩種功能具有相似性的部件合并，箱體內(nèi)壁設(shè)保溫層，以實(shí)現(xiàn)節(jié)假日乘客高峰出行期間CRH動(dòng)車組對(duì)新鮮食物的即時(shí)供應(yīng)。

（2）利用TRIZ理論的第12條發(fā)明原理（等勢(shì)原理）。將手推餐車定位為三層結(jié)構(gòu)，在一定程度上減輕餐車總重量，造型更為簡(jiǎn)潔、美觀、大方，也更便于乘務(wù)員使用更舒適的手握姿勢(shì)。

（3）利用TRIZ理論的第14條發(fā)明原理（曲面化原理）。手推餐車在造型上采用與“和諧號(hào)”車頭相似的大圓弧流線型設(shè)計(jì)，以白色為總基調(diào)，局部使用“高鐵藍(lán)”點(diǎn)綴裝飾，更便于在車廂過(guò)道或車廂連接處的人群中穿梭，圓潤(rùn)的造型設(shè)計(jì)更是能夠減少與乘客身體磕碰的安全隱患。

（4）優(yōu)化材料、加工等設(shè)計(jì)變量。在材質(zhì)設(shè)計(jì)方面，手推餐車主框架造型采用ABS工程塑料和合金材質(zhì)，具有更好的抗沖性、剛性、耐熱、耐腐蝕性能，易于加工成型;保溫箱外殼、內(nèi)膽均使用PE材質(zhì)，保溫層為EPS材質(zhì)，打造一種溫暖、舒適的使用體驗(yàn)。

（5）優(yōu)化產(chǎn)品維數(shù)等設(shè)計(jì)變量。CRH動(dòng)車組手推餐車最佳功能尺寸是人體尺寸百分位數(shù)、功能修正量、心理修正量三者的總和。[5]根據(jù)行業(yè)要求，高鐵女乘務(wù)員的身高標(biāo)準(zhǔn)為163～173cm。為了給餐服員提供較舒適的推行空間，餐車寬度設(shè)計(jì)約為40cm，長(zhǎng)度約為110cm，車輪直徑約為10cm。根據(jù)女性乘務(wù)員身高與作業(yè)面高度的關(guān)系，手推餐車工作臺(tái)面高度應(yīng)為94～102cm。

（6）安全性設(shè)計(jì)。手推餐車前后共4個(gè)萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)，在后兩輪處設(shè)置制動(dòng)器剎車裝置;車身側(cè)底面采用“腰鼓形”設(shè)計(jì)，在保護(hù)車輪的同時(shí)，通過(guò)倒角的形式內(nèi)凹，避免設(shè)備設(shè)施可能給乘客、乘務(wù)員的人身安全、健康和環(huán)境、產(chǎn)品本身、其他裝置帶來(lái)危害而造成財(cái)產(chǎn)損失。

3 結(jié)果驗(yàn)證

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，用戶的心理是重要的研究因素。因此，用戶滿意度也是評(píng)價(jià)和改進(jìn)CRH動(dòng)車組手推餐車設(shè)計(jì)方案的重要依據(jù)。[6]首先，由乘客、餐服員、乘務(wù)員、研究生、資深設(shè)計(jì)師等27位受測(cè)者，通過(guò)頭腦風(fēng)暴法收集并利用網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍、文獻(xiàn)等途徑，補(bǔ)充174個(gè)感性詞匯，之后研究小組依據(jù)詞匯含義確定形態(tài)與色彩兩方面共8組代表性感性詞匯，用-3～3分表示相反詞匯的不同變化程度，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。CRH動(dòng)車組手推餐車設(shè)計(jì)的語(yǔ)義差異調(diào)查結(jié)果如表2所示：

表2所示結(jié)果表明，運(yùn)用TRIZ理論的CRH動(dòng)車組手推餐車設(shè)計(jì)方案在形態(tài)與色彩等方面具有一定的合理性，進(jìn)一步驗(yàn)證了TRIZ理論對(duì)CRH動(dòng)車組手推餐車設(shè)計(jì)的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

CRH動(dòng)車組手推餐車的設(shè)計(jì)創(chuàng)新是為乘客有序、安全、高效地提供送餐服務(wù)的必要保證。本文分析CRH動(dòng)車組現(xiàn)有手推餐車在功能與造型方面存在的問(wèn)題，以TRIZ理論為依據(jù)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，并以手推餐車的創(chuàng)新性、美觀性、操作性、舒適性為指標(biāo)，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。TRIZ理論的應(yīng)用拓寬了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維模式，也為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了一定參考。

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[3] 付敏，李銳，范德林.基于TRIZ的產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成創(chuàng)新方法研究綜述[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，11（02）：170-174+178.

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[6] Anay M . Bridging the gap：designer's“user concept”as a transformative tool between user knowledge and design[J]. Anadolu University Journal of Science and Technology，2011，12（2）：111-118.

作者簡(jiǎn)介：徐江華（1977—），男，湖北荊州人，博士，副教授，研究方向：載運(yùn)工具設(shè)計(jì)。

張瀟月（1998—），女，山東濟(jì)南人，本科在讀。