基于QFD與TRIZ理論的老年電動汽車創(chuàng)新設計

郭皓月 侯幸剛

摘要：針對老年電動汽車出行和操控問題，將QFD的HOQ與TRIZ理論中的IFR理想解，矛盾矩陣等相結合。建立以TRIZ理論為基礎的老年電動汽車產品。通過QFD對用戶需求進行分析尋求符合老年人需求的設計要素，用TRIZ的矛盾矩陣發(fā)明原理對產品進行功能分析，老年電動汽車進行產品創(chuàng)新設計。對改進老年交通工具不足時出現的技術沖突，提出了具體的解決方案。運用QFD與TRIZ理論能科學指導老年電動汽車設計實踐。

關鍵詞：質量功能展開TRIZ理論老年電動汽車創(chuàng)新設計實踐用戶需求

中圖分類號：TB47

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2021） 08-0086-04

Abstract： Airning at the traveI and handling problems of eIderly electric vehicles，the HO0 0f OFD IS combined with the ideal solution of IFR and contradiction matrixn TRIZ theory Establish innovative products for elderIy electric vehicles based onTRIZ design theory Analyze user needs through OFD to fInd design elements thatmeet the needs of the elderly， use TRIZ contradiction matrix invention principle toanalyze the product function， and carry out product innovation design for eIderlyelectric vehiclesA specific solution was proposed tomprove the technical conflictsthat occurred when the elderly transportation was insufficient Using QFD and TRIZtheory can scientifically guide the design and practice of elderly electric vehicles

Keywords： OFD TRIZ Elderly electric car Innovative design practice userrequirement

引言

隨著我國老齡化趨勢的不斷加劇以及現代技術的快速更新，有越來越多的老年群體表達了對老年電動汽車的需求，真正讓老年人享受電動汽車帶給他們的便利，由此，對于未來趨勢下的老年電動汽車發(fā)展是比較關注的話題。目前針對老年人的智能交通工具設計涉及很少，而且適老化交通產品創(chuàng)新設計仍需不斷改善。當前大多數電動汽車圍繞年輕群體設計，主要注重設計的外觀和駕駛感受，對老年人的具體需求考慮少之又少。因此，設計以老年用戶為中心的電動汽車，成為亟待解決的問題。本論文先用QFD（質量工程配置）的核心HOQ確定老年人對電動汽車的需求，用問卷調研和KJ法探究改進老年電動汽車的設計要素。接著用TRIZ理論，對已確定要改進的設計要素進行產品技術系統(tǒng)，組件和功能的分析，深化要改進的電動汽車的設計要素，最后把改進的設計要素對照丁RlZ理論39個技術參數進行轉換，對應40個發(fā)明原理構建矛盾矩陣，從而指導老年電動汽車的改進優(yōu)化設計。目前各個行業(yè)都對其進行全面研究，并且廣泛應用于高校，本研究創(chuàng)造性地將兩者結合應用于老年電動汽車創(chuàng)新設計實踐中，用QFD與TRIZ理論確定用戶需求以及改進老年電動汽車設計。

一、QFD和TRIZ理論概述

QFD又稱質量功能展開，主要運用顧客需求進行產品設計要素或整體的改進。是設計多層次構建矩陣參考方法。它主要根據市場要求和顧客需求為目標進行產品設計。運用質量功能展開對用戶需求進行分析，接受市場最新變化，設計的產品既可以滿足客戶需求，效益又可觀。QFD的主要作用是根據用戶需求確定產品痛點，明確設計優(yōu)先考慮要素及各個次要素與最終計算綜合值的關系，并將其轉換為設計的有利信息。通常采用矩陣形式構建質量屋（HOQ）。TRIZ的重要目的是研究產品設計和創(chuàng)新過程中技術難題的解決。是一種科學的原理與方法。運用TRIZ，可以給產品設計進行強有力的科學指導，設計真正符合用戶需求的產品。TRIZ理論在痛點產品的改進設計中十分有效，能很好地解決設計環(huán)節(jié)中“怎么做”的問題。

二、運用QFD理論方法與用戶需求的確定

QFD方法是20世紀后期先在日本和美國等企業(yè)發(fā)展起來的質量管理方法。它建立目前最先進的用戶需求方法，通過這種方法可以多方位多角度列舉影響用戶需求最重要的產品設計要素。接著融合顧客需求和產品設計經驗，對各設計要素和用戶需求通過計算進行定值，得出有效的產品設計方案，以“滿足用戶的需求為目標”來改善我們的“設計活動”，進而達到符合用戶需求的產品設計。在針對老年人設計一款老年電動汽車之后，將QFD核心質量屋引入對老年電動汽車的設計當中，對老年電動車設計要素全面分析，分析各設計要素在設計中所占的比重。

（一）QFDI具質量屋的構建，質量屋的組成部分見圖l

（二）質量屋的結構QFD的主體結構是質量屋（HOQ），因與房屋外觀相似，所以被稱為質量屋。圖中A是左墻，主要表述顧客需求及其相對的重要程度，可通過問卷調查法，用發(fā)放問卷的形式來敲定顧客需求，經整理，分析出對每個需求的相對重要程度。B稱為天花板，是產品極其生產過程的技術要求。C稱為房間，用來表示用戶要求和各設計元素之間的關系，進行關系矩陣構造。D叫作屋頂，進行各技術要求的相關程度的確定和分析。E叫作右墻，通過顧客角度對企業(yè)進行顧客滿意評價，從而確立產品質量計劃目標。F稱為地板，用以確定技術要求重要程度。正是“質量屋”工具把經過調研的顧客的需求轉化為老年電動汽車的設計。

（三）進行左墻的構造先確定老年電動汽車用戶需求以及相對重要程度，把老年用戶需求通過問卷調研列了10條，老年人需要車子車底盤低，方便上下車，車內功能操作簡便，車門輕便，易打開，電動汽車環(huán)保，無污染，車駕駛安全性好，充電樁，電動汽車續(xù)航時間長，車外觀體積小，車子駕駛平穩(wěn)性好，車內有語音呼叫服務系統(tǒng)。

建立顧客需求問卷調查表，從重要性，滿意度入手，按1-5分打分，5分最高，1分最低。確定用戶需求重要程度。如表l所示。

通過調查表得知老年人對車子底盤，操控系統(tǒng)的需求最多，其次是車門可以調整角度輔助老年人上下車。要設有呼叫系統(tǒng)，根據語音進行操作。

（四）接著進行屋頂和天花板的構造，先確定老年電動汽車質量要素，然后進行各質量要素與用戶需求之間相關程度的考量。老年電動汽車質量要素有造型得體大方，色彩低調，車內操控簡便，底盤低易于上下車，安全性高，駕駛安穩(wěn)性好，車外觀小巧，電動充電樁，超長續(xù)航，車門輕便容易打開，語音召喚服務。

（五）房間的構造，把老年汽車顧客需求與質量要素用關系矩陣表達。確定顧客需求與各質量要素之間的關系用3個符合來表示。高度相關賦予權值1.5，用符號◎表示，中度相關賦予權值1.2，用符號￡表示，弱相關賦予權值1.O，用符號※表示。

（六）右墻的構造，把現有老年電動汽車產品市場評價以及質量計劃目標列出來。用b表示老年電動汽車滿足需求情況的評價值，重要評價打分區(qū)間為1-9。具體如表2。

通過對滿足老年人需求情況建立評價表，進行問卷調研，征集100名老年用戶對問卷打分，收到有效問卷95份，得知老年人對車內操控系統(tǒng)的簡潔化需求較高，如對以上設計要素進行改進設計，老年群體滿意度最高，接著是車門角度調節(jié)，車安全性，車子底盤的位置要求也比較高。（七）建立質量屋關系矩陣。用c表示計劃質量，用d表示水準提高率，d的水準提高率計算公式為：d=用e表示需求設計的重要程度。用f表示質量權值。計算f的公式為f=。最后把老年電動汽車的重要度和相對權重計算出來并排序構造地板。構建關于老年電動汽車的質量屋如圖2。

從質量屋中可得出，老年汽車用戶需求的設計要素值，通過計算設計要素比重可更好指導設計實踐。運用這一理論，歸納此款老年電動汽車主要設計因素，在質量屋中，E安全性高是老年人首要需求，占比百分之11.7。第二需求是C車內操控簡便，老年人對科技系統(tǒng)使用力不從心，因此操控系統(tǒng)簡單化是老年人的重要訴求。第三是D車底盤低，市面很多SUV不符合老年人需求，電動踏板高度不符合腿腳不便的老人，需要低底盤車方便老人上下車。第四是車內語音系統(tǒng)，車內語音系統(tǒng)可實現自動呼叫電話等，第五名是造型得體，老年人不喜歡色彩艷麗和復雜裝飾。第六是調節(jié)車門位置。還需在設計充電樁，車子超長續(xù)航角度考慮，進行老年電動汽車的設計。

三、基子TRIZ理論的設計要素問題分析

1.首先運用TRIZ理論對電動汽車改進方面進行分析，把握老年需求，進行改進設計。用IFR最終理想解開拓設計思維，分析接近理想度的老年電動汽車，挖掘更多問題。接著對汽車的組件技術進行分析，用TRIZ矛盾解決原理對老年電動汽車進行設計，解決電動汽車使用方式，功能，造型。TRIZ矛盾解決原理的設計流程如圖3所示。

2.TRIZ理論是相關研究者分析250多萬項專利，綜合多學科知識提出一系列可遵循的設計原理和法則，想解決問題先列出問題，圖4是老年代步車的問題描述框架。

3.設定電動汽車的IFR最終理想解，IFR是在理想化產品中尋求解決方案的過程。IFR使用原則是保持原系統(tǒng)的優(yōu)點，消除原系統(tǒng)的不足，不使系統(tǒng)變得更復雜，不引入新的缺陷。在極限時產品有用功能趨近無窮大，有害功能和成本趨近零。這時，理想目標是實現產品最優(yōu)功能同時不占據時間空間。最終理想解可開拓設計思路。老年電動汽車IFR框架如圖5。

運用IFR更好開拓設計思路，尋求更多解決老年用戶需求改進設計要素的方法。4.運用TRIZ理論對老年電動汽車設計要素進行分析，了解電動汽車技術系統(tǒng)構成。TRIZ技術系統(tǒng)是通過改進設計要素或創(chuàng)新產品而制定的系統(tǒng)。由多個下屬系統(tǒng)構成，下屬系統(tǒng)由組件和操作構成，系統(tǒng)的最高級別系統(tǒng)為超系統(tǒng)。老年電動汽車完整的技術系是動力裝置，傳輸裝置，執(zhí)行裝置，能量源，汽車控制裝置，功能實現。可得出能量源和動力裝置屬于電動汽車動力系統(tǒng)穩(wěn)定性范疇，傳輸裝置隸屬于電動車充電方式，執(zhí)行裝置屬于車內操控系統(tǒng)范疇，功能實現是對汽車系統(tǒng)設計要素改進的合理化執(zhí)行。 5.對確定的現實問題進行理想化分析，分析汽車技術系統(tǒng)可深層發(fā)掘電動汽車問題。接著基于TRIZ分析問題中的功能描述探究產品功能用戶需求。功能是技術系統(tǒng)存在的根本目的，老年用戶對電動汽車的需求是電動汽車功能而不是車身。在TRIZ中，把老年電動汽車的需求功能舉例描述，如圖6。

公式是功能=動作+對象。功能分為有用功能，有害功能，不足的功能和過度功能。用4個符合描述功能分類，……表示方向，+表示充分，一表示過度，*表示有害，#表示不足，其中把汽車操控簡便、車門、服務、安全性、底盤低等有用功能舉一例子描述如圖7。

6.接著對老年電動汽車進行功能設計要素分析。在現有老年汽車分析基礎上，找關鍵設計點。優(yōu)化電動汽車設計，需3個步驟。進行老年電動汽車用戶需求的組件分析，把設計的汽車以分析單個部件的形式進行拆分，確定每個部件之間的相互關系，建立老年電動汽車組件功能模型，目的通過細分組件，更好找出設計要素。老年電動汽車組件分析如表3。

8.建立老年汽車用戶需求組件功能模型，由發(fā)動機，變速器，車身，車輪，車門以及剎車組成。通過TRIZ理論功能描述分析以及對電動汽車功能組件模型建立可得出車功能組件的重要性。得出最終要解決的設計問題。如表5所示。

四、基于TR|Z理論的設計要素問題解決

據以上思路，要進行老年汽車最終要素設計，就要確定老年用戶群體最終需求，據上述問卷調查和QFD用戶分析確定老年汽車設計主方向。從用戶研究角度，分為l、車門開關方便2、車內操控復雜3、車子底盤過高4、車子安全性5、語音服務系統(tǒng)6、車子外觀這幾點入手，從需求分析角度研究為l、車門角度可控2、車內操控簡便3、車子底盤可升降4、車駕駛安全性高5、智能語音服務6、外觀大方低調入手。

（l）根據用戶需求確立技術矛盾參數。上述質量屋確定顧客需求具體方向，用TRIZ最大理想解和老年電動汽車技術與功能系統(tǒng)分析出具體創(chuàng)新部分。（2）將用戶需求創(chuàng)新設計要素轉變?yōu)榧夹g問題，技術矛盾是創(chuàng)新設計系統(tǒng)中的兩個下屬系統(tǒng)設計要素間的矛盾，技術矛盾的解決流程是先把具體問題進行描述，運用39個參數，找到技術矛盾，列矛盾矩陣表，通過40個發(fā)明原理，找到解決問題的具體方法進行類比。

（3）針對老年電動汽車的具體問題轉化為39個參數，具體參數轉換如下，汽車的首要需求是汽車底盤降低與駕駛行駛情況，參考39個參數轉化為形狀和穩(wěn)定性。對電動汽車8個問題要用39個工程技術參數進行轉換，如圖8。

（4）將老年電動汽車技術矛盾參數歸結為8個工程技術參數，接著使用矛盾矩陣表，找到對應40個發(fā)明原理解決技術矛盾問題如表6。

（5）通過對應40個發(fā)明原理的矛盾矩陣以及質量屋得出的老年用戶需求，總結設計點為安全系數、車內操控簡便、車底盤低、車內語音服務、造型大方得體，車門調節(jié)方便。根據對應39個參數，最后對照40個發(fā)明原理得到具體可用的發(fā)明原理為l，15，4，27，22，18，26每個發(fā)明原理的具體介紹如圖9。

（6）針對老年電動汽車要解決的設計點，經過對上述發(fā)明原理進行分析，有4個原理適用與老年電動汽車設計，適用的發(fā)明原理是l，15，27，22.有巨大的指導作用。

（l）號分割原理，為使老年電動汽車盡可能適應大多數老年用戶體形，把電動汽車車整體與車門進行分割，車把手與車門進行分割，增強其開車門便捷能力。根據老人的自身身體情況各異按需求進行車門不同程度的打開對老年人進行方便輔助。

（15）號動態(tài)原理，運用動態(tài)原理可將車內語音服務系統(tǒng)運作于車內主屏幕或唯一操作盤中，說出指令，實時反映老年用戶需求并進行操作，既能第一時間滿足老年用戶的駕駛需求，又解決了老年人反應操作緩慢，影響駕駛安全的問題。還可以將電動汽車底盤根據老年人需求進行動態(tài)變化，在老年人上車時自動推出成平面狀態(tài)，向下降低一個維度，方便腿腳不便老年人上下車，在崎嶇公路，車底盤自動上升，避免崎嶇路段對車的磨損，不使用時車底盤自動收回靠近底盤進行自我保護，自助防塵。

（27）號用廉價的不持久性代替昂貴的持久性原則，對車的智能操控系統(tǒng)進行簡化，用傳統(tǒng)的操控模式代替高科技復雜操作系統(tǒng)，放棄體驗高科技繁碎的功能輔助模式，用手搖或手掰調整座位按鈕取代車椅旁復雜的多層次按鈕系統(tǒng)，簡化調整步驟，保留基本功能，用普通塑料裝飾板代替貴重胡桃木裝飾板，首先可降低成本，pp材料也代表環(huán)保，用傳統(tǒng)機電模擬儀表代替電子顯示屏，既能減去不必有的繁瑣，同時適應傳統(tǒng)老年人操作。又改變老年電動汽車傳統(tǒng)的發(fā)動機形式，把通過油泵和噴油器進行作用的燃油車更換為用鉛酸電池提供動力源的電動車，以電動機為驅動系統(tǒng)的汽車，可以從電網取電，可以更換蓄電池，來代替燃油汽車。既節(jié)省了老年人出行的燃油費用，保護環(huán)境，又消除了燃油汽車帶來的安全隱患問題。保證了車輛駕駛的安全性。

（22）變害為利原理，此款老年電動汽車的配色主要為耀光銀，黑色為主要配色，使電動汽車配色看起來統(tǒng)一和諧，消除過多的色彩引起的低價值產品質感，符合老年人沉穩(wěn)低調的視覺需求。外殼采用ABSI程塑料，將之前的金屬材質加強為塑料材質，滿足老年人精神需求，提高出行安全。

五老年代步電動汽車最終方案的確定（1）經過上述質量屋確定用戶需求，TRIZ理論進行問題的分析并運用40個發(fā)明原理給予設計啟示，確定老年人最主要駕駛需求，針對現有老年電動汽車沒有涉足甚廣的方面，根據老年用戶群體的需求歸納整理此款老年電動汽車的最主要改進設計點，如圖10-11所示。

（2）該老年電動汽車最主要設計創(chuàng)新點是采用電動汽車車整體與車門，車把手與車門進行分割的形式，在使用時，車把手輔助車門從側面打開，根據老年人需求進行智能感應，進行車門角度的自動調整調節(jié)，以便輔助安全老年人上下車的需要。將電動車車門與車體，車把手與車門進行分割既解決老年人上下車車門無法調節(jié)不便的缺點，又解決了車把手車門固定開車門不便捷的弊端。根據老人的自身身體情況各異按需求進行車門不同程度的打開對老年人進行方便輔助。將車把手車門與車整體進行分割，其各個組件保持相對獨立的狀態(tài)，減小開車門操作的固定性和不方便性。該老年電動汽車設計方案體現車子的分割方便性，通過設計實例，驗證了該設計重點的可行性。最后運用自動升降收回的自動化調節(jié)車底盤，真正地滿足老年用戶的設計要求，為更多的適老化產品改良探索提供了更多可能性。

結語

對老年電動汽車進行改良設計，通過質量屋的建立發(fā)現挖掘老年人的需求，進而對現在市面上的老年車存在的問題進行研究，找出設計痛點，并運用TRIZ理論的最終理想解和功能分析進一步整理鎖定老年電瓶車的設計痛點，接著利用TRIZ理論的技術矛盾，運用39個參數和40個原理，構建矛盾矩陣，針對老年家用電動車進行創(chuàng)新設計，真正注重老年用戶需求，降低電動汽車的底盤，滿足老年人日常出行上下車的需求，對車內的功能選項只保留最基本的開關按鍵，雨刷器，玻璃控制按鈕，轉向燈按鈕，其余的都是由車內屏幕操控，車門輕便方便開關，根據老年人需求進行角度的變換，解決現在老年人急需改進創(chuàng)新的棘手問題。通過對老年電動汽車的創(chuàng)新設計，證明了TRIZ理論的技術矛盾定義，39個參數和40個發(fā)明原理的創(chuàng)新性和科學性，進而為以后更多針對老年人需求的產品設計奠定了科學重要的理論基礎，是一個非常合理可行的創(chuàng)新工具。

基金項目;山東省2018年研究生導師指導能力提升項目：“新舊動能轉換重大工程背景下藝術碩士文化創(chuàng)意人才培養(yǎng)研究”;“山東科技大學優(yōu)秀教學團隊建設計劃資助”（英文標注：Supported by SDUST Excellent Teaching TeamConstruction Plan）。

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