基于QFD 與TRIZ 的視障者液體藥瓶設(shè)計研究

李乾，李熠炫，鄭林欣，邱建維，沃晨雯

（1.浙江科技學(xué)院，杭州 310023；2.浙江特殊教育職業(yè)學(xué)院，杭州 310023）

截至2010 年末，據(jù)第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查，我國共計 1263 萬人的視障者，占?xì)埣踩丝倲?shù)的14.86%，他們的生存狀態(tài)和生活質(zhì)量已成為社會關(guān)注的焦點[1]。視障即視覺障礙，指視覺系統(tǒng)受到破壞而導(dǎo)致視覺功能減退，可視能力低于正常水平[2]。對正常人而言，80%的信息來源于視覺，正常人病后服用藥物是非常簡單容易的事，但是對于視障病人而言，獨立服用藥物就顯得比較困難，特別是液體藥物的服用，更是必須在其他人的幫助下才能完成，其主原因是視障者不能對液體藥物進(jìn)行計量，容易出現(xiàn)少服用計量或?qū)⒁后w藥品倒到地上等等情況，因此，需要對視障人群液體藥物服用的痛點進(jìn)行挖掘，設(shè)計出一種能解決此問題的視障者液體藥瓶。

1 QFD 和TRIZ 集成的創(chuàng)新設(shè)計方法

QFD 即質(zhì)量功能展開（Quality Function Development），是一項質(zhì)量管理系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)于20 世紀(jì)60 年代被日本兩位教授（赤尾洋二和水野滋）提出。質(zhì)量屋（House of quality，以下簡稱HOQ）是QFD的主要組成部分[4]，質(zhì)量屋能夠?qū)⒃O(shè)計師收集的用戶需求進(jìn)行分解并將其精確轉(zhuǎn)化為設(shè)計需求，使核心需求能夠在創(chuàng)新設(shè)計的產(chǎn)品上得到滿足，有效地提升了用戶的滿意度。

TRIZ 理論是一種創(chuàng)新設(shè)計工具，該理論是根里奇·阿奇舒勒（G. S. Altshuller）和同事在研究了大量的高水平專利后，總結(jié)各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化的規(guī)律，從而得出的一套系統(tǒng)性解決方法[5]。設(shè)計師可以利用TRIZ 理論將新產(chǎn)品開發(fā)中遇到的核心問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，運用該理論中的發(fā)明原理，找到最佳的問題解決辦法。TRIZ 充分利用各個領(lǐng)域的知識和經(jīng)驗，為核心問題提供優(yōu)化的解決辦法，它突破思維障礙，打破思維定式，以新的視角來設(shè)計解決問題流程，使核心問題得到系統(tǒng)化解決[6]。

對兩種理論研究，可以發(fā)現(xiàn)QFD 主要是讓設(shè)計師明確了需要“設(shè)計什么”問題，便于進(jìn)行產(chǎn)品的調(diào)查與分析，了解用戶需求，但是并未回答“如何做設(shè)計”問題。而TRIZ 理論則創(chuàng)造性解決沖突和矛盾，回答了“如何做設(shè)計”問題，特別適合設(shè)計后期進(jìn)行產(chǎn)品制作和實踐，為產(chǎn)品提供系統(tǒng)的解決問題方式和方法。近年來，諸多學(xué)者運用QFD 與TRIZ 集成的方式進(jìn)行設(shè)計。蘇建寧等[7]采用AHP、QFD 和TRIZ理論對玫瑰花蕾采摘機進(jìn)行了設(shè)計，提高了采摘的效率，張彩麗等[8]在QFD 的多個環(huán)節(jié)中集成TRIZ，并通過撥道器設(shè)計進(jìn)行了驗證。任甲舉等[9]通過QFD與TRIZ 集成設(shè)計流程完成了對油辣椒灌裝機的創(chuàng)新設(shè)計。劉牧怡[10]等提出了一種基于QFD 和TRIZ 的博物館紀(jì)念品設(shè)計方法，解決了當(dāng)前博物館紀(jì)念市場存在的創(chuàng)新性不強的問題，經(jīng)實例驗證，效果良好。李金海等[11]提出了大數(shù)據(jù)時代下的QFD 和TRIZ 的產(chǎn)品研發(fā)模型，對設(shè)計中遇到的問題進(jìn)行了有效解決，為產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)提供了新的思路和方法。陳亮等[12]提出了一種QFD、TRIZ 和仿生學(xué)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程模型，對風(fēng)扇葉片進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，并通過Fluent 進(jìn)行數(shù)值模擬驗證，得到了改善效果良好的風(fēng)扇葉片。曾曦等[13]將QFD 和TRIZ 集成理論引入到產(chǎn)品設(shè)計迭代中，對老年人輪椅進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。展鑫等[14]運用QFD 與TRIZ 集成理論對食用菌裝袋機進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計，結(jié)果證明效果良好。縱觀所有設(shè)計的產(chǎn)品，大多數(shù)都是為正常人而設(shè)計的，為視障人群設(shè)計的則非常少，為此，本文從關(guān)愛社會弱勢群體的角度出發(fā)，運用QFD 和TRIZ 的集成設(shè)計方法，為視障人群創(chuàng)新設(shè)計一種視障者液體藥瓶，解決視障者服用液體藥物困難的問題。基于QFD 和TRIZ 的集成設(shè)計理論框架見圖1，該理論框架主要包括兩部分內(nèi)容：設(shè)計特性重要度求解過程、設(shè)計特性的矛盾分析與解決。

圖1 QFD 和TRIZ 的集成設(shè)計理論Fig.1 Integrated design theory of QFD and TRIZ

QFD 和TRIZ 的集成設(shè)計理論具體實施步驟。

步驟1：獲取視障者液體藥瓶的目標(biāo)用戶進(jìn)行需求調(diào)研，本文通過訪談法對視障人群進(jìn)行調(diào)研，大量收集本研究的原始用戶需求。

步驟2：獲取用戶的重要度，專家通過將步驟1中的重復(fù)或相近的原始用戶需求進(jìn)行刪除與歸納，確立出用戶需求并設(shè)計調(diào)查問卷，應(yīng)用李克特5 點量表法對各項需求進(jìn)行重要度評價，每項采取1–2–3–4–5的比例標(biāo)度進(jìn)行正向給分，分別對應(yīng)重要度為：極不重要–不重要–一般–重要–極為重要，分?jǐn)?shù)越高則說明該需求越有價值，收集問卷并運用SPSS 數(shù)理統(tǒng)計獲得各要素的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，得到各項需求的權(quán)重Ki，采用Cronbachα（克朗巴赫系數(shù)α）系數(shù)對評測結(jié)果進(jìn)行信度檢測，若所檢測指標(biāo)α>0.7，則滿足信度要求，對Item–correlation<0.4（指標(biāo)與總數(shù)相關(guān)性<0.4）的用戶需求進(jìn)行刪除，將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計特征，從而獲得質(zhì)量屋左墻和天花板的參數(shù)。

步驟4：對設(shè)計特性的自相關(guān)關(guān)系矩陣進(jìn)行評估，其中正相關(guān)采用“+”表示，負(fù)相關(guān)采用“–”表示，負(fù)相關(guān)關(guān)系是指一組設(shè)計特性的變化呈現(xiàn)出相對或相反的狀態(tài)[16]，根據(jù)自相關(guān)關(guān)系矩陣中的負(fù)相關(guān)特性，將設(shè)計特性之間的沖突問題確定出來，從而確定視障者液體藥瓶設(shè)計的核心問題。

步驟5：視障者液體藥瓶設(shè)計的核心問題的沖突分析與消除。針對視障者液體藥瓶設(shè)計的核心問題，利用39 個工程技術(shù)參數(shù)，對自相關(guān)矩陣中的負(fù)相關(guān)設(shè)計特征進(jìn)行替代，實現(xiàn)視障者液體藥瓶設(shè)計的核心問題轉(zhuǎn)化成TRIZ 理論中的一般問題，然后確定出沖突類型，用沖突矩陣對技術(shù)沖突進(jìn)行分析描述，用分離原理對物理沖突進(jìn)行分析描述。根據(jù)轉(zhuǎn)化的TRIZ問題，查詢矛盾矩陣，確定出發(fā)明原理序號，為問題的解決提供具體的創(chuàng)新方法，結(jié)合關(guān)鍵設(shè)計特性重要度排序，從而產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。

2 視障者液體藥瓶用戶需求及質(zhì)量屋的構(gòu)建

在現(xiàn)實生活中，視障者分為3 類，第1 類是全盲，他們完全無法看清東西，第2 類是弱視，他們存在一定的視力，而且個別差異性很大，第3 類是視力局部缺陷，主要表現(xiàn)為視力模糊、朦朧、高度近視或遠(yuǎn)視、色盲等[17]。對于視障者，由于視力受損，他們很容易產(chǎn)生消極的生活態(tài)度。本研究的研究對象為以上定義的視障人群，通過走訪和電話的形式進(jìn)行訪談，收集浙江省內(nèi)的特殊教育學(xué)校與社會上視障人群的液體藥瓶用戶需求，獲得38 項原始用戶描述（見表1），通過專家進(jìn)行篩選，將重復(fù)與類似的需求進(jìn)行歸類，最后確立了13 項用戶需求，用戶需求篩選分類見表2。根據(jù)篩選的用戶需求設(shè)計調(diào)查問卷并發(fā)放80 份。問卷采用1–2–3–4–5 的比例標(biāo)度進(jìn)行正向給分，為了保證問卷準(zhǔn)確反映視障人群的需求，采用盲文打印問卷60，30 份問卷發(fā)送給特殊職業(yè)技術(shù)學(xué)院視障學(xué)生，30 份發(fā)放給社會上視障人群，另外普通打印問卷20份，發(fā)放給照顧視障者的人群，最后回收問卷73 份。通過運用SPSS 軟件對13 項用戶需求的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果見表3。可以看出，各項指標(biāo)的Alpha if Item deleted（刪除指標(biāo)后的α系數(shù)）值都大于0.7，符合信度要求；但是，其中的造型美觀和多功能的Item–total correlations（指標(biāo)與總數(shù)相關(guān)性）值小于0.4，因此將其刪除，從而保證數(shù)據(jù)的有效性。最終用戶滿意需求為價格合理4.53，抓握舒適3.90，安全可靠4.30，計量可變4.57，易用4.16，便攜3.93，制造性好3.25，耐用性好3.18，精細(xì)的工藝2.70，存量可視4.04，存儲效果好4.13。

表1 用戶原始需求描述Tab.1 Description of user's original requirements

表2 原始需求篩選分類表Tab.2 Original requirement screening classification

表3 用戶需求重要性數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果Tab.3 Statistical results of the importance of user demand

針對用戶的需求，重點挖掘視障人群在服用液體藥物時的一些需求點，邀請10 位工業(yè)設(shè)計師根據(jù)自身專業(yè)知識進(jìn)行設(shè)計特征提煉，保留半數(shù)以上專家認(rèn)可的設(shè)計特征。最終將用戶需求轉(zhuǎn)換成設(shè)計特征共計13 項。設(shè)計特性與用戶需求之間的相互關(guān)系采用0、1、3、5 比例標(biāo)度進(jìn)行計分，設(shè)計特性之間的關(guān)系采用+、–表示正負(fù)相關(guān)性，由此構(gòu)建出液體藥瓶的質(zhì)量屋，見圖2。

圖2 視障者液體藥瓶的質(zhì)量屋Fig.2 House of quality of liquid medicine bottles for the visually impaired

從圖2 可以看出，設(shè)計重要度的排序為：成本低>多規(guī)格計量結(jié)構(gòu)>避光結(jié)構(gòu)>功能系統(tǒng)空間配置>體積小>整體外部結(jié)構(gòu)>可視結(jié)構(gòu)>易加工>密封結(jié)構(gòu)>材質(zhì)>把握尺寸>穩(wěn)定牢固>倒角結(jié)構(gòu)，在質(zhì)量屋屋頂?shù)淖韵嚓P(guān)矩陣中，成本低與整體外部結(jié)構(gòu)、多規(guī)格計量結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定牢固、避光結(jié)構(gòu)與可視化結(jié)構(gòu)、功能系統(tǒng)空間配置與易加工4 對技術(shù)特征呈負(fù)相關(guān)，整體外部結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)空間配置、成本低與易加工2 對技術(shù)特征呈正相關(guān)。

3 視障者液體藥瓶沖突判定與解決

3.1 視障者液體藥瓶沖突的判定

針對第1 對沖突問題，視障人群僅有部分人員能夠找到工作且收入不高，合理控制成本是本設(shè)計必須重點考慮的，然而對于視障來說，他們不希望過多地依賴別人，手就是他們的“眼睛”，他們通過這一獨特的觸覺感知媒介有目的地認(rèn)知世界，豐富的整體外部結(jié)構(gòu)能夠提高對產(chǎn)品的辨別能力，但是一定程度上會增加成本。針對第2 對沖突問題，視障人群存在飲用多種液體藥品的情況，不同種類液體藥品每次服用的計量不相同，那么就需要能進(jìn)行多規(guī)格計量的藥瓶，迫使藥瓶的設(shè)計變得復(fù)雜，各部件之間的穩(wěn)定性與牢固度降低。針對第3 對沖突問題，目前市面上很多的液體藥品為了提高其保存質(zhì)量，常需要在避光的環(huán)境下保存，通常將藥品放入塑料瓶或有色瓶中進(jìn)行保存，但也存在余量可查看性變差，為視障者的照顧人員進(jìn)行藥品余量定期查看帶來了不便。針對第4 對沖突問題，隨著產(chǎn)品可制造性的提升，產(chǎn)品制造效率提高，生產(chǎn)成本降低，但是在功能系統(tǒng)空間配置的可操作性上可能變得不理想。

3.2 視障者液體藥瓶沖突的解決

采用阿奇舒勒矛盾矩陣對技術(shù)沖突進(jìn)行解決，在對照矛盾矩陣之前需要將4 對技術(shù)特性轉(zhuǎn)化為39 項工程參數(shù)中的對應(yīng)項，同時確定欲惡化和欲改善的工程參數(shù)，進(jìn)而參照矛盾矩陣表選出對應(yīng)的發(fā)明原理進(jìn)行沖突的解決[18]。沖突問題的TRIZ 問題轉(zhuǎn)化見表4。

表4 沖突問題的TRIZ 問題轉(zhuǎn)化Tab.4 Converting conflict issues to TRIZ issues

根據(jù)分析可知第1 對沖突中想要降低產(chǎn)品的成本，故需要改善的工程參數(shù)為No.23 物質(zhì)損失，欲惡化的工程參數(shù)為No.35 適用性及多用性。第2 對沖突中想要實現(xiàn)多種藥品的計量，故需要改善的工程參數(shù)為No.36 設(shè)備復(fù)雜性，欲惡化的工程參數(shù)為No.27 可靠性。第3 對沖突中實現(xiàn)液體藥品的良好保存，故需要改善的工程參數(shù)為No.18 光照度，欲惡化的工程參數(shù)為No.37 檢測復(fù)雜性，第4 對沖突中要使操作方式更加宜人化，可以通過改善No.33 可操作性和惡化No.32 可制造性2 個工程參數(shù)得到滿足。將沖突轉(zhuǎn)化為39 項工程參數(shù)的對應(yīng)項之后，將發(fā)明原理序號在阿奇舒勒矛盾矩陣找出，從而實現(xiàn)沖突的解決。由于空間所限，此處只是列舉與視障者液體藥瓶相關(guān)部分的矛盾矩陣，見表5。

表5 部分矛盾矩陣列舉Tab.5 The part list of contradictory matrices

對照矛盾矩陣列表，查詢40 項發(fā)明原理可知，第1 對沖突在矛盾矩陣中的交集對應(yīng)的發(fā)明原理為15 動態(tài)化、10 預(yù)先作用、2 分離，本沖突采用2 分離這一發(fā)明原理較為妥當(dāng)，若要實現(xiàn)視障者方便通過瓶身識別藥品信息，同時要防滑和耐摔，可以其與藥瓶主要功能結(jié)構(gòu)分離出來，從而主體結(jié)構(gòu)變得簡單，降低生產(chǎn)成本；第2 對沖突在矛盾矩陣中的交集對應(yīng)的發(fā)明原理為13 反向作用、35 物理或化學(xué)參數(shù)改變原理、1 分割，本液體藥瓶本著節(jié)約資源的原則，為一種視障者長期使用的藥瓶，但是考慮到視障者在不同時間段內(nèi)存在使用不同藥品的需要，而每次使用時藥品的劑量可能存在不同，此組沖突采用1 分割較為合理，將計量筒設(shè)計成可以替換且不同規(guī)格的形式；第3 對沖突在矛盾矩陣中對應(yīng)的發(fā)明原理是32 改變顏色、15 動態(tài)化原理，本組沖突綜合運用2 個發(fā)明原理進(jìn)行解決，改變各部分的相對位置且改變相關(guān)結(jié)構(gòu)的顏色，從而保證視障人的照看人員可以查看液體藥品的剩余體積，同時保證藥品良好的避光性；第4對沖突在矛盾矩陣中對應(yīng)的發(fā)明原理是2 抽取、5 組合、12 等勢，為了保證視障者操作的方便性，同時降低加工難度，本文沖突采用5 組合原理較為合適，通過簡單的結(jié)構(gòu)組合實現(xiàn)方便的操作性能。

4 視障者液體藥瓶設(shè)計方案

通過綜合考慮質(zhì)量屋的排序為前7 個設(shè)計特征和TRIZ 理論所得出4 對沖突矛盾，最后視障者液體藥瓶整體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖3，視障者液體藥瓶爆炸圖見圖4，本方案將視障者液體藥瓶設(shè)計為主體盛放液體藥物，蓋子上設(shè)計成可以取藥且方便計量的形式，為了最大限度降低生產(chǎn)成本，蓋子主要由瓶蓋、計量筒、聯(lián)通漏液管、彈簧和連接蓋五部分組成，使得蓋子容易制造和組裝；為了滿足不同時期不同藥品需要取用不同的計量，讓液體藥瓶能夠多次使用，對市場常用的液體藥劑進(jìn)行調(diào)研，將計量筒設(shè)計成為5 mm，10 mm和15 mm 的規(guī)格，見圖5，此3 種規(guī)格也是液體常用的計量；為了避免藥瓶主體見光而使得藥品變質(zhì)，藥瓶主體采用磨砂材質(zhì)，減少透光性，同時將藥瓶主體外側(cè)套上橙色的硅膠防滑套，防滑套設(shè)置容量窺視口，防滑套上標(biāo)注有溶劑刻度，可以方便視障者的照顧人員查看藥品剩余量，確保視障者正確使用了藥品劑量。為了視障者液體藥瓶滿足良好的人機工程學(xué)性能，將其設(shè)計為直徑為50 mm，總高度為160 mm，藥瓶主體高度為130 mm，尺寸上能夠滿足良好的使用效果；為了視障能更好地識別藥品，防滑套外側(cè)底部還設(shè)置有盲文標(biāo)簽卡槽，使用者可以將藥品名稱、用法等通過盲文打印機打印成盲文標(biāo)簽，然后放入盲文標(biāo)簽卡槽即可。

圖3 視障者液體藥瓶整體結(jié)構(gòu)Fig.3 Overall structure of liquid medicine bottle for the visually impaired

圖4 視障者液體藥瓶爆炸圖Fig.4 Explosion diagram of liquid drug bottle for visually impaired

圖5 3 種計量筒規(guī)格Fig.5 Three specifications of measuring cylinder

視障者在使用液體藥瓶時，只需要將本藥瓶倒置，然后按壓瓶蓋，彈簧被壓縮，瓶蓋、計量筒和聯(lián)通漏液管向藥瓶主體內(nèi)部運動，使得聯(lián)通漏液管下部的孔與藥瓶主體聯(lián)通，液體藥品通過聯(lián)通漏液管下部的孔流進(jìn)計量筒內(nèi)，堅持按壓5–10 S 即可完全充滿計量筒，然后松開，彈簧恢復(fù)形變，瓶蓋、計量筒和聯(lián)通漏液管背離藥瓶主體運動，從而使得聯(lián)通漏液管下部的孔與藥瓶主體分隔開來，視障者將液體藥瓶轉(zhuǎn)正到豎直狀態(tài)，打開瓶蓋即可服用液體藥劑。

5 結(jié)語

本文通過對視障者液體藥瓶飲用問題展開研究，通過HOQ 理論求解得到用戶需求權(quán)重及其技術(shù)特征相對重要度，然后利用TRIZ 理論對技術(shù)特征的矛盾沖突進(jìn)行了解決，最終得到了視障者液體藥瓶設(shè)計方案。實踐表明，HOQ 理論與TRIZ 理論相互結(jié)合能夠準(zhǔn)確找到產(chǎn)品設(shè)計中的痛點，產(chǎn)品設(shè)計方案更加科學(xué)、客觀。視障者液體藥瓶的設(shè)計為了視障者的生活提供了一定方便性。