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1、基于 AHP-TRIZ 的产品概念创新设计方法研究 杨静 咸阳师范学院设计学院 摘 要： 对于目前产品概念创新设计中存在的问题和不足, 提出了基于 AHP-TRI的产品概念创新设计模型。以儿童滑板车的概念创新设计为例, 通过 AHP 问卷获得儿童对滑板车设计的具体需求, 确定概念创新设计需解决的关键问题, 应用TRIZ 的通用工程参数描述技术冲突, 查询阿齐舒勒冲突矩阵, 找到合适的发明原理, 解决了儿童滑板车在造型设计、功能设计、特色设计方面的技术冲突, 并将其细化为具体的产品概念设计方案, 完成了儿童滑板车的创新设计。关键词： AHP; TRIZ; 产品; 创新; 概念设计; 作者简介：杨
2、静 (1974) , 女, 陕西咸阳人, 咸阳师范学院讲师, 硕士, 主要研究方向为计算机辅助工业设计。收稿日期：2016-11-07基金：陕西省教育科学“十三五”规划 2016 年度课题 (SGH16H186) Research on concept innovative design method of product based on AHP-TRIZYANG Jing College of Design, Xianyang Normal University; Abstract： Aiming at the existing problems and deficiencies in t
3、he innovation design of product concept, it introduces a new product conceptual design model based on AHP-TRIZ. Taking the concept innovative design of childrens scooter as example, it obtains the specific needs of children about scooter design through the AHP questionnaire, identifies the key issue
4、s of innovative design, applies universal engineering parameter of TRIZ to describe the technology conflict, queries Archie Schuler matrix, finds the suitable solution, solves the technology conflict in the shape design and function design and characteristic design, refines the conflicts into specif
5、ic product concept design schemes, completes innovative design of childrens scooter.Keyword： AHP; TRIZ; product; innovation; concept design; Received： 2016-11-07概念设计是产品创新的核心, 是产品研发体系中最能彰显设计意图并决定产品外观和性能的关键。当前许多产品的概念设计由于缺乏对用户需求的准确调研和分析, 导致研发的产品不能最大程度地满足用户需求, 使概念设计方案无法转化为市场认可度高的产品1-3。本文将 AHP (analytic
6、hierarchy process) 和 TRIZ (theory of the solution of inventive problems) 结合起来, 利用AHP 获得概念产品的用户评价数据, 确定创新设计需要解决的重点问题, 应用TRIZ 的相关工程参数和发明原理去解决问题, 将 AHP 的调研、评价优势与 TRIZ的发明创造优势相结合, 进行产品概念创新设计研究, 实现产品概念创新设计。1 AHP-TRIZ 模型简介AHP 是系统化、数学化和模型化的决策方法, 它将决策问题用有序的层次结构表示, 按照分解、比较、判断、综合的系统思维方式, 对备选方案进行优劣排序和评价4-6。TRIZ
7、 是基于技术系统演变的内在客观规律对问题进行逻辑分析和方案综合的发明问题解决理论7。TRIZ 拥有种类多样、功能强大的系列创新工具和方法, 能有效地解决产品创新中遇到的冲突和矛盾, 定向地引导人们去创新8。在产品概念创新设计中, 应用 AHP 可以对用户需求进行准确分析与评价, 确定创新设计要解决的关键问题, 但它却无法提供解决问题的具体方法。TRIZ 作为强大的创新理论, 恰好能为解决这些问题提供创新方法和工具。AHP-TRIZ 模型就是将用户对概念设计指标的 AHP 评价与 TRIZ 的发明创新有效结合, 针对 AHP评价中反映出的问题, 应用 TRIZ 发明理论去解决, 突破思维局限,
8、激发创意思维, 形成具有创新性的概念设计方案。2 AHP-TRIZ 模型在产品概念创新设计中的应用流程2.1 应用 AHP 对产品概念设计指标进行评价建立产品概念设计指标评价体系, 对产品概念设计指标展开 AHP 调研及评价, 通过判断矩阵对各个指标进行成对比较, 求出产品概念设计指标的权重值, 并从高到低进行排序。具体的计算流程如下。1) 假设判断矩阵 D= (dep) nn, 运用和积法求解矩阵 D 的特征向量。d ep为产品的概念设计指标 de对 dp的相对重要性比值。2) 将 D 中元素按列归一化: , e, p=1, 2, , n。3) 汇总归一化后矩阵同行的各列数值: 。4) 得到
9、权重向量为: 。5) 判断矩阵的最大特征根: 。6) 进行一致性检验:CI= ( max-n) / (n-1) , CR=CI/RI, 其中 CI 为一致性指标, RI 为平均随机一致性指标, CR 为一致性比率。如果 CR 小于 0.1, 则符合一致性检验要求。2.2 应用 TRIZ 进行产品概念创新设计根据产品概念设计指标的权重排序, 确定产品概念创新设计需要解决的核心问题, 应用 TRIZ 的 39 个通用工程参数描述这些问题, 挖掘问题中存在的冲突, 确定冲突类型, 在 40 个发明原理中找到解决问题的原理, 并将这些发明原理落实为详细的产品概念设计方案。具体流程如图 1 所示。3 A
10、HP-TRIZ 模型在儿童滑板车概念创新设计中的具体应用本文以浙江某企业的儿童滑板车研发项目为例进行具体分析。由于该企业研发力量不足, 导致前期推出的儿童滑板车销售不佳, 根据市场情况和企业的研发需求, 开展 AHP 问卷调查, 对用户需求进行具体评价;针对评价结果及反映出的问题, 运用 TRI进行发明创新, 设计的系列儿童滑板车投放市场后反馈良好。图 1 应用 TRIZ 进行产品概念创新设计的流程 下载原图3.1 确立儿童滑板车的概念设计指标分析儿童滑板车的产品属性, 参考产品设计的相关评价标准, 确立儿童滑板车的一级概念设计指标为造型设计、功能设计、特色设计, 一级概念设计指标下设置二级概
11、念设计指标, 见表 1。表 1 儿童滑板车的概念设计指标 下载原表 3.2 运用 AHP 对儿童滑板车概念设计指标进行评价3.2.1 儿童滑板车概念设计指标的层次单排序根据儿童滑板车的产品属性及其概念设计指标的特性, 由专家组对儿童滑板车的一级概念设计指标造型设计、功能设计、特色设计应用 AHP 展开两两比较, 建立比较矩阵, 计算权重值, 见表 2。求得一致性比率 CR 为 0.046 33, 小于0.1, 比较矩阵的一致性检验合格。表 2 儿童滑板车一级概念设计指标的权重 下载原表 按照 19 标度法, 运用 AHP 设计儿童滑板车调研问卷, 让儿童对造型设计、功能设计、特色设计下的所有二
12、级概念设计指标进行两两比较, 共获取有效调研问卷 246 份。统计问卷, 将儿童滑板车的造型设计、功能设计、特色设计下的二级概念设计指标展开两两比较, 相应的比较矩阵和权重值见表 3表 5。一致性比率 CR 分别为:0.019 01, 0.017 20, 0.007 20, 都小于 0.1, 3 个比较矩阵的一致性检验都合格。表 3 儿童滑板车造型设计指标下二级概念设计指标的权重 下载原表 表 4 儿童滑板车功能设计指标下二级概念设计指标的权重 下载原表 表 5 儿童滑板车特色设计指标下二级概念设计指标的权重 下载原表 3.2.2 儿童滑板车概念设计指标的层次综合排序进行层次综合排序, 计算儿
13、童滑板车每个二级概念设计指标与其一级概念设计指标的乘积, 分别求出儿童滑板车 14 个二级概念设计指标在整个儿童滑板车概念设计指标系统中的综合权重, 结果见表 6。表 6 儿童滑板车二级概念设计指标的综合权重 下载原表 将综合权重从高到低进行排序, 结合企业的实际情况, 专家组决定以排在前 7位的指标形态设计、色彩设计、趣味特色、实用功能、多样功能、装饰设计、便携功能作为重点设计指标。3.3 基于 TRIZ 的儿童滑板车概念创新设计分析综合权重排在前 7 位的二级概念设计指标后得出:儿童滑板车在这 7 个指标的创新设计中都存在着一定程度的技术冲突, 即滑板车的某个技术要求获得改进后, 会导致滑
14、板车的其他技术要求发生恶化。针对这个问题, 应用 39 个工程参数表示技术冲突, 在阿奇舒勒冲突矩阵中寻找发明原理, 提出解决方法, 并深化为概念设计方案。由于趣味特色应用范围较广, 既可与造型设计结合, 也可与功能设计相结合, 因此下面将趣味特色分别融入到造型设计和功能设计中进行创新。3.3.1 儿童滑板车的造型创新设计问题分析:调研显示, 儿童对滑板车造型设计中的形态设计、色彩设计、装饰设计有着较强的审美需求。如果要对滑板车的这 3 个造型指标进行创新, 意味着要对其“形状”进行创新设计, 但当滑板车的“形状”变得复杂以后, 体积就会变大, 加工制造的难度同样会随之提升, 因此确定技术冲突
15、为:“形状”的改进引发“静止物体的体积”与“制造精度”恶化。查询 TRIZ 的阿奇舒勒冲突矩阵表, 得到表 7 的 6 个发明原理。表 7 应用阿奇舒勒冲突矩阵求得的造型设计发明原理 下载原表 分析表 7 可得出:2, 7, 32, 40 号原理可解决技术冲突问题。2 号原理:把物体的某个部分从物体中分离出去;7 号原理:将一个物体嵌套进其他物体中;32 号原理:改变物体的色彩或透明度, 使物体可以明显观察到;40 号原理:将单一的材料改为复合材料。在儿童滑板车的造型设计中, 原理 2, 7, 40 经常应用于形态设计、装饰设计与趣味特色设计中, 原理 32 常应用于色彩设计中。如图 2 所示
16、的童趣滑板车的造型设计, 将形态设计与趣味特色、装饰设计融洽结合, 以新奇有趣, 具有强烈装饰感的设计吸引儿童的眼球。首先, 运用 2 号分离原理将汽车、飞机、机器人形态中具有趣味性的典型元素分离出来, 然后运用 7 号嵌套原理, 通过简化、组合、重构等创新设计方法, 将这些元素应用到滑板车的形态设计中, 突破滑板车的传统造型, 设计出生动别致、创意鲜明的儿童滑板车。图 2 童趣滑板车 下载原图儿童在产品色彩方面的视觉敏锐特性, 决定了儿童滑板车色彩设计的重要性。运用原理 32, 改变滑板车的色彩, 设计精美的配色方案, 可以明显地改变滑板车的视觉形象, 满足不同儿童群体的需要。如图 3 所示的童心滑板车, 选用儿童喜欢的鲜艳色彩进行设计, 形成活泼、明快的系列色彩风格。图 3 童心滑板车 下载原图应用原理 40, 选择合适的复合材料, 能有效提高滑板车形态的可塑性以及可靠性。如图 4 所示的童酷滑板车, 滑板车踩板的材料选用的是
