創(chuàng)新方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王彬（天津?qū)氂娔X機(jī)械有限公司）

1 概述

當(dāng)前，由于創(chuàng)新方法的普及應(yīng)用時(shí)間短，科研機(jī)構(gòu)與實(shí)際的方法應(yīng)用者缺乏有效的溝通平臺(tái)，很多設(shè)計(jì)人員在完成創(chuàng)新方法的初級(jí)課程后，并不能將其立即應(yīng)用到企業(yè)工作過程中，加之常規(guī)設(shè)計(jì)慣性的影響，對(duì)于方法的應(yīng)用意識(shí)就變得淡漠，所以，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者對(duì)創(chuàng)新方法的主要應(yīng)用階段及應(yīng)用方式需要進(jìn)一步明確。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程

2.1 設(shè)計(jì)（開發(fā)）項(xiàng)目任務(wù)書

產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目一方面來自市場的反饋，將客戶問題轉(zhuǎn)化成功能問題進(jìn)而導(dǎo)出相應(yīng)的產(chǎn)品需求，另一方面來自于企業(yè)經(jīng)營者自身對(duì)市場及產(chǎn)品前景的判斷。

2.2 設(shè)計(jì)（開發(fā)）項(xiàng)目建議書

本階段主要涉及創(chuàng)新方法應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)書的要求，將需求通過創(chuàng)新方法轉(zhuǎn)化成具體的技術(shù)方案，并通過技術(shù)部門聯(lián)合會(huì)簽及公司審批，從而獲得授權(quán)的、具體的項(xiàng)目技術(shù)實(shí)施建議。

2.3 設(shè)計(jì)（開發(fā)）項(xiàng)目計(jì)劃書

對(duì)項(xiàng)目建議書涉及的具體技術(shù)要求，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的人員分配、時(shí)間、預(yù)算、市場投放、獎(jiǎng)懲等項(xiàng)目作出完整的計(jì)劃（見圖1）。

圖1 設(shè)計(jì)（研發(fā)）項(xiàng)目計(jì)劃書

3 通過產(chǎn)品開發(fā)實(shí)例“一種縫制羽絨制品的全自動(dòng)模板縫紉機(jī)”具體說明創(chuàng)新方法在設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

3.1 通過市場問題—形成項(xiàng)目任務(wù)書

銷售人員反饋,用戶羽絨制品在使用當(dāng)前縫紉機(jī)縫制過程中交叉線相交處會(huì)形成褶皺（見圖2），并需要一種機(jī)器解決此問題。公司總經(jīng)理、設(shè)計(jì)主管及相關(guān)設(shè)計(jì)人員，經(jīng)產(chǎn)品前景分析、技術(shù)分析、市場當(dāng)前容量分析后決定立項(xiàng)開發(fā)“縫制羽絨制品的全自動(dòng)模板縫紉機(jī)”。

圖2 縫制過程出現(xiàn)褶皺

3.2 通過創(chuàng)新方法形成確定方案，形成項(xiàng)目建議書

3.2.1產(chǎn)品的背景技術(shù)

當(dāng)前市場上，與縫制、消除羽絨制品的褶皺技術(shù)相關(guān)的設(shè)備有全自動(dòng)模板縫紉機(jī)及全自動(dòng)鋪布機(jī)的氣壓臺(tái)板。

3.2.2現(xiàn)有設(shè)備縫制羽絨制品存在的問題分析

充羽絨制品，內(nèi)部帶入大量空氣，表面不平整，在縫制隔線或花樣時(shí)，相交線上會(huì)出現(xiàn)褶皺，特別是在一個(gè)方向的線縫好后，已經(jīng)將面料分隔成多個(gè)曲面，面料在縫制過程中會(huì)使多余面料在被其他線跡阻斷時(shí)無法釋放，而形成“漩渦”。

3.2.3原因分析

羽絨制品在縫制過程中，上下布面縫緊后，由于縫線的收緊使兩平行縫線間面料形成曲面，在此基礎(chǔ)上，再有縫線與剛剛形成的平行縫線相交，由于縫線平面與面料曲面不在同一平面上，則會(huì)出現(xiàn)原平行線間面料無法釋放的情況，因而形成褶皺（見圖3）。

圖3 形成褶皺的原因分析

3.2.4理想解---縫制過程面料不收縮

一方面，增加羽絨制品強(qiáng)度——在縫制范圍內(nèi)，存在可自動(dòng)調(diào)整的負(fù)壓，排空制品氣體，在縫線的底線與面線形成線環(huán)過程中的拉伸不能使布料發(fā)生變形，底線與面線與面料曲面在同一曲面上。

另一方面，使面料的四邊充分外展，從而使其達(dá)到不含空氣的理論平面面積（見圖4）。

圖4 理想解

3.2.5功能模型

功能模型（見圖5）。

圖5 功能模型

目的：明確設(shè)計(jì)主體，設(shè)計(jì)范圍及人員結(jié)構(gòu)資源調(diào)配。

3.2.6利用沖突獲得方案過程----沖突分析

縫制羽絨制品時(shí)，抽空羽絨制品內(nèi)部的空氣從而增加其強(qiáng)度。同時(shí)，抽空羽絨制品內(nèi)部空氣要求其所在區(qū)域要封閉，這樣封閉材料會(huì)使機(jī)針與要縫制的羽絨制品隔離，使羽絨制品無法縫制，由此產(chǎn)生了沖突。

經(jīng)分析確定采用分割原理：在羽絨制品形成負(fù)壓時(shí)不縫制，在去除封閉材料后，機(jī)器立即啟動(dòng)，此時(shí)羽絨制品中雖會(huì)進(jìn)入少量空氣，但其強(qiáng)度仍然很大。一般羽絨制品會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)縫制完成，從而能保證其縫制的質(zhì)量。

3.2.7場分析--- 增加場

現(xiàn)有的模板縫紉機(jī)在縫制過程中，模板對(duì)羽絨制品的上部（不縫制部分壓住）及周邊的固定，不能使制品有足夠的強(qiáng)度，因而當(dāng)縫線收縮時(shí)，制品由于縫線的收縮而使面料形成曲面，進(jìn)而再次縫制時(shí)形成褶皺。

此問題是模板對(duì)羽絨制品的作用不足而引起的。因此，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)新的未知場，以提高羽絨制品的強(qiáng)度（見圖6）。

圖6 場分析

3.2.8資源

當(dāng)前機(jī)器的縫框是靠氣動(dòng)裝置壓住模板，如改進(jìn)形成區(qū)域負(fù)壓區(qū)域，可使用原氣動(dòng)裝置及氣動(dòng)線路,可做為物質(zhì)場分析中新增加的場，同時(shí)公司的鋪布機(jī)、電腦裁床上的臺(tái)板及吸風(fēng)裝置均可借鑒。

3.2.9最終問題解決方案

支撐模板的臺(tái)板采用吸風(fēng)式結(jié)構(gòu)，采用中空結(jié)構(gòu)，上部通過多點(diǎn)氣孔與制品調(diào)節(jié)壓力。臺(tái)板下部采用大功率風(fēng)機(jī)吸風(fēng)，使制品形成負(fù)壓。制品在起縫點(diǎn)時(shí)，上部自動(dòng)拉開塑料薄膜，使制品在形成負(fù)壓時(shí)與外部空氣隔絕。

制品與模板固定采用上部釘扣鎖死，滑動(dòng)堅(jiān)固的方法，即在制品邊緣5mm外側(cè)用帶針的釘扣上下固定住，通過滑動(dòng)釘扣所在模板的滑齒來堅(jiān)固制品。技術(shù)方案會(huì)簽及公司確認(rèn)（見圖7）。

圖7 技術(shù)方案會(huì)簽及公司確認(rèn)

3.3 根據(jù)研發(fā)方案形成項(xiàng)目計(jì)劃書

產(chǎn)品功能、性能參數(shù)

設(shè)計(jì)、配套、工藝、安裝、整機(jī)調(diào)試、檢驗(yàn)、產(chǎn)品說明書、簽定、小批量推向市場的時(shí)間表

機(jī)械、電控及相關(guān)項(xiàng)目人員名單

基本成本預(yù)算

獎(jiǎng)懲

4 結(jié)論

4.1 產(chǎn)品輸出

見圖8。

圖8 產(chǎn)品輸出圖

1、主控制箱 2、機(jī)架 3、操作電腦 4、機(jī)頭 5、線架 6、負(fù)壓臺(tái)析 7、縫框 8、X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 9、Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 10、模板 11、封閉裝置

4.2 專利輸出

共申報(bào)4項(xiàng)專利，兩項(xiàng)實(shí)用新型已獲授權(quán)（見圖9），另兩項(xiàng)發(fā)明專利：一種增強(qiáng)羽絨制品縫紉強(qiáng)度的負(fù)壓臺(tái)板（專利號(hào)201410408602.0）、一種縫制羽絨制品的全自動(dòng)模板縫紉機(jī)（專利號(hào)201410414402.6），正在知識(shí)產(chǎn)權(quán)局審核中。

圖9 兩項(xiàng)實(shí)用新型專利證書

[1]初、中、高級(jí)/創(chuàng)新方法研究會(huì)，中國21世紀(jì)議程管理中心編.創(chuàng)新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2012.5.

[2]檀潤華編著.發(fā)明問題解決理論[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[3]韋德拿斯（Rantanen,K）,頓波（Domb,E）著；檀潤華,曹國忠,江屏,陳子順譯.簡約TRIZ：面向工程師的發(fā)明問題解決原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.8.