基于TRIZ理論的CRH動車組手推餐車改良設計

徐江華 張瀟月 葉瀅 龍晨鵬 謝謙

摘 要：本文以優化CRH動車組手推餐車的使用功能和整體造型為設計目的，在設計構思的過程中，建立TRIZ理論在產品創新設計中的方法模型，并基于該模型進行產品分析與市場調研，提出使用方式與造型設計中存在的問題，總結出問題對應的通用參數。利用TRIZ理論40個發明原理中的合并原理、等勢原理及曲面化原理來解決矛盾，從而明確手推餐車改良設計的目標，為進一步主要問題和技術沖突的轉化與創新原理和矛盾矩陣的求解提供前提條件，并通過語義差異法驗證設計結果的可靠性。

關鍵詞：TRIZ理論;CRH動車組;手推餐車;改良設計;語義差異法

CRH（China Railway High-speed），是中國自主設計研發并擁有全面知識產權的鐵路高速列車品牌，中國高鐵發展至今已成為一種國際化趨勢。而在高鐵餐車服務系統的設計方面，兩端遠離餐車車廂的旅客主要依靠手推餐車供應食物，而隨著人們物質生活、消費需求與審美要求的不斷提高，現有的純功能型手推餐車已難以適應高鐵服務的快速發展。本文通過運用TRIZ創新設計理論，對手推餐車進行改良設計。

1 TRIZ理論的產品改良設計方法模型

運用TRIZ理論[1]解決一個問題的難易程度取決于對問題的描述或程式化的方法，而發明問題求解的過程是對問題的不斷描述和程式化的過程，只有清楚初始問題的根本沖突，才能求出最優解。[2]產品改良是指解決或消除設計中的沖突，從而產生新的有競爭力的解。TRIZ理論將技術系統的演化規律作為產品進化的模式，并應用相應的工具消除設計中的矛盾，促使產品改良設計過程規律化、系統化與模式化，將設計問題表達成TRIZ問題。[3]針對CRH動車組手推餐車的改良設計的方法模型如圖1所示。

2 CRH動車組手推餐車改良設計實例

2.1 產品分析

旅客感知的CRH動車組服務質量包括3個維度，即硬質量（硬件質量）、軟質量（乘務員服務質量）和列車內所售商品質量。[4]手推餐車包括車輪、箱體、車把、剎車系統等主要結構，箱體為四層置物結構，且后方設有小型置物柜;材料多應用鋁合金、鑄鐵、橡膠等材質;色彩上以CRH標準色——深藍色作為箱體的色彩基調。

2.2 問題描述與分析

CRH動車組手推餐車主要存在功能與造型兩方面的問題。手推餐車功能性問題體現在行走、取餐、保溫、銷售、舒適度等方面，如春運高峰期不便通過狹窄的車廂過道、箱體內側物品易堆積滯銷、餐食保溫性差等;手推餐車造型設計問題體現在缺乏美觀性、語義性與個性等。其最終理想解分析是指手推餐車系統在最低程度改變的情況下，實現最優的服務功能，以達到手推餐車系統最理想化的運行使用狀態。

2.3 運用TRIZ工具解決問題

技術矛盾是指系統中一個參數的改變會引起另一個參數的惡化。利用TRIZ的“如果……那么……但是……”規范描述CRH動車組手推餐車的技術矛盾：第一，如果想要避免影響通行順暢的障礙與因素，那么就要協調與優化設計手推餐車的尺寸與造型，但是這樣會消耗手推餐車本身更多的機械能;第二，如果想要高效服務并達到銷售食物的最終目的，那么需要持續提高商品在單位時間內的銷售輸出總量，但是這樣會過度增加乘務員的工作頻率。將上述兩個一般問題轉換為39個通用工程參數，對照矛盾矩陣表，如表1所示：

通過表1中出現的發明原理得到矛盾的可能解，采用發明原理5、12、14，即合并原理、等勢原理、曲面化原理，對CRH動車組手推餐車進一步進行造型、結構與使用分析，厘清其設計思路與構想。

2.4 設計方案

CRH動車組手推餐車設計方案，主要是以TRIZ理論為依據，對現有手推餐車進行以下6個方面的優化與改進，改良設計方案如圖2所示：

（1）利用TRIZ理論的第5條發明原理（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，箱體內壁設保溫層，以實現節假日乘客高峰出行期間CRH動車組對新鮮食物的即時供應。

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

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

（4）優化材料、加工等設計變量。在材質設計方面，手推餐車主框架造型采用ABS工程塑料和合金材質，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、內膽均使用PE材質，保溫層為EPS材質，打造一種溫暖、舒適的使用體驗。

（5）優化產品維數等設計變量。CRH動車組手推餐車最佳功能尺寸是人體尺寸百分位數、功能修正量、心理修正量三者的總和。[5]根據行業要求，高鐵女乘務員的身高標準為163～173cm。為了給餐服員提供較舒適的推行空間，餐車寬度設計約為40cm，長度約為110cm，車輪直徑約為10cm。根據女性乘務員身高與作業面高度的關系，手推餐車工作臺面高度應為94～102cm。

（6）安全性設計。手推餐車前后共4個萬向輪驅動，在后兩輪處設置制動器剎車裝置;車身側底面采用“腰鼓形”設計，在保護車輪的同時，通過倒角的形式內凹，避免設備設施可能給乘客、乘務員的人身安全、健康和環境、產品本身、其他裝置帶來危害而造成財產損失。

3 結果驗證

在產品設計中，用戶的心理是重要的研究因素。因此，用戶滿意度也是評價和改進CRH動車組手推餐車設計方案的重要依據。[6]首先，由乘客、餐服員、乘務員、研究生、資深設計師等27位受測者，通過頭腦風暴法收集并利用網絡、書籍、文獻等途徑，補充174個感性詞匯，之后研究小組依據詞匯含義確定形態與色彩兩方面共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，以驗證設計結果的可靠性。CRH動車組手推餐車設計的語義差異調查結果如表2所示：

表2所示結果表明，運用TRIZ理論的CRH動車組手推餐車設計方案在形態與色彩等方面具有一定的合理性，進一步驗證了TRIZ理論對CRH動車組手推餐車設計的有效性。

4 結語

CRH動車組手推餐車的設計創新是為乘客有序、安全、高效地提供送餐服務的必要保證。本文分析CRH動車組現有手推餐車在功能與造型方面存在的問題，以TRIZ理論為依據進行改良設計，并以手推餐車的創新性、美觀性、操作性、舒適性為指標，評價設計方案。TRIZ理論的應用拓寬了產品創新設計的思維模式，也為相關產品的設計研發提供了一定參考。

參考文獻：

[1] G.S . Altschuller，Creativity as an Exact Science Gordon& Breach， NewYork，1988.

[2] 葛慧莉. TRIZ理論在科技創新中的應用[J].科技創新導報，2010（02）：167-169.

[3] 付敏，李銳，范德林.基于TRIZ的產品設計集成創新方法研究綜述[J].中國工程機械學報，2013，11（02）：170-174+178.

[4] 溫碧燕，秦倩倩，周思念.鐵路旅客感知的列車服務質量實證研究[J].鐵道學報，2012，34（09）：7-14.

[5] 王愛紅，劉穎悟，楊文.人機工程學[M].兵器工業出版社，2015.

[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.

作者簡介：徐江華（1977—），男，湖北荊州人，博士，副教授，研究方向：載運工具設計。

張瀟月（1998—），女，山東濟南人，本科在讀。