手電鉆功能分析與創新設計

張蕾　賈舒媛　卿馨予　王鵬　屈燦

【摘要】調研發現現有市面上手電鉆功能局限，采用產品觀念設計產品，缺乏對顧客需求的深度分析，這種經營觀念易導致“市場營銷近視”。本論文調查顧客對手電鉆的需求，利用質量功能展開（QFD）發現手電鉆在設計上的管理沖突、技術沖突和物理沖突，然后利用發明問題解決理論（TRIZ理論）解決這些沖突問題，對市場上的手電鉆進行創新設計研究，以增強其的實用性以及適用性。

【關鍵詞】質量功能展開（QFD）? 發明問題解決理論（TRIZ）? 手電鉆

一、手電鉆結構簡介

手電鉆是我們在日常生活和加工小型零件時所必須的工具，而現如今市面上的手電鉆類型多種多樣，但是在市面上售賣的手電鉆的功能都是制造商根據自己的經驗和顧客的反應情況而不斷更新制造，因此手電鉆的設計并沒有一個系統的方法來設計規劃手電鉆的功能和形狀。因此，本篇論文根據現有手電鉆的情況，針對性的對手電鉆進行分析，結合相關的QFD和TRIZ理論，對手電鉆進行創新研究設計。圖1是手電鉆的主要結構模型，從圖中可以看出，手電鉆主要由5個部分組成，分別是電動機模型，齒輪傳動模型，中心支架模型，鉆夾頭模型和手柄和外殼模型，這5種模型分別由有各自的組成部分構成，因此來構成手電鉆。

二、手電鉆基本功能需求分析

手電鉆的功能可以從打孔的穩定性，精準性，可靠性，安全性等方面考慮。對于手電鉆的穩定性，從手電鉆的功能分析和結構分析可得知，手電鉆主要是通過電動機帶動齒輪轉動在加工件上進行加工，要使加工狀態穩定，就要使電動機的運轉功率保持正常和穩定，電動機一般是購置獲得，那么就要對購置的產品進行功能檢驗，是否符合本電動機的使用情況。

打孔一致性表現為孔徑是否一致，打孔主要依靠于轉頭，為了保持孔徑一致，轉頭的質量要求就較高，轉頭要定期更換。打孔的可靠性是是否能夠打出滿足要求的孔徑，即在打孔時應先檢查是否孔徑要求和轉頭的孔徑一致，打出的孔徑能否獲得要求功能。打孔的安全性是指在打孔過程中，保持手電鉆的安全可靠，避免出現可能的安全事故，比如轉頭脫落，軸銷脫落等情況，為了保持手電鉆使用的安全性，在出現器件脫落時，手電鉆就自動停止工作，不能繼續加工，保證使用者的安全。此外，手鉆的主要設計參數包括輸入功率，額定電壓，額定電流，額定功率，齒寬，成型范圍和無負載速度等等。這些因素都為手鉆的設計非常重要。

三、手電鉆QFD/TRIZ概念設計

根據市場需求分析發現，手電鉆如要想實現防塵罩的裝置必然將影響定位裝置的設計，因為定位裝置的安裝與鉆頭息息相關，鉆頭是手電鉆裝置中與所要打孔的材料直接接觸的裝置，所以定位裝置的設計一定要與鉆頭緊密連接。但是，顧客還有防塵罩的需求，因為防塵罩所應用的對象也是鉆頭，鉆頭與材料直接接觸產生廢屑，所以防塵罩與定位裝置都得設計在與鉆頭相近的位置，那么二者之間必然會產生互相限制的影響。其次，防塵罩的設計勢必會增加手電鉆的重量，從而影響手電鉆作業速度，增加使用者的疲勞。所以防塵罩的設計與顧客需求中的重量設計需求之間也是相互矛盾的。

在產品的人機設計流程中，可以通過QFD被發現和分析問題，以及涉及該問題的各種元素。有些問題很簡單，可以通過經驗或簡單的創作方法來解決。而有些問題就比較困難，這可能需要大量的時間和精力去嘗試和探索。對于疑難問題，可以使用TRIZ理論方法。TRIZ理論能夠解決復雜的設計問題提供一些思路。

本研究的對象是根據顧客最想要的需求而特別設計的手電鉆，本論文用于收集顧客需求的方式有市場問卷調研法、邀請消費者開交流會、去工具專賣店消費者的行為、以及與家裝修理公司進行了面對面的信息收集等方法得出了顧客主要的幾大需求：防塵罩的需要、定位要準確、斷電敏捷等。與具體設計鏈接收集客戶需求的方法，采用建立QFD質量的房子，它可以準確地將客戶的需求轉化為技術語言的質量特性，使抽象的客戶需求產品化，從品質需求。品質因子被提取作為質量的度量。再將建立的QFD質量屋與TRIZ理論相結合以解決QFD只能發現與分析簡單問題，而無法對較為復雜困難的問題提出較為合適的解決方案的弊端。TRIZ能夠提供解決復雜設計問題的一些思路，根據發明解決理論的核心是技術進化的推動力這一原理，對問題加以剖析發現手電鉆想要實現防塵罩的裝置必然將影響定位裝置的設計，為解決這一矛盾，采用TRIZ解決技術沖突的問題，將顧客需求要素轉化為TRIZ矛盾矩陣的39個要素，得到通用解，再將通用解轉化為顧客需求的具體解。將得到的設計要素經過模糊矩陣的評價結果為可行。

本研究設計的手電鉆主要特色是防塵裝置，該防塵裝置為風扇動力吸塵，在手電鉆鉆頭與夾具交界處的邊緣設計一圈反向小風扇，原理類似于吸塵器，將打孔產生的木屑、塑料屑甚至鐵屑都能吸附過來裝進手電鉆主體設計的飛屑盒子里已達到減塵的目的。這樣既不會增加手電鉆的重量，為操作者帶來額外的負擔，也達到了顧客需求防塵罩的作用。此外，該手電鉆外殼還采用了輕質絕緣材料，幫助操作者減輕操作時的持住疲勞，有助于操作者集中注意力，提高工作效率。

四、結論

比較發現，設計優化后手電鉆明顯比現存的手電鉆功能指標高，功能參數有很大提高。以顧客的需求為出發點創造出顧客真正需要的產品，將顧客的需求放在第一重要的位置，再來改善設計或者重新設計產品才會是真正有價值的改善的活動，創造環保可持續發展的社會。

參考文獻：

[1]馬鈺欽.基于QFD、TRIZ集成的產品創新設計研究及應用[D].貴州大學碩士學位論文.2010.

[2]賈舒媛，曹婷婷，王浩煒等.手電鉆裝配單一品種流水線的平衡設計[D]. 價值工程.2018（1）.

[3]賈舒媛，王浩煒，常智權等.防塵定位式家用手電鉆的人因設計[J].價值工程，2018（4）.

基金項目：本項研究成果受攀枝花學院大學生創新創業訓練計劃項目資助。