基于功能和專利分析的自服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計研究

曹國忠，穆蓓，董姍姍，萬子薇，郭小峰

（河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

一、引言

21世紀(jì)的人類處于高速發(fā)展的時代，人類對于產(chǎn)品的要求也在不斷地提高，更多的產(chǎn)品趨向于自服務(wù)。經(jīng)過查閱文獻(xiàn)得出，國內(nèi)關(guān)于自服務(wù)的研究主要集中在“自服務(wù)系統(tǒng)”的研究上，“自服務(wù)系統(tǒng)”又稱“自助服務(wù)”。學(xué)者M(jìn)euter等人于2000年提出了“自助服務(wù)技術(shù)（selfservicetechnologies，STS）”的概念，定義為“不需要服務(wù)人員的介入而由顧客自行生產(chǎn)服務(wù)的技術(shù)界面?！北容^典型的技術(shù)界面包括自助設(shè)備（如ATM機、自動售票機）的操作等。二是基于互聯(lián)網(wǎng)+的自服務(wù)，產(chǎn)品運行方式的改變已經(jīng)有了具體的實施，陳文超將其應(yīng)用到了工業(yè)化領(lǐng)域中各種機械維修方式的研究。三是針對于服務(wù)類企業(yè)以服務(wù)為中心的流程優(yōu)化，李靖華等立足于企業(yè)視角進(jìn)行探究。雖然，這些都叫自服務(wù)，但其研究都是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式，屬于服務(wù)設(shè)計的范疇。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中自服務(wù)主體是針對用戶與服務(wù)人員之間，即用戶自己完成操作不需要服務(wù)人員的自服務(wù)過程。筆者所做的自服務(wù)產(chǎn)品研究，是立足于產(chǎn)品，意在使產(chǎn)品的某個功能達(dá)到自服務(wù)，不需要人的參與產(chǎn)品本身即可完成。利用專利檢索和功能分析將具有自服務(wù)功能的產(chǎn)品或?qū)＠M(jìn)行梳理和分析，通過對具有自服務(wù)特性的產(chǎn)品分析，探討自服務(wù)產(chǎn)品的具體內(nèi)容以及實現(xiàn)方式。

二、基于功能分析的自服務(wù)產(chǎn)品定義確定

TRIZ理論是蘇聯(lián)科學(xué)家阿奇舒勒等人研究了世界各國250多萬件發(fā)明專利后提出的一套具有完整體系的發(fā)明問題解決理論和方法。40條發(fā)明原理是TRIZ理論的一種重要方法。它是由大量專利中被重復(fù)使用的相同方案濃縮得出，是一個強大的解決問題工具。其中第25條發(fā)明原理“自服務(wù)”的含義包括兩個方面：一是使某一物體通過附加功能產(chǎn)生自己服務(wù)于自己的功能；二是利用廢棄的材料、能量與物質(zhì)。本文中所提的自服務(wù)可采用第25條發(fā)明原理的第一個含義，可知自服務(wù)與功能有緊密的聯(lián)系，下面從功能角度進(jìn)行產(chǎn)品分析。

功能分析法是進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的一種重要方法。它把對機械結(jié)構(gòu)的思考轉(zhuǎn)化為對功能的思考，從而不受現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的束縛，形成新的設(shè)計構(gòu)思。將產(chǎn)品進(jìn)行功能分解，并且建立產(chǎn)品功能模型，確定問題的原因和組件，以及原因組件和其他組件之間的關(guān)系。

以自行車的發(fā)展為例進(jìn)行深入探究。自行車是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，屬于成熟產(chǎn)品，由于共享單車模式的出現(xiàn)，更需要實現(xiàn)自服務(wù)化，以減少對用戶與工作人員的依賴。并且自行車是由許多簡單機械組成的復(fù)雜產(chǎn)品，進(jìn)行功能模型分析較為直觀，較具代表性。由于自行車車胎需要打氣使很多使用者較為困擾，摩拜單車中蜂窩狀實心輪胎就解決了該問題。根據(jù)上述問題的解決過程進(jìn)行分析：首先進(jìn)行功能分析，簡化版見圖1，打氣筒屬于超系統(tǒng)并且屬于不足作用，不屬于自行車內(nèi)部系統(tǒng)，打氣筒去掉后的功能分析見圖2，與打氣筒連接的是輪胎，從輪胎本身入手改變材質(zhì)，實現(xiàn)自服務(wù)。自行車中輻條的主要作用是支撐車輪，但是在騎行使用過程中，容易囤積臟物泥土并且易卡住騎行者的長衣物，存在不安全的因素。將車輪部分做功能分析見圖3。輻條連接花鼓和支撐車輪轂，從這兩方面尋找創(chuàng)新方向?，F(xiàn)無輻條的自行車已面世，通過對車輪轂材料進(jìn)行改進(jìn)與加固來代替之前的輻條，完成了該部分的自服務(wù)。

＞ 圖1 自行車功能分解圖

＞ 圖2 去掉打氣筒功能分解圖

＞ 圖3 輻條部分功能分解圖

將上述例子的功能模型進(jìn)行通用化的闡述，為了減少外界對產(chǎn)品的影響，將超系統(tǒng)實現(xiàn)的功能轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)內(nèi)的元件實現(xiàn)，即去除超系統(tǒng)的幫助，讓系統(tǒng)內(nèi)自身元件給系統(tǒng)提供幫助，實現(xiàn)產(chǎn)品的自服務(wù)。流程簡化后為圖4。將有害作用減去，即通過系統(tǒng)內(nèi)元件的代替，完成自服務(wù)。流程簡化后為圖5。

通過上述對產(chǎn)品案例的研究，筆者明確了自服務(wù)產(chǎn)品的定義：通過產(chǎn)品內(nèi)部或外部的資源來代替之前由超系統(tǒng)資源或產(chǎn)品內(nèi)部資源實現(xiàn)的功能，產(chǎn)生自己服務(wù)于自己的功能為產(chǎn)品自身服務(wù)，減少了產(chǎn)品外部的介入，這樣的產(chǎn)品叫做自服務(wù)產(chǎn)品。

三、基于專利分析的自服務(wù)產(chǎn)品特點研究

由于目前自服務(wù)產(chǎn)品文獻(xiàn)較少，可從專利產(chǎn)品中進(jìn)行分析。專利是深度知識的具體化表述形式和重要來源，其深度知識含量最高，實用性強，能夠快速反映新知識，因此，從專利中有目的地獲取、重用和管理這些隱性知識，是創(chuàng)新發(fā)展的重要途徑?；谝陨献苑?wù)產(chǎn)品的定義，利用專利檢索方式篩選具有自服務(wù)功能的專利，并對這些類型的專利進(jìn)行整理。通過查找找出具備上述自服務(wù)特征的工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品或可改善產(chǎn)品的有自清潔、自平衡、自對準(zhǔn)、自鎖、自充氣、自收集、自調(diào)整、自修復(fù)、自適應(yīng)、自加熱、自測量等類型。通過研究得出要符合以下特點才屬于自服務(wù)產(chǎn)品的范疇：

1.自服務(wù)產(chǎn)品服務(wù)對象是產(chǎn)品元件本身，但最終目的是為使用者服務(wù)：自服務(wù)主要解決的是產(chǎn)品元件本身的問題，使產(chǎn)品擁有更好的狀態(tài)，從而達(dá)到產(chǎn)品為使用者服務(wù)的目的。自清潔類化學(xué)產(chǎn)品通過自身的化學(xué)反應(yīng)可以實現(xiàn)對這些產(chǎn)品的清潔，從而達(dá)到為使用者服務(wù)的目的。

2.減少使用者的參與感：在不影響主要功能的同時，將部分需要使用者操作的功能轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品本身，減少其操作。自清潔類化學(xué)產(chǎn)品可省去使用者對這些產(chǎn)品的清潔，達(dá)到減少使用者操作的目的。

3.減少產(chǎn)品對外界的依賴：將部分功能轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品本身后，使產(chǎn)品可以不再依賴外界的幫助，使其具有更好的完成度。自清潔類化學(xué)產(chǎn)品不需要使用者用抹布等其他清潔物品，不需要依賴外界便可以達(dá)到清潔的目的，從而達(dá)到減少產(chǎn)品對外界依賴的目的。

4.增加或者減少的功能可減輕系統(tǒng)的有害或不足功能：根據(jù)功能模型的分析首先考慮改變或者刪除其有害或者不足作用，其有害或者不足作用就是導(dǎo)致其繁瑣化的根源。自清潔類涂料的應(yīng)用代替清潔人員懸掛在高樓外部進(jìn)行玻璃擦拭的行為，該行為安全性極差，在大風(fēng)天氣容易造成很大的危害。以此減輕了系統(tǒng)的有害或不足功能。

四、自服務(wù)產(chǎn)品實現(xiàn)方式與發(fā)展趨勢研究

對自服務(wù)產(chǎn)品的案例進(jìn)行進(jìn)一步的研究，得知“產(chǎn)品在需求拉動和技術(shù)推動下，產(chǎn)品功能會通過優(yōu)化、更新或重組進(jìn)行演化，使其自服務(wù)水平不斷提高?！苯?jīng)過大量案例分析得到4種主要的實現(xiàn)方式，并將具體產(chǎn)品與自服務(wù)實現(xiàn)方式對應(yīng)如下表1。

＞ 表1 具體產(chǎn)品對應(yīng)自服務(wù)實現(xiàn)方式

下面進(jìn)行舉例說明，以更好地理解其實現(xiàn)途徑。

1.改變元件材質(zhì)：通過改變元件的使用材料，改變其使用方式。

以自行車的發(fā)展為例，該產(chǎn)品的基本功能是代步。確定基本功能后，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前自行車功能已達(dá)到一定復(fù)雜度，為了維護(hù)和拓展系統(tǒng)功能或者性能，就會簡化系統(tǒng)內(nèi)和超系統(tǒng)的功能，例如將輪胎換成蜂窩狀，不用人工打氣，實現(xiàn)了輪胎的自充氣。由自行車輪胎的發(fā)展進(jìn)化“木頭—充氣橡膠—多孔實體橡膠”，可得知材質(zhì)的改變會影響產(chǎn)品的使用方式。

2.改變結(jié)構(gòu)：可通過元件的添加、去除、代替來改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

清潔問題會涉及到生活的方方面面，雖然清潔對于部分產(chǎn)品并不是主要功能，可在很多時候如果清潔做得不到位，就會影響產(chǎn)品所展示出來的效果與作用以及產(chǎn)品的美觀。以洗衣機發(fā)展為例，洗衣機已經(jīng)成為每家所必須的衣物清潔工具。該產(chǎn)品的主要功能是“將衣物中的污漬與衣物進(jìn)行分離”。在冷崇杰的《基于TRIZ理想解的全自動洗衣機自清潔結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計優(yōu)化》文中讓環(huán)狀噴淋環(huán)具備分水槽和進(jìn)水兩種功能，分水槽刪除后便可利用進(jìn)水閥替代三通進(jìn)水閥。新的洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示，使洗衣機既完成了洗衣進(jìn)水功能又實現(xiàn)了自清潔功能，不用人工定期清理洗衣機的內(nèi)外桶壁。幫助用戶清潔了不易觸達(dá)的位置，實現(xiàn)該類功能可以通過改變其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，例如可用其相關(guān)或類似功能的元件實現(xiàn)該類功能。

3.跨領(lǐng)域原理的使用：在該領(lǐng)域中運用在其他領(lǐng)域已經(jīng)存在的技術(shù)。

＞ 圖4 簡化流程圖

＞ 圖5 簡化流程圖2

＞ 圖6 自清潔洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

＞ 圖7 典型的自平衡旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

自加熱的焦點在于解決可加熱工具的問題。要保證安全無毒的同時使其操作簡便并且減小對外部系統(tǒng)的依賴。以自加熱食物為例，自20世紀(jì)20年代以來，使食物加熱（或冷卻）本身的基本概念已經(jīng)以某種形式存在?，F(xiàn)主要應(yīng)用在自加熱食物中，利用不同的化學(xué)反應(yīng)，這次利用鐵和鎂的組合，向裝有鐵和鎂的袋中加水時，水與鐵鎂混合物發(fā)生反應(yīng)，釋放出足夠的熱量來加熱預(yù)煮好的食物。此做法不用插電或者生火，增加了便利性。因此，在考慮自服務(wù)時，可利用其他領(lǐng)域的資源。

4.技術(shù)的突破：通過技術(shù)的創(chuàng)新，改變產(chǎn)品的使用方式，簡化用戶的操作步驟。

自平衡設(shè)計的焦點是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的平衡。這些系統(tǒng)可以涵蓋從噴氣發(fā)動機到電動牙刷，從洗衣機到車輪的各種系統(tǒng)。改變系統(tǒng)內(nèi)的元件時，會產(chǎn)生不平衡負(fù)載力。例如在利用噴氣發(fā)動機時，為了生產(chǎn)和維護(hù)發(fā)動機的平衡和重新平衡，會讓機器的旋轉(zhuǎn)成本極大地增加。就車輪平衡而言，如果旋轉(zhuǎn)組件能夠平衡“自身”，所有這些問題都將消失。圖7專利涉及一種用于向車輪傳遞自平衡特性的裝置。本發(fā)明包含的基本原理是系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部分圖7中部件2被設(shè)計成包含能夠相對于第一部分移動的其他部分的部件4。即當(dāng)滾珠軸承部件相對于主旋轉(zhuǎn)部件移動時產(chǎn)生自平衡能力，使得它們自然地定位自身以抵抗任何不平衡力?？芍?，要達(dá)到自我平衡可使小的無約束物能夠相對于更大的旋轉(zhuǎn)物體移動，進(jìn)行定位和重新定位。

通過上述的研究，可知自服務(wù)產(chǎn)品的最終目標(biāo)是把更加舒適的產(chǎn)品使用體驗帶給用戶，達(dá)到該目標(biāo)的首要任務(wù)是使產(chǎn)品更進(jìn)一步地自我完善，使產(chǎn)品提供主要功能，其他功能均不需要用戶的輔助，真正的實現(xiàn)產(chǎn)品為自己服務(wù)。在達(dá)到該目標(biāo)的過程中需要融合很多學(xué)科領(lǐng)域的研究成果，在未來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及需求的不斷更新提升，自服務(wù)產(chǎn)品的設(shè)計會向更加輕量化、理想化和跨領(lǐng)域利用方向發(fā)展。

1.輕量化：現(xiàn)有部分產(chǎn)品附加功能太多，反而會影響用戶的思考和使用，在使用產(chǎn)品時負(fù)累太多。未來的產(chǎn)品會更加輕量化，用戶在使用該產(chǎn)品時不用有太多的多余操作，獲得服務(wù)更加直接簡單。

2.理想化：就像理想的機器，沒有質(zhì)量，沒有體積，它可以在不消耗能量和時間的情況下完成所需的工作。它可以通過自我調(diào)節(jié)得到所需的效果，使產(chǎn)品更理想。

3.跨領(lǐng)域利用：自服務(wù)不只是針對于工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品，很多領(lǐng)域都會涉及到，并且會有很多知識技術(shù)跨領(lǐng)域使用，不僅會節(jié)省資源，還會減少設(shè)計成本，進(jìn)而加快創(chuàng)新的速度。

五、結(jié)語

隨著用戶對產(chǎn)品要求的提高，產(chǎn)品的自服務(wù)功能在未來的發(fā)展空間是巨大的。自服務(wù)類功能將減輕大部分用戶對產(chǎn)品操作的成本。就目前現(xiàn)狀來看，對于自服務(wù)的研究還不夠深入，文章主要是從現(xiàn)有專利庫出發(fā)，對具有自服務(wù)特性的專利進(jìn)行收集和梳理；并通過對典型案例的分析和其功能模型的分解得出自服務(wù)類產(chǎn)品的定義、特點以及實現(xiàn)方式，為后續(xù)有關(guān)自服務(wù)產(chǎn)品的研究提供了部分借鑒的可能。