基于TRIZ理論的并條機造型創新設計

賀晨曦 馬或

摘要：為了滿足對并條機綜合品質日益提高的要求，通過產品和設計現狀分析并結合TRIZ創新設計理論，找到一種基于TRIZ理論的并條機造型創新設計方法。文章首先對并條機進行了產品和設計現狀分析，發現并條機在造型設計上缺乏合理性，因此以提高并條機的安全性，樹立全新的設備形象為設計目標;然后，運用TRIZ理論的創新原理和矛盾矩陣，利用分割、維數變化等原理進行并條機的造型設計;最后，結合造型要素、人機工程學、色彩設計獲取更優的造型設計方案。為相關紡織機械設備的設計構思提供了創新思路的可行性，并為工業設備的升級改造提供實例參考。

關鍵詞：TRIZ理論;并條機;造型設計

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）02-0152-03

紡織機械行業作為我國的重要支柱產業，目前我國纖維加工量占世界總量的50%以上，紡織產業規模位居世界第一[1]。紡織行業的發展帶動了紡織機械行業的發展，勢頭迅猛，但重技術輕應用的現象普遍存在，大部分產品在功能上得到了實現，但產品設計造型簡單，干篇一律，缺少耳目一新的設計方案和造型方法，將廣為流行的創新設計和理論方法運用到紡織機械裝備的造型創新設計更是少之又少。

張建敏，王建偉等人為滿足用戶對手扶式旋耕機綜合品質提升的用戶需求，提出基于TRIZ理論的旋耕機創新設計方法[2];鐘光明，蘇文城運用科學的TRIZ理論能快速有效地針對性分析，解決了兒童實木椅設計過程的實際問題，實現了多功能性[3];孟娜娜等人基于TRIZ理論利用矛盾矩陣對城市挖掘機進行創新設計模型[4]。

上述研究通過與TRIZ理論的結合完成了創新設計，體現了TRIZ理論的強大應用性，但很少在大型紡織機械裝備上得到應用，且并沒有大幅度提升產品形象。本文以并條機作為設計對象，利用TRIZ理論進行功能優化和造型設計的應用研究，提升裝備的安全性，實現良好的人機交互，并形成獨特美觀的設計方案。

1 TRIZ理論概述

TRIZ理論，即發明問題的解決理論。是由前蘇聯發明家、教育家Genrich S.Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究團隊在1 946年最先提出，通過對大量的文獻專利進行分析總結，最后整理得出了創新的理論工具方法體系[5]。TRIZ的強大應用性在先前的研究已經得到了充分地印證，是為了消除工程矛盾，得到可實行的解決問題的方法。產品設計的開發流程中可以簡單的概括為：發現問題一了解產品需求一篩選設計痛點一分析問題并解決問題一生成初步解決方案一設計評價與評估一設計方案的落地及實現。TRIZ理論的創新原理和矛盾矩陣是強大的方法儲備，能夠提供新的設計思路和方法，以便開發出富有競爭力的創新產品。

2 并條機造型設計現狀

并條機在紡紗工藝流程中作為分界線存在，主要作用是將條子并合均勻便于進一步的加工和使用，地位至關重要。以并條機作為工程縮影，與國內外同類型產品的造型結構對比，發現設計對象存在較多不足。現存市面上的并條機造型設計并不能直接體現企業的品牌文化，幫助企業樹立良好的形象，并且在提升品牌的附加價值及經濟收益上有所缺失[6]。并條機的外觀造型設計雖然作為較低成本的設計環節，但卻是工業設計的重要體現。造型設計是相當重要的視覺因素之一，因此得到企業、市場、用戶的關注。但又因為造型的直接性，導致現在市場上并條機在造型風格上表現平平，缺乏設計的嚴謹性。并條機的造型設計并不能單以美觀性作為設計評價的第一要素，要切實以產品的功能性作為首要因素，進行最大的優化設計[7]。

3 基于TRIZ理論的并條機造型創新設計意義

造型設計在工業設計的范疇中占有重要地位，優秀的造型設計既能帶來過目不忘的視覺沖擊和審美體驗，又能與功能達到完美融合，細節處理的人性化也會在造型設計中有所體現。依靠TRIZ理論方法體系并應用在并條機的造型設計上，能夠減少設計師的經驗主義理論，為設計提供原理方法，提升造型設計的科學性，將大幅度縮短設計周期，節約資金和人力投入，從而開拓出紡織機械裝備造型設計的新方法。

4 基于TRIZ理論的并條機造型創新設計流程

本文在研究過程中，以并條機的造型設計為例，將TRIZ的通用工程參數和技術沖突的創新設計方法應用在并條機的造型設計上，結合產品設計的開發流程，基于TRIZ理論的并條機造型設計流程圖見圖1。

4.1 構成組件及造型要素分析

經過大量的文獻閱讀和實際考察，分析總結出并條機是由主體機身、喂棉部分、牽伸部分、成條部分構成，伴有喂棉筒區和以導條板、導條壓棍，導條羅拉構成的導棉區，并由一些輔助的自動裝置組成。以宏觀的設計要素分析并條機并提取造型元素形態，主要包括牽制機殼面板的操作臺、兩側擋板、機身底座、機身散熱孔、機柜門、把手、產品型號標識、急停按鍵的操作面板等，其中牽伸機構是并條機的核心部分。以上的造型相互關聯，共同決定著產品的美觀性、設計獨特性和品牌認識度等。結合使用場景及實際工作情況進行分析，例如機身正面牽伸機殼面板的操作臺造型，傾斜角度及具體尺寸，機身與操作面板的高度差會對并條機的牽伸工藝、用戶操作體驗造成較大的影響;機身底座將直接影響機身的穩定性，機身散熱孔的造型，開孔大小，疏密的關系將直接影響裝備的生產效率、風孔積灰和日后清理等問題;把手的尺寸和具體的排列位置影響著設備的工作效率;急停按鍵的操作面板的造型排列及位置關乎著生產安全。針對如上觀點，將以上造型要素作為具備一定功能要素影響的關鍵特征，如表1所示。

4.2 問題描述及問題原因分析

并條機作為紡織機械裝備中典型的功能性產品，技術應用趨向商品同質化。工業設計思維的缺乏導致功能與造型之間缺少平衡，易形成為了造型而造型的虛無性設計現象。

問題描述：通過研究調查、實際走訪，發現并條機的造型設計上缺少合理性，在使用、拆卸、檢修等實質性問題上有待提高。此外還存在運行中機身不穩、色彩設計中規中矩、造型缺少美觀性，更難達到造型與功能形式的完美融合、機身造型元素之間關聯性較差、產品缺少獨樹一幟的設計形象、品牌識別度低等問題。上述問題將直接影響并條機的使用效率和生產安全，具體問題如表2所示。

上述問題激發了對并條機的革新，需要串聯關鍵造型特征，統一設計風格，增強并條機的設備安全性，實現良好的人機交互，形成獨特美觀的設計方案。

4.3 問題確定及原理選擇

根據上述問題分析，發現并條機在造型設計、安全性、可操作性存在著問題沖突。本文研究的目標是為了提高并條機的安全性，增加設備的舒適度，通過造型確立統一的風格，樹立全新的設備形象。用TRIZ理論39個通用工程參數，確定其改善的參數涉及12形狀，27可靠性，（此處將機身不穩的問題與可靠性最近似，將其規劃為27可靠性）33可操作性。惡化參數涉及31、39及36，查詢結果如表3所示，得到對應的解域，根據并條機的實際情況，再對解域內的發明原理進行可應用性篩選，分別為第1條，第35條，第17條及第32條發明原理。

4.4 TRIZ發明原理確定及應用說明

在TRIZ理論的指導下，本文對并條機的實際情況和客觀矛盾沖突進行分析，以提高并條機的安全穩定性為主要的設計目標，對并條機進行造型設計，并統一設計風格，以可操作易生產為設計要求，結合大環境的生產制造的形式，依托三條發明原理對進行創新設計。第1，17，32，35條發明原理的解釋如表4所示。

利用第一條發明原理（分割）對并條機的整機底座進行分割，舍棄笨重且單一底座的造型形象，增大底座的面積，利用底座的自重加固機身，減少機身的晃動，從而保證產品運行時的穩定性，風格上奠定了設備的厚重感，達到潛意識的安全意向。利用分割原理并結合設計美學的原則對并條機功能原型的關鍵造型要素重新梳理，得到全新的關鍵造型要素（如圖3），要求設計要素之間保持相似性。

利用第二條發明原理（維數變化），基于原來底座的造型形狀，用多層結構代替單層結構，通過底座的兩級踏步堆砌，控制機身的離地距離，并結合人機工程學的應用原理，調整用戶操作的可及范圍，進一步方便機身正面操作區域的使用。

針對并條機的各部分功能劃分，并利用第三條分明原理（改

變顏色）對并條機進行色彩功能性規劃。以機身正面操作臺為例，對并條機的重要功能區域，如牽伸機區及操作屏運用顏色強調，通過一定的比例和顏色劃分，以增強并條機的可操作性。

同時再利用第四條發明原理（參數變化），針對把手、控制面板、操作界面等，深入思考用戶操作的人機交互實際情況，重新規劃機身的排布位置，通過合理的設計尺寸為設備操作帶來更高效的便捷。又將把手全部圓角處理，避免直角彎折在使用過程中帶來的隱形傷害，也體現了大型設備的細節關懷。

針對TRIZ理論提供的發明原理的指導，將之前的造型要素進行新的設計改造，以原型底座造型為設計第一要素，得到新的造型設計方案。

5 基于TRIZ理論的并條機造型創新設計思路

5.1 造型要素設計

此并條機造型設計以問題為導向，應用TRIZ的發明原理，摒棄以往的造型簡單包裝及廉價的造型堆砌的方法，以提高產品的功能和用戶體驗。在設備的造型上保持著設計造型元素的一致性，但大型裝備的升級研發始終圍繞著產品的功能，是以功能和技術為關鍵要素，在此基礎上做有限的設計。設備造型設計運用線條的不同形態走勢，選用直線邊角排列形成強烈的運動感和張力。設備的點線面應用部分，應以直線為主，斜切線沖擊為輔，保持斜切倒角來營造產品形態。為進一步呼應并條機的整體風格，造型要素的細節上要與整體節奏高度呼應。經過演化推演，得到新一輪的造型要素分析，如表5所示。

5.2 人機工程

針對并條機情感細節不足的現狀，正面操作臺傾斜彎折角度采取45度，將牽伸機殼的通風孔和顯示操作屏置于45度的角度。根據操作者站在機箱底座的水平視野范圍，45度既方便作業操作控制設備區域，又能避免通風孔角度過小，通風情況不良造成設備過熱的情況。牽伸機殼第二彎折角度采取15度折角，方便操作者在機身正面便于觀察并條機的工作情況。為了保持設備風格的統一性，可以在其他角度的選擇上沿用相同角度。把手通過造型和肌理的處理，將直角改為圓角，減少設備的冷漠感，增強用戶的情感關懷體驗。牽伸機殼的把手由于操作的頻繁程度和功能要素，垂直于機身側面，并條機兩側的把手則設置把手凹槽，避免使用過程中存在安全隱患。

5.3 色彩設計

任何工業產品都離不開色彩設計。紡織機械設備不同于以往的工業設計產品，作業環境具有很強的不確定性，優秀的工業設備色彩設計應該做到品牌形象、產品風格、企業文化、作業環境統一性等原則。市面上的并條機顏色大多飽和度較高，充斥著工業風格的喧囂感，無法滿足使用者在視覺及情感上的體驗。此并條機摒棄了常見的高飽和色彩，整體以白色作為主色調，藍灰色為機身色彩點綴，以深灰色為重色以壓制設備的重量感，提升設備的高級和安全的感官意向。藍灰色調在視覺上起到撫慰的情感效果，并且藍灰色在深灰、白色中間相互制約又各自跳脫，烘托出生動、活潑、明快的設備形象。

6 并條機造型設計呈現

并條機的造型設計不僅要求美觀，更要保證其功能性和技術性，造型設計也是在功能、技術條件、人際關系、生產成本之間尋求最優的平衡點，以實現當前條件下設計帶來的最大經濟效益和情感效值[8]。所以針對并條機造型設計，需要綜合多重方面的思考，與多個學科相結合。在造型設計上不僅要求獨特性，與同類競品脫穎而出，又要求設備整體形象風格一致，并凸顯工業設計美感，另外兼具靈活的細節關注，盡量滿足不同作業環境中的情感體驗。在設計過程中采用CAD/RHINO等工程制圖軟件進行輔助設計，設計方案呈現如圖2所示。

7 結語

基于TRIZ理論，可以為具體的問題進行指導，打破常規的設計界限和壁壘，提供新的理論和方法的指導。本文對并條機造型設計進行了分析，在TRIZ沖突理論的指導下，將并條機的造型設計和實際問題相結合，能夠有效地提升產品設備形象，提高并條機的安全穩定性，解決造型元素和風格上的混亂問題，開展了并條機造型創新設計的新方案，再一次應用和驗證了TRIZ理論指導大型機械設備造型創新設計的可能，并為其他相關工業設備的升級改造提供實例參考。

參考文獻

[1]王樹田，中國紡織機械行業的現狀與展望[J].紡織導報，2005 （10）：6-7+10+12.

[2]張建敏，王建偉，楊勤，等.基于TRIZ理論的手扶式旋耕機造型設計研究[J].包裝工程，2019，40 （04）：133—139.

[3]鐘光明，蘇文城.基于TRIZ理論的可成長性兒童實木椅創新設計[J]林業工程學報，2019，4 （02）：158—164.

[4]孟娜娜，胡鶴凡，任晉.基于TRIZ理論的城市挖掘機造型設計研究[J]工業設計，2019（06）：150—152.

[5]檀潤華，王慶禹，苑彩云，等發明問題解決理論：TRIZ——TRIZ過程、工具及發展趨勢[J].機械設計，2001 （07）：7-12+53.

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[7]楊舒鈺，馬或基于形狀文法的紡織機械產品造型設計[J]設計，2020，33 （11）：142-144.

[8]楊璐，劉靜儒，孫悅佳，基于機械裝備外觀設計與造型的研究[J].南方農機，201 7，48 （05）：135+137