基于TRIZ理論的多功能兒童床設計研究

趙勇淦 郜紅合 張耀躍

中圖分類號：TS664 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）09-0030-03

人們的物質生活日益豐富，對身邊的產品特別是兒童家具產品有著更高的要求。兒童是一個家庭的中心，每一個父母都希望給予自己孩子最佳的成長空間。父母為了給孩子營造一種良好的生活環境，滿足孩子日常生活中的各種需求，會購買大量的兒童家具，這就產生了有限住宅空間與大量兒童家具之間的矛盾。此外，當兒童床的使用壽命達到期限后，如何進行再利用就成為了亟需解決的問題。TRIZ理論是一個可以幫助人們發掘和開發自己的創造潛能，全面系統地論述發明創造和實現技術創新的理論。文章采用TRIZ理論對兒童床進行創新設計，分析其中存在的矛盾，使用TRIZ工具解決創新設計中存在的各種問題，然后得到最終的設計方案。

1 TRIZ理論概述

TRIZ理論在70多年前就已經誕生了，其是在發明家根里奇·阿奇舒勒的領導下，由研究機構、大學、企業組成的TRIZ研究團體，對250 萬份高水平的發明專利，進行搜集、專研、匯編、總結和完善，其中包括各種技術進化發展所遵循的規律，以及實現創新開發的多種方法、算法組合而形成的綜合理論體系。TRIZ理論主要有兩大部分：一是TRIZ基本理論體系;二是TRIZ解題工具體系。TRIZ解決發明創新問題，是直接依靠技術系統進化的規律，來確定解決問題的方向，然后根據這些規律，開發出解決發明問題的專用工具以達到解決問題的目的。通過對傳統創新方法和TRZI理論的綜合分析，發現TRIZ理論和傳統的創新方法相比具有明顯優勢。傳統的創新方法顯示出高度的概括性和抽象性，并且使用過程中受到使用者的經驗、技能和知識水平限制。而TRIZ理論的原理、法則、程序、步驟、措施等，都是以科學方法和技術為基礎，有著自成體系以及嚴密的邏輯。TRZI理論可以幫助用戶明確方向，使用戶從數千種解決方案中快速找到解決復雜發明問題的方案。因此，TRIZ理論更為有效。

2 現有兒童床設計現狀

我國是家具生產銷售大國，有著龐大的消費群體，但是國內的生產制造公司在近幾年才開始慢慢地注重設計方面的投入，國內的生產制造廠商更喜歡模仿國際上優秀的兒童家具產品。2019年中國家具零售額增長為5.1%，遠低于飲料類以及日常用品類，更多消費者愿意選擇性價比較高的兒童床，一方面由于消費者購買能力有限，另一方面在于后期利于更換為少年床或成人床。但是，價格較低的兒童床依然存在著設計缺陷，在安全性、使用壽命和適用性等方面存在問題。

通過對兒童床的調查研究發現，現在市面上流行的兒童床主要分為嬰兒床、少年床、子母床、護欄床以及功能床。對其歸納分析得出現有兒童床設計的存在問題：（1）很少具備多功能性與成長性，產品使用周期較短;（2）普遍存在一些設計缺陷和安全隱患;（3）過于注重娛樂性功能與儲物功能。中國同類兒童床的設計、生產與功能大同小異，缺乏創新性設計，同質化現象比較嚴重，也沒有符合實際情況設計的多功能兒童床，不能滿足兒童的日常生活需求。

3 基于TRIZ 理論的多功能兒童床設計流程

文章在兒童床的創新設計過程中，通過對現有兒童床設計現狀進行分析，總結出存在的設計問題并確立設計目標。建立初步的設計方案，運用TRIZ 理論對初步設計方案進行改進獲得最終設計方案。在此框架基礎上推演出如圖1所示的基于TRIZ理論的多功能兒童床設計流程圖，具體分為以下五個步驟：

1）確立設計目標：對市面現有兒童床調研結果進行分析，總結兒童床在設計方面所存在的缺陷，明確需要解決的問題，確立設計目標。

2）設計定位：明確兒童床的用戶群體與兒童床所具備的功能。根據綠色環保的創新理念選擇產品的制作材料，考慮產品在生產過程中的工藝難度，符合兒童家具的設計原則。

3）初步設計方案：根據確立的設計定位進行綜合考慮設計出初步方案，若難以實現設計目標，則需要將解決的問題帶入TRIZ理論當中進行解決。

4）發現解決問題：首先，對初步方案中要解決的問題分清問題的技術屬性;其次，明確設計問題技術屬性后確認問題選擇為TRIZ 理論問題模型中的技術矛盾模型;再次，把歸類好的具體設計問題，運用系統解題工具39個通用工程參數與矛盾矩陣，把問題中的矛盾點轉化為通用工程參數，再利用矛盾矩陣推算出標準解法;最后，根據運用系統解題工具從40個發明創新原理中得到推薦的最優創新原理，從推薦的創新原理中選取與實際問題相符合的創新原理進行研究分析，并運用到設計方案中，然后對改進的方案進行建模，經實驗分析，確定解法可行性并敲定設計方案。

5）方案評估：初步設計方案中的問題經TRZI理論解決后，對設計方案進行最后的概念評估，分析方案能否在實際生活中滿足兒童的使用需求，并使用建模軟件建模模擬使用環境。

4 基于TRIZ理論的多功能兒童床設計實踐

4.1 設計定位及初步方案

設計的目的就是要縮小產品的初始狀態與理想狀態之間的差距，尋求一種滿足用戶需求的最佳方案。0～12歲是兒童生理心理迅速發展的階段，在分析兒童成長情況和市場上兒童床的現狀之后，筆者嘗試設計一款針對0～12歲兒童的可成長多功能兒童床，其設計定位為：（1） 在材料上，選擇綠色無醛膠合板;（2）在功能上，設計一款具有成長性和多功能的兒童家具;（3）在工藝結構上，兒童床的生產制造難度較低，不能為了在設計中體現兒童床的可成長性和多功能性而導致兒童床生產程序繁瑣，并增加生產難度。如圖2 所示為初步設計方案，初步設計方案能夠滿足嬰兒在使用兒童床時的各種基礎需求。

4.2 應用TRIZ 工具解決問題

研究分析兒童床的設計原理后，初步設計方案想要滿足成長性多功能的兒童床創新設計，需要解決初步設計方案中的3個技術矛盾。

4.2.1 矛盾1

筆者對設計案例中的兒童床有著可成長性的要求，希望兒童床可以長時間陪伴兒童成長，這就需要兒童床的長度是可調節的，但是兒童床的長度可調節后，床的結構就會變得更加復雜，這就產生了第一個技術矛盾。提取設計問題中的技術屬性，歸類通用工程參數，利用系統工具中的矛盾矩陣，可得到創新原理為15動態特性原理、28機械系統代替原理、29氣壓和液壓結構原理，37熱膨脹原理。把這四種方法帶入具體設計問題中進行分析驗證，能解決技術矛盾1中床長度調節的創新原理為15動態特性原理。

具體解決方案：兒童床采取動態特性原理中分割物體的具體方法。設計方案中將兒童床主體分為兩個可以移動的部分，床體可嵌套在一起，當處于嬰兒床形態時兩個床體部分嵌套在一起，剛好符合嬰兒需求，當嬰兒不斷成長，對床體長度需求不斷增加時，可以將其中一個部分拉伸出來，以滿足兒童的成長需求。圖3為解決矛盾1流程圖。

4.2.2 矛盾2

具體解決方案：采用動態特性原理中的分割物體。首先對床板進行橫向分割處理，然后為了增加床板延長后的穩定性，每一個床板條與相鄰的床板條都有疊加的部分。解決矛盾2 的流程圖和矛盾1 的一樣，在此就不再展示。

4.2.3 矛盾3

設計案例中的兒童床不僅具有可成長性，而且在到達使用期限時，還可在原有的基礎上添加附件，改變使用功能，以達到延長使用壽命的目的。筆者分析了案例中兒童床的設計特點，床體本身由兩個單體組成，把床體的兩部分分離，再添加坐墊和靠背，就能形成兩個單人沙發，也可以拼接到一塊成為雙人沙發。但是一旦床板分離成兩個沙發座板，就產生了座板無法承受壓力的矛盾及技術矛盾3。經過分析，利矛盾矩陣可得到創新原理為19周期性作用原理、1分割原理、35改變物理或化學參數原理。

具體的解決方案：采用發明創新原理的1 分割原理。為了能夠增加床板以及座板所承受住的力，在床板上添加可拆卸移動的橫條以增加床板和座板的強度，可移動橫條的兩端采用可伸縮設計，內部有彈簧施加壓力并頂住兩端?？刹鹦兜臋M條采用不銹鋼材質，以提高整個橫條強度。改進后的方案如圖4所示。

4.3 方案評估

TRIZ理論對初步方案中存在的問題進行了解決，兒童床床體可拉伸延長的設計滿足了0～12歲兒童在成長過程中的需求，延長了兒童床的使用周期。通過對床體不同的擺放以及添加坐墊，增加了多種使用功能，滿足了在產品到達使用壽命后的再利用目的，實現了兒童床與兒童的共同成長。分析后最終設計方案能夠解決現有兒童床設計的問題，達到了預期的設計目標。筆者對最終的設計方案采用Rhinoceros 5進行建模以及keyshot 進行了渲染（如圖5）。

5 結語

文章針對現有兒童床存在的問題，運用TRIZ 理論進行研究，提出基于TRIZ 理論的多功能兒童床設計流程，即運用TRIZ 工具推算出解決問題的設計方案。TRIZ理論縮短了解決問題的時間，且能高效地完成了多功能兒童床設計方案，滿足了兒童在0～12歲階段的使用需求且減少了家庭不必要的開支。設計成果符合產品可持續發展原則，同時驗證了TRIZ理論在兒童家具設計的可行性和創新性。