基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設計研究
——以軟木多功能凳為例

賈玉玉，張 勝，楊 濱，韓 潔 Jia Yuyu &Zhang Sheng &Yang Bin &Han Jie

(中南林業科技大學材料科學與工程學院，湖南長沙 410004）

隨著我國生育政策的調整，兒童家具市場迎來了新機遇[1]。作為家具類別中的一個分支[2]，我國兒童家具起步晚，存在款式、功能單一，安全性、環保性不足，使用周期短[3]，趣味性低等問題，為此很多學者都提出了自己的改善建議。許修桐等人指出在兒童家具造型設計上要采用圓滑的曲線解決安全問題[4]。王晨露指出選擇合適的環保性材料進行兒童家具設計[5]。于東玖運用可持續設計理念對兒童床進行了優化，很好地延長了兒童床的使用周期，更好地滿足了兒童的需求[3]。賀煒指出在進行兒童家具設計時，可以將兒童家具趣味性作為設計目標,有利于培養兒童良好的行為習慣和良好的品質[6]。以上學者從不同的角度對兒童家具設計進行了分析，但沒有形成一套兒童家具的集成設計方法。本文以軟木兒童凳為例，運用質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）和發明問題解決理論（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）[7]集成設計了一套可根據兒童喜好進行組裝的軟木凳，并通過具體的實施對設計進行了驗證。

1 QFD和TRIZ概述

QFD又稱質量屋，是20世紀60年代由日本學者赤尾洋二提出的多層次演繹分析方法[8]。QFD的優勢是通過了解用戶需求，建立用戶需求和設計要素之間的映射關系，在源頭上明確產品應具有的特性和質量[9]，增強用戶對于產品的滿意度，縮短設計周期，提高產品開發速度。TRIZ創新設計理論始于1946年，意為“發明問題解決理論”[7]，由40條創造性的發明原理和39個標準化參數組成，通過矛盾矩陣的方式將工程原理和發明原理對應起來，解決概念設計時產生的一系列問題。很多學者也將這兩種理論結合起來使用。易欣等人針對兒童搖椅提出基于QFD和TRIZ集成設計方法，構建了適用于兒童搖椅的模型，并運用該模型進行了兒童搖椅的創新設計[9]。陳旭等人從人機工學的角度，構建了QFD和TRIZ的集成設計方法，從老年人的生理、心理以及交互的角度為適老化產品的設計提供了明確的方向[10]。以上學者將這兩種理論運用在適用于不同人群的產品設計上都取得了較好的效果，所以利用QFD和TRIZ集成設計可以解決不同用戶需求的產品設計問題。

2 構建基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設計

本研究分四個階段進行。第一階段：調研兒童家具中存在的問題并對其進行分析。第二階段：將收集的用戶需求轉化為特定的設計要素，應用QFD理論構建質量分析屋，分析用戶需求找出每個設計要素中存在的矛盾沖突。第三階段：通過TRIZ理論對存在的矛盾沖突進行描述，根據TRIZ理論中的決策方法，尋找合適的設計方法，對兒童家具進行設計并輸出設計方案。第四階段：對設計方案的可行性進行檢驗和分析，通過分析改進設計方案中存在的問題。基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設計流程如圖1所示。

圖1 基于QFD和TRIZ的兒童家具集成設計流程

2.1 兒童家具的調研分析

2.2.1 兒童家具的材質分析

根據文獻報道，安全環保的天然材料作為兒童家具的主材更受家長的喜愛[11]。軟木又稱栓皮，是一種特殊的樹皮，是一種安全、環保、零碳排放的天然可再生材料[12]。孫彥彥等提出軟木獨特的柔軟性對于兒童的身心健康是有利的[13]。Sofia等認為軟木具有很好的彈性和耐摩擦性，可以很好地運用在室內家具中[14]。Ana等人對軟木進行了可持續性分析，認為軟木是可持續產品設計的優秀材料[15]。所以無論是從材質的安全性，還是從環保角度來說，軟木都是很好的選擇。

2.1.2 兒童家具的結構分析

由于兒童的年齡小、好奇心強、安全意識較弱，所以結構的安全性與便捷性是兒童家具設計的重要指標。現有家具結構大致分為可拆卸和固定式兩種，可拆卸的結構又分為榫接式、嵌入式、卡扣式、插接式等[16]。插接結構穩定性較好、架構簡單，插接結構的家具便于組裝、拆卸方便[17]。謝曉亮運用插接結構進行嬰童用品設計，驗證了該結構穩定性強、適用性強[18]。所以在進行兒童家具設計時，選擇插接式作為主要的連接結構可以達到快速拆裝和安全穩定的目的。

2.1.3 兒童家具的功能分析

市場上兒童家具的種類有很多，但是功能單一，使用周期短，不能滿足兒童的成長需求，家長也對兒童家具的單一功能不滿意，希望在基本功能之外有更多其它的功能。產品的多功能設計主要是指基于初始功能的再設計，是對其他功能的增加[19]。通過對兒童家具進行多功能設計可以滿足不同時期的兒童成長需求，延長兒童家具使用期限，緩解兒童家具用后即棄的問題[20]。

2.2 運用QFD理論構建兒童家具設計的需求質量屋

通過對市場上兒童家具產品現狀和市場需求分析，發現兒童家具主要存在的問題是安全性不足、實用性低、使用周期短、缺乏趣味性、結構不夠安全、材質不過關、回收性能差[3]。其中需求主要分為：功能需求、經濟需求和心理需求三個方面，功能需求包括舒適易用、綠色環保、便于移動、多功能轉化；經濟需求包括價格合理、使用時間長；心理需求包括造型精美、高趣味性、安全可靠。將收集到的各項需求轉化為結構、材質、造型、復雜性、多用性、穩定性、易操作性共七項設計要素，構建兒童家具設計的需求質量屋（表1）。

表1 兒童家具設計的需求質量屋

2.3 運用TRIZ理論解決兒童家具設計中的矛盾

從上文所建立的兒童家具設計質量屋中可以看出，用戶的綜合需求中舒適易用、綠色環保、多功能轉化和使用長久占比最大；設計要素自相關矩陣推導出有三對矛盾，即兒童家具設計中存在結構的穩定性與產品的復雜性、物質和事物的數量（功能）與產品的復雜性、產品多用性與可操作性(功能）之間的矛盾。

運用TRIZ理論中所提供的39個工程參數將矛盾描述為：希望提高的參數為No.13結構的穩定性，即家具產品在使用的過程中安全可靠性；No.26物質或事物的數量，即產品在使用過程中零部件被替換的可能性；No.35適應性及多用性，即家具在進行功能轉換時是可以達到用戶要求，工程參數對矛盾的轉化描述如表2所示。

表2 工程參數對矛盾的轉化描述

矛盾1的分析：根據TRIZ理論所屬的39條標準工程技術參數，矛盾1可通過優化參數（No.35適應性及多用性）和惡化參數（No.32可操作性）進行描述。

因為要提高兒童家具的多用性，即延長使用周期，所以當家具的功能增加，用戶在進行功能間的轉換時，就會在組裝產品時產生一定的困難。根據矛盾矩陣表可知涉及的發明原理有No.1，No.13，No.31。經分析后認為可以解決該矛盾的發明原理為No.1分割原理。

具體解決方案：在初步方案的基礎上，增加可以由兒童DIY的部分，可根據兒童的喜好對凳子上的裝飾物進行修改，有效培養兒童的動手能力，同時也增加了趣味性，矛盾1解決流程如圖2所示。

圖2 矛盾1的解決流程

矛盾2的分析：根據TRIZ理論所屬的39條標準工程技術參數，矛盾2可通過優化參數（No.26物質或事物的數量）和惡化參數（No.36裝置的復雜性）進行描述。

由于兒童凳選用材質為軟木，當它由一種功能轉換為多功能后，伴隨著其損壞速度的增加，為了延長產品的使用周期，方便更換損壞的部件。就產生了組成兒童凳模塊的數量和兒童凳功能轉換時的復雜性之間的矛盾。根據矛盾矩陣表可知涉及的發明原理有No.3，No.13，No.27，No.10。經分析后認為可以解決該矛盾的發明原理為No.3局部質量原理。

具體解決方案：以模塊化作為產品的主要形式，零部件損壞后，可以隨意更換。甚至可以根據自身需求，將兒童凳組裝成收納箱。當把兒童凳設計成模塊化以后，不僅方便用戶對于損壞部件的替換，還可以根據自身需求去轉化家具的功能。矛盾2解決流程如圖3所示。

圖3 矛盾2的解決流程

矛盾3的分析：根據TRIZ理論所屬的39條標準工程技術參數，矛盾3可通過優化參數（No.13結構的穩定性）和惡化參數（No.36裝置的復雜性）進行描述[21]。

當兒童凳模塊化后，部件之間連接成為急需解決的問題，用戶在進行不同產品的組合時，面臨的問題具有較大差異，如轉換成凳子時需要考慮的結構問題和它作為收納箱時的結構問題是不同的，所以如何使其在不同的狀態下，零件均可使用。根據矩陣表可知涉及的發明原理有No.2，No.35，No.22，No.26。經分析后認為可以解決該矛盾的發明原理為No.2分離原理。

具體解決方案：產品連接件以獨立形式呈現。主要的連接形式采用插接結構，用戶可根據自身需求選擇連接件的數量。同時將原有的DIY部件的凸起增加到兩個，以作為輔助連接，增加產品的穩定性。根據不同的組合要求購買適量的連接件。將連接件分離出，不僅可以改善結構問題，還可以減少不必要的成本浪費，矛盾3的解決流程如圖4所示。

圖4 矛盾3的解決流程

2.4 方案生成與檢驗

2.4.1 方案的生成過程

根據上述解決途徑，對兒童凳進行設計。首先將兒童凳分為三個模塊，每個模塊都是獨立的，第一個部分為坐墊模塊。第二個部分為弧形模塊，主要是用來拼接和組合成不同功能的家具。第三個部分為DIY模塊，此模塊可由兒童通過想象發揮自由組裝。這款軟木兒童凳的設計效果圖如圖5所示。

圖5 軟木兒童凳的設計效果圖

兒童凳主要采用軟木搭配環保PP（聚丙烯）材料使用，用來緩解軟木無法作為支撐結構的缺陷。它有兩種不同的組合形式，功能一是將三個模塊進行簡單的組合，拼成簡單的兒童凳，兒童可以使用模塊三進行DIY組裝。功能二拼接成高低不同的圓柱型收納箱。通過以上兩種不同的功能轉換，可以有效延長家具的使用周期，做到一物久用（圖6）。

圖6 軟木兒童凳兩種功能效果示意圖

2.4.2 方案的檢驗與改進

當各模塊模型設計初稿完成后，請不同的目標用戶對所設計的初稿，在外觀、結構和造型方面進行了初步評估。評估結果表明，由于兒童身高有區別，對兒童凳的高度也需要進行調節，然而設計初稿模塊的大小相同，高度可調節性較低。根據TRIZ理論產生了No.4靜止物體的長度與No.36裝置的復雜性之間的矛盾，對應的解決辦法是No.1分割原理和No.26復制原理，即將初稿中作為調節高度的模塊（模塊二）設計成三種不同的尺寸，這樣就可以隨著兒童身高的變化調整凳子的高度。多種大小的模塊在無形中也增加了趣味性。目標用戶對修改后的方案給出了較為滿意的答復，最終產生了適合的設計方案（圖7）。

圖7 軟木兒童凳優化后效果圖

3 結語

本文將QFD和TRIZ理論集成設計運用在軟木兒童凳的設計中，通過對兒童家具設計中存在的問題進行分析，將用戶的需求描述為可解決的沖突，運用對應的集成設計方法，解決了用戶對于兒童家具多用性的需求，實現了兒童家具的功能性轉換，為兒童家具設計提供了新的思路。