基于TRIZ理论的CRH动车组手推餐车改良设计

徐江华 张潇月 叶滢 龙晨鹏 谢谦

摘 要：本文以优化CRH动车组手推餐车的使用功能和整体造型为设计目的，在设计构思的过程中，建立TRIZ理论在产品创新设计中的方法模型，并基于该模型进行产品分析与市场调研，提出使用方式与造型设计中存在的问题，总结出问题对应的通用参数。利用TRIZ理论40个发明原理中的合并原理、等势原理及曲面化原理来解决矛盾，从而明确手推餐车改良设计的目标，为进一步主要问题和技术冲突的转化与创新原理和矛盾矩阵的求解提供前提条件，并通过语义差异法验证设计结果的可靠性。

关键词：TRIZ理论;CRH动车组;手推餐车;改良设计;语义差异法

CRH（China Railway High-speed），是中国自主设计研发并拥有全面知识产权的铁路高速列车品牌，中国高铁发展至今已成为一种国际化趋势。而在高铁餐车服务系统的设计方面，两端远离餐车车厢的旅客主要依靠手推餐车供应食物，而随着人们物质生活、消费需求与审美要求的不断提高，现有的纯功能型手推餐车已难以适应高铁服务的快速发展。本文通过运用TRIZ创新设计理论，对手推餐车进行改良设计。

1 TRIZ理論的产品改良设计方法模型

运用TRIZ理论[1]解决一个问题的难易程度取决于对问题的描述或程式化的方法，而发明问题求解的过程是对问题的不断描述和程式化的过程，只有清楚初始问题的根本冲突，才能求出最优解。[2]产品改良是指解决或消除设计中的冲突，从而产生新的有竞争力的解。TRIZ理论将技术系统的演化规律作为产品进化的模式，并应用相应的工具消除设计中的矛盾，促使产品改良设计过程规律化、系统化与模式化，将设计问题表达成TRIZ问题。[3]针对CRH动车组手推餐车的改良设计的方法模型如图1所示。

2 CRH动车组手推餐车改良设计实例

2.1 产品分析

旅客感知的CRH动车组服务质量包括3个维度，即硬质量（硬件质量）、软质量（乘务员服务质量）和列车内所售商品质量。[4]手推餐车包括车轮、箱体、车把、刹车系统等主要结构，箱体为四层置物结构，且后方设有小型置物柜;材料多应用铝合金、铸铁、橡胶等材质;色彩上以CRH标准色——深蓝色作为箱体的色彩基调。

2.2 问题描述与分析

CRH动车组手推餐车主要存在功能与造型两方面的问题。手推餐车功能性问题体现在行走、取餐、保温、销售、舒适度等方面，如春运高峰期不便通过狭窄的车厢过道、箱体内侧物品易堆积滞销、餐食保温性差等;手推餐车造型设计问题体现在缺乏美观性、语义性与个性等。其最终理想解分析是指手推餐车系统在最低程度改变的情况下，实现最优的服务功能，以达到手推餐车系统最理想化的运行使用状态。

2.3 运用TRIZ工具解决问题

技术矛盾是指系统中一个参数的改变会引起另一个参数的恶化。利用TRIZ的“如果……那么……但是……”规范描述CRH动车组手推餐车的技术矛盾：第一，如果想要避免影响通行顺畅的障碍与因素，那么就要协调与优化设计手推餐车的尺寸与造型，但是这样会消耗手推餐车本身更多的机械能;第二，如果想要高效服务并达到销售食物的最终目的，那么需要持续提高商品在单位时间内的销售输出总量，但是这样会过度增加乘务员的工作频率。将上述两个一般问题转换为39个通用工程参数，对照矛盾矩阵表，如表1所示：

通过表1中出现的发明原理得到矛盾的可能解，采用发明原理5、12、14，即合并原理、等势原理、曲面化原理，对CRH动车组手推餐车进一步进行造型、结构与使用分析，厘清其设计思路与构想。

2.4 设计方案

CRH动车组手推餐车设计方案，主要是以TRIZ理论为依据，对现有手推餐车进行以下6个方面的优化与改进，改良设计方案如图2所示：

（1）利用TRIZ理论的第5条发明原理（合并原理）。将手推餐车保温箱、置物箱两种功能具有相似性的部件合并，箱体内壁设保温层，以实现节假日乘客高峰出行期间CRH动车组对新鲜食物的即时供应。

（2）利用TRIZ理论的第12条发明原理（等势原理）。将手推餐车定位为三层结构，在一定程度上减轻餐车总重量，造型更为简洁、美观、大方，也更便于乘务员使用更舒适的手握姿势。

（3）利用TRIZ理论的第14条发明原理（曲面化原理）。手推餐车在造型上采用与“和谐号”车头相似的大圆弧流线型设计，以白色为总基调，局部使用“高铁蓝”点缀装饰，更便于在车厢过道或车厢连接处的人群中穿梭，圆润的造型设计更是能够减少与乘客身体磕碰的安全隐患。

（4）优化材料、加工等设计变量。在材质设计方面，手推餐车主框架造型采用ABS工程塑料和合金材质，具有更好的抗冲性、刚性、耐热、耐腐蚀性能，易于加工成型;保温箱外壳、内胆均使用PE材质，保温层为EPS材质，打造一种温暖、舒适的使用体验。

（5）优化产品维数等设计变量。CRH动车组手推餐车最佳功能尺寸是人体尺寸百分位数、功能修正量、心理修正量三者的总和。[5]根据行业要求，高铁女乘务员的身高标准为163～173cm。为了给餐服员提供较舒适的推行空间，餐车宽度设计约为40cm，长度约为110cm，车轮直径约为10cm。根据女性乘务员身高与作业面高度的关系，手推餐车工作台面高度应为94～102cm。

（6）安全性设计。手推餐车前后共4个万向轮驱动，在后两轮处设置制动器刹车装置;车身侧底面采用“腰鼓形”设计，在保护车轮的同时，通过倒角的形式内凹，避免设备设施可能给乘客、乘务员的人身安全、健康和环境、产品本身、其他装置带来危害而造成财产损失。

3 结果验证

在产品设计中，用户的心理是重要的研究因素。因此，用户满意度也是评价和改进CRH动车组手推餐车设计方案的重要依据。[6]首先，由乘客、餐服员、乘务员、研究生、资深设计师等27位受测者，通过头脑风暴法收集并利用网络、书籍、文献等途径，补充174个感性词汇，之后研究小组依据词汇含义确定形态与色彩两方面共8组代表性感性词汇，用-3～3分表示相反词汇的不同变化程度，以验证设计结果的可靠性。CRH动车组手推餐车设计的语义差异调查结果如表2所示：

表2所示结果表明，运用TRIZ理论的CRH动车组手推餐车设计方案在形态与色彩等方面具有一定的合理性，进一步验证了TRIZ理论对CRH动车组手推餐车设计的有效性。

4 结语

CRH动车组手推餐车的设计创新是为乘客有序、安全、高效地提供送餐服务的必要保证。本文分析CRH动车组现有手推餐车在功能与造型方面存在的问题，以TRIZ理论为依据进行改良设计，并以手推餐车的创新性、美观性、操作性、舒适性为指标，评价设计方案。TRIZ理论的应用拓宽了产品创新设计的思维模式，也为相关产品的设计研发提供了一定参考。

参考文献：

[1] G.S . Altschuller，Creativity as an Exact Science Gordon& Breach， NewYork，1988.

[2] 葛慧莉. TRIZ理论在科技创新中的应用[J].科技创新导报，2010（02）：167-169.

[3] 付敏，李锐，范德林.基于TRIZ的产品设计集成创新方法研究综述[J].中国工程机械学报，2013，11（02）：170-174+178.

[4] 温碧燕，秦倩倩，周思念.铁路旅客感知的列车服务质量实证研究[J].铁道学报，2012，34（09）：7-14.

[5] 王爱红，刘颖悟，杨文.人机工程学[M].兵器工业出版社，2015.

[6] Anay M . Bridging the gap：designer's“user concept”as a transformative tool between user knowledge and design[J]. Anadolu University Journal of Science and Technology，2011，12（2）：111-118.

作者简介：徐江华（1977—），男，湖北荆州人，博士，副教授，研究方向：载运工具设计。

张潇月（1998—），女，山东济南人，本科在读。