基于TRIZ理论的行李箱创新设计

杨 勤，李炜烙，周 艾，刘大帅，王卫星

基于TRIZ理论的行李箱创新设计

杨 勤1，李炜烙1，周 艾1，刘大帅2，王卫星1

(1. 贵州大学机械工程学院，贵州 贵阳 550025； 2. 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025)

结合网络和实地用户调研、用户行为模拟、功能系统分析等方法，分析用户在行李箱使用过程中存在的问题；运用TRIZ创新发明理论分析出现的问题并转换为TRIZ标准问题，采用对应的发明措施原理并结合行李箱的实际使用情况，对行李箱进行设计研究，并通过Jack仿真验证了设计的合理性。解决了行李箱的现有使用问题，获得了行李箱创新设计解决方案。通过对用户行为习惯进行模拟分析、功能分析、结合TRIZ发明原理优化了行李箱设计流程，优化了用户的使用方式，改善了用户体验。

行李箱；TRIZ；用户行为；功能分析；创新设计

目前全国有箱包企业大约2万余家，生产总量约占全球箱包的三分之一，市场份额大。但在箱包的品牌、设计方面和其他发达国家存在一定的差距，国内大多数箱包企业的生产设施较简单，缺少研发设计人才，导致生产模式单一，行李箱的形式和功能趋于同质化，缺乏品牌影响力和设计特色，竞争力差。在行李箱进行设计和生产时，多单一考虑收纳物品的基本需求，而忽略用户的习惯、感受、行为、体验，也忽视在使用过程中，会出现的安全问题、使用不便、体验较差等情况。因此对行李箱产品进行创新设计研究有很大价值和意义[1]。

1 行李箱设计现状

目前对行李箱的设计除了注重产品的质量外，也加大了对产品的细节和个性化设计，包括功能、材质、结构、情感、审美等。国外出现了不同理念的行李箱设计：创新性的仿生学外观、人体工程学技术、细节的创新、高科技与新材料的运用、时尚流行元素、多功能性等。即使有着不同的定位，但最终目的都是在积极探索如何为用户带来更好的使用体验[2]。

TRIZ (theory of inventive problem solving)理论由根里奇·阿奇舒勒在分析研究了世界各国250万件专利的基础上提出的方法论，其应用于分析问题和解决问题的工具主要包括物质-场分析、ARIZ算法、冲突矩阵、效应知识库、理想解方法等模块[3]。高天禹等[4]将行李箱与滑板车相结合，设计出既可拉行又可滑行的行李箱，通过在行李箱背面设计滑动履带从而实现爬坡功能，以减少用户爬楼梯时人力的做功。樊祯贤[5]利用TRIZ理论的40个发明原理对应改进措施作为方法论，对普通箱包进行改进设计，证明了创新发明理论用于箱包设计的可行性和科学性。陈影[1]通过对行李箱市场现状、用户行为方式等研究，挖掘出用户在使用产品时的不便，创新设计新型产品优化用户使用体验，提高了产品的使用价值和商业价值。郭鹏程等[6]通过实地调研、问卷调查等方法获悉人群生存状态及其行李箱使用状况，研究了一款针对“北漂”等一线城市住宅空间狭小的租房人群使用的多功能行李箱。章天奇等[7]设计了一款能上楼梯的可变容、可折叠的机电一体化行李箱。黄志东等[8]将滑板车机构与行李箱功能相结合，设计了一款新型便携式多功能滑板车行李箱。

在上述研究中，解决了产品部分使用问题，但对于用户对行李箱产品的使用行为方式及体验上未有大的进展，本文运用多方法分析解决用户在使用行李箱过程中存在的不便和问题。

2 用户需求

2.1 行李箱市场调研分析

本次行李箱创新设计的目标人群，定位年龄在18~39岁之间的青年群体。这一阶段的青年人在求学、旅行、出差等出行方面频率较高，对该产品的使用率较大。

为避免获得的用户需求过于主观、需求搜集程度低，本文采用网络调查和实地调研、用户访谈、功能系统分析、用户行为分析等方法，多角度对用户需求进行调研分析，以保证调查数据和结果的客观性。了解市场上行李箱的形状、功能、结构、材料、携带方式、取放方式，及用户对行李箱的不同需求和使用体验[9]。

根据前期调研资料，寻找并分析用户显性及隐形需求，图1为行李箱的功能系统分析，找到行李箱产品的设计切入点，针对现有用户使用和体验中存在的问题做“功能再设计”。其中携带方式、取放方式、附加功能等均存在可改进的部分，可结合后续调研综合分析，进行创新设计[10]。

2.2 行李箱用户行为调研分析

对用户行为分析的目的，是为了研究不同用户在进行某个相同行为时，体现出的规律性及差异性；然后将这种规律运用到实际场景的活动中，对其进行测试并得到准确的结果；最后指导设计活动，使产品更具可信度。打破固有思维和设计模式，设计出满足人们出行需求和个人风格的行李箱产品，解决和规避用户在出行过程中可能遇到的问题，优化用户的出行体验[1-2]。

根据用户日常使用行李箱的习惯、方式、场所，构建了用户产品使用模拟流程。如图2所示，通过对整个流程各个环节进行用户行为方式的分析，挖掘用户在使用该产品时存在的问题。

2.3 行李箱使用行为调研分析

为了解用户对携带物品的分类及使用情况，对30名用户进行随机抽样的问卷调查(表1)。尽管用户出行目的各不相同，但携带的物品大致可分为：①衣帽类；②笔记本电脑、平板、相机等中型产品；③手机、充电器、充电宝等小型电子产品；④资料、文件、钱包等贵重物品；⑤生活用品(牙刷、毛巾、剃须刀等个人产品)；⑥食物等[1-2]。

通过表1可知：①出行途中，对用户来说重要的物品，一般都会放在单独箱包中。若行李箱自身具有区域、分类功能，会选择性地将在途中不需要使用的物品放在行李箱内，另尽量避免在公共场所打开行李箱翻找东西的尴尬。②用户对手机、移动电源等物品的使用频率最高，使用时间最长，因此多放置可随意拿取的位置；平板、笔记本电脑等较少拿取使用；对资料、书籍等使用可能性通常视具体情况(个人工作、生活安排)而定。

图1 行李箱功能系统分析

3 基于TRIZ理论的创新设计

3.1 行李箱使用问题描述

根据行李箱功能系统分析和用户行为模拟分析得出的使用问题，再由2组设计师专家对上述问题进行筛选整理和评估，得到用户的3类需求：

(1) 优化行李箱内部功能。分类收纳同时方便中途拿取、内部干湿分离、电子数码产品收纳。

(2) 优化行李箱携带方式。优化上下楼的方式、解决在凹凸路面拖行不便及电梯间隙类似问题、优化携带方式(能否更省力)。

(3) 优化行李箱附加功能。外部防刮擦及防水、防倒防滑走、整箱防盗、外观设计新颖。

表2将分析整理后的使用问题转化为TRIZ标准问题的描述及对应的解决措施，最后获得解决问题的创新方案。

3.2 TRIZ原理解决方案

TRIZ原理方法为创新设计提供了方向，以下是根据发明原理得到的解决方案。

(1) 根据发明原理1 (分割原理)和发明原理15 (动态性原理)，利用活动隔板将行李箱内部空间分割为多个收纳空间，隔板可根据物品情况上下左右调节空间大小[11]。

(2) 根据发明原理3 (局部特性原理)，针对物品的特殊状态，可用软性塑胶袋进行收纳，再收进行李箱隔板空间中，双层隔离。

(3) 根据发明原理14 (曲面化原理)，通过增大滚轮表面的曲面，使其能够爬行台阶；同时改变滚轮轴心运动路径，使其对凹凸路面的通过性更强。

(4)根据发明原理35 (状态和参数变化原理)，分析人与行李箱运动状态的受力情况，通过适当改变作用力的方向，达到更加省力的目的。

(5) 根据发明原理9 (预先反作用原理)，使用抗冲击性能强、韧性高的材料，轻巧且防水防刮；并对行李箱容易刮损的四角用金属材料加厚防护。

(6) 根据发明原理10 (预先作用)，对防滑走进行预判，预先设计滚轮刹车装置。

根据发明原理10 (嵌套原理)。设计笔记本等电子产品的专属收纳位置，并且嵌套到行李箱中。

4 行李箱创新设计方案

4.1 行李箱创新设计

综合上述6个解决方案，对行李箱进行创新性设计。如图3所示，该行李箱由中间一分为二，分别用间隔软布进行包覆，以形成相对密闭空间；活动隔板对内部空间进行分区，隔板可上下左右滑动，并根据物品的空间占有率进行调节，解决不能分类收纳物品的问题；如需使用整个行李箱空间，可以将隔板取出；将衣物裹成卷状或折叠叠放在各个小空间，对内衣、外套等不同类衣物分门别类放置，在旅游行程中，避免翻乱其他物品，且便于用户进行物品的取放；在内部设计了电脑、平板等电子产品的专属收纳位置，以防在行程中造成损坏；运用模块化的方法解决行李箱内部干湿分离的问题，先将湿的物品装入塑胶袋，再放置在最下层的空间，进行双层隔离，保证其他物品不会被浸湿。

图2 行李箱用户行为流程图

表1 行李箱使用行为分析

表2 标准问题及创新方案

图3 行李箱内部结构图

创新型行李箱的使用方式，用户可将拖行动作转变为斜推式，通过图4对2种不同的使用方式进行受力分析比较，在物体重力和摩擦力值一定时，推行使用方式更加省力(推<拉)，且操作性强。推行方式是用户日常使用行李箱的无意识行为，不仅省力，也更加符合用户习惯。

图4 行李箱不同使用状态的受力分析

同时创新的大滚轮设计能够适应更多不同的路况，对各种间隙、凹凸路面的通过性更强。图5为大小不同的滚轮在同一个凹凸路面的运动轨迹，设计前后行李箱移动的重心路径对比。显然，改进后的大滚轮设计，物体重心在凹凸路面的移动路径更加平稳和流畅，且噪音更小。

图5 不同半径的滚轮移动路径对比

图6为滚轮的创新设计，在上台阶时，用户不再靠克服行李箱重力做功(拉<)，通过拖行的方式更加省力、省时，具有较强的台阶爬行能力；侧推式结合大滚轮的设计，可在用户赶时间时急速前行；新颖的大滚轮设计时尚感倍增、运动感十足，符合新时代人们的审美情趣和生活方式[12]。

图6 爬台阶示意图

设计的产品配以黑白经典色。如图7~8所示，对行李箱易被摩擦的四角部位应用预处理原则进行加厚防护；对行李箱小滚轮处，预先设计了刹车卡扣，防滑走；在推杆侧设计了USB接口，可供用户对移动设备充电。

4.2 行李箱材料及人机分析

(1) 材料分析。箱体采用ABS塑料，具有耐冲击、外观时尚、防水性好等特点；滚轮使用合成塑料，外层包裹橡胶圈，增加轮子的缓冲和减震，同时减小噪音；里料采用尼龙、聚酯纤维等；拉杆采用钢铝合金等材料，轻便耐用。

(2) 人机分析。将把手做局部处理，内侧做微凹曲面贴合手指，如图9所示。

图7 行李箱效果图

图8 行李箱细节图

图9 把手细节图

(3) Jack仿真分析。在Jack中构建人拖行李箱和推行李箱的动作仿真模型进行分析，选择中国成年男性为对象，人体所在百分位数为95%，身高177.5 cm，体重75 kg。如图10所示，对2个动作进行劳动姿势与负荷分析系统(ovako working posture analysis system，OWAS)，施加给手部同等大小的力，推行的方式在正常舒适范围，而拖行的动作存在较大的受伤风险；图11受力分析，在拖行姿势中，手腕的灵活性降低，能做到的百分数低至75%。如图12所示，对2个工作姿势做舒适性分析，推行姿势的右上臂屈曲度、右肘、左肘的舒适性明显改善。

使用同一个行李箱对2种不同的姿势进行真人实验对照，随着行李箱质量的增加，拖行的姿势对手臂肌肉造成的压力越大，手臂肌肉酸痛感更强；而推行姿势的手臂肌肉始终处于较为放松的状态。因此，推行姿势更加符合人体工程学。

4.3 设计评价

获得行李箱创新设计方案后，教师专家组对行李箱整体设计进行设计评价：

(1) 行李箱内部功能。内部对旅行箱空间进行分割，缓解了物品分类收纳的问题；且设计了笔记本平板的专属收纳位置，具有一定的实用性。

(2) 行李箱附加功能。行李箱的防滑走、防冲击、防水等已在实际生活中得到体现，进一步验证TRIZ理论对问题的解决方法具有很强的实践性和适应性。

(3) 行李箱携带方式。颠覆现有行李箱的拖行方式，采用独特的斜杆推行式，运用力学计算、JACK仿真和真人实验对2种行李箱使用姿势进行对比，验证了设计的合理性，具有较强的可行性、实用性及创新性。

5 总 结

本文通过对用户使用行李箱的使用行为和方式进行调研分析，模拟行程中可能发生的行为，并对行李箱进行功能系统分析，寻找设计切入点，综合多种调研分析的结果，找到用户在使用行李箱过程中的不便；其次将使用中存在的具体问题转化为TRIZ标准问题，对应发明创新原理，同时结合行李箱的实际使用情况、方式和习惯，获得创新设计解决方案，利用Jack仿真验证了设计的合理性和可行性。在很大程度上解决现有行李箱的使用问题，优化了用户的使用方式，提升了用户体验。本文对TRIZ创新发明原理的运用，拓宽了设计师对箱包设计的思路，为箱包类设计提供了新的问题解决方法，为行李箱的再设计提供功能系统分析支撑，对相关设计工作具有一定的参考意义。

[1] 陈影. 基于用户行为分析的行李箱设计研究工业大学[D]. 北京: 北方工业大学, 2019. CHEN Y. Research on luggage design based on user behavior analysis[D]. Beijing: North University of Technology, 2019 (in Chinese).

[2] 焦阳. 具身认知在产品设计中的应用研究[D]. 镇江: 江苏大学, 2016. JIAO Y. Application of embodied cognition in product design[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2016 (in Chinese).

[3] 赵新军. 技术创新理论(TRIZ)及应用[M]. 北京: 化学工业出版社，2004: 1-100. ZHAO X J. Theory of technological innovation (TRIZ) and its application[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2004: 1-100 (in Chinese).

[4] 高天禹, 景傲磊, 胡沛锴, 等. 多功能式行李箱的设计[J]. 价值工程, 2018, 37(27): 127-129. GAO T Y, JING A L, HU P K, et al. Design of multifunctional luggage compartment[J]. Value Engineering, 2018, 37(27): 127-129 (in Chinese).

[5] 樊祯贤. 基于TRIZ原理的多功能箱包设计[J]. 机电产品开发与创新, 2019, 32(2): 42-44. FAN Z X. Multifunctional luggage design based on TRIZ principle[J]. Electromechanical Product Development and Innovation, 2019, 32(2): 42-44 (in Chinese).

[6] 郭鹏程, 王远, 杨帆. 针对“北漂”类租客的多功能行李箱的设计研究[J]. 工业设计, 2019(10): 45-46. GUO P C, WANG Y, YANG F. Research on the design of multi-functional luggage for “Beipiao” tenants[J]. Industrial Design, 2019(10): 45-46 (in Chinese).

[7] 章天奇, 宋丽花, 谢大鹏, 等. 会上楼梯的可变容可折叠的行李箱[J]. 机械工程师, 2016(4): 105-107. ZHANG T Q, SONG L H, XIE D P, et al. Variable volume foldable trunk for stair climbing[J]. Mechanical Engineer, 2016(4): 105-107 (in Chinese).

[8] 黄志东, 杜运普, 刘硕, 等. 一种新型便携式多功能滑板车的设计与实验[J]. 机械设计与研究, 2015, 31(1): 139-141, 145.HUANG Z D, DU Y P, LIU S, et al. Design and experiment of a new type of portable multifunctional scooter[J]. Mechanical Design and Research, 2015, 31(1): 139-141, 145 (in Chinese).

[9] 黄晶, 刘芮畅. 基于对应分析及拓展的行李箱设计特性评价[J]. 包装工程, 2019, 40(17): 138-143. HUANG J, LIU R C. Evaluation of trunk design characteristics based on correspondence analysis and expansion[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(17): 138-143 (in Chinese).

[10] 聂大安, 李彦, 麻广林, 等. 基于用户需求分类的同步多产品设计方法[J]. 计算机集成制造系统, 2010, 16(6): 1131-1137. NIE D A, LI Y, MA G L, et al. Synchronous multi product design method based on user demand classification[J]. Computer Integrated Manufacturing System, 2010, 16(6): 1131-1137 (in Chinese).

[11] 杨培, 曹国忠, 周坤, 等. 基于TRIZ理论的快递电动车创新设计[J]. 包装工程, 2019, 40(14): 135-143. YANG P, CAO G Z, ZHOU K, et al. Innovative design of express electric vehicle based on TRIZ theory[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(14): 135-143 (in Chinese).

[12] 符晗. 斜坡用拉杆箱支撑结构设计[C]//工业设计研究(第六辑). 桂林: 工业设计产业研究中心, 2018: 59-62. FU H. Support structure design of trolley case for slope[C]//Industrial Design Research (Volume 6). Guilin: Industrial Design Industry Research Center, 2018: 59-62 (in Chinese).

Innovative design of luggage case based on TRIZ theory

YANG Qin1, LI Wei-lao1, ZHOU Ai1, LIU Da-shuai2, WANG Wei-xing1

(1. School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China; 2. Key Laboratory of Modern Manufacturing, Ministry of Education, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)

Combined with the methods of network and on-the-spot user investigation, user behavior simulation analysis, and functional system analysis, this paper analyzed the problems in the usage of luggage case, utilized TRIZ innovation and invention theory to convert the problems into TRIZ standard problems. The design research was conducted by adopting the corresponding principles of invention measures, combined with the actual usage of luggage case, and the rationality of the design was verified by the Jack simulation. As a result, the existing problems of luggage case were resolved, and the innovative design solution of luggage case was obtained. Through the simulation analysis and function analysis of user behavior habits, combined with TRIZ invention principles, the luggage case design process and users’ usage model were optimized, thus improving users’ experience.

luggage case; TRIZ; user behavior; functional analysis; innovative design

TB 47

10.11996/JG.j.2095-302X.2021010158

A

2095-302X(2021)01-0158-07

2020-06-23；

23 June，2020；

2020-08-14

14 August，2020

贵州省科技厅基础研究计划项目(黔科合LH字[2017]7232])；贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY字[2018]112、YJSCXJH [2018]088)

：The Basic Research Project of Guizhou Provincial Science and Technology Department (Qiankehe LH [2017] 7232]); The Youth Science and Technology Talent Growth Project of Guizhou Provincial Education Department (Qianjiaohe KY [2018] 112, YJSCXJH [2018] 088)

杨 勤(1962-)，男，黑龙江哈尔滨人，教授，硕士，硕士生导师。主要研究方向为工业设计理论及方法、产品创新设计。 E-mail：qyang@gzu.edu.cn

YANG Qin (1962–), male, professor, master. His main research interests cover industrial design theory and method, product innovation design. E-mail：qyang@gzu.edu.cn