基于QFD与TRIZ理论的老年电动汽车创新设计

郭皓月 侯幸刚

摘要：针对老年电动汽车出行和操控问题，将QFD的HOQ与TRIZ理论中的IFR理想解，矛盾矩阵等相结合。建立以TRIZ理论为基础的老年电动汽车产品。通过QFD对用户需求进行分析寻求符合老年人需求的设计要素，用TRIZ的矛盾矩阵发明原理对产品进行功能分析，老年电动汽车进行产品创新设计。对改进老年交通工具不足时出现的技术冲突，提出了具体的解决方案。运用QFD与TRIZ理论能科学指导老年电动汽车设计实践。

关键词：质量功能展开TRIZ理论老年电动汽车创新设计实践用户需求

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（ 2021） 08-0086-04

Abstract： Airning at the traveI and handling problems of eIderly electric vehicles，the HO0 0f OFD IS combined with the ideal solution of IFR and contradiction matrixn TRIZ theory Establish innovative products for elderIy electric vehicles based onTRIZ design theory Analyze user needs through OFD to fInd design elements thatmeet the needs of the elderly， use TRIZ contradiction matrix invention principle toanalyze the product function， and carry out product innovation design for eIderlyelectric vehiclesA specific solution was proposed tomprove the technical conflictsthat occurred when the elderly transportation was insufficient Using QFD and TRIZtheory can scientifically guide the design and practice of elderly electric vehicles

Keywords： OFD TRIZ Elderly electric car Innovative design practice userrequirement

引言

随着我国老龄化趋势的不断加剧以及现代技术的快速更新，有越来越多的老年群体表达了对老年电动汽车的需求，真正让老年人享受电动汽车带给他们的便利，由此，对于未来趋势下的老年电动汽车发展是比较关注的话题。目前针对老年人的智能交通工具设计涉及很少，而且适老化交通产品创新设计仍需不断改善。当前大多数电动汽车围绕年轻群体设计，主要注重设计的外观和驾驶感受，对老年人的具体需求考虑少之又少。因此，设计以老年用户为中心的电动汽车，成为亟待解决的问题。本论文先用QFD（质量工程配置）的核心HOQ确定老年人對电动汽车的需求，用问卷调研和KJ法探究改进老年电动汽车的设计要素。接着用TRIZ理论，对已确定要改进的设计要素进行产品技术系统，组件和功能的分析，深化要改进的电动汽车的设计要素，最后把改进的设计要素对照丁RlZ理论39个技术参数进行转换，对应40个发明原理构建矛盾矩阵，从而指导老年电动汽车的改进优化设计。目前各个行业都对其进行全面研究，并且广泛应用于高校，本研究创造性地将两者结合应用于老年电动汽车创新设计实践中，用QFD与TRIZ理论确定用户需求以及改进老年电动汽车设计。

一、QFD和TRIZ理论概述

QFD又称质量功能展开，主要运用顾客需求进行产品设计要素或整体的改进。是设计多层次构建矩阵参考方法。它主要根据市场要求和顾客需求为目标进行产品设计。运用质量功能展开对用户需求进行分析，接受市场最新变化，设计的产品既可以满足客户需求，效益又可观。QFD的主要作用是根据用户需求确定产品痛点，明确设计优先考虑要素及各个次要素与最终计算综合值的关系，并将其转换为设计的有利信息。通常采用矩阵形式构建质量屋（HOQ）。TRIZ的重要目的是研究产品设计和创新过程中技术难题的解决。是一种科学的原理与方法。运用TRIZ，可以给产品设计进行强有力的科学指导，设计真正符合用户需求的产品。TRIZ理论在痛点产品的改进设计中十分有效，能很好地解决设计环节中“怎么做”的问题。

二、运用QFD理论方法与用户需求的确定

QFD方法是20世纪后期先在日本和美国等企业发展起来的质量管理方法。它建立目前最先进的用户需求方法，通过这种方法可以多方位多角度列举影响用户需求最重要的产品设计要素。接着融合顾客需求和产品设计经验，对各设计要素和用户需求通过计算进行定值，得出有效的产品设计方案，以“满足用户的需求为目标”来改善我们的“设计活动”，进而达到符合用户需求的产品设计。在针对老年人设计一款老年电动汽车之后，将QFD核心质量屋引入对老年电动汽车的设计当中，对老年电动车设计要素全面分析，分析各设计要素在设计中所占的比重。

（一）QFDI具质量屋的构建，质量屋的组成部分见图l

（二）质量屋的结构QFD的主体结构是质量屋（HOQ），因与房屋外观相似，所以被称为质量屋。图中A是左墙，主要表述顾客需求及其相对的重要程度，可通过问卷调查法，用发放问卷的形式来敲定顾客需求，经整理，分析出对每个需求的相对重要程度。B称为天花板，是产品极其生产过程的技术要求。C称为房间，用来表示用户要求和各设计元素之间的关系，进行关系矩阵构造。D叫作屋顶，进行各技术要求的相关程度的确定和分析。E叫作右墙，通过顾客角度对企业进行顾客满意评价，从而确立产品质量计划目标。F称为地板，用以确定技术要求重要程度。正是“质量屋”工具把经过调研的顾客的需求转化为老年电动汽车的设计。

（三）进行左墙的构造先确定老年电动汽车用户需求以及相对重要程度，把老年用户需求通过问卷调研列了10条，老年人需要车子车底盘低，方便上下车，车内功能操作简便，车门轻便，易打开，电动汽车环保，无污染，车驾驶安全性好，充电桩，电动汽车续航时间长，车外观体积小，车子驾驶平稳性好，车内有语音呼叫服务系统。

建立顾客需求问卷调查表，从重要性，满意度入手，按1-5分打分，5分最高，1分最低。确定用户需求重要程度。如表l所示。

通过调查表得知老年人对车子底盘，操控系统的需求最多，其次是车门可以调整角度辅助老年人上下车。要设有呼叫系统，根据语音进行操作。

（四）接着进行屋顶和天花板的构造，先确定老年电动汽车质量要素，然后进行各质量要素与用户需求之间相关程度的考量。老年电动汽车质量要素有造型得体大方，色彩低调，车内操控简便，底盘低易于上下车，安全性高，驾驶安稳性好，车外观小巧，电动充电桩，超长续航，车门轻便容易打开，语音召唤服务。

（五）房间的构造，把老年汽车顾客需求与质量要素用关系矩阵表达。确定顾客需求与各质量要素之间的关系用3个符合来表示。高度相关赋予权值1.5，用符号◎表示，中度相关赋予权值1.2，用符号￡表示，弱相关赋予权值1.O，用符号※表示。

（六）右墙的构造，把现有老年电动汽车产品市场评价以及质量计划目标列出来。用b表示老年电动汽车满足需求情况的评价值，重要评价打分区间为1-9。具体如表2。

通过对满足老年人需求情况建立评价表，进行问卷调研，征集100名老年用户对问卷打分，收到有效问卷95份，得知老年人对车内操控系统的简洁化需求较高，如对以上设计要素进行改进设计，老年群体满意度最高，接着是车门角度调节，车安全性，车子底盘的位置要求也比较高。（七）建立质量屋关系矩阵。用c表示计划质量，用d表示水准提高率，d的水准提高率计算公式为：d=用e表示需求设计的重要程度。用f表示质量权值。计算f的公式为f=。最后把老年电动汽车的重要度和相对权重计算出来并排序构造地板。构建关于老年电动汽车的质量屋如图2。

从质量屋中可得出，老年汽车用户需求的设计要素值，通过计算设计要素比重可更好指导设计实践。运用这一理论，归纳此款老年电动汽车主要设计因素，在质量屋中，E安全性高是老年人首要需求，占比百分之11.7。第二需求是C车内操控简便，老年人对科技系统使用力不从心，因此操控系统简单化是老年人的重要诉求。第三是D车底盘低，市面很多SUV不符合老年人需求，电动踏板高度不符合腿脚不便的老人，需要低底盘车方便老人上下车。第四是车内语音系统，车内语音系统可实现自动呼叫电话等，第五名是造型得体，老年人不喜欢色彩艳丽和复杂装饰。第六是调节车门位置。还需在设计充电桩，车子超长续航角度考虑，进行老年电动汽车的设计。

三、基子TRIZ理论的设计要素问题分析

1.首先运用TRIZ理论对电动汽车改进方面进行分析，把握老年需求，进行改进设计。用IFR最终理想解开拓设计思维，分析接近理想度的老年电动汽车，挖掘更多问题。接着对汽车的组件技术进行分析，用TRIZ矛盾解决原理对老年电动汽车进行设计，解决电动汽车使用方式，功能，造型。TRIZ矛盾解决原理的设计流程如图3所示。

2.TRIZ理论是相关研究者分析250多万项专利，综合多学科知识提出一系列可遵循的设计原理和法则，想解决问题先列出问题，图4是老年代步车的问题描述框架。

3.设定电动汽车的IFR最终理想解，IFR是在理想化产品中寻求解决方案的过程。IFR使用原则是保持原系统的优点，消除原系统的不足，不使系统变得更复杂，不引入新的缺陷。在极限时产品有用功能趋近无穷大，有害功能和成本趋近零。这时，理想目标是实现产品最优功能同时不占据时间空间。最终理想解可开拓设计思路。老年电动汽车IFR框架如图5。

运用IFR更好开拓设计思路，寻求更多解决老年用户需求改进设计要素的方法。4.运用TRIZ理论对老年电动汽车设计要素进行分析，了解电动汽车技术系统构成。TRIZ技术系统是通过改进设计要素或创新产品而制定的系统。由多个下属系统构成，下属系统由组件和操作构成，系统的最高级别系统为超系统。老年电动汽车完整的技术系是动力装置，传输装置，执行装置，能量源，汽车控制装置，功能实现。可得出能量源和动力装置属于电动汽车动力系统稳定性范畴，传输装置隶属于电动车充电方式，执行装置属于车内操控系统范畴，功能实现是对汽车系统设计要素改进的合理化执行。 5.对确定的现实问题进行理想化分析，分析汽车技术系统可深层发掘电动汽车问题。接着基于TRIZ分析问题中的功能描述探究产品功能用户需求。功能是技术系统存在的根本目的，老年用户对电动汽车的需求是电动汽车功能而不是车身。在TRIZ中，把老年电动汽车的需求功能举例描述，如图6。

公式是功能=动作+对象。功能分为有用功能，有害功能，不足的功能和过度功能。用4个符合描述功能分类，……表示方向，+表示充分，一表示过度，*表示有害，#表示不足，其中把汽车操控简便、车门、服务、安全性、底盘低等有用功能举一例子描述如图7。

6.接着对老年电动汽车进行功能设计要素分析。在现有老年汽车分析基础上，找关键设计点。優化电动汽车设计，需3个步骤。进行老年电动汽车用户需求的组件分析，把设计的汽车以分析单个部件的形式进行拆分，确定每个部件之间的相互关系，建立老年电动汽车组件功能模型，目的通过细分组件，更好找出设计要素。老年电动汽车组件分析如表3。

8.建立老年汽车用户需求组件功能模型，由发动机，变速器，车身，车轮，车门以及刹车组成。通过TRIZ理论功能描述分析以及对电动汽车功能组件模型建立可得出车功能组件的重要性。得出最终要解决的设计问题。如表5所示。

四、基于TR|Z理论的设计要素问题解决

据以上思路，要进行老年汽车最终要素设计，就要确定老年用户群体最终需求，据上述问卷调查和QFD用户分析确定老年汽车设计主方向。从用户研究角度，分为l、车门开关方便2、车内操控复杂3、车子底盘过高4、车子安全性5、语音服务系统6、车子外观这几点入手，从需求分析角度研究为l、车门角度可控2、车内操控简便3、车子底盘可升降4、车驾驶安全性高5、智能语音服务6、外观大方低调入手。

（l）根据用户需求确立技术矛盾参数。上述质量屋确定顾客需求具体方向，用TRIZ最大理想解和老年电动汽车技术与功能系统分析出具体创新部分。（2）将用户需求创新设计要素转变为技术问题，技术矛盾是创新设计系统中的两个下属系统设计要素间的矛盾，技术矛盾的解决流程是先把具体问题进行描述，运用39个参数，找到技术矛盾，列矛盾矩阵表，通过40个发明原理，找到解决问题的具体方法进行类比。

（3）针对老年电动汽车的具体问题转化为39个参数，具体参数转换如下，汽车的首要需求是汽车底盘降低与驾驶行驶情况，参考39个参数转化为形状和稳定性。对电动汽车8个问题要用39个工程技术参数进行转换，如图8。

（4）将老年电动汽车技术矛盾参数归结为8个工程技术参数，接着使用矛盾矩阵表，找到对应40个发明原理解决技术矛盾问题如表6。

（5）通过对应40个发明原理的矛盾矩阵以及质量屋得出的老年用户需求，总结设计点为安全系数、车内操控简便、车底盘低、车内语音服务、造型大方得体，车门调节方便。根据对应39个参数，最后对照40个发明原理得到具体可用的发明原理为l，15，4，27，22，18，26每个发明原理的具体介绍如图9。

（6）针对老年电动汽车要解决的设计点，经过对上述发明原理进行分析，有4个原理适用与老年电动汽车设计，适用的发明原理是l，15，27，22.有巨大的指导作用。

（l）号分割原理，为使老年电动汽车尽可能适应大多数老年用户体形，把电动汽车车整体与车门进行分割，车把手与车门进行分割，增强其开车门便捷能力。根据老人的自身身体情况各异按需求进行车门不同程度的打开对老年人进行方便辅助。

（15）号动态原理，运用动态原理可将车内语音服务系统运作于车内主屏幕或唯一操作盘中，说出指令，实时反映老年用户需求并进行操作，既能第一时间满足老年用户的驾驶需求，又解决了老年人反应操作缓慢，影响驾驶安全的问题。还可以将电动汽车底盘根据老年人需求进行动态变化，在老年人上车时自动推出成平面状态，向下降低一个维度，方便腿脚不便老年人上下车，在崎岖公路，车底盘自动上升，避免崎岖路段对车的磨损，不使用时车底盘自动收回靠近底盘进行自我保护，自助防尘。

（27）号用廉价的不持久性代替昂贵的持久性原则，对车的智能操控系统进行简化，用传统的操控模式代替高科技复杂操作系统，放弃体验高科技繁碎的功能辅助模式，用手摇或手掰调整座位按钮取代车椅旁复杂的多层次按钮系统，简化调整步骤，保留基本功能，用普通塑料装饰板代替贵重胡桃木装饰板，首先可降低成本，pp材料也代表环保，用传统机电模拟仪表代替电子显示屏，既能减去不必有的繁琐，同时适应传统老年人操作。又改变老年电动汽车传统的发动机形式，把通过油泵和喷油器进行作用的燃油车更换为用铅酸电池提供动力源的电动车，以电动机为驱动系统的汽车，可以从电网取电，可以更换蓄电池，来代替燃油汽车。既节省了老年人出行的燃油费用，保护环境，又消除了燃油汽车带来的安全隐患问题。保证了车辆驾驶的安全性。

（22）变害为利原理，此款老年电动汽车的配色主要为耀光银，黑色为主要配色，使电动汽车配色看起来统一和谐，消除过多的色彩引起的低价值产品质感，符合老年人沉稳低调的视觉需求。外壳采用ABSI程塑料，将之前的金属材质加强为塑料材质，满足老年人精神需求，提高出行安全。

五老年代步电动汽车最终方案的确定（1）经过上述质量屋确定用户需求，TRIZ理论进行问题的分析并运用40个发明原理给予设计启示，确定老年人最主要驾驶需求，针对现有老年电动汽车没有涉足甚广的方面，根据老年用户群体的需求归纳整理此款老年电动汽车的最主要改进设计点，如图10-11所示。

（2）该老年电动汽车最主要设计创新点是采用电动汽车车整体与车门，车把手与车门进行分割的形式，在使用时，车把手辅助车门从侧面打开，根据老年人需求进行智能感应，进行车门角度的自动调整调节，以便辅助安全老年人上下车的需要。将电动车车门与车体，车把手与车门进行分割既解决老年人上下车车门无法调节不便的缺点，又解决了车把手车门固定开车门不便捷的弊端。根据老人的自身身体情况各异按需求进行车门不同程度的打开对老年人进行方便辅助。将车把手车门与车整体进行分割，其各个组件保持相对独立的状态，减小开车门操作的固定性和不方便性。该老年电动汽车设计方案体现车子的分割方便性，通过设计实例，验证了该设计重点的可行性。最后运用自动升降收回的自动化调节车底盘，真正地满足老年用户的设计要求，为更多的适老化产品改良探索提供了更多可能性。

结语

对老年电动汽车进行改良设计，通过质量屋的建立发现挖掘老年人的需求，进而对现在市面上的老年车存在的问题进行研究，找出设计痛点，并运用TRIZ理论的最终理想解和功能分析进一步整理锁定老年电瓶车的设计痛点，接着利用TRIZ理论的技术矛盾，运用39个参数和40个原理，构建矛盾矩阵，针对老年家用电动车进行创新设计，真正注重老年用户需求，降低电动汽车的底盘，满足老年人日常出行上下车的需求，对车内的功能选项只保留最基本的开关按键，雨刷器，玻璃控制按钮，转向灯按钮，其余的都是由车内屏幕操控，车门轻便方便开关，根据老年人需求进行角度的变换，解决现在老年人急需改进创新的棘手问题。通过对老年电动汽車的创新设计，证明了TRIZ理论的技术矛盾定义，39个参数和40个发明原理的创新性和科学性，进而为以后更多针对老年人需求的产品设计奠定了科学重要的理论基础，是一个非常合理可行的创新工具。

基金项目;山东省2018年研究生导师指导能力提升项目：“新旧动能转换重大工程背景下艺术硕士文化创意人才培养研究”;“山东科技大学优秀教学团队建设计划资助”（英文标注：Supported by SDUST Excellent Teaching TeamConstruction Plan）。

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