基于TRIZ理论的多功能儿童床设计研究

赵勇淦 郜红合 张耀跃

中图分类号：TS664 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）09-0030-03

人们的物质生活日益丰富，对身边的产品特别是儿童家具产品有着更高的要求。儿童是一个家庭的中心，每一个父母都希望给予自己孩子最佳的成长空间。父母为了给孩子营造一种良好的生活环境，满足孩子日常生活中的各种需求，会购买大量的儿童家具，这就产生了有限住宅空间与大量儿童家具之间的矛盾。此外，当儿童床的使用寿命达到期限后，如何进行再利用就成为了亟需解决的问题。TRIZ理论是一个可以帮助人们发掘和开发自己的创造潜能，全面系统地论述发明创造和实现技术创新的理论。文章采用TRIZ理论对儿童床进行创新设计，分析其中存在的矛盾，使用TRIZ工具解决创新设计中存在的各种问题，然后得到最终的设计方案。

1 TRIZ理论概述

TRIZ理论在70多年前就已经诞生了，其是在发明家根里奇·阿奇舒勒的领导下，由研究机构、大学、企业组成的TRIZ研究团体，对250 万份高水平的发明专利，进行搜集、专研、汇编、总结和完善，其中包括各种技术进化发展所遵循的规律，以及实现创新开发的多种方法、算法组合而形成的综合理论体系。TRIZ理论主要有两大部分：一是TRIZ基本理论体系;二是TRIZ解题工具体系。TRIZ解决发明创新问题，是直接依靠技术系统进化的规律，来确定解决问题的方向，然后根据这些规律，开发出解决发明问题的专用工具以达到解决问题的目的。通过对传统创新方法和TRZI理论的综合分析，发现TRIZ理论和传统的创新方法相比具有明显优势。传统的创新方法显示出高度的概括性和抽象性，并且使用过程中受到使用者的经验、技能和知识水平限制。而TRIZ理论的原理、法则、程序、步骤、措施等，都是以科学方法和技术为基础，有着自成体系以及严密的逻辑。TRZI理论可以帮助用户明确方向，使用户从数千种解决方案中快速找到解决复杂发明问题的方案。因此，TRIZ理论更为有效。

2 现有儿童床设计现状

我国是家具生产销售大国，有着庞大的消费群体，但是国内的生产制造公司在近几年才开始慢慢地注重设计方面的投入，国内的生产制造厂商更喜欢模仿国际上优秀的儿童家具产品。2019年中国家具零售额增长为5.1%，远低于饮料类以及日常用品类，更多消费者愿意选择性价比较高的儿童床，一方面由于消费者购买能力有限，另一方面在于后期利于更换为少年床或成人床。但是，价格较低的儿童床依然存在着设计缺陷，在安全性、使用寿命和适用性等方面存在问题。

通过对儿童床的调查研究发现，现在市面上流行的儿童床主要分为婴儿床、少年床、子母床、护栏床以及功能床。对其归纳分析得出现有儿童床设计的存在问题：（1）很少具备多功能性与成长性，产品使用周期较短;（2）普遍存在一些设计缺陷和安全隐患;（3）过于注重娱乐性功能与储物功能。中国同类儿童床的设计、生产与功能大同小异，缺乏创新性设计，同质化现象比较严重，也没有符合实际情况设计的多功能儿童床，不能满足儿童的日常生活需求。

3 基于TRIZ 理论的多功能儿童床设计流程

文章在儿童床的创新设计过程中，通过对现有儿童床设计现状进行分析，总结出存在的设计问题并确立设计目标。建立初步的设计方案，运用TRIZ 理论对初步设计方案进行改进获得最终设计方案。在此框架基础上推演出如图1所示的基于TRIZ理论的多功能儿童床设计流程图，具体分为以下五个步骤：

1）确立设计目标：对市面现有儿童床调研结果进行分析，总结儿童床在设计方面所存在的缺陷，明确需要解决的问题，确立设计目标。

2）设计定位：明确儿童床的用户群体与儿童床所具备的功能。根据绿色环保的创新理念选择产品的制作材料，考虑产品在生产过程中的工艺难度，符合儿童家具的设计原则。

3）初步设计方案：根据确立的设计定位进行综合考虑设计出初步方案，若难以实现设计目标，则需要将解决的问题带入TRIZ理论当中进行解决。

4）发现解决问题：首先，对初步方案中要解决的问题分清问题的技术属性;其次，明确设计问题技术属性后确认问题选择为TRIZ 理论问题模型中的技术矛盾模型;再次，把归类好的具体设计问题，运用系统解题工具39个通用工程参数与矛盾矩阵，把问题中的矛盾点转化为通用工程参数，再利用矛盾矩阵推算出标准解法;最后，根据运用系统解题工具从40个发明创新原理中得到推荐的最优创新原理，从推荐的创新原理中选取与实际问题相符合的创新原理进行研究分析，并运用到设计方案中，然后对改进的方案进行建模，经实验分析，确定解法可行性并敲定设计方案。

5）方案评估：初步设计方案中的问题经TRZI理论解决后，对设计方案进行最后的概念评估，分析方案能否在实际生活中满足儿童的使用需求，并使用建模软件建模模擬使用环境。

4 基于TRIZ理论的多功能儿童床设计实践

4.1 设计定位及初步方案

设计的目的就是要缩小产品的初始状态与理想状态之间的差距，寻求一种满足用户需求的最佳方案。0～12岁是儿童生理心理迅速发展的阶段，在分析儿童成长情况和市场上儿童床的现状之后，笔者尝试设计一款针对0～12岁儿童的可成长多功能儿童床，其设计定位为：（1） 在材料上，选择绿色无醛胶合板;（2）在功能上，设计一款具有成长性和多功能的儿童家具;（3）在工艺结构上，儿童床的生产制造难度较低，不能为了在设计中体现儿童床的可成长性和多功能性而导致儿童床生产程序繁琐，并增加生产难度。如图2 所示为初步设计方案，初步设计方案能够满足婴儿在使用儿童床时的各种基础需求。

4.2 应用TRIZ 工具解决问题

研究分析儿童床的设计原理后，初步设计方案想要满足成长性多功能的儿童床创新设计，需要解决初步设计方案中的3个技术矛盾。

4.2.1 矛盾1

笔者对设计案例中的儿童床有着可成长性的要求，希望儿童床可以长时间陪伴儿童成长，这就需要儿童床的长度是可调节的，但是儿童床的长度可调节后，床的结构就会变得更加复杂，这就产生了第一个技术矛盾。提取设计问题中的技术属性，归类通用工程参数，利用系统工具中的矛盾矩阵，可得到创新原理为15动态特性原理、28机械系统代替原理、29气压和液压结构原理，37热膨胀原理。把这四种方法带入具体设计问题中进行分析验证，能解决技术矛盾1中床长度调节的创新原理为15动态特性原理。

具体解决方案：儿童床采取动态特性原理中分割物体的具体方法。设计方案中将儿童床主体分为两个可以移动的部分，床体可嵌套在一起，当处于婴儿床形态时两个床体部分嵌套在一起，刚好符合婴儿需求，当婴儿不断成长，对床体长度需求不断增加时，可以将其中一个部分拉伸出来，以满足儿童的成长需求。图3为解决矛盾1流程图。

4.2.2 矛盾2

具体解决方案：采用动态特性原理中的分割物体。首先对床板进行横向分割处理，然后为了增加床板延长后的稳定性，每一个床板条与相邻的床板条都有叠加的部分。解决矛盾2 的流程图和矛盾1 的一样，在此就不再展示。

4.2.3 矛盾3

设计案例中的儿童床不仅具有可成长性，而且在到达使用期限时，还可在原有的基础上添加附件，改变使用功能，以达到延长使用寿命的目的。笔者分析了案例中儿童床的设计特点，床体本身由两个单体组成，把床体的两部分分离，再添加坐垫和靠背，就能形成两个单人沙发，也可以拼接到一块成为双人沙发。但是一旦床板分离成两个沙发座板，就产生了座板无法承受压力的矛盾及技术矛盾3。经过分析，利矛盾矩阵可得到创新原理为19周期性作用原理、1分割原理、35改变物理或化学参数原理。

具体的解决方案：采用发明创新原理的1 分割原理。为了能够增加床板以及座板所承受住的力，在床板上添加可拆卸移动的横条以增加床板和座板的强度，可移动横条的两端采用可伸缩设计，内部有弹簧施加压力并顶住两端。可拆卸的横条采用不锈钢材质，以提高整个横条强度。改进后的方案如图4所示。

4.3 方案评估

TRIZ理论对初步方案中存在的问题进行了解决，儿童床床体可拉伸延长的设计满足了0～12岁儿童在成长过程中的需求，延长了儿童床的使用周期。通过对床体不同的摆放以及添加坐垫，增加了多种使用功能，满足了在产品到达使用寿命后的再利用目的，实现了儿童床与儿童的共同成长。分析后最终设计方案能够解决现有儿童床设计的问题，达到了预期的设计目标。笔者对最终的设计方案采用Rhinoceros 5進行建模以及keyshot 进行了渲染（如图5）。

5 结语

文章针对现有儿童床存在的问题，运用TRIZ 理论进行研究，提出基于TRIZ 理论的多功能儿童床设计流程，即运用TRIZ 工具推算出解决问题的设计方案。TRIZ理论缩短了解决问题的时间，且能高效地完成了多功能儿童床设计方案，满足了儿童在0～12岁阶段的使用需求且减少了家庭不必要的开支。设计成果符合产品可持续发展原则，同时验证了TRIZ理论在儿童家具设计的可行性和创新性。