基于QFD和TRIZ的儿童家具集成设计研究——以软木多功能凳为例

贾玉玉，张 胜，杨 滨，韩 洁 Jia Yuyu &Zhang Sheng &Yang Bin &Han Jie

(中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410004）

随着我国生育政策的调整，儿童家具市场迎来了新机遇[1]。作为家具类别中的一个分支[2]，我国儿童家具起步晚，存在款式、功能单一，安全性、环保性不足，使用周期短[3]，趣味性低等问题，为此很多学者都提出了自己的改善建议。许修桐等人指出在儿童家具造型设计上要采用圆滑的曲线解决安全问题[4]。王晨露指出选择合适的环保性材料进行儿童家具设计[5]。于东玖运用可持续设计理念对儿童床进行了优化，很好地延长了儿童床的使用周期，更好地满足了儿童的需求[3]。贺炜指出在进行儿童家具设计时，可以将儿童家具趣味性作为设计目标,有利于培养儿童良好的行为习惯和良好的品质[6]。以上学者从不同的角度对儿童家具设计进行了分析，但没有形成一套儿童家具的集成设计方法。本文以软木儿童凳为例，运用质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）和发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）[7]集成设计了一套可根据儿童喜好进行组装的软木凳，并通过具体的实施对设计进行了验证。

1 QFD和TRIZ概述

QFD又称质量屋，是20世纪60年代由日本学者赤尾洋二提出的多层次演绎分析方法[8]。QFD的优势是通过了解用户需求，建立用户需求和设计要素之间的映射关系，在源头上明确产品应具有的特性和质量[9]，增强用户对于产品的满意度，缩短设计周期，提高产品开发速度。TRIZ创新设计理论始于1946年，意为“发明问题解决理论”[7]，由40条创造性的发明原理和39个标准化参数组成，通过矛盾矩阵的方式将工程原理和发明原理对应起来，解决概念设计时产生的一系列问题。很多学者也将这两种理论结合起来使用。易欣等人针对儿童摇椅提出基于QFD和TRIZ集成设计方法，构建了适用于儿童摇椅的模型，并运用该模型进行了儿童摇椅的创新设计[9]。陈旭等人从人机工学的角度，构建了QFD和TRIZ的集成设计方法，从老年人的生理、心理以及交互的角度为适老化产品的设计提供了明确的方向[10]。以上学者将这两种理论运用在适用于不同人群的产品设计上都取得了较好的效果，所以利用QFD和TRIZ集成设计可以解决不同用户需求的产品设计问题。

2 构建基于QFD和TRIZ的儿童家具集成设计

本研究分四个阶段进行。第一阶段：调研儿童家具中存在的问题并对其进行分析。第二阶段：将收集的用户需求转化为特定的设计要素，应用QFD理论构建质量分析屋，分析用户需求找出每个设计要素中存在的矛盾冲突。第三阶段：通过TRIZ理论对存在的矛盾冲突进行描述，根据TRIZ理论中的决策方法，寻找合适的设计方法，对儿童家具进行设计并输出设计方案。第四阶段：对设计方案的可行性进行检验和分析，通过分析改进设计方案中存在的问题。基于QFD和TRIZ的儿童家具集成设计流程如图1所示。

图1 基于QFD和TRIZ的儿童家具集成设计流程

2.1 儿童家具的调研分析

2.2.1 儿童家具的材质分析

根据文献报道，安全环保的天然材料作为儿童家具的主材更受家长的喜爱[11]。软木又称栓皮，是一种特殊的树皮，是一种安全、环保、零碳排放的天然可再生材料[12]。孙彦彦等提出软木独特的柔软性对于儿童的身心健康是有利的[13]。Sofia等认为软木具有很好的弹性和耐摩擦性，可以很好地运用在室内家具中[14]。Ana等人对软木进行了可持续性分析，认为软木是可持续产品设计的优秀材料[15]。所以无论是从材质的安全性，还是从环保角度来说，软木都是很好的选择。

2.1.2 儿童家具的结构分析

由于儿童的年龄小、好奇心强、安全意识较弱，所以结构的安全性与便捷性是儿童家具设计的重要指标。现有家具结构大致分为可拆卸和固定式两种，可拆卸的结构又分为榫接式、嵌入式、卡扣式、插接式等[16]。插接结构稳定性较好、架构简单，插接结构的家具便于组装、拆卸方便[17]。谢晓亮运用插接结构进行婴童用品设计，验证了该结构稳定性强、适用性强[18]。所以在进行儿童家具设计时，选择插接式作为主要的连接结构可以达到快速拆装和安全稳定的目的。

2.1.3 儿童家具的功能分析

市场上儿童家具的种类有很多，但是功能单一，使用周期短，不能满足儿童的成长需求，家长也对儿童家具的单一功能不满意，希望在基本功能之外有更多其它的功能。产品的多功能设计主要是指基于初始功能的再设计，是对其他功能的增加[19]。通过对儿童家具进行多功能设计可以满足不同时期的儿童成长需求，延长儿童家具使用期限，缓解儿童家具用后即弃的问题[20]。

2.2 运用QFD理论构建儿童家具设计的需求质量屋

通过对市场上儿童家具产品现状和市场需求分析，发现儿童家具主要存在的问题是安全性不足、实用性低、使用周期短、缺乏趣味性、结构不够安全、材质不过关、回收性能差[3]。其中需求主要分为：功能需求、经济需求和心理需求三个方面，功能需求包括舒适易用、绿色环保、便于移动、多功能转化；经济需求包括价格合理、使用时间长；心理需求包括造型精美、高趣味性、安全可靠。将收集到的各项需求转化为结构、材质、造型、复杂性、多用性、稳定性、易操作性共七项设计要素，构建儿童家具设计的需求质量屋（表1）。

表1 儿童家具设计的需求质量屋

2.3 运用TRIZ理论解决儿童家具设计中的矛盾

从上文所建立的儿童家具设计质量屋中可以看出，用户的综合需求中舒适易用、绿色环保、多功能转化和使用长久占比最大；设计要素自相关矩阵推导出有三对矛盾，即儿童家具设计中存在结构的稳定性与产品的复杂性、物质和事物的数量（功能）与产品的复杂性、产品多用性与可操作性(功能）之间的矛盾。

运用TRIZ理论中所提供的39个工程参数将矛盾描述为：希望提高的参数为No.13结构的稳定性，即家具产品在使用的过程中安全可靠性；No.26物质或事物的数量，即产品在使用过程中零部件被替换的可能性；No.35适应性及多用性，即家具在进行功能转换时是可以达到用户要求，工程参数对矛盾的转化描述如表2所示。

表2 工程参数对矛盾的转化描述

矛盾1的分析：根据TRIZ理论所属的39条标准工程技术参数，矛盾1可通过优化参数（No.35适应性及多用性）和恶化参数（No.32可操作性）进行描述。

因为要提高儿童家具的多用性，即延长使用周期，所以当家具的功能增加，用户在进行功能间的转换时，就会在组装产品时产生一定的困难。根据矛盾矩阵表可知涉及的发明原理有No.1，No.13，No.31。经分析后认为可以解决该矛盾的发明原理为No.1分割原理。

具体解决方案：在初步方案的基础上，增加可以由儿童DIY的部分，可根据儿童的喜好对凳子上的装饰物进行修改，有效培养儿童的动手能力，同时也增加了趣味性，矛盾1解决流程如图2所示。

图2 矛盾1的解决流程

矛盾2的分析：根据TRIZ理论所属的39条标准工程技术参数，矛盾2可通过优化参数（No.26物质或事物的数量）和恶化参数（No.36装置的复杂性）进行描述。

由于儿童凳选用材质为软木，当它由一种功能转换为多功能后，伴随着其损坏速度的增加，为了延长产品的使用周期，方便更换损坏的部件。就产生了组成儿童凳模块的数量和儿童凳功能转换时的复杂性之间的矛盾。根据矛盾矩阵表可知涉及的发明原理有No.3，No.13，No.27，No.10。经分析后认为可以解决该矛盾的发明原理为No.3局部质量原理。

具体解决方案：以模块化作为产品的主要形式，零部件损坏后，可以随意更换。甚至可以根据自身需求，将儿童凳组装成收纳箱。当把儿童凳设计成模块化以后，不仅方便用户对于损坏部件的替换，还可以根据自身需求去转化家具的功能。矛盾2解决流程如图3所示。

图3 矛盾2的解决流程

矛盾3的分析：根据TRIZ理论所属的39条标准工程技术参数，矛盾3可通过优化参数（No.13结构的稳定性）和恶化参数（No.36装置的复杂性）进行描述[21]。

当儿童凳模块化后，部件之间连接成为急需解决的问题，用户在进行不同产品的组合时，面临的问题具有较大差异，如转换成凳子时需要考虑的结构问题和它作为收纳箱时的结构问题是不同的，所以如何使其在不同的状态下，零件均可使用。根据矩阵表可知涉及的发明原理有No.2，No.35，No.22，No.26。经分析后认为可以解决该矛盾的发明原理为No.2分离原理。

具体解决方案：产品连接件以独立形式呈现。主要的连接形式采用插接结构，用户可根据自身需求选择连接件的数量。同时将原有的DIY部件的凸起增加到两个，以作为辅助连接，增加产品的稳定性。根据不同的组合要求购买适量的连接件。将连接件分离出，不仅可以改善结构问题，还可以减少不必要的成本浪费，矛盾3的解决流程如图4所示。

图4 矛盾3的解决流程

2.4 方案生成与检验

2.4.1 方案的生成过程

根据上述解决途径，对儿童凳进行设计。首先将儿童凳分为三个模块，每个模块都是独立的，第一个部分为坐垫模块。第二个部分为弧形模块，主要是用来拼接和组合成不同功能的家具。第三个部分为DIY模块，此模块可由儿童通过想象发挥自由组装。这款软木儿童凳的设计效果图如图5所示。

图5 软木儿童凳的设计效果图

儿童凳主要采用软木搭配环保PP（聚丙烯）材料使用，用来缓解软木无法作为支撑结构的缺陷。它有两种不同的组合形式，功能一是将三个模块进行简单的组合，拼成简单的儿童凳，儿童可以使用模块三进行DIY组装。功能二拼接成高低不同的圆柱型收纳箱。通过以上两种不同的功能转换，可以有效延长家具的使用周期，做到一物久用（图6）。

图6 软木儿童凳两种功能效果示意图

2.4.2 方案的检验与改进

当各模块模型设计初稿完成后，请不同的目标用户对所设计的初稿，在外观、结构和造型方面进行了初步评估。评估结果表明，由于儿童身高有区别，对儿童凳的高度也需要进行调节，然而设计初稿模块的大小相同，高度可调节性较低。根据TRIZ理论产生了No.4静止物体的长度与No.36装置的复杂性之间的矛盾，对应的解决办法是No.1分割原理和No.26复制原理，即将初稿中作为调节高度的模块（模块二）设计成三种不同的尺寸，这样就可以随着儿童身高的变化调整凳子的高度。多种大小的模块在无形中也增加了趣味性。目标用户对修改后的方案给出了较为满意的答复，最终产生了适合的设计方案（图7）。

图7 软木儿童凳优化后效果图

3 结语

本文将QFD和TRIZ理论集成设计运用在软木儿童凳的设计中，通过对儿童家具设计中存在的问题进行分析，将用户的需求描述为可解决的冲突，运用对应的集成设计方法，解决了用户对于儿童家具多用性的需求，实现了儿童家具的功能性转换，为儿童家具设计提供了新的思路。