基于KANO模型与TRIZ理论的竹质椅类家具创新设计

吴春锦,宋莎莎*,刘毅,刘焕荣

(1. 木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京 100083;2.木材科学与工程北京市重点实验室, 北京 100083;3. 国家林业草原木质材料循环利用工程技术研究中心,北京 100083)

随着中国经济的快速增长和人民生活水平的不断提高,国家对绿色环保材料提出了更高的使用要求。目前木材资源短缺,供求矛盾明显,而竹在我国分布范围广、资源丰富、成材速度快,与木材相比强度大、韧性好,逐渐受到了业界的关注。竹材的开发能够使我国巨大的竹林资源得到充分利用,近年来,竹展平材等新型竹材的研发与制造也逐渐成熟。在这样的背景下,如何合理利用竹材资源对竹家具进行创新设计成为设计师需要面对的一个课题。

目前竹家具在市场中的发展仍存在许多挑战:传统竹家具的造型较为单调厚重,未能满足现代消费者的审美需求;竹家具的生产工艺仍比较落后,很难实现大批量标准化的生产;此外,消费者对于竹家具的认知不足,认为其质量、耐用性不如普通木质家具等问题都导致了竹家具的发展受到限制[1-2]。因此,需要寻找一种新的现代化设计方法,结合竹材的自身优势,为竹家具的创新设计与发展提供方向。

1 设计研究方法

KANO模型最初由东京理工大学的狩野教授提出[3],通过问卷的方式调研用户对于产品的需求实现程度的满意度,并将产品的质量分为5类,分别是基本型需求(basic quality)、期望型需求(performance quality)、魅力型需求(attractive quality)、无差异型需求(indifferent quality)以及反向型需求(reverse quality)[4]。KANO模型能够准确反映产品或服务质量与满意度之间的关系,快速地识别用户需求,为产品的开发设计提供了有力的指导,同样也被应用于家具设计[5-6]。

目前在家具设计中也常常将KANO模型与TRIZ理论相结合,充分利用两者优势实现互补[10-12]。KANO模型能够将使用者的主观性需求转化为更为严谨的需求度指标,解决产品的设计定位;而TRIZ理论可将其得到的用户需求与现存问题进行标准化归类,结合矛盾矩阵寻找相应的发明原理,从而快速合理地得到产品设计方法。基于此,本研究归纳出了KANO-TRIZ的竹质椅类家具设计流程,将二者的特性相结合,通过KANO问卷得出竹质椅类家具需要解决的问题;再使用TRIZ理论提供的发明原理得出存在问题的解决方法并进行改进,最终得到完整的竹质椅类家具设计方案,如图1所示。

图1 基于KANO-TRIZ的竹质椅类家具设计流程Fig. 1 KANO-TRIZ based design process for bamboo chair furniture

2 椅类竹家具设计需求分析

2.1 KANO问卷设计

一般来讲,竹材的密度约为木材的两倍,这就意味着同款家具在使用竹材的情况下会比常规的木质家具要更加沉重[13],不仅在使用过程中会造成不便,还会导致家具的运输成本提高,这也大大限制了竹质板式家具的推广使用,成为设计中的一大痛点。因此,可以对竹板式家具结构进行相应的优化,实现竹质板式家具轻量化设计的要求。

此外,目前竹家具设计大多延续传统木家具的形式,通过分析当前竹家具的产品现状,对竹质板材家具进行用户调研,为竹材在现代家具设计中的应用提供参考是十分必要的。本研究基于KANO模型与TRIZ理论相结合的方法,通过文献查阅调研的方法对用户需求进行整理分类汇总,从椅类功能结构与外观等角度设计了对应的KANO问卷,包括可拆装、可折叠、扁平化、模块化、多功能、可调节、易于移动、具有文化内涵、外观现代简洁、颜色丰富10类需求。

设计KANO调查问卷时,需要对每个需求指标设置能被满足和不能被满足正反两个方向的提问。正反两个问题均设置喜欢、理应如此、无所谓、能忍受、不喜欢5个选项供受访者进行选择(表1)。

表1 KANO模型评价结果分类对照Table 1 Analysis of the survey results of the KANO model user needs

将每种问题的需求数据按照表1进行需求层次评估,获知每一种需求对应的用户数量。反向属性表示用户没有此类需求,若提供满意度反而会下降;而可疑属性的出现可能是由于用户对题目理解不当,在分析中需要去除(图2)。计算每种需求属性的用户选择数量占总用户数量的百分比,选取百分比最大的为该需求类型。Better(满意影响力)-Worse系数(不满意影响力)可用来判断某功能可以增加满意或消除很不喜欢的影响程度,计算公式为:

Better(满意影响力)= (A+O)/(A+O+M+I)

Worse(不满意影响力)= -1×(O+M)/(A+O+M+I)

1.青年价值观的变化总是与政治经济的变化相呼应。青年的思想观念、价值观点的多元化趋势体现着中国社会的发展步伐。改革开放以前，我国计划经济的特点是高度集中，反映在价值观上就是一元化的，对青年的思想观念强调整齐划一。改革开放后我国的经济制度转变为公有制为主体、多种所有制经济共同发展的基本经济制度，走市场经济的道路，市场经济的特点是开放、自由，与青年思想活跃，重视自我，追求个性独立的心理特点一致，所以市场经济客观促进了青年追求多元化价值目标的倾向。

注:图片来源为SPSSAU平台。图2 KANO模型功能需求与满意度之间的关系情况Fig. 2 The relationship between functional demand and satisfaction in KANO model

2.2 基于KANO问卷的用户需求分析

本次调查发放问卷共计回收238份,在SPSSAU平台进行统计分析,结果如表2所示。整理表1中10个需求指标的KANO属性,其中有外观现代简洁、可调节2个魅力型需求指标,其余均为无差异型需求指标。作为魅力型需求指标,虽然没有不会降低消费者满意度,但若能提供,其满意度会大大上升。

表2 KANO模型分析结果汇总Table 2 Summary of KANO model analysis results

魅力属性A指超出用户预期的功能/服务,而无差异属性指有和没有某功能、服务均不影响满意度。根据问卷结果的分析,椅类模型的设计将以外观现代简洁、可调节为设计重点,并结合竹展平材材性的特点,采用轻量化的结构设计。

2.3 竹质椅类初步设计方案

根据KANO问卷的调查结果分析以及竹质家具的特性可知,对竹质椅类家具的设计需要重点关注轻量化、外观现代简洁以及可调节3个方面。在此基础上,本研究根据市场现有竹质椅类家具的形式提出了初步设计方案,如图3所示。

在初步设计方案基础上,利用TRIZ理论对提炼出的使用者需求进行转化,使用矛盾矩阵表对应的40条发明原理对初步方案进行对比及优化,以获得最佳设计方案。

图3 竹质椅类初步设计方案Fig. 3 Bamboo chairs preliminary design proposal

3 基于TRIZ理论的竹质椅类家具设计冲突分析

使用TRIZ理论对竹质椅类家具功能组件进行分析。椅子具有很强的实用性,为人体提供支撑、便于人们休息,使用场景十分丰富。对椅类家具的结构组成和功能组件进行分析,可将其大致分为靠背、椅面、扶手、椅腿4个部分,如表3所示。

表3 椅类功能组件分析Table 3 Functional requirement index transformation

根据椅类功能组件分析表,结合问卷的调研结果,将得到的两个魅力型需求指标以及提出的轻量化设计需求转换为TRIZ工程参数中所对应的技术矩阵矛盾参数项。

轻量化设计:为了达到竹质椅类家具的轻量化设计,意味着在设计中需要减小其运输、移动中的质量,减小椅子的材积,与此同时还需保证其使用强度。即优化参数为运动物体重量、静止物体重量以及静止物体体积,需要避免恶化的参数为强度与结构稳定性。

可调节:可调节家具功能灵活多变,在使用中能够满足不同人群的各类需求,更加受到使用者欢迎。实现可调节功能就意味着需要增强家具在多种场景下的适用性,但这也会使家具结构变得更为复杂。即优化参数为适用性及多用性,需要避免恶化的参数为装置的复杂性。

外观简洁:随着人们审美喜好以及装修风格的变化,外观简洁现代的家具越来越受到消费者青睐。如何在实现外形结构简单的同时保证其使用中的稳定性是十分重要的问题,即优化参数为形状,需要避免恶化的参数为结构稳定性。

根据上述分析,各个矛盾在TRIZ矩阵矛盾中所对应的发明原理编号项如表4～5所示。

表4 功能需求指标转化Table 4 Transformation of functional requirement indicators

表5 TRIZ矛盾矩阵对应发明原理Table 5 TRIZ contradiction matrix invention principle

4 基于TRIZ发明原理的竹质椅类家具优化设计对策

根据表4、5共整理出13条发明原理,由于TRIZ的发明原理只是为设计者提供一种解决问题的通用思路方法,并不是所有原理都适用于本次设计,所以需要根据设计需求,正确理解原理之间的联系,在具体问题上探讨实际可行性。因此,本研究根据原理适用性以及其出现频率的统计分析进行了一部分筛选整理。

1)在竹板材椅的轻量化问题中,可以运用1号分割原理以及40号复合材料,解决方案为将竹板材椅的各个部件的连接方式设计为可拆卸结构,这种方式能够缩小椅类家具运输中的体量,将立体的家具转换成扁平化的形态,降低运输难度[14]。使用机器在竹板材椅类部件中加工出卡槽,通过卡槽之间的互相交叉、卡挂进行连接,加工方便、造型简洁、安装容易,是对榫卯结构很好的继承和简化;五金件连接结构也更加利于现代化、标准化的加工生产,能够实现便捷的装配和拆卸,在加工精度高的家具中能够做到反复安装[15],如图4所示。此外,金属等材料具有比竹板材更高的强度,在结构连接处与竹板材配合使用能够有效减轻整体重量,实现家具的轻量化。

图4 家具卡槽及五金件连接结构Fig. 4 Furniture card slot and hardware connection structure

2)对于竹板材椅的可调节性,可以运用15号动态特性原理进行优化。一般的可调节家具的调节方式可分为伸缩式和旋转式,根据动态特性原理可知,实现同样的效果旋转会比往复运动更省力,所以家具的调节方式尽量选择旋转式以实现家具形态的灵活变化,便于移动,如图5所示。此外,折叠结构拆卸部分由于受力、活动较多,容易对竹板材产生磨损,在设计时可以将结构部件换成耐磨材质,能够有效地提升家具的强度及耐久性。

图5 家具旋转式调节结构Fig. 5 Furniture rotary adjustment structure

3)对于竹板材椅外观的简化,可以运用33号同质化原理。在对竹板材椅进行装饰的过程中,可以尽量选用同种材料或属性相似的自然材料,如竹编、木材等材质,同质材料能够为使用者带来更加和谐统一的视觉感受。竹编作为我国的传统民间手工艺,具有悠久的历史和文化底蕴,在现代家居装饰中也得到了发展和传承。竹编装饰形式丰富多彩,除了平面编织还有立体编织[16]。竹质的天然材质色彩亲切温和,保持现代简约风格的同时也能够辅以自然纯朴的装饰美,如图6所示。

图6 竹编家具设计Fig. 6 Bamboo woven furniture design

5 竹质椅类家具设计优化

通过上述TRIZ理论提炼出的发明原理及改进方法,本研究对提出的竹质椅类家具初步设计进行了改进与优化。

针对轻量化过程中运动、静止物体的重量以及静止物体体积对椅类家具强度、稳定性的影响,选用复合材料与分割原理,将折叠椅的连接结构由榫卯结构替换为可拆卸的五金件连接,运输时能够扁平化拆分为多个部件,便于运输。且金属连接件相较竹材强度更大,重量更轻,更加结实耐用,如图7所示。

对于椅类的可调节中适用性及多用性对椅类装置复杂性的影响,选用15号动态特性原理,将折叠椅的靠背部分由上下垂直调节改为可旋转调节,满足使用者对靠背的不同角度需求,如图8所示。

图7 矛盾一方案解决优化Fig. 7 Optimization of the solution to Contradiction 1

图8 矛盾二方案解决优化Fig. 8 Optimization of the solution to Contradiction 2

针对外观简化中对椅类家具强度的影响,选用同质化原理,在折叠椅的靠背以及座位板使用竹编进行进一步装饰,提升美观度的同时视觉效果和谐统一,具有现代简洁之感,如图9所示。

图9 矛盾三方案解决优化Fig. 9 Optimization of the solution to Contradiction 3

根据以上TRIZ理论提供的解决方法对设计初稿进行优化后,得到了竹质椅类家具的最终设计方案,效果图如图10所示。

图10 最终方案优化效果Fig. 10 Final solution optimization

将最终设计方案与KANO问卷中得到的用户需求与竹质板式家具轻量化设计的要求进行对照,可发现最终方案较好地解决了所需问题,满足消费者与市场的需求,达到了预期目标。后续的评估还需要通过进一步调查、试产试销等方式验证产品的市场满意度及认可度。

6 结 语

目前,竹质椅类家具的设计大多仍处于对木质家具的单纯模仿,根据KANO模型提炼出用户需求后,应用TRIZ理论的40条发明原理能够更加快速科学地定位到使用者对于竹质椅类家具这一产品的需求并提出解决方案。本研究基于该方法,使用TRIZ矛盾矩阵分析解决了用户的魅力需求,为竹质椅类家具设计提供了设计思路,提出了优化设计方案,对竹家具的设计与推广具有积极的意义。