基于TRIZ理论的榨汁机创新设计研究_周东亚.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 第 8 期 402 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期：20221124 基金项目：山东省社会科学规划研究项目基金（21DWYJ08）；青岛理工大学 2020 年本科教学改革与研究项目（F2020-068）；山东省研究生教育质量提升计划：专业学位研究生教学案例库建设项目（SDYAL19101）作者简介：周东亚（1995），男，硕士生，主攻产品设计工程应用。通信作者：金燕（1988），女，博士，副教授，主要研究方向为用户体验设计及产品设计、交互行为。基于 TRIZ 理论的榨汁机创新设计研究 周东亚，金燕，朱宏轩（青岛理工大学 艺术与设计学院，山东 青岛 266033）摘要：目的目的 基于 TRIZ 理论探索榨汁机存在的潜在问题，并依次解决电机温度升高、刀具存在的安全隐患和杯体内壁清洁困难问题。方法方法 在问题识别阶段，运用系统组件和功能分析对榨汁机进行问题描述，并通过因果分析流程探索问题发生的根本原因；结合分析结果，利用矛盾分析、技术系统进化、科学效应与效应知识库、发明问题解决算法、物场分析等方法获得问题的最终理想解，得出可行性方案。结果结果 通过 TRIZ 理论相关工具的运用获得问题的原理解，解决了产品的安全隐患、工作散热和清洁问题，设计出一款既保证了使用寿命和使用安全性，又强化了使用便捷性的榨汁机产品。结论结论 TRIZ 理论为设计中多个方案的探索提供了依据，使榨汁机产品存在的诸多问题得到解决和优化；同时，为该理论在家电类产品的结构优化设计上提供一定的参考与借鉴。关键词：TRIZ；榨汁机；组件；ARIZ；矛盾理论 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)08-0402-10 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.08.046 Research on Innovative Design of Juicer Based on TRIZ Theory ZHOU Dong-ya,JIN Yan,ZHU Hong-xuan(School of Art and Design,Qingdao University of Technology,Shandong Qingdao 266033,China)ABSTRACT:The work aims to explore the potential problems of juicer based on TRIZ theory and solve the problems of temperature rise of motor,safety hazard of tools and difficult cleaning of cup inner wall in turn.In the stage of problem identification,the system components and function analysis were used to describe the problems of juicer,and the root cause of the problems was explored through the causal analysis process.Combined with the analysis results,the final ideal solutions of the problems were obtained by contradiction analysis,technological system evolution,scientific effect and effect knowledge base,invention problem solving algorithm,physical field analysis and other methods,and the feasibility scheme was proposed.By using the tools related to TRIZ theory,the fundamental solutions of problems were obtained,solving the problems of product safety hazard,working heat dissipation and cleaning.Thus,a juicer not only ensuring the service life and safety,but also strengthening the use of convenience was designed.TRIZ theory provides a basis for the exploration of multiple schemes in the design,which solves many problems existing in juicer and optimizes the juicer.At the same time,the theory can be used for reference in the structural optimization design of household appliances.KEY WORDS:TRIZ;juicer;component;ARIZ;contradiction theory 工业产品日趋成为社会发展和经济增速的重要组成部分，在互联网时代背景下，信息的多元化，生活的多样化，不断催生着新事物的出现。其中工业产品的创新也在朝着新的方向发展，由设计服务逐渐演变成设计产业1。榨汁机作为厨电类产品的一种，其市场前景也在不断攀升2，由厨电类的市场数据可知，包括榨汁机在内的各类小家电已然成为了消费者追捧的对象之一。受到消费者需求的影响，榨汁类产第 44 卷 第 8 期 周东亚，等：基于 TRIZ 理论的榨汁机创新设计研究 403 品不断推陈出新，根据实现功能的不同被生产出了不同的产品，如原汁机、料理机、破壁机等。榨汁机作为家电类产品的一种，在很大程度上提升了人们的生活品质。文中基于 TRIZ 理论的系统分析流程，发掘榨汁机产品存在的潜在问题，对所提出的问题进行分析求解，得出合理性方案，使产品存在的有害作用逐渐减小，为家电类产品的功能创新设计提供一定的思路。1 TRIZ 理论概述及应用 1.1 TRIZ 理论概述 TRIZ 理论又名“发明问题解决理论”，是由根里奇阿奇舒勒和一批学者通过专利和案例总结出来 的解决发明问题的理论体系3。TRIZ 理论在定义问题和解决问题阶段为工程设计的创新提供了新思路，随着其在工程设计等领域的不断运用与发展，在解决系统技术和工程难题方面发挥着极其重要的作用4，充分说明了该理论的科学性、严谨性和逻辑性。对于初始问题的研究，TRIZ 理论体系系统功能组件分析和因果分析是问题识别或定义阶段的关键分析工具，是对研究内容核心问题的重要探索途径之一。矛盾矩阵、物场模型、技术进化法则、ARIZ 和科学效应库被定义为 TRIZ 理论中的问题解决工具，通过对工具所提供的问题解决思路的合理运用来达到获取最终理想解的目的。由于 TRIZ 体系的复杂性，在实际应用中，需遵循一定的应用流程，见图 1，使 TRIZ 的应用更加严谨、科学5。图 1 TRIZ 创新问题求解流程 Fig.1 TRIZ innovation problem solving process（图片摘自技术创新方法TRIZ 理论及应用）1.2 TRIZ 理论在工业设计中的应用 在工业产品的研发过程中，TRIZ 理论为产品的工程设计提供了研究思路。该理论既能对研究问题的主要方面进行发掘，又能对问题的解决提供依据，获得最终方案。一方面，将问题发掘与问题解决相结合，解决产品功能结构问题是 TRIZ 理论应用的一种方式，如杨亮亮6等基于 TRIZ 理论的设计方法，对保温杯的结构进行设计研究，以达到调节温度的效果；张简一7等在 TRIZ 理论的指导下，以产品的多功能设计为目的，对筷子储存盒进行了结构上的改进；周升8等在包装盒铲边装置优化设计中不仅分析了系 统组件，而且构建了物场模型及运用物理矛盾的方式，对产品结构做了相关调整；郜红合9等针对公共扶手消毒装置的设计，在问题解决阶段，利用物场分析、物理冲突和 ARIZ 算法寻找技术系统的最终理想解，从而在结构上进行优化设计；杨超10等在研究中首先利用 TRIZ 理论探索初始问题发生的根本原因，其次是对问题的解决，运用到的 TRIZ 理论相关工具包括物场模型和矛盾理论，最后得出若干解决方案，并加以评价。另一方面，TRIZ 理论运用的另一种方式为仅对问题的解决发挥主要作用，如贺雪梅11等在洞察用户需求的基础上，将技术矛盾的矛盾矩阵运用 404 包 装 工 程 2023 年 4 月 到饮水机产品的设计中，在产品结构上进行了优化设计；王欢12等运用 TRIZ 理论中的矛盾矩阵对粮食收集机进行创新设计，并利用物场分析模型对该技术系统的部件进行分析，同样是在结构设计中改善了功能；朱玉杰13等将矛盾矩阵运用到智能汽车窗帘设计，满足了多个方面的设计需求。综上所述，TRIZ 理论在产品问题发掘和问题解决方面发挥着重要作用，基于 TRIZ 理论的设计研究，将会促进用户需求的有效解决及产品设计研究的稳步发展。2 基于 TRIZ 理论的榨汁机创新设计 2.1 问题描述与系统分析 榨汁机作为常用电器之一，在人们的饮食健康及便捷性上发挥着重要作用，因此对榨汁机的创新设计研究具有重要意义。市场上的榨汁机具体可分为家用榨汁机、便携式榨汁机14及商用榨汁机，与榨汁机具有相似结构及相同工作原理的电器产品还包括破壁机、原汁机、料理机等15。其组件包括电机、刀盘、底座、杯体、杯盖、转轴 6 个部件。在设计过程中，对产品组件工作状态的分析和描述是文中研究的重点之一，根据 TRIZ 理论体系的分析方法，对榨汁机系统组件的分析有利于产品潜在问题的发掘，并指导进一步的研究工作，其具体流程为组件的识别、分析组件之间相互作用和功能模型构建。在技术系统众多组件中，需识别出组件的所属范围，并描述技术系统实现的主要功能，这将有利于组件之间相互作用矩阵的构建，进而根据组件之间的两两比较结果，获得技术系统的功能模型，总结出该模型中两个组件之间表现出的有害功能，并作为文中该理论解决的主要问题；然后对分析出的榨汁机存在的主要问题进行因果分析，探讨产品潜在问题出现的主要原因。2.1.1 系统组件及功能分析 产品的功能是由系统内的组件相互作用所实现 的，该研究将根据产品的系统组件及组件之间的相互作用，对榨汁机展开设计分析。其中系统组件，见表 1。组件包括系统组件和超系统组件，组件的相互作用关系分析是功能分析中的一个重要步骤，技术系统中系统组件和超系统组件之间存在一定的相互作用，可用矩阵表示（见表 2），其中“”表示组件之间不发生相互作用，“+”表示组件之间发生相互作用。通过分析可知，两组件之间存在的相互作用是本文研究的重点，因此根据两个组件之间的相互作用建立榨汁机的功能模型图（见图 2），在众多的组件对中，刀具对食物（水果）的切割作用、水对杯体和刀具的清洁作用均表现为功能不足，转轴和电机、刀具和人、食物（水果）和杯体或刀具两者之间的相互作用均会产生有害功能，其余组件对的相互作用功能表现正常。表 1 组件列表 Tab.1 Component list 技术系统 主要功能 系统组件 超系统组件家用榨汁机切割物体（水果）电机 转轴 刀具 底座 杯体 杯盖 食物（水果）液体（水）空气 人 根据以上分析可知，榨汁机产生的有害作用概括为转轴的高速转动加热电机，影响产品的使用寿命；刀具存在的安全隐患问题尤为突出；果蔬残渣引起的产品清洁问题。2.1.2 鱼骨图分析 鱼骨图（Fishbone