基于模糊Kano模型和可拓创新法的特种运载抱罐车设计_陈国强.pdf

第 44 卷 第 6 期 包 装 工 程 2023 年 3 月 PACKAGING ENGINEERING 205 收稿日期：20221023 基金项目：国家社科基金艺术学项目（21BG125）作者简介：陈国强（1975），男，博士，教授，主要研究方向为高端装备创新设计理论及方法。通信作者：郝亚苹（1996），女，硕士生，主攻高端装备创新设计。基于模糊 Kano 模型和可拓创新法的特种运载抱罐车设计 陈国强a，郝亚苹a，申正义b，赵晨光a，张芳兰a（燕山大学 a.艺术与设计学院 b.机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）摘要：目的目的 结合模糊 Kano 模型和可拓创新法，解决特种运载抱罐车目前同质化严重、用户满意度低等问题。方法方法 提出基于模糊 Kano 模型和可拓创新法相结合的创新设计方法。首先，对特种运载抱罐车展开可拓分析，建立物元模型，进行拓展分析并利用模糊 Kano 模型，输出质量要素的重要程度，提取关键设计要素。其次，结合用户需求的数据分析结果，利用可拓变换方法将所构建的特种运载抱罐车物元数学表征模型进行变换，获取新的产品创意模型。最终利用优度评价法获取最优方案。结果结果 通过对特种运载抱罐车的优化设计，实现在外观造型、安全性能以及功能特征等方面的提升。结论结论 证明集成模糊 Kano 模型和可拓创新方法相结合的设计方法能够提高特种运载抱罐车的用户满意度和市场竞争力。关键词：特种运载抱罐车；可拓创新法；模糊 Kano 模型；产品设计 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)06-0205-10 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.06.022 Design of Special Carrying Tank Car Based on Fuzzy Kano Model and Extension Innovation Method CHEN Guo-qianga,HAO Ya-pinga,SHEN Zheng-yib,ZHAO Chen-guanga,ZHANG Fang-lana(a.School of Art and Design,b.School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Hebei Qinhuangdao 066004,China)ABSTRACT:The work aims to combine the fuzzy Kano model and the extension innovation method to solve the prob-lems of serious homogeneity and low user satisfaction of special carrying tank cars.An innovative design method based on the combination of the fuzzy Kano model and the extension innovation method was proposed.First of all,the extension analysis was carried out on the special carrying tank cars.A matter-element model was established.The expansion analy-sis was carried out and the fuzzy Kano model was used to output the importance of the quality elements and extract the key design elements.Secondly,combined with the data analysis results of the users needs,the matter-element mathe-matical representation model of the special carrying tank cars was transformed by the extension transformation method,and a new product creative model was obtained.Finally,the optimal solution was obtained through the goodness evalua-tion method.Through the optimized design of the special carrying tank cars,the appearance,safety performance and functional characteristics were improved.It is proved that the design method combining the integrated fuzzy Kano model and the extension innovation method can improve the user satisfaction and market competitiveness of the special tanker.KEY WORDS:special carrying tank car;extension innovation method;fuzzy Kano model;product design 无轨运输抱罐车是钢铁行业不可或缺的重型机械装备1，能够实现冶金渣安全、高效运输，对钢铁行业的发展有极大的促进作用2。可拓创新法和模糊Kano 模型在产品设计领域中已得到广泛应用。李仔浩等3通过可拓设计方法及逆向思维模式，提出产品创意设计流程，并用实例验证了该设计流程的可行性206 包 装 工 程 2023 年 3 月 和合理性。杨刚俊等4通过论述可拓学的物元模型及菱形思维方法，对比 TRIZ 理论解决矛盾的方法，提出两者相结合的创新设计方法，并验证了可行性；Zhang 等5以可拓学的创新方法为基础，对南航机场自助航站楼进行创新设计，证明可拓学的创新方法可提升设计的科学性和效率。Gu6为了解决核电厂人机界面设计中颜色差异和工作性能之间的对立问题，提出一种可拓物元分析方法，将该方法应用于人机界面的设计中，有效提高了工人工作的操作效率。王军等7将可拓分析和 TRIZ 中发明问题解决原理相结合，提出两者相结合的创新设计方法，并通过营地手推车的实例设计证明集成设计方法能够提高设计问题的解决效率。陈香等8利用 TOPSIS 法对用模糊 Kano 模型分类后的需求要素的重要度进行筛选和排序，得到合理的设计方案，提出两者相结合的产品设计方法，并以实例验证了可行性。廖勇强9利用 Kano 模型将用户需求转化为设计要素，并在下肢骨骼机器人各个结构部件的设计中应用可拓学的基元理论，解决了设计中部件之间存在的矛盾。利用可拓创新法解决设计问题具有一定的优势，但在用户需求要素获取上存在明显不足，同时在重要程度排序上较为模糊，对关键需求要素提取不够精确，模糊 Kano 模型可有效解决此问题。本文提出基于模糊 Kano 模型和可拓创新法的设计流程，在设计应用中充分发挥集成理论互补的优势，为特种运载抱罐车的设计研究提供方法基础。1 特种运载抱罐车现状分析 通过对国内外特种运载抱罐车的调研分析，国外对于特种运载抱罐车的研究较国内早且完善10。起初，国内钢铁企业为了满足自身对于冶金渣运输的需求，主要靠进口国外的设备。国内自主研发的国产抱罐车相对较少，不能满足市场需求，经过相关企业加大对特种运载抱罐车研发投入的力度，针对国内企业生产的特种运载抱罐车产品，相关技术的研究不断有新的突破，车辆组件国产率逐渐提高，一些具有代表性的企业已经可以自主生产出针对不同用户需求和工作环境的产品。随着产品的迭代更新速度不断加快，目前，特种运载抱罐车承载量、控制系统等各方面性能不断完善，但存在造型呆板杂乱、安全性不高和功能细节完善度低等问题，以致用户的满意度未达到理想期望值。本文以 SPC70 型号的特种运载抱罐车为设计对象，见图 1，进行优化设计。该产品目前在以下几个方面存在一定的问题：1）外观造型：同质化严重，缺少设计感。2）功能特征：功能较单一，不能满足用户需求。3）安全性能：安全防护措施少，安全性问题频发。4）人机协调：操作流程复杂，未充分考虑用户 图 1 SPC60 特种运载抱罐车 Fig.1 SPC60 special carrying tank car 的使用习惯与基本认知，导致工作效率较低。5）品牌文化：品牌识别性较弱。2 集成创新设计流程 2.1 模糊 Kano 需求模型概述 Kano 模型是由日本教授狩野纪昭提出的能够有效提高产品用户满意度的分析方法11。在产品的设计开发中，该方法可以协助设计师获取用户需求，并根据科学评估方法将用户需求进行归类，获取需求的优先级，进而获取用户满意度和产品相关属性之间的关系，促使产品更加符合用户的要求。图 2 Kano 需求模型图 Fig.2 Diagram of Kano need model Kano 模型将产品的服务质量要素分为 5 类12，见图 2。基本型需求（M）是指用户认为产品所必须具备的属性或功能，该需求不满足用户时，用户满意第 44 卷 第 6 期 陈国强，等：基于模糊 Kano 模型和可拓创新法的特种运载抱罐车设计 207 度会极大降低，当满足用户时，不影响用户满意度；期望型需求（O）是指该类需求满足用户时，用户满意度会极大提升，当不满足时，满意度不会提升，两者之间为线性关系；魅力质量要素（A）是指当不具备该类需求时，用户满意度不会有明显改变，当具备时，用户满意度则会极大提升；无差异型需求（I）是指该类需求的存在或不存在都不会对用户满意度造成影响；反向型需求（R）是指提供该类需求反而会降低用户的满意度13。模糊 KANO 模型弥补了传统 KANO 模型方法中用户给定确定性答案的缺陷，在用户问卷调查中利用区间模糊数0,1代表某个要素的需求程度，用户根据需求的重要度进行打分，模糊思维更有利于解决设计中的不确定问题14，能够更精确地获取用户的关键需求，为产品的设计实践奠定基础。2.2 可拓创新法概述 可拓创新法是快速产生有效创意的方法之一，其体系具有模型化、可变化、收敛化和整体化的特点15。可拓创新法可表达产品设计中的矛盾问题16，而且能利用可拓学中可拓变换和可拓推理两个主要工具，为设计中的矛盾问题提供解决方案17。应用可拓创新法的四个步骤如下：步骤一：物元可拓模型的建立，表达形式见式（1），其中 N 表示分析的对象，1C表示该对象具有的某个特征，1V表示该对象关于此特征的量值。111222,nnnRNCVRCVRCVR(1)步骤二：拓展分析。主要包括发散分析、相关分析和蕴含分析等分析方法，其中发散分析是比较常用和简单的一种分析方法，即对物元中的对象、特征或量值进行发散。步骤三：可拓变换，根据拓展分析的结果，运用可拓变换相关方法，形成新的解决方案；主动变换，主要包括分解、增删、扩缩、置换变换等，增删变换即存在一个物元oiM，并且oioiotTMMM，即存在一种变换T，使00oiitTMMM，则称变换T为物元oiM的增加变换，记作0toiMTM。置换变换指在对象、特征、量值三者中，一个或多个因素发生改变；传导变换：如果存在一个物元oiM发生主动变换1 iT导致物元otM发生变换2iT，使otM变为otM，则称2iT为1 iT的一阶传导变换，记作1TikiT。步骤四：优度评价。从技术、经济和社会等方面，选取衡量指标，确定权系数，建立关联函数，计算优度，筛选出优度最高的设计方案，具体流程见图 3。图 3 优度评价流程图 Fig.3 Fl