基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计研究.pdf

12Seminar&Summary专论与综述基金项目:东南大学“美育”专项教学改革研究与实践重中之重项目(No.2021-my-18);“中央高校基本科研业务费专项资金资助”项目 (2242020S20035)作者简介:许继峰(1980-),男,博士,副教授,研究方向:可持续设计及战略、中国传统工艺传承与创新,E-mail:引文格式:许继峰,夏陈宇.基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计研究J.家具与室内装饰,2023,30(08):12-17.XU Jifeng,XIA Chenyu.Research on the Design of Human-pet Shared Furniture Based on QFD and TRIZJ.Furniture&Interior Design,2023,30(08):12-17.随着社会经济的迅速发展，物质生活的压力使得人们更加注重精神需求，养宠则是人们纾解精神压力、增添生活情趣的主要方法之一。据宠物研究数据所示1，我国宠物行业规模正高速扩张，预计2023年宠物市场消费数额将突破3000亿元。其中，犬猫渗透率最高，2020年狗在所有宠物类型中的渗透率达51%，猫为46%，较2019年有明显上升，人们对宠物用品、家具等需求也随之增长。当下，市场上的人宠共享家具系列化研究较少，最为常见的是桌子或者沙发等单体家具（图1），未能全面满足人作为一项质量管理系统提出，目的是为了设计、生产充分满足顾客需求的产品和服务。QFD法提供了 一种将用户需求转化到产品特性要求之间的模型2，其核心工具是质量屋（House Of Quality，HOQ）。HOQ作为一种直观的矩阵框架表达形式，通常由以下几个广义矩阵部分组成：WHATS矩阵，表示需求什么；HOWS矩阵，表示针对需求怎样做；相关关系矩阵，表示WHATS项的相关关系；HOWS的相互关系矩阵，表示HOWS阵内各项目的关联关系；评价矩阵，表示HOWS项的组织度或技术成本宠的多元化需求。因此，成套家具在人宠共享家具市场的缺口较大，具有广阔设计研发空间。在此背景下，本文尝试引入质量功能展开方法(Quality Function Deployment，QFD)和发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ），为人宠共享家具设计领域提供方法性指导。1 QFD和TRIZ在当代设计中的应用分析QFD法最早由日本质量管理大师赤尾洋二和水野滋教授于20世纪60年代末Research on the Design of Human-pet Shared Furniture Based on QFD and TRIZ许继峰，夏陈宇 Xu Jifeng&Xia Chenyu(东南大学艺术学院，江苏南京 211189）摘 要：为增强现代居家生活中人与宠物的共居、共享和互动体验，探索人宠共享家具的创新设计方法与方案，本文尝试将QFD（质量功能展开）和TRIZ（发明问题解决理论）的集成创新方法应用于人宠共享家具设计过程，实现人宠共享的目标需求与良好的互动体验。采用问卷调研、访谈等形式获取用户真实需求反馈，且对人宠共享家具现状及问题进行归纳。构建人宠共享家具需求质量屋，推导并锁定用户清洁简易、情感体验良好、互动趣味度高的核心需求，将需求转化为对应的产品特性，通过比较分析得到功能和尺度、结构和清洁之间的矛盾问题。根据TRIZ理论提供的发明原理对两个矛盾进行消除，从而解决人宠共享家具设计中的难题，并通过用户满意度调查验证方案的可行性。实践证明，QFD和TRIZ相结合的集成创新方法能够高效、科学指导人宠共享家具设计，使家具更好地承载人与宠物之间互动、娱乐的多重功能。关键词：质量功能展开；发明问题解决理论；人宠共享；家具设计DOI:10.16771/43-1247/ts.2023.08.003中图分类号：TS664.1 文献标识码：A 文章编号:1006-8260(2023)08-0012-06Abstract:In order to enhance the co-living,sharing,and interactive experiences of people and pets in modern home life and explore the innovative design methods and schemes of human-pet furniture sharing,this paper applies the integrated innovative methods of QFD(Quality Function Deployment)and TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)to the design process of furniture sharing between people and pets to realize the goal of sharing between people and pets and a good interactive experience.In this paper,questionnaires and interviews were mainly used to obtain feedback from users.According to the feedback,the current situation and problems of human-pet furniture sharing were summarized.QFD is used to build a quality house for human-pet furniture,deduce and lock the core needs of users,such as easy cleaning,a good emotional experience,and high interactive interest,and transform the needs into corresponding product features.In this situation,contradictions between function and scale,structure,and cleanliness will be obtained through comparison.Then,according to the invention principles provided by TRIZ,those two contradictions can be eliminated,which solves the problems in the design of shared furniture for pets,and the feasibility of the scheme is verified by the user satisfaction survey.It has been proven that the integrated innovative method combining QFD and TRIZ can efficiently and scientifically guide the design of human-pet shared furniture so that it can carry out the multiple functions of interaction and entertainment between people and pets in a better manner.Key words:Quality function deployment;Theory of inventive problem-solving;Human-pet shared;Furniture design基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计研究Seminar&Summary专论与综述13F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰评价情况；竞争性或可行性分析比较。质量屋建立完成后，通过定性和定量分析得到输出项HOWS项，即完成了“需求什么”到“怎样去做”的转换，从科学的角度发掘客户真实需求、定位设计矛盾问题。发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）产生于1946年，由苏联发明家根里奇 阿奇舒勒（Genrich S.Altshuller）等研究人员在整合研究多重学科领域中大量高水平创新专利的基础上提出，总结出了创造的潜在客观规律及发明原理，是最有效、最快速解决问题的创新方法之一。将QFD方法和TRIZ理论相结合，可以形成精准定位高效解决的矛盾处理工作链条，创造出真正解决客户问题的优质产品。当下已有不少学者将二者进行集合应用。贾玉玉等人3构建了基于QFD和TRIZ的儿童家具集成设计，实现了 儿童家具的功能性转换。刘旭等人4以老年人需求为导向，运用TRIZ和QFD集成模型提高了社区养老模式下的智能饮水机产品的适老化功能。金霄、李淼等5以燃气轮机机匣改良方案为例，应用QFD与TRIZ集成方法获取关键技术特性并进行创新设计，为企业解决研发阶段难题提供了 一定参考。以上学者均通过实践证明了这一集成方法的可行性和有效性。此外，该方法还被运用于玩具、文创、传感器等设计领域，帮助学者高效解决多领域的复杂设计问题。目前，尚未有学者在人宠共享家具设计中应用该方法，故而本文创新性地探索QFD和TRIZ集成模型在该设计领域中的可操作性和应用价值。2 QFD和TRIZ的集成模型构建QFD方法和TRIZ理论相融合的集成模型如图2，分调查和研发两个阶段。前期调查阶段运用QFD方法中的质量屋（HOQ）技术来构建“用户需求产品特性”相关关系矩阵，确定设计的重点方向。接着，找出产品特性之间的相互关系。产品特性之间存在着互促与矛盾的关系，假设一个产品特性得到强化时，另一个产品特性就会被削弱，则表图1 宠物家具调研分析图2 QFD和TRIZ的集成模型图3 人宠共享家具设计流程图 1图2图314Seminar&Summary专论与综述示二者向着相反方向变化，这两种特性呈现的关系即为负相关，反之，性能朝着相同方向变化的两种产品特性之间的关系为正相关。在后期开发阶段，重点在于使用TRIZ解决设计过程中的负相关问题。在问题分析完成后，根据判定方法将其判断为相应的矛盾种类。技术矛盾描述的是两个通用技术参数之间的矛盾，解决该矛盾时，先将产品特性转换为通用技术参数，再从阿奇舒勒矛盾矩阵表中查找出解决此项矛盾的发明原理即可。物理矛盾是在一个系统中对同一个参数提出相反要求时发生的矛盾，可以用4大分离原理或40个发明原理进行消除。消除矛盾后，需要评估、测试产品是否符合用户真实需求。3 基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计流程本研究应用QFD和TRIZ集成模式于人宠共享家具的设计流程中，划分流程为现状调研、用户需求分析、矛盾定位与解决、方案产出、方案评估五个步骤（图3）。第一步骤，分析市场中人宠共享家具的存在问题，调研、归类用户需求。第二步骤，转化用户需求为产品特性，并建立质量屋（HOQ），得出产品特性的重要度排序。第三步骤，找寻产品特性之间的矛盾问题，运用TRIZ工具解决。第四步骤，在原理的建议下产出方案。第五步骤，验证方案的可行性。3.1 基于QFD的用户需求分析3.1.1 获取用户需求权重我国养宠群体主要为85后和90后，故而本次设计的目标用户以年轻消费群经一致化计算，各项用户需求的权重系数如表1所示。3.1.2 确定产品特性赤尾洋二将质量屋定义为：“将顾客的需求转换成代用质量特性，进而确定产品的设计质量（标准），再将这些设计质量系统地(关联地)展开到各个功能部件的质量、零件的质量或服务项目的质量上，以及制造工序各要素或服务过程各要素的相互关系上。”可以看出，用户需求和产品特性是构建质量屋（HOQ）的关键构成要素。为满足当前的用户需求，人宠共享家具设计中的产品特性被定位为造型、色彩、材质、功能、结构、尺度、安全、清洁、趣味性、和谐性、可移动性、可调节性及组合性。3.1.3 构建QFD需求质量屋人宠共享家具设计质量屋由左墙、屋顶、天花板、房间和地下室五个矩阵部分组成（图6）。左墙部分是用户需求及其权重系数；屋顶部分是产品特性的相互关系矩阵，以符号“+”表示正相关关系，符号“-”表示负相关关系；房间部分负责呈现用户需求与产品特性之间的相关关系矩阵，以数字1、3、5分别描述较弱关联性、一般关联性和较强关联性，数值越小，则代表关联性越弱；地下室部分由产品特性得分和产品特性的重要度评估排序构成。3.1.4 推导设计要素中的矛盾由HOQ地下室部分的重要度排序可知，功能、结构、材质、造型、和谐性是占比较大的五个产品特性，将作为方体为主。首先，通过问卷形式对养宠人士进行调研，最终收到47份有效问卷，其中包括七名研究生、三十七名从业人员、三名无业人员。随后，为深度调研群体的多元化情感需求，从参与问卷填写的用户中选出四位代表性用户参与访谈，主要针对用户与宠物共同居住空间的家具需求进行调研（图4）。筛选、归类获取的反馈样本后，发现用户需求主要集中在外观、功能和体验方面。因此，本文结合情感化设计理念，使用唐纳德 诺曼的三层次分类法归纳用户需求，以满足人宠共同享受家居生活的精神追求（图5）。具体的实践方法是将感知层、行为层、反思层三个层次作为概括层级，从中细分出九个需求：造型美观（D1）、色彩柔和（D2）、材质舒适（D3）、安全稳定（D4）、使用方便（D5）、功能多样化（D6）、清洁简易（D7）、情感体验良好（D8）、互动趣味度高（D9）。确定用户需求后，即可计算各项用户需求的权重系数。用数字7、5、3、1代表用户需求的重要程度，数值越小，则代表重要度越低。根据用户需求比对结果显示，清洁简易、情感体验良好、互动趣味性高是用户对于 人宠共享家具的最重要需求，材质舒适、使用方便、功能多样化是较为重要需求。由此，将用户需求重要度权重的集合设定为Z，Diw代表用户需求权重，i 1，9，Z=D1w，D2w，D3w，D4w，D5w，D6w，D7w，D8w，D9w=3，1，5，3，5，5，7，7，7，Ciw代表各项需求权重经评分算法计算后的得分系数。评分算法公式如下。（1）图4 养宠用户访谈图5 人宠共享家具设计用户需求层次图4图515F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰案设计的重点关注方向。针对产品特性之间的相互关系进行分析后，得出功能与尺度、结构与清洁两两特性之间存在着负相关关系，即存在矛盾问题。3.2 运用TRIZ理论转化与解决设计中的矛盾将HOQ中发掘的矛盾问题转换成所属的通用技术参数，然后根据参数之间的矛盾类型建立TRIZ问题模型，再通过查找阿奇舒勒矛盾矩阵表找到相应的发明原理，继而将其用于人宠家具设计中矛盾的解决（表2）。（1）矛盾1：功能和尺度。人宠共享家具功能多样化的目标是为用户和宠物提供舒适的独享空间和共享空间。功能增加会导致家具尺度增大，易造成生活空间拥挤，而尺度减小又会使得家具难以承载多重使用空间的功能。根据三十九个通用技术参数的含义，功能对应参数编号为NO.35，尺度对应参数编号为NO.8。既要家具体积增大，用以承载多重功能，又要家具体积减小，形成家居的留白区域，为心灵预留出宽广的栖息空间6。该矛盾属于物理矛盾，推荐采用空间分离原理辅助解决，使用局部质量原理能够有效实现空间分离，即赋予同一物体的不同部分以不同的功能，使每一部分具备满足功能正常运行的条件。解决方式：合理划分家具功能分区，将同一件家具划分出用户和宠物各自的使用区及共用区。（2）矛盾2：结构和清洁。宠物脱落的毛发、造成的污渍是用户进行清理工作时的主要困扰，复杂的结构提高了清理的难度，破坏了家居的整洁度，影响用户的居住体验。结构和清洁分别属于编号为NO.36、NO.33的通用技术参数，二者间存在技术矛盾，推荐的发明原理为预先反作用、中介物、复制和替代原理，此中，中介物原理和替代原理适用于该矛盾的实际解决，即将一个物体和另一个易拆装的物体组合，且以廉价的物品代替昂贵的物品，以减少用户的经济损失。解决方式：选择易清洁的家具材质，尤其是设计宠物使用区时，采用表面较为光滑的材料打造空间。另外，融合模块化理念，便于局部的拆卸、清洁。表1 用户需求重要度 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9DiwCiw30.07010.02350.11630.07050.11650.11670.16370.16370.163表2 TRIZ矛盾问题的转化与解决序号 负相关特性 通用技术参数 矛盾类型 发明原理12功能尺 寸结构清洁NO.35适应性及多 用性NO.8静止物体的体积NO.36装置的复杂性NO.33可操作性物理矛 盾技术矛 盾NO.3局部质量NO.24中 介物NO.27替代图6 人宠共享家具设计质量屋图7 用户旅程图及机会点分析图8 草图绘制图6图7图816Seminar&Summary专论与综述4 基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计方案与评估4.1“伴居”人宠共享家具的设计草案上述内容通过QFD和TRIZ的集成方法定位并解决了矛盾问题，推动设计流程进入到方案产出阶段。在这一阶段，将访谈中获取的用户家居生活行为划分为到家、更衣、互动和办公休闲四个行为阶段，发掘不同阶段的用户具体体验、心理感受与情绪变化，从用户共性痛点中探寻出机会点7，即设计具有互动、休憩、办公等多功能的组合家具。针对用户痛点转换的分析过程（图7）。结合机会点，本次设计围绕功能、结构、材质、造型、和谐性等重要的产品特性，从拟态、怀抱感、模块化设计等角度展开思维发散，以草图的视觉化展示形式呈现构思方案，部分草图见图8。在分析、评估每个方案的可行性后，淘汰偏离设计目标的方案，并不断对方案进行优化、创新，最终形成成熟的人宠共享家具设计方案（图9）。4.2“伴居”人宠共享家具的设计方案经过建模和渲染，产出的方案效果图如图10所示。这套组合家具的服务对象为人和猫，由沙发椅、茶几和灯具构成，既是人类的家具，也是猫的家具，将二者的舒适度结合一体，架构起人与宠物之间互动、娱乐的桥梁8。沙发椅造型圆润饱满，呈微微环抱状的扶手给人以怀抱的温暖情绪感受，见图11。扶手区域不仅可以让人舒适地倚靠，也是猫的休闲区域，猫可以从椅背后侧或右侧扶手上的洞口进出。座椅根据人宠生活习性进行空间区分设计，当人们发现沙发椅中的空间划分时,好奇心以及爱玩的天性会被激起，从而主动探索家具有趣的使用功能9。暖色调的室内空间形象是积极、热情向上的10，因此在色彩上选择暖调米灰色，形成素雅、温馨的视觉效果。扶手上灰色动物爪垫装饰为弹性硅胶材质，可供用户捏按，借此减缓内心的压力。在材质上，椅面整体为短绒织物，制造出柔软触感；内部设置有木质通道，满足猫磨爪、钻洞的生物习性，同时便于用户清理。茶几造型灵感来源于行星和星环，玻璃区域为猫窝，入口造型与沙发椅后侧的入口造型一致，提升了家具之间的系列感。桌面上方半球顶部留有开口，使用户能够完成抚摸猫的行为，且该半球体积小于桌面下方半球体，保证下方猫图9 草图方案图10 设计方案图11 沙发椅效果图图12 茶几效果图图13 灯具效果图图9图 10图 11图 12图 1317F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰活动空间的同时，增大上方桌面的物品放置面积，且沉重的大理石底座能够保证茶几的稳定性。猫窝和桌面的划分增加了桌子使用功能的可变性、多样性与交互性11，创造了 人宠共享、互动的空间（图12）。此外，猫窝软垫可从猫窝入口处自由拆取，便于用户清洗、更换，解决因猫撕咬、磨爪而破损的问题，使家具更加耐用12。灯具将衣架、猫窝与灯具三者的功能相结合，上方是照明区域，灯泡位置可作为帽架使用；中间区域为可折叠衣架，方便用户回到家后帽子与外套的脱置；下方区域为猫窝（图13）。灯具大面积区域选用木材、玻璃材质，与沙发椅腿、桌面的材质、色泽相呼应，营造统一、和谐的“气”场13。灯具脖颈处的不锈钢材质中和了木材的沉稳，让整体节奏张弛有度。灯光强弱通过左右移动脖颈处的蝴蝶结开关进行控制，取代了 一板一眼的传统开关。在灯具下方设置猫窝，其和茶几猫窝均选取高透玻璃材质，满足人宠互相观察对方行为的心理需求14。4.3“伴居”人宠共享家具的设计评估生成方案后，通过电话回访和满意度问卷调查方式收集用户评价，用以验证基于QFD和TRIZ集成方法的人宠共享家具设计的可行性和可操作性。电话回访：首先向十三名养宠人士发送方案及设计说明，然后对用户进行电话回访。10名用户表示满意，反馈的高频关键词有“温馨”“愿意购买”“有趣”“方便清理”等，满意度达76.9%。满意度问卷调查：此处运用李克特量表，设定非常满意”“满意”“一般”“不满意”“非常不满意”五个等级，分别赋算机集成制造系统,2022,28(01):184-196.3贾玉玉,张胜,杨滨等.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J.家具与室内装饰,2022,29(07):37-41.4刘旭,郑茹萍.基于TRIZ/QFD的适 老 化 产 品 设 计 J .中 国 科 技 信息,2022(08):115-117.5金霄,李淼,刘勋等.基于质量功能展开与发明问题解决理论的燃气轮机机匣设计研究J.热能动力工程,2022,37(05):174-179.6徐园.室内空间设计中的留白J.装饰,2004(03):65.7张楠.基于用户隐性需求的家具创新设计研究J.装饰,2021(04):98-101.8李雨佳,叶喜.宠物猫家具设计在情感化与功能美学中的研究J.家具与室内装饰,2016(05):35-37.9刘佳慧,张帆.行为引导在现代家具产品设计中的应用研究J.家具与室内装饰,2021(09):8-11.10梁冰.室内空间的情感化设计J.美术观察,2008(02):116.11陈绍禹.基于行为需求分析的家具设计方法研究以C公司休息区家具为例J.装饰,2019(02):142-143.12薛拥军,付佳琪,陈慧怡.陪伴式宠物家具的设计研究以猫家具为例J.家具与室内装饰,2020(08):9-11.13梁建民.住宅空间中的“和”境与“气”场J.美术观察,2018(01):131.14易欣,梁家明,梁卓强等.基于QFD/TRIZ/FEM集成的儿童摇椅创新设计研究J.林产工业,2021,58(09):17-22.15唐开军.基于CMF内涵的家具用材设计研究J.林产工业,2021,58(07):22-27.分5、4、3、2、1，针对功能、结构、材质、造型、清洗方式和色彩六个重要评价指标进行满意度评估。结果如图14所示，用户对本次人宠共享家具的设计方案满意度达标，由此可见当前方案较为贴合用户需求15。5 结语本文基于QFD和TRIZ的集成创新方法，构建将理论方法与实践相结合的人宠共享家具设计流程。通过问卷调研、用户访谈获取用户需求，再运用QFD方法将其转化为产品特性，进而建立质量屋，从中确定产品特性的优先级排序及产品特性之间的关系，继而定位矛盾。接着借助TRIZ理论建立相应的TRIZ问题模型，通过查找阿奇舒勒矛盾矩阵表找到适用于解决矛盾的发明原理，加快了方案的产出效率。最终，经过用户满意度调查，方案的可行性得到了验证。本次理论实践为今后的相关设计提供了新的思路和方法，揭示了QFD和TRIZ的集成创新方法在人宠共享家具设计领域的应用价值与指导意义。该方法有助于建立科学、精准、高效的设计流程，能够准确定位用户需求，确定重要设计方向，达到快速打破人宠共享家具设计创新困境的目的。（责任编辑：张 杨）参考文献：1Mob研究院.2021年宠物专题研究报告DB/OL.https:/ 设计方案满意度评价