基于TRIZ理論的CRH動車組手推餐車改良設(shè)計

徐江華 張瀟月 葉瀅 龍晨鵬 謝謙

摘 要：本文以優(yōu)化CRH動車組手推餐車的使用功能和整體造型為設(shè)計目的，在設(shè)計構(gòu)思的過程中，建立TRIZ理論在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的方法模型，并基于該模型進行產(chǎn)品分析與市場調(diào)研，提出使用方式與造型設(shè)計中存在的問題，總結(jié)出問題對應(yīng)的通用參數(shù)。利用TRIZ理論40個發(fā)明原理中的合并原理、等勢原理及曲面化原理來解決矛盾，從而明確手推餐車改良設(shè)計的目標(biāo)，為進一步主要問題和技術(shù)沖突的轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新原理和矛盾矩陣的求解提供前提條件，并通過語義差異法驗證設(shè)計結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;CRH動車組;手推餐車;改良設(shè)計;語義差異法

CRH（China Railway High-speed），是中國自主設(shè)計研發(fā)并擁有全面知識產(chǎn)權(quán)的鐵路高速列車品牌，中國高鐵發(fā)展至今已成為一種國際化趨勢。而在高鐵餐車服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計方面，兩端遠(yuǎn)離餐車車廂的旅客主要依靠手推餐車供應(yīng)食物，而隨著人們物質(zhì)生活、消費需求與審美要求的不斷提高，現(xiàn)有的純功能型手推餐車已難以適應(yīng)高鐵服務(wù)的快速發(fā)展。本文通過運用TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論，對手推餐車進行改良設(shè)計。

1 TRIZ理論的產(chǎn)品改良設(shè)計方法模型

運用TRIZ理論[1]解決一個問題的難易程度取決于對問題的描述或程式化的方法，而發(fā)明問題求解的過程是對問題的不斷描述和程式化的過程，只有清楚初始問題的根本沖突，才能求出最優(yōu)解。[2]產(chǎn)品改良是指解決或消除設(shè)計中的沖突，從而產(chǎn)生新的有競爭力的解。TRIZ理論將技術(shù)系統(tǒng)的演化規(guī)律作為產(chǎn)品進化的模式，并應(yīng)用相應(yīng)的工具消除設(shè)計中的矛盾，促使產(chǎn)品改良設(shè)計過程規(guī)律化、系統(tǒng)化與模式化，將設(shè)計問題表達(dá)成TRIZ問題。[3]針對CRH動車組手推餐車的改良設(shè)計的方法模型如圖1所示。

2 CRH動車組手推餐車改良設(shè)計實例

2.1 產(chǎn)品分析

旅客感知的CRH動車組服務(wù)質(zhì)量包括3個維度，即硬質(zhì)量（硬件質(zhì)量）、軟質(zhì)量（乘務(wù)員服務(wù)質(zhì)量）和列車內(nèi)所售商品質(zhì)量。[4]手推餐車包括車輪、箱體、車把、剎車系統(tǒng)等主要結(jié)構(gòu)，箱體為四層置物結(jié)構(gòu)，且后方設(shè)有小型置物柜;材料多應(yīng)用鋁合金、鑄鐵、橡膠等材質(zhì);色彩上以CRH標(biāo)準(zhǔn)色——深藍(lán)色作為箱體的色彩基調(diào)。

2.2 問題描述與分析

CRH動車組手推餐車主要存在功能與造型兩方面的問題。手推餐車功能性問題體現(xiàn)在行走、取餐、保溫、銷售、舒適度等方面，如春運高峰期不便通過狹窄的車廂過道、箱體內(nèi)側(cè)物品易堆積滯銷、餐食保溫性差等;手推餐車造型設(shè)計問題體現(xiàn)在缺乏美觀性、語義性與個性等。其最終理想解分析是指手推餐車系統(tǒng)在最低程度改變的情況下，實現(xiàn)最優(yōu)的服務(wù)功能，以達(dá)到手推餐車系統(tǒng)最理想化的運行使用狀態(tài)。

2.3 運用TRIZ工具解決問題

技術(shù)矛盾是指系統(tǒng)中一個參數(shù)的改變會引起另一個參數(shù)的惡化。利用TRIZ的“如果……那么……但是……”規(guī)范描述CRH動車組手推餐車的技術(shù)矛盾：第一，如果想要避免影響通行順暢的障礙與因素，那么就要協(xié)調(diào)與優(yōu)化設(shè)計手推餐車的尺寸與造型，但是這樣會消耗手推餐車本身更多的機械能;第二，如果想要高效服務(wù)并達(dá)到銷售食物的最終目的，那么需要持續(xù)提高商品在單位時間內(nèi)的銷售輸出總量，但是這樣會過度增加乘務(wù)員的工作頻率。將上述兩個一般問題轉(zhuǎn)換為39個通用工程參數(shù)，對照矛盾矩陣表，如表1所示：

通過表1中出現(xiàn)的發(fā)明原理得到矛盾的可能解，采用發(fā)明原理5、12、14，即合并原理、等勢原理、曲面化原理，對CRH動車組手推餐車進一步進行造型、結(jié)構(gòu)與使用分析，厘清其設(shè)計思路與構(gòu)想。

2.4 設(shè)計方案

CRH動車組手推餐車設(shè)計方案，主要是以TRIZ理論為依據(jù)，對現(xiàn)有手推餐車進行以下6個方面的優(yōu)化與改進，改良設(shè)計方案如圖2所示：

（1）利用TRIZ理論的第5條發(fā)明原理（合并原理）。將手推餐車保溫箱、置物箱兩種功能具有相似性的部件合并，箱體內(nèi)壁設(shè)保溫層，以實現(xiàn)節(jié)假日乘客高峰出行期間CRH動車組對新鮮食物的即時供應(yīng)。

（2）利用TRIZ理論的第12條發(fā)明原理（等勢原理）。將手推餐車定位為三層結(jié)構(gòu)，在一定程度上減輕餐車總重量，造型更為簡潔、美觀、大方，也更便于乘務(wù)員使用更舒適的手握姿勢。

（3）利用TRIZ理論的第14條發(fā)明原理（曲面化原理）。手推餐車在造型上采用與“和諧號”車頭相似的大圓弧流線型設(shè)計，以白色為總基調(diào)，局部使用“高鐵藍(lán)”點綴裝飾，更便于在車廂過道或車廂連接處的人群中穿梭，圓潤的造型設(shè)計更是能夠減少與乘客身體磕碰的安全隱患。

（4）優(yōu)化材料、加工等設(shè)計變量。在材質(zhì)設(shè)計方面，手推餐車主框架造型采用ABS工程塑料和合金材質(zhì)，具有更好的抗沖性、剛性、耐熱、耐腐蝕性能，易于加工成型;保溫箱外殼、內(nèi)膽均使用PE材質(zhì)，保溫層為EPS材質(zhì)，打造一種溫暖、舒適的使用體驗。

（5）優(yōu)化產(chǎn)品維數(shù)等設(shè)計變量。CRH動車組手推餐車最佳功能尺寸是人體尺寸百分位數(shù)、功能修正量、心理修正量三者的總和。[5]根據(jù)行業(yè)要求，高鐵女乘務(wù)員的身高標(biāo)準(zhǔn)為163～173cm。為了給餐服員提供較舒適的推行空間，餐車寬度設(shè)計約為40cm，長度約為110cm，車輪直徑約為10cm。根據(jù)女性乘務(wù)員身高與作業(yè)面高度的關(guān)系，手推餐車工作臺面高度應(yīng)為94～102cm。

（6）安全性設(shè)計。手推餐車前后共4個萬向輪驅(qū)動，在后兩輪處設(shè)置制動器剎車裝置;車身側(cè)底面采用“腰鼓形”設(shè)計，在保護車輪的同時，通過倒角的形式內(nèi)凹，避免設(shè)備設(shè)施可能給乘客、乘務(wù)員的人身安全、健康和環(huán)境、產(chǎn)品本身、其他裝置帶來危害而造成財產(chǎn)損失。

3 結(jié)果驗證

在產(chǎn)品設(shè)計中，用戶的心理是重要的研究因素。因此，用戶滿意度也是評價和改進CRH動車組手推餐車設(shè)計方案的重要依據(jù)。[6]首先，由乘客、餐服員、乘務(wù)員、研究生、資深設(shè)計師等27位受測者，通過頭腦風(fēng)暴法收集并利用網(wǎng)絡(luò)、書籍、文獻(xiàn)等途徑，補充174個感性詞匯，之后研究小組依據(jù)詞匯含義確定形態(tài)與色彩兩方面共8組代表性感性詞匯，用-3～3分表示相反詞匯的不同變化程度，以驗證設(shè)計結(jié)果的可靠性。CRH動車組手推餐車設(shè)計的語義差異調(diào)查結(jié)果如表2所示：

表2所示結(jié)果表明，運用TRIZ理論的CRH動車組手推餐車設(shè)計方案在形態(tài)與色彩等方面具有一定的合理性，進一步驗證了TRIZ理論對CRH動車組手推餐車設(shè)計的有效性。

4 結(jié)語

CRH動車組手推餐車的設(shè)計創(chuàng)新是為乘客有序、安全、高效地提供送餐服務(wù)的必要保證。本文分析CRH動車組現(xiàn)有手推餐車在功能與造型方面存在的問題，以TRIZ理論為依據(jù)進行改良設(shè)計，并以手推餐車的創(chuàng)新性、美觀性、操作性、舒適性為指標(biāo)，評價設(shè)計方案。TRIZ理論的應(yīng)用拓寬了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的思維模式，也為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)提供了一定參考。

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[3] 付敏，李銳，范德林.基于TRIZ的產(chǎn)品設(shè)計集成創(chuàng)新方法研究綜述[J].中國工程機械學(xué)報，2013，11（02）：170-174+178.

[4] 溫碧燕，秦倩倩，周思念.鐵路旅客感知的列車服務(wù)質(zhì)量實證研究[J].鐵道學(xué)報，2012，34（09）：7-14.

[5] 王愛紅，劉穎悟，楊文.人機工程學(xué)[M].兵器工業(yè)出版社，2015.

[6] Anay M . Bridging the gap：designer's“user concept”as a transformative tool between user knowledge and design[J]. Anadolu University Journal of Science and Technology，2011，12（2）：111-118.

作者簡介：徐江華（1977—），男，湖北荊州人，博士，副教授，研究方向：載運工具設(shè)計。

張瀟月（1998—），女，山東濟南人，本科在讀。