基于專利文獻(xiàn)的人因工效學(xué)的普適性創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式

孫晟澤,趙旭

(1.吉林藝術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130000；2.西安交通大學(xué)，西安 710000)

1 引言

人因工效學(xué)是根據(jù)人的心理、生理和身體結(jié)構(gòu)等因素，研究人、機(jī)械、環(huán)境相互間的合理關(guān)系，以保證人們安全、健康、舒適地工作[1]。它關(guān)注人以及人與產(chǎn)品、系統(tǒng)、流程的交互，它追求目標(biāo)之一就是人們某些期望價(jià)值。人因工效學(xué)需要以人的因素為中心，指導(dǎo)產(chǎn)品、系統(tǒng)、流程或者環(huán)境設(shè)計(jì)[2]。

在知識(shí)產(chǎn)權(quán)日益發(fā)展的前提下，專利權(quán)的逐步進(jìn)入人們視野。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，專利文獻(xiàn)查閱成為了必要手段，專利文獻(xiàn)數(shù)量日益增長(zhǎng)，知識(shí)庫(kù)資源日益龐大[3]。通過查詢專利知識(shí)庫(kù)，可以對(duì)設(shè)計(jì)思路和方法所進(jìn)行直接判斷，保證毫無(wú)頭緒創(chuàng)新研究和侵犯他人專利權(quán)益而給自身帶來(lái)?yè)p失[4]。

隨著中國(guó)市場(chǎng)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)重視程度不斷提高，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)架構(gòu)建立和維護(hù)日益增強(qiáng)[5]。因此，中國(guó)企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新的過程中，應(yīng)該充分挖掘企業(yè)自身專利，并進(jìn)行維護(hù)和自主創(chuàng)新，創(chuàng)造自己的新專利。依照當(dāng)前我國(guó)所處的專利現(xiàn)狀，專利組合設(shè)計(jì)是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)核心之一，開發(fā)專利組合，構(gòu)建知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，對(duì)核心專利全面保障[6]。

本文的技術(shù)路線圖如圖1所示

圖1 技術(shù)路線圖

2 TRIZ方法簡(jiǎn)介

TRIZ是創(chuàng)新方法典型代表[7]TRIZ是拉西文(Teoniya Resheniya IZobreatatelskikh Zadatch)的略寫，意思是“發(fā)明問題解決理論”。TRIZ創(chuàng)新方法的核心就是提取模型，將特殊問題轉(zhuǎn)換為一般模型，運(yùn)用工具得到一般解，將一般解轉(zhuǎn)化為特殊問題領(lǐng)域解，得到解決方案[8]。

TRIZ是由前蘇聯(lián)發(fā)明家Genrich S.Altshuller與一批研究人員在1946-1985年間，通過分析世界各國(guó)近250萬(wàn)份專利并綜合多學(xué)科領(lǐng)域原理和法則而建立起來(lái)的理論體系[9-10]。

3 產(chǎn)品專利查全率、查準(zhǔn)率驗(yàn)證

產(chǎn)品專利的查全率和查準(zhǔn)率是基于專利數(shù)據(jù)信息反映專利檢索出樣本效果的重要指標(biāo)。

(1)產(chǎn)品專利查全率驗(yàn)證，是衡量專利檢索系統(tǒng)從集合中檢出專利是否全面的一項(xiàng)指標(biāo)。

根據(jù)專利檢索系統(tǒng)軟件對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)鍵詞“樂譜架”搜索得到全球共有1766件。專利數(shù)量較大，取全球近五年的565項(xiàng)專利作為研究對(duì)象，將其中前25%作為專利樣本約為141項(xiàng)，作為產(chǎn)品專利樣本集合S。

根據(jù)產(chǎn)品專利檢索系統(tǒng)中全球近五年(2013-2017)的申請(qǐng)主體專利數(shù)量匯總，經(jīng)過人工閱讀剔除無(wú)關(guān)的專利12項(xiàng)，作為驗(yàn)證產(chǎn)品專利樣本的數(shù)量總和為55項(xiàng)，約為全球近五年的565項(xiàng)專利這一研究對(duì)象的10%。經(jīng)過人工篩選的相關(guān)專利集合設(shè)定為驗(yàn)證集合P。

根據(jù)對(duì)樣本集合S和驗(yàn)證樣本集合P人工閱讀對(duì)照發(fā)現(xiàn)，專利樣本查全率=P∩S/Sx100%=141∩55/55x100%=46/55x100%≈83.7%，專利查全率在80%～90%之間，說(shuō)明專利樣本查全率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

(2)產(chǎn)品專利查準(zhǔn)率驗(yàn)證是衡量專利檢索系統(tǒng)從專利集合中檢出專利成功度指標(biāo)。

滿足要求的產(chǎn)品專利樣本集合S人工閱讀后，與目標(biāo)產(chǎn)品相關(guān)的專利數(shù)量為124件，即集合S1。專利樣本查準(zhǔn)率=S1/S=124/141x100%≈87.9%，專利查準(zhǔn)率在80%～90%之間，說(shuō)明產(chǎn)品專利樣本查準(zhǔn)率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4 基于專利樣本的功能需求分析

表1 功能需求表

通過對(duì)專利樣本的三維度技術(shù)功效矩陣分析，將時(shí)間、技術(shù)、功效三者融合在一起，確定出三種功能需求，即基本功能需求、期望功能需求、意外功能需求，如表1所示。

5 基于人因工效學(xué)的功能設(shè)計(jì)

5.1 產(chǎn)品的視覺功能設(shè)計(jì)

5.1.1 角度調(diào)節(jié)

樂譜的譜臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，以五線譜本為例，即為正常書籍，視距范圍大致為300 mm到350 mm，保證認(rèn)讀速度和準(zhǔn)確性。樂譜的譜臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)視距范圍大致為300 mm到350 mm，選取垂直視野中人眼上下最大的轉(zhuǎn)動(dòng)角向上25°向下30°，水平視野中人眼左右各5°至30°作為依據(jù)，譜本的打開長(zhǎng)度和寬度分別為420 mm和300 mm。由此進(jìn)行人眼水平面和垂直面的設(shè)計(jì)，如圖2、圖3所示。

圖2 人眼水平面設(shè)計(jì)

圖3 眼垂直面設(shè)計(jì)

人眼水平面的設(shè)計(jì)以雙目左右各30°的視野、雙目視距為70 mm、正常觀察視距350 mm為依據(jù)，由此可以得到A邊長(zhǎng)度為350MM/2+350MM/2+70 mm=420 mm。剛好與樂譜本長(zhǎng)度相一致，在正常書籍中都留有左右頁(yè)邊距，所以A邊長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求即420 mm。

人眼垂直面的設(shè)計(jì)以雙目上下轉(zhuǎn)動(dòng)角度25°向下30°和常觀察視距300 mm至350 mm為依據(jù)，打開的譜本寬度為300 mm，只要在扇形A區(qū)域內(nèi)存在大于等于300 mm的兩點(diǎn)形成的直線，即為符合設(shè)計(jì)要求。視距、視野這三個(gè)角度出發(fā)，可以設(shè)計(jì)出一款進(jìn)行角度調(diào)節(jié)又符合人眼感官特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)譜臺(tái)。三維模型圖如圖4所示。

圖4 樂譜的譜臺(tái)面三維模型圖

5.1.2 亮度調(diào)節(jié)

樂譜的譜臺(tái)面采用雙面設(shè)計(jì)，一面設(shè)置保證太陽(yáng)能供電的電池板，另一面為正常使用時(shí)的譜臺(tái)。根據(jù)打開譜本單行五線譜的長(zhǎng)度，設(shè)置左右設(shè)置等長(zhǎng)度的柔光燈源，使得樂譜的譜臺(tái)面呈現(xiàn)多段列式光源布局，而且燈源位置存在上下移動(dòng)的滑軌和固定裝置，以滿足不同的需求。

感光控制開關(guān)為到達(dá)特定亮度時(shí)，形成閉合回路，太陽(yáng)能電池進(jìn)行供電使得柔光燈源發(fā)光，達(dá)到照明的目的。感光開關(guān)所所控制的光敏電阻與一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，可以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置，改變特定亮度，從而滿足各種的需求方式。還有一個(gè)總開關(guān)是針對(duì)感光功能開啟與關(guān)閉。

5.1.3 防錯(cuò)功能

設(shè)計(jì)出帶有防錯(cuò)功能和提高認(rèn)知過程的譜臺(tái)面。三維模型圖如圖5所示。

圖5 防錯(cuò)功能三維模型圖

樂譜的譜臺(tái)面，一側(cè)設(shè)置滑軌，另一側(cè)設(shè)置滾輪，中間設(shè)置擋板將兩側(cè)連接，電機(jī)控制滑軌間隔移動(dòng)，間隔時(shí)間可以根據(jù)樂譜的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)擋板隨曲調(diào)進(jìn)行移動(dòng)。

5.2 產(chǎn)品的聽覺功能設(shè)計(jì)

5.2.1 節(jié)拍校對(duì)

人耳的聽覺系統(tǒng)各項(xiàng)特征，在節(jié)拍校對(duì)器的選擇上更傾向于電子節(jié)拍校對(duì)器，可以減弱聲音干擾；功能多樣，如調(diào)音、計(jì)時(shí)、時(shí)鐘等功能；成本費(fèi)用相對(duì)低廉。

產(chǎn)品該項(xiàng)功能可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，補(bǔ)充不同頻率的閃爍燈來(lái)實(shí)現(xiàn)不同種節(jié)拍功能，保留原有電子節(jié)拍器功能的前提下，可以大大的減弱聲音的干擾，實(shí)現(xiàn)節(jié)拍功能；此外還可以依據(jù)演奏者的熟練程度，增強(qiáng)或者減弱不同頻率的閃爍燈的光強(qiáng)度，免除學(xué)習(xí)者的依賴性，使得表演出于自然，進(jìn)而提升演奏者的實(shí)力。

5.2.2 音樂治療

中國(guó)傳統(tǒng)音樂的五個(gè)音階，即宮、商、角、徵、羽，主要是利用這五種音階為主音建立了五種調(diào)式，與五行學(xué)說(shuō)相對(duì)應(yīng)，即宮屬土，商屬金，角屬木，徵屬火，羽屬水。五行學(xué)說(shuō)中，肝屬木，心屬火，脾屬土，肺屬金，腎屬水?！端貑?陰陽(yáng)應(yīng)象大論》指出，怒傷肝；喜傷心；思傷脾；憂傷肺；恐傷腎。根據(jù)中國(guó)民族音樂的特點(diǎn)可以將樂曲分為五種情緒感受的表現(xiàn)形式，即釋放感、歡愉感、抒發(fā)感、傾訴感、振奮感，并分別與怒、喜、思、憂、恐對(duì)應(yīng)。辨證施樂的原則主要是同氣相求和情志相勝。得到辯證施樂的對(duì)應(yīng)表，如表2所示。

表2 辯證施樂的對(duì)應(yīng)表

由此，在樂譜架上設(shè)置樂曲播放器，存儲(chǔ)上述五種類型樂曲，分別將五種樂曲類型對(duì)應(yīng)五種按鈕，處于不同情緒感受時(shí)播放相應(yīng)樂曲，緩解不同情緒感受，保持身心健康。

5.3 產(chǎn)品的站姿/坐姿功能設(shè)計(jì)

5.3.1 高度調(diào)節(jié)

高度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)與人體站姿尺寸參數(shù)的眼高、肩高和頭部偏轉(zhuǎn)角存在特定聯(lián)系，人體立正時(shí)，頭部偏轉(zhuǎn)角α=0°自然視線與水平線夾角β=15°；人體放松站立時(shí)，頭部偏轉(zhuǎn)角α=15°自然視線與水平線夾角β=30°，如圖6、圖7所示。

圖6 人體立姿示意圖

圖7 立姿狀態(tài)示意圖

樂譜架使用時(shí)主要是參照人體尺寸參數(shù)的眼高和有關(guān)頭部偏轉(zhuǎn)肩高這兩項(xiàng)人體尺寸參數(shù)。將人體眼部和肩部看作指點(diǎn)可以繪制出人體質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)圖，人體在站立放松時(shí)會(huì)以肩部所在軸為圓點(diǎn)，以眼高和肩高高度差R為半徑進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，所以以實(shí)際眼高B=肩高+cos15°×(眼高-肩高)，如圖8所示。

圖8 人體眼部、肩部質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)圖

同時(shí)，參照GB/T10000-199《中國(guó)成年人人體尺寸》，按照男女性別分別繪制男子眼高、肩高、立姿實(shí)際眼高參數(shù)數(shù)據(jù)表和女子眼高、肩高、立姿實(shí)際眼高參數(shù)數(shù)據(jù)表，如表3、表4所示。(cos15°≈0.966)

表3 男子眼高、肩高、立姿實(shí)際眼高參數(shù)數(shù)據(jù)表(單位：mm)

表4 女子眼高、肩高、立姿實(shí)際眼高參數(shù)數(shù)據(jù)表(單位：mm)

根據(jù)實(shí)際立姿眼高和人眼閱讀正常視距(300 mm-350 mmm)進(jìn)行樂譜架的高度設(shè)計(jì)，譜架高度簡(jiǎn)圖如圖9所示，譜架高度C=實(shí)際眼高B-sin15°×正常視距。

根據(jù)取中原則，正常視距為325 mm，譜架高度匯總表如表5、表6所示。

圖9 譜架高度簡(jiǎn)圖

表5 譜架高度數(shù)據(jù)表(男子) (單位：mm)

表6 譜架高度數(shù)據(jù)表(女子) (單位：mm)

譜架的高度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)采用棘輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用齒條的間距保證較小高度的變化，保證相應(yīng)的視野高度，譜架高度設(shè)計(jì)的三維模型圖如圖10所示。

圖10 譜架高度設(shè)計(jì)的三維模型圖

利用目視化管理，在齒條兩側(cè)分別作出刻度標(biāo)簽，以便針對(duì)不同人群進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)高度，(以男子18-60歲為例子)齒距間隙標(biāo)簽簡(jiǎn)圖如圖11所示。

圖11 齒距間隙標(biāo)簽簡(jiǎn)圖

5.3.2 站/坐姿勢(shì)轉(zhuǎn)換

坐姿舒適和維持主要與頸椎、腰椎、坐深、小腿(含足高)有關(guān)，而站姿舒適和維持主要與頸椎和腰椎有關(guān)。坐站姿勢(shì)交替設(shè)計(jì)中，滿足坐姿四個(gè)參數(shù)，在站姿狀態(tài)時(shí)，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)移動(dòng)即可。參照GB/T10000-199《中國(guó)成年人人體尺寸》，按照男女性別分別進(jìn)行頸椎點(diǎn)、腰椎點(diǎn)、坐深、小腿(含足高)數(shù)據(jù)收集，腰椎點(diǎn)可以選擇臍高作為數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，查閱資料發(fā)現(xiàn)臍高=0.6H(H為人體身高)。

坐站姿勢(shì)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)，采用頸部、腰部、腿部板塊分離設(shè)計(jì)，如圖12所示，頸部板塊設(shè)置凸起，以保證舒適度和姿勢(shì)維持；利用目視化方法左右側(cè)滑軌上分別標(biāo)出男子和女子不同年齡的對(duì)應(yīng)的頸部高度，同時(shí)帶有鎖緊和松緊裝置。腰部板塊設(shè)置凸起，以保證舒適度和姿勢(shì)維持；利用目視化方法左右側(cè)滑軌上分別標(biāo)出男子和女子不同年齡的對(duì)應(yīng)的腰部高度，帶有鎖緊和松緊裝置。如圖13所示。

圖12 頸部板塊

圖13 腰部板塊

站姿時(shí)，腿部板塊與頸部板塊、腰部板塊處于同一水平面，以維持站姿穩(wěn)定。坐姿時(shí)，腿部板塊安裝折疊支架，保證坐姿穩(wěn)定。腿部板塊和頸部板塊、腰部板塊一樣，可在滑軌上移動(dòng)，折疊支架為伸縮桿，兩者共同滿足小腿數(shù)據(jù)參數(shù)。如圖14所示。

圖14 腿部板塊

另外，腿部板塊設(shè)置多節(jié)長(zhǎng)條可折疊，以保證人體的坐深數(shù)據(jù)參數(shù)，具體形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖15所示。坐站姿勢(shì)轉(zhuǎn)換總體三維模型圖如圖16所示。

圖15 腿部板塊平面圖

圖16 總體三維模型圖

5.4 產(chǎn)品的翻頁(yè)功能設(shè)計(jì)

為了解放雙手翻頁(yè)，防止演奏中斷和間歇而導(dǎo)致的演奏事故，翻頁(yè)功能的實(shí)現(xiàn)可以利用電動(dòng)摩擦滾動(dòng)裝置翻頁(yè)，上下兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)摩擦軸進(jìn)行移動(dòng)，根據(jù)接觸點(diǎn)壓力傳感器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)的功能，如圖17所示。

圖17 電動(dòng)摩擦滾動(dòng)翻頁(yè)裝置

6 功能優(yōu)化組合設(shè)計(jì)及專利布局

TRIZ創(chuàng)新方法理論主要在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。TRIZ理論與功能優(yōu)化組合設(shè)計(jì)融合流程圖如圖18所示。

圖18 TRIZ理論與功能優(yōu)化組合設(shè)計(jì)融合流程圖

6.1 視覺功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)

6.1.1 角度調(diào)節(jié)

視覺功能的角度調(diào)節(jié)裝置如圖19所示，此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)樂譜的譜臺(tái)面角度調(diào)節(jié)的功能。然而，形狀外觀需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)使得惡化該結(jié)構(gòu)的靜止時(shí)總體積，由此產(chǎn)生一對(duì)技術(shù)矛盾。

圖19 視覺功能的角度調(diào)節(jié)裝置

對(duì)技術(shù)矛盾進(jìn)行解決：

結(jié)合發(fā)明原理形成方案：應(yīng)用原理14曲面化，將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置為半弧形機(jī)構(gòu)，應(yīng)用原理7嵌套原理，設(shè)置半弧形機(jī)構(gòu)采用棘輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行嵌套，如圖20所示。

圖20 角度調(diào)節(jié)優(yōu)化裝置簡(jiǎn)圖

6.1.2 亮度調(diào)節(jié)

視覺功能的亮度調(diào)節(jié)裝置如圖21所示，此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)樂譜的譜臺(tái)面亮度調(diào)節(jié)功能。演奏時(shí)樂譜本符號(hào)識(shí)別只需要局部亮度，原來(lái)的設(shè)計(jì)中整體亮度會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)。由此，就產(chǎn)生功能類物理矛盾——強(qiáng)與弱。

圖21 視覺功能的亮度調(diào)節(jié)裝置

對(duì)物理矛盾進(jìn)行解決：

依據(jù)發(fā)明原理，將增加控制器設(shè)置周期性動(dòng)態(tài)指令，使得部分LED光源隨時(shí)間的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)性亮度轉(zhuǎn)換，演奏者可以進(jìn)行樂譜識(shí)別的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源。

6.1.3 防錯(cuò)功能

視覺功能的防錯(cuò)功能裝置如圖22所示，此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)功能。然而，兩側(cè)的擋板是共同運(yùn)動(dòng)的，實(shí)則僅需一側(cè)擋板移動(dòng)另一側(cè)不需要進(jìn)行移動(dòng)。由此，就產(chǎn)生功能類物理矛盾——運(yùn)動(dòng)與靜止。

圖22 視覺功能的防錯(cuò)功能裝置

對(duì)物理矛盾進(jìn)行解決：

依據(jù)發(fā)明原理，可以將左右兩個(gè)擋板進(jìn)行合并用皮帶輪連接，并利用逆向原理一側(cè)在頂端時(shí)，另一側(cè)在底端，皮帶輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)兩側(cè)板塊進(jìn)行周期性上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用曲面化的方式將兩側(cè)板塊采用柔性塑料板制成，使得可以通過皮帶輪轉(zhuǎn)彎處。三維模型圖如圖23所示。

圖23 防錯(cuò)功能優(yōu)化裝置簡(jiǎn)圖

6.2 站座姿勢(shì)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)

站座姿勢(shì)轉(zhuǎn)換的功能主要起人體的輔助支撐作用，所以只進(jìn)行高度調(diào)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。高度調(diào)節(jié)裝置如圖24所示，此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)樂譜的譜臺(tái)面高度調(diào)節(jié)的功能。演奏時(shí)樂譜架特定高度，需要高度調(diào)節(jié)桿較高；然而，非演奏時(shí)樂譜架需要進(jìn)行存放，需要高度調(diào)節(jié)桿較低。由此，就產(chǎn)生集合類物理矛盾——長(zhǎng)與短。

圖24 高度調(diào)節(jié)裝置

對(duì)物理矛盾進(jìn)行解決：

依據(jù)發(fā)明原理，可以采用分割支架并利用嵌套的方式，實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，便于儲(chǔ)存整理。如圖25所示。

圖25 高度調(diào)節(jié)優(yōu)化裝置簡(jiǎn)圖

6.3 翻頁(yè)功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)

腳踏式摩擦翻頁(yè)裝置在翻頁(yè)中，存在一定的作用不足，有時(shí)不能實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)。為了解決該問題，可以進(jìn)行物質(zhì)-場(chǎng)分析，即紙張為S1，摩擦輪為S2，重力場(chǎng)G，存在完整的物-場(chǎng)模型，其中S2對(duì)S1存在作用不足。

得到最終的解決方案：

鐵磁材料通過粘合劑附著在紙張上，實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)引導(dǎo)鐵磁材料和紙張進(jìn)行翻頁(yè)。上部、下部局部鐵磁材料代替整塊的材料，設(shè)置隔頁(yè)的鐵磁材料上下分布放置。鐵磁材料在紙張的上部時(shí)，下一頁(yè)鐵磁材料在紙張下部與電磁鐵相互吸引，實(shí)現(xiàn)只翻一頁(yè)的效果；當(dāng)鐵磁材料在紙張的下部時(shí)，下一頁(yè)的鐵磁材料在紙張上部與另一電磁鐵相互吸引，實(shí)現(xiàn)只翻一頁(yè)效果。模型圖如圖26所示。

圖26 翻頁(yè)功能優(yōu)化裝置簡(jiǎn)圖

6.4 產(chǎn)品功能的組合設(shè)計(jì)

將優(yōu)化設(shè)計(jì)后的視覺功能設(shè)計(jì)、站/坐姿勢(shì)功能設(shè)計(jì)以及翻頁(yè)功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)與原有的聽覺功能設(shè)計(jì)和姿勢(shì)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，三維模型如圖27所示。

圖27 總體三維模型圖

6.5 關(guān)鍵核心技術(shù)的專利布局設(shè)計(jì)

樂譜架的專利布局技術(shù)基于以下幾個(gè)步驟進(jìn)行展開，如圖28所示。

圖28 專利布局流程圖

防錯(cuò)和音樂治療功能進(jìn)行儲(chǔ)備式布局，如圖29所示。角度調(diào)節(jié)和翻頁(yè)功能進(jìn)行保護(hù)式和對(duì)抗式布局，如圖30、31所示。

圖29 儲(chǔ)備式布局模式圖

圖30 保護(hù)式布局模式圖

圖31 對(duì)抗式布局模式圖

7 討論

針對(duì)樂譜架關(guān)于視覺功能設(shè)計(jì)，充分考慮了視距和人眼轉(zhuǎn)動(dòng)角，設(shè)計(jì)出一款進(jìn)行角度調(diào)節(jié)又符合人眼感官特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)譜臺(tái)；充分考慮了演奏者處于不同環(huán)境的亮度，從設(shè)計(jì)出具有感光控制的多段列式光源布局；同時(shí)為了防止演奏時(shí)的錯(cuò)誤，特別設(shè)置的隨演奏進(jìn)行的可移動(dòng)擋板。

針對(duì)樂譜架關(guān)于聽覺功能設(shè)計(jì)，設(shè)置相應(yīng)的節(jié)拍校對(duì)器，使得初學(xué)者能夠更適于練習(xí)；隨著熟練度的增加，該功能可以逐步以不同頻率的燈光進(jìn)行替換；充分考慮演奏者的情緒變化，以五音、五行、五志為載體，辨證施樂，到達(dá)音樂治療的目的。

針對(duì)樂譜架關(guān)于站姿/坐姿功能設(shè)計(jì)，在高度調(diào)節(jié)方面，充分考慮動(dòng)態(tài)變化的人體尺寸參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)棘輪機(jī)構(gòu)齒距來(lái)實(shí)現(xiàn)功能；在站/坐姿勢(shì)轉(zhuǎn)換方面，以滿足人體頸椎、腰椎、坐深、小腿(含足高)參數(shù)來(lái)保證舒適度設(shè)計(jì)了頸部和腰部凸起板塊以及腿部折疊板塊。

為了解放雙手翻頁(yè)，降低疲勞和演奏中斷間歇，特別設(shè)置了摩擦式自動(dòng)翻頁(yè)裝置。

同時(shí)運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法理論，對(duì)視覺功能的角度調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)、防錯(cuò)功能和站座姿勢(shì)功能以及翻頁(yè)功能進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品更具備創(chuàng)新性和實(shí)用性。

在設(shè)計(jì)過程中，防錯(cuò)功能和音樂治療屬于創(chuàng)新程度高且屬于空白點(diǎn)功能可以采用儲(chǔ)備式布局方式申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；角度調(diào)節(jié)的創(chuàng)新程度較高且屬于基本熱度功能的技術(shù)點(diǎn)可以采用保護(hù)式布局方式申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；翻頁(yè)功能創(chuàng)新程度高且屬于研究熱點(diǎn)的功能可以采用對(duì)抗式的布局方式。

8 結(jié)論

在特定技術(shù)領(lǐng)域以專利策略為導(dǎo)向符合人因環(huán)節(jié)技術(shù)要求系統(tǒng)流程化產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的普適性方法，歸結(jié)為以下幾個(gè)步驟：

(1)根據(jù)專利檢索系統(tǒng)得到產(chǎn)品專利的數(shù)據(jù)樣本并驗(yàn)證有效性：

(2)依據(jù)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行三維度技術(shù)功效分析得到各類需求功能；

(3)將功能需求結(jié)合人因設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)；

(4)運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法理論進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)和功能組合設(shè)計(jì)；

(5)結(jié)合專利相關(guān)知識(shí)對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行專利分類布局設(shè)計(jì)。