基于QFD和TRIZ的AGV物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)

杜娟　馬彧

關(guān)鍵詞：QFD;TRIZ;AGV物流小車(chē);造型設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2022）06-0025-03

隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)力的日益進(jìn)步，我國(guó)擁有越來(lái)越高的現(xiàn)代化制造技術(shù)、自動(dòng)化水平，不斷擴(kuò)大的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，以及功能分工越來(lái)越細(xì)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，而與之相匹配的高效率自動(dòng)化物流管理系統(tǒng)及其技術(shù)卻還在進(jìn)一步地發(fā)展中。同時(shí)，制造業(yè)物流裝備也應(yīng)順應(yīng)中國(guó)制造2025 的發(fā)展趨勢(shì)，將物流裝備制造業(yè)的智能化與中國(guó)制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀相結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。制造業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大也帶動(dòng)了制造業(yè)物流裝備的產(chǎn)生，物流運(yùn)送小車(chē)已經(jīng)成為制造業(yè)物流裝備的關(guān)鍵設(shè)備，在較大程度上減少了人工勞動(dòng)力成本，也具有運(yùn)輸效率高、機(jī)器性能好、安全性能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。雖然在功能上能夠滿(mǎn)足使用，但是企業(yè)對(duì)于AGV 物流小車(chē)的外觀造型也有了越來(lái)越高的要求。蘇建寧與魏晉采用QFD 和TRIZ 理論對(duì)花蕾采摘機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、功能及造型等關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素的分析，提出采摘機(jī)設(shè)計(jì)的新思路，改進(jìn)了玫瑰花蕾采摘機(jī)的作業(yè)方式，提高了采摘效率[1]。任工昌，張博文等人為簡(jiǎn)化菠蘿去皮過(guò)程，提高去皮效率，依據(jù)QFD 和TRIZ 的創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型，為菠蘿去皮機(jī)的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了一種新型菠蘿去皮機(jī)[2]。蘇晨，章莎莉等人運(yùn)用QFD 和TRIZ 的生產(chǎn)線(xiàn)創(chuàng)新造型設(shè)計(jì)方法，得出可行的瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)的造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，對(duì)瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備的整體造型進(jìn)行改善，提高了操作人員的使用滿(mǎn)意度[3]。王年文，王劍為提升熱透灸理療儀設(shè)計(jì)過(guò)程中技術(shù)實(shí)施的可行性和用戶(hù)需求的滿(mǎn)意度，提出一種基于QFD 和TRIZ 集成的熱透灸理療儀創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[4]。因此，文章以QFD 和TRIZ 理論集成基礎(chǔ)作為理論依據(jù)，對(duì)AGV 物流小車(chē)的造型外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)探索。

1理論概述

1.1 QFD理論概述QFD，即質(zhì)量工程展開(kāi)理論，20世紀(jì)60年代由日本ShigeruMizuno 博士提出后經(jīng)過(guò)不斷地完善，成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)期應(yīng)用的重要方法，能夠?qū)⒂脩?hù)和市場(chǎng)需求特征準(zhǔn)確地運(yùn)用在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)中，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。QFD的基本工具是“質(zhì)量屋”（Houseof Quality，HOQ），它將用戶(hù)需求要素與設(shè)計(jì)質(zhì)量要素作為質(zhì)量屋的支撐，明確產(chǎn)品的設(shè)計(jì)條件，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的制造要求，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 TRIZ 理論概述TRIZ，即為解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題理論，具有系統(tǒng)性、實(shí)用性和可操作性，在發(fā)明創(chuàng)造領(lǐng)域有著重要的地位。解決矛盾沖突問(wèn)題是TRIZ 理論的核心，著力于不斷強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)中的矛盾問(wèn)題，目的就是利用發(fā)明原理解決矛盾，最終獲得理想的產(chǎn)品。而且它是根據(jù)技術(shù)要求及設(shè)計(jì)規(guī)律來(lái)指導(dǎo)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，使設(shè)計(jì)人員高效率地抓住矛盾沖突問(wèn)題，從常規(guī)思維中跳脫出來(lái)，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，縮短創(chuàng)造周期，提高設(shè)計(jì)的效率。在TRIZ 理論的支持下能夠得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品，其也是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)最有效的方法。

2基于QFD和TRIZ的AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)流程

通過(guò)對(duì)QFD和TRIZ理論的研究，發(fā)現(xiàn)QFD理論更適用于對(duì)前期產(chǎn)品的調(diào)研分析，其能為產(chǎn)品設(shè)計(jì)指明方向，但卻沒(méi)有辦法解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。這就需要將QFD理論同其他問(wèn)題解決理論相結(jié)合，來(lái)進(jìn)一步突破產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，為設(shè)計(jì)指明具體的解決方法。而TRIZ 理論作為解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題理論能夠很好地與QFD理論相結(jié)合，有效地解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，將產(chǎn)品不斷完善。因此，文章運(yùn)用QFD 和TRIZ 理論來(lái)解決設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，構(gòu)建新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程圖，見(jiàn)圖1。首先，通過(guò)QFD理論確定用戶(hù)需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素，然后將用戶(hù)需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素構(gòu)建成質(zhì)量屋，并獲取質(zhì)量屋中的自相關(guān)矩陣，從而得到設(shè)計(jì)問(wèn)題。再根據(jù)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行矛盾分析，通過(guò)TRIZ 理論將其矛盾沖突劃分為技術(shù)沖突或是物理沖突，在“TRIZ 40 條發(fā)明原理”中找到適合的發(fā)明原理進(jìn)行解決，物理沖突通過(guò)分離原理來(lái)解決。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)原則來(lái)進(jìn)行AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的AGV 物流小車(chē)進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)AGV 物流小車(chē)存在的主要問(wèn)題為：（1） 產(chǎn)品僅僅達(dá)到滿(mǎn)足使用功能的作用，在整體造型方面沒(méi)有過(guò)多的重視，外觀缺乏美觀性;（2） 目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品造型單一，無(wú)法體現(xiàn)品牌文化與價(jià)值;（3） 在色彩使用的使用上過(guò)于單調(diào)，使用者在嘈雜的環(huán)境中會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生審美疲勞[5];（4） 由于操作界面太小，操作鍵排布混亂，工人在使用過(guò)程中操作復(fù)雜，體驗(yàn)感不好;（5） 在AGV 物流小車(chē)的運(yùn)輸和卸貨過(guò)程中，鋒利的棱角可能會(huì)劃傷貨物和工人，安全性能較差。

2.2構(gòu)建AGV 物流小車(chē)造型質(zhì)量屋構(gòu)建AGV 物流小車(chē)造型質(zhì)量屋，首先需要獲取用戶(hù)需求，可以采用問(wèn)卷調(diào)查的方式對(duì)工廠工人進(jìn)行需求調(diào)查，用戶(hù)將在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及使用時(shí)的心理需求進(jìn)行選擇后得出結(jié)論，從而確定設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)問(wèn)卷分析最終得出用戶(hù)需求要素：體積輕便小巧、體現(xiàn)企業(yè)文化、材質(zhì)抗壓耐用、功能區(qū)分明顯、交互靈敏、使用安全、操作便捷、造型具有工業(yè)感、成本較低、便于維修。確定用戶(hù)需求后，由工人來(lái)確定各種用戶(hù)需求的重要性之后，設(shè)計(jì)師從實(shí)際的用戶(hù)需求要素中抽取出設(shè)計(jì)質(zhì)量要素為：安全性、功能性、美觀性、承重性、交互性、創(chuàng)新性、易用性、易于維修性。識(shí)別出設(shè)計(jì)要素之后，建立“用戶(hù)需求要素與設(shè)計(jì)質(zhì)量要素”關(guān)系矩陣，其中，符號(hào)“◎”代表強(qiáng)相關(guān);符號(hào)“○”代表一般相關(guān);符號(hào)“△”代表弱相關(guān)。AGV 物流小車(chē)造型質(zhì)量屋，見(jiàn)圖2。

2.3 AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)沖突問(wèn)題的描述

文章的研究目的是提升AGV 物流小車(chē)的操作性，提高產(chǎn)品的安全性能，使產(chǎn)品更加具有企業(yè)品牌文化，得出具有美觀性的產(chǎn)品造型。根據(jù)質(zhì)量屋天花板中的自相關(guān)矩陣所描述的設(shè)計(jì)要素之間的相關(guān)關(guān)系，可以得出設(shè)計(jì)要素之間的沖突問(wèn)題。符號(hào)“+”代表正相關(guān)關(guān)系，符號(hào)“–”代表負(fù)相關(guān)關(guān)系。由AGV 物流小車(chē)質(zhì)量屋得出設(shè)計(jì)的3 對(duì)沖突問(wèn)題：產(chǎn)品功能性和操作易用性、造型美觀性與制造難度性、安全性和易于維修性?？朔軟_突是TRIZ 理論解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)，運(yùn)用TRIZ 理論的39 個(gè)通用工程參數(shù)描述沖突可將3 對(duì)沖突問(wèn)題進(jìn)行TRIZ 問(wèn)題轉(zhuǎn)化，其內(nèi)容為：功能性對(duì)應(yīng)NO.35 適應(yīng)性和多用性，惡化的工程參數(shù)為NO.33可操作性;美觀性對(duì)應(yīng)NO.12 形狀，惡化的工程參數(shù)為NO.32可制造性;安全性對(duì)應(yīng)NO.27 可靠性，惡化的工程參數(shù)為NO.34可維修性。

2.4適用AGV物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)的發(fā)明原理及應(yīng)用

基于以上設(shè)計(jì)沖突的TRIZ 問(wèn)題轉(zhuǎn)化，確定沖突的通用工程參數(shù)后，將其通用工程參數(shù)對(duì)應(yīng)阿奇舒勒沖突矩陣得到適合AGV物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)的發(fā)明原理，并且結(jié)合造型合理性、運(yùn)行安全性和色彩舒適性等方面進(jìn)行AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)。AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)的矛盾矩陣及原理，見(jiàn)表1。

通過(guò)阿奇舒勒矛盾矩陣找到問(wèn)題沖突對(duì)應(yīng)的改善參數(shù)與惡化參數(shù)的行列交叉處，此處所顯示的數(shù)字為發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)序號(hào)，結(jié)合產(chǎn)品的用戶(hù)需求和設(shè)計(jì)要素，在保證功能正常運(yùn)行的前提下改善產(chǎn)品造型，提高AGV 物流小車(chē)的運(yùn)行安全性，將易用性作為生產(chǎn)制造的要求與發(fā)明原理進(jìn)行造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)。篩選得出以下發(fā)明原理和解釋?zhuān)?jiàn)表2。

根據(jù)設(shè)計(jì)要素的重要度顯示，AGV物流小車(chē)的安全性是設(shè)計(jì)中的核心需求。過(guò)大的車(chē)身在運(yùn)輸過(guò)程可能會(huì)發(fā)生因過(guò)道太擁擠而不能轉(zhuǎn)彎的情況，貨物隨時(shí)可能掉落砸傷工人;在工廠的環(huán)境下車(chē)身轉(zhuǎn)折的彎角可能會(huì)對(duì)過(guò)往的工人造成安全問(wèn)題。根據(jù)序號(hào)1 的分割原理將AGV 物流小車(chē)的車(chē)身體積進(jìn)行分割，去除多余的部分，改變車(chē)身不靈敏的問(wèn)題，將車(chē)身邊緣變成圓角，減少對(duì)工人的傷害。

智能系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)是AGV物流小車(chē)必不可少的功能，它能夠提前對(duì)AGV 物流小車(chē)進(jìn)行程序設(shè)定，對(duì)運(yùn)送流程進(jìn)行規(guī)劃，監(jiān)控小車(chē)的行車(chē)路線(xiàn)，避免發(fā)生危險(xiǎn)。根據(jù)序號(hào)15 的發(fā)明原理，在智能系統(tǒng)里設(shè)定對(duì)不同種類(lèi)、不同重量的貨物進(jìn)行運(yùn)送速度的調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，以保證運(yùn)送過(guò)程的穩(wěn)定性。這樣既能提高機(jī)器的自主性，又能減少人力勞動(dòng)。

市場(chǎng)上多數(shù)AGV物流小車(chē)造型都是以方形為主，形態(tài)單一，無(wú)論在運(yùn)輸上還是視覺(jué)上都顯得非常笨重。利用序號(hào)17的發(fā)明原理維數(shù)變化原理，可以突破當(dāng)前工業(yè)產(chǎn)品造型一成不變的設(shè)計(jì)思維，融入企業(yè)文化元素，將單一的方形形態(tài)進(jìn)行大膽的多維化設(shè)計(jì)，利用角度切割對(duì)產(chǎn)品造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之具有立體感。功能的多維化設(shè)計(jì)可增加車(chē)身運(yùn)送結(jié)構(gòu)的層數(shù)，在運(yùn)輸小型貨物時(shí)就可以隨意調(diào)整運(yùn)送層數(shù)，加快運(yùn)輸效率。

目前國(guó)內(nèi)使用AGV 物流小車(chē)的工廠環(huán)境大部分較為昏暗，由于貨物的堆積導(dǎo)致光線(xiàn)很難穿過(guò)貨物透進(jìn)工廠里來(lái)，工人們長(zhǎng)期面對(duì)枯燥的機(jī)器和貨物，在心理上會(huì)降低工作效率，影響企業(yè)的收益。根據(jù)序號(hào)32 的發(fā)明原理改變顏色原理，對(duì)AGV 物流小車(chē)的色彩配置進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足使用者的視覺(jué)需求和使用機(jī)制，對(duì)車(chē)身的不同功能區(qū)進(jìn)行劃分，通過(guò)一定的色彩運(yùn)用比例增強(qiáng)使用者的視覺(jué)效果，提高工人的工作效率。

3基于QFD和TRIZ 的AGV物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)思路

針對(duì)以上QFD和TRIZ理論的分析，為AGV物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)指明了設(shè)計(jì)方向，最后得出AGV 物流小車(chē)造型設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方案（見(jiàn)圖3），從造型合理性、操作方便性和色彩舒適性三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

3.1造型合理性

AGV物流小車(chē)的外觀造型受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，AGV運(yùn)送小車(chē)的造型應(yīng)當(dāng)以不破壞內(nèi)部功能的前提下設(shè)計(jì)得更加合理，可以結(jié)合形式美法則，整體采用大切面的斜切角造型，再考慮造型的均衡與穩(wěn)定，突出運(yùn)輸工具的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證運(yùn)輸過(guò)程的安全性。此外，車(chē)身豎向轉(zhuǎn)折處設(shè)計(jì)為圓角，避免劃傷事故的發(fā)生，將傷害降到最低。在產(chǎn)品細(xì)節(jié)處也做出相應(yīng)的斜切角造型，使其與產(chǎn)品本身風(fēng)格相協(xié)調(diào)。

3.2操作方便性

AGV 物流小車(chē)作為自動(dòng)化設(shè)備，其操作面板的設(shè)計(jì)應(yīng)該更為簡(jiǎn)潔，可操作性更強(qiáng)。使用者與機(jī)器接觸的第一媒介便是操作面板，簡(jiǎn)單清晰的操作按鍵能夠防止工人在操作過(guò)程中的誤觸，減少安全事故的發(fā)生。對(duì)操作的功能部分進(jìn)行區(qū)域劃分，明確各部分區(qū)域的功能所在，根據(jù)使用者的使用習(xí)慣，開(kāi)機(jī)按鈕采用綠色，關(guān)機(jī)按鈕采用紅色，操作屏幕進(jìn)行最大化設(shè)計(jì)，提升操作者運(yùn)用操作屏幕的操作速率，提高操作的便攜性。

3.3色彩舒適性

工廠物流倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境也是決定AGV 物流小車(chē)色彩的一項(xiàng)因素，由于工廠環(huán)境較為昏暗，在色彩設(shè)計(jì)方案上采用了以大面積淺灰色為主，深灰色為輔，并加以藍(lán)色作為點(diǎn)綴色進(jìn)行設(shè)計(jì)。車(chē)身外殼運(yùn)用淺灰色，能夠讓使用者在昏暗的環(huán)境中看清楚車(chē)身，避免發(fā)生撞擊事故;運(yùn)輸部分由于經(jīng)常與貨物產(chǎn)生摩擦，可以采用深灰色來(lái)中和摩擦痕跡，提升整體美觀性;在車(chē)燈區(qū)域和車(chē)身主功能區(qū)部分使用藍(lán)色進(jìn)行點(diǎn)綴，不僅能夠起到劃分功能區(qū)域的作用，跳脫以往沉重的形象，還能緩解使用者的視覺(jué)疲勞。

4結(jié)論

文章以QFD與 TRIZ 理論方法為支撐，減少了勞動(dòng)力成本，提高了AGV物流小車(chē)的運(yùn)送效率，滿(mǎn)足了市場(chǎng)需求，分析出用戶(hù)需求及設(shè)計(jì)需求，將存在的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)沖突，運(yùn)用發(fā)明原理解決了沖突問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了AGV物流小車(chē)的造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)。QFD和TRIZ 理論對(duì)用戶(hù)分析、矛盾解決具有指導(dǎo)意義，并且能夠運(yùn)用在物流裝備的造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)上。最終得出的造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案解決了AGV物流小車(chē)的造型、操作面板、色彩等問(wèn)題。該設(shè)計(jì)方法不僅為企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)工作提供了建設(shè)性的理論指導(dǎo)，而且對(duì)同類(lèi)型的物流裝備造型設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。