李小彤，胡昌格

（天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387）

筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)是一種專(zhuān)門(mén)對(duì)筒紗進(jìn)行包裝的流水線(xiàn)作業(yè)設(shè)備，由配重機(jī)、驗(yàn)紗機(jī)、裹膜機(jī)、碼垛機(jī)等組成。目前，多數(shù)企業(yè)在研發(fā)過(guò)程中僅聚焦于解決技術(shù)難點(diǎn)，卻忽視了筒紗包裝設(shè)備的造型設(shè)計(jì)，導(dǎo)致其存在造型不夠美觀、用戶(hù)體驗(yàn)不佳等問(wèn)題。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的研究主要停留在技術(shù)層面。例如，郭政良等[1]設(shè)計(jì)了一套筒紗自動(dòng)整列系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了筒紗的自動(dòng)整列裝袋。劉國(guó)梁等[2]的PLC控制程序和人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，提升了用戶(hù)的操作體驗(yàn)。然而，針對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究較少，且較多依賴(lài)于設(shè)計(jì)師個(gè)人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，缺少高效的產(chǎn)品創(chuàng)新方法和工具的支持，導(dǎo)致方案設(shè)計(jì)不能很好地滿(mǎn)足用戶(hù)的多樣化需求。針對(duì)這一情況，業(yè)界引入了質(zhì)量功能展開(kāi)（Quality Function Deployment，QFD）理論，把用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的設(shè)計(jì)特征來(lái)定位造型設(shè)計(jì)矛盾，從而有效針對(duì)用戶(hù)需求進(jìn)行產(chǎn)品要素設(shè)計(jì)。例如，唐琳等[3]綜合運(yùn)用QFD 理論，得出了老年人產(chǎn)品造型意象。呂中意等[4]基于QFD 的增強(qiáng)需求模型，提升了復(fù)雜產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的科學(xué)性。然而，上述方法僅能夠定位設(shè)計(jì)矛盾，卻無(wú)法有效解決造型設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。對(duì)此，蘇晨等[5]在QFD 理論基礎(chǔ)上引入了萃智理論（TRIZ），對(duì)瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)的舒適性、美觀性等方面提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)矛盾解決方案。針對(duì)TRIZ 理論中對(duì)通用工程參數(shù)與發(fā)明原理的選擇具有較大主觀性和復(fù)雜性的問(wèn)題，曹?chē)?guó)忠等[6]以產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)將發(fā)明原理進(jìn)行分類(lèi)與歸納，有效提高了設(shè)計(jì)工作效率。以上案例證明，QFD-TRIZ 理論的集成應(yīng)用能夠科學(xué)地將用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)特征并有效解決矛盾問(wèn)題，為筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)提供了一定的參考。針對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)不足的問(wèn)題，對(duì)QFD 與TRIZ 理論進(jìn)行集成應(yīng)用，使設(shè)計(jì)師在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的前提下精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，可以減少概念設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造之間的障礙，并提升設(shè)備的美觀性和安全性。

1 QFD 與TRIZ 理論概述

QFD 理論是由日本質(zhì)量專(zhuān)家赤尾洋二提出的以用戶(hù)需求為設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，其核心技術(shù)是構(gòu)建質(zhì)量屋[7]。建立矩陣圖并從中分析需求與設(shè)計(jì)的特征、資源與技術(shù)的關(guān)系，從而將用戶(hù)需求準(zhǔn)確、科學(xué)地轉(zhuǎn)化為工程措施，為商業(yè)需求、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、現(xiàn)代生產(chǎn)和制造理念搭建溝通的橋梁，在滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化需求的同時(shí)為科學(xué)生產(chǎn)提供良好的基礎(chǔ)。

TRIZ 理論是由俄羅斯學(xué)者阿布里奇及其研究團(tuán)隊(duì)基于技術(shù)發(fā)展演化規(guī)律創(chuàng)造出的一套理論，包括技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則、40 條發(fā)明原理、矛盾矩陣表等問(wèn)題解決方法。設(shè)計(jì)師首先需要將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成TRIZ 標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，然后運(yùn)用其豐富的工具庫(kù)來(lái)找到理想的解決方案[8]。與傳統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法相比，TRIZ理論在發(fā)明創(chuàng)造中整合了各領(lǐng)域的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和豐富的創(chuàng)新資源，打破了個(gè)體在知識(shí)上的局限性和思維上的慣性。

2 筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備概述

筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)主要包括輸送、分揀、打包、碼垛四大功能模塊，見(jiàn)圖1。在運(yùn)行環(huán)境方面，筒紗的原材料多以棉花為主，因此在設(shè)備運(yùn)行時(shí)空氣中會(huì)漂浮絲狀的微小棉絮，同時(shí)設(shè)備自身也會(huì)產(chǎn)生較大的噪音與震動(dòng)。在設(shè)備操作方面，生產(chǎn)人員主要進(jìn)行面板信息的查看、生產(chǎn)線(xiàn)的衛(wèi)生清潔、物料的堆放與運(yùn)輸、設(shè)備故障處的維修等工作。

圖1 筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)功能模塊Fig.1 Function module of cheese packaging machinery

該設(shè)備體量較大，其視覺(jué)中心主要聚焦在各功能模塊的外觀構(gòu)件上，因此對(duì)外觀構(gòu)件的造型特征進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新是筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該設(shè)備的外觀構(gòu)件按照功能可分為殼體、顯示結(jié)構(gòu)、連接結(jié)構(gòu)。殼體包括設(shè)備外殼、底座、防護(hù)板、通風(fēng)孔、維修門(mén)等；顯示結(jié)構(gòu)包括操作面板、警示燈、品牌標(biāo)識(shí)等；連接結(jié)構(gòu)包括支撐件、鉸鏈、螺釘?shù)取Ｓ捎谏a(chǎn)線(xiàn)的形式大致相同，殼體決定了占據(jù)主要視覺(jué)中心的設(shè)備形態(tài)[9]，所以下面主要從各功能模塊的殼體出發(fā)，對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的造型進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析。

3 基于QFD-TRIZ 的筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)流程

基于QFD-TRIZ 的筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)流程，見(jiàn)圖2。

圖2 筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)流程Fig.2 Modeling design flow of cheese packaging machinery

3.1 收集樣本和用戶(hù)需求并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算

隨著市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，用戶(hù)對(duì)個(gè)性化、高品質(zhì)和智能化的要求越來(lái)越高[10]，因此了解同類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品和用戶(hù)的需求變化是造型設(shè)計(jì)的首要步驟。筆者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)研法來(lái)收集典型樣本，并分析當(dāng)前設(shè)備造型設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，隨后運(yùn)用訪(fǎng)談法獲取用戶(hù)多樣化需求，結(jié)合層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）[11]進(jìn)行需求權(quán)重排序。AHP 方法要求保證判斷矩陣的數(shù)據(jù)在構(gòu)建過(guò)程中具有思維的一致性和相容性[12]，在判斷矩陣和權(quán)重確定后，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)來(lái)保證判斷矩陣評(píng)分的可用性，其中判斷矩陣一致性指標(biāo)為CI，其計(jì)算公式如下：

式（1）中n為判斷矩陣階數(shù)，當(dāng)n>2 時(shí)，判斷矩陣的一致性指標(biāo)與隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的比為隨機(jī)一致性比率CR，若CR<0.1，則認(rèn)為該判斷矩陣的賦值具有滿(mǎn)意的一致性，其計(jì)算公式如下：

3.2 運(yùn)用QFD 理論構(gòu)建質(zhì)量屋并定位設(shè)計(jì)矛盾

采用焦點(diǎn)小組法對(duì)用戶(hù)需求進(jìn)行深入分析和探討，將用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)特征后，建立“用戶(hù)需求-設(shè)計(jì)特征”“設(shè)計(jì)特征-設(shè)計(jì)特征”關(guān)系矩陣圖。“設(shè)計(jì)特征-設(shè)計(jì)特征”自相關(guān)矩陣中的相互作用關(guān)系分為3 種：正相關(guān)、不相關(guān)、負(fù)相關(guān)，分別用“+”“（空白）”“–”進(jìn)行表示[13]。在進(jìn)行筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要著重解決呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的設(shè)計(jì)特征之間的矛盾關(guān)系。用戶(hù)需求與設(shè)計(jì)特征之間存在強(qiáng)、中、弱、不相關(guān)4 種關(guān)系，分別賦值為9、3、1、0，其表示方法與相關(guān)性分值見(jiàn)表1。

表1 “用戶(hù)需求-設(shè)計(jì)特征”相關(guān)性分值Tab.1 Correlation scores between user's-requirements and design

第j個(gè)設(shè)計(jì)特征總評(píng)分為Mj，其計(jì)算公式如下：

隨后結(jié)合設(shè)計(jì)特征相對(duì)權(quán)重排序與呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的設(shè)計(jì)特征之間的沖突區(qū)域，來(lái)確定需要解決的設(shè)計(jì)矛盾問(wèn)題，并著重平衡與其他設(shè)計(jì)矛盾間的關(guān)系。

3.3 對(duì)設(shè)計(jì)矛盾進(jìn)行分類(lèi)并求解

使用TRIZ 理論解決設(shè)計(jì)矛盾時(shí)，首先需要用特定術(shù)語(yǔ)來(lái)定義矛盾，然后將該矛盾轉(zhuǎn)換成TRIZ 通用工程參數(shù)[14]。在產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)中涉及的通用工程參數(shù)共19 個(gè)，根據(jù)物理尺寸、功能結(jié)構(gòu)、使用感受3 個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)[6]，可以使設(shè)計(jì)師在造型設(shè)計(jì)時(shí)能夠快速定位設(shè)計(jì)矛盾所關(guān)聯(lián)的工程特性。通用工程參數(shù)分類(lèi)見(jiàn)表2。

對(duì)設(shè)計(jì)矛盾進(jìn)行分類(lèi)后，再對(duì)照發(fā)明原理使用頻率表[6]，對(duì)頻率由高到低的發(fā)明原理進(jìn)行試用，直至確定出最優(yōu)解決方案。發(fā)明原理使用頻率見(jiàn)表3。

表3 發(fā)明原理使用頻率Tab.3 Application frequency of invention principle

4 基于QFD-TRIZ 理論的筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 收集同類(lèi)產(chǎn)品樣本并進(jìn)行形態(tài)分析

產(chǎn)品的用戶(hù)需求可劃分為基本需求、期望需求及特殊需求[15]，深入剖析同類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品的典型樣本，有助于挖掘和明確用戶(hù)多樣化需求。筆者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)研收集并篩選出5 個(gè)典型樣本，對(duì)樣本中的輸送機(jī)、稱(chēng)重機(jī)、驗(yàn)紗機(jī)、紗庫(kù)、裹膜機(jī)進(jìn)行矢量化處理，匯總得到樣本矢量表，見(jiàn)表4。從中可知，筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)各功能模塊的體量及殼體輪廓大致相同，局部造型設(shè)計(jì)特征相對(duì)靈活。通過(guò)形態(tài)分析，可將筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的殼體設(shè)計(jì)風(fēng)格歸納為硬朗型和圓潤(rùn)型2 種，其中硬朗型又可分為斜角型和長(zhǎng)直型。

表4 樣本矢量表Tab.4 Sample vector table

4.2 基于訪(fǎng)談法收集用戶(hù)需求并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算

中大型機(jī)械裝備的競(jìng)爭(zhēng)影響因素主要來(lái)自研發(fā)人員、操作人員與維修人員的感受與評(píng)價(jià)[16]。在設(shè)計(jì)調(diào)研階段，筆者對(duì)某企業(yè)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的操作人員與研發(fā)人員進(jìn)行訪(fǎng)談后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前該設(shè)備主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：設(shè)備部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和骨架裸露，存在一定的安全隱患；設(shè)備外觀較為簡(jiǎn)陋、粗糙，缺少設(shè)計(jì)美感；設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪音和棉絮，對(duì)操作人員有一定危害；設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清潔、維修困難。

明確基本問(wèn)題后，由1 名設(shè)備研發(fā)工程師和5 名經(jīng)驗(yàn)豐富的工業(yè)設(shè)計(jì)師組成專(zhuān)家小組，結(jié)合典型樣本造型設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對(duì)該企業(yè)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)殼體的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行深入探討，從而獲得用戶(hù)需求層次模型。隨后邀請(qǐng)上述相同專(zhuān)家組成員，對(duì)用戶(hù)需求各層級(jí)的判斷矩陣進(jìn)行一致性判斷并記錄評(píng)分結(jié)果[17]。為降低不同元素之間比較的困難性，采用相對(duì)尺度[18]即1—9級(jí)比較標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，獲得評(píng)分后利用方根法計(jì)算需求權(quán)重值，并根據(jù)式（1）和式（2）對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明，各層級(jí)判斷矩陣的CR 值皆小于0.1，因此可確定判斷矩陣的賦值具有滿(mǎn)意的一致性，用戶(hù)需求層次模型及權(quán)重值見(jiàn)表5。

表5 用戶(hù)需求層次模型及權(quán)重值Tab.5 Hierarchical model of user requirements and weight value

4.3 構(gòu)建筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)量屋

邀請(qǐng)上述專(zhuān)家組將二級(jí)需求轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)特征后作出一致性判斷，得到設(shè)計(jì)特征與用戶(hù)需求的相關(guān)性關(guān)系與分值，根據(jù)式（3）計(jì)算各項(xiàng)設(shè)計(jì)特征總評(píng)分并進(jìn)行排序，最終構(gòu)建出筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)量屋，見(jiàn)圖3。評(píng)分結(jié)果的前3 項(xiàng)是設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)特征，分別是設(shè)備安全性、外觀形態(tài)、加工難度。根據(jù)質(zhì)量屋中設(shè)計(jì)特征之間自相關(guān)矩陣關(guān)系，確定共有3 對(duì)設(shè)計(jì)矛盾：安全性與可維修性、美觀性與通風(fēng)面積、外觀形態(tài)與加工難度。

圖3 筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)量屋Fig.3 HOQ of cheese packaging machinery

4.4 運(yùn)用TRIZ 理論對(duì)矛盾問(wèn)題求解

對(duì)安全性與可維修性、美觀性與通風(fēng)面積、外觀形態(tài)與加工難度之間的設(shè)計(jì)矛盾進(jìn)行深入分析并完成分類(lèi)工作。隨后對(duì)照發(fā)明原理頻率表進(jìn)行篩選，最終采用1 號(hào)與10 號(hào)，1 號(hào)、4 號(hào)與10 號(hào)，1 號(hào)與35號(hào)最優(yōu)發(fā)明原理進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)矛盾類(lèi)型與最優(yōu)發(fā)明原理見(jiàn)表6。擬選用的最優(yōu)發(fā)明原理內(nèi)容見(jiàn)表7。

表6 設(shè)計(jì)矛盾類(lèi)型與最優(yōu)發(fā)明原理Tab.6 Types of design contradiction and principles of invention

表7 擬選用的最優(yōu)發(fā)明原理內(nèi)容Tab.7 Content of the principle of optimal invention

4.4.1 解決安全性與可維修性之間的設(shè)計(jì)矛盾

筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)殼體可以對(duì)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效保護(hù)，也可以為操作人員提供安全保障。安全性能越好，意味著殼體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性越高，殼體可拆卸零件數(shù)量越少，其可維修性就越差。通過(guò)對(duì)照通用工程參數(shù)分類(lèi)表，可判斷出設(shè)備殼體外觀造型與功能結(jié)構(gòu)、使用感受之間產(chǎn)生了設(shè)計(jì)矛盾?；诎l(fā)明原理頻率表，可以確定1 號(hào)分割原理與10 號(hào)預(yù)操作原理具有較大的應(yīng)用價(jià)值。具體解決方案如下：首先，運(yùn)用1 號(hào)發(fā)明原理對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)殼體進(jìn)行合理分割，對(duì)殼體中安全性要求較高的關(guān)鍵部位加強(qiáng)防護(hù)，如增加防護(hù)板或減震板，針對(duì)安全性需求較低的位置可設(shè)計(jì)維修口和觀察口；其次，運(yùn)用10 號(hào)發(fā)明原理，在設(shè)備上預(yù)留較大的維修空間，以提升維修人員的安全感和操作效率。改進(jìn)后的分割與防護(hù)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖4。

圖4 改進(jìn)后的分割與防護(hù)設(shè)計(jì)方案Fig.4 Improved segmentation and protection scheme

4.4.2 解決美觀性與通風(fēng)面積之間的設(shè)計(jì)矛盾

筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的良好通風(fēng)能夠保證設(shè)備及時(shí)散熱，有利于延長(zhǎng)零部件的使用壽命。通風(fēng)性能的影響因素包括通風(fēng)孔的位置和大小，同時(shí)其造型特征也直接影響著設(shè)備的美觀性。通過(guò)對(duì)照通用工程參數(shù)分類(lèi)表，可判斷出設(shè)備外觀造型與物理尺寸、功能結(jié)構(gòu)、使用感受之間產(chǎn)生了設(shè)計(jì)矛盾?；诎l(fā)明原理頻率表，可以確定1 號(hào)分割原理、4 號(hào)非對(duì)稱(chēng)原理與10號(hào)預(yù)操作原理具有較大的應(yīng)用價(jià)值。通風(fēng)口設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖5，具體如下：首先，運(yùn)用1 號(hào)發(fā)明原理，采用分割的方法明確通風(fēng)孔的功能區(qū)域；其次，運(yùn)用4 號(hào)發(fā)明原理，采用非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)對(duì)通風(fēng)口進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)提升藝術(shù)價(jià)值與美觀性，見(jiàn)圖5a；最后，運(yùn)用10 號(hào)發(fā)明原理，在設(shè)備上預(yù)留結(jié)構(gòu)件以達(dá)到過(guò)濾棉絮的目的，見(jiàn)圖5b。

圖5 通風(fēng)口設(shè)計(jì)方案Fig.5 Design scheme of vent modeling

4.4.3 解決外觀形態(tài)與加工難度之間的設(shè)計(jì)矛盾

筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)從造型設(shè)計(jì)到落地使用主要包括設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、原材料等成本，造型設(shè)計(jì)直接影響著生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本能耗，其中形態(tài)要素的影響尤為重要，然而設(shè)備殼體的形態(tài)越復(fù)雜，其可制造難度就越大。通過(guò)對(duì)照通用工程參數(shù)分類(lèi)表，可判斷出殼體外觀造型與物理尺寸、使用感受之間產(chǎn)生了設(shè)計(jì)矛盾。基于發(fā)明原理頻率表，可以確定1 號(hào)分割原理與35 號(hào)性狀變化原理具有較大的應(yīng)用價(jià)值。具體解決方案如下：首先，運(yùn)用1 號(hào)發(fā)明原理對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)殼體進(jìn)行分割，通過(guò)分離零部件來(lái)降低生產(chǎn)加工難度；其次，運(yùn)用35 號(hào)發(fā)明原理對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)殼體的材質(zhì)和色彩進(jìn)行優(yōu)化，統(tǒng)一相同功能區(qū)域的色彩和材質(zhì)，可以在降低工藝難度的同時(shí)提升企業(yè)形象和品牌辨識(shí)度。相同功能區(qū)域的造型設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖6。

圖6 相同功能區(qū)域的造型設(shè)計(jì)方案Fig.6 Modeling design scheme of same functional areas

5 最終造型設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述分析，最終的筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖7。筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的殼體主要由鈑金加工而成，硬朗的形態(tài)風(fēng)格能夠有效降低加工難度，因此確定采用直線(xiàn)作為主要形態(tài)元素，方正的整體造型既便于生產(chǎn)制造，又能夠體現(xiàn)出大型機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)重感和秩序感。在色彩方面，采用淺灰色（PANTONE 420）、深灰色（PANTONE 445）作為主色，采用綠色（PANTONE 368）的裝飾條作為點(diǎn)綴圖案。淺灰色體現(xiàn)了現(xiàn)代感和潔凈感，深灰色加強(qiáng)了機(jī)械設(shè)備的體量感和穩(wěn)定感，綠色能夠在增添整體造型活潑感的同時(shí)減少操作人員的視覺(jué)疲勞感。

圖7 筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)方案Fig.7 Design scheme of cheese packaging machinery

以下為筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)：

1）運(yùn)用1 號(hào)分割發(fā)明原理。對(duì)鈑金殼體進(jìn)行分割設(shè)計(jì)，使維修口、觀察口、門(mén)柜、通風(fēng)口等操作區(qū)成為半獨(dú)立結(jié)構(gòu)，利用統(tǒng)一、有序的鈑金加工手段能夠有效降低制造成本。將原來(lái)單獨(dú)分離的操作面板經(jīng)過(guò)鈑金分割后，嵌入并整合到分揀設(shè)備中成為獨(dú)立的子系統(tǒng)，以顯著地?cái)U(kuò)大觀察與操作空間。減少分揀設(shè)備殼體的分割特征，提升其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防護(hù)性能，將輸送模塊殼體設(shè)計(jì)成半包裹形式，對(duì)外露結(jié)構(gòu)起到防護(hù)作用的同時(shí)也有助于清潔和通風(fēng)。

2）運(yùn)用4 號(hào)非對(duì)稱(chēng)發(fā)明原理。設(shè)備功能的多樣性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性要求對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的外觀造型進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使設(shè)備具有簡(jiǎn)潔感和統(tǒng)一感，因此運(yùn)用非對(duì)稱(chēng)發(fā)明原理，對(duì)設(shè)備把手、觀察窗、維修口、防護(hù)板等結(jié)構(gòu)進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，從而與通風(fēng)口非對(duì)稱(chēng)造型保持一致。

3）運(yùn)用10 號(hào)預(yù)操作發(fā)明原理。分揀模塊是筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的核心功能區(qū)，也是易產(chǎn)生噪音、棉絮等危害的區(qū)域，因此對(duì)設(shè)備中易產(chǎn)生噪音的電機(jī)部位利用隔音材料進(jìn)行包裹，在通風(fēng)口處預(yù)留防塵或棉絮過(guò)濾網(wǎng)，能夠減少機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)的噪音、粉塵、棉絮，從而提升作業(yè)環(huán)境質(zhì)量并降低對(duì)操作人員的傷害。

4）運(yùn)用35 號(hào)性狀變化發(fā)明原理。對(duì)設(shè)備型號(hào)、企業(yè)標(biāo)志進(jìn)行色彩的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以突出符號(hào)元素的視覺(jué)效果。對(duì)同種功能區(qū)域采用相同色彩和材質(zhì)，以增強(qiáng)整體感和秩序感，同時(shí)采用主輔有序的色彩層次對(duì)功能區(qū)進(jìn)行劃分，從而提升筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的整體性和層次感。

6 結(jié)語(yǔ)

文中提出了基于QFD-TRIZ 理論的筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)造型設(shè)計(jì)方法，通過(guò)案例深入分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)流程的有效性。首先通過(guò)收集同類(lèi)產(chǎn)品樣本進(jìn)行形態(tài)分析，并采用訪(fǎng)談法與焦點(diǎn)小組法建立了需求層次模型。然后運(yùn)用QFD 理論將用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)特征，獲得了重要度排序，并定位了主要設(shè)計(jì)矛盾。最后應(yīng)用TRIZ 理論中的通用工程參數(shù)分類(lèi)表獲取了設(shè)計(jì)矛盾類(lèi)型，結(jié)合發(fā)明原理使用頻率篩選出了矛盾問(wèn)題的最優(yōu)解，最終確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

研究證明，基于QFD-TRIZ 理論對(duì)筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，能夠幫助設(shè)計(jì)師在分析用戶(hù)需求時(shí)運(yùn)用定量化方法獲得重要度較高的用戶(hù)需求與設(shè)計(jì)特征，為造型設(shè)計(jì)提供了更為精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方向，同時(shí)TRIZ 理論中豐富的工具資源也是對(duì)QFD 理論中以顧客需求為驅(qū)動(dòng)方法的重要補(bǔ)充和拓展。該方法不僅能夠解決設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)前端階段進(jìn)行選擇和決策時(shí)的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性問(wèn)題，使方案設(shè)計(jì)結(jié)果更加客觀、理性，而且能幫助設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)研發(fā)階段減小篩選造型設(shè)計(jì)矛盾解決方法的范圍，有效縮短設(shè)計(jì)工作周期，并減少概念設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造之間的障礙，為筒紗包裝生產(chǎn)線(xiàn)的造型設(shè)計(jì)提供新思路。然而，文中對(duì)QFD-TRIZ理論的集成應(yīng)用，未能考慮設(shè)計(jì)師在矛盾問(wèn)題解決階段選擇最優(yōu)發(fā)明原理所具有的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性對(duì)造型設(shè)計(jì)的影響。因此，在今后的研究中，需要將最優(yōu)發(fā)明原理的科學(xué)選擇納入考慮范圍，從而對(duì)研究流程加以完善和改進(jìn)。