李衍豪，戚彬，婁軻，楊雪，祝賀

基于iNPD-AHP-TRIZ集成模型的手部按摩儀設(shè)計(jì)研究

李衍豪，戚彬，婁軻，楊雪，祝賀

（山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000）

由于手部工作壓力越來(lái)越大，雙手出現(xiàn)不適的狀況日益增多，為滿足人們對(duì)手部按摩保養(yǎng)新的需求、填補(bǔ)市場(chǎng)空白，精準(zhǔn)有效地開(kāi)發(fā)新型手部按摩儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)梳理產(chǎn)品設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法，將層次分析法（AHP）和發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）融入一體化新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（iNPD）過(guò)程中，得到用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的集成模型。分析設(shè)計(jì)缺口，進(jìn)行概念化設(shè)計(jì)，制作產(chǎn)品模型，得到使用評(píng)價(jià)，從而指導(dǎo)手部按摩儀的設(shè)計(jì)研究。在集成模型的指導(dǎo)下，科學(xué)高效地開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了新型手部按摩儀，該產(chǎn)品通過(guò)改進(jìn)的經(jīng)皮電技術(shù)刺激手部肌肉，達(dá)到按摩效果，其全新的功能設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)填補(bǔ)了市場(chǎng)空白，滿足了人們的使用需求。實(shí)踐證明，在集成模型指導(dǎo)下能夠準(zhǔn)確把握手部按摩儀設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，科學(xué)地解決技術(shù)問(wèn)題，有效滿足用戶需求，緩解手部疲勞，同時(shí)，該理論模型能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師及企業(yè)在相關(guān)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)提供思路與方法。

一體化新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；層次分析法；發(fā)明問(wèn)題解決理論；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

日益增長(zhǎng)的手部勞動(dòng)，如打字、操作手機(jī)等大大加重了手的使用程度，導(dǎo)致手部腕管綜合征、關(guān)節(jié)痛等疾病發(fā)作呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，特別是以手部高強(qiáng)度活動(dòng)為職業(yè)的人群，此類問(wèn)題更為嚴(yán)重。因此，對(duì)于肌肉放松、緩解疼痛的手部按摩儀的需求日漸增長(zhǎng)，但傳統(tǒng)的手部按摩儀受時(shí)間、地點(diǎn)的使用限制，用戶使用率不高、體驗(yàn)不佳。所以，綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、用戶使用需求等多方面因素，對(duì)手部按摩儀進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者，如武春龍等[1]應(yīng)用TRIZ和AHP對(duì)服務(wù)型產(chǎn)品進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效提高了服務(wù)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力；李浩等[2]基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造一體化開(kāi)發(fā)內(nèi)涵，結(jié)合用戶使用需求，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)落地提供了有效途徑；蘇建寧等[3]建立了AHP/QFD/TRIZ模型，對(duì)玫瑰花蕾采摘機(jī)再設(shè)計(jì)，提高了采摘效率。國(guó)外學(xué)者為了獲取產(chǎn)品的創(chuàng)新方向和新型應(yīng)用技術(shù)，將iNPD[4]、I-KANO[5]、SWOT-FAHP[6]等方法應(yīng)用于產(chǎn)品需求調(diào)研、產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)等方面。由上述研究可知，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要采用合理的方法獲取用戶需求并有針對(duì)性地對(duì)產(chǎn)品的功能、技術(shù)和結(jié)構(gòu)作出改進(jìn)。但現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法過(guò)程復(fù)雜、作用單一，無(wú)法精準(zhǔn)地把握用戶的使用需求，且目前針對(duì)手部按摩產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)較少。面對(duì)手部按摩儀的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)任務(wù)，沒(méi)有合適的理論能夠指導(dǎo)前期調(diào)研、中期設(shè)計(jì)、后期評(píng)價(jià)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，常是按照設(shè)計(jì)師的主觀意志進(jìn)行的?；诖藛?wèn)題，本研究通過(guò)對(duì)不同學(xué)者提出的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法進(jìn)行梳理，創(chuàng)新性地提出基于iNPD-AHP-TRIZ的集成模型。該模型將3種方法有機(jī)融合，從不同設(shè)計(jì)階段指導(dǎo)手部按摩儀設(shè)計(jì)，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)現(xiàn)有的手部按摩儀設(shè)計(jì)缺口與解決方法進(jìn)行系統(tǒng)化、流程化分析，優(yōu)化手部按摩儀產(chǎn)品外觀，創(chuàng)新按摩技術(shù)，縮短手部按摩儀產(chǎn)品創(chuàng)新時(shí)間，提高工作效率，激發(fā)創(chuàng)造性思維。

1 iNPD-AHP-TRIZ集成模型概述

iNPD（integrated New Product Development）包括識(shí)別機(jī)會(huì)、理解機(jī)會(huì)、產(chǎn)品機(jī)會(huì)概念化、實(shí)施產(chǎn)品機(jī)會(huì)4個(gè)階段[7]，是整合產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的重要設(shè)計(jì)方法[8-9]。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）強(qiáng)調(diào)在面臨多個(gè)方案選擇時(shí)，通過(guò)結(jié)構(gòu)分層、科學(xué)比較的思維，計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的大小[10]，因此被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域和決策領(lǐng)域[11-13]。發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）認(rèn)為，各種技術(shù)的發(fā)展都遵循著類似的進(jìn)化規(guī)律[14]，不同領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)明存在著共通之處，因此，TRIZ可以為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)[15-16]。

在手部按摩儀設(shè)計(jì)過(guò)程中，iNPD可以將各方面因素考慮進(jìn)設(shè)計(jì)的不同階段，對(duì)創(chuàng)新方向進(jìn)行定性分析；AHP將各級(jí)各類需求建立層次結(jié)構(gòu)，確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行定量分析。兩者相結(jié)合可得到社會(huì)、用戶等多方面因素對(duì)手部按摩儀的綜合評(píng)價(jià)及其不足之處，進(jìn)而找到創(chuàng)新方向。在手部按摩儀的設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)方案時(shí)，會(huì)遇到設(shè)計(jì)矛盾，TRIZ作為矛盾沖突的解決工具，能夠?yàn)槠湓O(shè)計(jì)提供適合的發(fā)明原理，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體矛盾找到解決辦法。

iNPD-AHP-TRIZ集成模型不是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系，而是功能互為補(bǔ)充，有機(jī)地融合于手部按摩儀設(shè)計(jì)的4個(gè)階段，快速高效地分析手部按摩儀的設(shè)計(jì)方向，進(jìn)行概念化設(shè)計(jì)，制作產(chǎn)品模型，得到使用評(píng)價(jià)以指導(dǎo)產(chǎn)品迭代升級(jí)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出能夠滿足使用需求的新型產(chǎn)品。

2 iNPD-AHP-TRIZ集成模型應(yīng)用

2.1 應(yīng)用集成模型對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

iNPD的第1階段是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行SET因素分析，識(shí)別產(chǎn)品機(jī)會(huì)，第2階段是理解機(jī)會(huì)并結(jié)合AHP將各需求進(jìn)行量化，計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重值并對(duì)重要度進(jìn)行排序。具體流程如下：

1）將產(chǎn)品需求分級(jí)分類并構(gòu)建三級(jí)層次結(jié)構(gòu)。

表1 判斷矩陣標(biāo)度說(shuō)明

Tab.1 Scale description of judgment matrix

3）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。為保證評(píng)價(jià)過(guò)程的準(zhǔn)確性和邏輯性，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，見(jiàn)式（1）—（3）。

式中：為計(jì)算一致性比例；為判斷矩陣一致性指標(biāo)；為隨機(jī)一致性指標(biāo)，數(shù)值可查表得出；max為最大特征值；為對(duì)應(yīng)的特征向量；為指標(biāo)數(shù)量；()為特征向量的第個(gè)分量。當(dāng)計(jì)算出的一致性比率≤0.1時(shí)，則認(rèn)為該評(píng)價(jià)矩陣的一致性是可以通過(guò)的；反之，需要重新構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣。

4）通過(guò)方根法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，過(guò)程如下。

首先計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣每一行數(shù)值的乘積M

式中：C表示評(píng)價(jià)矩陣中第行第列的指標(biāo)；為指標(biāo)數(shù)量。

然后計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣中各行指標(biāo)的幾何平均值a，見(jiàn)式（5）。

3）歸一化處理，得到相對(duì)權(quán)重

5）得到不同需求的權(quán)重值后，按其重要程度排序，確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向。

2.2 應(yīng)用集成模型對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

iNPD的第3階段（產(chǎn)品機(jī)會(huì)概念化階段）需要將產(chǎn)品改進(jìn)方向轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)方案。在此過(guò)程中會(huì)存在設(shè)計(jì)矛盾，而TRIZ作為解決矛盾沖突的重要工具，提出39個(gè)通用參數(shù)和40項(xiàng)發(fā)明原理，為產(chǎn)品創(chuàng)新提供了方法指導(dǎo)。對(duì)產(chǎn)品完善修改后，最終實(shí)現(xiàn)iNPD的第4階段，即完成產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。iNPD- AHP-TRIZ集成模型應(yīng)用流程見(jiàn)圖1。

圖1 iNPD-AHP-TRIZ集成模型應(yīng)用流程圖

3 iNPD-AHP-TRIZ集成模型在手部按摩儀設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

3.1 識(shí)別并理解手部按摩儀創(chuàng)新機(jī)會(huì)

傳統(tǒng)的手部按摩儀受使用條件和體積限制，用戶使用率不高，市場(chǎng)反饋不佳，圖2為市場(chǎng)上幾類傳統(tǒng)的手部按摩儀。

手部按摩儀主要的目標(biāo)用戶為手部勞動(dòng)工作者（如電競(jìng)選手、白領(lǐng)等）和手部肌肉不適的中老年人，因此，本研究將這兩類人群作為主要調(diào)研對(duì)象。在調(diào)研時(shí)，既要對(duì)宏觀層面的經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的影響進(jìn)行定性分析，也要對(duì)微觀層面的每位用戶對(duì)產(chǎn)品的不同需求進(jìn)行定量分析，綜合考慮后，才能更好地識(shí)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。分別采用SET因素分析和層次分析法對(duì)新型手部按摩儀進(jìn)行綜合調(diào)研。

SET因素分析可以定性地研究社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)因素和技術(shù)因素分析對(duì)產(chǎn)品的影響，是能夠得到新的產(chǎn)品機(jī)遇的科學(xué)方法。通過(guò)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的調(diào)研，得到新型手部按摩儀的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)分析，如圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)手部按摩儀

圖3 手部按摩儀設(shè)計(jì)的SET分析

結(jié)合目前手部按摩儀設(shè)計(jì)缺口分析，考慮社會(huì)因素方面，設(shè)計(jì)在不同環(huán)境、不同時(shí)間能夠通用的產(chǎn)品，提高使用頻率和適用范圍；考慮經(jīng)濟(jì)因素方面，產(chǎn)品可以作為親人之間的情感投資，能夠及時(shí)關(guān)注親人的手部健康情況；考慮技術(shù)因素方面，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品當(dāng)中，將健康情況數(shù)據(jù)化，及時(shí)掌握個(gè)人信息。在設(shè)計(jì)新型手部按摩儀時(shí)，將以上因素重點(diǎn)考慮。

結(jié)合層次分析法，對(duì)不同用戶的各項(xiàng)需求進(jìn)行定量分析。線上通過(guò)各大銷售網(wǎng)站獲取購(gòu)買手部按摩儀用戶的評(píng)價(jià)及需求，線下對(duì)淄博市使用過(guò)手部按摩儀的職業(yè)游戲玩家、文字工作者和部分中老年群體進(jìn)行調(diào)查，獲取在使用手部按摩儀過(guò)程中存在的問(wèn)題以及對(duì)未來(lái)設(shè)計(jì)的期望。調(diào)研共發(fā)放178份調(diào)查問(wèn)卷，回收有效問(wèn)卷162份。處理數(shù)據(jù)信息得到新產(chǎn)品需求35項(xiàng)，去除相似需求、非設(shè)計(jì)需求后，獲得二級(jí)需求3項(xiàng)作為準(zhǔn)則層，三級(jí)需求9項(xiàng)作為指標(biāo)層并建立層次結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 手部按摩儀需求層次結(jié)構(gòu)

確定各項(xiàng)需求的權(quán)重是對(duì)手部按摩儀進(jìn)行客觀綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，也為其后續(xù)設(shè)計(jì)指明方向。邀請(qǐng)16名手部按摩儀使用者、10名工業(yè)設(shè)計(jì)工程師、8名手部按摩儀企業(yè)專家按照產(chǎn)品綜合評(píng)價(jià)流程對(duì)每個(gè)層次中的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較并給出相應(yīng)分值。具體評(píng)價(jià)結(jié)果如表1—4所示。

表1 準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)矩陣及權(quán)重

Tab.1 Criteria layer evaluation matrix and weight

表2 使用需求指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣及權(quán)重

Tab.2 Use demand index evaluation matrix and weight

表3 造型需求指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣及權(quán)重

Tab.3 Modeling demand index evaluation matrix and weight

表4 科技需求指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣及權(quán)重

Tab.4 Technical demand index evaluation matrix and weight

對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，各指標(biāo)一致性比率≤0.1，說(shuō)明評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠。具體計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 一致性檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

Tab.5 Calculation results of consistency test

由此得到指標(biāo)層的綜合權(quán)重及重要度排序，如表6所示。

由表6可知，操作方便、無(wú)使用約束、手感舒適、創(chuàng)新技術(shù)這4個(gè)指標(biāo)最影響產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，也是手部按摩儀創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

表6 指標(biāo)層綜合權(quán)重

Tab.6 Comprehensive weight of index layer

3.2 手部按摩儀的機(jī)會(huì)概念化

通過(guò)手部按摩儀需求的調(diào)研結(jié)果可知，目前急需一款使用不受時(shí)間環(huán)境影響、親人能夠及時(shí)掌握信息、操作方便、手感舒適、有創(chuàng)新技術(shù)的新型手部按摩儀。

根據(jù)TRIZ理論指導(dǎo)，對(duì)一個(gè)技術(shù)參數(shù)的改進(jìn)會(huì)引起另一個(gè)技術(shù)參數(shù)的惡化，形成矛盾沖突。建立矛盾矩陣后，利用40個(gè)發(fā)明原理，可以將矛盾沖突轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計(jì)方案。在手部按摩儀使用中，操作方便可以大大節(jié)省使用的時(shí)間成本；方便攜帶必須改變?cè)挟a(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。參考39個(gè)通用技術(shù)，操作方便對(duì)應(yīng)33號(hào)通用參數(shù)“可操作性”，節(jié)省時(shí)間成本對(duì)應(yīng)25號(hào)通用參數(shù)“時(shí)間的無(wú)效損耗”；方便攜帶對(duì)應(yīng)8號(hào)通用參數(shù)“靜止物體的體積”，改變結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)12號(hào)通用參數(shù)“形狀”。將矛盾沖突建立成矛盾矩陣，根據(jù)推薦的發(fā)明原理找到具體設(shè)計(jì)方案，如表7所示。

表7 TRIZ矛盾沖突矩陣

Tab.7 TRIZ conflict matrix

4 手部按摩儀創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

4.1 手部按摩儀設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)的手部按摩儀通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)手部肌肉進(jìn)行按壓達(dá)到緩解效果，但繁瑣的機(jī)械結(jié)構(gòu)使按摩儀體積龐大。據(jù)TRIZ提供的解決方案，結(jié)合使用者的實(shí)際需求和新興技術(shù)的發(fā)展，選擇28號(hào)“替代機(jī)械系統(tǒng)原理”和35號(hào)“改變狀態(tài)原理”以及電刺激恢復(fù)按摩領(lǐng)域醫(yī)療相關(guān)領(lǐng)域的研究[17]，提出以經(jīng)皮電刺激（TENS）為主的手部相關(guān)問(wèn)題緩解方案[18-19]，具體設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

替代機(jī)械系統(tǒng)原理是利用其他物理場(chǎng)來(lái)替代原有的機(jī)械作用。傳統(tǒng)的手部按摩儀采用機(jī)械、氣囊按壓模式，在28號(hào)原理的指導(dǎo)下提出針對(duì)手部的經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的作用方式，利用電場(chǎng)釋放的能量代替機(jī)械作用。在傳統(tǒng)TENS要求的安全范圍內(nèi)進(jìn)行了放電曲線的改良優(yōu)化，創(chuàng)造了特有的TENSfH（Trans-cu-taneous Electric Nerve Stimulation for Hands）方案。該方案創(chuàng)造性地使用電場(chǎng)帶來(lái)的能量刺激代替原有的機(jī)械按壓，通過(guò)電刺激促進(jìn)手部血液循環(huán)、放松肌肉，達(dá)到按摩效果。TENSfH方案脈沖刺激如圖6所示。

為滿足產(chǎn)品不受時(shí)間地點(diǎn)使用限制，須減小體積。35號(hào)“改變狀態(tài)原理”通過(guò)改變物體的結(jié)構(gòu)來(lái)滿足產(chǎn)品需求。隨著技術(shù)發(fā)展，傳感器集成化程度更高、體積更小，改進(jìn)的手部按摩儀內(nèi)置薄膜壓力傳感器，大大縮小了產(chǎn)品體積。

新型手部按摩儀為滿足用戶需求，改變了傳統(tǒng)的交互方式，采用了主動(dòng)抓握與捏握的方式來(lái)觸發(fā)經(jīng)皮電神經(jīng)刺激脈沖的釋放。產(chǎn)品兩側(cè)設(shè)有電感應(yīng)金屬條，當(dāng)手掌握住按摩儀，傳感器收到信號(hào)，內(nèi)部的電器裝置發(fā)出雙向方波，手部肌肉便會(huì)感受到脈沖和震動(dòng)反饋，從而舒緩手部不適。新技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)品不受時(shí)間和空間的使用限制，在滿足用戶需求的同時(shí)也滿足了產(chǎn)品的社會(huì)需求與技術(shù)需求，產(chǎn)品交互方式如圖7所示。

相比傳統(tǒng)手部按摩儀具有數(shù)百個(gè)零部件，為實(shí)現(xiàn)新型產(chǎn)品外觀的整體性和簡(jiǎn)約的美感[20]、滿足手感舒適等需求，在35號(hào)原理指導(dǎo)下，簡(jiǎn)化組裝過(guò)程，重新設(shè)計(jì)了產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了左右殼的設(shè)計(jì)，內(nèi)部零部件高度集成化、緊密排列，產(chǎn)品有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品體積、重量大大縮減，攜帶更加便捷，操作更加方便，提高了產(chǎn)品的使用率。產(chǎn)品效果圖、結(jié)構(gòu)圖如圖8—9所示。

傳統(tǒng)手部按摩儀受工作原理、技術(shù)限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化、智能化。為滿足產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面等需求，在外觀設(shè)計(jì)上與低能耗的LED燈結(jié)合，使用冰藍(lán)色的LED燈從色彩心理學(xué)上達(dá)到舒緩身心的效果。同時(shí)，在手機(jī)端開(kāi)發(fā)配套程序，可以自定義產(chǎn)品刺激強(qiáng)度、時(shí)間等參數(shù)，方便用戶自己及親人更好地掌握產(chǎn)品使用情況及手部健康情況，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)，滿足情感投資。產(chǎn)品使用效果圖、部分系統(tǒng)界面如圖10—11所示。

圖5 手部按摩儀創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

Fig.5 Innovative design process of hand massage instrument

注：x表示倍數(shù)。

圖7 手部按摩儀的交互方式

圖8 產(chǎn)品效果圖

圖9 手部按摩儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖11 系統(tǒng)界面

Fig.11 System interface

4.2 手部按摩儀效果對(duì)比評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證新型手部按摩儀的用戶滿意度，對(duì)使用需求較高的幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查評(píng)估。12名使用者對(duì)比使用了傳統(tǒng)的手部按摩儀和新型手部按摩儀，試驗(yàn)如圖12所示。

圖12 產(chǎn)品對(duì)比試驗(yàn)

12名使用者完成產(chǎn)品對(duì)比體驗(yàn)后，采用李克特量表對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行滿意度評(píng)價(jià)，分值為1～5分，數(shù)值越高表示滿意度越高。各項(xiàng)指標(biāo)均分相加，傳統(tǒng)手部按摩儀總得分為18.8分，新型手部按摩儀總得分為27.2分，各項(xiàng)指標(biāo)得分如圖13所示。

圖13 用戶使用評(píng)價(jià)

由用戶評(píng)價(jià)圖及用戶使用體驗(yàn)得出，新型手部按摩儀在6個(gè)主要需求指標(biāo)中都超過(guò)4分，滿足產(chǎn)品的使用需求。其中，操作方便、無(wú)使用限制、技術(shù)創(chuàng)新、健康時(shí)尚4個(gè)指標(biāo)的表現(xiàn)都遠(yuǎn)超傳統(tǒng)手部按摩儀。

該手部按摩儀設(shè)計(jì)針對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及用戶使用等需求進(jìn)行了創(chuàng)新，效果理想，首批量產(chǎn)設(shè)備已獲得市場(chǎng)初步認(rèn)可，并榮獲各級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)大賽獎(jiǎng)項(xiàng)，證明iNPD-AHP-TRIZ集成模型對(duì)于手部按摩儀創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可行性。在產(chǎn)品的創(chuàng)新升級(jí)階段，可按照此集成模型對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)研方法如頭腦風(fēng)暴法、思維導(dǎo)圖法、質(zhì)量屋模型等相比，基于iNPD-AHP-TRIZ的集成模型優(yōu)勢(shì)顯著，能夠更加全面、有機(jī)地分析產(chǎn)品的用戶使用需求，提供科學(xué)有效的發(fā)明原理對(duì)產(chǎn)品造型、功能等進(jìn)行創(chuàng)新，同時(shí)做出合理的評(píng)價(jià)，為產(chǎn)品優(yōu)化指明方向。在該理論模型指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的新型手部按摩儀在一定程度上滿足社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)需求的同時(shí)，也提高了用戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度。

1）基于iNPD-AHP-TRIZ集成模型方法，以手部按摩儀為例進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了該模型在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)創(chuàng)新中的可行性，為今后相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一定的理論指導(dǎo)。

2）從不同方面將新型手部按摩儀與傳統(tǒng)手部按摩儀進(jìn)行對(duì)比，用戶使用體驗(yàn)總得分由18.8分提高到27.2分，用戶使用反饋效果好，不僅滿足了用戶的使用體驗(yàn)，而且從一定程度上填補(bǔ)了市場(chǎng)空白。

3）基于iNPD-AHP-TRIZ的集成模型僅經(jīng)過(guò)手部按摩儀一個(gè)產(chǎn)品的論證，下一步將繼續(xù)開(kāi)展基于此模型的產(chǎn)品創(chuàng)新并等待市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證該模型的可靠性。

[1] 武春龍, 朱天明, 張鵬, 等. 基于功能模型和層次分析法的智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)概念方案構(gòu)建[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2020, 31(7): 853-864. WU Chun-long, ZHU Tian-ming, ZHANG Peng, et al. Conceptual Scheme Construction of Smart PSS Based on Functional Model and AHP[J]. China Mechanical Engineering, 2020, 31(7): 853-864.

[2] 李浩, 陶飛, 王昊琪, 等. 基于數(shù)字孿生的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造一體化開(kāi)發(fā)框架與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2019, 25(6): 1320-1336. LI Hao, TAO Fei, WANG Hao-qi, et al. Integration Framework and Key Technologies of Complex Product Design-Manufacturing Based on Digital Twin[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2019, 25(6): 1320-1336.

[3] 蘇建寧, 魏晉. 基于AHP/QFD/TRIZ的玫瑰花蕾采摘機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2020, 37(8): 121-126. SU Jian-ning, WEI Jin. Design of Rosebud Picker Based on AHP/QFD/TRIZ[J]. Journal of Machine Design, 2020, 37(8): 121-126.

[4] STüRMLINGER T, JOST D, MANDEL C, et al. Impact and Risk Analysis in the Integrated Development of Product and Production System[J]. Procedia CIRP, 2020, 91: 627-633.

[5] LEE S, PARK S, KWAK M. Revealing the Dual Im-por-tance and Kano Type of Attributes through Customer Review Analytics[J]. Advanced Engineering Informat--ics, 2022, 51: 101533.

[6] ILI? D, MILO?EVI? I, ILI?-KOSANOVI? T. Appli--cation of Unmanned Aircraft Systems for Smart City Transformation: Case Study Belgrade[J]. Technological Forecasting and Social Change, 2022, 176: 121487.

[7] 孫志學(xué). 以用戶為中心的iNPD方法的應(yīng)用[J]. 包裝工程, 2006, 27(5): 255-256. SUN Zhi-xue. Application of User-Centered iNPD Me-thod[J]. Packaging Engineering, 2006, 27(5): 255-256.

[8] 胡康, 邱杰, 艾險(xiǎn)峰. 基于iNPD與AHP的老年人陪護(hù)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2019, 40(24): 179-186.HU Kang, QIU Jie, AI Xian-feng. Innovation Design of the Elderly Accompanying Products Based on iNPD and AHP[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(24): 179-186.

[9] 李曉杰, 梁健. 基于INPD與KE的老年人輔助陪伴機(jī)器人造型設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2020, 41(24): 70-78. LI Xiao-jie, LIANG Jian. Design of Assisted Compan-ion Robot for the Elderly Based on INPD and KE[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(24): 70-78.

[10] 郭金玉, 張忠彬, 孫慶云. 層次分析法的研究與應(yīng)用[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 18(5): 148-153. GUO Jin-yu, ZHANG Zhong-bin, SUN Qing-yun. Study and Applications of Analytic Hierarchy Process[J]. China Safety Science Journal, 2008, 18(5): 148-153.

[11] DAS S, GUPTA A. Multi-Criteria Decision Based Geospatial Mapping of Flood Susceptibility and Tem-poral Hydro-Geomorphic Changes in the Subarnarekha Basin, India[J]. Geoscience Frontiers, 2021, 12(5): 333-347.

[12] 何思俊, 支錦亦. 基于AHP-獨(dú)立性權(quán)數(shù)法的列車旅客界面設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2021, 56(4): 897-904. HE Si-jun, ZHI Jin-yi. Evaluation of Train Passenger Interface Design Based on Analytic Hierarchy Process with Independent Weight Method[J]. Journal of South-west Jiaotong University, 2021, 56(4): 897-904.

[13] 韓自強(qiáng), 岳文輝, 單武斌, 等. 基于區(qū)間層次分析法的機(jī)械加工綠色工藝方案決策[J]. 機(jī)床與液壓, 2020, 48(17): 117-121. HAN Zi-qiang, YUE Wen-hui, SHAN Wu-bin, et al. Green Process Plan Decision of Mechanical Processing Based on Interval Analytic Hierarchy Process[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2020, 48(17): 117-121.

[14] 牛占文, 徐燕申, 林岳, 等. 發(fā)明創(chuàng)造的科學(xué)方法論——TRIZ[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 1999, 19(1): 84-89. NIU Zhan-wen, XU Yan-shen, LIN Yue, et al. Inventive Scientific Methodology-TRIZ[J]. China Mechanical Engineering, 1999, 19(1): 84-89.

[15] 辜俊麗, 宋端樹(shù), 崔天琦, 等. 基于AHP與TRIZ的殘障人輪椅設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2019, 40(24): 187-193.GU Jun-li, SONG Duan-shu, CUI Tian-qi, et al. Design of Wheelchair for the Disabled Based on AHP and TRIZ[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(24): 187-193.

[16] YANG Wen-dan, CAO Guo-zhong, PENG Qing-jin, et al. Effective Radical Innovations Using Integrated QFD and TRIZ[J]. Computers & Industrial Engineering, 2021, 162: 107716.

[17] 燕學(xué)智, 李瑞格, 武秋爽. 表面觸覺(jué)再現(xiàn)技術(shù)現(xiàn)狀和評(píng)估方法[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 44(10): 2078-2095.YAN Xue-zhi, LI Rui-ge, WU Qiu-shuang. Status and Evaluation Method of Surface Tactile Representation Technology[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(10): 2078-2095.

[18] 尹琪敏, 李曉歐, 劉巧紅. 具有表面肌電反饋的功能性陣列電極電刺激系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志, 2020(6): 1045-1055.YIN Qi-min, LI Xiao-ou, LIU Qiao-hong. Design of Functional Array Electrode Electrical Stimulation Sys-tem with Surface Electromyography Feedback[J]. Journal of Biomedical Engineering, 2020(6): 1045-1055.

[19] 胡少康, 張道輝, 趙新剛, 等. 基于特征工程與級(jí)聯(lián)森林的中風(fēng)患者手部運(yùn)動(dòng)肌電識(shí)別方法[J]. 機(jī)器人, 2021, 43(5): 526-538. HU Shao-kang, ZHANG Dao-hui, ZHAO Xin-gang, et al. An SEMG-Based Hand Motion Recognition Method for Stroke Patients with Feature Engineering and Cascade Forest[J]. Robot, 2021, 43(5): 526-538.

[20] 林麗, 郭主恩, 陽(yáng)明慶. 面向產(chǎn)品感性意象的造型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 包裝工程, 2020, 41(2): 65-79.LIN Li, GUO Zhu-en, YANG Ming-qing. Current Research Situation and Trend of Product Image-Based Modeling Optimization[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(2): 65-79.

Design and Research of Hand Massage Instrument Based on iNPD-AHP-TRIZ Integrated Model

LI Yan-hao, QI Bin, LOU Ke, YANG Xue, ZHU He

(College of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology,Shandong Zibo 255000, China)

Due to the increasing pressure on hands, the discomfort of hands is increasing day by day. It is of great practical significance to accurately and effectively develop a new hand massage instrument to meet people's new demand for hand massage maintenance and fill the market gap. By combing product design and evaluation methods, analytic hierarchy process (AHP) and theory of inventive problem solving (TRIZ) were integrated into the process of integrated new product development (iNPD), and the integrated model for product innovation design was obtained. The design gap was analyzed, the conceptual design was carried out, the product model was made, and the use evaluation was obtained to guide the design and research of the hand massage instrument. Under the guidance of the integrated model, a new hand massage instrument was developed and designed scientifically and efficiently. The product could stimulate the hand muscles through the improved transcutaneous electrical technology to achieve the massage effect. Its brand-new functional design, appearance design and interactive design filled the gap in the market and met people's use needs.Practice proves that under the guidance of the integrated model, the design opportunity of the hand massage instrument can be accurately taken, the technical problems can be scientifically solved, the user needs can be effectively met, and the hand fatigue can be alleviated. At the same time, the theoretical model can provide ideas and methods for designers and enterprises in innovative design of related products.

integrated new product development (iNPD); analytic hierarchy process (AHP); theory of inventive problem solving (TRIZ); product design

TB472

A

1001-3563(2023)12-0172-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.12.018

2023–01–11

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（魯渝協(xié)同）（2021LYXZ012）

李衍豪（1997—），男，碩士生，主攻產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其理論。

戚彬（1980—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)及其理論。