QFD与TRIZ原理在饮水机设计中的应用

摘要： 依据TRIZ理论中的冲突解决原理来解决产品功能等属性中的负相关问题，提出创新设计方案。以饮水机为研究对象，建立质量屋来确定饮水机设计中的负相关问题。运用冲突解决原理解决饮水机设计中的负相关问题，可以较快速得到产品创新设计方案，使饮水机这一轻工产品在日常使用中更安全、便捷、美观。

关键词： TRIZ；冲突解决；质量屋；创新设计

0 引言

饮水机满足了人们在日常生活中随时汲取饮用水的需求。随着人们越来越重视饮用水质的健康和产品的使用舒适性，饮水机的设计需要与时俱进。质量屋能够将用户需求转换为产品功能等需求，发现产品技术要素间的冲突，明确产品在创新设计时需要解决的问题。TRIZ理论将需要解决的具体问题进行定义明确，将具体问题转换为标准问题，并总结归纳出可能的标准解决方案，本文将运用TRIZ的冲突解决理论，根据冲突矩阵提供的发明原理对饮水机创新设计中存在的冲突进行解决。

1 质量屋（HOQ）和发明问题解决理论（TRIZ）

1.1 质量屋（HOQ） 质量屋是质量功能配置（qfd）的核心内容，是一种形象直观的二元矩阵展开图表。QFD是以市场为导向，以用户需求为产品开发依据，将顾客的需求转化为产品设计的质量和特征，并系统化的配置到产品设计与制造的各个环节与过程中的多层次演绎分析方法[1]。在获取具体用户需求后，将其转换成形态功能需求，再将它们转换为技术要素需求，之后使用HOQ在用户需求与技术要素之间、技术要素之间建立映射关系。

1.2 发明问题解决理论（triz） TRIZ理论是由前苏联发明专家G.S.Altshuller等人在研究世界各国大量高水平专利的基础上，提出的具有完整体系的发明问题解决理论[2]，是基于多学科领域知识的产品创新设计理论及发明问题解决方法学[3]。

在TRIZ理论中，冲突分为管理冲突、物理冲突和技术冲突。

对于技术冲突，TRIZ将39个标准工程参数与40条创新发明原理相对应，形成TRIZ冲突矩阵表。针对物理冲突，有4条分离原理分别为：空间分离、时间分离、整体与部分分离和基于条件的分离。

冲突矩阵及分离原理是TRIZ重要的创新工具之一，利用它们可以找到对应的发明原理，以发明原理为启发点，通过解决技术要素内部的冲突而实现产品的形态与结构的创新。

2 构建饮水机设计质量屋、确定设计冲突

2.1 构建饮水机设计质量屋 质量屋是“需求转换”的工具，它为使用者洞察用户的需求进而实现这些需求提供了一种系统的处理手段，从中可以确定技术措施是否存在负相关即冲突，进而利用TRIZ工具解决冲突，优化或创新现有产品[4]。本文选取立式饮水机为研究对象，入水模式为水桶式。首先，进行市场调研，将收集的信息进行归纳与整合，得到初步用户需求。并对需求进行分析，确定出决定产品核心竞争力的7个用户需求。再根据用户需求，从产品的功能、造型等要素出发，确定出实现用户需求的技术要素，并将用户需求与技术要素整合在HOQ中，构建它们之间的关系矩阵。其中，以“”表示强相关，“”表示一般相关，“”表示弱相关。

根据冲突判断标准确定并标注出技术要素中存在的负相关问题，完成HOQ，饮水机设计质量屋见图1。

2.2 确定饮水机设计中的冲突 冲突的判断准则为：采取某一技术要素来改善产品的某一功能特性时，有助于另一个技术要素相对应的功能特性得到改善，则表示这两个技术要素之间正相关（用“+”表示），反之，则表示这两个技术要素之间负相关（用“-”表示），即存在技术冲突。

对技术要素进行分析，“水桶容量适当”要求水桶容量能在保证一周内用完的前提下尽量大，而“上水方便”指在更换桶时，系统应使动作尽量省力。“反复加热”指对水进行反复加热来满足随时取用。“耗电量低”要求消耗尽可能低的电量，以满足使用成本低，对环境友好等特性。

当采用技术要素“水桶容量适当”来减少更换水桶的频率时，将导致 “上水方便”的恶化。因此“水桶容量适当”与“上水方便”之间存在负相关，为技术冲突。

当采用技术要素“反复加热”通过反复加热水来实现随时取用时，将会导致“耗电量低”的恶化。因此“反复加热技术”与“耗电量低”之间亦存在负相关，为技术冲突。

3 TRIZ冲突解决原理解决设计冲突

根据TRIZ的冲突解决原理，将用39个通用工程参数来使设计中的冲突转化为标准的冲突，查询冲突矩阵表，得到推荐的发明原理序号。将技术要素“水桶容量适当”转化为工程参数“2 静止物体的重量”，将“上水方便”转化为工程参数“10 力”，经过分析，改进的工程参数为“10 力”，避免恶化的工程参数为“2 静止物体的重量”。

同样，将第二组技术要素进行转化，将“耗电量”转化为工程参数“22 能量损失”，将“反复加热”转化为工程参数“33 操作的方便性”，经过分析，改进的工程参数为“22 能量损失”，避免恶化的工程参数为“33 操作的方便性”。

查找TRIZ的冲突矩阵表，得到以下解决饮水机设计冲突的发明原理：“1 分割，13 反向，18 机械振动，28 机械系统的替代，32 变色，35 参数变化”。

以上原理是冲突解决原理推荐的一般性解决方案，结合饮水机这个具体的设计对象，在结合设计原则和发明原理的内涵后，得出发明原理“1 分割”，“13 反向”可以有效地解决设计中的冲突。

根据发明原理“1 分割”：加热罐原本与储水箱相连，在取用热水时会有常温水不断注入加热罐，剩余热水不能从加热罐中分离，会二次被加热。将原来的加热系统分割出来，用不锈钢水壶和电磁加热底座代替，并能控制每次加热的水量。由此满足随时取用热水的需求和耗电量低的特性。

根据发明原理“13 反向”：桶装水被用完后，需要将水桶倒置在饮水机的聪明座上，这个换水的过程很费力。可以将上水方式翻转，将水桶放置在下部，配备高压泵和吸水管，将水抽送进储水箱。

4 结语

创新设计使产品能够在激烈的市场竞争中获得生存和发展。在设计过程中，为了实现用户需求而采取的措施之间会产生设计冲突。在解决这些冲突的过程中，由于设计者知识领域的局限，往往会受到限制。TRIZ理论立足多学科领域，冲突解决原理可以得到设计冲突的一般解，再结合具体的设计需求进行分析，能够突破解决问题时的局限性，帮助设计师获得创新性高的设计方案。

参考文献：

[1]Jacques Marsot. QFD：a methodological tool for integration of ergonomics at the design stage[J]. Applied Ergonomics，2005，36（2）：185-192.

[2]檀润华.发明问题解决理论[M].北京：科学出版社，2004.

[3]Semyon D. Savransky. Engineering of Creativity[M]. CRC Press， Boca Raton， 2002.

[4]石海龙，张明勤，臧德江，李敏，苏谦.QFD与TRIZ集成在立体车库概念设计中的应用[J].机械设计与制造，2010，02：91-93.