集成QFD/TRIZ/AHP的适老化钢制衣柜设计研究及应用

焦如丽，左洪亮

集成QFD/TRIZ/AHP的适老化钢制衣柜设计研究及应用

焦如丽，左洪亮

（河南科技大学 艺术与设计学院，河南 洛阳 471023）

为提高钢制材料在老年人家具领域的可发展性以及准确地为老年人在钢制家具产品的互动上提供良好的体验，运用层次分析法（AHP）来确定客户的需求权重，通过功能质量展开法（QFD）发掘出客户的核心需求，从（TRIZ）发明问题解决理论的40条发明原理中，寻找最佳解决方法。在老年人钢制衣柜创新设计流程引入了QFD、AHP和TRIZ相结合的分析方法，主要从用户需求、设计指标决策及解决方案的角度阐述理论的应用方式，形成符合老年人用户需求的钢制衣柜产品，设计过程科学性的进一步提高，可为同类老年人钢制家具产品的创新设计提供有效参考。

集成模型；适老化；钢制衣柜；家具设计

钢制材料主要属于绿色环保型材料，具有硬度高、防水、防火、延展性好等优良特性[1]。随着加工和制造工艺技术的进步，钢制材料在我国现代家具制造领域得到了广泛运用。

当前阶段我国正迈入老龄社会，根据统计报告资料，到2019年末，我国60岁及以上的老年人口数量已经到达2.54亿，占总共人口比例18.1%[2]。《国家十二五老龄事业发展规划》提出：在人口老龄化社会服务发展领域，要在完善居家养老的基础上，对社区、社会机构及养老服务方向上进行支持和推进[3]。因此，养老家居、设施产品有着巨大的市场需求。但目前钢制家具主要使用于医疗、办公场所中，很少用于民用生活中，也更少出现在老年人生活场景中，真正适合老年人的家具基本没有，因此适老家具将会是未来家具行业市场一个全面的新消费发展热点。

衣柜作为老年人活动频率最高的卧室储物家具之一，是影响老年人生活品质高低的重要家具。部分学者展开了针对老年人衣柜设计的研究：潘莉等[4]研究了老年人与衣柜发生的交互行为，并提出适老化衣柜的设计方案；陶涛等[5]通过分析老年人的行为特征及未来老年生活的变革趋势对储物空间和功能设计提出了优化对策；王梓涵等[6]以用户为中心的设计方式进行卧室柜类家具进行适老化设计。

在老年用户产品设计的多数研究中，在设计需求的层次分析及需求权重分析是比较欠缺的，在创新设计上有效决策分析不足[7]，因此本文通过对层次分析法（AHP）、功能质量展开方法（QFD）和发明问题解决理论（TRIZ）的集成，对老年人钢制衣柜进行创新设计，从而为老年人提供体验良好的交互需求。

1 QFD/TRIZ/AHP集成创新研究

功能质量展开法（QFD，Quality Function Deployment），最重要一步是获得用户的产品需求，将用户真实的需求贯穿于整个产品生命周期的指导性的设计方法，再通过构建QFD量表的方法来确定用户的真实需求与核心技术的需求，从而以用户的真实需求与核心技术作为其产品设计的重点。如Pregiwati Pusporini等[8]将QFD方法与模糊理论相结合，应用于环保产品的开发与设计中，实现了既能满足用户需求、又对环境友好的产品特性。

发明问题解决理论（TRIZ，Theory of the Solution of Inventive Problems），主要是解决如何进行设计的问题，但未能为解决设计中的问题提出合适的解决方案。

层次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process），是将所有涉及的要素分解为多个层次（如决策目标、标准和计划），在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[9]。

陈媛等[10]将QFD/TRIZ/AHP研究方法进行集成分析，对卫浴产品的设计进行了详细的规划研究，并对该课题研究成果方法的设计可行性和应用有效性进行验证。因此将QFD/TRIZ/ AHP理论集成，为适老化衣柜产品创新设计提供一种新的设计方法。集成方法的创新设计模式流程如图1所示。

老年人钢制衣柜的设计属于创新设计，将新材料加入其中并作设计的改进。使用QFD来研究用户需求，然后识别和分类，将情感和难以描述的用户需求转化为与产品设计相关的需求质量；在AHP中，计算需求元素的权重值，然后进行排序，最终完成设计决策；分析核心技术措施的相关关系，如果有冲突，先分析冲突类型，最后用TRIZ寻找解决办法。最终对解决方案进行概念验证，以确定最适合的老年人钢制家具设计方式。

本文以适老化钢制衣柜概念化设计为例，在集成创新设计模式的基础上进行适老化钢制衣柜的创新设计[11]。

图1 集成创新设计流程

2 应用AHP确定QFD的客户需求权重

2.1 基于QFD的老年人钢制家具设计需求分析

需求质量特性展开的建立。使用现场观察、问卷调查、互联网等来筛选，分解和合并收集的用户需求，以完成三个质量需求的质量展开。过程如下：①收集不同类型的衣柜设计样本，并以互联网和现场调查等方式进行用户评估；②从衣柜的形状、功能和结构入手，以获取被调查用户的需求和满意度；③分析和提取被调查用户的设计要求，并制定老年人衣柜相关的质量发展要素；④使用焦点小组访谈方法确定每个级别的质量特征，并最终完成设计要求。以上分析扩大了老年人钢制衣橱的质量特性，结果如表1所示。

2.2 AHP应用步骤

步骤1：进行老年人衣柜设计需求质量特性展开分析，运用AHP形成设计决策模型，如图2所示，进而分析老年人钢制衣柜设计的需求权重。

表1 老年人钢制衣柜设计需求质量特性展开

（2）将第二层的需求质量特性展开的结果定义为准则层，将其分解为主要性能、辅助性能、安全性、可操作性、可靠性，用字母B表示，作为准则层的指标；

（3）将第三层的需求质量特性展开的结果设定为方案层，用字母B表示，如图2所示。

步骤2：判断矩阵的构造。以上一层次的要素作为比较的基准，使用Saaty建议中的9个关键性等级和其赋值方法，对元素的进行两两之间的比较[10]，如表2所示。

比较结果构成判断矩阵＝(a)·n，其中a＝1/a，判断矩阵所对应的特征方程为：

表2 判断矩阵标度

式中：为计算出的一致性比例；为检验系数；为平均随机一致性的指标，取值如表3所示；max为特征方程的最大特征根；为判断矩阵的阶数。

若结果≤0.1，则认为该判断矩阵的数值具有一致性，否则应该对判断矩阵中的元素值进行多次调整，然后再取值[12]。

表3 平均随机一致性指标

2.3 应用举例

2.3.1 判断矩阵的构造

以图2构建的老年人钢制衣柜的设计决策模型为实例，将设计决策模型的第一层客户总需求用作比较基准，然后对第二层用户进行成对比较以创建决策矩阵，如表4所示。

表4 符合老年人心理生理需求与行为特征的钢制衣柜设计的判断矩阵

使用数学分析软件Matlab获得特征向量并归一化以分析数据，即精确计算[,]＝eig()和＝(:,)/sum(:,)[10]，如图3所示。计算结果为＝[0.3290, 0.1150, 0.2481, 0.2578, 0.0501]，且max＝5.1011、＝0.0253＝1.12、＝0.0226＜0.1，因此对于此判断矩阵来说可认为通过一致性检验，即认为该结果可信。

同理，在第三层创建相应决策矩阵表，在Matlab软件中计算权重，评价结果均通过一致性查验。

2.3.2 QFD量表的构建

将计算结果计入QFD量表中，如表5所示，所构成的区域即为相关关系矩阵。

“+”为正相关；“－”为负相关。

综合得出的结果如下：

（1）用户需求方面，在避免尖角、操作省力、操作简单、顶柜可自动升降、底柜高度可自动调节、易于拿取衣物、材料环保无污染等多个方面用户需求程度比较高；

（2）在技术措施的重要性方面，调节结构、形态材料、模块化、空间尺寸、可拆卸的重要性比较高，属于核心技术措施。

这就说明了在进行创新设计时，需对钢制衣柜的操作调节方式、产品形态以及更换衣物的空间规划等进行重点设计。

3 老年钢制衣柜设计中TRIZ创新方法的应用

3.1 冲突问题的确定及TRIZ转化

为了将TRIZ应用于概念验证，有必要首先分析各种技术手段之间的关系，从而找到矛盾，然后确定与两者负相关的矛盾的类型。

TRIZ理论中所涉及到产品设计的矛盾主要类型有技术矛盾和产品的物理矛盾两种，其中，技术矛盾主要与系统有关，而物理矛盾主要与组件有关，且物理矛盾是解决问题的核心矛盾，可以说是最严重的矛盾[13]。

技术矛盾可以采用TRIZ理论中的矛盾矩阵来查找，从而得到解决这种技术矛盾问题的发明工具[14]。

表5 适老化钢制衣柜产品QFD量表（部分）

注：权重1为准则层对目标层的权重；权重2为方案层对准则层的权重；综合权重为方案层对目标层的权重；1、3、5分别表示用户需求与技术措施两者相关程度为弱、中等、强。

物理矛盾的分离原理包括时间分离原理、空间分离原理、系统级别分离原理、条件分离原理等四种[15]，解决技术矛盾的40项发明原则与这四个分离原则相对应。空间分隔的原理是在特定空间中将矛盾双方的互斥需求分隔开，可以利用第1、2、3、7、4、13、14、17、24、26、30条等11个创新原理[15]；时间分离的原理，将矛盾的双方在一定的时间范围内互斥的需求进行分离，可以利用第9、10、11、15、16、19、18、20、21、26、34、37条等12个创新原理[15]；条件分离的原理可以运用第29、28、31、32、35、36、38、39条等8个创新原理[15]；系统层次上的分离原理可利用第1、5、6、8、12、13、22、23、25、27、33等12条创新原理[15]。

基于40项发明设计原则，物理矛盾可以迅速获得创新的设计思想[10]。

适老钢制衣柜产品通过对QFD量表技术措施和用户需求的相对关系矩阵进行分析（本文只列出部分正相关的关系，主要目的是为了得到负相关的关系），得出相关关系矩阵中几组主要冲突的问题，如图3中的三角形区域。

几组产品的特性和需求负相关问题可以转化成TRIZ问题模型，如表6所示。

3.2 TRIZ理论推导解决方案，确定概念设计

将客户需求和技术措施之间的冲突转化为TRIZ问题后，将TRIZ用于解决问题的解决方案，并按照上面的三个步骤为每个问题打开突破口，如表7所示。

表6 冲突问题的TRIZ问题转化

表7 TRIZ问题的解决方案

（1）模块化和产品尺寸是物理矛盾。现有衣柜以一体多格为主，尺寸相对较大。一方面，从老年人日常使用衣柜时可以发现，顶部太高或底部太低都会给老年人们造成够不着或下蹲等现象，给在家中老年人的生活造成极大的不方便。另一方面，老年人特有的生理功能和使用习惯的衰退，传统衣柜的一体化使得衣柜中部的存衣格在家居使用中造成不够用且不容易找到衣服的问题，使得顶部、底部存衣格难取物及衣柜使用率较低的问题。针对产品使用过程中出现的物理矛盾，可以通过运用空间分离原理进行求解，在与之相对应的第1条创新发明原理中找到解决方案，即分割原理，折弯工艺、冲压工艺和焊接工艺是钢制材料的主要工艺，与传统的加工技术不同，冲压和弯曲过程使用特定的模具，而焊接过程则使用焊接设备来识别模具并实现零件焊接过程[16]。此外，自动折弯中心也逐渐在钢制家具制造环节中使用，制造系统可自动调整折弯长度，适合不同尺寸板材折弯，因此改变衣柜的一体化，可实现钢制材料对衣柜的模块化设计，将放置不同季节的衣物与棉被存衣格分离，同时增加可移动式功能，不仅满足需求而且提高使用率且方便，达到了结构优化以及易使用的目的。

（2）内部调节结构和形态材料是技术矛盾。传统衣柜的内部以放置多层层板或抽屉式盒状作为放置衣物的空间，在中部位置拿取衣物较为方便，但层板过低或者过高都会导致老年人拿取衣物时伴随着弯腰、半蹲、踮脚等不方便的动作[4]，这会造成老年人不同水平的危害。针对产品过程中出现的技术矛盾，利用矩阵提供的第26和27两条发明原理进行解决，即保留原先的抽屉式盒状，采用下拉式顶柜设计升降式底柜代替隔板。对具有很强特殊性的钢制材料工艺，在升降结构的设计过程中，可以将冲压切孔、焊接等工艺与新材料结合应用，其钢制材料本身的可塑性与优良的工艺特性可满足老年人需求，方便老年人使用，进而提高老年人的自我养老能力，减轻老年人的自我感受负担[6]。

（3）环保性和形态材料是技术矛盾。常见的实木衣柜能更好地体现其端庄的品味和质感及温暖的感觉。钢制家具具有出色的环保性能，但应注意产品表面装饰的质地和手感。受钢制家具原材料性质的限制，钢制家具的触感较冰冷，使其在设计上难有创新。利用整体与部分分离方法，结合矩阵提供的第3、40两条发明原理，将钢制材料与其他材料结合的方式，在钢制衣柜设计中加入布料、毛毡、皮革等材料，对于可移动的模块，内部采用较轻便的材料，如铝型材料，把手接触部分使用毛毡、布料等柔软温暖材料。此外，利用第17条发明原理将热转印技术引进到钢制衣柜的部分零部件的制造过程中[17]，以多层次的形态代替原有的平滑的表面形式，将第31条发明原理将蜂窝状纸板加入到衣柜设计中，提高产品的稳定性，进而增加老年人使用衣柜的安全感。

4 结论

钢制家具行业作为环保类型家具产业，已经逐渐受到人们的广泛关注和重视，但目前的应用还主要停留在办公与医疗家具类等方面。

本文通过适老化钢制衣柜产品的概念化设计作为案例来验证QFD/AHP/TRIZ的集成化设计模型在满足老年人需求上引入钢制材料的可行性和有效性。同时结合这种集成设计模型的创新设计流程，可以为同类钢制家具的创新设计提供一个更清晰的设计指标和决策、问题解决的思路，提升老年人钢制家具领域的发展可能和机遇。

[1]张建中. 钢结构家具的发展与设计之关系[J]. 美术大观，2014（4）：127.

[2]中华人民共和国统计局. 2019年国民经济运行总体平稳发展主要预期目标较好实现[EB/OL]. http：//www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/ 202001/t20200117_1723383. Html，2020-01-17.

[3]修楠，张弛明. 老龄化背景下城市社区居家养老服务研究——以南京市浦口区为例[J]. 中共山西省直机关党校学报，2018，（4）：31-35.

[4]潘莉，胡飞. 基于用户体验的适老化衣柜的设计研究[J]. 包装工程，2018，39（2）：37-41.

[5]陶涛，陈一涟，陈允. 适老化卧室衣柜设计研究[J]. 家具与室内装饰，2020（4）：37-39.

[6]王梓涵，傅金辉. 基于情境法的卧室柜类家具适老化设计研究[J]. 包装工程，2020，41（18）：189-198，206.

[7]唐琳，常瑜，王子瑞. 基于QFD与AHP的老年人健身器械造型设计[J]. 包装工程，2019，40（24）：199-204.

[8]PREGIWATI P，KAZEM A，LEE L. Integrating Environmental Requirements into Quality Function Deployment for Designing Eco-Friendly Product[J]. International Journal of Materials，Mechanics and Manufacturing，2013（7）：80-84.

[9]戴俊，杨强，李传净，等. 层次分析法在隧道掏槽爆破中的应用[J]. 河南科技大学学报（自然科学版），2018，39（4）：67-72.

[10] 陈媛，宋端树，辜俊丽. 集成QFD/TRIZ/AHP 的产品创新设计模式研究[J]. 包装工程，2017，38（20）：150-155.

[11]CHATREE H，THANATE R，KLANGDUEN P. Application of a Quality Function Deployment Technique to Design and Develop Furniture Products[J]. Songklanakarin J. Sci. Technol，2012，34（6）：663-668.

[12]杨海涛，马东堂. 层次分析法中判断矩阵的一致性研究[J]. 现代电子技术，2007，30（19）：46-48.

[13]仇成，冯俊文，郭春明. 发明问题解决理论与可拓学的比较研究[J]. 技术经济，2008，27（3）：70-73.

[14]周胜生，丁雷，李超凡，等. 基于TRIZ理论的创造性辅助判断法——“矛盾法”探析[J]. 科技管理研究，2012，32（9）：138-142.

[15]周苏，张丽娜，陈敏玲. 创新思维与TRIZ创新方法[M]. 北京：清华大学出版社，2018.

[16]卜明明. 探讨新材料在钣金结构工艺产品上的应用[J]. 内燃机与配件，2019（1）：91-92.

[17]张志刚，罗春丽，赵秀英. 热转印技术在家具表面装饰中的应用[J]. 林业机械与木工设备，2002（8）：35-36.

Design and Application of Aging-Appropriate Steel Wardrobe Integrated with QFD/TRIZ/AHP

JIAO Ruli，ZUO Hongliang

( School of Art and Design,Henan University of Science &Technology,Luoyang 471023,China )

The purpose of this paper is to improve the developability of steel materials in the field of furniture for aging people and accurately provide a good experience for them in the interaction of steel furniture products. Analytic Hierarchy Process (AHP) was used to determine the weight of customers' demands, and the core needs of customers were discovered by the functional quality expansion method (QFD). The best solution was found from the 40 invention principles of (TRIZ) invention problem solving theory. The innovation design process of steel wardrobe for aging people applied QFD with the combination of AHP and TRIZ analysis method. The paper mainly expounds the application mode of the theory from the perspective of the user needs, design index decision-making and solutions, so as to meet the demand of the elderly users of steel wardrobe products. The design process is scientific, which provides effective reference to the steel furniture product innovation design for aging people..

integrated model；aging；steel wardrobe；furniture design

TB427

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.11.008

1006－0316 (2021) 11－0057－08

2021－04－20

教育部2021年第1批产学合作协同育人项目（202101042011）；津发科技－工效学会“人因与工效学”项目（202102018056）

焦如丽（1995－），女，河南安阳人，硕士研究生，主要研究方向为工业设计，E-mail：1501380883@qq.com。*通讯作者：左洪亮（1974－），男，湖南汨罗人，硕士，副教授、硕士生导师，主要研究方向为工业设计，E-mail：zuohongliang@126.com。