基于KANO模型與TRIZ理論的竹質椅類家具創新設計

吳春錦,宋莎莎*,劉毅,劉煥榮

(1. 木質材料科學與應用教育部重點實驗室(北京林業大學),北京 100083;2.木材科學與工程北京市重點實驗室, 北京 100083;3. 國家林業草原木質材料循環利用工程技術研究中心,北京 100083)

隨著中國經濟的快速增長和人民生活水平的不斷提高,國家對綠色環保材料提出了更高的使用要求。目前木材資源短缺,供求矛盾明顯,而竹在我國分布范圍廣、資源豐富、成材速度快,與木材相比強度大、韌性好,逐漸受到了業界的關注。竹材的開發能夠使我國巨大的竹林資源得到充分利用,近年來,竹展平材等新型竹材的研發與制造也逐漸成熟。在這樣的背景下,如何合理利用竹材資源對竹家具進行創新設計成為設計師需要面對的一個課題。

目前竹家具在市場中的發展仍存在許多挑戰:傳統竹家具的造型較為單調厚重,未能滿足現代消費者的審美需求;竹家具的生產工藝仍比較落后,很難實現大批量標準化的生產;此外,消費者對于竹家具的認知不足,認為其質量、耐用性不如普通木質家具等問題都導致了竹家具的發展受到限制[1-2]。因此,需要尋找一種新的現代化設計方法,結合竹材的自身優勢,為竹家具的創新設計與發展提供方向。

1 設計研究方法

KANO模型最初由東京理工大學的狩野教授提出[3],通過問卷的方式調研用戶對于產品的需求實現程度的滿意度,并將產品的質量分為5類,分別是基本型需求(basic quality)、期望型需求(performance quality)、魅力型需求(attractive quality)、無差異型需求(indifferent quality)以及反向型需求(reverse quality)[4]。KANO模型能夠準確反映產品或服務質量與滿意度之間的關系,快速地識別用戶需求,為產品的開發設計提供了有力的指導,同樣也被應用于家具設計[5-6]。

目前在家具設計中也常常將KANO模型與TRIZ理論相結合,充分利用兩者優勢實現互補[10-12]。KANO模型能夠將使用者的主觀性需求轉化為更為嚴謹的需求度指標,解決產品的設計定位;而TRIZ理論可將其得到的用戶需求與現存問題進行標準化歸類,結合矛盾矩陣尋找相應的發明原理,從而快速合理地得到產品設計方法?；诖?本研究歸納出了KANO-TRIZ的竹質椅類家具設計流程,將二者的特性相結合,通過KANO問卷得出竹質椅類家具需要解決的問題;再使用TRIZ理論提供的發明原理得出存在問題的解決方法并進行改進,最終得到完整的竹質椅類家具設計方案,如圖1所示。

圖1 基于KANO-TRIZ的竹質椅類家具設計流程Fig. 1 KANO-TRIZ based design process for bamboo chair furniture

2 椅類竹家具設計需求分析

2.1 KANO問卷設計

一般來講,竹材的密度約為木材的兩倍,這就意味著同款家具在使用竹材的情況下會比常規的木質家具要更加沉重[13],不僅在使用過程中會造成不便,還會導致家具的運輸成本提高,這也大大限制了竹質板式家具的推廣使用,成為設計中的一大痛點。因此,可以對竹板式家具結構進行相應的優化,實現竹質板式家具輕量化設計的要求。

此外,目前竹家具設計大多延續傳統木家具的形式,通過分析當前竹家具的產品現狀,對竹質板材家具進行用戶調研,為竹材在現代家具設計中的應用提供參考是十分必要的。本研究基于KANO模型與TRIZ理論相結合的方法,通過文獻查閱調研的方法對用戶需求進行整理分類匯總,從椅類功能結構與外觀等角度設計了對應的KANO問卷,包括可拆裝、可折疊、扁平化、模塊化、多功能、可調節、易于移動、具有文化內涵、外觀現代簡潔、顏色豐富10類需求。

設計KANO調查問卷時,需要對每個需求指標設置能被滿足和不能被滿足正反兩個方向的提問。正反兩個問題均設置喜歡、理應如此、無所謂、能忍受、不喜歡5個選項供受訪者進行選擇(表1)。

表1 KANO模型評價結果分類對照Table 1 Analysis of the survey results of the KANO model user needs

將每種問題的需求數據按照表1進行需求層次評估,獲知每一種需求對應的用戶數量。反向屬性表示用戶沒有此類需求,若提供滿意度反而會下降;而可疑屬性的出現可能是由于用戶對題目理解不當,在分析中需要去除(圖2)。計算每種需求屬性的用戶選擇數量占總用戶數量的百分比,選取百分比最大的為該需求類型。Better(滿意影響力)-Worse系數(不滿意影響力)可用來判斷某功能可以增加滿意或消除很不喜歡的影響程度,計算公式為:

Better(滿意影響力)= (A+O)/(A+O+M+I)

Worse(不滿意影響力)= -1×(O+M)/(A+O+M+I)

1.青年價值觀的變化總是與政治經濟的變化相呼應。青年的思想觀念、價值觀點的多元化趨勢體現著中國社會的發展步伐。改革開放以前，我國計劃經濟的特點是高度集中，反映在價值觀上就是一元化的，對青年的思想觀念強調整齊劃一。改革開放后我國的經濟制度轉變為公有制為主體、多種所有制經濟共同發展的基本經濟制度，走市場經濟的道路，市場經濟的特點是開放、自由，與青年思想活躍，重視自我，追求個性獨立的心理特點一致，所以市場經濟客觀促進了青年追求多元化價值目標的傾向。

注:圖片來源為SPSSAU平臺。圖2 KANO模型功能需求與滿意度之間的關系情況Fig. 2 The relationship between functional demand and satisfaction in KANO model

2.2 基于KANO問卷的用戶需求分析

本次調查發放問卷共計回收238份,在SPSSAU平臺進行統計分析,結果如表2所示。整理表1中10個需求指標的KANO屬性,其中有外觀現代簡潔、可調節2個魅力型需求指標,其余均為無差異型需求指標。作為魅力型需求指標,雖然沒有不會降低消費者滿意度,但若能提供,其滿意度會大大上升。

表2 KANO模型分析結果匯總Table 2 Summary of KANO model analysis results

魅力屬性A指超出用戶預期的功能/服務,而無差異屬性指有和沒有某功能、服務均不影響滿意度。根據問卷結果的分析,椅類模型的設計將以外觀現代簡潔、可調節為設計重點,并結合竹展平材材性的特點,采用輕量化的結構設計。

2.3 竹質椅類初步設計方案

根據KANO問卷的調查結果分析以及竹質家具的特性可知,對竹質椅類家具的設計需要重點關注輕量化、外觀現代簡潔以及可調節3個方面。在此基礎上,本研究根據市場現有竹質椅類家具的形式提出了初步設計方案,如圖3所示。

在初步設計方案基礎上,利用TRIZ理論對提煉出的使用者需求進行轉化,使用矛盾矩陣表對應的40條發明原理對初步方案進行對比及優化,以獲得最佳設計方案。

圖3 竹質椅類初步設計方案Fig. 3 Bamboo chairs preliminary design proposal

3 基于TRIZ理論的竹質椅類家具設計沖突分析

使用TRIZ理論對竹質椅類家具功能組件進行分析。椅子具有很強的實用性,為人體提供支撐、便于人們休息,使用場景十分豐富。對椅類家具的結構組成和功能組件進行分析,可將其大致分為靠背、椅面、扶手、椅腿4個部分,如表3所示。

表3 椅類功能組件分析Table 3 Functional requirement index transformation

根據椅類功能組件分析表,結合問卷的調研結果,將得到的兩個魅力型需求指標以及提出的輕量化設計需求轉換為TRIZ工程參數中所對應的技術矩陣矛盾參數項。

輕量化設計:為了達到竹質椅類家具的輕量化設計,意味著在設計中需要減小其運輸、移動中的質量,減小椅子的材積,與此同時還需保證其使用強度。即優化參數為運動物體重量、靜止物體重量以及靜止物體體積,需要避免惡化的參數為強度與結構穩定性。

可調節:可調節家具功能靈活多變,在使用中能夠滿足不同人群的各類需求,更加受到使用者歡迎。實現可調節功能就意味著需要增強家具在多種場景下的適用性,但這也會使家具結構變得更為復雜。即優化參數為適用性及多用性,需要避免惡化的參數為裝置的復雜性。

外觀簡潔:隨著人們審美喜好以及裝修風格的變化,外觀簡潔現代的家具越來越受到消費者青睞。如何在實現外形結構簡單的同時保證其使用中的穩定性是十分重要的問題,即優化參數為形狀,需要避免惡化的參數為結構穩定性。

根據上述分析,各個矛盾在TRIZ矩陣矛盾中所對應的發明原理編號項如表4～5所示。

表4 功能需求指標轉化Table 4 Transformation of functional requirement indicators

表5 TRIZ矛盾矩陣對應發明原理Table 5 TRIZ contradiction matrix invention principle

4 基于TRIZ發明原理的竹質椅類家具優化設計對策

根據表4、5共整理出13條發明原理,由于TRIZ的發明原理只是為設計者提供一種解決問題的通用思路方法,并不是所有原理都適用于本次設計,所以需要根據設計需求,正確理解原理之間的聯系,在具體問題上探討實際可行性。因此,本研究根據原理適用性以及其出現頻率的統計分析進行了一部分篩選整理。

1)在竹板材椅的輕量化問題中,可以運用1號分割原理以及40號復合材料,解決方案為將竹板材椅的各個部件的連接方式設計為可拆卸結構,這種方式能夠縮小椅類家具運輸中的體量,將立體的家具轉換成扁平化的形態,降低運輸難度[14]。使用機器在竹板材椅類部件中加工出卡槽,通過卡槽之間的互相交叉、卡掛進行連接,加工方便、造型簡潔、安裝容易,是對榫卯結構很好的繼承和簡化;五金件連接結構也更加利于現代化、標準化的加工生產,能夠實現便捷的裝配和拆卸,在加工精度高的家具中能夠做到反復安裝[15],如圖4所示。此外,金屬等材料具有比竹板材更高的強度,在結構連接處與竹板材配合使用能夠有效減輕整體重量,實現家具的輕量化。

圖4 家具卡槽及五金件連接結構Fig. 4 Furniture card slot and hardware connection structure

2)對于竹板材椅的可調節性,可以運用15號動態特性原理進行優化。一般的可調節家具的調節方式可分為伸縮式和旋轉式,根據動態特性原理可知,實現同樣的效果旋轉會比往復運動更省力,所以家具的調節方式盡量選擇旋轉式以實現家具形態的靈活變化,便于移動,如圖5所示。此外,折疊結構拆卸部分由于受力、活動較多,容易對竹板材產生磨損,在設計時可以將結構部件換成耐磨材質,能夠有效地提升家具的強度及耐久性。

圖5 家具旋轉式調節結構Fig. 5 Furniture rotary adjustment structure

3)對于竹板材椅外觀的簡化,可以運用33號同質化原理。在對竹板材椅進行裝飾的過程中,可以盡量選用同種材料或屬性相似的自然材料,如竹編、木材等材質,同質材料能夠為使用者帶來更加和諧統一的視覺感受。竹編作為我國的傳統民間手工藝,具有悠久的歷史和文化底蘊,在現代家居裝飾中也得到了發展和傳承。竹編裝飾形式豐富多彩,除了平面編織還有立體編織[16]。竹質的天然材質色彩親切溫和,保持現代簡約風格的同時也能夠輔以自然純樸的裝飾美,如圖6所示。

圖6 竹編家具設計Fig. 6 Bamboo woven furniture design

5 竹質椅類家具設計優化

通過上述TRIZ理論提煉出的發明原理及改進方法,本研究對提出的竹質椅類家具初步設計進行了改進與優化。

針對輕量化過程中運動、靜止物體的重量以及靜止物體體積對椅類家具強度、穩定性的影響,選用復合材料與分割原理,將折疊椅的連接結構由榫卯結構替換為可拆卸的五金件連接,運輸時能夠扁平化拆分為多個部件,便于運輸。且金屬連接件相較竹材強度更大,重量更輕,更加結實耐用,如圖7所示。

對于椅類的可調節中適用性及多用性對椅類裝置復雜性的影響,選用15號動態特性原理,將折疊椅的靠背部分由上下垂直調節改為可旋轉調節,滿足使用者對靠背的不同角度需求,如圖8所示。

圖7 矛盾一方案解決優化Fig. 7 Optimization of the solution to Contradiction 1

圖8 矛盾二方案解決優化Fig. 8 Optimization of the solution to Contradiction 2

針對外觀簡化中對椅類家具強度的影響,選用同質化原理,在折疊椅的靠背以及座位板使用竹編進行進一步裝飾,提升美觀度的同時視覺效果和諧統一,具有現代簡潔之感,如圖9所示。

圖9 矛盾三方案解決優化Fig. 9 Optimization of the solution to Contradiction 3

根據以上TRIZ理論提供的解決方法對設計初稿進行優化后,得到了竹質椅類家具的最終設計方案,效果圖如圖10所示。

圖10 最終方案優化效果Fig. 10 Final solution optimization

將最終設計方案與KANO問卷中得到的用戶需求與竹質板式家具輕量化設計的要求進行對照,可發現最終方案較好地解決了所需問題,滿足消費者與市場的需求,達到了預期目標。后續的評估還需要通過進一步調查、試產試銷等方式驗證產品的市場滿意度及認可度。

6 結 語

目前,竹質椅類家具的設計大多仍處于對木質家具的單純模仿,根據KANO模型提煉出用戶需求后,應用TRIZ理論的40條發明原理能夠更加快速科學地定位到使用者對于竹質椅類家具這一產品的需求并提出解決方案。本研究基于該方法,使用TRIZ矛盾矩陣分析解決了用戶的魅力需求,為竹質椅類家具設計提供了設計思路,提出了優化設計方案,對竹家具的設計與推廣具有積極的意義。