基于E/QFD/TRIZ/FTOPSIS集成方法的人机产品创新设计与评价技术

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在日益激烈的全球化市场竞争中,创新是产品赢得市场,企业可持续发展的核心因素。科学准确的设计理论与方法可以指导产品设计过程,是产品成功开发的重要前提。设计阶段是产品开发的首要阶段,面向设计阶段的产品创新设计与评价是一项复杂的创造性活动。随着用户需求的多样化与个性化增长,创新设计与评价所涉及的科学与技术领域知识愈来愈多,大大增加了设计过程的复杂性。因此,针对现有设计理论与创新方法的文献分析,探究多学科理论与方法集成模型,开发产品创新设计与评价的具体方法流程,从而指导设计过程的准确实施。另外,用户在追求产品基本功能与质量的同时,产品的安全性、舒适性、易用性、高效性、审美性、愉悦性、环保性等人机设计特性越来越受到重视。基于人机工程学(Ergonomics,E)理论的人机产品创新成为产品设计的焦点,其合理开发可以有效预防与缓解由设计、生物、化学、物理等因素引起的人体危害,提高各项生活、生产劳动或工作的安全与效率,实现人、机与环境的共生系统。因此,以人机产品为研究对象,开发面向人机产品创新与评价的关键技术,对于改善设计质量,减少设计失误,加速设计过程,提高设计竞争力,提升设计水平具有重要的理论意义和现实意义。本文的主要研究工作与创新成果如下:(1)提出依据三角测量法,即通过专家访谈、问卷调研与E理论文献三种数据资料来源获取用户需求原始描述,经由E专家与工业设计师的专业知识背景与实践经验,将重复、相似、模糊的用户需求分别进行删除、合并与转化。并将所获取得用户需求,通过问卷采用5点量表法进行优先度评价,再经由因子分析法进行用户需求结构优化,采用Cronbach α系数进行信度检测,确保用户需求的完整性与有效性,创建了基于E理论的用户需求优先度评价模型与方法。(2)以传统质量功能展开(Quality function deployment,QFD)方法为研究基础,分析并挖掘其5项方法缺陷。构建了简化的QFD质量屋,将基于E理论的用户需求优先度评价方法作为该质量屋的源头输入,弥补了传统QFD方法的缺陷1:矩阵规模过大造成计算的复杂性与耗时性,缺陷2:用户需求获取的完整性与有效性无法保证,以及缺陷3:产品工程技术特性获取的主观性。创建了基于E/QFD集成模型的人机产品创新设计关键问题与关键设计区域定位方法。(3)以发明问题解决理论(Theory of the Solution of Inventive Problems,TRIZ)为研究基础,分析并挖掘其3项理论缺陷。将E/QFD模型方法与TRIZ理论结合,借助TRIZ冲突解决原理中的冲突矩阵、分离原理与40项发明原理,解决创新设计关键问题,并结合关键设计区域与E设计原则,创建了面向人机产品创新方案产生的E/QFD/TRIZ集成模型与方法。该集成模型可以弥补传统TRIZ理论缺陷1:未明确准确的创新问题,及缺陷2:缺少相关人机设计指导原理。同时弥补了传统QFD方法缺陷4:未涉及解决创新问题的具体方法与手段。(4)针对若干人机设计方案优选与决策问题,构建了基于E设计要素与外观形态特征群的两种评价属性体系。利用模糊理论中的三角模糊数与语言变量及传统TOPSIS方法,提出将模糊理论与TOPSIS方法相结合的多属性群决策方法,并创建了基于FTOPSIS的人机设计方案模糊多属性群决策模型与方法。(5)将FTOPSIS模糊多属性群决策方法与E/QFD/TRIZ模型相结合,创建了设计阶段的人机产品创新与评价完整集成模型E/QFD/TRIZ/FTOPSIS与方法,弥补了传统QFD与TRIZ共有的缺陷,即未涉及针对若干设计方案的评价方法。并且依据该集成模型提出四阶段式人机产品创新设计与评价完整过程,依次为人机用户需求优先度评价、人机创新设计关键定位、人机创新设计方案产生及人机设计方案评价,共包括15项具体方法步骤。通过传统厨房分体式烟机灶具的人机创新设计,论证了该完整集成模型与方法流程的有效性与可行性。
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