Innovative Design of Shoe Rack Based on Kansei Engineering and TRIZ Theory

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摘要: 针对鞋架设计中存在的功能单一等问题，采用感性工程/TRIZ集成理论设计了一款具有自动全方位擦鞋功能的新型鞋架。首先根据用户调查得出鞋架设计4个关键感性词汇，采用阶层类别分析法将感性词汇转化为设计要素；其次通过设计要素分析，得出1对物理矛盾和2对技术矛盾，利用TRIZ理论的4条分离原理和40个发明原理解决矛盾并提供了一种可行性方案。与市场上现有鞋架相比，该创新型鞋架方便运输、轻松放鞋、具有自动刷鞋功能，使用者能够体验到更加舒适的生活。

Abstract: Aiming at the problems of single function in shoe frame design, a new shoe rack with automatic full shoe polish is designed based on Kansei Engineering and TRIZ theory. First of all, according to the user survey, four key perceptual words of shoe frame design are obtained. The hierarchical design analysis method is used to transform the perceptual design elements into design elements. Secondly, through the analysis of design elements, a pair of physical contradictions and two pairs of technical contradictions are obtained. TRIZ theory is used to solve physical and technical contradictions and a feasible scheme is provided. Compared with the existing shoe rack market, the innovative rack is convenient for transportation, easy to put back shoes, with automatic function of shoe brush, so that users can experience more comfort and convenience.

21世纪以来，人们的需求层次不断提高，更加注重追求生活的品质。生活来源于家庭，良好的家居环境可以提高人们的幸福指数。经调查发现，几乎每个家庭最乱的地方就是鞋架，由于鞋子摆放位置不固定，导致其放置位置杂乱无章，给人一种脏乱差的既视感，严重影响了人们的家居环境。目前市场上的鞋架主要放置鞋子，功能比较单一；鞋架放鞋的部位一般为水平位置，不方便使用者放置；鞋子的清洁更是困扰人们的一大难题。针对这些问题，本文提出了一款新型的多功能鞋架设计。

1 感性工学/TRIZ的集成应用

感性工学是起源于日本的一种新型学科，其设计的核心价值是将用户的感官、情感与产品本质及设计特点结合起来，真正做到为人设计，与人设计[1-2]。而运用理性的思维去处理感性的认知从而物化为设计要素是感性工学的一大特色。发明问题解决理论(TRIZ)，是前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒基于前人创新经验和知识库提出的一种创新方法学[3]，其核心是利用40个发明原理解决由39个通用工程参数描述的矛盾矩阵和冲突以达到最终理想解。感性工学能为产品的开发与设计提供具体的方向，而TRIZ能解决如何设计的问题[4-5]。将感性工学和TRIZ有机集成[6-8]能够满足用户的感官以及情感需求，也能解决由设计要素产生的技术矛盾。感性工学和TRIZ的集成创新设计流程如图1所示。

图 1 感性工学和TRIZ的集成创新设计Fig. 1 Integrated innovation design of Kansei engineering and TRIZ

2 感性工学/TRIZ集成鞋架2.1 确定关键感性词汇

1) 确定关键感性词汇。利用网站、杂志、广告等彩色媒体和通过专著文献、手册、有关的感性研究结果、用户访谈、参与者对于产品的评论等渠道，共收集到106个不同造型的鞋架样本。通过用户访谈和问卷调查，从产品外形、材质、结构、功能等方面进行筛选，保留了38个具有代表性的样本。对38个产品样本采用聚类分析法得到11个类别，从中挑选出各类的代表性样本，共得到11个代表样本，如图2所示。

图 2 代表样品Fig. 2 Representing samples

2) 感性形容词汇收集及筛选。阅读与产品有关的资料，如新产品介绍、杂志、广告和新闻，从中挑选流行用语与用户的心理表达词汇，并收集适合设计意象相关的形容词词汇，将收到的形容词利用剔除不常用的或意义相近的形容词，并将意义相反的形容词予以配对，从而构成意象形容词资料库。再将感性词汇资料库分类，进行初步筛选，以剔除形似性高和不适合评价鞋架的感性词语，得到了9对感性词汇。

3) 挑选代表性感性形容词。将9对感性词汇与11个代表性产品样本结合，应用SD法制作调查问卷，并由受过设计相关训练的设计人员、使用者和销售人员组成评价组对感性词汇进行词汇间相对比较，计算同组平均值。采用古林法[9]对感性词对进行权重计算，如表1所示。提取出最能反映鞋架感性意象的4对词汇，分别为“美观的-丑陋的”“舒适的-不适的”“多功能的-简单的”“轻便的-厚重的”。构建词对的语意差分表，如表2所示。再次制作调查问卷，将11个代表样本与4对代表性感性词汇组成调查问卷，并要求受测者针对4对形容词对每个代表样品打分，进行统计因子分析，如表3所示，筛选出美观的、轻便的、舒适的、多功能的4个代表性感性词汇。

表 1 感性词对重要性排序表Tab. 1 Ranking table of sensual word importance表 2 语意差分表Tab. 2 Semantic difference table表 3 感性词汇与样本的关系Tab. 3 The relationship between perceptual vocabulary and samples

2.2 确定设计要素

根据用户研究和数据分析得到的设计感性要素，利用阶层类别分析法将感性设计要素逐一转化为可量化特征的或具有物理性质的设计要素。鞋架的设计阶层如图3所示。图中不同的线条类型代表不同的设计要素分类。

图 3 鞋架的设计阶层图Fig. 3 Class diagram of the shoe rack designing

2.3 矛盾的描述

结合设计特征目前现有的技术分析，得到设计要素为外形(色彩，形状)、材质(密度，特性)、结构(体积，维修性，功能，角度)、性能(自动化程度)。结合设计特征目前现有的技术分析，发现设计要素中存在3对矛盾，即1对物理矛盾和2对技术矛盾。物理矛盾为体积的大与小(一方面希望体积大，容量大，另一方面希望体积小，方便运输)；技术矛盾为功能与维修(功能越多，维修越复杂)、自动化程度与结构(自动化程度越高，产品结构越复杂)。

2.4 矛盾的消解

运用TRIZ理论中的39个通用工程参数[10]描述技术冲突为：欲改善的参数是N27鞋架的可靠性(鞋架按规定的方法或状态下完成自动刷鞋功能的能力)，欲恶化的参数是N34鞋架的维护性(鞋架可能出现失误所进行的维修时间)；欲改善的是N38鞋架的自动化程度(物体在无人操作下的情况)，欲恶化的是N36鞋架的复杂性(鞋架的元件数目及多样性会增加其复杂性)。

根据表4所示的矛盾矩阵可以查出，可用的发明原理如下。N1分割，即将物体分为独立的几部分；N11预先防范原理，即对可能发生的危害进行防范；N10预先作用，即预先对物体施加必要的改变；N15动态特性原理，即将物体分为相对移动的部分；N24借助中介物原理，即极易分开的物体暂时结合；解决物理矛盾可利用空间分离原理[10]，对空间分离原理对应的发明原理进行深入研究得出2个最有效的发明原理，即N5组合。

表 4 矛盾矩阵(部分)Tab. 4 Contradiction matrix (part)

3 生成方案

根据感性设计要素、物化设计要素所对应矛盾和消解，设计了一款具有自动刷鞋功能的新型鞋架，主要包括外形、材质、结构和性能4个部分的详细设计。

运用N1分割和N11预先防范原理对鞋架的外形和材质进行设计。利用分割原理将鞋架的每一层分为3个独立的部分以方便鞋子的放置与隔离，每个托盘结构如图4a所示。根据现在房间主流的装修风格，将鞋架颜色设计为象牙白、银白色、天空蓝和自然绿4种主题。为了便于运输与安装，托盘的材质选择质轻坚硬的PP。运用预先防范原理，对鞋架的放鞋处采用倾斜处理以达到防尘和减少用户动作浪费的目的，鞋架外形如图4b所示。

图 4 托盘结构图及鞋架外形图Fig. 4 The shape and structure of pallet rack

运用N5组合和N24借助中介物的原理对构件结构进行设计。用拼接式的复合条状材料—铝合金材质作为框架，框架的条状单元使用套叠法以减小运输的空间。鞋架竖直拼接部分一共4根条状构件，横向部分为6根条状构件采用套叠法进行拼接。构件的结构如图5所示。图5(a)为鞋架横向构件叠套三视图，图5(b)为鞋架横向构件展开图，整个鞋架的框架由连接按钮对竖直构件和横向构件进行连接构成，拼接处的结构如图5(c)所示，图5(d)为自动刷鞋器外部整体三视图。

图 5 鞋架构件结构图Fig. 5 Structure diagram of shoe rack

运用N1分割、N10预先作用和N15动态特性原理对功能进行设计：采用分割原理将鞋架分为放鞋架和自动刷鞋器；根据预先作用和动态特性设计柜体，柜体内设置有动力装置和1组以上的刷鞋单元，每组刷鞋单元均包括结构相同的2个刷鞋总成，而刷鞋总成包括鞋槽、刷鞋装置和传动装置。其中，刷鞋装置中利用U型刷鞋机构对鞋子的前后两端进行清洁。利用条状刷鞋机构对鞋子的左右两侧进行清洁，利用滚筒刷鞋机构对鞋子的表面进行清洁。同时，为区分不同材质的鞋子，分为海绵毛刷和软刷：海绵毛刷刷洗皮类鞋，软刷刷洗非皮类鞋。刷鞋机构模型如图6所示。传动装置中利用马达带动多个依次呈线性啮合的齿轮进行传动。齿轮传动结构如图7所示。

图 6 刷鞋装置图Fig. 6 Brush shoe device图 7 传动装置图Fig. 7 Transmission diagram

4 自动刷鞋器工作原理

为使自动刷鞋器适用不同尺码的鞋子，将自动刷鞋器内部设计成环形跑道型，自动刷鞋器内部刷鞋尖和鞋跟的刷洗工具由2个U型刷鞋工具组成，刷鞋时可以对刷鞋工具的位置进行调整。自动刷鞋器内部有一个电源为自动刷鞋器提供电力，电源处有一个插头，插上电源可以为电源充电。当电源有电时，把鞋表面擦好鞋油，放进自动刷鞋器中，调整好尺寸，打开开关，电源为马达提供能量，马达对齿轮和传动轴做功，齿轮和传动轴内部进行传动，带动自动刷鞋工具做功，开始自动刷鞋。自动刷鞋器内部关系示意如图8所示。

图 8 自动刷鞋器内部关系示意图Fig. 8 Schematic diagram of the internal relationship of the automatic shoe brush

5 结束语

感性工学主要将用户的情感化需求特征转化为产品设计特征，而TRIZ主要用于分析设计要素中产生的矛盾和冲突并利用相应的发明原理加以解决。将感性工学和TRIZ进行有机集成，根据现有技术和目前可用的发明原理，对鞋架的外形、结构和性能3部分进行创新，设计了一款具有自动刷鞋功能的新型鞋架。与市场上现有鞋架相比，本文创新设计的鞋架不仅使固定位置、防尘效果更优，也增加了让使用者轻松作业及自动刷鞋的功能。

网址：Innovative Design of Shoe Rack Based on Kansei Engineering and TRIZ Theory https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1331874

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