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  应用科技  2018, Vol. 45 Issue (6): 68-73  DOI: 10.11991/yykj.201803001
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引用本文  

杨静. 基于熵权法和TRIZ的产品创意设计[J]. 应用科技, 2018, 45(6), 68-73. DOI: 10.11991/yykj.201803001.
YANG Jing. Product creative design based on the entropy weight method and TRIZ[J]. Applied Science and Technology, 2018, 45(6), 68-73. DOI: 10.11991/yykj.201803001.

基金项目

国家社会科学基金项目(13BG068);陕西省社会科学基金项目(2015J069);咸阳师范学院扶持学科设计学科建设资助项目

通信作者

杨静,E-mail:411959862@qq.com

作者简介

杨静(1974−),女,讲师

文章历史

收稿日期:2018-03-02
网络出版日期:2018-04-08
基于熵权法和TRIZ的产品创意设计
杨静    
咸阳师范学院 设计学院,陕西 咸阳 712000
摘要:针对概念设计阶段的需求评价与设计创新结合不足的现象,提出了集成熵权法和TRIZ的产品创意设计模型,通过熵权法对产品创意设计阶段的主要设计指标进行评价和排序,求出指标的信息熵,计算指标的权重值,确定产品创意设计要解决的重要问题,运用TRIZ的工程参数对技术冲突进行描述,查询冲突矩阵,分析相应的发明原理,为产品在造型设计、功能设计以及风格设计等方面的技术冲突提供解决方法,并扩展为详细的产品创意设计方案。文章通过儿童台灯的设计实例验证了该模型的有效性和可行性。
关键词熵权法    权重    TRIZ    技术冲突    产品    创意    设计    儿童台灯    
Product creative design based on the entropy weight method and TRIZ
YANG Jing    
College of Design, Xianyang Normal University, Xianyang 712000, China
Abstract: Concerning the situation that there lacks of a combination of demand evaluation and creative design during the process of conceptual design, this paper puts forward a product creative design model based on the integrated entropy weight method and TRIZ. The entropy weight method is used to evaluate and rank major design indexes during the product creative design period, so as to solve the information entropy of indexes, calculate the weight value of indexes, and identify major problems to be solved by the product creative design. The TRIZ engineering parameters are adopted to describe the technical conflicts, check the conflict matrix, and analyze the corresponding invention theory. All these provide solutions to technical conflicts arising from model design, functional design, style design and other aspects of the table lamp for children, moreover, it is extended to a detailed product creative design plan. To sum up, this paper verifies feasibility and validity of the model through the children’s table lamp design case.
Keywords: entropy weight method    weight    TRIZ    technical conflict    product    idea    design    children's desk lamp    

创意设计是产品研发过程中最能体现设计创意并决定产品后期市场认可度的关键阶段[1]。目前市场上的很多产品在概念设计阶段缺乏对用户需求的准确评价,导致研发的产品不能充分满足市场需求[2]。本文集成熵权法与TRIZ进行产品创意设计研究,将熵权法的产品评价体系和TRIZ的创新优势相结合,通过熵权法确定产品创意设计要解决的关键问题,运用TRIZ理论的39个通用工程参数和40个发明原理提出创意设计的解决方案,为产品设计提供完整的设计评价与创新工具。

1 熵权法和TRIZ的集成模型简介

熵权法是一种客观赋权法,是按照指标观测值提供的信息大小来确定指标权重的评价方法[3]。熵是对不确定性的一种度量,根据每个指标的变异程度,运用信息熵计算指标的权重,可为多指标评价提供数据支持[4-6]。TRIZ是以研究技术系统变化的内部规律为主的发明创造理论,能有针对性地分析和解决产品创意设计中出现的矛盾冲突,并提供解决方案[7-10]

产品的创意设计中,熵权法可用于分析和评价产品的市场需求,指出创意设计要处理的核心问题,但不能给出解决方案。TRIZ的创造理论恰好能提供解决问题的方法[11-13]。熵权法和TRIZ的集成模型是将熵权法对产品创意设计指标的评价方法与TRIZ的创新技术充分融合,对于熵权法在评价中发现的设计问题,运用TRIZ的工程参数表述冲突,运用TRIZ的发明原理解决冲突、开拓思维、激发产品创意,形成详细的产品创意设计方案。

2 熵权法和TRIZ的集成模型在产品创意设计中的应用程序 2.1 运用熵权法评价产品创意设计的各项指标

1)数据标准化

建立产品创意设计指标的评价体系,对创意设计指标的评价数据采取标准化处理。如果给定了k个创意设计指标 $ {X_1},{X_2},\cdots,{X_k} $ ,其中 $ {X_i} = \{ {x_1},{x_2},\cdots,{x_n}\} $ 。假设创意设计指标的评价数据标准化后的数值为 $ {X_1}',{X_2}',\cdots,{X_k}' $ ,则

$ {X_{ij}}' = \frac{{{X_{ij}} - \min ({X_i})}}{{\max ({X_i}) - \min {{({X_i})}_{}}}}$

式中Xij表示第i个群体对第j个创意设计指标的评分。

2)计算产品创意设计指标的信息熵

从信息熵的定义得出,一组数据的信息熵:

$ {E_j} = - \ln {(n)^{ - 1}}\sum\limits_{i = 1}^n {{Y_{ij}}\ln {Y_{ij}}} $ (1)

式中 $ {Y_{ij}} = \displaystyle\frac{{X_{ij}'}}{{\sum\limits_{i = 1}^m {{X_{ij}}'} }} $ 。如果Yij,则定义 $ \mathop {\lim }\limits_{{Y_{ij}}\sim 0} {Y_{ij}}\ln {Y_{ij}} = 0 $

3)计算产品创意设计指标的权重

根据信息熵的计算公式,求出产品创意设计指标的信息熵为 $ {E_1},{E_2},\cdots,{E_k} $ 。通过信息熵计算各指标的权重为

$ {W_i} = \frac{{1 - {E_i}}}{{k - \sum {{E_i}} }}\;\;i = 1,2,\cdots, k, $ (2)
2.2 运用TRIZ进行产品创意设计

根据熵权法的评价结果,对产品创意设计指标的权重进行排序,确立产品创意设计需要重点解决的问题,运用TRIZ的39个工程参数将这些问题转换为TRIZ问题。根据创意设计中存在的冲突类型,从TRIZ的40个发明原理中发掘解决冲突的原理,充分考虑产品的特征,将选择的发明原理扩展为具体的创意设计方案。熵权法和TRIZ的集成模型设计流程见图1

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图 1 熵权法和TRIZ的集成模型设计流程
3 熵权法和TRIZ的集成模型在儿童台灯创意设计中的具体应用

以儿童台灯创意设计项目为例进行具体分析,由于传统的儿童台灯创意缺乏科学的设计评价和创新方法,导致产品过于雷同,缺乏鲜明的产品风格与特色。针对这个问题,采用熵权法和TRIZ的集成模型进行产品设计,有效提高了儿童台灯的创意质量。

3.1 构建儿童台灯的创意设计指标评价体系

研究儿童台灯的产品特征,考虑工业设计的产品评价要求,提出由造型设计、功能设计、风格设计构成的儿童台灯创意设计指标评价体系,见图2

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图 2 儿童台灯的创意设计指标评价体系
3.2 运用熵权法评价儿童台灯的创意设计指标

1)标准化处理评价数据

根据儿童台灯的产品属性和市场调研情况,挑选14位由专家、商家、用户、调研员等组成的儿童产品评价团体(A~N),对儿童台灯的17个创意设计指标进行评价,原始评分数据见表1,标准化处理后的评价数据见表2

表 1 儿童台灯的创意设计指标评价数据
表 2 标准化处理后的评价数据

2)计算产品创意设计指标的权重

根据式(1)计算出17项产品创意设计指标的信息熵,如表3所示。

表 3 产品创意设计指标的信息熵

根据式(2)求出17项产品创意设计指标的权重,结果见表4

表 4 产品创意设计指标的权重

表4中可以看出,产品创意设计指标的权重排序从高到低依次为:形态设计、卡通风格、收纳功能、趣味风格、色彩设计、益智风格、折叠功能、装饰设计、时代风格、人机功能、交互功能、教育功能、结构设计、艺术风格、材料设计、工艺设计、环保风格。

3.3 应用TRIZ进行儿童台灯的创意设计

结合市场需求,项目组对产品创意设计指标的权重排序结果进行分析,决定选择排在前8位的设计指标进行重点研究。研究结果发现,这8个设计指标的创意设计存在着不同程度的技术冲突,即实现了儿童台灯设计的某个创意后,容易对儿童台灯的其他技术要求造成损害。为了解决这个冲突,运用TRIZ的通用工程参数描述技术冲突,查询冲突矩阵,找到解决冲突的发明原理,并且将这些原理扩展为具体的创意设计方案。由于产品风格与造型、功能的关系紧密,因此在分类时,将风格设计分别融入于造型设计和功能设计中进行研究。

3.3.1 儿童台灯的造型创意设计

问题分析:创意设计指标的权重排序结果表明,台灯的形态设计、卡通风格、色彩设计、装饰设计的排序靠前,在造型创意设计中尤为重要。如果对儿童台灯的“形状”开展创意设计,其重量和体积就容易增大,同时加工制造的精度要求会随之提高。确定该技术冲突是:“形状”的改变导致“静止物体的重量”、“静止物体的体积”及“制造精度”发生恶化。查询阿奇舒勒冲突矩阵表,得到:M12-8=[7,2,35],M12-2=[15,10,26,3],M12-29=[32,30,40]。分析可知,2、3、7、26、32号发明原理可提供解决方法。2号抽取原理:将产品的某个部分抽取出来;3号局部质量原理:使组成产品的每个部分都发挥作用,实现不同的功能;7号嵌套原理:运用嵌套的方法设计产品;26号复制原理:用复制品代替产品的一部分;32号改变颜色原理:改变产品的色彩,创造新的视觉效果。在儿童台灯的造型设计中,2、3、7、26号原理常用在台灯的形态设计、装饰设计及卡通风格设计中,32号原理常用在台灯的色彩创意设计中。

图34所示的2款儿童台灯,综合运用原理2、3、26设计,将形态设计、色彩设计、装饰设计与卡通风格结合起来,以仿生的动物造型吸引儿童的眼球。图3的小狐狸台灯,对狐狸的尾巴进行重点设计,从狐狸的尾巴中抽取一部分,用光源代替,设计为台灯的灯体,配合生动有趣的动物表情,灵动鲜活,别具特色。图4的儿童台灯根据章鱼造型设计,重点对章鱼的触角进行抽取、加强、代替设计,将光源位于章鱼的4个触角上,呈圆球状,可多方位照明,同时章鱼配戴眼镜和蝴蝶结,玲珑可爱,装饰性强。

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图 3 小狐狸台灯
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图 4 章鱼台灯

图5的儿童深衣台灯取材于汉服深衣,运用2号抽取原理和7号嵌套原理,把深衣服饰从古代人物形象中抽取出来,将台灯的灯罩与深衣嵌套设计而成,使台灯兼具汉服的文化趣味与古韵风格。同时运用原理32,设计蓝、黄、绿3种配色方案,生成清新雅致的色彩风格,满足儿童的色彩需求。

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图 5 深衣台灯
3.3.2 儿童台灯的功能设计

问题分析:收纳功能、趣味风格、益智风格、折叠功能的权重位于前8位,表明儿童台灯的多功能设计需求强烈。如果对儿童台灯的功能进行多用设计,台灯的操作难度就会容易提升,同时会对台灯的坚固性易造成影响。该技术冲突是:“适应性”的改善导致“可操作性”与“强度”恶化。查询阿奇舒勒冲突矩阵表,得到:M35-33=[15,34,1,16],M35-14=[35,3,32,6]。分析可知,1、6、15、16、34号发明原理可提供解决方法。1号分割原理:分割产品的某部分,生成可拼装的产品结构;6号多用原理:增强产品的多用性;15号动态化原理:使产品具有动态特性;16号不足或超过原理:运用“不足”或“超过”的方法,提供产品设计方案;34号丢弃或修复原理:丢弃产品的多余部分,形成新的功能。儿童台灯的功能设计需要将这5种原理组合使用,以实现功能的创意设计。

图6所示的儿童台灯,运用原理1、6、34设计而成,在大象的造型中挖洞,设计成笔筒,增加了台灯的收纳功能。这样的台灯萌趣可爱,既可照明,还可用来存放文具、眼镜等物品,充分满足了儿童的实用性需求。如图7所示的猫型儿童台灯,拉线开关收纳在帽子左侧,用时轻轻一拉即可使用,底部还有一个暗格用来收纳充电线,安全方便、节省空间。

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图 6 大象台灯
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图 7 猫型儿童台灯

图8所示的蛋壳儿童台灯,运用1号和15号原理设计,对蛋壳进行了分割设计和动态化设计,强化了台灯的折叠功能,撑开后可照明,合上后易于保存,并可防止灰尘进入。图9为自律台灯,运用15号动态化原理设计,将台灯顶部按下,台灯会自动上升打开,可用于照明;关闭时直接将台灯合拢,即可下压关闭。同时运用原理6和16,赋予了台灯多种功能,除了常规的照明功能以外,还在顶部装有摄像头,用于记录儿童的学习状态,提醒儿童专心学习,可起到监督学习的功能。

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图 8 蛋壳台灯
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图 9 自律台灯

图10所示的大雁塔台灯,运用原理6、15、16设计而成。将大雁塔与儿童玩具积木有效结合,儿童可通过积木堆叠,搭建成一款大雁塔形状的台灯,使台灯兼具折叠功能和趣味风格。图11所示的益智儿童台灯来源于唐代彩绘双环望仙髻女舞佣,将人物萌化改造,头部作为照明灯罩,身体作为迷宫,手臂处有磁铁凹槽,可吸附迷宫里面的钢珠。这款台灯具有鲜明的历史趣味风格和益智风格,既能锻炼儿童的动手能力,又能开发儿童智力。

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图 10 大雁塔台灯
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图 11 双环望仙髻女舞佣台灯
4 结论

1)以提升产品设计的创意质量为目标,针对用户需求评价不够科学、产品创意不够新颖、需求与创意脱节等问题,将产品设计的评价与创新结合进行研究。

2)构建了集熵权法和TRIZ于一体的产品创意设计模型,将熵权法的评价优势与TRIZ的创新优势相结合,应用熵权法分析和评价产品的创意设计指标,确立创意需要解决的重点问题,应用TRIZ理论分析和解决这些问题。

3)以儿童台灯为例验证了该模型的可行性,解决了儿童台灯在造型、功能及风格设计方面存在的问题,提出了丰富的创意设计方案。

4)该模型为产品设计提供了完整的评价方法和创意思路,可有效提高产品创意设计的评价质量和创新效率。

5)如果要在产品研发中广泛推广该模型,还需要对其他领域的产品创意设计指标进行深入研究,分析其差异性,构建不同类别产品的创意设计指标评价体系,进而提高熵权法-TRIZ模型的通用性。

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