图学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1057-1064.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2023051057
魏巍1(), 张玲玉1,2(
), 汪顺1, 方倩1, 范宇1
收稿日期:
2023-01-31
接受日期:
2023-05-24
出版日期:
2023-10-31
发布日期:
2023-10-31
通讯作者:
张玲玉(1971-),女,教授,硕士。主要研究方向为产品创新设计、装备设计、人机工程学、计算机辅助工业设计等。E-mail:248855045@qq.com
作者简介:
魏巍(1997-),女,硕士研究生。主要研究方向为工业设计、装备设计。E-mail:1337591360@qq.com
基金资助:
WEI Wei1(), ZHANG Ling-yu1,2(
), WANG Shun1, FANG Qian1, FAN Yu1
Received:
2023-01-31
Accepted:
2023-05-24
Online:
2023-10-31
Published:
2023-10-31
Contact:
ZHANG Ling-yu (1971-), professor, master. Her main research interests cover product innovation design, equipment design, ergonomics, computer aided industrial design etc. E-mail:About author:
WEI Wei (1997-), master student. Her main research interests cover industrial design, equipment design. E-mail:1337591360@qq.com
Supported by:
摘要:
针对雪地环境救援设备缺乏的现状,建立智能雪地救援装备功能需求指标体系,实现雪地救援装备设计需求的量化评估,探索结合AHP-TRIZ理论,为雪地救援装备的概念设计提供理论依据。从产品功能需求方向进行研究,通过文献研究法和调查法得出用户需求要素,运用层次分析法(AHP),从目标、准则、指标3个层面归纳得出雪地救援装备功能需求指标体系,利用1~9标度法对雪地救援装备设计需求进行量化评估并完成一致性检验。结合发明问题解决理论(TRIZ)中的阿奇舒勒矛盾矩阵理论,确定需要改善及相应恶化的参数,对应TRIZ 39个工程参数和40项发明原理找到高效的解决方法,化解多层次设计要素的冲突,并实现最优化配置。得出雪地救援装备在功能、外观、人机工程、技术等方面的需求,完成雪地救援装备的概念设计。针对积雪地带恶劣环境的问题,通过集成AHP-TRIZ的方法将主观判断的结果量化处理,为雪地救援装备的设计提供方法指导,提高设计的科学性和合理性。
中图分类号:
魏巍, 张玲玉, 汪顺, 方倩, 范宇. 基于AHP-TRIZ的雪地救援装备概念设计研究[J]. 图学学报, 2023, 44(5): 1057-1064.
WEI Wei, ZHANG Ling-yu, WANG Shun, FANG Qian, FAN Yu. Research on conceptual design of snow rescue equipment based on AHP-TRIZ[J]. Journal of Graphics, 2023, 44(5): 1057-1064.
研究人 | 研究角度 | 研究方法 | 研究结果或结论 |
---|---|---|---|
吴翔等[ | 文献计量 | 数据库分析、Histcite定位热度文献 | 应急救援装备的重要研究方向 |
BITAN等[ | 人因工程 | 人机工程学、行为认知分析、用户体验 | 设计新型救援包 |
李洋和程志威[ | 功能优化 | 功能元形态学矩阵、模糊综合评价法 | 得到消防救援车最优设计方法 |
BHOSEKAR和IERAPETRITOU[ | 功能优化 | 映射分析,FAST法 | 建立应急救援装备模块化设计准则 |
朱华桂[ | 情景构建 | 需求层次理论、需求结构演化评价因子集 | 得到动态演化的应急需求 |
ALPPAY和BAYAZIT [ | 人因工程 | 矩阵布局、人机工程学 | 提高救援车辆器材布局设计效率 |
MA等[ | 行为心理 | KANO模型、满意度分析、模糊聚类法、 | 获取用户的真实需求 |
于魁龙[ | 功能优化 | 模糊聚类法、模块化设计方法 | 实现产品功能的优化组合 |
WU等[ | 理论集成 | 感性意象与QFD相结合、感性工学 | 合理化设计过程 |
李晓杰[ | 理论集成 | AHP/QFD/TRIZ集成创新设计模型 | 验证了创新模型的可行性 |
ZHANG等[ | 色彩学 | 结合遗传和蚁群算法、量化计算 | 确定配色方案、忽略人因因素 |
丁满等[ | 色彩语义 | 模糊优化方法、粒子群算法、色度学 | 提供了色彩方案的量化决策依据 |
李付星[ | 方案验证 | ADAMS运动分析、ANSYS静力学分析 | 验证装备运动范围、刚度、强度 |
表1 救援装备设计研究现状
Table 1 Research status of rescue equipment design
研究人 | 研究角度 | 研究方法 | 研究结果或结论 |
---|---|---|---|
吴翔等[ | 文献计量 | 数据库分析、Histcite定位热度文献 | 应急救援装备的重要研究方向 |
BITAN等[ | 人因工程 | 人机工程学、行为认知分析、用户体验 | 设计新型救援包 |
李洋和程志威[ | 功能优化 | 功能元形态学矩阵、模糊综合评价法 | 得到消防救援车最优设计方法 |
BHOSEKAR和IERAPETRITOU[ | 功能优化 | 映射分析,FAST法 | 建立应急救援装备模块化设计准则 |
朱华桂[ | 情景构建 | 需求层次理论、需求结构演化评价因子集 | 得到动态演化的应急需求 |
ALPPAY和BAYAZIT [ | 人因工程 | 矩阵布局、人机工程学 | 提高救援车辆器材布局设计效率 |
MA等[ | 行为心理 | KANO模型、满意度分析、模糊聚类法、 | 获取用户的真实需求 |
于魁龙[ | 功能优化 | 模糊聚类法、模块化设计方法 | 实现产品功能的优化组合 |
WU等[ | 理论集成 | 感性意象与QFD相结合、感性工学 | 合理化设计过程 |
李晓杰[ | 理论集成 | AHP/QFD/TRIZ集成创新设计模型 | 验证了创新模型的可行性 |
ZHANG等[ | 色彩学 | 结合遗传和蚁群算法、量化计算 | 确定配色方案、忽略人因因素 |
丁满等[ | 色彩语义 | 模糊优化方法、粒子群算法、色度学 | 提供了色彩方案的量化决策依据 |
李付星[ | 方案验证 | ADAMS运动分析、ANSYS静力学分析 | 验证装备运动范围、刚度、强度 |
标度 | 含义 |
---|---|
1 | A与B因素相比, A与B同等重要 |
3或1/3 | A与B因素相比, A略重要于B或B略重要于A |
5或1/5 | A与B因素相比, A明显重要于B或B明显重要于A |
7或1/7 | A与B因素相比, A强烈重要于B或B强烈重要于A |
9或1/9 | A与B因素相比, A极端重要于B或B极端重要于A |
2,4,6,8或 1/2,1/4,1/6,1/8 | 上述两相邻判断的中间值 |
表2 判断矩阵aij的标度方法
Table 2 Scaling method of judgement matrix aij
标度 | 含义 |
---|---|
1 | A与B因素相比, A与B同等重要 |
3或1/3 | A与B因素相比, A略重要于B或B略重要于A |
5或1/5 | A与B因素相比, A明显重要于B或B明显重要于A |
7或1/7 | A与B因素相比, A强烈重要于B或B强烈重要于A |
9或1/9 | A与B因素相比, A极端重要于B或B极端重要于A |
2,4,6,8或 1/2,1/4,1/6,1/8 | 上述两相邻判断的中间值 |
阶数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
R.I. | 0 | 0 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.46 | 1.49 |
表3 1~9标度判断矩阵的一致性指标
Table 3 Consistency index of 1~9 scale judgment matrix
阶数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
R.I. | 0 | 0 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.46 | 1.49 |
准则层 | 功能 层面 | 外观 层面 | 人机 层面 | 技术 层面 | 特征 向量 | 权重 值(%) |
---|---|---|---|---|---|---|
功能层面 | 1.000 | 7 | 2.0 | 3.000 | 2.546 | 51.236 |
外观层面 | 0.143 | 1 | 0.5 | 0.333 | 0.393 | 7.906 |
人机层面 | 0.500 | 2 | 1.0 | 0.500 | 0.841 | 16.924 |
技术层面 | 0.333 | 3 | 2.0 | 1.000 | 1.189 | 23.934 |
表4 指标准则层判断结果
Table 4 Judgment result of criterion level
准则层 | 功能 层面 | 外观 层面 | 人机 层面 | 技术 层面 | 特征 向量 | 权重 值(%) |
---|---|---|---|---|---|---|
功能层面 | 1.000 | 7 | 2.0 | 3.000 | 2.546 | 51.236 |
外观层面 | 0.143 | 1 | 0.5 | 0.333 | 0.393 | 7.906 |
人机层面 | 0.500 | 2 | 1.0 | 0.500 | 0.841 | 16.924 |
技术层面 | 0.333 | 3 | 2.0 | 1.000 | 1.189 | 23.934 |
功能要素 | B1C1 | B1C2 | B1C3 | B1C5 | B1C8 | B1C9 | B2C2 | B2C3 | B3C4 | B4C6 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B1C1 | - | 负相关 | 正相关 | |||||||
B1C2 | - | - | ||||||||
B1C3 | - | - | - | |||||||
B1C5 | - | - | - | - | 强负相关 | |||||
B1C8 | - | - | - | - | - | |||||
B1C9 | - | - | - | - | - | - | 负相关 | |||
B2C2 | - | - | - | - | - | - | - | |||
B2C3 | - | - | - | - | - | - | - | - | 强正相关 | |
B3C4 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
B4C6 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
表5 户外雪地救援装备功能矛盾矩阵
Table 5 Function contradiction matrix of outdoor snow rescue equipment
功能要素 | B1C1 | B1C2 | B1C3 | B1C5 | B1C8 | B1C9 | B2C2 | B2C3 | B3C4 | B4C6 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B1C1 | - | 负相关 | 正相关 | |||||||
B1C2 | - | - | ||||||||
B1C3 | - | - | - | |||||||
B1C5 | - | - | - | - | 强负相关 | |||||
B1C8 | - | - | - | - | - | |||||
B1C9 | - | - | - | - | - | - | 负相关 | |||
B2C2 | - | - | - | - | - | - | - | |||
B2C3 | - | - | - | - | - | - | - | - | 强正相关 | |
B3C4 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
B4C6 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
达到目的 | 待改善的参数 | 随之恶化的参数 |
---|---|---|
解决多地形巡逻探测问题 | NO.9速度 | NO.37监测与测试的困难程度 |
NO.24信息损失 | NO.33可操作性 | |
解决外观易识别问题 | NO.12形状 | NO.32可制造性 |
解决远程无线控制的问题 | NO.27可靠性 | NO.19运动物体消耗的能量 |
表6 户外雪地救援装备冲突描述
Table 6 Description of outdoor snow rescue equipment conflicts
达到目的 | 待改善的参数 | 随之恶化的参数 |
---|---|---|
解决多地形巡逻探测问题 | NO.9速度 | NO.37监测与测试的困难程度 |
NO.24信息损失 | NO.33可操作性 | |
解决外观易识别问题 | NO.12形状 | NO.32可制造性 |
解决远程无线控制的问题 | NO.27可靠性 | NO.19运动物体消耗的能量 |
多地形巡逻探测问题 | 恶化的参数 | 随之恶化的参数 | |
---|---|---|---|
NO.37监测与 测试的困难程度 | NO.33 可操作性 | ||
改善的 参数 | NO.9速度 | 3, 34, 27, 16 | - |
NO.24 信息损失 | - | 27, 22 |
表7 多地形巡逻探测问题的TRIZ转化
Table 7 TRIZ transformation of multi-terrain patrol detection problem
多地形巡逻探测问题 | 恶化的参数 | 随之恶化的参数 | |
---|---|---|---|
NO.37监测与 测试的困难程度 | NO.33 可操作性 | ||
改善的 参数 | NO.9速度 | 3, 34, 27, 16 | - |
NO.24 信息损失 | - | 27, 22 |
外观易识别问题 | 恶化的参数 | |
---|---|---|
NO.32可制造性 | ||
改善的参数 | NO.12形状 | 1,32,17,28 |
表8 外观易识别的TRIZ转化
Table 8 TRIZ transformations of easy to identify appearance
外观易识别问题 | 恶化的参数 | |
---|---|---|
NO.32可制造性 | ||
改善的参数 | NO.12形状 | 1,32,17,28 |
远程无线控制问题 | 恶化的参数 | |
---|---|---|
NO.19运动物体消耗的能量 | ||
改善的参数 | NO.27可靠性 | 21,11,27,19 |
表9 远程无线控制的TRIZ转化
Table 9 TRIZ transformation of remote wireless control
远程无线控制问题 | 恶化的参数 | |
---|---|---|
NO.19运动物体消耗的能量 | ||
改善的参数 | NO.27可靠性 | 21,11,27,19 |
[1] | 沈杰群. “带动三亿人参与冰雪运动”将成北京冬奥会最重要遗产[N]. 中国青年报, 2022-02-18. |
SHEN J Q. Driving 300 million people to participate in ice and snow sports will become the most important heritage of the beijing winter olympics[N]. China Youth Daily, 2022-02-18. (in Chinese) | |
[2] | 潘雅璇. 基于TRIZ进化理论的救援机器人产品设计[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2019. |
PAN Y X. The product design of rescue robot based on the TRIZ evolution theory[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2019. (in Chinese) | |
[3] |
董炳艳, 张自强, 徐兰军, 等. 智能应急救援装备研究现状与发展趋势[J]. 机械工程学报, 2020, 56(11): 1-25.
DOI |
DONG B Y, ZHANG Z Q, XU L J, et al. Research status and development trend of intelligent emergency rescue equipment[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(11): 1-25. (in Chinese)
DOI |
|
[4] | 吴翔, 许桂苹, 夏雅琴. 突发事件应急产品现状及趋势研究[J]. 包装工程, 2020, 41(8): 63-79. |
WU X, XU G P, XIA Y Q. Current situation and trend of emergency products in emergencies[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(8): 63-79. (in Chinese) | |
[5] |
BITAN Y, RAMEY S, MILGRAM P. Ergonomic design of new paramedic response bags[J]. Applied Ergonomics, 2019, 81: 102890.
DOI URL |
[6] | 李洋, 程志威. 基于功能分析法的小型消防车设计[J]. 制造业自动化, 2018, 40(2): 88-91. |
LI Y, CHENG Z W. Design of a minitype firefighting truck based on function analysis[J]. Manufacturing Automation, 2018, 40(2): 88-91. (in Chinese) | |
[7] |
BHOSEKAR A, IERAPETRITOU M. Modular design optimization using machine learning-based flexibility analysis[J]. Journal of Process Control, 2020, 90: 18-34.
DOI URL |
[8] | 朱华桂. 突发灾害情境下应急需求动态演化研究[J]. 学海, 2015, (1): 164-168. |
ZHU H G. Research on the dynamic evolution of emergency demand in the context of sudden disasters[J]. Academia Bimestris, 2015, (1): 164-168. (in Chinese) | |
[9] | ALPPAY C, BAYAZIT N. An ergonomics based design research method for the arrangement of helicopter flight instrument panels[J]. Journal of Process Control, 2015, 51: 85-101. |
[10] |
MA M Y, CHEN C W, CHANG Y M. Using Kano model to differentiate between future vehicle-driving services[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2019, 69: 142-152.
DOI URL |
[11] | 于魁龙, 李军, 张宇. 基于模糊聚类的保障装备模块化设计[J]. 装甲兵工程学院学报, 2015, 29(1): 18-24. |
YU K L, LI J, ZHANG Y, et al. Modularization design of support equipment based on fuzzy clustering[J]. Journal of Armored Forces, 2015, 29(1): 18-24. (in Chinese) | |
[12] |
WU X L, HONG Z, LI Y J, et al. A function combined baby stroller design method developed by fusing Kano, QFD and FAST methodologies[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2020, 75: 102867.
DOI URL |
[13] | 李晓杰, 梁健, 李海泉. 基于AHP/QFD与TRIZ的地震救援机器人设计[J]. 机械设计, 2021, 38(11): 121-128. |
LI X J, LIANG J, LI H Q. Design of earthquake rescue robot based on AHP /QFD and TRIZ[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(11): 121-128. (in Chinese) | |
[14] |
ZHANG X L, QIN H K, ZHOU X L, et al. Comparative evaluation of color reproduction ability and energy efficiency between different Wide-Color-Gamut LED display approaches[J]. Optik, 2021, 225: 165894.
DOI URL |
[15] | 丁满, 孙伟, 徐江, 等. 考虑色彩意象不明确的产品色彩模糊优化设计[J]. 机械工程学报, 2011, 47(12): 185-190. |
DING M, SUN W, XU J, et al. Product color fuzzy optimum design considering color image uncertainty[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2021, 47(12): 185-190. (in Chinese) | |
[16] | 李付星. 滩涂作业自移动平台的结构设计与仿真分析[J]. 机械设计, 2019, 36(9): 132-138. |
LI F X. Structural design and simulation analysis of beach operation self-mobile platform[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(9): 132-138. (in Chinese) | |
[17] | 魏彦芳, 巩秀静, 王红雨, 等. 开展空地一体化雪地救援新模式探讨与分析[J]. 中国急救复苏与灾害医学杂志, 2017, 12(8): 781-782. |
WEI Y F, GONG X J, WANG H Y, et al. Discussion and analysis on the new mode of snow rescue with air-ground integration[J]. China Journal of Emergency Resuscitation and Disaster Medicine, 2017, 12(8): 781-782. (in Chinese) | |
[18] | 张炳江. 层次分析法及其应用案例[M]. 北京: 电子工业出版社, 2014: 10-16+48-61. |
ZHANG B J. Analytic hierarchy process and its application case[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2014: 10-16+48-61. (in Chinese) | |
[19] | 高常青. TRIZ: 产品创新设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2018: 77-80. |
GAO C Q. TRIZ: product innovative design[M]. Beijing: China Machine Press, 2018: 77-80. (in Chinese) | |
[20] |
DELGADO-MACIEL J, CORTÉS-ROBLES G, SÁNCHEZ- RAMÍREZ C, et al. The evaluation of conceptual design through dynamic simulation: a proposal based on TRIZ and system dynamics[J]. Computers & Industrial Engineering, 2020, 149: 106785.
DOI URL |
[21] | 李梅芳, 赵永翔. TRIZ创新思维与方法: 理论及应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2016: 3-8. |
LI M F, ZHAO Y X. TRIZ innovative thinking and methods[M]. Beijing: China Machine Press, 2016: 3-8. (in Chinese) | |
[22] | 刘训涛, 曹贺, 陈国晶. TRIZ理论及应用[M]. 北京: 北京大学出版社, 2011: 74-101. |
LIU X T, CAO H, CHEN G J. TRIZ theory and its application[M]. Beijing: Peking University Press, 2011: 74-101. (in Chinese) |
[1] | 刘宗明, 王泽琦. 基于SAPAD-AHP法的智能充电桩设计研究[J]. 图学学报, 2023, 44(2): 380-388. |
[2] | 张有为, 孙 虎. 基于形态仿生的海上溢油回收装置设计与评估 [J]. 图学学报, 2022, 43(5): 927-935. |
[3] | 王志愿 , 戴志鹏 . 基于 FDM 与 FAHP 的儿童滑板车设计评价与改进[J]. 图学学报, 2021, 42(5): 849-855. |
[4] | 李占利, 党 琪, 李洪安, 刘童鑫, 张 蕴. 基于层次分析法的牙齿隐形正畸方案评价与优选[J]. 图学学报, 2021, 42(5): 856-865. |
[5] | 李雪瑞, 侯幸刚, 杨 梅, 何家兴, 王怡妍, 郭皓月, 李欣颖, 王璐瑶. 基于多层次灰色综合评价法的工业设计方案优选决策模型及其应用[J]. 图学学报, 2021, 42(4): 670-679. |
[6] | 任英丽, 吴诗瑾. 基于用户体验的多关节主被动训练仪可用性研究[J]. 图学学报, 2021, 42(2): 325-331. |
[7] | 高喜银, 王 贺, 宋 强, 白新瑀. 基于 AHP-TOPSIS 的果园作业平台舒适性评价及优化 [J]. 图学学报, 2020, 41(5): 788-795. |
[8] | 张迪婧, 侯增选, 黄 磊, 赵有航. 融合用户满意度的产品需求配置方法研究[J]. 图学学报, 2020, 41(4): 649-657. |
[9] | 王媚雪, 翟洪磊. 基于 AHP 与TOPSIS 法的自闭症儿童康复训练产品设计评价方法及应用[J]. 图学学报, 2020, 41(3): 453-460. |
[10] | 赵彩云 1, 李娟莉 1, 任家骏 1, 薛安虎 2 . 基于多因素融合的健身器材人机界面 评价方法研究[J]. 图学学报, 2019, 40(5): 932-935. |
[11] | 王秋惠, 杨 悦 . 基于 QFD 与 RAHP 的餐馆服务机器人 人因工程设计[J]. 图学学报, 2019, 40(4): 739-745. |
[12] | 李芳宇, 倪 佳. 基于老年用户心智模型的智慧厨房适老性饮食管理应用研究[J]. 图学学报, 2018, 39(4): 689-694. |
[13] | 赵欣 1, 丁 怡 2, 侯文军 2, 陈筱琳 2. 复杂信息系统界面可用性指标体系研究[J]. 图学学报, 2018, 39(4): 716-722. |
[14] | 李永锋, 侍伟伟, 朱丽萍. 基于灰色层次分析法的老年人APP 用户体验评价研究[J]. 图学学报, 2018, 39(1): 68-74. |
[15] | 曾思通1, 吴海彬2, 沈培辉1. 基于多特征融合的视频火焰检测方法研究[J]. 图学学报, 2017, 38(4): 549-557. |
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