基于功能和专利分析的自服务产品设计研究

曹国忠，穆蓓，董姗姗，万子薇，郭小峰

（河北工业大学，天津 300401）

一、引言

21世纪的人类处于高速发展的时代，人类对于产品的要求也在不断地提高，更多的产品趋向于自服务。经过查阅文献得出，国内关于自服务的研究主要集中在“自服务系统”的研究上，“自服务系统”又称“自助服务”。学者Meuter等人于2000年提出了“自助服务技术（selfservicetechnologies，STS）”的概念，定义为“不需要服务人员的介入而由顾客自行生产服务的技术界面。”比较典型的技术界面包括自助设备（如ATM机、自动售票机）的操作等。二是基于互联网+的自服务，产品运行方式的改变已经有了具体的实施，陈文超将其应用到了工业化领域中各种机械维修方式的研究。三是针对于服务类企业以服务为中心的流程优化，李靖华等立足于企业视角进行探究。虽然，这些都叫自服务，但其研究都是基于互联网的服务模式，属于服务设计的范畴。

现有文献中自服务主体是针对用户与服务人员之间，即用户自己完成操作不需要服务人员的自服务过程。笔者所做的自服务产品研究，是立足于产品，意在使产品的某个功能达到自服务，不需要人的参与产品本身即可完成。利用专利检索和功能分析将具有自服务功能的产品或专利进行梳理和分析，通过对具有自服务特性的产品分析，探讨自服务产品的具体内容以及实现方式。

二、基于功能分析的自服务产品定义确定

TRIZ理论是苏联科学家阿奇舒勒等人研究了世界各国250多万件发明专利后提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。40条发明原理是TRIZ理论的一种重要方法。它是由大量专利中被重复使用的相同方案浓缩得出，是一个强大的解决问题工具。其中第25条发明原理“自服务”的含义包括两个方面：一是使某一物体通过附加功能产生自己服务于自己的功能；二是利用废弃的材料、能量与物质。本文中所提的自服务可采用第25条发明原理的第一个含义，可知自服务与功能有紧密的联系，下面从功能角度进行产品分析。

功能分析法是进行产品创新设计的一种重要方法。它把对机械结构的思考转化为对功能的思考，从而不受现有结构的束缚，形成新的设计构思。将产品进行功能分解，并且建立产品功能模型，确定问题的原因和组件，以及原因组件和其他组件之间的关系。

以自行车的发展为例进行深入探究。自行车是传统产业，属于成熟产品，由于共享单车模式的出现，更需要实现自服务化，以减少对用户与工作人员的依赖。并且自行车是由许多简单机械组成的复杂产品，进行功能模型分析较为直观，较具代表性。由于自行车车胎需要打气使很多使用者较为困扰，摩拜单车中蜂窝状实心轮胎就解决了该问题。根据上述问题的解决过程进行分析：首先进行功能分析，简化版见图1，打气筒属于超系统并且属于不足作用，不属于自行车内部系统，打气筒去掉后的功能分析见图2，与打气筒连接的是轮胎，从轮胎本身入手改变材质，实现自服务。自行车中辐条的主要作用是支撑车轮，但是在骑行使用过程中，容易囤积脏物泥土并且易卡住骑行者的长衣物，存在不安全的因素。将车轮部分做功能分析见图3。辐条连接花鼓和支撑车轮毂，从这两方面寻找创新方向。现无辐条的自行车已面世，通过对车轮毂材料进行改进与加固来代替之前的辐条，完成了该部分的自服务。

＞ 图1 自行车功能分解图

＞ 图2 去掉打气筒功能分解图

＞ 图3 辐条部分功能分解图

将上述例子的功能模型进行通用化的阐述，为了减少外界对产品的影响，将超系统实现的功能转移到系统内的元件实现，即去除超系统的帮助，让系统内自身元件给系统提供帮助，实现产品的自服务。流程简化后为图4。将有害作用减去，即通过系统内元件的代替，完成自服务。流程简化后为图5。

通过上述对产品案例的研究，笔者明确了自服务产品的定义：通过产品内部或外部的资源来代替之前由超系统资源或产品内部资源实现的功能，产生自己服务于自己的功能为产品自身服务，减少了产品外部的介入，这样的产品叫做自服务产品。

三、基于专利分析的自服务产品特点研究

由于目前自服务产品文献较少，可从专利产品中进行分析。专利是深度知识的具体化表述形式和重要来源，其深度知识含量最高，实用性强，能够快速反映新知识，因此，从专利中有目的地获取、重用和管理这些隐性知识，是创新发展的重要途径。基于以上自服务产品的定义，利用专利检索方式筛选具有自服务功能的专利，并对这些类型的专利进行整理。通过查找找出具备上述自服务特征的工业设计产品或可改善产品的有自清洁、自平衡、自对准、自锁、自充气、自收集、自调整、自修复、自适应、自加热、自测量等类型。通过研究得出要符合以下特点才属于自服务产品的范畴：

1.自服务产品服务对象是产品元件本身，但最终目的是为使用者服务：自服务主要解决的是产品元件本身的问题，使产品拥有更好的状态，从而达到产品为使用者服务的目的。自清洁类化学产品通过自身的化学反应可以实现对这些产品的清洁，从而达到为使用者服务的目的。

2.减少使用者的参与感：在不影响主要功能的同时，将部分需要使用者操作的功能转移到产品本身，减少其操作。自清洁类化学产品可省去使用者对这些产品的清洁，达到减少使用者操作的目的。

3.减少产品对外界的依赖：将部分功能转移到产品本身后，使产品可以不再依赖外界的帮助，使其具有更好的完成度。自清洁类化学产品不需要使用者用抹布等其他清洁物品，不需要依赖外界便可以达到清洁的目的，从而达到减少产品对外界依赖的目的。

4.增加或者减少的功能可减轻系统的有害或不足功能：根据功能模型的分析首先考虑改变或者删除其有害或者不足作用，其有害或者不足作用就是导致其繁琐化的根源。自清洁类涂料的应用代替清洁人员悬挂在高楼外部进行玻璃擦拭的行为，该行为安全性极差，在大风天气容易造成很大的危害。以此减轻了系统的有害或不足功能。

四、自服务产品实现方式与发展趋势研究

对自服务产品的案例进行进一步的研究，得知“产品在需求拉动和技术推动下，产品功能会通过优化、更新或重组进行演化，使其自服务水平不断提高。”经过大量案例分析得到4种主要的实现方式，并将具体产品与自服务实现方式对应如下表1。

＞ 表1 具体产品对应自服务实现方式

下面进行举例说明，以更好地理解其实现途径。

1.改变元件材质：通过改变元件的使用材料，改变其使用方式。

以自行车的发展为例，该产品的基本功能是代步。确定基本功能后，经过多年的发展，目前自行车功能已达到一定复杂度，为了维护和拓展系统功能或者性能，就会简化系统内和超系统的功能，例如将轮胎换成蜂窝状，不用人工打气，实现了轮胎的自充气。由自行车轮胎的发展进化“木头—充气橡胶—多孔实体橡胶”，可得知材质的改变会影响产品的使用方式。

2.改变结构：可通过元件的添加、去除、代替来改变产品的结构。

清洁问题会涉及到生活的方方面面，虽然清洁对于部分产品并不是主要功能，可在很多时候如果清洁做得不到位，就会影响产品所展示出来的效果与作用以及产品的美观。以洗衣机发展为例，洗衣机已经成为每家所必须的衣物清洁工具。该产品的主要功能是“将衣物中的污渍与衣物进行分离”。在冷崇杰的《基于TRIZ理想解的全自动洗衣机自清洁结构创新设计优化》文中让环状喷淋环具备分水槽和进水两种功能，分水槽删除后便可利用进水阀替代三通进水阀。新的洗衣机内部结构如图6所示，使洗衣机既完成了洗衣进水功能又实现了自清洁功能，不用人工定期清理洗衣机的内外桶壁。帮助用户清洁了不易触达的位置，实现该类功能可以通过改变其产品结构，例如可用其相关或类似功能的元件实现该类功能。

3.跨领域原理的使用：在该领域中运用在其他领域已经存在的技术。

＞ 图4 简化流程图

＞ 图5 简化流程图2

＞ 图6 自清洁洗衣机内部结构

＞ 图7 典型的自平衡旋转系统

自加热的焦点在于解决可加热工具的问题。要保证安全无毒的同时使其操作简便并且减小对外部系统的依赖。以自加热食物为例，自20世纪20年代以来，使食物加热（或冷却）本身的基本概念已经以某种形式存在。现主要应用在自加热食物中，利用不同的化学反应，这次利用铁和镁的组合，向装有铁和镁的袋中加水时，水与铁镁混合物发生反应，释放出足够的热量来加热预煮好的食物。此做法不用插电或者生火，增加了便利性。因此，在考虑自服务时，可利用其他领域的资源。

4.技术的突破：通过技术的创新，改变产品的使用方式，简化用户的操作步骤。

自平衡设计的焦点是旋转系统的平衡。这些系统可以涵盖从喷气发动机到电动牙刷，从洗衣机到车轮的各种系统。改变系统内的元件时，会产生不平衡负载力。例如在利用喷气发动机时，为了生产和维护发动机的平衡和重新平衡，会让机器的旋转成本极大地增加。就车轮平衡而言，如果旋转组件能够平衡“自身”，所有这些问题都将消失。图7专利涉及一种用于向车轮传递自平衡特性的装置。本发明包含的基本原理是系统的旋转部分图7中部件2被设计成包含能够相对于第一部分移动的其他部分的部件4。即当滚珠轴承部件相对于主旋转部件移动时产生自平衡能力，使得它们自然地定位自身以抵抗任何不平衡力。可知，要达到自我平衡可使小的无约束物能够相对于更大的旋转物体移动，进行定位和重新定位。

通过上述的研究，可知自服务产品的最终目标是把更加舒适的产品使用体验带给用户，达到该目标的首要任务是使产品更进一步地自我完善，使产品提供主要功能，其他功能均不需要用户的辅助，真正的实现产品为自己服务。在达到该目标的过程中需要融合很多学科领域的研究成果，在未来，随着科学技术的发展以及需求的不断更新提升，自服务产品的设计会向更加轻量化、理想化和跨领域利用方向发展。

1.轻量化：现有部分产品附加功能太多，反而会影响用户的思考和使用，在使用产品时负累太多。未来的产品会更加轻量化，用户在使用该产品时不用有太多的多余操作，获得服务更加直接简单。

2.理想化：就像理想的机器，没有质量，没有体积，它可以在不消耗能量和时间的情况下完成所需的工作。它可以通过自我调节得到所需的效果，使产品更理想。

3.跨领域利用：自服务不只是针对于工业设计产品，很多领域都会涉及到，并且会有很多知识技术跨领域使用，不仅会节省资源，还会减少设计成本，进而加快创新的速度。

五、结语

随着用户对产品要求的提高，产品的自服务功能在未来的发展空间是巨大的。自服务类功能将减轻大部分用户对产品操作的成本。就目前现状来看，对于自服务的研究还不够深入，文章主要是从现有专利库出发，对具有自服务特性的专利进行收集和梳理；并通过对典型案例的分析和其功能模型的分解得出自服务类产品的定义、特点以及实现方式，为后续有关自服务产品的研究提供了部分借鉴的可能。