李曉英 何潤(rùn)豐

關(guān)鍵詞：移位輔助器械 用戶需求 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 分析型Kano QFD TRIZ理論

引言

目前，我國(guó)老年人群體、殘疾人群體數(shù)量正在逐年增多，其中下肢殘障人群體占較大比例，包括下肢殘疾患者以及失能老人，未來(lái)針對(duì)該類人群的護(hù)理服務(wù)工作強(qiáng)度高、難度大。下肢殘障人因各類疾病導(dǎo)致下肢活動(dòng)障礙或長(zhǎng)期臥床，在日常活動(dòng)中需要頻繁移位，而對(duì)于照護(hù)家屬來(lái)說(shuō)重復(fù)性的輔助移位會(huì)增加照護(hù)者的負(fù)擔(dān)，存在操作復(fù)雜、效率低以及因操作不當(dāng)導(dǎo)致的二次傷害等問(wèn)題[1]。如何合理解決家用場(chǎng)景中下肢殘障人移位障礙問(wèn)題，挖掘用戶需求，提升用戶體驗(yàn)成為亟待解決的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于移位輔助器械的設(shè)計(jì)研究在人機(jī)工程、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化等方面已取得一定成果，如曾曦[2]等運(yùn)用行為觀察法研究了老年患者與移位病床之間的人機(jī)關(guān)系，以用戶行為及生理特點(diǎn)為切入點(diǎn)對(duì)移位病床的形態(tài)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。劉華[3]等運(yùn)用ANSYS有限元仿真分析了移位過(guò)程中人體受力情況，運(yùn)用Adams/View軟件對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了用戶舒適度。Grindle[4]等開發(fā)設(shè)計(jì)了一種可輔助移位的助行器，通過(guò)附加的機(jī)械臂可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的多角度移位。由于下肢殘障人的人群特殊性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注其多元化需求，把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，上述研究雖在一定程度上解決了用戶移位障礙的問(wèn)題，但對(duì)使用環(huán)境和條件有較大限制，且缺乏對(duì)用戶需求的研究，難以把握用戶不同需求的重要程度和優(yōu)先級(jí)，易使產(chǎn)品設(shè)計(jì)重點(diǎn)出現(xiàn)偏差。

鑒于此，本文以分析型Kano模型為主要方法依據(jù)，挖掘用戶需求，確定需求要素提升策略，在方案設(shè)計(jì)部分結(jié)合質(zhì)量屋、TRIZ理論推導(dǎo)得到解決方案，為家用場(chǎng)景下的下肢殘障人移位輔助器械設(shè)計(jì)提供新的思路，提升用戶體驗(yàn)。

一、相關(guān)研究方法概述

（一）分析型Kano概述

產(chǎn)品開發(fā)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何對(duì)用戶需求進(jìn)行有效分析，從而為提升用戶體驗(yàn)提供決策支持。受赫茲伯格雙因素理論影響，日本質(zhì)量管理學(xué)家Noriaki Kano提出Kano模型概念，將用戶需求分類、篩選以幫助獲得設(shè)計(jì)決策和設(shè)計(jì)方向。傳統(tǒng)Kano模型本質(zhì)屬于定性分析，其分類準(zhǔn)則相對(duì)主觀，缺乏定量分析導(dǎo)致無(wú)法確定同一分類中不同質(zhì)量因素的優(yōu)先級(jí)，限制了其在產(chǎn)品創(chuàng)新上的決策作用[5]。分析型Kano是將Kano模型與重要度-績(jī)效分析法（Importance-Performance Analysis，IPA）相結(jié)合的用戶研究方法，能篩選出有利于提高用戶滿意度邊際效應(yīng)的質(zhì)量要素，被廣泛應(yīng)用在服務(wù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域[6]。通過(guò)增加重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用二維坐標(biāo)圖實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需求客觀分類和定量分析，并計(jì)算其重要程度和優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而獲得客觀、有效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)決策。

（二）QFD概述

QFD即質(zhì)量功能展開，其主要作用是根據(jù)用戶需求確定產(chǎn)品痛點(diǎn)，明確設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮要素及各個(gè)次要素與最終計(jì)算綜合值的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)的有利信息[7]。質(zhì)量屋是QFD的重要工具，可以分析產(chǎn)品技術(shù)方案與用戶需求之間的關(guān)聯(lián)度及其相關(guān)關(guān)系強(qiáng)弱。將分析型Kano與QFD相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)用戶需求到產(chǎn)品技術(shù)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。

（三）TRIZ理論概述

TRIZ理論由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒創(chuàng)立，提出產(chǎn)品創(chuàng)新是要解決設(shè)計(jì)中的矛盾，而不是通過(guò)折中處理去平衡矛盾[8]。阿奇舒勒研究團(tuán)隊(duì)在分析了近250萬(wàn)份發(fā)明專利后，總結(jié)了技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律以及解決系統(tǒng)矛盾的創(chuàng)新原理，并逐漸發(fā)展成為一種綜合理論體系。其核心是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理矛盾和技術(shù)矛盾，通過(guò)TRIZ中的已知模式進(jìn)行矛盾化解[9]。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段將質(zhì)量屋于TRIZ相結(jié)合既能分析問(wèn)題，又能解決關(guān)鍵技術(shù)難題，從而獲得合理的解決方案。

二、基于分析型Kano的用戶需求分析

（一）產(chǎn)品需求要素獲取

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集、用戶訪談?wù)沓鲆莆惠o助器械產(chǎn)品需求要素共計(jì)28項(xiàng)，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量特性評(píng)價(jià)維度分為5類：物質(zhì)、功能、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)以及生理等特性維度。選定1位護(hù)理專家、5位下肢殘障人用戶以及3位產(chǎn)品設(shè)計(jì)師作為征詢對(duì)象，運(yùn)用德爾菲法中的指數(shù)法進(jìn)行產(chǎn)品需求要素重要程度篩選。設(shè)通過(guò)篩選的重要度閾值為50，通過(guò)閾值的要素被選定為主要研究指標(biāo)，未通過(guò)的說(shuō)明其重要程度較低，可暫不考慮。經(jīng)計(jì)算，有22項(xiàng)產(chǎn)品需求要素通過(guò)閾值，將其記作cm。產(chǎn)品需求要素層級(jí)表如表1。

（二）分析型Kano指標(biāo)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)分析型Kano調(diào)查問(wèn)卷，問(wèn)卷共分為三部分，第一部分為調(diào)查對(duì)象個(gè)人基本信息，第二部分為調(diào)查對(duì)象對(duì)產(chǎn)品需求要素的正負(fù)選項(xiàng)評(píng)價(jià)，第三部分為調(diào)查對(duì)象對(duì)產(chǎn)品需求要素的重要度評(píng)價(jià)。

針對(duì)問(wèn)卷第二部分設(shè)計(jì)，Matzler[10]等在研究中指出，用戶對(duì)某項(xiàng)指標(biāo)表示肯定相較于否定會(huì)更加強(qiáng)烈，因此應(yīng)該對(duì)正負(fù)選項(xiàng)采取不對(duì)稱賦值，以保證問(wèn)卷調(diào)查的科學(xué)性和客觀性。將調(diào)查對(duì)象n正向選項(xiàng)的評(píng)價(jià)記作xmn，負(fù)向選項(xiàng)的評(píng)價(jià)記作ymn。正負(fù)選項(xiàng)賦值表如表2。

調(diào)查對(duì)象n在完成第二部分后，進(jìn)入問(wèn)卷第三部分對(duì)產(chǎn)品需求要素重要度進(jìn)行評(píng)價(jià)，按0到1進(jìn)行打分。將調(diào)查對(duì)象n對(duì)各項(xiàng)需求要素cm的重要度評(píng)價(jià)記作zmn。重要度評(píng)價(jià)賦值表如表3。

將調(diào)查對(duì)象總量記為N，調(diào)查對(duì)象n對(duì)每項(xiàng)需求要素cm的正向評(píng)價(jià)平均分記作，負(fù)向評(píng)價(jià)平均分記作。若或出現(xiàn)負(fù)值，則表示為逆向需求或是回答有誤，不計(jì)算在平均值內(nèi)。則有：

由Kano模型質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)可知：魅力型需求（A）是指當(dāng)產(chǎn)品具備該要素時(shí)能極大提高用戶滿意度，當(dāng)不具備時(shí)不會(huì)讓用戶產(chǎn)生不滿；期望型需求（O）是指當(dāng)產(chǎn)品具備該要素時(shí)會(huì)讓用戶滿意，當(dāng)不具備時(shí)會(huì)讓用戶不滿；必備型需求（M）是指當(dāng)產(chǎn)品具備該要素時(shí)用戶的滿意度仍在較低水平，當(dāng)不具備時(shí)，用戶滿意度會(huì)大幅下降；漠然型需求（I）是指代表用戶不關(guān)注的需求要素，無(wú)論產(chǎn)品是否具備，都不會(huì)讓用戶產(chǎn)生滿意或不滿。由此可得出基于正負(fù)向評(píng)價(jià)的用戶需求分類表，如表4。

綜上可建立產(chǎn)品需求要素決策矩陣，如圖1。矩陣分為4個(gè)象限，Ⅰ象限為“保持績(jī)效”區(qū)，表示用戶對(duì)該區(qū)內(nèi)的需求要素的滿意度和感知重要度均處在較高水平。Ⅱ象限為“過(guò)度滿意”區(qū)，表示用戶對(duì)該區(qū)內(nèi)需求要素的滿意度較高，但認(rèn)為其重要性不強(qiáng)。Ⅲ象限為“低價(jià)值”區(qū)，表示該區(qū)內(nèi)的需求要素的滿意度和重要度均處于較低水平。Ⅳ象限為“優(yōu)先提升”區(qū)，表示雖然該區(qū)內(nèi)的需求要素不會(huì)提高用戶滿意度，但重要性很高，屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必不可少的要素。

（三）產(chǎn)品需求要素決策指標(biāo)設(shè)計(jì)

為區(qū)分和判定同一象限中不同需求要素優(yōu)先級(jí)，結(jié)合Qianli[11]等對(duì)于分析型Kano模型的研究，提出決策系數(shù)Km：

由上式可知，當(dāng)αm一定時(shí)，Km和為正比關(guān)系，即表示，若用戶認(rèn)為某項(xiàng)需求要素的重要度更高，則應(yīng)優(yōu)先考慮該要素；當(dāng)一定時(shí)，Km和αm為反比關(guān)系，即表示，若用戶對(duì)某項(xiàng)需求要素的滿意度越高，則無(wú)需在該要素上投入更多關(guān)注。

（四）用戶需求調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

前往武漢市洪山區(qū)各社區(qū)統(tǒng)計(jì)下肢殘障人數(shù)量及生活情況，調(diào)查對(duì)象包括下肢殘疾人和失能老人，從中隨機(jī)抽取100名發(fā)放紙面調(diào)查問(wèn)卷，回收問(wèn)卷共計(jì)91份，有效回收率為91%。統(tǒng)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，計(jì)算出調(diào)查對(duì)象的正負(fù)向問(wèn)題平均評(píng)價(jià)、，形成需求屬性分類散點(diǎn)圖，如圖2。結(jié)合問(wèn)卷二、三部分，計(jì)算出各項(xiàng)需求要素的重要度、滿意度αm以及決策系數(shù)Km，如表5所示。

基于用戶需求分類情況以及滿意度αm和重要度等指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，每項(xiàng)產(chǎn)品需求要素都能明確其決策區(qū)域歸屬，如圖3。

圖3中c5 、c6 、c9、c10、c16、c18處于Ⅰ象限，即“保持績(jī)效”區(qū)，說(shuō)明應(yīng)對(duì)產(chǎn)品輕量化、萬(wàn)向轉(zhuǎn)向、坐臥姿勢(shì)轉(zhuǎn)換、可折疊、材料耐用等要素保持關(guān)注；c4、c15、c17處于Ⅱ象限，即“過(guò)度滿意”區(qū)，說(shuō)明雖然造型美觀、模塊化設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)可以提升用戶滿意度，但用戶并不認(rèn)為這些特性很重要，因此應(yīng)適當(dāng)降低其優(yōu)先級(jí)；c7、c8、c13、c14、c20處于Ⅲ象限，即“低價(jià)值”區(qū)，其中c8、c13、c20屬于漠然型需求，說(shuō)明用戶認(rèn)為這些要素?zé)o關(guān)緊要；c1 、c2、c3、c11、c12、c19、c21、c22處于Ⅳ象限，即“優(yōu)先提升”區(qū)，說(shuō)明用戶認(rèn)為材料可靠、防滑、操作便捷、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、符合人機(jī)工程等要素的重要程度很高，應(yīng)優(yōu)先提升和改善。

綜上可知，產(chǎn)品需求要素優(yōu)先級(jí)順序應(yīng)該為Ⅳ象限>Ⅰ象限>Ⅱ象限>Ⅲ象限，對(duì)于同一象限中的不同需求要素，可依據(jù)其決策系數(shù)Km確立其優(yōu)先級(jí)。具體優(yōu)先級(jí)決策結(jié)果如表6。其中c8、c13、c15、c17、c20的優(yōu)先級(jí)較低，可暫不考慮，提取剩余17項(xiàng)需求要素進(jìn)行后續(xù)分析。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性決策時(shí)應(yīng)綜合各項(xiàng)指標(biāo)，為后續(xù)方案設(shè)計(jì)提供方向。

三、基于QFD的用戶需求轉(zhuǎn)換

根據(jù)用戶需求，將產(chǎn)品需求要素優(yōu)先度轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品特性權(quán)重，以便把握設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性措施進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品需求要素推導(dǎo)出相應(yīng)的產(chǎn)品特性，采用3級(jí)制對(duì)兩者之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行打分，5分表示強(qiáng)相關(guān)，3分表示一般相關(guān)，1分表示弱相關(guān)，生成關(guān)聯(lián)矩陣，構(gòu)建下肢殘障人移位輔助器械“用戶需求-產(chǎn)品特性”一級(jí)質(zhì)量屋，如圖4。

由圖4可知，在移位輔助器械產(chǎn)品特性中，安全保護(hù)、整體穩(wěn)定性的權(quán)重最高，說(shuō)明在移位輔助器械設(shè)計(jì)開發(fā)中安全性和穩(wěn)定性是首要的，其次應(yīng)選擇合適的材料，為產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)提供支撐，再次應(yīng)關(guān)注用戶舒適度、操作性、易用性以及功能配置等特性，提升用戶積極體驗(yàn)，最后再對(duì)產(chǎn)品外觀和造型進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)“用戶需求-產(chǎn)品特性”一級(jí)質(zhì)量屋，整理出相應(yīng)的技術(shù)方案。通過(guò)評(píng)估技術(shù)方案與產(chǎn)品特性間的關(guān)系，構(gòu)建 “產(chǎn)品特性-技術(shù)方案”二級(jí)質(zhì)量屋，如圖5。

四、基于TRIZ理論的矛盾分析

質(zhì)量屋“屋頂”即自相關(guān)矩陣，表示產(chǎn)品技術(shù)方案之間的相互關(guān)系，“+”表示正相關(guān)關(guān)系，即一個(gè)技術(shù)方案的改進(jìn)會(huì)促成另一技術(shù)方案獲得優(yōu)化；“-”表示負(fù)相關(guān)關(guān)系，即一個(gè)技術(shù)方案的改進(jìn)會(huì)導(dǎo)致另一技術(shù)方案惡化；空白則表示兩者無(wú)相關(guān)性或相關(guān)性不明顯。

通過(guò)圖5中的自相關(guān)矩陣可知，系統(tǒng)中存在負(fù)相關(guān)性的有：承重性材料與輕量化、摩擦力大與活動(dòng)靈敏、可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)、空間尺寸大與整體體積小。因此系統(tǒng)中存在的矛盾有：矛盾一，使用承重性材料可以增加產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性，但會(huì)導(dǎo)致其自身質(zhì)量增加，從而形成與輕量化設(shè)計(jì)之間的物理矛盾；矛盾二，增大摩擦力可提升產(chǎn)品的防滑性、穩(wěn)定性，但會(huì)與產(chǎn)品的靈活性形成物理矛盾；矛盾三，可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可以提高產(chǎn)品可操控性，但穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)又需要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)牢固穩(wěn)定，從而形成技術(shù)矛盾；矛盾四，空間尺寸大可增大用戶可達(dá)域，提高舒適度，但整體體積小可占用更小空間，從而形成物理矛盾。

對(duì)于物理矛盾，可采用分離原理對(duì)應(yīng)的40個(gè)發(fā)明原理求解；對(duì)于技術(shù)矛盾，可將技術(shù)問(wèn)題分解為39個(gè)通用工程參數(shù)，查找TRIZ矛盾矩陣中推薦的發(fā)明原理求解。具體求解辦法及解決方案如表7所示。

五、方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析可知，針對(duì)下肢殘障人的家用移位輔助器械應(yīng)具有安全性高、操作便捷、功能實(shí)用、舒適度高等特點(diǎn)。輪椅作為一種下肢殘障人的代步工具，在該群體的日常生活中有極高使用率，因此將移位輔助器械與輪椅進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，不僅能降低產(chǎn)品對(duì)于使用環(huán)境的限制，不占用過(guò)多活動(dòng)空間，提升效率，還能提高產(chǎn)品所需性能。結(jié)合用戶需求分析與解決方案分析結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)意構(gòu)思，得到設(shè)計(jì)方案，方案三維效果圖如圖6所示。使用場(chǎng)景圖如圖7所示。

產(chǎn)品以輪椅為主體，擁有兩個(gè)主要使用模式：代步模式、移位模式。在日常使用中可用作代步工具，在需要移位時(shí)，產(chǎn)品的座椅部分會(huì)與底座分離滑動(dòng)到床上，協(xié)助用戶完成移位，如圖7。這樣的設(shè)計(jì)可以滿足用戶多方位需求，而無(wú)需依靠人力或額外使用移位機(jī)來(lái)達(dá)到行動(dòng)目的，在提高用戶生活自理程度的同時(shí)，滿足了用戶對(duì)移位輔助器械的多元化需求。產(chǎn)品細(xì)節(jié)部分參考“產(chǎn)品特性-技術(shù)方案”二級(jí)質(zhì)量屋從以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（一）產(chǎn)品材料：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部分主要使用鋁合金、碳纖維復(fù)合材料，在保障承重性的同時(shí)，提升產(chǎn)品輕便性，滿足了用戶對(duì)產(chǎn)品材料可靠性、穩(wěn)定性以及輕量化的需求，同時(shí)合金、復(fù)合材料更加耐用，增加了產(chǎn)品的使用壽命；產(chǎn)品坐墊部分主要采用聚氨酯海綿材料，相對(duì)于普通海綿、棉布、編制坐墊而言具有柔軟的觸感和高回彈性，不易變形，能有效提升坐墊承載能力和舒適度，滿足了材料親膚性的用戶需求。

（二）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)由可調(diào)節(jié)支架和連接支撐件組成，在支撐件內(nèi)部使用液壓升降桿可使坐墊部分抬高或降低來(lái)幫助用戶轉(zhuǎn)換坐臥姿勢(shì)以及進(jìn)行不同高度的移位，滿足了可調(diào)節(jié)、坐臥姿勢(shì)轉(zhuǎn)換等用戶需求；產(chǎn)品前輪為萬(wàn)向輪，使得產(chǎn)品能在狹窄的空間內(nèi)靈活移動(dòng)；產(chǎn)品可調(diào)節(jié)部分均設(shè)計(jì)了鎖止限位，以保障使用時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。

（三）產(chǎn)品功能：產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)方式為電力驅(qū)動(dòng)，不僅操作便捷省力，還能提高效率，通過(guò)扶手處控制桿和按鈕就能獨(dú)立完成基本活動(dòng)，滿足了產(chǎn)品操作便捷的用戶需求；產(chǎn)品配備了壓力傳感器、聲波傳感器、姿態(tài)傳感器等，當(dāng)監(jiān)測(cè)到障礙物、路面濕滑、失衡等危險(xiǎn)狀況時(shí)能做出減速、避讓、報(bào)警等反應(yīng)，保障用戶安全。

（四）產(chǎn)品舒適性：由于目標(biāo)用戶下肢缺少運(yùn)動(dòng)能力，導(dǎo)致上肢活動(dòng)量增多，因此產(chǎn)品坐墊部分的設(shè)計(jì)依據(jù)人機(jī)工程因素可貼合用戶頸椎、腰椎、肩部、臀部以及大腿部分，緩解用戶肌肉緊張和壓力。坐墊尺寸為460mm×430mm，靠背尺寸為460mm×480mm，座高為450mm～650mm，保證用戶的活動(dòng)空間，提高舒適度。

結(jié)論

為解決下肢殘障人在日常生活中遇到的移位障礙以及現(xiàn)有產(chǎn)品易忽略用戶需求重點(diǎn)和優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題，本文提出了將分析型Kano模型與質(zhì)量屋、TRIZ理論相結(jié)合的多理論創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，以家用移位輔助輪椅為設(shè)計(jì)案例進(jìn)行了驗(yàn)證，表明了該設(shè)計(jì)流程對(duì)用戶需求分析的有效性，并應(yīng)用在移位輔助器械的設(shè)計(jì)中。首先，基于分析型Kano模型的用戶需求定量分析，能對(duì)產(chǎn)品需求因素進(jìn)行分類和優(yōu)先級(jí)排序，把握用戶需求重點(diǎn)。其次，結(jié)合質(zhì)量屋和TRIZ矛盾分析工具，實(shí)現(xiàn)了用戶需求到技術(shù)方案的轉(zhuǎn)換，獲得了可行的解決方案。最后，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐解決目標(biāo)用戶實(shí)際問(wèn)題，為同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究提供參考。在后續(xù)將從產(chǎn)品智能化和健康狀況監(jiān)測(cè)評(píng)估等方面進(jìn)行深入研究。