基于Kano-QFD的适老化卫浴产品设计研究_周红宇.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 第 4 期 150 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 2 月 收稿日期：20220906 作者简介：周红宇（1984），男，硕士，副教授，主要研究方向为工业设计方法、智能装备。通信作者：王嘉伦（1997），男，硕士生，主攻适老化设计研究。基于 Kano-QFD 的适老化卫浴产品设计研究 周红宇，王嘉伦（湖北工业大学，武汉 430070）摘要：目的目的 提升智能化卫浴产品适老化程度，增加老年用户产品使用满意度。方法方法 以 Kano 模型与 QFD质量功能展开集成方法辅助设计决策为主，人机研究与用户行为状态分析为辅。使用问卷调查法挖掘用户需求，对获取的用户需求进行重要度量化，并进行重要度修正，辅助构建老年卫浴产品 QFD 质量屋，结合辅助方法，最终完成适老化卫浴产品设计实例；最后使用 JACK 仿真分析对输出方案进行人机舒适度验证分析。结果结果 通过 KanoQFD 模型结合辅助方法的设计思路能更加精确定位用户需求，产出方案具有较高的适老化程度，较好地提升了用户满意度。结论结论 提出整合 KanoQFD 模型及人机数据与行为状态分析辅助设计的方法，对智能卫浴产品的适老化设计过程优化与产品实际输出，具有一定的参考价值。关键词：Kano 模型；质量功能展开（QFD）；卫浴产品；适老化设计；智能化产品 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)04-0150-08 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.04.018 Design of Elderly-oriented Bathroom Products Based on Kano-QFD ZHOU Hong-yu,WANG Jia-lun(Hubei University of Technology,Wuhan 430070,China)ABSTRACT:The work aims to improve the elderly-orientation degree of intelligent bathroom products and increase the satisfaction of elderly users.Kano model and QFD quality function deployment were integrated to assist design deci-sion-making supplemented by human-machine research and user behavior state analysis.The questionnaire survey method was used to mine the user needs.The importance of the obtained user needs was quantified and corrected to assist in the construction of QFD house of quality of elderly-oriented bathroom products.Combined with the auxiliary method,the design example of elderly-oriented bathroom products was finally completed.Finally,JACK simulation analysis was conducted to verify and analyze the man-machine comfort of the output scheme.Through the Kano QFD Model,and in combination with the design idea of the auxiliary method,the user needs can be positioned more accurately.The output scheme was highly suitable for the elderly and had a great effect on improving user satisfaction.The method of integrating Kano QFD Model and man-machine data and behavior state analysis aided design is put forward,which has a certain ref-erence value for the optimization of elderly-oriented design process and the actual output of intelligent bathroom products.KEY WORDS:Kano model;quality function deployment(QFD);bathroom products;elderly-oriented design;intelligent products 随着社会老龄化程度的加深和银发经济的蓬勃发展，老年产品的需求也在日益增加1。互联网的发展与生活质量的提升也将智能化技术带入老年人日常生活的产品中。如智能卫浴产品等，帮助老年人解决了在卫浴过程中出现的麻烦与问题2，但目前的智能卫浴产品在为老年人带来便利的同时，也出现了使用效果不佳的情况。市场上针对老年人的产品，设计主要以功能为主，对老年用户的其他使用需求未第 44 卷 第 4 期 周红宇，等：基于 Kano-QFD 的适老化卫浴产品设计研究 151 做更多研究，设计决策过程缺少核心用户参与导致产品的适老化程度不足3。在适老化设计领域，老年人因年龄增长具有其独特的生理与心理特征，因此在设计的过程中需要融入充分的设计关怀。满足用户的生理与心理需求是适老化设计的目的，寻找老年用户的真实需求是适老化设计的关键点，将用户需求量化4-6成具体的工程设计因素是适老化设计需要解决的难点。本文使用 Kano 模型集合 QFD 质量功能展开的方法，完成从用户需求到工程设计要素的转化，再通过人机数据调研与用户行为状态分析，构建一个合理科学的老年智能卫浴产品开发流程，通过设计实例进行验证。1 Kano 模型与 QFD 质量屋方法介绍 Kano 模型是一种通过顾客主观反馈与产品客观表现，对产品服务属性进行分类的一种二维定性的分析模型7，通过用户反馈得到用户满意度同产品功能设计间的关系，便于准确定位设计需求，提升产品设计开发过程的效率。质量功能展开（QFD）以用户需求8为主要研究点展开，将用户需求与产品工程特征连接分析，识别冲突设计要求，达到提升用户满意度及缩短开发周期的目的。这两种方法都是在优化产品设计过程中行之有效的设计方法，但是都具有自身的局限性。Kano 模型可以寻找不同优先级的用户需求，找到设计切入点，但是无法帮助设计人员进行精准决策。QFD 以用户需求为出发点，将产品设计要素与用户满意度整理成一种线性的关系9，是定量的分析方法，但此方法欠缺考虑需求之间的自相关联系，导致其最终结果无法准确映射到用户需求上，减弱了QFD 辅助决策的作用。将 Kano 模型与 QFD 质量屋相结合10，互补两个模型的优势，消弭两种方法独自使用时的不足，能更加准确把握用户的关键需求，提升设计决策的可靠性与科学性。目前，已有研究通过使用 Kano 模型与 QFD 相结合的方法作为理论依据来优化设计方案。陈刚等11通过 KanoQFD 的方法对手扶微耕机进行研究，完成了用户需求到工程设计需求的映射，使产品的应用价值更加优秀；孙圆圆等12集成 Kano 模型与 QFD 提出一种产品属性重要度解析方法，提升了顾客需求到产品设计要素之间的映射水平；邓杏仪等13通过用户旅程图、KanoQFD 的结合研究，从用户需求的角度对健身游戏系统的优化设计提出了一定的思路与方法。吴晓丽提出了一种融合 Kano、QFD、FAST 方法的功能组合婴儿车设计方法14，通过对用户需求的演技和产品功能的重要度排序，更大限度地提升了产品用户满意度。2 基于 Kano-QFD 的老年智能卫浴产品设计研究流程 通过集成 Kano 模型和 QFD 质量屋的方法，能够精确提取老年卫浴产品用户需求，将其转化为产品设计要素，为设计决策提供更加科学精确的指导。设计研究流程建立：通过论文研读，网络与线下实体调研等方式，对现有老年智能卫浴市场进行分析，总结设计问题，获取顾客需求；以已获取需求为基准转化 Kano 调研问卷，通过实地调研目标人群及其亲属的产品意见，对用户需求定性分析，总结用户需求类型；对问卷调研得到的数据进行深入分析，对老年智能卫浴产品的需求重要度进行量化分析与改良，为后续 QFD 质量屋构建做数据支撑；通过专家法构建用户需求要素与质量要素之间关系矩阵，辅助构建产品质量屋，将量化后得到的设计质量权重进行输出，结合人机工学与行为状态分析辅助输出设计方案；完成设计案例后通过 SUS 系统可用性量表进行设计分析，确定输出方案的科学性与适用性。整体流程框架，见图 1。图 1 产品研究与设计输出流程 Fig.1 Flow chart of product research and design output 152 包 装 工 程 2023 年 2 月 3 基于 Kano 模型的顾客需求识别研究 3.1 用户需求要素获取 Kano 模型中对用户需求进行定量化研究的基础是用户需求要素的获取15，本文在已有适老化卫浴产品研究和大量网络与实地调研的基础上，构建适老化卫浴用户需求要素指标体系，见图 2。图 2 老年用户需求指标体系 Fig.2 User need index system of the elderly 一级指标包括：造型要素、功能要素。二级指标包括：造型意向、色彩选择、便捷操作、辅助座椅、高度调节、安全防滑、水汽分离、感观辅助、安全监测、智能交互。3.2 老年卫浴产品 Kano 问卷 Kano 模型中影响用户满意度的需求类型，即魅力需求（A）、期望需求（O）、无差异需求（I）、必备需求（M）和反向需求（R）16。本文首先建立标准的正反问题 Kano 问卷，其次确定调研人群类型，参与本次调研的人群为学校设计专业老师、设计专业研究生、老年人群和中年子女人群。共计发放问卷 130份，通过统计，回收得到有效问卷 106 份，问卷有效回收率达到 81.5%。为确保问卷信度，采用重复检验法进行检验，前后问卷相关性大于 85%,确定数据可信度。完成采访调研后，结合调研数据与设计属性分类评价表（见表 1），对用户需求属性进行分析，归类用户需求类型，其问卷统计（见表 2）。表 1 Kano 设计属性度量评价 Tab.1 Measurement evaluation of Kano design attribute 反面问题 非常喜欢应当 如此 无所谓 勉强接受很不喜欢非常喜欢Q A A A O 应当如此R I I I M 无所谓 R I I I M 勉强接受R I I I M 正很不喜欢R R R R Q 表 2 Kano 问卷用户需求分析 Tab.2 Kano questionnaire user needs analysis 编号 造型要素 要素选择非常喜欢 理应如此无所谓勉强接受 很不喜欢要素类型具备 24 50 16 4 12 A1 您对形态硬朗的卫浴产品感觉如何 不具备 4 4 38 20 40 M 具备 42 16 32 16 0 造 型 设 计 A2 您对色彩搭配明朗的卫浴产品感觉如何 不具备 22 10 20 34 20 A 具备 72 20 14 0 0 B1 您对操作便捷的卫浴产品感觉如何 不具备 0 2 18 48 38 O 具备 50 36 20 0 0 B2 您对具有座椅沐浴的卫浴产品感觉如何 不具备 4 20 30 52 M 具备 56 18 22 0 0 B7 您对具有摔倒监测卫浴产品感觉如何 不具备 0 24 30 14 34 A 具备 54 12 40 2 0 功 能 设 计 B8 您对触控交互的卫浴产品感觉如何 不具备 20 18 14 14 42 O 4 基于 Kano-QFD 的用户需求质量改进与转化 4.1 用户需求要素初始权重确定 为获取客观精确的用户需求要素初始权重，本文 对 Kano 模型取得的数据进行初步量化，鉴于 Kano模型中，无差异型需求（I）对提升顾客满意度没有影响，反向型需求（R）在分析到最后的设计实践中需要对该需求进行剔除。因此，在确定需求要素权重时，从魅力型需求（A）、期望型需求（O）、必备型需求（M）三个需求进行判定，可以对需求要素权重顾客需求第 44 卷 第 4 期 周红宇，等：基于 Kano-QFD 的适老化卫浴产品设计研究 153 进行精确定位。为确定需求要素初始权重，首先通过 Kano 问卷结果计算 A、O、M、I 在用户对需求 i中的比重，分别记为iA、iO、iM、iI，然后通过式（1）（2）确定用户满意度提升率iP以、及满意度下降率iD，最后通过式（3）确定用户需求要素的初始权重i。iiiiiiiAOPAOMI+=+(1)iiiiiiiOMDAOMI+=+(2)11max,iiimmiiiiPDPD=|=|(3)4.2 需求要素质量规划与修正 用户需求要素质量规划由市场竞争性评估与质量目标规划组成，前者可以帮助设计者找到标杆产品中的差异点，确定产品开发与改进的方向，后者可以帮助设计者更好地完成对质量要素的量化分析，是QFD 方法中用来评估用户需求重要度的基础。通过式（4）对需求要素现值aQ与需求要素目标值bQ进行计算得到需求要素的初始改进率0IR。0baQIRQ=(4)通过需求指标体系中的指标为中心问题进行社会问卷调研，竞争性标度为五阶，分别是很强、较强、一般、较弱、很弱由数字 5、4、3、2、1 代表。调研对象主要选取行业从业者、专家与高校研究生，确保问卷评估的专业性，通过调研最终得出市场竞争性评估与质量要素目标，见表 3。表 3 需求要素质量规划表 Tab.3 Quality planning of needs elements 竞争性评价 用户需求要素 需求类型 H J P 规划 质量目标造型意向 A1 M 3 4 3 3 色彩选择 A2 A 3 3 2 3 便捷操作 B1 O 4 2 3 4 辅助座椅 B2 M 3 2 4 4 高度调节 B3 A 2 2 3 3 安全防滑 B4 M 3 4 4 4 水汽分离 B5 A 3 3 4 4 感观辅助 B6 A 2 3 3 4 安全监测 B7 A 4 3 3 5 智能交互 B8 O 3 3 2 4 在 QFD 方法中，通过对初始改进率的修正可以 帮助用户需求要素重要度更好的表达，本文集成Kano 模型与 QFD 方法对初始改进率进行修正。选取合适的 Kano 因子 k，其中对魅力型、期望型、基本型的 k 值的选定分别为 2、1、0.517，将 k 值通过近似转换函数式（5）计算得到修正改进率adjIR：1/0()kadjIRIR=(5)根据式（6）计算需求质量权重i：iiadjIR=(6)最后根据式（7），求得需求质量权重的相对权重：1/miiii=(7)4.3 构建老年卫浴产品 QFD 质量屋模型 为完成用户需求质量到设计质量要素的转化，最终确定设计权重，需要构建老年卫浴产品质量屋模型18，首先对上文所述的用户需求要素进行分析与整理，在可度量性与对应性的准则下转换为便于工程展开的质量要素。本文通过组织专家、行业从业者、高校研究生对其进行打分，按照关系由强到弱对应的分数分别为 5、3、1、0，构建用户需求矩阵。111111jniijinmmjmnRRRRRRRRR|矩阵中ijR表示用户需求要素 i 和质量要素 j 间的相关性关系，根据式（8）（9），求得质量要素权重及其相对权重：1mjiijiR=(8)1/njjji=(9)式中j为第 j 个质量要素的权重；j为第 j 个质量要素的相对权重大小。最终将上文求解内容与本节内容整合，构建老年卫浴产品质量屋，见表 4。5 老年智能卫浴产品设计实践 5.1 卫浴产品适老化设计策略 1）感官代偿设计。结合多种感官通道对信息进行综合反馈，以弥补单一感官对外界传递信息的接受不足。结合感官代偿法，以视、听、触觉多通道反馈同一信息，提升卫浴产品使用的容错性和灵活性19。2）行动转嫁设计。通过分析用户行为构建人-机-环境的使用机制，合理分配三个方面的行为任务，帮 154 包 装 工 程 2023 年 2 月 表 4 老年卫浴 HOQ 产品质量屋 Tab.4 HOQ of intelligent bathroom products for the elderly 质量要素 需求质量 外观 造型 使用材质座椅 结构 操作 界面 操作空间感官代偿智能监测易用性智能化 初始需求质量i 初始改 进率0IR改进系数 k 修正改 进率 adjIR 修正需求质量i需求质量权重/%造型简洁硬朗（A1）5 3 1 0 3 0 0 1 0 0.4441 0.5 1 0.44410.7色彩干净明朗（A2）3 5 0 3 0 1 0 0 0 0.5 1 2 1 0.2626.3操作简单便捷（B1）0 1 5 3 1 1 3 5 3 0.6791.331 1 0.67916.3座椅辅助沐浴（B2）1 1 5 0 3 0 0 3 1 0.4911.330.5 1.769 0.2786.7坐姿高度调节（B3）0 1 3 0 5 0 0 3 1 0.4531.5 2 1.224 0.3718.9防滑安全（B4）3 5 0 0 3 0 0 1 1 0.3391 0.5 1 0.3398.1水蒸气抽离（B5）0 1 0 1 3 0 5 3 1 0.51 1.332 1.153 0.44210.6感官辅助沐浴（B6）3 0 1 1 0 5 3 0 3 0.5 1.332 1.153 0.43410.4摔倒安全监测（B7）0 0 1 1 3 3 5 0 4 0.5281.662 1.288 0.4119.9触控智能交互（B8）1 1 0 5 1 1 1 3 4 0.6741.331 1.33 0.50712.1质量要素值j 146.7 158.7 141.2 159.2 189.7 116.4 194.7 215.2202.4 相对权重j/%9.6 10.49.3 10.4 12.47.612.714.113.3 助老年人（行为能力较弱的群体）减负。3）适应性设计。由于不同用户个体之间的人机差异性，所以设计过程中需要通过提升产品适应性来提升用户使用的舒适度，如沐浴高度调节、座椅角度调节等。4）宜人性设计。设计过程中，需要从老年人的身体机能、精神需求20等方面进行分析，对人群进行细分，针对自理老人，部分失能及失能老人提出多种沐浴方式的解决方案，在满足生理上宜人性的同时，还要满足老人的心理上的宜人性。5.2 老年人机数据分析 老年智能卫浴产品的设计，既需要满足人机工程学的要求，也要满足通用设计21的基本原则。老年人的身高、运动机能等身体特征随着年龄的增长会出现衰退，因此老年人卫浴产品需要根据不同年龄阶段的身体特征的变化进行适当调节，满足不同阶段老年人的需求。此外，鉴于中国家庭的主要结构为老人与子女同住，在设计时应具有一定的通用性，也需要考虑到家庭生活中其他成员的尺寸要求。通过对老年人身体各项人机数据的研究，为老年人智能卫浴产品设计提供一定的理论与数据支撑。通过查阅相关文献与数据，分析选择出合适的老年人身体尺寸参数和百分位，确定老年卫浴的最佳产品尺寸，见表 5。5.2 失能人群卫浴行为分析 随着年龄的增长，很多老人会出现心脑血管、骨骼肌肉衰退等问题，这些问题直接或间接地导致老年人身体发生各种疾病，老年人的行为与行走能力会大幅度下降，此时老年人大多会选择轮椅作为日常的代步工具。经查文献得知老年人所使用的普通轮椅宽度550630 mm，高度 910920 mm，长度 9001 050 mm，轮椅的最小活动范围是 1.5 m1.5 m。在浴室狭小空间内活动范围受限，这使老年人在操作轮椅时难度加大，又由于老年人身体机能衰退，造成其上肢力量减小，老年人要完成操作轮椅进入洗浴状态的动作更加困难。通过对不同失能状态老人的洗浴行为22进行实验，在实验过程中对洗浴行为中的动作状态和平衡状态进行收集分析（见表 6），通过实验分析可知，失能老年人在沐浴行为过程中的身体稳定性及行为动作较之自理老人有所差距，可以作为后续的设计依据。5.4 产品设计方案 基于对适老化卫浴产品的 Kano-QFD 集成方法的研究，设计实践的产品方案主要通过量化后得到的质量要素相对权重的排序，综合老年人相关人机数据和对沐浴行为过程的分析进行设计要素提取（见图3），最终产出适老化卫浴产品方案，见图 4。表 5 老年卫浴最佳产品尺寸取值表 Tab.5 Best size of elderly-oriented bathroom products 尺度名称 取值范围/mm 最佳取值/mm 沐浴椅高度 400500 450 沐浴椅宽度 320800 320 扶手离地高度 700 800 扶手厚度 3040 30 淋浴高度 1 850 1 900 淋浴设备开关高度589977 700 墙头距侧墙距离 404 450 第 44 卷 第 4 期 周红宇，等：基于 Kano-QFD 的适老化卫浴产品设计研究 155 表 6 自理失能老人沐浴行为状态表 Tab.6 Bath behavior state of the self-care/disabled elderly 动作顺序 自理老人 轮椅老人 平衡状态行进 步行至沐浴椅前 使用轮椅行进至沐浴椅前 稳定 放板 放下坐板 弯腰放下坐板 稳定 扶住扶手缓慢起身移位 起身 站立转身 辅助扶手缓慢转身 不稳定（站/坐姿）支撑 使用扶手支撑 使用扶手支撑 不稳定（站姿）辅助扶手缓慢落座 沐浴 坐下沐浴 扶住扶手执行沐浴过程 稳定（坐姿）借助辅助扶手起身 借助辅助扶手转身 起身 扶住扶手缓慢起身 缓慢移位，坐上轮椅 不稳定（站姿）离开 步行离开沐浴椅 调转轮椅方向离开 稳定（站/坐姿）图 3 设计元素提取 Fig.3 Extraction of design element 在功能设计中，B2（座椅沐浴辅助）属于必备型需求。在设计中应该予以添加，能够提升用户的使用满意度，同时操作应当简单智能以达到更好的使用体验。B3(坐姿高度可调节)、B7（摔倒安全监测）、B6（感官沐浴辅助）属于魅力型需求，在设计过程中，通过在不增加其使用难度的情况下添加此项功能，能够大幅度提升用户的满意度，同时可调节的座椅能够满足不同身高用户的坐高要求。在通过对老年人使用习惯和沐浴行为的调研后，将该项功能通过灯光带警示的形式，添加在显眼的扶手区域，能够帮助使用者掌握自己的实时沐浴状态。根据人机分析的数据确定产品整体尺寸及部件相对位置后，通过沐浴行为实验的分析，发现失能老年人在沐浴行为过程中使用扶手时身体稳定性不强、力量不够的问题，通过添加增长的助力扶手，来帮助老年人在起身过程中更好地掌控自身的平衡，增加沐浴过程中的安全性。5.5 方案验证分析 为验证设计方案使用时的人机舒适程度23，本文使用 JACK 虚拟仿真软件对老年人的卫浴活动进行仿真分析。首先构建虚拟环境，以 95 百分位的老年人身体数据建立人物，将人物与卫浴座椅进行适配。使用 Comfort Assessment（舒适度评价）分析其身体姿势的各个部位如颈、肩、背、臀、手臂的受力情况以及整体的疲劳度与舒适度（见图 5），获得卫浴座椅使用人机评价，KRIST 数据评分越低代表其人机舒适度越高。通过 JACK 虚拟仿真软件分析可得，改进方案的整体疲劳度评分为 33.5，整体舒适度评分为35.2，达到较好的人机评分标准，具有较高的人机使用舒适度。图 4 老年智能卫浴产品 Fig.4 Intelligent bathroom products for the elderly 156 包 装 工 程 2023 年 2 月 图 5 JACK 仿真人机舒适度评价 Fig.5 Diagram of JACK simulated man-machine comfort evaluation 6 结语 卫浴产品是日常生活中不可或缺的产品，本文在社会老龄化背景下，为提升卫浴产品适老化程度，使用 Kano 模型分析用户需求，结合 QFD 质量屋对老年人卫浴产品的设计质量要素深入研究。通过分析老年卫浴产品的需求指标体系对需求指标进行定性与定量分析与修正，建立需求质量与质量要素的自相关矩阵数据辅助构建质量屋，分析要素权重，并结合相关老年人机数据与沐浴行为状态分析辅助设计决策。通过 JACK 仿真分析对改进方案进行人机舒适度验证，结果表明：本文设计后方案的适老化程度、用户满意度都有所提升。通过 Kano 集成 QFD 的研究方法，可以将用户需求进行定量化分析，并精确地转化为设计要素，帮助设计师更好地设计出适老化程度较高的老年人产品，并提升设计效率。参考文献：1 董承勇.积极应对人口老龄化 完善养老服务体系N.中国社会报,2021-04-22(A04).DONG Cheng-yong.Actively Coping with Population Aging and Improving the System of Elderly Care Ser-viceN.China Society News,2021-04-22(A04).2 张建雄,吉梦堤,孙振闯.卫浴产品类智能整体性系统设计研究J.家具与室内装饰,2017(1):116-117.ZHANG Jian-xiong,JI Meng-di,SUN Zhen-chuang.The Discussion on the Intelligent Integrated System Design of the Bath ProductJ.Furniture&Interior De-sign,2017(1):116-117.3 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