基于Kano-区间直觉模糊QFD的智能衣柜设计.pdf

林业工程学报，（）：收稿日期：修回日期：基金项目：教育部人文社会科学研究项目（）。作者简介：李翠玉，女，副教授，研究方向为智能家居设计。：基于 区间直觉模糊 的智能衣柜设计李翠玉，王肖梓宇（湖北工业大学工业设计学院，武汉）摘 要：智能家居由智能对象组合而成，可方便地进行对象与用户之间的信息传递。然而在智能家具设计过程中，由于环境的复杂性、用户需求的多样性，设计人员往往难以准确抓取设计需求，对用户体验关注度低。为帮助设计人员建立智能家具设计流程，精准获取用户需求，提升用户满意度，以智能衣柜设计为例，采用多标准决策（）流程进行研究。利用 法进行层次分析，并根据 模型进行聚类，确定各组的重要性。然后，利用 方法对衣柜柜体进行功能分解，获得功能结构。最后，将智能衣柜的功能设计需求导入质量功能展开（）模型的“需求功能”中，得到智能衣柜的设计要求。依据该方法流程建立了用户需求与衣柜功能之间的关联，完成了智能衣柜的功能设计。研究基于 集将 扩展，为决策者（）提供决策环境，使决策者在评估和整体计算犹豫不决的因素时可以得到更可靠的结果，为其他更多的智能设计提供理论和方法支持。关键词：智能家居；智能衣柜；模型；方法；区间直觉模糊中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，（），“”（），（），（）（），：；（）；林 业 工 程 学 报第 卷 随着科技的发展和人们生活水平的日益提升，智能家居概念备受关注，在众多智能家居设备中，智能衣柜是家庭生活中必不可少的一部分，由类计算机技术、互联网连接和应用程序组成。这些应用对于人们生活而言有至关重要的提升作用，可以解决人们生活中智能穿搭、快速寻找衣物的需求以及保持衣物的健康清洁，提升用户衣物使用的效率。众多学者对智能衣柜的设计以及功能等进行深入研究，如郭伟娟等依据 软件从交互原理和过程进行探讨，并构建衣柜设计的信息交互技术架构；潘泽锴等利用互联网技术设计“智能衣柜”系统，将衣柜内部环境信息与外部信息融合，实现“一站式”监控；唐梦菲等依靠 平台设计智能衣柜的手势感应自动开关门并实现了功能模拟。可以看到，对于智能衣柜的研究多数以功能为出发点，研究过程中对用户需求关注欠缺，即使部分研究是从用户的需求出发，但仍是以定性分析为主，缺乏统计学等其他学科的辅助以数据进行科学分析，单纯的定性分析会使得用户分析结果有所偏差，对用户的研究不够全面。之后也有许多学者在定性研究的基础上加入定量的分析方法，以此弥补定性分析无科学数据带来结果偏差的劣势，如李雪莲等采用因子分析及改进的隐喻抽取技术挖掘用户需求，通过元粒度控制提取需求语义；等在研究用户需求和功能需求分析时提出 模型，对消费者满意度加入量化指标，并引入配置指标作为设计产品功能的决策因素；胡珊等运用感性工学得到衣柜造型的感性意象词汇，通过语义差分法构建衣柜部位与词汇的关系模型，并完成衣柜造型设计。在用户需求的提取过程中，模型被多数学者广泛运用，把 模型应用在智能衣柜的用户需求提取上，有利于对智能衣柜的用户需求属性进行分类，获得对智能衣柜设计有利的用户需求。在获得需求后，往往需将用户的需求转化为设计要求，质量功能展开（）则可较好地实现这一转化。它可根据智能衣柜用户需求，整理分析获得智能衣柜的设计需求，并量化计算出设计需求的最终权重，从而提升用户对智能衣柜的满意度。转化过程中需决策者对决策信息评分，但人类思维具有判断模糊性，决策者往往是依据自身的主观经验、已有认知来评判，且使用单一评价量表会导致决策偏差，最终导致结果过于片面化、主观化。因此，笔者在上述研究的基础上引入区间直觉模糊集（）概念，利用 模型获取用户需求并进行分类，通过语言信息进行评价，例如低、中、高等语言变量表达意见，之后将语言变量转化为对应的模糊数集进行量化分析，以此得到设计要素；其次通过功能分析系统技术（）将设计要素进行拓展得到最终的功能要求，最后运用质量功能展开（）将其转化为设计需求，以此提出一种融合、区间直觉 和 方法的功能组合设计方法，帮助决策者在信息决策过程中降低决策的主观性及片面性，为智能家居设计提供理论借鉴。设计研究的方法与过程 设计模型的构建利用 模型构建的产品质量满意度和用户满意度坐标轴，可以对产品的影响属性进行优先级排序，从而明确产品功能之间的层次关系，获得用户需求，并通过设计提升用户对产品的满意度。方法主要应用于改良和获取用户需求，将用户需求转化为设计需求，指导产品设计。区间直觉模糊 方法是由于在判断用户需求时，无法精准获得其需求值而转化提升的模糊函数。而衣柜方案的决策属于多标准决策（）问题，结合区间直觉模糊 方法更有利于准确获取用户需求值，以辅助更好地指导产品设计。文章提出的集成创新方法应用可分为 个阶段（图）。图 模型结合 设计流程 第 期李翠玉，等：基于 区间直觉模糊 的智能衣柜设计）用户需求获取。在该阶段，将从用户需求的角度研究智能衣柜结构的功能要求。使用 法和 模型对用户需求进行分层以及定量分析，并得出每类用户需求的重要性，根据所得结果创建用户需求列表。）扩展智能衣柜功能。通过 法分解智能衣柜的功能结构，创建智能衣柜功能扩展表及智能衣柜各部分扩展表。）创建智能衣柜功能系统图。通过融合 模型和区间直觉模糊 理论，设计了一种新的 模型。将在第 阶段和第 阶段创建的用户需求扩展表及智能衣柜功能扩展表导入 中，建立需求功能质量房屋模型。根据用户需求对智能衣柜功能进行扩展或修正，以确保需求和功能相互对应。工具有多个子类别，“客户 需 求（）”部分为“内容”部分，表示用户对该产品的需求。设计要求（）部分是“方法”部分，定义实现用户意愿的工程必要性。基本质量屋（）由 的重要性、和 组成，如图 所示。和 组成成对评估构成“关系矩阵”，并根据矩阵获得 最终优先级，获得 排名，该排名表示用户更满意于哪一种功能。构建 的步骤如下：为产品分配；获得 重要性；根据 分配；评估 和 的成对关系；获得设计要求的优先级和排名。图 集成 用户需求层次分析通过用户访谈并对原始访谈资料整理得到用户需求，用户选择需要确定其局限性，以明确其能更好地了解产品和理解各自的需求。本研究使用 亲和图将收集到的用户需求进行聚类与分析。）将收集到的用户需求进行整理，剔除重复和类似的，获得 套“三级需求项目卡”。）整理三级需求项目卡，并根据它们之间的内在关系对所有卡进行分组。然后，根据其属性为每个组命名，从而生成 组“二级需求项目卡”。）重复步骤，将二级需求项目卡分为 组“一级需求项目卡”。）检查三级要求的项目卡。考虑到经过改进的用户需求，删除不包含二级或三级需求项目的一级需求项目卡牌。此外，根据实际需要扩展一级需求项目卡，以创建新的二级或三级需求项目卡。基于 模型设计需求问卷 模型可根据每个需求和用户满意度之间的关系确定相关性。模型将需求元素分为 种：魅力型需求（）、一维型需求（）、必要型需求（）、冷漠型需求（）和反向型需求（），如表 所示。模型问卷是一种结构性问卷，通过调查用户的需求，以确定产品或服务的重要性。每个被调研需求分为正反两个问题，每个问题有 个选项，分别为：令人满意、理所应当、无所谓、能忍受、令人讨厌，分别对应 个分值：，。表 模型划分需求类别 可提供不可提供令人满意理所应当无所谓能忍受 令人讨厌令人满意理所应当无所谓能忍受令人讨厌 集成 的具体步骤：确定研究产品，并确定与其相关的用户需求（），通过问卷形式得出每个用户需求（）的重要性，确定与研究产品和用户需求（）相关的设计要求（），让决策者（）通过语言相关性检验每个 和 之间的强弱关系，依据公式（）计算各 的平均信息熵（）。具体计算公式如下：（）（，）（，）（，）（，）（）则各属性 的客观权重（）为：()()（，）（）将 与 相结合，计算出 的最终权重，并得出优先级排序，最后运用公式（）计算其归一化得到最终权重排序。（）林 业 工 程 学 报第 卷式中：为第 个 的最终权重。智能衣柜设计研究与分析 智能衣柜用户需求分析由于智能衣柜属于新科技产品，被试者需要有较强的新产品接受能力以及一定的资金能力，被访者需满足 个要求：岁以上具有独立经济能力者；购买过家庭衣柜或拥有自己独立的衣帽间。被试者为 人，分别为 位大学家具设计方向女教授，位已婚白领，位已婚男士，位工业设计男从业者以及 位智能家居女销售。访谈结果表明，所有被试者都有类似需求，只有小部分不同，如：所有女性都提到难以寻找到自己想要的衣物，难以进行搭配等需求，其中一部分还提到有选择困难，女教授则提到收纳的需求；男性则有不一样的需求，他们更期望能看见衣柜内的衣物，方便第 天迅速找到并穿着，已婚男士提到更多的是衣柜的坚固和易修理的需求，家具女销售更关注漂亮的外观设计以便吸引消费者眼球。因此，重点放在共享需求上，使用 亲和图将收集到的用户需求进行聚类与分析，如图 所示。将所有用户要求汇总为准确而简洁的声明，然后对需求进行分类和过滤以获得 组三级需求，这些需求记录在卡上。进一步对三级需求进行分类且合并同一类别中的需求获得 个二级需求：空间重构、引导、收纳、搭配、便捷、反馈、外观以及移动端。基于用户需求的 定量模型的建立基于 模型的定量研究，假设 是包含 个受访者的集合，表示为 （，），其中表示第个受访者；表示个衣柜功能的集合（例如可搭配、可重构、便捷性等），表示为 （，），其中表示第 个衣柜功能。在需求调查中获得的数据借助 问卷，被调查者对衣柜功能的评估表示为（，），其中代表被调查者给出的该需求功能不具备时的满意度；表示该需求功能时给出的满意度；表示由被访者给出的衣柜功能的重要性等级。、和的值可以使用定量结果来计算。对于每个智能衣柜功能，表示不具备功能时的平均用户满意度得分；表示具备时的平均用户满意度得分；表示用户评价智能衣图 收集用户需求 柜功能的重要度，公式如下：（）（）（）在二维象限上标记坐标（，）图，其中 轴代表不具备分数，轴代表具备分数。所有坐标点都在 象限。具有负值的结果是有问题的，因此从平均值的计算中将其排除。然后设定和的阈值。用户需求属性的类型可以由坐标（，）的位置确定。在调查期间共分发了 份问卷调查，无效问卷 份，剩余 份有效问卷。把 问卷收集到的用户需求数据进行分析，并为满意度和重要性分配不同值。以下把“引导”作为属性来计算满意度和重要性级别。当智能衣柜的引导功能不具备时，使用公式（）计算用户平均不满意分数：（）（）第 期李翠玉，等：基于 区间直觉模糊 的智能衣柜设计当智能衣柜的引导功能具备时，使用公式（）计算用户平均满意分数：（）（）之后使用公式（）得到用户评估的引导的平均重要性得分为：其他智能衣柜功能属性的平均用户满意度和重要性评分得分也以相同的方式计算。根据平均重要性级别对功能属性进行排名，结果见表。表 基于平均满意度得分的功能属性排名 编号产品属性是否具备此功能答案选项极其满意理所当然无所谓可忍耐不满意满意 不满意均值平均重要度得分相对重要度空间重构具备不具备引导具备不具备收纳具备不具备搭配具备不具备便捷具备不具备反馈具备不具备外观具备不具备移动端具备不具备图 模型用户需求二维象限散点图 根据表 中显示的统计数据获得所有正负满意度值对导入 ，并在坐标的二维象限图上标记相应的坐标点，结果见图。当不具备“空间重构”这一功能时的平均用户满意度得分为，而当具备“空间重构”这一功能时，得分为。因此，“空间重构”功能的正负满意度值对为（，）。该值对的坐标点在二维象限图上标记，并称为“空间重构功能”。根据其位置，“空间重构”功能可以定义为一维型需求。对其他功能也做同样的评估，最终生成用户需求属性表。从计算结果和二维象限图功能属性的分布可以看出，引导（功能）、便捷（功能）和收纳（功能）的功能属性是一维型需求；搭配（功能）、反馈（功能）和移动端（功能）是魅力型需求；空间重构（功能）和外观（功能）是必要型需求。功能扩展将用户需求进行归类，可分为 个大模块，邀请武汉宜家的 位衣柜设计师和 位智能家居设计方向专家对模块进行用户需求转化，获得 个用户需求即结构。通过文献收集整理，结合周红宇等的方法论、李鸣燕等的衣柜人体工程学、等的自动化智能衣柜蓝图一同分析并获得功能，如表 所示。林 业 工 程 学 报第 卷表 智能衣柜设计要求和功能定义 产品属性设计要求功能智能升降顶柜（）大件衣物存储空间重构空间布局可以转换除湿除菌器（）除湿除菌引导 指示灯（）可指引寻衣收纳智能叠衣（）衣物整理搭配智能搭配系统（）智能搭配快速辅助搭配，妆容整理重力传感器系统（）方便使用空间布局可以转换便捷触控屏（）智能升降衣杆（）系统（）实时掌握衣柜状况反馈语音反馈（）操作结果提示震动反馈（）提升体验感外观外观设计（）美观性手机端手机（）远程操控拍摄衣物并记录 利用 模型对功能进行扩展，得到子功能，以智能叠衣为例，如图 所示。图 模型功能扩展 根据用户需求对智能衣柜功能进行归纳和扩展，获得表。将 和 相组合建立 质量屋，表 为决策者 的语言量表，由 位智能衣柜设计专家作为决策者进行评分，假定 位评分专家具有相近水平的知识量以及判断力，则采用算术平均的方法综合评分信息，运用公式（）（）计算各 的平均信息熵以及最终权重，完成优先级排序。运用公式（）计算其归一化。表 模型功能扩展 一级职能二级职能三级职能三级职能（修订）智能衣柜功能除湿除菌除湿除菌（）空间重构大件衣物存储大件衣物存储（）空间布局可以转换空间布局可以转换（）引导操控方便操控方便（）收纳衣物整理方便打理（）小物件整理（）整理衣物（）可指引寻衣（）智能搭配智能搭配（）搭配快速辅助搭配，妆容整理快速辅助搭配，妆容整理（）吸引用户（）便携方便门的移动方便门的移动（）实时掌握衣柜状况实时掌握衣柜状况（）反馈操作结果提示操作结果提示（）提升体验感提升体验感（）外观美观性美观性（）远程操控远程操控（）移动端拍摄衣物并记录方便看见柜内衣物位置（）拍摄衣物并记录（）表 的语言量表 非常低（），低（），中（），高（），非常高（），智能衣柜设计实践与验证根据归一化数据（表）可得，指示灯（）和智能升降挂衣杆（）最终权重评分为，认为这两个设计要求最为重要；次之为震动反馈（）和外观设计（），最终权重评分为 第 期李翠玉，等：基于 区间直觉模糊 的智能衣柜设计；重要度第 的设计要求为智能叠衣（）、智能搭配系统（）、手机（），因此，在设计实践过程中应对这几个设计要求重点考虑。最低的最终权重设计要求是除湿除菌器（），仅为，被认为是最不重要的设计要求。表 功能与结构质量屋 三级智能客观权重最终权重排序 智能衣柜结构类型的确定利用 函数分析方法，仍邀请武汉宜家的 位衣柜设计师和 位智能家居设计方向专家，根据自身专业知识和设计经验对现有衣柜进行结构分解，并确定加入其他可能需要设计零件的可行性，可得表。智能衣柜结构特征形状矩阵的创建将表 的 个功能与表 中的 个结构进行配对，并转化为形状轮廓，通过对智能衣柜每个结构特征进行代码编号，创建一个新的智能衣柜形状矩阵，如表 所示。表 衣柜结构分解 结构编号结构类别结构代码挂衣杆柜门穿衣镜侧面部分衣柜整体表 智能衣柜结构特征的形状矩阵 类别形状矩阵名称编号特征元素类别形状矩阵名称编号特征元素挂衣杆圆形椭圆形穿衣镜长方形椭圆形林 业 工 程 学 报第 卷表（续）类别形状矩阵名称编号特征元素类别形状矩阵名称编号特征元素挂衣杆 长方形凸点型自由型 自由型 柜门长方形百叶窗型折叠型穿衣镜圆角矩形侧面部分方形侧面弧形侧面方形弧形混合侧面衣柜整体 型整体 型整体直线型整体 利用轮廓形状矩阵将多个不同的形状相结合，形成新的衣柜造型设计，并把部分不合理的衣柜造型去掉，可得出 款智能衣柜造型，如表 所示。表 智能衣柜结合后的造型矩阵 样式编号元素组合在广东乐从某大型智能家居设计企业重新邀请 名衣柜造型设计师、名工业设计师、名智能设备专家根据上述 个用户需求进行评价，根据其从业经验、消费者购买衣柜类型数据和消费者户型空间考量，推荐最合适的智能衣柜设计方案。、型多适用于三居室以上户型，、型多适用于大型独立衣帽间设计，因此，、均不适用于绝大部分家庭，、为适用度最高的衣柜造型，优先考虑该直线型衣柜造型。对比长方形和折叠型两者实用性发现，折叠型柜门存在多种不确定性，如成本问题、轴轮滑动问题、密封性问题、衣服是否容易被夹等空间问题，最终确定 方案为最优方案。该智能衣柜设计方案在深化过程中，挂衣杆上加入 指引性亮灯，可根据用户在触控界面上的衣服选择进行快速指引亮灯，帮助用户在有大量衣物的衣柜中能快速找到自己想要的衣物，如图 所示。为了辅助部分人群的日常需求，智能衣柜加入升降挂衣杆功能，使用户在使用过程中更便捷。在外观设计形体方面，形主要分为点、线、面。点在形中的不同位置和排列使人产生不同的心理效应，水平排列的点能给人一种稳定感。线主要分 第 期李翠玉，等：基于 区间直觉模糊 的智能衣柜设计图 指示灯熄灯与亮灯效果 为直线、曲线和折线 类，直线有力量、稳定、生机和刚强感，直线造型的物体庄重；曲线有柔和、运动感，曲线造型的物体圆润柔和，如图 所示。因此本衣柜在形体设计上采用直线和曲线相结合的形式，在卧室空间中给予人一种稳定且柔和的感受。图 智能衣柜形体效果 在外观设计色彩方面，色彩能引起人各种各样的心理效应，衣柜多处于卧室内，所以外观色彩设计就显得尤为重要。在色彩分类中：冷色调能抚平人的焦虑情绪，带来较为舒适的平静感受；中色调较为沉稳大气，体现对生命的坦然；暖色调则能让空间充满活力，使人摆脱疲惫，得到舒坦的心情。为使用户在家居生活中更舒适，在本衣柜设计上，采用了中色调转向暖色调的中间配色，如图 所示。图 三维造型设计方案效果 智能衣柜中镜面界面加入智能衣物推荐功能，降低用户在衣物选择过程中的纠结情感，辅助用户在某种特定场所或者某种天气情况下，根据衣柜中已有的衣物进行智能推荐，让用户可以在衣物搭配选择这一阶段提高效率，以下为实体衣柜终端界面设计，如图 所示。图 衣柜终端界面设计 与智能衣柜互联的手机端 也相对重要，手机端 可以为用户远程导入衣物；同时手机端 亦可在远程对衣柜中的衣物进行选择搭配，提前了解下一次衣物搭配，衣柜存储衣物数量和长久不用的衣物可以被记录，以备用户方便对衣柜的清理。手机端 界面设计如图 所示。图 手机端 界面设计 智能衣柜设计方案的验证为验证消费者对 衣柜造型的整体满意度，采用系统可用性量表（）对 方案和日常衣柜进行造型意向问卷调查。问卷分为正面题和反面题，分值范围在，其分值转化计算及 总分获取方式参考文献。共发出网络问卷 份，收回有效问卷 份。问卷调查结果表明：分数为，达到评级 标准，同时百分等级达到，说明 方案符合大部分消费者需求，问卷评分结果如图 所示。图 问卷评分 林 业 工 程 学 报第 卷 结 论研究提出一种融合 模型、区间直觉模糊 和 方法的智能衣柜设计方法，通过 模型将用户需求分类，使设计人员能够充分把握用户的真实主要需求。之后运用 方法并引入区间直觉模糊集概念，建立用户需求与衣柜功能之间的相关性，一定程度上克服了决策者评价的主观性和片面性，提高了决策的准确性。该方法为智能衣柜相关设计活动提供了理论依据，同时亦可应用于其他类型的智能产品。但该方法亦存在局限性，在决策时，对于智能产品可能存在认知性问题，在未来实验中，需要考虑人群问题，从而更有效达到设计需求。参考文献（）：，：，（）：郭伟娟，熊先青，唐远明，等 基于 软件的大规模定制衣柜信息交互技术 林业工程学报，（）：，（）：潘泽锴，阳琼芳，李泰韬 基于物联网技术的智能衣柜系统设计与实现 国外电子测量技术，（）：，（）：唐梦菲，陈瑶，高建民 基于 的手势感应自动开关门衣柜设计及功能模拟 林业工程学报，（）：，（）：李雪莲，常胜晓 定制衣柜设计中用户需求挖掘及实例研究 包装工程，（）：，（）：，（）：胡珊，符凯杰，蒋旭，等 基于感性工学的衣柜造型设计林业工程学报，（）：，（）：彭守平，孙秉珍，葸娟霞 基于区间值的改进模糊 多标准决策方法及其应用 模糊系统与数学，（）：，（）：李惠，王时英，李娟莉 基于 的人机界面评价方法研究 图学学报，（）：，（）：廖小菊，王朝侠 基于区间中智 的产品创新设计方法 机械设计，（）：，（）：戴宇轩，章彰，陈宁峰，等 基于、与 的居家适老座椅设计研究 包装工程，（）：，（）：孙萌，苗艳凤 基于 组合法的大学生宿舍家具功能需求研究 林产工业，（）：，（）：刘付勤，李丽凤 基于 模式的产品概念设计 机械设计，（）：，（）：，（）：周红宇，齐振 基于 的遥控式抹光机设计 机械设计，（）：，（）：李鸣燕，徐晓婷，刘毅，等 衣柜产品的人体工程学调研与评价 林业机械与木工设备，（）：，：，（）：，（），：，：，：（责任编辑 田亚玲）