湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計學(xué)院 周祺 李曉鋒 陳穎陽

近年來，由于在蔬菜種植與保鮮過程中，化學(xué)肥料與農(nóng)藥的超標使用[1]，導(dǎo)致層出不窮的食品安全問題不斷上演。此外，隨著人們對于食物儲備意識的逐漸提高，食品保鮮與儲存也成為了熱門話題。其中，蔬菜不同于其它肉、蛋、奶、五谷等食物的存儲方式，傳統(tǒng)的冷鮮保存無法長時間對新鮮蔬菜進行存儲。魚菜共生農(nóng)業(yè)模式具有零排放的天然優(yōu)勢，在種植與養(yǎng)殖過程中無法添加農(nóng)藥等化學(xué)藥劑，生產(chǎn)的蔬菜不受土壤中重金屬與農(nóng)藥的污染。水培模式下的蔬菜根系由于不受土壤阻力的干擾，根系發(fā)達茂盛，吸收能力更強，有效縮短了植物的生長周期。就目前人們對于食品安全問題的重視程度來看，家庭種植產(chǎn)品的出現(xiàn)能夠貼合當前城市居民的食物儲備問題。魚菜共生系統(tǒng)中的產(chǎn)品能夠為食品安全問題提供解決的思路，將兩者結(jié)合，既可以在家吃到新鮮采摘的放心蔬菜，又能夠滿足用戶貼近自然的精神需求。因此，家庭種植產(chǎn)品具有十分可觀的發(fā)展空間。但國內(nèi)外魚菜共生的發(fā)展多以規(guī)?；r(nóng)場為載體，運營模式多樣，以家庭為單位的小型魚菜共生種植機的研究甚少，與其需求程度不匹配。通過對同類型產(chǎn)品的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，家庭種植產(chǎn)品存在操作煩瑣、產(chǎn)量與需求不匹配、智能化水平較低等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品使用黏性不足，用戶體驗不佳。為了提高產(chǎn)品的使用滿意度，結(jié)合產(chǎn)品構(gòu)成，以用戶需求作為觸點，開發(fā)出符合用戶需求的家庭種植機具有一定的理論意義與實踐價值。

1 KANO 模型概述

東京理工大學(xué)學(xué)者狩野紀昭受赫茲伯格雙因素理論的啟發(fā)，于1984 年提出KANO 模型的概念，用以描述產(chǎn)品各項性能與用戶滿意度之間的非線性關(guān)系[2]。在以用戶需求為驅(qū)動的設(shè)計研究中，KANO 模型是一種典型的挖掘用戶需求、合理劃分用戶需求屬性的方法，能夠反映產(chǎn)品功能與用戶滿意度的相關(guān)性[3-4]。KANO 模型將用戶需求分為五個類別：基本型需求（Must-be quality）、期望型需求（One-dimensional quality）、魅力型需求（Attractive quality）、無差異需求（Indifferent quality）、反向需求（Reverse quality）[5]。

在魚菜共生家庭種植機的設(shè)計語言中，基本型需求（M）表示在設(shè)計中必須具備種菜、養(yǎng)魚和用戶所需的實用性功能；期望型需求（O）表示用戶滿意度與功能、方式或相關(guān)服務(wù)的實現(xiàn)呈現(xiàn)線性關(guān)系；魅力型需求（A）表示用戶并不十分期望的功能或服務(wù)，對這些需求項目設(shè)計的前提是不影響產(chǎn)品設(shè)計的目的與意義；無差異需求（I）表示該功能或服務(wù)是否具備都不會影響用戶的使用體驗；反向需求（R）表示該功能或服務(wù)的出現(xiàn)會對用戶的滿意度產(chǎn)生負面影響，在設(shè)計中需要避免。

2 魚菜共生的技術(shù)概述

2.1 系統(tǒng)循環(huán)原理

魚菜共生技術(shù)在家庭種植機中應(yīng)用的循環(huán)原理為：系統(tǒng)從魚缸開始工作，將魚缸中的污物與水一同抽入沉淀池，并進行初步過濾，主要過濾水中的魚糞、飛蟲、魚餌殘渣等固體污物，接下來進入硝化池將水中的氨、氮進行硝化作用，分解成可供植物生長吸收的硝酸鹽，再進行紫外線殺菌后即可進入種植系統(tǒng)供植物生長，經(jīng)過植物根系吸收加之物理過濾后的水中會含有部分雜質(zhì)，還需要過濾，過濾后的凈水即可進入魚缸，完成循環(huán)。這種養(yǎng)殖系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、種植系統(tǒng)三者之間形成的閉路循環(huán)模式，即閉鎖循環(huán)模式。具體工作原理演示，如圖1 所示。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)土壤培育模式與現(xiàn)代水培模式的本質(zhì)區(qū)別是培育基質(zhì)不同。水培是通過特定設(shè)施營造相對封閉、能儲存營養(yǎng)液的環(huán)境，并使根部生長所需的水、肥、氣、熱等條件保持相對穩(wěn)定，將全部或部分根系“浸泡”在營養(yǎng)液中。和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，水培農(nóng)業(yè)為植物創(chuàng)造了相對優(yōu)越的生長條件，規(guī)避了一些氣象災(zāi)害和自然界物種之間的競爭、生物對抗因子等威脅。因此，農(nóng)作物、瓜果蔬菜的生長情況更為良好。然而某些病害、昆蟲的危害依然存在。土壤是一個類生物體，是有生命的，它承載著眾多生物種群繁衍、復(fù)雜生化演替、礦物質(zhì)化學(xué)演變等過程。雖然土壤通過人們的改良已經(jīng)成為作物生長的理想介質(zhì)，但復(fù)雜的“生物群體”，如各種真菌、細菌、放線菌，各種土居昆蟲、軟體動物和病原微生物等，依然對作物生長產(chǎn)生具有一定的影響。植物還可能面對營養(yǎng)虧缺、養(yǎng)分不平衡、物種之間的競爭、病蟲侵蝕等危害，土培與水培的區(qū)別主要體現(xiàn)在四個方面。

2.2.1 生產(chǎn)效率更高

在種植效率和蔬菜的產(chǎn)出效率方面，水培植物都優(yōu)于傳統(tǒng)土培。水培模式下的植物根系不會受到土壤的阻礙，生長速度更快，根系更加發(fā)達，分布多為直線型，能夠更高密度栽培。土培模式下的植物受限于土壤肥沃程度、地形、光照等自然條件的限制，栽培密度較低，根系生長速度較慢，種植產(chǎn)出效率不高。水培模式單位面積產(chǎn)量比土培高二到三倍。傳統(tǒng)土培模式單位面積產(chǎn)量不穩(wěn)定，容易受外在因素的影響。

2.2.2 過程管理便捷

水培模式在管理方面，只需將幼苗定植到設(shè)備內(nèi)，就可以通過設(shè)備將水自動輸送完成循環(huán)。由于沒有土壤，植物根系不易受到細菌腐蝕潰爛，且不會出現(xiàn)雜草，減少病蟲害的發(fā)生，管理過程省時省力。土培模式在管理方面，需要注意土壤肥力是否充足，土質(zhì)是否疏松透氣等，但土壤中可能會夾雜一些雜草籽、蟲害等問題，都需要人為地進行施肥、翻土、除草、除蟲等工作。如果在室內(nèi)種植，操作過程中極易弄臟地板，整個流程十分煩瑣且需要投入大量的精力與時間。

2.2.3 空間利用率高

水培模式下能夠立體化種植。目前無論是規(guī)?；乃噢r(nóng)場，還是園藝化的家用設(shè)備，都充分利用了室內(nèi)縱向空間，同一單位面積下，水培模式的空間利用效率要遠遠高出傳統(tǒng)土培，緩解了種植面積限制的問題。傳統(tǒng)土培無論是在自家菜園還是塑料大棚，大多都在地面單層種植，空間利用效率低下。

2.2.4 節(jié)水率高

水培模式中作物所需的各種營養(yǎng)元素均由人工干預(yù)得以保持平衡。水被循環(huán)利用，相比土培節(jié)水率為50%—70%，節(jié)水效果十分明顯，且能夠保證養(yǎng)分不會損失。土培模式下的養(yǎng)分損失率約為50%，農(nóng)村地區(qū)施肥技術(shù)不高，肥料利用率僅為30%—40%，土壤中肥料流失較多且各種元素損失不同，各元素間難以維持平衡。

魚菜共生的最大優(yōu)勢在于其所具備的天然屬性。系統(tǒng)中，水產(chǎn)養(yǎng)殖的水中含有大量氨氮，由硝化細菌分解成硝酸鹽和亞硝酸鹽，再被植物作為營養(yǎng)物吸收，最后將植物吸收過后的水返還給水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。由于系統(tǒng)生態(tài)循環(huán)的特性，在運行過程中，不能添加任何的化學(xué)肥料與農(nóng)藥，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)失衡。因此，將養(yǎng)魚與蔬菜有機結(jié)合，可以形成可持續(xù)的閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)人與自然的和諧共處。

3 基于KANO 模型的家庭魚菜共生種植產(chǎn)品設(shè)計流程

3.1 用戶定位

城市居民中約有五成人口嘗試過在家培養(yǎng)蔬菜，但大多因為種植經(jīng)驗缺乏、沒有時間管理、場地限制等因素，導(dǎo)致長期培養(yǎng)蔬菜自食的人并不多。因此，在人口密集的中、大型城市中的居民是此次設(shè)計任務(wù)的目標用戶。城市居民中白領(lǐng)、教師、公職人員等人群一般具有較高的教育背景，追求較高的生活品質(zhì)，關(guān)注健康問題，愿意為生活投資。根據(jù)年齡劃分，30—50 歲的中青年人群既具有較強的購買力，又注重健康與養(yǎng)生問題。綜上原因，最終確定年齡在30 至50 歲之間的白領(lǐng)、教師、公職人員等城市居民為家庭種植產(chǎn)品的目標用戶。

3.2 魚菜共生家庭種植機的需求獲取

不同的用戶對同一產(chǎn)品有著不同的需求，為了分析目標用戶對家庭種植機的需求，需通過KANO 模型分析產(chǎn)品的功能屬性。從用戶對家庭種植產(chǎn)品的外觀需求、功能需求、和其他需求三個方面進行展開，涵蓋了外形、功能、模式、控制、反饋與配套服務(wù)等方面，在種植機與魚菜共生系統(tǒng)中細化出17 個重點需求，共同構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化、層次化的家庭種植機需求模型，如圖2 所示。

圖2 種植機需求模型

3.3 KANO 問卷調(diào)研

利用KANO 模型，針對某產(chǎn)品的某個功能或某種服務(wù)，使用問卷調(diào)研方法，收集用戶使用某產(chǎn)品的用戶體驗和滿意度。根據(jù)用戶對于有或無該項需求時的態(tài)度，給出1—5 分的評價。其中1 分表示很不喜歡，2 分表示勉強接受，3 分表示無所謂，4 分表示應(yīng)該如此，5 分表示非常喜歡。然后根據(jù)問卷結(jié)果對需求項進行KANO 類別的歸類，從而劃分用戶需求的先后等級和重要度。用戶意見獲取的過程采用問卷調(diào)研法，用戶根據(jù)問題選擇分值，表達對應(yīng)的態(tài)度。將問卷進行無差別發(fā)放500 份，回收有效問卷426 份。在有效問卷中篩選出同時符合城市常住人口、大專以上學(xué)歷、年收入穩(wěn)定等自然屬性條件的作為目標用戶，共有260 份。

3.4 KANO 問卷結(jié)果計算與屬性劃分

公式中的A、O、M、I、R分別代表魅力型需求、期望型需求、必要型需求、無差異型需求和反向型需求[6]。將問卷中的數(shù)據(jù)分別采用SPSSAU 計算，并計算該功能需求的滿意度系數(shù)和不滿意度系數(shù)[7]，其計算公式如下。

當該需求項得到滿足時：

當該需求項沒有得到滿足時：

根據(jù)有效問卷數(shù)據(jù)，對各需求項進行計算劃分，然后分別計算Better-Worse系數(shù)后，匯總?cè)绫? 所示。

表1 KANO 問卷數(shù)據(jù)匯總

EI表示各需求項的影響力系數(shù)。SI值表示滿足該需求時用戶的滿意程度，SI值越大說明該需求功能的實現(xiàn)對用戶的滿意程度影響越大，DSI值表示滿足該需求時用戶的滿意程度，其中DSI值越小說明該功能未實現(xiàn)對用戶的滿意度影響程度越大。計算各功能的影響力系數(shù)EI，公式如下：

按照EI值的大小可得到各個功能實現(xiàn)的順序優(yōu)先級，如表3所示。

通過影響力系數(shù)，可以按照“基本型＞期望型＞魅力型＞無差異型”的順序進行產(chǎn)品功能的優(yōu)先級排序。其中基本性需求、魅力型需求和期望型需求是設(shè)計的主要方向。無差異型屬性中的產(chǎn)品材質(zhì)、單種模式、水流速度，對用戶的滿意度不產(chǎn)生影響，所以在此次設(shè)計中進行舍棄。根據(jù)表3 中各個功能的影響力進行排序，對比同一屬性內(nèi)，需求項目的優(yōu)先級排序如下：（1）基本型需求：節(jié)省空間＞養(yǎng)魚＞種菜＞混種＞尺寸；（2）期望型需求：顏色＞造型＞環(huán)境信息＞光照時長＞控溫＞水質(zhì)信息；（3）魅力型需求：交流＞配送＞訂購。

表2 需求項影響力系數(shù)表

產(chǎn)品的基本屬性旨在滿足用戶使用該產(chǎn)品的基本需求，如若此需求缺失，用戶的滿意度將會大大降低。因此，在家庭魚菜共生種植機的設(shè)計中，產(chǎn)品尺寸、種菜、養(yǎng)魚、混合種植模式和節(jié)省空間是不可或缺的需求。基于市場調(diào)查，現(xiàn)有家庭種植產(chǎn)品基本可滿足該類需求。

期望屬性與用戶滿意度正相關(guān)，即需求滿足越多，用戶滿意度越高。根據(jù)KANO 問卷結(jié)果可知，產(chǎn)品造型、顏色、控溫、光照時長、水質(zhì)信息、環(huán)境信息屬于期望型需求，其中產(chǎn)品造型與顏色屬于審美需求，需要根據(jù)用戶群體的審美特征進行設(shè)計。溫度控制與光照控制在水族箱與種植機中都已經(jīng)分別實現(xiàn)。水質(zhì)監(jiān)測與環(huán)境信息在目前尚未形成完整的集成系統(tǒng)，需要對其具體內(nèi)容與所需技術(shù)手段進行分析整合。

魅力屬性需求若得不到滿足，不會對原有滿意度產(chǎn)生負面影響，若滿足，用戶滿意度將會得到大幅度提升。因此，在設(shè)計過程中，魅力屬性需求也需要作為設(shè)計要點進行重點關(guān)注。根據(jù)需求分類，線上訂購、產(chǎn)品配送、分享交流屬于魅力屬性需求，目前市場上對產(chǎn)品線上訂購及線下配套產(chǎn)品（蔬菜、種植袋、觀賞魚、餌料、濾材等）的挑選與配送的服務(wù)流程不夠完善，需對其運營模式信息進行優(yōu)化。此外，用戶之間的分享交流也是完善產(chǎn)品服務(wù)、提升滿意系數(shù)、優(yōu)化用戶體驗的重要手段。

3.5 設(shè)計策略

根據(jù)需求屬性與需求排序，在基本型需求中，各項需求排序為：節(jié)省空間＞養(yǎng)魚＞種菜＞混種＞尺寸。種菜與養(yǎng)魚的實現(xiàn)需要依托魚菜共生技術(shù)，在滿足種菜養(yǎng)魚的基本需求的同時，需要采用垂直化或模塊化提高種植數(shù)量，減少空間使用?；旌戏N植對于技術(shù)條件具有一定要求，需要整合各種蔬菜的生長條件，滿足多種蔬菜同時種植。

期望型需求中，各需求項的排序為：顏色＞造型＞環(huán)境信息＞光照時長＞控溫＞水質(zhì)信息。期望型需求滿足數(shù)量越多，用戶滿意度越高。因此，該類屬性下的需求項目都需要滿足，在產(chǎn)品造型與配色方面需符合用戶群體的審美特征，以體現(xiàn)品質(zhì)感的現(xiàn)代設(shè)計風(fēng)格為主。環(huán)境信息反饋、光照控制、水溫控制、水質(zhì)信息監(jiān)測功能在系統(tǒng)運作過程中都起著重要作用，需根據(jù)魚類與植物的生長條件、檢測儀、傳感器等技術(shù)設(shè)備實現(xiàn)。系統(tǒng)運行條件，如表3 所示。

表3 系統(tǒng)運行參數(shù)

魅力型需求的滿足能夠大幅度提升用戶的滿意度，其中交流＞配送＞訂購。在產(chǎn)品服務(wù)方面，以APP 的方式提供用戶線上交流分享，線下需要滿足產(chǎn)品與蔬菜的配送服務(wù)，具體策略是在每個城市社區(qū)設(shè)定服務(wù)站點，負責線下日常配送、零售等配套服務(wù)措施。

4 家庭魚菜共生種植產(chǎn)品設(shè)計實踐

4.1 方案設(shè)計

根據(jù)各項需求對設(shè)計進行定位，由于用戶“節(jié)省空間”的需求程度最高，整體方案采用空間利用率最高的垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠最大程度的節(jié)省占地面積。按照養(yǎng)魚種菜的需求可將魚菜種類進行細化，最終以葉菜類與觀賞魚為主要種類，其中葉菜類的種植需滿足“混合種植”需求，對此采用在每一層裝配單獨的傳感器與控制器的方法，負責單獨監(jiān)測控制，達到混合種植的目的。由于城市住房面積較小，產(chǎn)品主要應(yīng)用場景為城市住宅的陽臺或客廳，尺寸方面與常規(guī)家用電器的體量相近。同時，產(chǎn)品的配色與造型決定了產(chǎn)品外觀是否符合用戶的審美需求，在產(chǎn)品造型與配色方面需符合用戶群體的審美特征，根據(jù)當前主流的室內(nèi)裝修風(fēng)格，產(chǎn)品造型采用以立方體為基本形態(tài)，整體以簡約質(zhì)感的現(xiàn)代設(shè)計風(fēng)格為主；色彩方面以大面積中性灰為主，搭配藍色與原木紋作為配色，凸顯產(chǎn)品的風(fēng)格特征。系統(tǒng)環(huán)境信息（空氣溫度、濕度、光線強度）、運行信息（運行狀態(tài)、水溫、水位等）、水質(zhì)情況（Ph 值、氨氮濃度、溶氧量等）通過傳感器集中在交互界面中進行顯示與實時反饋，用戶也可以通過APP 進行查看并調(diào)整。分享交流能夠有效激發(fā)用戶的表現(xiàn)欲，線上平臺的設(shè)定能夠滿足用戶與其他相同愛好者分享自己的種植、飼養(yǎng)成果，交流種植經(jīng)驗、食譜與使用體驗。訂購與配送屬于同一服務(wù)體系，用戶能夠在平臺挑選產(chǎn)品、新鮮蔬菜、種植包、觀賞魚、魚餌等所需材料，并且享受線下配送服務(wù)，提升用戶的使用體驗。

家庭魚菜共生種植產(chǎn)品的設(shè)計以功能實現(xiàn)為導(dǎo)向，重點在于確定產(chǎn)品的構(gòu)成形式、功能實現(xiàn)方式，以及給排水設(shè)計，從而進行發(fā)散思維與草圖繪制。將種植區(qū)引入基質(zhì)培養(yǎng)模式，并上置于頂端兩層，過濾區(qū)與水培模式結(jié)合處于中間位置，養(yǎng)殖區(qū)落地下置，優(yōu)勢在于可以減少管道布置的長度，過濾區(qū)方便隨時查看，有助于產(chǎn)品維護，如圖3 所示。

圖3 初步設(shè)計方案

4.2 方案優(yōu)化

對上述方案進行迭代改進，經(jīng)調(diào)研用戶對于基質(zhì)培養(yǎng)的蔬菜期望程度不高，且生長周期是普通葉菜類的3—5 倍，表明魚菜共生系種植機中不適合基質(zhì)培養(yǎng)模式，將該模式舍棄全部替換為水培。將過濾系統(tǒng)下置入箱，達到完全隱藏的效果，同時設(shè)置污物抽屜便于用戶清理。新增補光燈設(shè)計，解決室內(nèi)陽光不充足的問題，最終設(shè)計方案，如圖4 所示。

圖4 方案最終效果

產(chǎn)品最終方案滿足用戶期望屬性與魅力屬性的重要需求主要體現(xiàn)在：產(chǎn)品設(shè)計風(fēng)格符合用戶群體的審美需求，相比于市場現(xiàn)有的種植機，產(chǎn)品風(fēng)格與室內(nèi)環(huán)境更加融合，操作控制與相關(guān)反饋更加完整、直觀。用戶能夠在線上分享過程、果實與食譜等成果，并享受產(chǎn)品相關(guān)的配套服務(wù)，增強產(chǎn)品的使用黏性，一定程度上提升了用戶的使用頻率，產(chǎn)品從功能性、審美性、服務(wù)性等方面也綜合提升了家庭種植機的使用體驗。

5 結(jié)論

文章首先通過KANO 模型對用戶需求進行屬性劃分，并采用Better-Worse分析計算各需求項的相對權(quán)重，從而對用戶需求進行重要程度排序。并分析了產(chǎn)品所需的技術(shù)條件與實現(xiàn)手段，根據(jù)其重要度進行設(shè)計實踐，解決了家庭種植產(chǎn)品設(shè)計中定位不明確、使用黏性不高、用戶滿意度較低等問題。以此彌補城市居民的自然感缺失，為緩解食品安全問題開拓了思路，也為實用性家庭種植產(chǎn)品的設(shè)計提供了參考。