李曉英 何潤豐

關鍵詞：移位輔助器械 用戶需求 產(chǎn)品設計 分析型Kano QFD TRIZ理論

引言

目前，我國老年人群體、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，未來針對該類人群的護理服務工作強度高、難度大。下肢殘障人因各類疾病導致下肢活動障礙或長期臥床，在日常活動中需要頻繁移位，而對于照護家屬來說重復性的輔助移位會增加照護者的負擔，存在操作復雜、效率低以及因操作不當導致的二次傷害等問題[1]。如何合理解決家用場景中下肢殘障人移位障礙問題，挖掘用戶需求，提升用戶體驗成為亟待解決的問題。

目前國內外對于移位輔助器械的設計研究在人機工程、機械結構、機電一體化等方面已取得一定成果，如曾曦[2]等運用行為觀察法研究了老年患者與移位病床之間的人機關系，以用戶行為及生理特點為切入點對移位病床的形態(tài)與結構進行了創(chuàng)新性設計。劉華[3]等運用ANSYS有限元仿真分析了移位過程中人體受力情況，運用Adams/View軟件對設備結構進行優(yōu)化設計，提高了用戶舒適度。Grindle[4]等開發(fā)設計了一種可輔助移位的助行器，通過附加的機械臂可實現(xiàn)對用戶的多角度移位。由于下肢殘障人的人群特殊性，在設計時應關注其多元化需求，把握設計重點，上述研究雖在一定程度上解決了用戶移位障礙的問題，但對使用環(huán)境和條件有較大限制，且缺乏對用戶需求的研究，難以把握用戶不同需求的重要程度和優(yōu)先級，易使產(chǎn)品設計重點出現(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，在方案設計部分結合質量屋、TRIZ理論推導得到解決方案，為家用場景下的下肢殘障人移位輔助器械設計提供新的思路，提升用戶體驗。

一、相關研究方法概述

（一）分析型Kano概述

產(chǎn)品開發(fā)面臨的關鍵挑戰(zhàn)是如何對用戶需求進行有效分析，從而為提升用戶體驗提供決策支持。受赫茲伯格雙因素理論影響，日本質量管理學家Noriaki Kano提出Kano模型概念，將用戶需求分類、篩選以幫助獲得設計決策和設計方向。傳統(tǒng)Kano模型本質屬于定性分析，其分類準則相對主觀，缺乏定量分析導致無法確定同一分類中不同質量因素的優(yōu)先級，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-績效分析法（Importance-Performance Analysis，IPA）相結合的用戶研究方法，能篩選出有利于提高用戶滿意度邊際效應的質量要素，被廣泛應用在服務設計領域[6]。通過增加重要度評價指標，利用二維坐標圖實現(xiàn)對用戶需求客觀分類和定量分析，并計算其重要程度和優(yōu)先級，進而獲得客觀、有效的產(chǎn)品設計決策。

（二）QFD概述

QFD即質量功能展開，其主要作用是根據(jù)用戶需求確定產(chǎn)品痛點，明確設計優(yōu)先考慮要素及各個次要素與最終計算綜合值的關系，并將其轉換為設計的有利信息[7]。質量屋是QFD的重要工具，可以分析產(chǎn)品技術方案與用戶需求之間的關聯(lián)度及其相關關系強弱。將分析型Kano與QFD相結合，能實現(xiàn)用戶需求到產(chǎn)品技術語言的轉換。

（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)新是要解決設計中的矛盾，而不是通過折中處理去平衡矛盾[8]。阿奇舒勒研究團隊在分析了近250萬份發(fā)明專利后，總結了技術發(fā)展進化遵循的規(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)品設計問題轉化為物理矛盾和技術矛盾，通過TRIZ中的已知模式進行矛盾化解[9]。在產(chǎn)品概念設計階段將質量屋于TRIZ相結合既能分析問題，又能解決關鍵技術難題，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

通過網(wǎng)絡收集、用戶訪談整理出移位輔助器械產(chǎn)品需求要素共計28項，根據(jù)產(chǎn)品質量特性評價維度分為5類：物質、功能、結構、經(jīng)濟以及生理等特性維度。選定1位護理專家、5位下肢殘障人用戶以及3位產(chǎn)品設計師作為征詢對象，運用德爾菲法中的指數(shù)法進行產(chǎn)品需求要素重要程度篩選。設通過篩選的重要度閾值為50，通過閾值的要素被選定為主要研究指標，未通過的說明其重要程度較低，可暫不考慮。經(jīng)計算，有22項產(chǎn)品需求要素通過閾值，將其記作cm。產(chǎn)品需求要素層級表如表1。

（二）分析型Kano指標設計

設計分析型Kano調查問卷，問卷共分為三部分，第一部分為調查對象個人基本信息，第二部分為調查對象對產(chǎn)品需求要素的正負選項評價，第三部分為調查對象對產(chǎn)品需求要素的重要度評價。

針對問卷第二部分設計，Matzler[10]等在研究中指出，用戶對某項指標表示肯定相較于否定會更加強烈，因此應該對正負選項采取不對稱賦值，以保證問卷調查的科學性和客觀性。將調查對象n正向選項的評價記作xmn，負向選項的評價記作ymn。正負選項賦值表如表2。

調查對象n在完成第二部分后，進入問卷第三部分對產(chǎn)品需求要素重要度進行評價，按0到1進行打分。將調查對象n對各項需求要素cm的重要度評價記作zmn。重要度評價賦值表如表3。

將調查對象總量記為N，調查對象n對每項需求要素cm的正向評價平均分記作，負向評價平均分記作。若或出現(xiàn)負值，則表示為逆向需求或是回答有誤，不計算在平均值內。則有：

由Kano模型質量分類標準可知：魅力型需求（A）是指當產(chǎn)品具備該要素時能極大提高用戶滿意度，當不具備時不會讓用戶產(chǎn)生不滿；期望型需求（O）是指當產(chǎn)品具備該要素時會讓用戶滿意，當不具備時會讓用戶不滿；必備型需求（M）是指當產(chǎn)品具備該要素時用戶的滿意度仍在較低水平，當不具備時，用戶滿意度會大幅下降；漠然型需求（I）是指代表用戶不關注的需求要素，無論產(chǎn)品是否具備，都不會讓用戶產(chǎn)生滿意或不滿。由此可得出基于正負向評價的用戶需求分類表，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個象限，Ⅰ象限為“保持績效”區(qū)，表示用戶對該區(qū)內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“過度滿意”區(qū)，表示用戶對該區(qū)內需求要素的滿意度較高，但認為其重要性不強。Ⅲ象限為“低價值”區(qū)，表示該區(qū)內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)內的需求要素不會提高用戶滿意度，但重要性很高，屬于產(chǎn)品設計中必不可少的要素。

（三）產(chǎn)品需求要素決策指標設計

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

由上式可知，當αm一定時，Km和為正比關系，即表示，若用戶認為某項需求要素的重要度更高，則應優(yōu)先考慮該要素；當一定時，Km和αm為反比關系，即表示，若用戶對某項需求要素的滿意度越高，則無需在該要素上投入更多關注。

（四）用戶需求調查結果統(tǒng)計

前往武漢市洪山區(qū)各社區(qū)統(tǒng)計下肢殘障人數(shù)量及生活情況，調查對象包括下肢殘疾人和失能老人，從中隨機抽取100名發(fā)放紙面調查問卷，回收問卷共計91份，有效回收率為91%。統(tǒng)計問卷調查結果，計算出調查對象的正負向問題平均評價、，形成需求屬性分類散點圖，如圖2。結合問卷二、三部分，計算出各項需求要素的重要度、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和重要度等指標計算結果，每項產(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“保持績效”區(qū)，說明應對產(chǎn)品輕量化、萬向轉向、坐臥姿勢轉換、可折疊、材料耐用等要素保持關注；c4、c15、c17處于Ⅱ象限，即“過度滿意”區(qū)，說明雖然造型美觀、模塊化設計和簡化結構可以提升用戶滿意度，但用戶并不認為這些特性很重要，因此應適當降低其優(yōu)先級；c7、c8、c13、c14、c20處于Ⅲ象限，即“低價值”區(qū)，其中c8、c13、c20屬于漠然型需求，說明用戶認為這些要素無關緊要；c1 、c2、c3、c11、c12、c19、c21、c22處于Ⅳ象限，即“優(yōu)先提升”區(qū)，說明用戶認為材料可靠、防滑、操作便捷、結構穩(wěn)定、使用壽命長、符合人機工程等要素的重要程度很高，應優(yōu)先提升和改善。

綜上可知，產(chǎn)品需求要素優(yōu)先級順序應該為Ⅳ象限>Ⅰ象限>Ⅱ象限>Ⅲ象限，對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。具體優(yōu)先級決策結果如表6。其中c8、c13、c15、c17、c20的優(yōu)先級較低，可暫不考慮，提取剩余17項需求要素進行后續(xù)分析。因此，在產(chǎn)品設計屬性決策時應綜合各項指標，為后續(xù)方案設計提供方向。

三、基于QFD的用戶需求轉換

根據(jù)用戶需求，將產(chǎn)品需求要素優(yōu)先度轉化為產(chǎn)品特性權重，以便把握設計中的關鍵性措施進行針對性設計。根據(jù)產(chǎn)品需求要素推導出相應的產(chǎn)品特性，采用3級制對兩者之間的關聯(lián)度進行打分，5分表示強相關，3分表示一般相關，1分表示弱相關，生成關聯(lián)矩陣，構建下肢殘障人移位輔助器械“用戶需求-產(chǎn)品特性”一級質量屋，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、整體穩(wěn)定性的權重最高，說明在移位輔助器械設計開發(fā)中安全性和穩(wěn)定性是首要的，其次應選擇合適的材料，為產(chǎn)品功能和結構提供支撐，再次應關注用戶舒適度、操作性、易用性以及功能配置等特性，提升用戶積極體驗，最后再對產(chǎn)品外觀和造型進行設計。根據(jù)“用戶需求-產(chǎn)品特性”一級質量屋，整理出相應的技術方案。通過評估技術方案與產(chǎn)品特性間的關系，構建 “產(chǎn)品特性-技術方案”二級質量屋，如圖5。

四、基于TRIZ理論的矛盾分析

質量屋“屋頂”即自相關矩陣，表示產(chǎn)品技術方案之間的相互關系，“+”表示正相關關系，即一個技術方案的改進會促成另一技術方案獲得優(yōu)化；“-”表示負相關關系，即一個技術方案的改進會導致另一技術方案惡化；空白則表示兩者無相關性或相關性不明顯。

通過圖5中的自相關矩陣可知，系統(tǒng)中存在負相關性的有：承重性材料與輕量化、摩擦力大與活動靈敏、可調節(jié)結構與穩(wěn)定型結構、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，但會導致其自身質量增加，從而形成與輕量化設計之間的物理矛盾；矛盾二，增大摩擦力可提升產(chǎn)品的防滑性、穩(wěn)定性，但會與產(chǎn)品的靈活性形成物理矛盾；矛盾三，可調節(jié)結構可以提高產(chǎn)品可操控性，但穩(wěn)定性結構又需要產(chǎn)品結構牢固穩(wěn)定，從而形成技術矛盾；矛盾四，空間尺寸大可增大用戶可達域，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。

對于物理矛盾，可采用分離原理對應的40個發(fā)明原理求解；對于技術矛盾，可將技術問題分解為39個通用工程參數(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、方案設計

根據(jù)上述分析可知，針對下肢殘障人的家用移位輔助器械應具有安全性高、操作便捷、功能實用、舒適度高等特點。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行一體化設計，不僅能降低產(chǎn)品對于使用環(huán)境的限制，不占用過多活動空間，提升效率，還能提高產(chǎn)品所需性能。結合用戶需求分析與解決方案分析結果進行產(chǎn)品創(chuàng)意構思，得到設計方案，方案三維效果圖如圖6所示。使用場景圖如圖7所示。

產(chǎn)品以輪椅為主體，擁有兩個主要使用模式：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，產(chǎn)品的座椅部分會與底座分離滑動到床上，協(xié)助用戶完成移位，如圖7。這樣的設計可以滿足用戶多方位需求，而無需依靠人力或額外使用移位機來達到行動目的，在提高用戶生活自理程度的同時，滿足了用戶對移位輔助器械的多元化需求。產(chǎn)品細節(jié)部分參考“產(chǎn)品特性-技術方案”二級質量屋從以下方面進行設計：

（一）產(chǎn)品材料：產(chǎn)品結構部分主要使用鋁合金、碳纖維復合材料，在保障承重性的同時，提升產(chǎn)品輕便性，滿足了用戶對產(chǎn)品材料可靠性、穩(wěn)定性以及輕量化的需求，同時合金、復合材料更加耐用，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)品結構：產(chǎn)品主要結構由可調節(jié)支架和連接支撐件組成，在支撐件內部使用液壓升降桿可使坐墊部分抬高或降低來幫助用戶轉換坐臥姿勢以及進行不同高度的移位，滿足了可調節(jié)、坐臥姿勢轉換等用戶需求；產(chǎn)品前輪為萬向輪，使得產(chǎn)品能在狹窄的空間內靈活移動；產(chǎn)品可調節(jié)部分均設計了鎖止限位，以保障使用時的穩(wěn)定性和安全性。

（三）產(chǎn)品功能：產(chǎn)品的驅動方式為電力驅動，不僅操作便捷省力，還能提高效率，通過扶手處控制桿和按鈕就能獨立完成基本活動，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，當監(jiān)測到障礙物、路面濕滑、失衡等危險狀況時能做出減速、避讓、報警等反應，保障用戶安全。

（四）產(chǎn)品舒適性：由于目標用戶下肢缺少運動能力，導致上肢活動量增多，因此產(chǎn)品坐墊部分的設計依據(jù)人機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，保證用戶的活動空間，提高舒適度。

結論

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和優(yōu)先級的問題，本文提出了將分析型Kano模型與質量屋、TRIZ理論相結合的多理論創(chuàng)新產(chǎn)品設計流程，以家用移位輔助輪椅為設計案例進行了驗證，表明了該設計流程對用戶需求分析的有效性，并應用在移位輔助器械的設計中。首先，基于分析型Kano模型的用戶需求定量分析，能對產(chǎn)品需求因素進行分類和優(yōu)先級排序，把握用戶需求重點。其次，結合質量屋和TRIZ矛盾分析工具，實現(xiàn)了用戶需求到技術方案的轉換，獲得了可行的解決方案。最后，通過設計實踐解決目標用戶實際問題，為同類產(chǎn)品設計研究提供參考。在后續(xù)將從產(chǎn)品智能化和健康狀況監(jiān)測評估等方面進行深入研究。