薛子安 龔海健 袁士東

摘要：在目前疫情放開管控的背景前提下，為增強人們的消毒意識，減小病毒感染風險，針對手持式紫外消毒燈進行研究及設計。以用戶需求為基礎，利用KJ法歸納總結用戶需求，利用FAHP模型量化用戶需求并計算權重，利用FBS模型將需求轉化為具體的產(chǎn)品結構，接著根據(jù)轉化結果進行手持式紫外消毒燈的方案設計，最后運用VIKOR法進行評價得出最佳方案。通過實踐可知，利用綜合模型將用戶需求進行分級、量化與功能結構轉化，有助于使設計更符合用戶的實際需求，也能使設計的可實現(xiàn)性更強。

關鍵詞：KJ法；FAHP模型；FBS模型；VIKOR法；手持式消毒燈

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）07-0120-05

Abstract：In the context of the current open control of the epidemic situation，in order to improve peoples disinfection awareness and reduce the risk of virus infection，the hand-held ultraviolet disinfection lamp was studied and designed. Based on user demand，summarize user demand by KJ method，quantify user demand by FAHP model and calculate weight，convert demand into specific product structure by FBS model，then design hand-held ultraviolet disinfection lamp scheme according to conversion results，and finally evaluate the best scheme by VIKOR method. It can be seen from practice that using comprehensive model to classify，quantify and transform user demand into functional structure will help to make the design more suitable for the actual needs of users and make the design more achievable.

Keywords：KJ method；FAHP model；FBS model；VIKOR method；Hand-held disinfection lamp

引言

在疫情防控實施常態(tài)化、開放性管理的社會背景下，人們對公共衛(wèi)生和個人防護的意識愈發(fā)強烈，各類消毒產(chǎn)品在日常疫情防控中發(fā)揮著重要作用。隨著人們在日常生活中需求的不斷增多，引起了越來越多業(yè)界和學界對消毒產(chǎn)品的關注和探索。

一、消毒產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

吳安怡等[1]對HID理論和消毒產(chǎn)品的相關理論的文獻梳理，討論了以HID理論為基礎的消毒產(chǎn)品設計開發(fā)方向，并對其加以分析和評論。張莉等[2]根據(jù)中老年人疫情后購物習慣的變化，對便攜購物車進行了創(chuàng)造性設計，增加了紫外線消毒和臭氧消毒功能。黃瑤婷等[3]針對洗手消毒液不便攜帶、出液量不可控，按壓困難等問題，運用無意識設計理論，通過方案構建與造型迭代設計了便攜式顆粒狀洗手消毒產(chǎn)品。董良等[4]運用感性工學方法，對手持式消毒產(chǎn)品的感性意象與造型元素建構了映射關系，厘清了影響產(chǎn)品感性意象的關鍵造型元素，并進行設計優(yōu)化。王浩羽等[5]基于現(xiàn)有的消毒思想和理念，從方法和形式上進行改良，將便攜和智能可控的理念融入噴霧式消毒器械中。許倩倩等[6]為解決自動扶梯存在傳統(tǒng)人工消毒耗時耗力、消毒不全面等問題，通過用戶評價法、PUGH矩陣選擇法對自動扶梯消毒產(chǎn)品進行了創(chuàng)新設計。

從以上文獻研究可知，構建科學的模型進行需求分析與產(chǎn)品設計，能夠在有效解決社會需求的同時，還能使產(chǎn)品研發(fā)具有一定的價值以及可實現(xiàn)性。從設計學角度出發(fā)，國內(nèi)學者通常運用KJ、KANO、FAHP/AHP、QFD等模型進行有邏輯性、科學性的產(chǎn)品設計研究。

周俊杰等[7]為了在產(chǎn)品開發(fā)中提供更加可行有效的產(chǎn)品決策方案，提出質(zhì)量功能展開（QDF）與正交試驗設計（QDF）的集成模型，并將此模型應用于醫(yī)療消毒產(chǎn)品開發(fā)實例中。陳晨等[8]集成了SET、KJ、FAHP、QFD 4種方法，對核酸采集現(xiàn)場服務機器人進行研究及設計。李翠玉等[9]通過集成了SET與FAHP兩種方法，深度挖掘用戶的真實需求，并將其與產(chǎn)品功能設計相互映射，對深紫外線殺菌器進行了創(chuàng)新設計。王志愿等[10]提出了一種基于熵權與VIKOR對設計方案進行評價與優(yōu)選的方法，并通過家用凈化消毒產(chǎn)品的設計方案評價為例，進行了驗證計算。

綜合上述所有文獻，首先，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學者在進行研究時都集成了兩種及以上的方法，這說明單一的理論指導研究存在一定的局限性，想要解決用戶需求與工程特性之間的矛盾，實現(xiàn)感性思維向理性設計的轉換就需要合理地將傳統(tǒng)方法進行科學融合，運用綜合模型對產(chǎn)品進行創(chuàng)新研究。其次，從消毒方式上還可以發(fā)現(xiàn)，當下人們對化學消毒產(chǎn)品較為偏愛，而對于紫外線消毒產(chǎn)品認識不足。因此，本文基于用戶需求將KJ/FAHP/FBS方法相集成，并結合VIKOR評價對手持式紫外消毒燈進行設計，使產(chǎn)品不僅具備應有的功能，還兼具幫助人們適應新的世界環(huán)境的能力，從而改善了人們對紫外線消毒產(chǎn)品的印象，提升競爭力。

二、研究框架

本研究將KJ/FAHP/FBS模型集成，進行用戶真實需求的優(yōu)先級排序和功能結構的轉化，同時以VIKOR法作為方案選取的評價手段，通過定性與定量相結合的研究方法，對手持式紫外消毒燈進行設計研究。圖1為研究框架圖，其所涉及的研究內(nèi)容及步驟為：

（一）用戶需求挖掘與排序。首先，運用KJ法歸納總結用戶需求，通過問卷調(diào)查、用戶訪談的方式對消費者進行需求調(diào)研，將得到的結果進行分類，得到針對手持式紫外消毒燈設計需求的親和圖。其次，利用FAHP模型量化用戶需求并計算權重，根據(jù)KJ法得到的親和圖構建相應的FAHP層次結構，對其進行打分后構建判斷矩陣計算出權重并進行優(yōu)先級排序。

（二）用戶需求-功能-結構轉化。在得到手持式紫外消毒燈的用戶需求優(yōu)先級排序后，接下來便是將其轉化為可以滿足用戶需求的產(chǎn)品。通過FBS模型，利用功能-行為-結構的映射，對產(chǎn)品結構進行拆分細化，得到預期產(chǎn)品應有的結構，并根據(jù)相應的結構進行產(chǎn)品設計形成多個初步設計方案。

（三）VIKOR法選取最佳方案。建立相應的評價指標對各個初步方案進行打分，計算群體效用值與個別遺憾值，通過最大化群體效益和最小化個體損失得到方案各屬性互相讓步的折中妥協(xié)解，從而確定最佳的產(chǎn)品設計方案。

（四）方案細化及實物制作。根據(jù)VIKOR法所最終所選取的方案進行細化后，輸出加工圖紙外發(fā)加工，完成實物的制作與裝配。

三、用戶需求挖掘與排序

（一）基于KJ法的用戶需求分析

KJ分析法又稱為親和圖法，于1964年由川喜田二郎提出，區(qū)別于傳統(tǒng)統(tǒng)計方法，KJ 法是建立在事實的基礎上針對某一問題，收集、整合資料并抓任實質(zhì)找出解決問題的途徑的一種方法。目前，KJ法已廣泛運用于統(tǒng)計學、管理學、醫(yī)學、設計學等學科，在產(chǎn)品設計和產(chǎn)品開發(fā)階段KJ法可以進行信息的歸納和整合，使產(chǎn)品最終能夠最大限度地滿足消費者需求。

本研究以手持式紫外消毒燈為設計對象，為對用戶需求進行挖掘，首先以問卷調(diào)查的方式初步調(diào)研，接著以用戶訪談的方式對不同職業(yè)、不同年齡層次、不同性別的20位消費者進行訪談及行為觀察，來挖掘隱藏在問卷數(shù)據(jù)下的潛在需求，調(diào)研需求結果如下：

（1）操作人性化：使用方式簡潔易懂，上手速度快。

（2）功能布局合理：符合人們的使用習慣。

（3）人機尺寸合理：使用舒適，符合人機尺寸。

（4）計時提醒：希望產(chǎn)品有提醒功能。

（5）多種物品消殺：能對不同類別、尺寸、材質(zhì)的物品進行消殺。

（6）消殺效率高：消殺效率高、時間短，長時間握持容易造成手部疲勞。

（7）消殺面積大：消殺的面積能更大更廣。

（8）可收納便攜：不使用時能夠后折疊收納，減少不必要的空間。

（9）材料觸感舒適：表面質(zhì)感好，握持在手中不會劃傷手。

（10）材料抗壓防摔：產(chǎn)品堅固、不易摔壞，大部分用戶擔心該類手持產(chǎn)品從手中跌落后造成無法修復的損傷。

（11）造型簡約時尚：產(chǎn)品造型簡潔、美觀、大方。

（12）注重使用環(huán)境的和諧：產(chǎn)品的外觀、使用功能要與周圍環(huán)境和諧，讓人使用起來自然。

（13）購置成本低：希望購買價格在可接受范圍內(nèi)。

（14）使用過程能耗低：希望產(chǎn)品耗電較低，使用時間長。

（15）供電方式通用：接口通用，可使用通用的線充電。

（16）使用安全無害：希望在使用的過程中避免短波紫外對人體（皮膚、眼球等）的直射，而造成不可逆的傷害。

（17）防止兒童誤觸：對于兒童需要有童鎖的功能，避免兒童因好奇誤操作而導致的不可逆損傷。

（18）實用、穩(wěn)定、不易損壞：希望產(chǎn)品的實用性好，使用時質(zhì)量穩(wěn)定性好，壽命長，不輕易短路或損壞。

利用KJ法對調(diào)研得出的用戶需求進行整理并做出細致劃分，整合得出如圖2所示的KJ親和圖。針對手持式紫外消毒燈設計，其一級需求為幫助用戶在生活中便捷地進行日常消殺；二級需求分別是造型結構，消殺與功能，使用與體驗，實用耐久，安全規(guī)范；在造型結構下分有4個三級需求：材料觸感舒適，注重使用環(huán)境的和諧，造型簡約時尚，可收納便攜；在消殺與功能下分有4個三級需求：消殺面積大，消殺效率高，多種物品消殺，計時提醒；在使用與體驗下分有4個三級需求：人機尺寸合理，操作人性化，功能布局合理，供電方式通用；在實用耐久下分有4個三級需求：使用過程能耗低，材料抗壓防摔，實用、穩(wěn)定、不易損壞，購置成本低；在安全規(guī)范下分有兩個三級需求：使用安全無害，防止兒童誤觸。

（二）基于FAHP的用戶需求量化

AHP層次分析法是在定性分析的基礎上進行定量分析，將兩者結合以提出系統(tǒng)分析的辦法，但此方法易受極值的影響，層次關系的建立易趨于主觀。因此，學者們在AHP層次分析法的基礎上提出了FAHP模糊層次分析法，F(xiàn)AHP模糊層次分析法是一種將定性和定量分析相結合的多準則決策方法[11]，改進了傳統(tǒng)層次分析法存在的問題，提高了決策可靠性。

根據(jù)上文所劃分整合的用戶需求構建FAHP層次分析模型，手持式紫外消毒燈層次分析模型圖如圖3所示。

在完成手持式紫外消毒燈的FAHP模型構架后，設計問卷進行專家問卷調(diào)查，對歸屬于同一層次下的指標按相對重要性兩兩進行評分，維度細分采用九級標度法（0.1-0.9），從而構造判斷矩陣，然后對其進行模糊一致化處理，得到模糊一致矩陣并計算權重。經(jīng)過一致性檢，驗結果顯示CI<0.1，說明均通過一致性檢驗，數(shù)據(jù)的一致性好，數(shù)據(jù)具有可信度。最后，通過目標層和準則層權重乘積求出綜合權重并對其排序，求出指標層需求的順序，見表1。

根據(jù)表1可知，手持式紫外消毒燈的設計重點應該在安全規(guī)范、消殺與功能、使用與體驗這三方面。在安全規(guī)范方面一定要確保避免短波紫外對人體的傷害，同時也要避免兒童誤觸的問題；在消殺與功能方面要滿足較大的消殺面積、較高的消殺功率對多種物品進行消殺；在使用與體驗方面要保證人機尺寸、功能布局的合理，使用方式應簡潔易懂；在實用耐久方面要選擇可靠的器件與合適的材料；在造型結構方面要注重整體產(chǎn)品外觀的和諧，收納的便利。

四、基于FBS的功能-結構轉化

FBS模型是產(chǎn)品研發(fā)前期過程中功能-行為-結構的映射模型，能加強功能、行為與結構之間的關聯(lián)。功能是滿足用戶的需求屬性，行為是用戶在使用產(chǎn)品功能時與產(chǎn)品間的交互形式，結構是聯(lián)系產(chǎn)品各功能模塊間的關系[12]，通過模型建立功能-行為-結構的映射對產(chǎn)品進行分析，得到目標產(chǎn)品的預期結構，從而指導設計。在手持式紫外消毒燈的設計中運用此模型，能有效地將用戶需求轉化為更符合用戶習慣的結構形式，從而避免設計師主觀想法對設計產(chǎn)生的干擾。

在上文用戶需求量化的基礎上，篩選出功能性需求，其中，A4、B1、B2、B3、B4、C4、D3、E1、E2都屬于功能性的需求，要根據(jù)FBS模型構建各個功能對應的結構和技術原理來滿足需求。而其余的屬于美學與人機工程學范疇，一般從形態(tài)、色彩、材料、尺寸等方面展開細節(jié)設計與創(chuàng)新，因此不參與功能-結構轉化的過程。其映射關系與各結構模塊的匯總，如圖4所示。

在完成功能-結構的轉化后，還需結合權重排序?qū)Ξa(chǎn)品的形態(tài)、色彩、材料、尺寸等方面進行綜合考量后生成設計方案，以便后續(xù)進行方案評估。所有設計方案如圖5所示。

五、基于VIKOR的方案評價優(yōu)選與細化

產(chǎn)品設計過程中會受到諸多因素影響，在方案選取時亦是如此。VIKOR法（折中妥協(xié)法）是一種典型的多屬性決策方法，能最大化群體效用和最小化個別遺憾，使決策者能接受其妥協(xié)解，因此，具有更高的排序穩(wěn)定性和可信度。

本文通過VIKOR法得到設計方案的排序，進而確定最佳的產(chǎn)品設計方案，其過程如下：

（一）構建評價體系

利用圖3的層次分析模型構建手持式紫外消毒燈的方案評價體系，邀請10位用戶與專家進行訪問，結合方案圖對各方案進行詳細的描述，并通過9級量表對方案進行評分賦值，計算平均數(shù)得到如表2所示的初始評價值構建矩陣。

（二）歸一化處理

為了對各屬性進行對比分析，矩陣需歸一化處理，從而消除量綱對結果的影響，使變量之間的對比更明顯。

（三）計算群體效用值Si、個別遺憾值Ri與折中指標值Qi

根據(jù)式（1）與式（2）對群體效用值與個別遺憾值進行計算，在根據(jù)群體效用值與個體遺憾值的結果通過式（3）計算折中值，值越小表示方案越優(yōu)，計算結果見表3。

（四）確定優(yōu)選方案

若滿足以下兩個條件則根據(jù)Qi的大小進行排序，Qi越小方案越優(yōu)；若只滿足條件一，則Y1、Y2均為折中方案；若只滿足條件二，則不滿足條件一的方案的總體評價均為最優(yōu)。

條件一：Q（Y2 ）-Q（Y1 ）≥1/（（n-1））；其中Y1是排序最優(yōu)的對象，Y2是次優(yōu)的對象。

條件二：Y1是Si或R的的排在前面的對象。

根據(jù)計算結果進行條件判定，Q（Y2 ）-Q（Y1 ）≥1/（6-1），故滿足條件一，Y1是Si或Ri值中排名最佳的對象，故滿足條件二，Y1（方案5）為最佳方案。

綜合上述模型對最佳方案進行細化。首先，先根據(jù)FBS模型轉化的結果與指標權重的大小，針對權重較大的消殺與功能、使用與體驗、安全規(guī)范這三方面進行重點細化。在消殺與功能和使用與體驗方面：產(chǎn)品光源采用體積小巧、殺菌率高、波長為275nm的UVC，數(shù)量共計16顆在光源板上呈雙列排布，出光口設計成倒梯形，既能增大出光面積，也能提高殺菌效率。產(chǎn)品尺寸選取（P50男+P50女）/2的人體尺寸百分位數(shù)作為依據(jù)，背部設計有開關按鍵與指示燈，操作簡單即開即用，且設有計時功能，5min后自動關閉表示已完成消殺。供電接口設計為type-C通用接口，方便用戶在戶外進行充電。在安全規(guī)范方面：產(chǎn)品底部設有童鎖開關，可避免兒童誤觸，此外產(chǎn)品還設有重力感應功能且配有護目眼鏡，避免消殺時側翻、豎直操作對人體造成的傷害。

其次，再針對權重較小的造型結構、實用耐久兩方面進行細化。在造型結構方面：產(chǎn)品整體造型從上到下由矩形向圓角矩形過渡，簡約大方。整體顏色為珠光白加香檳金，表面處理為觸感柔和的細皮紋，既時尚又能很好地融入使用環(huán)境。產(chǎn)品設有折疊機構，完成消殺后可折疊收納便于攜帶。在實用與耐久方面：產(chǎn)品驅(qū)動設計采用航天級器件，電路穩(wěn)定可靠、壽命高、能耗低。產(chǎn)品整體材料為PC+ABS且結構上設有加強筋，抗壓防摔，不易損壞。

最后，在完成細化后輸出圖紙后進行加工，完成實物的制作與裝配，見圖6。

結語

本文以手持式紫外消毒燈為例，探索了用戶需求綜合模型與VIKOR評價在手持式紫外消毒燈上的設計運用。通過KJ/FAHP/FBS集成模型將用戶需求進行分級、量化與功能結構轉化，最后利用 VIKOR法確定了最佳方案并完成最終設計。通過實踐表明該方法可以使設計結果更符合用戶需求，能有效提高方案評價結果的客觀性和準確性，以及可實現(xiàn)性。

基金項目：常州市科技項目“基于UVC LED消毒技術的公共空間消殺裝置研究與應用”（CE20215004）

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