基于Kano模型和TRIZ技术进化法则的老年代步车设计.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 S1 期 312 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期：20230131 基金项目：北京市教育委员会社科计划重点项目“建筑信息模型技术在北京核心区公共设施设计中的协同优化研究”（JD035001202103）作者简介：叶文涛（1998），男，北京工业大学艺术设计学院硕士生，主攻低碳设计。通信作者：韩宇翃（1972），女，硕士，北京工业大学艺术设计学院教授，主要研究方向低碳设计、公共设施设计。基于 Kano 模型和 TRIZ 技术进化法则的老年代步车设计 叶文涛，韩宇翃（北京工业大学 艺术设计学院，北京 100124）摘要：目的目的 为老年人日常出行提供一套安全、便捷和舒适的代步产品方案。方法方法 首先，通过对老年代步车产品分析和目标人群分析整理和归纳出用户需求；其次，基于用户需求来进行 Kano 问卷设计，再通过 Kano 模型计算出用户需求重要度排序；此外还需通过产品专利信息来判断产品技术成熟度并选择合适的 TRIZ 技术进化法则，借助技术进化法则来预测未来的设计特征；最终，基于用户需求和未来技术特征来构建 QFD 质量屋模型，利用用户需求重要度来判断设计特征重要度。结果结果 以设计特征重要度为依据，对代步车车身结构安全、乘坐舒适度以及储物空间等方面进行产品创新设计。结论结论 构建了一套基于 Kano 模型和 TRIZ 技术进化法则的产品创新设计方法，并成功运用在老年代步车产品设计过程中。关键词：专利信息分析；TRIZ 技术进化法则；Kano 模型；质量功能展开 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)S1-0312-08 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.047 用户需求是产品设计的起点，在产品创新设计过程中起着关键性的作用。产品创新设计流程中的核心步骤是概念设计，在这一过程中，设计人员根据市场调研和用户需求分析得出的结果，将抽象化的想法和需求转化为具象产品，最终产出产品的设计方案1。1 理论概述 目前获取用户需求信息主要有两种方式：（1）市场推动式：通过对现有产品或市场的调查与分析、用户访谈与问卷调研、数据分析和挖掘等方式，总结出用户的需求；（2）技术推动式：对产品的技术发展规律和市场消费趋势进行预测，结合产品技术特点来获取用户需求2。前者是学界的研究重点，如何处理用户需求的模糊性和复杂性是重要的研究课题。另外，这两者很少考虑到产品作为技术系统固有的进化规律，因此会忽略掉产品进化过程中丰富的用户需求信息3。1.1 产品技术成熟度预测 产品创新的推动力来自于技术创新，而产品专利是一种最常见的技术成果，产品专利记录着产品关键技术创新活动。因此，利用专利信息分析可以预测产品技术进化成熟度，判断产品所处的生命周期位置。TRIZ 理论认为任何技术系统的进化都要经历萌芽期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段，这四个阶段同时构成完整的产品生命周期 S 曲线4。在 S 曲线中，横轴表示累计时间，纵轴来表示技术领域中的累计专利申请量，产品生命周期的 S 曲线见图 1。任何一项技术在初期成长速度都很缓慢，可一旦触达某一处界限时，技术增长率就会非常高；而接近其上限时，技术发展就会缓慢下来，以图形表示就如 S 形状 一般。图 1 产品生命周期的 S 曲线 1.1.1 专利数量分析法 专利数量分析法通过计算技术生长率（v）、技术第 44 卷 S1 期 叶文涛，等：基于 Kano 模型和 TRIZ 技术进化法则的老年代步车设计 313 成熟系数（）、技术衰老系数（）和新技术特征系数（N）的值测算专利生命周期。具体如下：技术生长率：V=a/A (1)技术成熟系数：=a/(a+b)(2)技术衰老系数：=(a+b)/(a+b+c)(3)新技术特征系数：N=v(4)其中：a 为某一年内发明专利申请量，b 为某一年内实用新型专利申请量，c 为某一年内外观设计专利申请量，A 为过去 5 年发明专利总申请量。当技术生长率(v)逐年递增时，说明该产品处于成长期；当技术成熟系数()逐年递减时，说明技术日趋成熟，产品处于成熟期；当技术衰老系数()呈递减趋势，说明产品陈旧处于衰老期；新技术特征系数(N)越大，说明该产品的技术特征越强5。产品生命周期与 4 个专利指标的关系见表 1。表 1 产品生命周期与 4 个专利指标的关系 阶段 技术生 长率（v）技术成熟 系数（）技术衰老 系数（）新技术特征系数（N）萌芽期 较小，增速慢 成长期 增速快 成熟期 或不变 衰退期 1.1.2 图示法 根据每年专利申请数量和每年专利申请人数随时间推移而变化的数据，其中专利申请数量能够反映技术领域的创新活跃度，专利申请人数体现出同一技术领域的研发人员数量6。专利产品生命周期图见图 2。图 2 专利产品生命周期图 1.2 TRIZ 技术进化法则预测未来需求 前苏联科学家 Altshuler 在达尔文生物进化论的基础上对大量技术发展演化历程进行了梳理和总结7。经过不懈努力研究者发现了各种技术在演化过程中都遵循着同样的规律，都具备萌芽期、成长期、成熟期和衰退期这几个阶段，并提出了技术进化法则，利用技术进化法则就可以合理地预测某一技术领域的未来发展趋势8。根据产品技术成熟度预测得出产品所在生命周期阶段，针对性地运用技术进化法则预测未来趋势，得出符合未来发展要求的新产品9。技术进化法则包括以下八条：提高理想化水平、子系统非均衡化发展、动态化增长、向复杂系统进化、向微观系统进化、缩短能量流路径、增加可控性、增加协调性。技术进化法则可以分别指导处于不同生命周期阶段的产品进化方向。将 TRIZ 技术进化法则与产品生命周期 S 曲线相结合，可以更加明确地提出有针对性的产品创新设计策略10，不同生命周期进化法则分布图见图 3。图 3 不同生命周期进化法则分布图 314 包 装 工 程 2023 年 4 月 1.3 Kano 模型 Kano 模型由东京理工大学教授 Noriaki Kano 提出，是能够准确反映产品性能与用户满意度之间关系的分析模型，其广泛应用于用户需求获取与分析11。Kano模型能够对用户需求进行筛选和优先级排序，其将用户需求分为五类：基本型（M）、期望型（O）、兴奋型（A）、无差异型（I）、反向型（R)。分析过程是基于对用户调研问卷的结果，再根据目标产品的功能和属性进行归类，归类后的需求经过满意度分析之后得出需求重要度来指导产品创新设计，从而提高用户满意度12。1.3.1 需求重要度计算 依据 Kano 模型来设置问卷，问卷中针对每个需求都有两类问题“需求实现时/需求未实现时”，每个问题有五种回答“非常重要/比较重要/一般/不太重要/非常不重要”。根据每位用户的回答结果来确定每位用户的需求类别，从而完成用户需求的 Kano 分类，需求类别以最大频数来确定13。参考美国学者 Charles Berger 提出的衡量用户满意度的方式，计算出用户满意度 Better（SI）和用户不满意度 Worse（DSI），可求得用户的初始满意度iT14，计算公式：Better(SI)=(A+O)/(A+O+M+I)(5)Worse(DSI)=(1)(O+M)/(A+O+M+I)(6)iT=max(|Better()|Worse()|)SIDSI，(7)基于当前对于 Kano 模型的研究整理出一种初始改进率0IR，采用五阶李克特量表的方式（1 表示很不满意，5 表示特别满意），邀请受访用户分别对满意度的当前状态和期望状态进行评分，取其平均值作为当前满意度值0S和目标满意度值iS，则用户需求满意度的初始改进率为：I0 R=iS/0S(8)为了更精准地确定用户的需求重要度，引入Kano 因子 （用户需求分类参数），取值为 0.5、1、1.5、2，分别对应无差异型、基本型、期望型和兴奋型，可计算出用户需求满意度的修正改进率adjIR，公式如下：adjIR=I0R(1+iT)(9)按照 15 分值的评分标准进行需求重要度评价，分值越高代表越重要，以调查样本的平均值作为用户的自评分的需求重要度。根据上述公式可求出用户需求重要度adjLR，具体计算为：adjLR=adjIRiH (10)由此可知，用户需求重要度adjLR的计算综合考虑了用户初始度和用户对当前状态、期望状态的评价等指标，能够充分反映用户需求的重要度。1.4 质量功能展开理论 质量功能展开（QFD，也叫质量屋）是一种以顾客需求为驱动，把顾客需求转化为设计要求并用以指导设计过程的定量分析方法15。在构建质量屋时，研究者通常会先分析和整理好用户需求以及用户需求重要度，再由用户需求推导出设计特征，而推导过程即体现出设计人员的思考过程16。通过赋值 5、3、1 来对应设计特征与用户需求之间的强相关、中相关、弱相关 3 种关系，基于质量屋得出的设计特征与用户需求间的关系ijR.与用户需求重要度adjLR，计特征重要度jW，公式如下：jW=1 madjijiLRR(j12，m)(11)根据设计特征重要度jW值的大小进行优先级排序，确定关键设计特征。2 基于 TRIZ 技术进化法则和 Kano 模型的产品创新设计流程 TRIZ 技术进化法则是产品系统进化的普遍规律，利用这一规律可以预测产品未来进化方向，Kano模型能够明确用户的真实需求并且进行需求重要度进行排序。结合二者的产品创新设计流程可分为三个阶段，产品创新设计流程见图 4，首先是第一阶段：（1）选择具有市场前景的目标产品，并通过调研确定产品的目标人群。（2）通过市场调研、行业调研等方式来进行产品分析，对产品的技术功能等指标进行整理归类。（3）通过用户访谈法、观察法来挖掘用户需求，抽出主要需求点，并对用户需求进行整理和分类。然后是第二阶段：（4）根据第一阶段形成的用户需求进行 Kano 问卷设计，运用 Kano 模型将用户需求进行归类和需求重要度计算，形成基于 Kano 模型的用户需求重要度排序。（5）利用专利检索工具对目标产品进行专利信息检索，并通过专利数量分析法和图示法来确认产品当前所处的生命周期阶段。（6）根据产品所处的生命周期阶段来选择合适的技术进化路线，结合第一阶段的产品分析结果来对产品未来进化方向进行预测，形成基于技术进化法则驱动的未来设计特征。最后是第三阶段：（7）根据用户需求和未来设计特征建立质量功能屋（QFD），获取未来设计特征的重要度排序并确定关键设计特征。（8）解决设计问题，得出产品创新设计方案。3 老年代步车设计 老年代步车又称老年助力车，因其动力的主要来源是电能，又称其为老年电动代步车。老年代步车的特点是易于驾驶、车身灵活、价格适宜，受到广大老年用户群体的喜爱17。由于产品市场定位不够清晰、企业生产不规范以及相关法律法规的不健全等问题，造成市面上的老年代步车良莠不齐。因此在老龄人口不断增多的社会背景下，为老年人提供一个安全、高效且舒适的代步出行解决方案，提升老年人出行用户体验就显得颇为重要18。第 44 卷 S1 期 叶文涛，等：基于 Kano 模型和 TRIZ 技术进化法则的老年代步车设计 315 图 4 产品创新设计流程 3.1 老年代步车产品分析 老年代步车产品目前还没有一个明确的分类方式，根据笔者统计，可以初步将老年代步车区分为按轮数和按包裹方式两类。（1）按轮数区分：老年代步车主要以三轮型和四轮型为主，其中三轮型的体积普遍小于四轮型，行驶起来更加灵活，停车占用空间更小，成本也低于更低，但是驾驶稳定性以及驾驶体验不及四轮型；（2）按开放方式主要分为三类：封闭式、半开放式和开放式。其中，封闭式代步车外形上与小型汽车难以区分，厂商经常将这两者混为一谈，并宣称不用上牌照不用考驾照也能上路来误导消费者。这类代步车生产过程不规范，也未经过专业质检，给社会带来不稳定因素19。2018 年 11 月，工业和信息化部印发了关于加强低速电动车管理的通知，文件中明确要开展低速电动车生产销售企业整顿工作。开放式从驾驶灵活性和操作难易程度上都要优于半开放