金穎磊，呂 健，潘偉杰，劉征宏

(貴州大學(xué) 現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025)

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基于kano模型的用戶需求因子表征及提取方法研究*

金穎磊，呂 健，潘偉杰，劉征宏

(貴州大學(xué) 現(xiàn)代制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025)

對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期用戶需求提取不易被計(jì)算機(jī)識(shí)別，而與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)脫節(jié)的問題進(jìn)行了研究，分析了用戶需求因子的情感維度屬性，提出了一種借助可拓基元理論(Extension element)建立可拓kano模型的用戶需求因子表征及提取方法，首先通過對(duì)用戶需求的聚類分析(cluster analysis)選取優(yōu)質(zhì)需求因子，然后建立需求因子的可拓表征模型，使計(jì)算機(jī)可以簡(jiǎn)潔的表示用戶需求因子所蘊(yùn)含的需求對(duì)象、對(duì)象特征、特征量值等內(nèi)容。并通過語義差分法實(shí)驗(yàn)獲取用戶對(duì)需求因子的情感認(rèn)知，定義用戶滿意度位移(λ)和用戶滿意度(better-worse)系數(shù)，達(dá)到量化表示用戶需求與用戶滿意度映射關(guān)系的目的。論文通過MK8420概念機(jī)床設(shè)計(jì)過程中用戶需求的提取分析驗(yàn)證了該方法的可行性。

Kano模型 ；可拓表征；滿意度位移；用戶滿意度系數(shù)

0 引言

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)用戶需求考慮不夠，造成用戶不愛用、不愿用的情況，近年隨著以用戶為中心的設(shè)計(jì)思想大量出現(xiàn)，用戶需求主導(dǎo)下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法已成為當(dāng)今設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[1]用戶需求的分析與提取也顯得尤為重要。只有真實(shí)的獲取用戶的需求因子設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)才能將其賦予到產(chǎn)品的的功能、造型、材質(zhì)、色彩等設(shè)計(jì)符號(hào)中以滿足用戶的需要來達(dá)到更高的用戶滿意度。

感性工學(xué)[2](Kansei Engineering，KE)運(yùn)用工程學(xué)量化與半量化的方法將用戶需求等不確定因素應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中，情感化設(shè)計(jì)[3-4]是一種圍繞用戶需求的設(shè)計(jì)指導(dǎo)理論，要求在設(shè)計(jì)過程中從多個(gè)層面綜合考慮用戶的心理和生理需求，但缺乏具體的設(shè)計(jì)方法。工程美學(xué)[5]將美學(xué)這一新的需求維度引入到人機(jī)工程中，希望為設(shè)計(jì)師提供一種面向工程學(xué)的設(shè)計(jì)與評(píng)估方法以達(dá)到最終在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中以科學(xué)的、工程學(xué)的和基于數(shù)學(xué)的方法來系統(tǒng)確認(rèn)和量化評(píng)價(jià)美學(xué)因素及美學(xué)問題。以上設(shè)計(jì)方法與思想為以用戶需求為中心的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了有益探索并提供了理論基礎(chǔ)。但依靠圖示和文字的圖解思維方式很難完整描述整個(gè)創(chuàng)新過程，也難于被計(jì)算機(jī)識(shí)別，導(dǎo)致大量創(chuàng)新技法與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造脫節(jié)[6]，設(shè)計(jì)創(chuàng)新過程迫切需要新的易于計(jì)算機(jī)識(shí)別的表征方法來作為設(shè)計(jì)師思維過程與計(jì)算機(jī)模擬過程的橋梁。本文將以MK8420概念機(jī)床用戶需求提取過程為例，以Kano模型為基礎(chǔ)綜合運(yùn)用感性工學(xué)、可拓學(xué)、工程美學(xué)、馬斯洛情感需求[7]等設(shè)計(jì)方法及思想進(jìn)行用戶需求因子表征與提取方法研究。

1 用戶需求獲取及分析

1.1 用戶需求獲取及初步聚類分析

通過對(duì)機(jī)床一線操作工的調(diào)查(建議訪談，若條件受限網(wǎng)絡(luò)調(diào)查應(yīng)確定被調(diào)查對(duì)象具有主動(dòng)配合調(diào)查以改良機(jī)床意愿的用戶確保調(diào)查數(shù)據(jù)的合理性)，本文以某機(jī)床廠實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)為主貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)大三學(xué)生調(diào)查為輔。由于受某機(jī)床廠委托進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)，通過與機(jī)床廠溝通選取具有3年以上機(jī)床操作經(jīng)驗(yàn)并具有主動(dòng)意愿的一線數(shù)控磨床操作工人5名(4男1女)。

由于用戶對(duì)于理想中的產(chǎn)品的描述缺乏系統(tǒng)性，需求籠統(tǒng)、模糊而且存在大量的冗余,因此,需要對(duì)用戶需求進(jìn)行整理、篩選和分析。

(1)包含關(guān)系。Oa的用戶需求內(nèi)容是Ob用戶需求內(nèi)容的真子集，則稱Oa和Ob為包含關(guān)系。

(2)交叉關(guān)系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容存在交集，則稱Oa和Ob為交叉關(guān)系。

(3)獨(dú)立關(guān)系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容不存在任何交集，則稱Oa和Ob為獨(dú)立關(guān)系。

(4)相等關(guān)系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容相同，則稱Oa和Ob為相等關(guān)系。

經(jīng)過對(duì)用戶需求內(nèi)容的聚類和分析，去掉被包含的用戶需求，存在交叉關(guān)系的用戶需求的交集和相同關(guān)系的用戶需求均只保留一份，這樣實(shí)現(xiàn)用戶需求的初步處理，達(dá)到去除冗余的目的。

經(jīng)過初步處理的用戶需求將存在以下一種或多種相互關(guān)系。

(1)排斥關(guān)系。如果和的Oa和Ob需求內(nèi)容不能同時(shí)被滿足或最終滿意度的提升的滿意度隨之下降，則稱Oa和Ob存在排斥關(guān)系。

(2)互補(bǔ)關(guān)系。如果Oa滿意度的提高會(huì)導(dǎo)致Ob滿意度隨之提高，則稱Oa與Ob為互補(bǔ)關(guān)系。

(3)獨(dú)立關(guān)系。如果Oa的滿意度與Ob的滿意度不存在任何相互作用，則稱Oa與Ob為獨(dú)立關(guān)系。

根據(jù)用戶需求的相互關(guān)系對(duì)用戶需求進(jìn)行進(jìn)一步篩選得到以下用戶需求關(guān)鍵語義，如表1所示。

表1 用戶需求關(guān)鍵語義

1.2 用戶需求的層次結(jié)構(gòu)

用戶對(duì)產(chǎn)品的需求是多種多樣的，不僅局限于基本功能，由于社會(huì)的進(jìn)步，同類產(chǎn)品的多樣性，用戶有機(jī)會(huì)更加自由的選擇能最大程度滿足其功能、情感需求的產(chǎn)品，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的不滿和改進(jìn)的意愿催生了期望需求。美國(guó)心理學(xué)家亞伯拉罕·馬斯洛在1943年將人類需求從低到高按層次分為生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實(shí)現(xiàn)需求。馬斯洛需求層次是人本科學(xué)的理論之一，為以人為本的設(shè)計(jì)思想奠定了思想基礎(chǔ)。受行為科學(xué)家赫茲伯格的雙因素理論的啟發(fā)，kano等在1984年提出了kano模型[8]，根據(jù)不同類型的質(zhì)量特性與顧客滿意度之間的關(guān)系，kano教授將產(chǎn)品服務(wù)的質(zhì)量特性分為五類：基本型需求(Basic Quality)、期望型需求(Performance Quality)、興奮型需求(Excitement Quality)、無差異型需求(Neutral Quality)、反向型需求(Reverse Quality)。并提出了用戶滿意度與需求實(shí)現(xiàn)程度的二維關(guān)系圖，明確地將用戶需求分為4類。借助馬斯洛需求層次理論對(duì)用戶需求進(jìn)行分析，本文提出用戶需求主導(dǎo)下的需求實(shí)現(xiàn)程度與用戶滿意度關(guān)聯(lián)模型，如圖 1所示。

圖1 需求實(shí)現(xiàn)程度與用戶滿意度關(guān)聯(lián)模型

(1)興奮需求。這類需求被用戶認(rèn)為具有絕對(duì)吸引力的開拓性需要，但并不強(qiáng)烈要求必須具備。實(shí)現(xiàn)程度與用戶滿意度之間具有二元函數(shù)關(guān)系。經(jīng)過設(shè)計(jì)滿足該集合內(nèi)的期望需求則用戶的滿意度就會(huì)得到很大的提高，反之，如果該集合內(nèi)的需求得不到有效滿足，用戶滿意度將會(huì)隨之降低但不會(huì)產(chǎn)生抵觸心理即滿意度降為負(fù)數(shù)，該需求函數(shù)可用y=kx2(k>0)表示。

(2)期望需求。這類需求被用戶認(rèn)為具有一定吸引力的期望功能，實(shí)現(xiàn)程度與用戶滿意度之間具有一元線性關(guān)系，需求實(shí)現(xiàn)程度度越高滿足度越高，當(dāng)需求實(shí)現(xiàn)程度較低時(shí)，用戶將會(huì)表現(xiàn)出失望情緒，滿意度降為負(fù)數(shù)，但失望情緒不強(qiáng)烈，該需求函數(shù)可用y=kx+?(k>0,?>0) 表示。

(4)無差異需求。這類需求被用戶認(rèn)為是可有可無功能，用戶滿意度與功能實(shí)現(xiàn)程度無關(guān)，無論該集合內(nèi)的功能是否得到滿足，用戶滿意度恒為0。該函數(shù)可用y=0表示。

由于決定需求滿意度跟隨實(shí)現(xiàn)程度走向的決定因素為函數(shù)系數(shù)k,則我們?cè)谶M(jìn)行用戶需求分析和提取過程中的計(jì)算機(jī)的主要研究對(duì)象為k,本文將k定義better-worse系數(shù)，即B-W。

B-W量化的描述了用戶需求實(shí)現(xiàn)程度與用戶滿意度的趨勢(shì)。為設(shè)計(jì)過程中用戶需求的趨勢(shì)提供了明確的參考依據(jù)。

2 用戶需求因子表征方法

設(shè)計(jì)過程具有明顯的“黑箱”性質(zhì)，縱觀目前的約340種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法大多數(shù)需要在群體環(huán)境中激發(fā)，主要是大腦對(duì)于事物的認(rèn)知方法與計(jì)算機(jī)的認(rèn)知方法不同，大多數(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中的表征元素混亂復(fù)雜且不可被計(jì)算機(jī)識(shí)別，導(dǎo)致創(chuàng)新技法與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)脫節(jié)，目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵任務(wù)就是如何將難以捕捉的心智活動(dòng)過程轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別易操作的設(shè)計(jì)方法。為達(dá)到計(jì)算機(jī)可模擬心智模型的目的首先應(yīng)建立計(jì)算機(jī)可識(shí)別的思維過程元素表征方法[9]。

2.1 可拓表征理論

蔡文學(xué)者于1983年創(chuàng)立的一門原創(chuàng)性橫斷學(xué)科可拓學(xué)，可拓學(xué)是基于定量與定性有機(jī)結(jié)合的創(chuàng)新解決矛盾問題的科學(xué)理論[10]?？赏貙W(xué)以形式化、邏輯化和數(shù)學(xué)化為基礎(chǔ)，研究物、事、關(guān)系的可拓展性?？赏乩碚撘曰碚?、可拓集理論和可拓邏輯為基礎(chǔ)，基元是可拓學(xué)的邏輯細(xì)胞?；嗣枋鍪澜缛f物的物元、描述世界萬事的事元、描述事物間關(guān)系的關(guān)系元。物元(對(duì)象O)、事元(特征C)、關(guān)系元(量值v)共同構(gòu)成了表征世界萬物的基元。

可拓理論是通過建立可拓模型形式化、定量化處理矛盾問題的理論。處理矛盾問題，必須涉及到矛盾的對(duì)象、特征、量值及他們之間的相互關(guān)系。通過對(duì)矛盾問題的分析，以基元理論為基礎(chǔ)建立表征矛盾問題的形式化工具—可拓模型，可拓學(xué)的基元模型將基元組合到在一個(gè)由對(duì)象O，特征C和量值v組成的三元組中，可以形式化地描基元的特征、內(nèi)涵和社會(huì)關(guān)系，表征基元內(nèi)部的定量與定性問題，量化的描述基元內(nèi)部關(guān)系。

基元可以表示為：B=(O,C,V)

其中O為基元所研究的對(duì)象。C為研究對(duì)象的特征，V為量值，包涵了特征所對(duì)應(yīng)的數(shù)值信息。

將產(chǎn)品需求基元定義可拓原點(diǎn)B=(O,C,V) ，其中O為需求對(duì)象，C為對(duì)象特征，V為特征量值。

2.2 用戶需求因子的可拓表征

借助可拓學(xué)中基元對(duì)客觀世界的物元、事元、關(guān)系元的知識(shí)表征方式，保留其“一物多征”、“一征多值”的特點(diǎn)，借助基元模型構(gòu)建用戶需求因子表征模型，該模型同時(shí)包含定性和定量的形式化特征，可以間接的表示用戶需求的因子特征，便于計(jì)算機(jī)識(shí)別處理。

3 用戶需求評(píng)價(jià)

通過對(duì)用戶需求的初步獲取和分析，提取優(yōu)質(zhì)用戶需求因子[11]。由于機(jī)床操作工屬于技術(shù)工，單一工廠總體人數(shù)較少且過于單一，為確保樣本的多樣性以保證調(diào)查結(jié)果的客觀性。將優(yōu)質(zhì)需求因子制作網(wǎng)絡(luò)調(diào)查表在機(jī)床吧、機(jī)床之家、開思論壇等有較好機(jī)床基礎(chǔ)人員活動(dòng)區(qū)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)查。

3.1 用戶需求評(píng)價(jià)比例分析

將經(jīng)過初步聚類分析的用戶需求提取出來，制作kano網(wǎng)絡(luò)調(diào)查表格，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，借助李克特量表[12]制作滿意度評(píng)分表，調(diào)查表只需描述需求因子內(nèi)容，當(dāng)需求得到實(shí)現(xiàn)或得不到實(shí)現(xiàn)時(shí)被調(diào)查對(duì)象可以給出很喜歡、理所當(dāng)然、無所謂、勉強(qiáng)接受、很不喜歡5個(gè)評(píng)價(jià)，計(jì)算機(jī)后臺(tái)對(duì)應(yīng)滿意度評(píng)分為2、1、0、-1、-2。并生成用戶需求滿意度比例表。如表2～表10所示。本次調(diào)查共收到137位網(wǎng)友數(shù)據(jù)(102男35女)。

表2 美觀需求滿意度比例表

表3 安全需求滿意度比例表

表4 信息化需求滿意度比例表

表5 刀具壽命需求滿意度比例表

表6 省電需求滿意度比例表

表7 易維護(hù)需求滿意度比例表

表8 磨削精度需求滿意度比例表

表9 靜音需求滿意度比例表

表10 斷電保護(hù)需求滿意度比例表

3.2 用戶需求維度

根據(jù)需求維度借助kano模型及各需求維度的意義，繪制kano模型需求分布表,如表11所示。表中〇代表興奮需求，△代表期望需求，□基本需求，☆ 無差異需求或可疑結(jié)果，×代表反向需求。

表11 kano模型需求維度分布表

在進(jìn)行滿意度比例表分析時(shí)應(yīng)剔除可疑結(jié)果(所有需求均選擇無差異需求，或結(jié)果具有明顯的規(guī)律性)以保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過對(duì)需求滿意度比例表的統(tǒng)計(jì)，將相同需求維度的比例相加，得到各個(gè)需求維度的占比總和，總和最大的一個(gè)屬性維度，便是該功能的屬性歸屬。如表12所示。

表12 需求因子維度比例表

則用戶需求維度歸屬為：

3.3 better-worse系數(shù)

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理可以得到用戶需求的維度屬性，對(duì)用戶需求與用戶滿意度間的映射關(guān)系有了基本認(rèn)識(shí)，但仍未得到?jīng)Q定具體映射關(guān)系的系數(shù)，不能量化的表示各個(gè)用戶需求與用戶滿意度間的具體關(guān)系，不僅計(jì)算機(jī)數(shù)量化處理各個(gè)元素對(duì)應(yīng)間關(guān)系的優(yōu)勢(shì)沒有表現(xiàn)出來，而且也無法確定同一維度歸屬內(nèi)的用戶需求的優(yōu)先排序。

定義需求得到實(shí)現(xiàn)與未得到實(shí)現(xiàn)間的滿意度差值為滿意度位移，設(shè)滿意度位移為λ，設(shè)對(duì)應(yīng)滿意對(duì)位移λ的人數(shù)比例為θ。

根據(jù)Kano模型內(nèi)用戶需求維度結(jié)構(gòu)定義可知決定用戶滿意度與用戶需求具體走向的因素為用戶需求實(shí)現(xiàn)與否時(shí)用戶滿意度間的滿意度位移即better-worse系數(shù)。設(shè)better-worse(B-W)系數(shù)為p,則p與λ和θ成正比例關(guān)系:

p=λ·θ

用戶需求因子B-W系數(shù)如表13所示。

表13 用戶B-W系數(shù)結(jié)果

則：

根據(jù)模型計(jì)算出的B-W系數(shù)值，說明在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)安全、磨削精度和刀具壽命為用戶基本需求特別是設(shè)備的安全性為所有因素中要求最為強(qiáng)烈的屬于強(qiáng)烈的基本需求必須滿足，該維度的功能屬基礎(chǔ)功能，市場(chǎng)研究及設(shè)計(jì)已較為完善，一般并不耗費(fèi)大量設(shè)計(jì)資源。設(shè)備的易維護(hù)、造型美觀、節(jié)省電量及斷電保護(hù)等功能為用戶期望需求，應(yīng)盡量滿足，該功能對(duì)提升用戶滿意度有較好作用，而且沒有滿足用戶滿意度會(huì)明顯下降，該維度功能應(yīng)為設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)考慮對(duì)象。省電、斷電保護(hù)、美觀、易維護(hù)等需求由B-W數(shù)值可得，用戶期望承程度依次遞增，在設(shè)計(jì)資源有限的情況下應(yīng)有限考慮B-W系數(shù)較高的需求。信息化、靜音等需求為用戶興奮性需求，當(dāng)需求得到滿足時(shí)用戶滿意度較高，但需求未得到滿足時(shí)用戶滿意隨有下降但不劇烈，設(shè)計(jì)資源豐富的情況下進(jìn)行該維度設(shè)計(jì)。

對(duì)于那些由于設(shè)計(jì)能力及成本控制等原因未能滿足的需求進(jìn)行資料存儲(chǔ)以便于以后設(shè)計(jì)升級(jí)時(shí)進(jìn)行參考。

經(jīng)過對(duì)用戶需求的分析和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)最終形成MK8420概念產(chǎn)品最終方案效果圖,如圖2所示。

圖2 MK8420概念產(chǎn)品最終方案效果圖

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)是感性與理性的結(jié)合，是有方向、有計(jì)劃、有目的的創(chuàng)造性活動(dòng)。其中體現(xiàn)著科學(xué)性與藝術(shù)性雙重特點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程中誠(chéng)然離不開靈感、頓悟等感性思維，但用戶需求和用戶審美對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)與限制、感性需求與情感反應(yīng)的量化半量化研究、設(shè)計(jì)過程中工程化方法的應(yīng)用等都體現(xiàn)著設(shè)計(jì)的科學(xué)性[13]。隨著大數(shù)據(jù)的逐步完善，數(shù)據(jù)處理在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過重中將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中知識(shí)的數(shù)字化表征和評(píng)價(jià)方法成為了研究重點(diǎn)，通過知識(shí)模型的數(shù)字化表征，可以為創(chuàng)新技法與數(shù)字化制造技術(shù)提供溝通的橋梁，今后將繼續(xù)在設(shè)計(jì)知識(shí)表征評(píng)價(jià)與計(jì)算機(jī)的智能輔助設(shè)計(jì)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)研究。希望通過進(jìn)一步的研究使數(shù)字化制造技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的整個(gè)工程中，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

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(編輯 李秀敏)

AMethodofUserDemandCharacterizationandExtractionBasedonkanoModel

JINYing-lei,LVJian,PANWei-jie,LIUZheng-hong

(KeyLaboratoryofAdvancedManufacturingTechnology,MinistryofEducation,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China)

The problems that users′ needs cannot be recognized easily and out of touch with digital design and manufacture technology in the preliminary design stage are researched in this paper. Emotional dimension attributes of users′ needs factors are analyzed, and a method for users' need factor characterization and extraction of extension Kano model is proposed based on extension element theory. Firstly, high quality need factors are selected by cluster analysis of user needs. Then, extension representation model of need factor is established, so that contents contained in need factors such as need objects, object features and feature magnitude can be expressed by computer succinctly. Furthermore, the purpose to quantize relationship between users′ needs and satisfaction change is archived through acquiring users' emotional awareness to needs factors from semantic difference experiments and define user satisfaction displacement. Feasibility of this method is verified in this paper by extraction and analysis of users′ during design process of MK8420 conceptual machine tool.

Kano model ; extension representation; satisfaction degree displacement ；better-worse coefficient

1001-2265(2017)07-0022-05

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.07.006

2016-09-13；

2016-10-14

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014BAH05F01，2014BAH05F02，2014BAH05F03)；貴州省科技計(jì)劃(黔教研合JYSZ字[2014]004，黔科合LH字[2014]7644，黔科合LH字[2014]7645，黔科合計(jì)Z字[2013]4005);貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(研理工2016027)

金穎磊(1990—)，男，河南平頂山人，貴州大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造模式及制造信息系統(tǒng)化和數(shù)字化制造，(E-mail)1297015012@qq.com。

TH122;TG

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