王振宇 趙敏

摘要：為進(jìn)一步提升辦公椅的舒適度，使其能夠符合用戶的情感需求，提出了一種基于用戶需求和情感體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的辦公椅優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先，通過QFD法中“功能—行為—結(jié)構(gòu)—效益”之間的關(guān)系對辦公行為進(jìn)行研究；其次，圍繞辦公椅結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵人因挖掘用戶需求，將用戶內(nèi)在需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的功能并融入設(shè)計(jì)方案；最后，采用JACK仿真來評估辦公椅的舒適性及可行性。網(wǎng)狀的椅子明顯比其他椅子舒適，椅面坐墊形狀會(huì)壓迫大腿的血管和神經(jīng)；板狀 PUR 泡沫塑料椅明顯比模塑 PUR 泡沫塑料椅更舒適。其設(shè)計(jì)方法可使產(chǎn)品效益與用戶需求形成映射關(guān)系，可為辦公椅設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：QFD法；情感化理念；辦公椅；設(shè)計(jì)優(yōu)化；JACK

中圖分類號：TB 472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1003-0069（2023）23-0116-04

Abstract：To further improve the comfort of office chairs and make them meet the emotional needs of users，a method of optimizing the design of office chairs based on user needs and driven by emotional experience is proposed. Firstly，through the relationship of "function-behavior-structure-benefit" in QFD method，the office behavior is studied. Secondly，around the structure of office chair and key human factors，the users needs are excavated，and the users internal needs are transformed into product functions and integrated into the design scheme；Finally，JACK simulation is used to evaluate the comfort and feasibility of the office chair.The mesh chair was significantly more comfortable than the other chairs，with the shape of the seat cushion compressing the blood vessels and nerves in the thighs；the slab PUR foam chair was significantly more comfortable than the molded PUR foam chair. The design approach allows for a mapping relationship between product benefits and user needs and can provide a reference for office chair design.

Keywords：QFD method；emotionality concept；office chair；design optimization；JACK

引言

隨著工業(yè)化的推進(jìn)以及辦公自動(dòng)化的發(fā)展，坐著工作已成為目前最普遍的工作方式之一。符合人體工程學(xué)的辦公椅可以通過辦公椅靠背和扶手轉(zhuǎn)移身體的受力點(diǎn)，減少肢體和肌肉的體力消耗，幫助用戶保持健康舒適的坐姿，提高工作效率；相反，則會(huì)加重使用者的疲勞，甚至引起頸椎、腰椎的變形。辦公椅作為辦公室人員長時(shí)間使用的產(chǎn)品，已受到廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)[1]總結(jié)了人體工程學(xué)辦公椅的發(fā)展進(jìn)程，從最初的“人適應(yīng)辦公椅”到“辦公椅適應(yīng)人” 的轉(zhuǎn)變。文獻(xiàn)[2]以人體工學(xué)理論為依據(jù)，研究不同坐姿變化對人體舒適性的影響，提出了人體工學(xué)辦公椅的設(shè)計(jì)原則和關(guān)鍵尺寸參數(shù)，為辦公椅的設(shè)計(jì)和尺寸約束提供相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。文獻(xiàn)[3]在辦公椅設(shè)計(jì)尺度上做出約束，設(shè)計(jì)了更符合人體工學(xué)的辦公椅。文獻(xiàn)[4]構(gòu)建了產(chǎn)品形象造型與感知形象之間的模型，經(jīng)驗(yàn)證后設(shè)計(jì)出適合消費(fèi)者需求的辦公椅。文獻(xiàn)[5]通過感官意識(shí)及坐姿舒適度來評估辦公椅舒適性。文獻(xiàn)[6]為改善辦公椅的平衡性，通過分析人體與靠背坐墊的相互作用，以及材料的非線性準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能，建立了人體座椅靜態(tài)平衡系統(tǒng)。文獻(xiàn)[7]采用F—AHP（模糊綜合評價(jià)法與層次分析法），對坐躺兩用辦公椅進(jìn)行綜合分析評價(jià)，運(yùn)用JACK進(jìn)行舒適度分析。目前，大多學(xué)者對辦公椅的研究集中在造型、座椅表面、人機(jī)工學(xué)等方向。關(guān)于多功能辦公椅的研究案例較少，很少考慮到使用者的多元需求和心理感受。情感化理念是將人的情感轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種方法，使產(chǎn)品具有美感和實(shí)用性。QFD法（ Quality Function Deployment）是以系統(tǒng)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中最大限度地滿足用戶需求的方法[8]。

通過將情感化理念和QFD法相結(jié)合，提出了一種基于用戶需求和情感體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的辦公椅優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并以辦公人群的行為方式、行為習(xí)慣為切入點(diǎn)展開研究，使用QFD法來獲取用戶需求，并運(yùn)用情感化設(shè)計(jì)來判定其相應(yīng)的重要度。

一、 辦公椅設(shè)計(jì)概述

辦公椅是現(xiàn)代工作和生活的重要產(chǎn)品。目前，國內(nèi)外相關(guān)的辦公椅標(biāo)準(zhǔn)主要有：中國QB/T 2280《辦公椅》、美國Bifma X5.1-2011《一般用途辦公椅實(shí)驗(yàn)》、歐洲EN 1335《辦公家具-辦公椅》。我國辦公椅行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2280-2016《辦公家具 辦公椅》主要規(guī)定了座椅高度、寬度、深度、升降行程、傾角角度等尺寸要求[9]。Bifma X5.1-2017《一般用途辦公椅實(shí)驗(yàn)》規(guī)定了辦公椅靠背不能小于200 mm的尺寸要求，新增“椅子耐久性”試驗(yàn)。其他尺寸要求按照各公司相關(guān)章程自行制定。歐洲國家EN 1335-1：2020《辦公家具-辦公椅》對尺寸要求非常具體，按照其人機(jī)尺寸及產(chǎn)品部位要求各有劃分及規(guī)定。綜上所述，EN 1335行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要對人體工程學(xué)有要求，特別是背部3點(diǎn)支撐、傾斜角度等要求。反觀美國Bifma X5.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并未對辦公椅尺寸做出約束，而過多強(qiáng)調(diào)辦公椅的力學(xué)性能，忽略了辦公椅最本質(zhì)的特性。國內(nèi)辦公椅行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2280雖有尺寸規(guī)定，但不夠詳細(xì)和全面，并未形成體系。隨著從事腦力勞動(dòng)的辦公人員對辦公椅舒適性、安全性等方面的關(guān)注和重視，辦公椅的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和關(guān)鍵尺寸等指標(biāo)成為評價(jià)辦公椅品質(zhì)的關(guān)鍵因素。針對辦公椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究一直是工業(yè)設(shè)計(jì)、 健康工程等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[10]，從設(shè)計(jì)角度對辦公椅關(guān)鍵人機(jī)尺寸及多需求功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

二、情感化理念和QFD法集成策略

（一）情感化理念

情感化理念是設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中加入一定的感性成分，使產(chǎn)品具有一定的情感色彩，使人與物的關(guān)系統(tǒng)一。采用情感化理念來解決辦公椅的本能層次（CMF，Color Material Finishing）、行為層次（任務(wù)、行為）、反思層次（文化、精神）等方面的設(shè)計(jì)。情感化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)人機(jī)間的情感交流，使設(shè)計(jì)更加符合人們的情感需求，詳見表1。

（二）QFD法

QFD法，即質(zhì)量功能展開，20世紀(jì)60年代由日本赤尾洋二（Yoji Akao）和水野滋（Shigeru Mizuno）提出 [11]。旨在確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)滿足用戶需求，其核心是準(zhǔn)確挖掘用戶需求，是一種在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段時(shí)對產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益、可靠性實(shí)施保證的方法體系。

（三）情感化理念和QFD法相結(jié)合的集成策略

采用情感化設(shè)計(jì)與QFD法相結(jié)合的方法，識(shí)別并提取用戶需求，從而實(shí)現(xiàn)辦公椅的人性化設(shè)計(jì)。首先，將QFD法與情感化理念相結(jié)合，利用情感化理念來挖掘用戶的心理需求，采用QFD法優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)流程，使產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)人性化。其次，運(yùn)用QFD法將顧客的要求準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)換成用戶需求，并計(jì)算其相關(guān)權(quán)重，確定設(shè)計(jì)需求及目標(biāo)。最后，總結(jié)歸納出QFD和情感化理念集成策略，針對其不足，采用更廣泛的評價(jià)方法來分析用戶需求和情感理念間的強(qiáng)相關(guān)與弱相關(guān)，在此基礎(chǔ)上對原集成法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并應(yīng)用于辦公椅設(shè)計(jì)流程。

三、辦公椅外觀設(shè)計(jì)流程

辦公椅設(shè)計(jì)需考慮色彩、材料、加工工藝、人因四大要素[12]。為實(shí)現(xiàn)辦公椅外觀設(shè)計(jì)融入情感化理念，為用戶提供健康舒適的產(chǎn)品。通過研究辦公椅外觀設(shè)計(jì)中的四大因素，將設(shè)計(jì)與評估過程分為3個(gè)相對獨(dú)立的階段。即用戶需求與情感分析、外觀方案設(shè)計(jì)及方案評估，詳情流程如圖1所示。

首先，基于辦公行為方式對成都市綜合社區(qū)內(nèi)260名20—50歲年齡段的辦公人群進(jìn)行調(diào)研，以獲取用戶初始需求。其次，經(jīng)統(tǒng)計(jì)篩選后最終獲得7項(xiàng)典型需求，采用5級Likert量表評價(jià)進(jìn)行評分。共發(fā)放問卷260份，有效問卷255份（基于問卷星TM開展了面向成都市民的網(wǎng)絡(luò)問卷，問卷結(jié)果見網(wǎng)址：https：//www.wjx.cn/ report/50098896.aspx·sat=1）。最后，將用戶需求指標(biāo)以數(shù)據(jù)可視化的形式展示，采用AHP和SPSS軟件計(jì)算出用戶需求權(quán)重，用戶需求C及用戶需求權(quán)重K值見表2。其中 K 值均小于 0.1，符合一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）設(shè)計(jì)需求及目標(biāo)

根據(jù)QFD法和情感化理念，目標(biāo)是滿足多種類型的用戶需求，將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)需求。設(shè)計(jì)需求D及相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)見表3。

（三）用戶需求與設(shè)計(jì)需求的關(guān)系

建立用戶需求與設(shè)計(jì)需求關(guān)系矩陣。分析用戶需求與辦公椅設(shè)計(jì)需求間的關(guān)系，計(jì)算辦公椅設(shè)計(jì)需求的權(quán)重值并進(jìn)行排序[13]。

（四）辦公椅的“功能—行為—結(jié)構(gòu)”轉(zhuǎn)化模型

依據(jù)上述分析提出如圖2所示的“功能—行為—結(jié)構(gòu)—效益”轉(zhuǎn)化模型，具體解讀如下：

1. 功能—行為轉(zhuǎn)化，將篩選后的子功能轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)現(xiàn)方法。例如，在辦公方式上采用站坐交替式辦公，利用升降式系統(tǒng)進(jìn)行輔助起身設(shè)計(jì)。

2. 行為—結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，分解用戶行為方式，將其細(xì)化為對應(yīng)的功能組件，例如，基于用戶偏好和行為模式，將升降系統(tǒng)開關(guān)設(shè)計(jì)在扶手前后方，便于操作。

3. 結(jié)構(gòu)—效益轉(zhuǎn)化，將對應(yīng)功能的組件或結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品痛點(diǎn)，解決實(shí)際問題。例如：可調(diào)節(jié)升降系統(tǒng)是多功能、形式的體現(xiàn)，滿足多類辦公群體需求。

（五）實(shí)驗(yàn)研究

1. 研究樣本

選擇4種符合國家（中國）及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2280-2016辦公家具 辦公椅相關(guān)規(guī)范的人體工學(xué)辦公椅作為實(shí)驗(yàn)樣本。樣本提供了適當(dāng)?shù)淖撕拖鄬κ孢m的坐墊，辦公椅和靠背，以及可調(diào)節(jié)的扶手。研究設(shè)計(jì)包括4個(gè)外觀相同但辦公椅結(jié)構(gòu)不同的模型。A型辦公椅采用模塑軟質(zhì)PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度50mm）；B型辦公椅采用模塑軟質(zhì)PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度50mm）；C型辦公椅增加了微型彈簧（厚度45mm，直徑1.6mm，高度40mm）和模塑軟質(zhì)PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度45mm）組合的辦公椅；D型辦公椅為板狀半硬質(zhì)PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度45mm）由彈性網(wǎng)制成，樣本如圖3所示。

通過“用戶需求獲取”獲得用戶初始需求。經(jīng)分析篩選后最終獲得36例典型需求。其中36例（女18例，男18例），年齡 20～50歲（平均28.2歲；SD為6.7），高度156～187cm（平均173.6；SD為8.6），體重48～103kg（平均61.9；SD為10.8）參與研究。其工作時(shí)間從3個(gè)月到20年，坐姿狀態(tài)多以坐姿為主。受試者被分成9個(gè)小組，每組4個(gè)。實(shí)驗(yàn)前要求被試者填寫了自己的健康問卷，結(jié)果如下：肩部疼痛11%，頸部疼痛13%，頸椎疼痛14%，胸脊柱疼痛3%，腰椎疼痛5%，髖關(guān)節(jié)疼痛0%，腿部疼痛，靜脈曲張3%，血液循環(huán)不良3%，關(guān)節(jié)疼痛6%，腿部腫脹8%，膝蓋疼痛4%，患有痔瘡的8%。其中 8人（23%）沒有報(bào)告任何健康問題，28人（77%）均有健康問題，其中肩頸部位疼痛占比最高。

2. 研究方法及測試程序

每位被試者分別測試4把椅子，每次超過2個(gè)工作日，按照預(yù)設(shè)的方案，分為以下3步。

Step1：受試者調(diào)整辦公椅至舒適的體位，開始使用辦公椅。

Step2：使用3個(gè)小時(shí)后，填寫調(diào)查問卷。之后更換辦公椅，以兩天為一個(gè)周期進(jìn)行測試。其姿勢并不固定或控制。通過主觀評測對四種辦公椅結(jié)構(gòu)及使用者的舒適性進(jìn)行評估。

Step3：在每把被研究的辦公椅上使用兩天之后，研究對象需填寫一份包含17項(xiàng)陳述的問卷，通過對舒適和不舒適的感覺進(jìn)行評分，對測試者在實(shí)驗(yàn)中和日常辦公環(huán)境中進(jìn)行比對來評估辦公椅。

3. 研究結(jié)果

通過主觀調(diào)研和客觀虛擬分析評估。數(shù)據(jù)處理采用SPSS 20統(tǒng)計(jì)軟件。通過多變量方差分析（MANOVA）舒適度和不舒適度主觀、客觀評價(jià)差異的顯著性，重復(fù)測量兩個(gè)相鄰因子來評價(jià)辦公椅的舒適性。經(jīng)設(shè)計(jì)評估后，各量表上的舒適度得分顯著高于各量表上的不舒適度得分。這意味著受試者對所有椅子的評分都是舒適而不是不舒適的。通過實(shí)驗(yàn)測試得出：

（1）不同類型的辦公椅對舒適度的感知存在差異。

（2）辦公椅的結(jié)構(gòu)形式和材料是通過減少坐著時(shí)產(chǎn)生的疲勞和疼痛來增加舒適感。

（3）帶網(wǎng)的椅子明顯比其他椅子舒適，椅面坐墊形狀會(huì)壓迫大腿的血管和神經(jīng)，受臀部和腿部神經(jīng)因素影響。

（4）板狀PUR泡沫塑料椅（模型D）明顯比模塑PUR泡沫塑料椅（模型A/B/C）更舒適，但統(tǒng)計(jì)上模塑與板狀PUR泡沫椅并沒有顯著差異。

4. 優(yōu)化設(shè)計(jì)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，有網(wǎng)眼的椅子得分更高，這是由于其框架結(jié)構(gòu)和坐墊連接處沒有硬底座。基于情感化理念來解決辦公椅的本能層次、行為層次、反思層次3方面的設(shè)計(jì)。采用QFD法來獲取辦公椅的用戶需求，結(jié)合所提的QFD法和情感化理念來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一款多功能需求的辦公椅，詳見圖4。該優(yōu)化方案具有以下3種特定：

（1）扶手關(guān)鍵尺寸優(yōu)化，符合辦公椅國家標(biāo)準(zhǔn)（QB/T 2280-2016）。扶手內(nèi)寬尺寸為480 mm，扶手高為160-250 mm。采用5D移動(dòng)式設(shè)計(jì)及防滑材質(zhì)，能有效避免抓握時(shí)雙手滑落的狀況?？勘硟蓚?cè)設(shè)有扶手，可上下來回移動(dòng)，傾斜設(shè)計(jì)保證了使用者在雙手拉動(dòng)扶手時(shí)減少容錯(cuò)率，達(dá)到輔助起身的作用。如圖5所示。

（2）座墊優(yōu)化，采用板狀半硬質(zhì)PUR泡沫塑料。其材料具有良好的透氣性及易于清潔，可以確保坐姿辦公時(shí)不會(huì)感到太熱或太冷。得益于網(wǎng)狀材料的強(qiáng)度，可以很好地保持形狀。椅面坐墊前端呈瀑布狀，其傾斜角度在 5°內(nèi)，符合人機(jī)工學(xué)座板相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)角度要求[14]?？蓽p輕受壓臀部和腿部神經(jīng)、血管的壓力，以此來緩解肩部、背部及腰部的受力點(diǎn)。

（3）“S形”椅背優(yōu)化，使用JACK仿真模擬分析。設(shè)計(jì)采用網(wǎng)狀PUR塑料材質(zhì)和S形曲面造型設(shè)計(jì)，符合人體脊柱的自然彎曲，為腰部提供支撐以緩解疼痛。靠背與座面傾斜度在 90°-115° 之間。一方面為用戶辦公時(shí)提供輔助支撐來維持身體平衡；另一方面能緩解因久坐產(chǎn)生的疲勞，以此來提升用戶的整體舒適性[15]。

5. 用戶評估

為探究不良工作姿勢對辦公人員肌肉骨骼損傷（MSDs，Musculoskeletal Disorders）的影響。分析各身高類型用戶在使用該椅子時(shí)的舒適情況，采用作業(yè)姿勢分析系統(tǒng)（OWAS，Ovako Working Posture Analysis System）對辦公人員因不良姿勢而出現(xiàn)的疼痛和不舒適情況進(jìn)行分析與評估。采用JACK可以用來評估設(shè)計(jì)方案的坐姿，將辦公椅模型導(dǎo)入JackTM人因仿真分析軟件中，并創(chuàng)建P5女性、P50女性、P50男性、P95男性虛擬人（Chinese）各一位，以雙腳落地的辦公坐姿（Seated typing）安置于設(shè)計(jì)方案模型上，然后使用“OWAS”模塊進(jìn)行舒適度靜態(tài)仿真評估，使用“Static Strength Prediction”“Lower Back Analysis”和“Metabolic Energy Expenditure”模塊進(jìn)行舒適度動(dòng)態(tài)仿真評估。

“Static Strength Prediction”模塊仿真結(jié)果顯示：4種典型百分位虛擬人在該辦公椅模型上以多種辦公狀態(tài)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬時(shí)。其Mean Strengths、Angle Values和Torque Values各項(xiàng)指標(biāo)均顯示正常，代表虛擬人的身體受力均勻。滿足用戶需求獲取中所提出的C1-C2（C1 易于使用者辦公、C2 便于使用者移動(dòng)）問題。

“Lower Back Analysis”模塊仿真結(jié)果顯示：4種典型百分位虛擬人在該辦公椅模型上以工作中常見的Seated typing姿勢進(jìn)行模擬時(shí)，舒適評估結(jié)果均為“L1”級，表明各百分位虛擬人的身體姿勢自然，不承受具有損傷性壓迫。滿足用戶需求獲取中所提出的 C3-C5（C3辦公椅操作省力、簡便 C4 保持用戶坐姿平衡 C5 久坐不易感到疲勞）問題。

“Metabolic Energy Expenditure”模塊仿真結(jié)果顯示：4種典型百分位虛擬人在該辦公椅模型上以工作中常見的辦公姿勢進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，測驗(yàn)結(jié)果表明 L4/L5（第四腰椎、第五腰椎）脊椎壓力值為 800 N，壓力數(shù)值遠(yuǎn)小于NIOSH（National Institute for Occupational Safety and Health）壓力極限標(biāo)準(zhǔn) 3400 N，說明人體在使用辦公椅時(shí)脊椎受力健康，肌肉受力均勻且符合NIOSH標(biāo)準(zhǔn)。表明各百分位虛擬人的辦公姿勢自然，腰部脊椎等處有明顯改善。結(jié)合所有舒適性指標(biāo)，包括肢體、背部和軀干的舒適性指標(biāo)。滿足用戶需求獲取中所提出的 C6-C7（C6 使用時(shí)的舒適性 C7 使用時(shí)的安全性）問題。上述仿真結(jié)果表明，此辦公椅能夠?yàn)檗k公人員提供良好的舒適性，有助于緩解疲勞提高辦公效率。

結(jié)語

通過研究提出了基于QFD法和情感化理念的辦公椅優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，明確了辦公椅的設(shè)計(jì)要素、評價(jià)指標(biāo)以及其權(quán)重值，并將權(quán)重值較高的要素融入辦公椅設(shè)計(jì)。提出用戶需求和情感體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的辦公椅優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，有助于充分挖掘用戶需求，為辦公椅優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。通過QFD 法構(gòu)建數(shù)字模型，對同一層級的各項(xiàng)用戶需求進(jìn)行兩兩比較后通過5級李克特量表對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)。利用 JACK 進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真分析，驗(yàn)證方案的可行性。

基金項(xiàng)目：四川省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與文化研究中心2022年度重點(diǎn)項(xiàng)目（MD22Z005）

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