基于QFD的老年家用陪護(hù)機器人設(shè)計

劉宗明，葛碧慧

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基于QFD的老年家用陪護(hù)機器人設(shè)計

劉宗明，葛碧慧

(湖南工業(yè)大學(xué)包裝設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412007)

為解決老年家用陪護(hù)機器人設(shè)計中用戶需求多樣性的問題，結(jié)合質(zhì)量功能展開(QFD)方法和Kano模型，對老年家用陪護(hù)機器人用戶需求的獲取及需求轉(zhuǎn)化展開研究。首先，以老年用戶為研究對象，運用Kano模糊問卷調(diào)查法，從造型、功能、交互3個方面獲取老年用戶需求并對需求進(jìn)行分類，建立老年家用陪護(hù)機器人的QFD模型。其次，將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計要素，確定用戶需求相對重要度，建立老年家用陪護(hù)機器人的QFD模型。最后，從造型、功能、交互3個方面提出設(shè)計解決方案，為老年用戶提供了滿意的家用陪護(hù)產(chǎn)品。以老年家用陪護(hù)機器人為例，將用戶重點需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計要素，提出設(shè)計方案，為同類產(chǎn)品設(shè)計提供參考。

工業(yè)設(shè)計；質(zhì)量功能展開；模糊Kano模型；陪護(hù)機器人；用戶需求

老齡化是現(xiàn)代社會突出問題，習(xí)近平同志在黨的十九大報告中指出，實施健康中國戰(zhàn)略，積極應(yīng)對人口老齡化，加快老齡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。老年人產(chǎn)品市場需求量越來越大，并逐漸從非智能化向智能化的設(shè)計方向過渡，這是當(dāng)前企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要契機。由于生活節(jié)奏較快，子女疲于工作，陪伴老年人時間較少，因而情感體驗類的智能產(chǎn)品成為老齡市場的寵兒，尤其是智慧型具有陪護(hù)功能的產(chǎn)品。隨著機器人市場趨于成熟，具有易操作、易學(xué)習(xí)、易交互特點的陪護(hù)型機器人產(chǎn)品深受老年人喜愛?，F(xiàn)市面上大部分產(chǎn)品主要以考慮產(chǎn)品的功能為主，設(shè)計主要依賴于設(shè)計師的經(jīng)驗值，較少考慮用戶的潛在需求，決策過程中缺乏用戶參與，致使實際使用體驗并不理想。老年人產(chǎn)品中既要充分體現(xiàn)產(chǎn)品的功能性[1]，還應(yīng)滿足用戶精神需求和體驗需求。因此，挖掘用戶潛在需求是設(shè)計的第一要務(wù),用戶對產(chǎn)品的需求分為需求獲取和轉(zhuǎn)化用戶需求兩大部分[2]，只有真正挖掘用戶需求才能設(shè)計出讓老年用戶滿意的產(chǎn)品。

質(zhì)量功能展開(quality function deployment，QFD) 方法在用戶需求的挖掘和重要度研究方面被廣泛應(yīng)用。QFD是一種將顧客或市場的要求轉(zhuǎn)化為設(shè)計要求、零部件特性、工藝要求、生產(chǎn)要求的多層次演繹分析方法[3]。文獻(xiàn)[3]運用QFD進(jìn)行用戶需求分析后，改良了摩擦焊機的造型設(shè)計。石元伍和韓珊[4]運用QFD進(jìn)行顧客需求滿意度評價，根據(jù)顧客需求評價優(yōu)先級確定創(chuàng)意方向，設(shè)計醫(yī)療服務(wù)機器人。并以老年家用陪護(hù)機器人為例，利用QFD構(gòu)建產(chǎn)品需求模型，梳理老年家用陪護(hù)機器人合理設(shè)計流程，最終完成產(chǎn)品實例。

1 老年家用陪護(hù)機器人質(zhì)量屋構(gòu)建流程

以往的設(shè)計中運用質(zhì)量屋進(jìn)行造型設(shè)計推敲的案例較為常見，但是對于整體產(chǎn)品開發(fā)的研究較少，所以運用QFD進(jìn)行用戶需求分析能夠為產(chǎn)品提供更精確的造型、功能和交互設(shè)計要素。

產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵是通過用戶需求調(diào)查，確定用戶需求重要度。需求分析是設(shè)計的依據(jù)，決定了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)[5]。面向老年人陪護(hù)機器人質(zhì)量屋的構(gòu)建流程包括：①通過網(wǎng)絡(luò)等渠道收集不同的陪伴、護(hù)理型機器人圖片進(jìn)行產(chǎn)品評價。②從造型、功能、交互方面設(shè)計問卷題目，從而獲取用戶需求和用戶滿意度。③歸納用戶的潛在需求，擬定可行的用戶需求功能要素，確定老年人陪護(hù)機器人的設(shè)計要素及重要度，制定表格。④分析可能采取的功能要素和外觀結(jié)構(gòu)要素，并將其整理成表格，構(gòu)建矩陣，從而完成質(zhì)量屋主體。⑤功能與需求的相關(guān)分析，計算各個功能要素的目標(biāo)值，填寫于質(zhì)量屋中，最終完成質(zhì)量屋的構(gòu)建，同時驗證是否滿足各需求。具體流程如圖1所示。

圖1 老年家用陪護(hù)機器人質(zhì)量屋構(gòu)建流程

2 老年家用陪護(hù)機器人需求分析

當(dāng)前，在居家養(yǎng)老模式大力發(fā)展下，老年家用陪護(hù)機器人作為智能化的家居產(chǎn)品，無疑將是最為實用和普遍的產(chǎn)品類型[6]。隨著獨居老人的增多，老年人容易產(chǎn)生心理變化，出現(xiàn)失落、寂寞、焦躁等不安情緒，并且普遍存在身體不靈活、記憶力下降、反應(yīng)遲鈍、排斥新技術(shù)以及接受新事物較慢等現(xiàn)象。因此，本文從用戶的模糊Kano問卷調(diào)查開始，對老年用戶的產(chǎn)品使用體驗和需求類型進(jìn)行研究。模糊Kano模型在用戶需求調(diào)查中具有普適性，根據(jù)現(xiàn)有家用機器人產(chǎn)品圖片，制作產(chǎn)品樣本進(jìn)行用戶問卷調(diào)查，并根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果進(jìn)行打分，最終獲取用戶需求和滿意度，見表1。

表1 模糊Kano問卷

3 老年家用陪護(hù)機器人需求轉(zhuǎn)化

3.1 老年家用陪護(hù)機器人的設(shè)計要素提取

對產(chǎn)品開發(fā)而言挖掘用戶需求類型及分析用戶需求重要度是創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵，是引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的方向。在用戶調(diào)研中R1為設(shè)計要素，共計發(fā)放100張問卷，收回實際有效的問卷為86張，此回收率有效。Kano問卷調(diào)查還包括了價格適中、操作簡單、功能齊全、符合老年人審美、給人親切感等以滿足其基本生活、社交、休閑娛樂等需求。調(diào)查目標(biāo)用戶分為老年人及老年人子女。因此，產(chǎn)品設(shè)計過程中，首先要進(jìn)行用戶需求歸類，并將其提煉轉(zhuǎn)化為功能結(jié)構(gòu)相關(guān)的需求質(zhì)量要素，通過問卷調(diào)查分析用戶需求，總結(jié)能夠影響產(chǎn)品功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計要素。表2給出了老年家用陪護(hù)機器人功能結(jié)構(gòu)設(shè)計要素。

表2 老年家用陪護(hù)機器人功能設(shè)計要素

3.2 老年家用陪護(hù)機器人的需求重要度

Kano模型可將需求分為5類：魅力需求、一維需求、無差異需求、逆向需求和必備需求[7]。并規(guī)定必備需求重要度為5,一維需求重要度為4，魅力需求重要度為2，逆向需求是產(chǎn)品所不應(yīng)出現(xiàn)的功能，重要度為–3，見表3。顧客滿意需求與重要度是改進(jìn)的質(zhì)量屋矩陣的關(guān)鍵輸入[8]，可根據(jù)此結(jié)果確定設(shè)計開發(fā)的重點與方向。

表3 老年家用陪護(hù)機器人需求類型以及重要度

3.3 老年家用陪護(hù)機器人的質(zhì)量屋構(gòu)建

通過歸納整理后，確定老年家用機器人設(shè)計質(zhì)量屋中的用戶需求為造型簡單大方、色彩沉穩(wěn)、自我學(xué)習(xí)能力強、操作簡單等，其構(gòu)成老年家用陪伴機器人的質(zhì)量屋的功能要素矩陣。首先，根據(jù)表3中各設(shè)計需求的重要度進(jìn)行計算，重要度評價是確定每項設(shè)計要素對于用戶需求的重要程度，取值范圍為0～5，5分為最高分，分值越高表示其更具設(shè)計價值。然后進(jìn)行相對權(quán)重的計算，水平提高率及產(chǎn)品特性之間的關(guān)系可表示為

＝××(1)

在創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計中，相對權(quán)重是用戶需求可視化的結(jié)果，其最終得到數(shù)值代表用戶需求設(shè)計要素重要程度的比值，質(zhì)量要素相對權(quán)重可表示為

將上述計算結(jié)果填寫到相應(yīng)的質(zhì)量屋中，最后建立用戶在造型、功能、交互上的需求。由關(guān)鍵質(zhì)量要素構(gòu)成的老年人家用陪護(hù)機器人設(shè)計的質(zhì)量要素與顧客需求質(zhì)量屋如圖2所示。

4 老年家用陪護(hù)機器人設(shè)計流程

老年家用陪護(hù)機器人的整體設(shè)計流程中，通過質(zhì)量屋的途徑可很好地挖掘用戶需求，是產(chǎn)品開發(fā)流程中的核心部分，從而可以真正設(shè)計出符合要求的產(chǎn)品[9]。因此，以質(zhì)量屋構(gòu)建為核心，梳理系統(tǒng)的、科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計流程是創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵，具體流程如圖3所示。首先需要收集和篩選樣本，識別用戶需求；第二，借助Kano問卷調(diào)查對老年用戶及其子女的實際產(chǎn)品使用體驗和具體需求進(jìn)行研究；第三，歸納用戶需求，將需求從造型、功能、交互3個方面分類并分析提取設(shè)計要素；第四，根據(jù)問卷算出用戶需求重要度；第五，計算各項目標(biāo)值構(gòu)建質(zhì)量屋，驗證是否滿足各需求；最后進(jìn)行方案的設(shè)計和實現(xiàn)。

圖3 老年家用陪護(hù)機器人的質(zhì)量屋構(gòu)建流程

5 設(shè)計實例

5.1 老年家用陪護(hù)機器人的造型設(shè)計

依據(jù)提取的設(shè)計要素重要度，通過質(zhì)量屋的構(gòu)建，首先進(jìn)行機器人的造型設(shè)計，并繪制頭腦風(fēng)暴圖，如圖4所示。造型上，首先應(yīng)實現(xiàn)圓潤、淺色的外觀、可親近的擬人化外形的重點設(shè)計要素，在機器人造型的外觀線條上采用了仿生設(shè)計，線條流暢觸感舒適。因此，設(shè)計中將“海豚”的元素提煉嫁接到造型中，賦予產(chǎn)品外觀情感化的人文形象，可以提升產(chǎn)品的親和力[10]。顏色為銀灰色給人安全、沉穩(wěn)的感覺。一維需求滿足方面(表3)，需在機器人整體造型各個部分的零件進(jìn)行反復(fù)推敲，如輪子的大小和排放位置、機器人頭部的圓潤弧度、屏幕的大小以及攝像頭的位置等方面，讓機器人整體造型美觀、大方。

圖4 頭腦風(fēng)暴圖

5.2 老年家用陪護(hù)機器人的功能設(shè)計

結(jié)合質(zhì)量屋計算的結(jié)果，提出老年陪伴機器人在功能上的重點設(shè)計要素，如圖5所示。在產(chǎn)品設(shè)計中，為使陪護(hù)機器人更具有市場競爭力，根據(jù)質(zhì)量屋構(gòu)建的結(jié)果將功能設(shè)計分為語音識別、家庭安防、家庭管家、人工智能4個方面。其中家庭管家中的體檢、撥打120和室內(nèi)監(jiān)測安防2項是用戶最迫切的需求，相對權(quán)重占比分別為11.5%和11.8%，設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)這兩項重點需求，保障老年用戶身體和生活環(huán)境的安全。其次，根據(jù)重要度確定功能要素，如自動充電、遠(yuǎn)程控制、提醒吃藥、事件記錄、人臉跟蹤識別、環(huán)境感知、自主導(dǎo)航和避障、多方視頻通話等。同時，可以語音播報、提醒吃藥，保障老年人生命安全的同時給予心靈上的寬慰。

圖5 老年家用陪護(hù)機器人功能設(shè)計

5.3 老年家用陪護(hù)機器人的交互設(shè)計

人機交互是居家養(yǎng)老模式中產(chǎn)品最重要的設(shè)計要素[11]，可以解決老年人家居陪伴中情感體驗的問題。在質(zhì)量屋中陪伴交流的相對權(quán)重占比為7.4%，占比最高。因此，設(shè)計時，首先應(yīng)實現(xiàn)陪伴交流的需求。其次，在一維需求方面，設(shè)計需滿足如人臉跟蹤識別、人物表情生動等功能，可通過頭部的液晶屏用于交互，提升親和力。在魅力需求方面，通過可觸摸反應(yīng)的身體完成觸摸反饋，使機器人與老年人的交互更為明顯，讓老年人覺得更加溫暖可靠。以老年人的視角進(jìn)行臉部表情設(shè)計，老年陪護(hù)機器人的表情設(shè)計是能否有效和老年人進(jìn)行情感和信息交流的關(guān)鍵，并不斷優(yōu)化面部表情和情緒特征設(shè)計方案，逐步確立了具有親和力和趣味性的表情設(shè)計如圖6所示。

5.4 整體方案效果圖表達(dá)

根據(jù)草圖確定設(shè)計方向，建模并完成渲染效果圖(圖7)，老年陪護(hù)機器人方案整體造型簡約、親和力強，色彩搭配沉穩(wěn)符合老年用戶的審美。

圖7 老年家用陪護(hù)機器人效果圖

根據(jù)質(zhì)量屋計算的結(jié)果，結(jié)合用戶需求合理安排機器人所需的功能和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，圖8是老年家用陪護(hù)機器人結(jié)構(gòu)圖。

圖8 老年家用陪護(hù)機器人結(jié)構(gòu)圖

6 結(jié) 論

老年家用機器人設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，用戶需求和重要度分析可圍繞老年群體的需求目標(biāo)展開深入研究。本文通過調(diào)查用戶需求建立QFD模型，從造型、功能和交互設(shè)計3個方面中挖掘用戶需求，優(yōu)先考慮產(chǎn)品特性并結(jié)合老年用戶的特性突出設(shè)計創(chuàng)意點，這樣易形成用戶的信任和良好的用戶體驗。最后，以老年陪護(hù)機器人為例，展開方案設(shè)計及制作縮小比例模型，驗證了方法的可行，該方法及流程有助于設(shè)計人員更明確地設(shè)計出符合老年用戶需求的產(chǎn)品。

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Design of Elderly Household Companion Robot Based on QFD

LIU Zongming, GE Bihui

(School of Packaging Design & Art, Hunan University of Technology, Zhuzhou Hunan 412007, China)

In order to seek innovative solutions for the designing of elderly household companion robot, this paper studies the modeling method of the user demand’s acquisition and conversion for the home companion robot based on quality function deployment (DFQ). With a focus on the elderly user demand, by means of investigating and analyzing the existing robot appearance and trial experience, as well as computing importance order of user demands the present study constructed the model of QFD for the elderly household companion robot, so as to find out novel methods to solve problems and determine the overall design of intelligent elderly household robots, and finally provide reference for innovative design to enhance user experience.

industrial design; quality function deployment; fuzzy-Kano model; accompany robot; user requirement

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018040695

A

2095-302X(2018)04-0695-05

2018-04-14；

2018-06-28

湖南省十二五教育科學(xué)規(guī)劃課題(XJK015BGD022)

劉宗明(1978-)，男，江西吉安人，副教授，博士研究生。主要研究方向為產(chǎn)品設(shè)計理論與方法。E-mail：109835841@qq.com