基于模糊Kano模型與TOPSIS法的產(chǎn)品設(shè)計研究

陳 香，邱大鵬

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基于模糊Kano模型與TOPSIS法的產(chǎn)品設(shè)計研究

陳 香，邱大鵬

(江南大學(xué)設(shè)計學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

為了提升用戶對產(chǎn)品的滿意度和產(chǎn)品的市場競爭力，提出基于模糊Kano模型和TOPSIS法的產(chǎn)品設(shè)計方法。首先，根據(jù)產(chǎn)品的不同方面進(jìn)行調(diào)研獲取了用戶的不同需求后，運用模糊Kano模型將用戶需求進(jìn)行分類：必備需求、一元需求和魅力需求。其次，以必備需求和一元需求為主體，采用TOPSIS法確定魅力需求重要度排序并進(jìn)行篩選，從而得到產(chǎn)品設(shè)計上合理的解決途徑和方案。最后，將該方法應(yīng)用于智能割草機(jī)的設(shè)計實例中，以驗證其的可行性，可為其他相似項目提供新的思路。

產(chǎn)品設(shè)計；模糊Kano模型；TOPSIS法；用戶滿意度；智能割草機(jī)

目前市場上產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，消費者難以選擇滿意的產(chǎn)品[1]，針對該情況，提出一種基于模糊Kano模型和TOPSIS法的產(chǎn)品設(shè)計方法。Kano模型用于評價用戶的需求指標(biāo)，得出使用戶滿意度更高的產(chǎn)品質(zhì)量要素。席樂等[2]運用模糊Kano模型對游客服務(wù)機(jī)器人的造型要素進(jìn)行用戶需求分析，并區(qū)分出不同的產(chǎn)品特性；陳嬿等[3]通過Kano模型將家用移位輔助設(shè)備的用戶新需求分類后確定其重點改良要素等。TOPSIS是運籌學(xué)中一種多目標(biāo)、多屬性的高效評價方法，主要評價產(chǎn)品質(zhì)量要素的重要度；楊靜[4]利用三角模糊TOPSIS為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計提供了完整的評價和創(chuàng)新流程；許靜等[5]利用TOPSIS的函數(shù)模型對產(chǎn)品的質(zhì)量特性進(jìn)行了優(yōu)化等。以上2種模型均有分析、評價、篩選和優(yōu)化的作用，Kano和TOPSIS的結(jié)合為智能產(chǎn)品設(shè)計研究提供了新思路。本文提出通過模糊Kano模型的需求指標(biāo)屬性分類和TOPSIS法的重要度排序計算相結(jié)合的方法，旨在提高用戶滿意度并得出產(chǎn)品的差異設(shè)計點，將此方法應(yīng)用于一款智能割草機(jī)的設(shè)計實例中，以驗證此方法在設(shè)計中的效果。

1 模糊Kano-TOPSIS方法模型

1.1 運用模糊Kano模型將用戶需求指標(biāo)分類

Kano模型主要是為了表現(xiàn)用戶的滿意度與產(chǎn)品的質(zhì)量要素之間的非線性關(guān)系[6]。用戶的需求指標(biāo)即產(chǎn)品質(zhì)量要素，將產(chǎn)品的質(zhì)量要素進(jìn)行分類，以得到特定的產(chǎn)品功能以改善用戶滿意度，指導(dǎo)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。

Kano模型將產(chǎn)品質(zhì)量要素分為5類[7]，如圖1所示。①必備質(zhì)量要素(M)。當(dāng)質(zhì)量要素具備程度低時，用戶滿意度會大幅降低，而當(dāng)其具備程度高時滿意度也可能不會上漲；②一元質(zhì)量要素(O)。指用戶滿意度與質(zhì)量要素的具備情況呈線性關(guān)系；③魅力質(zhì)量要素(A)。指用戶不會過分期望的質(zhì)量要素，如果具備程度高，用戶會相當(dāng)興奮，具備程度低的情況下用戶不存在明顯的不滿意；④無關(guān)質(zhì)量要素(I)。指無論是否具備都不影響用戶滿意度；⑤反向質(zhì)量要素(R)。指具備，反而會導(dǎo)致用戶滿意度降低的質(zhì)量要素[7]。Kano調(diào)查問卷、Kano評估表和Kano調(diào)查結(jié)果表是Kano模型分析的3個主要工具[8]。

圖1 Kano模型

模糊Kano模型是在傳統(tǒng)Kano模型不能精確反映用戶的實際體驗與需求的問題基礎(chǔ)上，提出利用區(qū)間模糊數(shù)來表示用戶的感受[9]，更加接近于不確定問題的實際情況。例如某質(zhì)量要素具備時，用戶可將1分配給滿意0.6、理當(dāng)如此0.3和無所謂0.1。

1.2 TOPSIS確定用戶需求指標(biāo)的重要度

TOPSIS是針對多屬性問題的決策方法[10-11]，其計算過程如下：

(1) 構(gòu)造評價矩陣。1，2，···，表示個評價項目，個評價者1，2，···，F對項目展開評價，表１是其評價的矩陣。

表1 評價矩陣

(2) 將每一個評價數(shù)值用三角模糊數(shù)表示，例如x=(a，b，c)。

(3) 轉(zhuǎn)化模糊群體評價結(jié)果為清晰值[12]。將三角模糊數(shù)歸一化為

x=(a+2b+c)/4 (1)

由此得到清晰值矩陣

=(x)×m(2)

(4) 評價的數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，得到規(guī)范評價矩陣

=(y)×m(3)

(5) 求解加權(quán)規(guī)范評價矩陣。若評價者的權(quán)重為=(1，2，···，w)，為第個評價者的權(quán)重，且

則加權(quán)規(guī)范評價矩陣為

=(r)×f(5)

其中，r＝w×y

(6) 確定矩陣的正理想解向量+和負(fù)理想解向量–，即

+={1+,2+, ···,r+}={(maxr|∈+), (minr|∈–)}

–={1–,2–, ···,r–}={(minr|∈+), (maxr|∈–)}

其中，+={效益型性}；–={成本型性}。

(7) 計算各個評價數(shù)值與+和–的距離V+和V–

(8)D指各個評價數(shù)值和最理想值的相對接近度，即

D＝V－/(V＋+V－) (＝1，2，···，) (8)

(9) 將D值按大小排序，D越小，第個評價指標(biāo)的重要度越低，反之則越高。根據(jù)需求指標(biāo)的重要度排序，綜合考慮重要度高的若干指標(biāo)和用戶訴求進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。

綜上所述，在模糊Kano-TOPSIS方法模型中，模糊Kano模型主要用于將產(chǎn)品的用戶需求指標(biāo)進(jìn)行分類，直觀地反映出用戶不同的需求指標(biāo)對用戶滿意度的影響程度；再將需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品功能時，用TOPSIS方法得出需求指標(biāo)的重要度排序并選擇重要度較高的需求指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。將以上2種篩選方法結(jié)合對用戶需求指標(biāo)進(jìn)行雙重把關(guān)，使產(chǎn)品的設(shè)計更接近用戶真實需求。

2 模糊Kano-TOPSIS方法的實例應(yīng)用

2.1 模糊Kano模型確定需求指標(biāo)的屬性

2.1.1 用戶需求的收集整理

市面上的產(chǎn)品設(shè)計在用戶研究時往往從功能的角度出發(fā)，而用戶需求分析則是設(shè)計的依據(jù)、明確了產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)[13]。因此，以割草機(jī)為例，通過市場調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料等措施收集和捕捉其功能上的需求點后，綜合整理得到表2的需求評價指標(biāo)。

表2 需求評價項目表

2.1.2 模糊Kano問卷設(shè)計

模糊Kano模型更接近實際的不確定性評價，用戶可以對不止一個選項給予滿意度數(shù)值，每行數(shù)值和為1，模糊Kano問卷見表3，然后根據(jù)表4的Kano評估表進(jìn)行評估。

表3 模糊Kano問卷

表4 Kano評估表

2.1.3 用戶調(diào)研

選取城市公園、學(xué)校以及部分面積較大的私人草坪割草機(jī)使用者發(fā)放問卷，共發(fā)出115份問卷，除去3份不合理問卷和2份空白問卷，得到有效問卷110份。屬性確定的原則為：統(tǒng)計人數(shù)居多項為需求的所屬屬性。統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 模糊Kano模型統(tǒng)計結(jié)果表

由表5的統(tǒng)計結(jié)果可得出必備需求包括：避雨、爬坡和手動把手；一元需求主要包括：清理草屑的功能、易維修、外觀上的堅固和美觀以及效率的提高；魅力需求主要有：流線型外觀、可折疊、可載重、可無線充電以及交互上的APP控制、語音控制和觸控面板等。首先，作為草坪上工作的產(chǎn)品，對環(huán)境的適應(yīng)能力(如避雨、爬坡等)是最基本功能。其次，用戶也希望智能割草機(jī)在高效、多功能的基礎(chǔ)上外觀上能滿足用戶的審美需求以及智能化的交互需求。智能割草機(jī)的魅力需求的不滿足，雖不會降低用戶的滿意度，但若能滿足需求，則會提升用戶滿意度和產(chǎn)品價值。表5中統(tǒng)計的魅力需求較多，需篩選出其關(guān)鍵需求用以指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計。

2.2 TOPSIS法確定用戶指標(biāo)重要度(以魅力需求為例)

魅力需求指標(biāo)有7項：流線型、可折疊、可載重、無線充電、APP控制、語音控制和觸控面板。由表6的對應(yīng)關(guān)系，求得三角模糊數(shù)的清晰型歸一化評價值。

表6 評價語言變量與三角模糊數(shù)對應(yīng)表

7位專家根據(jù)表6的評價標(biāo)準(zhǔn)對魅力需求指標(biāo)的重要度進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表7。

表7 專家評價結(jié)果

對表7的數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，以獲得規(guī)范化評價矩陣見表8。專家間水平無異，不對規(guī)范評價矩陣進(jìn)行加權(quán)計算。

表8 評價結(jié)果的規(guī)范化評價矩陣

比較表4中規(guī)范化后的評價結(jié)果，確定正理想解和負(fù)理想解

+={1+，2+，···，r+}={0.465，0.499，0.516，0.601，0.557，0.579，0.474}

–={1–，2–，···，r–}={0.294，0.053，0.122，0.016，0.132，0.072，0.133}

計算7個評價數(shù)值與＋的距離V＋和與–的距離V–，求出7個指標(biāo)的相對接近度D，計算結(jié)果見表9。

表9 魅力需求指標(biāo)的綜合評價

由表9的數(shù)據(jù)可以確定產(chǎn)品魅力需求指標(biāo)的重要度從高到低依次排序為：APP控制、可載重、無線充電、可折疊、語音控制、觸控面板、流線形。

2.3 Kano屬性分析及設(shè)計方案的確定

2.3.1 用戶需求的Kano屬性分析

根據(jù)前文分析，在具備必備和一元需求的基礎(chǔ)上，綜合市場前景、用戶滿意度和成本來集中考慮前3個魅力需求，即：APP控制、可載重和無線充電。表10為智能割草機(jī)需具備的需求指標(biāo)匯總。

表10 智能割草機(jī)需具備的需求指標(biāo)匯總表

(1) 從人機(jī)交互的角度來看，機(jī)械性的交互方式已經(jīng)不能滿足用戶的要求，產(chǎn)品設(shè)計上也要涉及到人機(jī)的多種交互可能。如基于智能硬件的語音交互和基于移動互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的APP遠(yuǎn)程交互，經(jīng)過多種不同迭代產(chǎn)品的用戶教育，用戶已習(xí)慣了以上交互方式，因此在智能割草機(jī)上可增加APP控制功能。

(2) 從功能屬性的角度來看，產(chǎn)品間功能上的交叉化在當(dāng)今的市場上也是常態(tài)，如電動車和平衡車都是代步工具，只是使用方式各有特色。而智能割草機(jī)作為能自動識別路線的智能割草機(jī)器人，也可加上稱重托盤的功能模塊，既能加固結(jié)構(gòu)，又能實現(xiàn)搬運機(jī)器人的功能；而加入無線充電技術(shù)則可以提高用戶對智能產(chǎn)品的滿意度，也可改善產(chǎn)品間的交互功能。

以上功能及交互體驗只是魅力需求，必備需求和一元需求才是智能割草機(jī)產(chǎn)品立足于市場且差別于其他產(chǎn)品的重要因素。如：避雨、爬坡和手動把手等功能的設(shè)計是智能割草機(jī)必備功能，若缺失則會影響該產(chǎn)品品牌的用戶滿意度；而清理草屑的功能、易維修、外觀上美觀以及切割效率的提高等用戶期望功能，也都需要具備；雖魅力需求指標(biāo)可不考慮、也不會影響產(chǎn)品的滿意度，但是如能具備，則可為產(chǎn)品提供差異化設(shè)計點，也會提升用戶的滿意度。

2.3.2 智能割草機(jī)設(shè)計方案的確定

基于以上對用戶需求的分析和篩選，最終得出智能割草機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計方案如圖2和圖3所示。

(1) 必備需求。①割草機(jī)頭部下端是可抽出把手，可直接將割草機(jī)拖走，便于割草機(jī)的手動轉(zhuǎn)移；②輪胎上經(jīng)過重新設(shè)計和排列的紋理增大爬坡時的抓地力，機(jī)器內(nèi)電路等重要部件有泡棉膠保護(hù)，可在小雨中維持工作。

(2) 一元需求。①造型上采用流線型，頭部設(shè)有急停鍵，可在方向出錯時及時手動控制；②前面板設(shè)置成太陽能板，可在晴天工作的同時積蓄能量；尾部則設(shè)計了集草箱以及底盤上增加了可以上下浮動的吸草頭，可將草屑收集到集草箱中。此兩項功能可提高其工作效率；③重點設(shè)計了一種履帶式的割刀結(jié)構(gòu)并在割草機(jī)底部裝配了一個網(wǎng)面，可在切割時先將草集中，再統(tǒng)一切割，擴(kuò)大了單位時間割草的面積，提高了割草效率。

(3) 魅力需求。①可將不超過10 kg的貨物放置在割草機(jī)頂部，兩條硅膠條增大摩擦力以防止貨物滑落；②設(shè)計的儲物箱的結(jié)構(gòu)可儲藏較小且不能受潮的物品；③用戶可通過手機(jī)端的應(yīng)用對割草機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；④對于智能割草機(jī)的充電裝置，則采用了如圖3所示的無線充電裝置，可減少充電過程中的失誤率，便于操作。

圖2 方案草圖

圖3 智能割草機(jī)(1. 太陽能板；2. 急停按鍵；3. 載物儲物；4. 集草箱；5. 無線充電器；6. 把手；7. 網(wǎng)面；8. 橡膠小棒；9. 割刀；10. 吸草頭)

3 結(jié)束語

(1) 用戶需求決定了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的方向，滿足了用戶需求即提高用戶滿意度。本文提出模糊Kano-TOPSIS方法。其流程是通過收集用戶需求，運用模糊Kano模型將用戶需求指標(biāo)分類：必備需求、一元需求和魅力需求，再利用TOPSIS方法集中分析魅力需求，確定其重要度排序，在此基礎(chǔ)上綜合市場、成本等因素，尋找到通過設(shè)計提升用戶滿意度合理的解決方案。最后，以智能割草機(jī)為例，進(jìn)行需求分析及方案轉(zhuǎn)化，驗證了該方法的可行性。該方法對用戶需求指標(biāo)進(jìn)行雙重篩選，原則上更易接近用戶真實需求，并能縮短將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計方案的周期，也為市場上其他同類產(chǎn)品的設(shè)計提供新的研究思路。

(2) 本文提出的模糊Kano-TOPSIS方法只以魅力需求指標(biāo)為例，進(jìn)行了詳細(xì)的分析和排序，研究范圍不夠全面，接下來應(yīng)針對其他類的用戶需求指標(biāo)進(jìn)行分析研究，以完善該方法在產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用上的局限性。

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Research of Product Design Based on Fuzzy-Kano Model and TOPSIS

CHEN Xiang, QIU Da-peng

(School of Design, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China)

In order to improve the users’ satisfaction and the market competitiveness of the product, a product design method is proposed based on Fuzzy-Kano model and TOPSIS. Firstly, after collecting different needs of users on different aspects of products, use Fuzzy-Kano model to categorize users’ needs: Essential Quality, Unary Quality, and Charm Quality. Secondly, take the Essential Quality and the Unary Quality as the main body, use TOPSIS to determine the importance rank of Charm Qualities and filtrate to get reasonable solution and plan for product design. Finally, apply the method to the design of the intelligent lawn mower, to verify its feasibility, providing new inspiration to other similar projects.

product design; Fuzzy-Kano model; TOPSIS; users’ satisfaction; intelligent mower

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019020315

A

2095-302X(2019)02-0315-06

2018-08-23；

2018-10-24

江蘇省教育科學(xué)十三五規(guī)劃課題(B-a/2016/01/20)；江南大學(xué)教改課題“新工科語境下工業(yè)設(shè)計跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式探索與實踐” (JG2017099)

陳 香(1976-)，女，安徽滁州人，副教授，博士。主要研究方向為工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計等。E-mail：chen6xiang9@163.com