信息熵在產品設計中的應用研究

包亞杰 張澤瑞

摘? 要：在設計中抓住痛點，提取用戶需求是產品創(chuàng)新設計的重中之重，為了尋找出一種能有效提取及整合用戶需求的方程式，幫助更好地進行用戶需求模型的構建，先利用情境分析法獲取用戶需求，再利用KJ法對用戶需求進行整合歸類，然后利用信息熵法對需求項進行熵權值求解排序，求得需求重要度排序，并以此來構造精確的用戶需求模型。最終，通過小型多功能電動掃吸車的用戶需求模型構建過程來進一步說明這3種方法結合的有效性以及普適性。

關鍵詞：情境分析法? KJ法? 信息熵? 用戶需求? 小型多功能電動掃吸車

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（a）-0032-03

Application of Information Entropy in Product Design

BAO Yajie? Zhang Zerui

（1.Chang'an University， Xi'an， Shaanxi Province， 710064? China;2.Zerui Zhang， Army Artillery Air Defense College， Nanjing， Jiangsu Province， 211131? China）

Abstract： Grasping the pain points in the design and extracting user needs is the top priority of product innovation design. In order to find an equation that can effectively extract and integrate user requirements and help better build the user requirements model， first use the situation analysis method to obtain user requirements， then use the KJ method to integrate and classify user requirements， and then use the information entropy method to solve and sort the entropy weight of demand items to obtain the ranking of demand importance. And use this to construct an accurate user demand model. Finally， the effectiveness and universality of the combination of the three methods are further illustrated through the construction process of the user demand model of the small multi-functional electric sweeping and suction vehicle.

Key Words： Situational analysis method; KJ method; Information entropy; User demand; Small multifunctional electric sweeper and suction car

產品設計的過程應該本著問題的提出、分析、解決這一基本思路來進行。而用戶需求的獲取與處理是首要的一步，設計者對需求項進行處理明確其重要程度，為后期產品的功能、造型及人機設計提供主要的方向。本文重點運用情景分析法獲取用戶需求，利用KJ法整合用戶需求，再利用信息熵法處理用戶需求項，并根據其權重確定需求的相對重要程度，為產品的創(chuàng)新設計打下堅實的基礎。

1? 情境分析法、KJ法以及信息熵模型簡述

情境分析法又稱腳本法或者前景描述法[1]，主要是預測產品未來的一個發(fā)展勢頭。情境設定是它的基礎，研究用戶使用產品的具體過程，分析“用戶—產品—環(huán)境”三者之間的關系，幫助設計者不斷進行方案創(chuàng)新構思，形成一個產品設計概念的雛形，使設計者對產品的各項因素有一個明確的認知，進一步幫助設計者進行產品創(chuàng)新工作。本文將通過情境分析法來構建用戶需求模型，來獲取未來用戶需求。KJ法可以將腦海里現有的比較模糊的想法通過頭腦風暴的方式匯總出來，形成一個較為直觀的結果[2]。熵值法是能比較客觀地映射數據信息本身有序性的特點，由判斷矩陣來確定指標權重，盡可能地避免影響主觀權重的因素，讓評價的結果更貼近現實[3]，而為了使復雜的決策環(huán)境簡單化，必須將所獲得的模糊信息轉化為模糊數，再依照權重值對指標模糊數集結，由此解決了產品設計中決策的問題。通過情境分析法對用戶需求進行獲取、利用KJ法整理出需求項、再利用信息熵法對用戶需求重要度進行排序并對設計方案進行決策，以上方法結合能快速地完成對用戶需求項進行處理分析。

2? 情境分析法、KJ法和信息熵模型使用步驟

2.1 情境分析法使用步驟

設計的過程應該本著問題的提出、分析、解決這一基本思路來進行，情境分析法是將產品使用場景以故事版的形式表達出來，讓人能進行直觀分析的方法。它主要包含了5個方面的內容：確定設計的主題、明確設計目標定位、創(chuàng)建情境故事版、分析情境故事版并對產品設計方案模擬分析、確定設計方案[4]。

2.2 KJ法使用步驟

首先制作卡片，選取5名設計師進行分組測試和頭腦風暴，把獲取的用戶需求進行整理;其次把功能相近的需求進行合并;最后將合并后的需求進行排列排序，繪制出圖表卡片。

2.3 信息熵模型使用步驟

3? 情境分析法、KJ法和信息熵法在小型多功能電動掃吸車設計中的應用

以小型多功能電動掃吸車設計為例，進行相應的分析。由于現有的小型多功能電動掃吸車清掃效率低、強度高、耗能高、外觀造型缺乏創(chuàng)新等問題，設計出一款新型多功能電動掃吸車方案[5-6]。首先，經過情境分析，構造出未來情境并將其轉化為未來用戶需求。通過KJ法進行整理后得到用戶需求項，選取5名受測者，對15項用戶需求按照1～9標度法進行打分，通過式（1）得到評價判斷矩陣，通過式（2）得到歸一化后的判斷矩陣，通過式（4）和式（5）求得需求項的熵值。通過式（6）求得熵權值將其由大到小進行排序，得到需求項重要程度排序，如表1所示。

實際場景描述：環(huán)衛(wèi)工人工作前對車輛進行檢查，費力地開啟垃圾箱后蓋;在清掃的途中進行噴水降塵，但行人紛紛躲避，清掃工具無處安置，雜亂無章地堆積在駕駛室旁;在工作了一天之后清洗垃圾箱時，非常不容易且環(huán)衛(wèi)工人身上濺滿了污泥，且垃圾的轉運十分不便;充電頻率高，垃圾箱容量小，更換垃圾箱頻率高。

分析動名詞的潛在需求指標：垃圾箱、費力、噴水、紛紛、躲避、堆積、清洗、不容易、濺滿、轉運、更換。

結論：垃圾箱后蓋設計符合人機，設計合理的工具箱方便人拿取，設計合理的垃圾箱收納，避免環(huán)衛(wèi)工人心中產生的抵觸，同時對其外觀造型進行創(chuàng)新，針對垃圾箱的容量設計及整車耗能問題進行改造。

情境一：經過優(yōu)化改進，清掃車尾部垃圾箱設置輪子，方便保潔人員推著走。

情境二：清掃裝置為合理的液壓控制，通過操縱桿控制。

情境三：設計駕駛室全封閉式車頭，有效避免極端天氣影響清潔人員。

情境四：盤刷清掃+輸送帶運送垃圾至垃圾箱。

利用KJ法整理出用戶需求項：人機性Z1、經濟性Z2、人技術性Z3、審美性Z4、社會性Z5，以及操作方便Z11、生產成本Z21、結構穩(wěn)重Z31、作業(yè)安全Z32、功能匹配度Z33、維護保養(yǎng)性Z34、外觀新穎性Z41、色彩協(xié)調性Z42、企業(yè)標識性Z51、環(huán)境適應性Z52。

將上述需求進行功能實現，經過設計優(yōu)化后得到如圖1所示的小型多功能電動掃吸車方案。這款車突出了人機合理性、增加了儲物功能，針對不同清掃環(huán)境作業(yè)，在外觀造型上也有所突破，滿足用戶需求。

4? 結語

以情境分析法、KJ法和信息熵法3種方法結合的形式來獲取和處理用戶需求是可行的。本文以小型多功能電動掃吸車為例，構建了小型多功能電動清掃車的使用情境故事版，并挖掘出了用戶潛在需求項，獲得了用戶的需求模型。設計的首要一點就是獲取主要用戶需求，抓住設計的痛點，才能進一步提升設計的質量。在實際的應用操作中，還應該注意對評測信息的獲取形式，保證熵值的準確性。

參考文獻

[1] 張愛陽.低碳視角下輕鋼農房的減排效果及減排成本研究[D].重慶：重慶大學，2019.

[2] Noriko Katsuya，Shinji Sakamoto.重要他者に対する再確認傾向と重要他者の行動および感情の推測との関連——第3者評定およびKJ法とテキストマイニングによる検討[J].The Japanese Journal of Personality，2017，26（2）：173-176.

[3] 陳世斌，張偉社.產品設計調查與評價的數據分析方法[M].西安：陜西科學技術出版社，2019.

[4] 張璐.小型無避讓機械式立體車庫人性化運行方案創(chuàng)新設計研究[D].西安：長安大學，2019.

[5] 包涵.小型輪轂電機驅動電動車車內空間設計[D].南京：東南大學，2018.

[6] 蔣源杭.無人清潔車服務系統(tǒng)設計研究與實踐[D].上海：華東理工大學，2019.