用戶需求和情感體驗驅動的辦公椅優(yōu)化設計方法

王振宇 趙敏

摘要：為進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驅動的辦公椅優(yōu)化設計方法。首先，通過QFD法中“功能—行為—結構—效益”之間的關系對辦公行為進行研究；其次，圍繞辦公椅結構和關鍵人因挖掘用戶需求，將用戶內在需求轉化為產品的功能并融入設計方案；最后，采用JACK仿真來評估辦公椅的舒適性及可行性。網狀的椅子明顯比其他椅子舒適，椅面坐墊形狀會壓迫大腿的血管和神經；板狀 PUR 泡沫塑料椅明顯比模塑 PUR 泡沫塑料椅更舒適。其設計方法可使產品效益與用戶需求形成映射關系，可為辦公椅設計提供參考。

關鍵詞：QFD法；情感化理念；辦公椅；設計優(yōu)化；JACK

中圖分類號：TB 472 文獻標識碼：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)化的推進以及辦公自動化的發(fā)展，坐著工作已成為目前最普遍的工作方式之一。符合人體工程學的辦公椅可以通過辦公椅靠背和扶手轉移身體的受力點，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間使用的產品，已受到廣泛關注。文獻[1]總結了人體工程學辦公椅的發(fā)展進程，從最初的“人適應辦公椅”到“辦公椅適應人” 的轉變。文獻[2]以人體工學理論為依據，研究不同坐姿變化對人體舒適性的影響，提出了人體工學辦公椅的設計原則和關鍵尺寸參數，為辦公椅的設計和尺寸約束提供相應的科學依據。文獻[3]在辦公椅設計尺度上做出約束，設計了更符合人體工學的辦公椅。文獻[4]構建了產品形象造型與感知形象之間的模型，經驗證后設計出適合消費者需求的辦公椅。文獻[5]通過感官意識及坐姿舒適度來評估辦公椅舒適性。文獻[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靜態(tài)力學性能，建立了人體座椅靜態(tài)平衡系統(tǒng)。文獻[7]采用F—AHP（模糊綜合評價法與層次分析法），對坐躺兩用辦公椅進行綜合分析評價，運用JACK進行舒適度分析。目前，大多學者對辦公椅的研究集中在造型、座椅表面、人機工學等方向。關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化為產品設計的一種方法，使產品具有美感和實用性。QFD法（ Quality Function Deployment）是以系統(tǒng)化設計為基礎，在產品開發(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法相結合，提出了一種基于用戶需求和情感體驗驅動的辦公椅優(yōu)化設計方法，并以辦公人群的行為方式、行為習慣為切入點展開研究，使用QFD法來獲取用戶需求，并運用情感化設計來判定其相應的重要度。

一、 辦公椅設計概述

辦公椅是現代工作和生活的重要產品。目前，國內外相關的辦公椅標準主要有：中國QB/T 2280《辦公椅》、美國Bifma X5.1-2011《一般用途辦公椅實驗》、歐洲EN 1335《辦公家具-辦公椅》。我國辦公椅行業(yè)標準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《一般用途辦公椅實驗》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。其他尺寸要求按照各公司相關章程自行制定。歐洲國家EN 1335-1：2020《辦公家具-辦公椅》對尺寸要求非常具體，按照其人機尺寸及產品部位要求各有劃分及規(guī)定。綜上所述，EN 1335行業(yè)標準主要對人體工程學有要求，特別是背部3點支撐、傾斜角度等要求。反觀美國Bifma X5.1行業(yè)標準，并未對辦公椅尺寸做出約束，而過多強調辦公椅的力學性能，忽略了辦公椅最本質的特性。國內辦公椅行業(yè)標準QB/T 2280雖有尺寸規(guī)定，但不夠詳細和全面，并未形成體系。隨著從事腦力勞動的辦公人員對辦公椅舒適性、安全性等方面的關注和重視，辦公椅的力學性能、穩(wěn)定性和關鍵尺寸等指標成為評價辦公椅品質的關鍵因素。針對辦公椅的人機工程設計研究一直是工業(yè)設計、 健康工程等領域的研究熱點[10]，從設計角度對辦公椅關鍵人機尺寸及多需求功能進行優(yōu)化設計。

二、情感化理念和QFD法集成策略

（一）情感化理念

情感化理念是設計者在產品設計過程中加入一定的感性成分，使產品具有一定的情感色彩，使人與物的關系統(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、行為）、反思層次（文化、精神）等方面的設計。情感化設計強調人機間的情感交流，使設計更加符合人們的情感需求，詳見表1。

（二）QFD法

QFD法，即質量功能展開，20世紀60年代由日本赤尾洋二（Yoji Akao）和水野滋（Shigeru Mizuno）提出 [11]。旨在確保產品設計時滿足用戶需求，其核心是準確挖掘用戶需求，是一種在產品開發(fā)設計階段時對產品質量、成本、效益、可靠性實施保證的方法體系。

（三）情感化理念和QFD法相結合的集成策略

采用情感化設計與QFD法相結合的方法，識別并提取用戶需求，從而實現辦公椅的人性化設計。首先，將QFD法與情感化理念相結合，利用情感化理念來挖掘用戶的心理需求，采用QFD法優(yōu)化產品開發(fā)流程，使產品功能設計人性化。其次，運用QFD法將顧客的要求準確無誤地轉換成用戶需求，并計算其相關權重，確定設計需求及目標。最后，總結歸納出QFD和情感化理念集成策略，針對其不足，采用更廣泛的評價方法來分析用戶需求和情感理念間的強相關與弱相關，在此基礎上對原集成法進行改進優(yōu)化，并應用于辦公椅設計流程。

三、辦公椅外觀設計流程

辦公椅設計需考慮色彩、材料、加工工藝、人因四大要素[12]。為實現辦公椅外觀設計融入情感化理念，為用戶提供健康舒適的產品。通過研究辦公椅外觀設計中的四大因素，將設計與評估過程分為3個相對獨立的階段。即用戶需求與情感分析、外觀方案設計及方案評估，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260名20—50歲年齡段的辦公人群進行調研，以獲取用戶初始需求。其次，經統(tǒng)計篩選后最終獲得7項典型需求，采用5級Likert量表評價進行評分。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絡問卷，問卷結果見網址：https：//www.wjx.cn/ report/50098896.aspx·sat=1）。最后，將用戶需求指標以數據可視化的形式展示，采用AHP和SPSS軟件計算出用戶需求權重，用戶需求C及用戶需求權重K值見表2。其中 K 值均小于 0.1，符合一致性檢驗標準。

（二）設計需求及目標

根據QFD法和情感化理念，目標是滿足多種類型的用戶需求，將用戶需求轉化為設計需求。設計需求D及相應的設計目標見表3。

（三）用戶需求與設計需求的關系

建立用戶需求與設計需求關系矩陣。分析用戶需求與辦公椅設計需求間的關系，計算辦公椅設計需求的權重值并進行排序[13]。

（四）辦公椅的“功能—行為—結構”轉化模型

依據上述分析提出如圖2所示的“功能—行為—結構—效益”轉化模型，具體解讀如下：

1. 功能—行為轉化，將篩選后的子功能轉化為具體的實現方法。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)進行輔助起身設計。

2. 行為—結構轉化，分解用戶行為方式，將其細化為對應的功能組件，例如，基于用戶偏好和行為模式，將升降系統(tǒng)開關設計在扶手前后方，便于操作。

3. 結構—效益轉化，將對應功能的組件或結構形式轉換成產品痛點，解決實際問題。例如：可調節(jié)升降系統(tǒng)是多功能、形式的體現，滿足多類辦公群體需求。

（五）實驗研究

1. 研究樣本

選擇4種符合國家（中國）及行業(yè)標準QB/T 2280-2016辦公家具 辦公椅相關規(guī)范的人體工學辦公椅作為實驗樣本。樣本提供了適當的坐姿和相對舒適的坐墊，辦公椅和靠背，以及可調節(jié)的扶手。研究設計包括4個外觀相同但辦公椅結構不同的模型。A型辦公椅采用模塑軟質PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度50mm）；B型辦公椅采用模塑軟質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PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度45mm）由彈性網制成，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。其工作時間從3個月到20年，坐姿狀態(tài)多以坐姿為主。受試者被分成9個小組，每組4個。實驗前要求被試者填寫了自己的健康問卷，結果如下：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%，髖關節(jié)疼痛0%，腿部疼痛，靜脈曲張3%，血液循環(huán)不良3%，關節(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個工作日，按照預設的方案，分為以下3步。

Step1：受試者調整辦公椅至舒適的體位，開始使用辦公椅。

Step2：使用3個小時后，填寫調查問卷。之后更換辦公椅，以兩天為一個周期進行測試。其姿勢并不固定或控制。通過主觀評測對四種辦公椅結構及使用者的舒適性進行評估。

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項陳述的問卷，通過對舒適和不舒適的感覺進行評分，對測試者在實驗中和日常辦公環(huán)境中進行比對來評估辦公椅。

3. 研究結果

通過主觀調研和客觀虛擬分析評估。數據處理采用SPSS 20統(tǒng)計軟件。通過多變量方差分析（MANOVA）舒適度和不舒適度主觀、客觀評價差異的顯著性，重復測量兩個相鄰因子來評價辦公椅的舒適性。經設計評估后，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。通過實驗測試得出：

（1）不同類型的辦公椅對舒適度的感知存在差異。

（2）辦公椅的結構形式和材料是通過減少坐著時產生的疲勞和疼痛來增加舒適感。

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

（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)計上模塑與板狀PUR泡沫椅并沒有顯著差異。

4. 優(yōu)化設計

經實驗測試發(fā)現，有網眼的椅子得分更高，這是由于其框架結構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方面的設計。采用QFD法來獲取辦公椅的用戶需求，結合所提的QFD法和情感化理念來進行優(yōu)化設計，設計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）扶手關鍵尺寸優(yōu)化，符合辦公椅國家標準（QB/T 2280-2016）。扶手內寬尺寸為480 mm，扶手高為160-250 mm。采用5D移動式設計及防滑材質，能有效避免抓握時雙手滑落的狀況?？勘硟蓚仍O有扶手，可上下來回移動，傾斜設計保證了使用者在雙手拉動扶手時減少容錯率，達到輔助起身的作用。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不會感到太熱或太冷。得益于網狀材料的強度，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，符合人機工學座板相應的運動角度要求[14]。可減輕受壓臀部和腿部神經、血管的壓力，以此來緩解肩部、背部及腰部的受力點。

（3）“S形”椅背優(yōu)化，使用JACK仿真模擬分析。設計采用網狀PUR塑料材質和S形曲面造型設計，符合人體脊柱的自然彎曲，為腰部提供支撐以緩解疼痛?？勘撑c座面傾斜度在 90°-115° 之間。一方面為用戶辦公時提供輔助支撐來維持身體平衡；另一方面能緩解因久坐產生的疲勞，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的疼痛和不舒適情況進行分析與評估。采用JACK可以用來評估設計方案的坐姿，將辦公椅模型導入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）安置于設計方案模型上，然后使用“OWAS”模塊進行舒適度靜態(tài)仿真評估，使用“Static Strength Prediction”“Lower Back Analysis”和“Metabolic Energy Expenditure”模塊進行舒適度動態(tài)仿真評估。

“Static Strength Prediction”模塊仿真結果顯示：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)下進行動態(tài)模擬時。其Mean Strengths、Angle Values和Torque Values各項指標均顯示正常，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）問題。

“Lower Back Analysis”模塊仿真結果顯示：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姿勢進行模擬時，舒適評估結果均為“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行動態(tài)模擬時，測驗結果表明 L4/L5（第四腰椎、第五腰椎）脊椎壓力值為 800 N，壓力數值遠小于NIOSH（National Institute for Occupational Safety and Health）壓力極限標準 3400 N，說明人體在使用辦公椅時脊椎受力健康，肌肉受力均勻且符合NIOSH標準。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。結合所有舒適性指標，包括肢體、背部和軀干的舒適性指標。滿足用戶需求獲取中所提出的 C6-C7（C6 使用時的舒適性 C7 使用時的安全性）問題。上述仿真結果表明，此辦公椅能夠為辦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)化設計流程，明確了辦公椅的設計要素、評價指標以及其權重值，并將權重值較高的要素融入辦公椅設計。提出用戶需求和情感體驗驅動的辦公椅優(yōu)化設計方法，有助于充分挖掘用戶需求，為辦公椅優(yōu)化設計提供了參考。通過QFD 法構建數字模型，對同一層級的各項用戶需求進行兩兩比較后通過5級李克特量表對設計方案進行評價。利用 JACK 進行靜態(tài)和動態(tài)仿真分析，驗證方案的可行性。

基金項目：四川省哲學社會科學重點研究基地 現代設計與文化研究中心2022年度重點項目（MD22Z005）

參考文獻

[1]吳新林，申黎明. 基于人體工程學的辦公椅設計研究與辦公人員的職業(yè)健康[J]. 中國社會醫(yī)學雜志，2011，28（01）：26-28.

[2]楊宛螢，張福昌.基于人機工程學的辦公座椅舒適性設計研究[J]. 包裝工程，2017，38（12）：187-181.

[3]莫玲玲，石志新，羅玉峰，等. 針對久坐人群保健辦公椅的設計及位置分析[J]. 機械傳動，2020，44（06）：84-89.

[4]李永鋒，朱麗萍. 基于結合分析的產品意象造型設計研究[J]. 圖學學報，2012，33（4）：121-128.

[5]Mueller G F，Hassenzahl M. Sitting Comfort of Ergonomic Office Chairs—Developed Versus Intuitive Evaluation[J]. International Journal of Occupational Safety & Ergonomics Jose，2010，16（3）：369-374.

[6]饒剛，孟慶華，謝威，等. 辦公座椅靜平衡參數研究[J]. 機械設計與制造，2019（9）：172-175，180.

[7]任英麗，常虹.基于 F-AHP 在坐躺兩用辦公椅設計中的應用研究[J].包裝工程. 2022，43（10）：145-151

.[8]Cohen L. Quality Function Deployment：How to Make QFD Work for You[M]. Addison-Wesley，1995.

[9]中華人民共和國輕工行業(yè)標準. QB/T 2280-2016辦公家具辦公椅[S]. 北京：中國輕工業(yè)出版社. 2016.

[10]張磊，石學崗，江黎，等. 辦公椅人機工程設計研究綜述[J]. 機械設計，2014（6）：97-101.

[11]袁振龍，褚學寧，張磊. 基于虛擬正交試驗和改進QFD的產品平臺規(guī)劃方法[J]. 上海交通大學學報，2018，52（08）：52-59.

[12]Won J D. A Study on CMF（Color Material Finishing）Design Quality - Focusing on iF Material Design Award-winning Products[J]. Journal of Digital Design，2014，14（1）：437-446.

[13]Martina Z. Sitting Posture，Postural Discomfort，and Visual Performance：A Critical View on the Interdependence of Cognitive and Anthropometric Factors in the VDU Workplace[J]. International Journal of Occupational Safety & Ergonomics，2003，9（4）：503-514.

[14]管佩弦，李雪艷.辦公椅市場調查及人體工學中人文關懷體現[J].設計，2019，32（03）：17-19.

[15]楊海波，姜紅梅，王欣.基于人機工程學的健康辦公椅設計研究[J].設計，2012（02）：24-25.