多方法集成的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)研究

唐茜，肖聰?shù)?，邵琦，劉艷婷

多方法集成的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)研究

唐茜，肖聰?shù)?，邵琦，劉艷婷

（湖北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，武漢 430068）

為解決二孩家庭在使用童車(chē)過(guò)程中的痛點(diǎn)（如出行費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無(wú)法兼顧兩名兒童等）問(wèn)題，梳理用戶(hù)需求，提出了集成多模態(tài)平衡（VACP）/層次分析法（AHP）/質(zhì)量功能配置（QFD）的二孩童車(chē)設(shè)計(jì)研究。首先，通過(guò)實(shí)地調(diào)研與問(wèn)卷調(diào)查提取二孩出行用戶(hù)旅程圖，基于VACP理論進(jìn)行童車(chē)設(shè)計(jì)需求的量化與初步篩選，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用AHP分析需求權(quán)重，確定用戶(hù)需求重要度；其次，運(yùn)用QFD確立用戶(hù)需求與質(zhì)量特性關(guān)系，將設(shè)計(jì)要素進(jìn)行聚合性?xún)?yōu)化，明確設(shè)計(jì)要求并得到優(yōu)化方案；最后，利用JACK建立童車(chē)虛擬環(huán)境以驗(yàn)證方案合理性。針對(duì)二孩家庭特殊出行場(chǎng)景，設(shè)計(jì)座椅結(jié)構(gòu)可調(diào)整以增強(qiáng)童車(chē)安全性、便捷性；設(shè)計(jì)智能監(jiān)測(cè)交互功能增強(qiáng)童車(chē)互動(dòng)性。通過(guò)JACK仿真驗(yàn)證了創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，從側(cè)面印證多方法集成設(shè)計(jì)方法的可行性，為構(gòu)建童車(chē)產(chǎn)品提供依據(jù)與理論創(chuàng)新。

二孩家庭；童車(chē)設(shè)計(jì)；VACP理論；AHP；QFD

2015年我國(guó)全面放開(kāi)生育二孩，中國(guó)生育政策進(jìn)入2.0時(shí)代，生育政策的變化對(duì)家庭的生育與消費(fèi)產(chǎn)生積極影響[1]。至2021年，中國(guó)童車(chē)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)73.97億元（人民幣），比上年增長(zhǎng)2.1%。國(guó)內(nèi)學(xué)者在童車(chē)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面有較多探討。王軍等[2]融合A-Kano與FAST設(shè)計(jì)方法進(jìn)行童車(chē)創(chuàng)新設(shè)計(jì)；吳曉莉等[3]利用KJ法與FAST方法建立用戶(hù)需求與童車(chē)功能間的關(guān)系；張春紅等[4]針對(duì)童車(chē)現(xiàn)有問(wèn)題，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)產(chǎn)出可轉(zhuǎn)化為腳踏車(chē)的童車(chē)設(shè)計(jì)。然而，目前童車(chē)研究多數(shù)僅限于對(duì)童車(chē)功能與造型的探討，針對(duì)二孩家庭的童車(chē)設(shè)計(jì)較少。二孩家庭在出行情況上有別于獨(dú)生子女家庭[5]，因此，在二孩童車(chē)安全性、便捷性、互動(dòng)性等方面應(yīng)進(jìn)行深入研究以改善使用體驗(yàn)。在安全性方面，逄智宏等[6]通過(guò)對(duì)兒童床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在兒童床標(biāo)準(zhǔn)制定等方面給出合理化建議；曹艷超等[7]從人體工學(xué)角度出發(fā)，提出符合人體工學(xué)的課桌椅的機(jī)械安全要求。在便捷性方面，馬駿[8]通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)可減輕工作者勞動(dòng)強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)式醫(yī)用推車(chē)。在互動(dòng)性方面，劉朧等[9]通過(guò)分析老年人與產(chǎn)品交互的生理、心理等因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到老年人手機(jī)設(shè)計(jì)模型，陸冀寧[10]以趣味設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，對(duì)產(chǎn)品互動(dòng)層次進(jìn)行梳理。面向二孩出行場(chǎng)景，如何客觀洞察用戶(hù)需求，據(jù)此進(jìn)行二孩童車(chē)的針對(duì)性設(shè)計(jì)，是值得探討的問(wèn)題。

二孩需求具有復(fù)雜性與多樣性的特點(diǎn)，要從需求的全面化、廣泛化提取方向著手，加以量化得出需求優(yōu)先級(jí)排序，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。張萍等[11]基于多模態(tài)交互平衡機(jī)制，分析交互負(fù)荷并進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了VACP理論在設(shè)計(jì)中的有效性；王雅坤等[12]將AHP方法引入挖掘機(jī)操作界面決策評(píng)價(jià)，驗(yàn)證該方法可以對(duì)礦用挖掘機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效評(píng)估；高志來(lái)等[13]基于QFD進(jìn)行橋式龍門(mén)銑床橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而，以上單一方法或片面分析需求提取，弱化量化過(guò)程，或忽視需求獲取，設(shè)計(jì)無(wú)法從通盤(pán)角度考慮設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏差。萬(wàn)延見(jiàn)等[14]通過(guò)總結(jié)復(fù)合思維過(guò)程模型，驗(yàn)證了多方法集成產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可行性及合理性。二孩童車(chē)設(shè)計(jì)不僅涉及需求提取，也涉及需求量化處理及多元需求下的設(shè)計(jì)要素獲取，必須借助多方法集成的方式對(duì)二孩用戶(hù)進(jìn)行更加細(xì)分的需求提取與分析，精準(zhǔn)匹配二孩家庭使用場(chǎng)景，進(jìn)行童車(chē)結(jié)構(gòu)與功能創(chuàng)新[15]。

綜上所述，文章基于VACP/AHP/QFD對(duì)二孩家庭的特殊性進(jìn)行針對(duì)性研究，借助VACP對(duì)大量的交互負(fù)荷進(jìn)行篩選，從而針對(duì)性地提升交互效率，在此基礎(chǔ)上引入AHP分析，通過(guò)AHP定性與定量相結(jié)合的方式，得到更為明確的二孩童車(chē)設(shè)計(jì)要素，QFD結(jié)合需求權(quán)重與童車(chē)質(zhì)量特性，明確二孩童車(chē)具體設(shè)計(jì)要求，最后通過(guò)JACK仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。多方法集成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程為童車(chē)設(shè)計(jì)提供客觀數(shù)據(jù)支持，提升童車(chē)對(duì)二孩家庭的適用性。

1 研究方法

1.1 VACP

多模態(tài)最早出現(xiàn)在語(yǔ)言學(xué)領(lǐng)域，延伸到社會(huì)符號(hào)學(xué)、教育學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[16]。近年來(lái)諸多學(xué)者將多模態(tài)理論引入設(shè)計(jì)研究中，李兵等[17]分析各種多模態(tài)輸入整形器的抑振特性和選用原則，分析機(jī)器人抑振綜合性能。

VACP理論是由麥克科拉肯（McCracken）和奧爾德里奇（Aldrich）在多模態(tài)理論基礎(chǔ)上提出的。VACP理論將視覺(jué)（V）、聽(tīng)覺(jué)（A）、認(rèn)知（C）和動(dòng)作（P）等4種資源下分別可能發(fā)生的行為進(jìn)行窮舉，對(duì)資源占用程度進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)越高證明其交互載荷越大。基于VACP理論，本文構(gòu)建了二孩家庭出行多模態(tài)交互平衡機(jī)制，通過(guò)VACP標(biāo)準(zhǔn)量表對(duì)二孩出行時(shí)家長(zhǎng)及兒童行為進(jìn)行量化，篩選出童車(chē)使用場(chǎng)景中交互任務(wù)負(fù)荷較強(qiáng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)，并進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

1.2 AHP

層次分析法由薩蒂（Saaty）教授于20世紀(jì)70年代提出，這種分析方法將定性判斷與定量計(jì)算有效結(jié)合。運(yùn)用層次分析法解決實(shí)際問(wèn)題。AHP可以將決策過(guò)程中定量與定性因素有機(jī)結(jié)合，通過(guò)比較判斷矩陣的建立，排序計(jì)算和一致性檢驗(yàn)得到的結(jié)果具有說(shuō)服力[18]。梳理二孩童車(chē)設(shè)計(jì)需求的準(zhǔn)則層與指標(biāo)層，建立二孩童車(chē)設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)。

1.3 QFD

質(zhì)量功能配置由日本質(zhì)量專(zhuān)家于20世紀(jì)70年代提出。它可以保證將顧客要求準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求（具有的功能、結(jié)構(gòu)等）。質(zhì)量功能配置（QFD）的核心是質(zhì)量屋。通過(guò)構(gòu)造QFD質(zhì)量屋，把童車(chē)用戶(hù)需求轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)要求，明確二孩家庭設(shè)計(jì)要素與童車(chē)質(zhì)量特性要素關(guān)系，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的技術(shù)支撐與約束指標(biāo)，以二孩童車(chē)用戶(hù)需求為出發(fā)點(diǎn)，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

多方法集成的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)研究以雙鉆模型為指導(dǎo)，通過(guò)VACP/AHP/QFD多方法集成的方式進(jìn)行二孩童車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)散-收斂-再發(fā)散-再收斂流程。第一階段，通過(guò)實(shí)地調(diào)研與問(wèn)卷調(diào)查分析二孩家庭（童車(chē)適用年齡通常為0～4歲，因此調(diào)研主要面向0～4歲且二胎間年齡差為1～3歲的二孩家庭）的使用場(chǎng)景，將二孩家庭出行的場(chǎng)景及觸點(diǎn)進(jìn)行整理。第二階段，通過(guò)VACP重構(gòu)童車(chē)使用場(chǎng)景，將童車(chē)使用場(chǎng)景下的動(dòng)作進(jìn)行評(píng)判，篩選童車(chē)使用過(guò)程中交互負(fù)荷較大的行為，以此為基礎(chǔ)建立AHP用戶(hù)需求層次結(jié)構(gòu)，分析用戶(hù)需求權(quán)重。第三階段，將所得到的用戶(hù)需求權(quán)重與童車(chē)質(zhì)量特性相結(jié)合，通過(guò)QFD明確童車(chē)設(shè)計(jì)要求，構(gòu)建QFD質(zhì)量屋，得到設(shè)計(jì)目標(biāo)并把控設(shè)計(jì)方向，避免設(shè)計(jì)偏差，通過(guò)發(fā)散性創(chuàng)新產(chǎn)出草案。第四階段，通過(guò)7點(diǎn)標(biāo)度打分法，結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)明確童車(chē)設(shè)計(jì)要素，使用JACK仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完成二孩童車(chē)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖1。聚焦二孩家庭出行場(chǎng)景，通過(guò)多方法集成方式提煉二孩家庭相較傳統(tǒng)一孩家庭特殊的設(shè)計(jì)需求，指導(dǎo)設(shè)計(jì)產(chǎn)出。

2 二孩家庭童車(chē)設(shè)計(jì)需求調(diào)研與分析

2.1 童車(chē)使用場(chǎng)景下的用戶(hù)需求

進(jìn)行用戶(hù)需求分析的前提是充分了解童車(chē)使用的全部流程。本研究采用實(shí)地調(diào)研與問(wèn)卷調(diào)查方式進(jìn)行前期調(diào)研，在線(xiàn)下選取80名0～4歲二孩兒童的家長(zhǎng)作為調(diào)研對(duì)象，采用焦點(diǎn)訪(fǎng)談方式對(duì)二孩家庭基本情況及出行情況進(jìn)行面對(duì)面交談，在交談過(guò)程中進(jìn)行錄音，同時(shí)邀請(qǐng)童車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的4名產(chǎn)品經(jīng)理進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化訪(fǎng)談，訪(fǎng)談過(guò)程中進(jìn)行記錄；通過(guò)線(xiàn)上平臺(tái)發(fā)放127份二孩家庭關(guān)于出行情況的調(diào)查問(wèn)卷，成功收回121份問(wèn)卷，將訪(fǎng)談資料與問(wèn)卷的原始資料進(jìn)行整理，提取出二孩家庭在出行及使用童車(chē)過(guò)程中的用戶(hù)行為、場(chǎng)景及感受等，并將其轉(zhuǎn)化為痛點(diǎn)與機(jī)會(huì)點(diǎn)。結(jié)合當(dāng)下二孩時(shí)代的出行場(chǎng)景，以二孩家庭為主要使用群體，將童車(chē)使用場(chǎng)景分為出行準(zhǔn)備、出行中、到達(dá)目的地和回家后四個(gè)場(chǎng)景，將整理后的資料匯總為用戶(hù)旅程圖，見(jiàn)圖2。

逐層分解童車(chē)使用場(chǎng)景，對(duì)臥室、外出規(guī)劃、下樓、路口、街道、活動(dòng)、休息、嬰兒下車(chē)、收拾物品、推車(chē)收納和清洗消毒等童車(chē)觸點(diǎn)進(jìn)行發(fā)散性思維，分析童車(chē)用戶(hù)行為，總結(jié)童車(chē)痛點(diǎn)與機(jī)會(huì)點(diǎn)。得到用戶(hù)初步需求，分別是：1-放置出行所需物品、2-出發(fā)前檢查安全扣、3-設(shè)定出行路線(xiàn)、4-乘坐交通工具、5-安全推行、6-注意路況信息、7-身體狀態(tài)檢測(cè)、8-注意嬰兒車(chē)狀態(tài)、9-位置感知、10-上下樓梯、11-上下電梯、12-上下車(chē)、13-二孩間互動(dòng)、14-親子互動(dòng)、15-照顧嬰兒、16-防走失、17-停放嬰兒車(chē)、18-收納嬰兒車(chē)、19-清洗嬰兒車(chē)、20-維修保養(yǎng)嬰兒車(chē)。

2.2 基于VACP理論的童車(chē)需求分析

在VACP模型中，每一個(gè)字母代表一個(gè)資源，V為視覺(jué)，A為聽(tīng)覺(jué)，C為認(rèn)知，P為動(dòng)作。根據(jù)前期調(diào)研所得出的初步需求，結(jié)合VACP標(biāo)準(zhǔn)量表（見(jiàn)圖3），對(duì)每個(gè)操作層級(jí)從視覺(jué)（V）、聽(tīng)覺(jué)（A）、認(rèn)知（C）、運(yùn)動(dòng)（P）等4個(gè)方面進(jìn)行打分匯總，在VACP模型中，分?jǐn)?shù)越高意味著交互資源被占用的程度越高，用戶(hù)所需要花費(fèi)的精力也越大。

根據(jù)量表進(jìn)行打分，得到童車(chē)產(chǎn)品用戶(hù)的VACP資源量化需求，見(jiàn)圖4。依據(jù)各個(gè)操作層的VACP資源量化需求數(shù)值，篩選出其中12個(gè)交互負(fù)荷較大的作為主要設(shè)計(jì)需求點(diǎn)，分別是：1-安全推行（20.9）、2-二孩間互動(dòng)（20.4）、3-親子互動(dòng)（20.4）、4-照顧嬰兒（20）、5-身體狀態(tài)檢測(cè)（19.4）、6-防走失（16.9）、7-注意路況信息（14.5）、8-維修保養(yǎng)嬰兒車(chē)（13.2）、9-關(guān)注嬰兒車(chē)姿態(tài)（13.1）、10-設(shè)定出行路線(xiàn)（12.8）、11-位置感知（11.6）、12-清洗嬰兒車(chē)（11.6）。據(jù)此對(duì)童車(chē)初步需求進(jìn)行整理。為方便后續(xù)研究，將整理所得結(jié)果標(biāo)注為1-12，見(jiàn)表1。

圖2 用戶(hù)流程圖

圖3 VACP標(biāo)準(zhǔn)量表

2.3 基于AHP層次分析法的需求深入分析

2.3.1 構(gòu)建層次分析模型

依據(jù)前期用戶(hù)需求調(diào)研，篩選出12個(gè)二孩童車(chē)設(shè)計(jì)需求點(diǎn)，邀請(qǐng)15名二孩家長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)參與設(shè)計(jì)需求整理，結(jié)合家長(zhǎng)意見(jiàn)將設(shè)計(jì)需求歸結(jié)為三類(lèi)，安全性（安全推行、防走失、注意路況信息、位置感知）、互動(dòng)性（二孩間互動(dòng)、親子互動(dòng)、照顧嬰兒、身體狀態(tài)檢測(cè)）與便捷性（維修保養(yǎng)嬰兒車(chē)、關(guān)注嬰兒車(chē)姿態(tài)、清洗嬰兒車(chē)、設(shè)定出行路線(xiàn)）。通過(guò)專(zhuān)家訪(fǎng)談建立了童車(chē)設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5）。目標(biāo)層為基于二孩家庭出行的設(shè)計(jì)需求（）；準(zhǔn)則層為安全性（）、互動(dòng)性（）與便捷性（）。

通過(guò)建立二孩童車(chē)設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)，來(lái)確立各個(gè)層級(jí)之間關(guān)聯(lián)性，明確了童車(chē)設(shè)計(jì)的具體方向,計(jì)算目標(biāo)層與各個(gè)準(zhǔn)則層設(shè)計(jì)需求權(quán)重并進(jìn)行排序，通過(guò)排序后的權(quán)重指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)。

2.3.2 二孩童車(chē)需求要素權(quán)重分析

圖4 VACP資源量化需求

表1 用戶(hù)初步需求

Tab.1 Initial user needs

1）對(duì)判斷矩陣進(jìn)行正規(guī)化，即

2）各列正規(guī)化后的判斷矩陣按行相加，即

3）再對(duì)向量=[1,2,…,v]T進(jìn)行正規(guī)化：

這樣得到的向量[1,2,…,]T即為權(quán)重向量。

結(jié)果見(jiàn)表3～6。

圖5 童車(chē)設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)

Fig.5 Hierarchical analysis structure of stroller design needs

表2 1～9標(biāo)度法

Tab.2 1～9 scale method

表3 二孩童車(chē)設(shè)計(jì)總需求判斷矩陣

Tab.3 Judgment matrix under the total design need of two-child stroller

表4 二孩童車(chē)安全性判斷矩陣

Tab.4 Judgment matrix of under the safety of two-child stroller

表5 二孩童車(chē)互動(dòng)性判斷矩陣

Tab.5 Judgment matrix under the interaction of two-child stroller

表6 二孩童車(chē)便捷性判斷矩陣

Tab.6 Judgment matrix under the convenience of two-child stroller

2.3.3 一致性檢驗(yàn)

為了避免在層次排序中出現(xiàn)因素兩兩對(duì)比時(shí)自相矛盾的現(xiàn)象，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，步驟如下：

首先，計(jì)算一致性指標(biāo)C：

式中：R為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，見(jiàn)圖6。當(dāng)C<0.10時(shí)，一致性檢驗(yàn)通過(guò)。反之調(diào)整并重新計(jì)算[20]。經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)，可知表2～5的判斷矩陣一致性檢驗(yàn)C均小于0.1，見(jiàn)表7。檢驗(yàn)結(jié)果符合要求。

圖6 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

表7 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.7 Consistency test results

2.3.4 層次權(quán)重總排序

將得到的12個(gè)需求權(quán)重排序匯總（見(jiàn)表8），排序結(jié)果如下：親子互動(dòng)、安全推行、二孩間互動(dòng)、照顧嬰兒、防走失、注意嬰兒車(chē)狀態(tài)、身體狀態(tài)檢測(cè)、注意路況信息、設(shè)定出行路線(xiàn)、清洗嬰兒車(chē)、位置感知、維修保養(yǎng)嬰兒車(chē)。將排序的需求權(quán)重導(dǎo)入QFD模型，建立質(zhì)量功能配置屋，為設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐與指引。

表8 二孩家庭童車(chē)需求權(quán)重分析

Tab.8 Weight analysis of stroller need in two-child families

3 基于QFD的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)

3.1 建立質(zhì)量功能配置屋

QFD設(shè)計(jì)方法，將用戶(hù)主觀需求轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)要求，提升用戶(hù)的使用滿(mǎn)意度。依據(jù)需求層次分析結(jié)果，結(jié)合童車(chē)結(jié)構(gòu)技術(shù)特性進(jìn)行質(zhì)量功能配置屋的構(gòu)造工作。其中，為了降低童車(chē)結(jié)構(gòu)獲取的片面性，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)與專(zhuān)利，收集童車(chē)技術(shù)特性相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)整合匯集為具體的設(shè)計(jì)要求，去除同質(zhì)性詞語(yǔ)后共得到20個(gè)初步設(shè)計(jì)要求，為了保證設(shè)計(jì)的客觀性與實(shí)用性，再次詢(xún)問(wèn)之前受邀請(qǐng)參與前期調(diào)研的2名高校教授及2名產(chǎn)品經(jīng)理的意見(jiàn)，再次篩選后得到10個(gè)設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)圖7。

在得到二孩家庭出行用戶(hù)需求權(quán)重與童車(chē)設(shè)計(jì)要求后，構(gòu)建二孩童車(chē)用戶(hù)需求與質(zhì)量技術(shù)特性之間的質(zhì)量屋，建立關(guān)系矩陣。黑色圓值為5，表示強(qiáng)相關(guān)；白色圓值為3，表示中相關(guān)；三角值為1，表示弱相關(guān)；空白值為0，表示無(wú)相關(guān)。根據(jù)公式（7）計(jì)算出技術(shù)需求重要度的絕對(duì)權(quán)重和相對(duì)權(quán)重。

式中：w為技術(shù)需求絕對(duì)權(quán)重，P為相關(guān)性系數(shù)，k為技術(shù)需求相對(duì)權(quán)重。具體見(jiàn)表9，明確童車(chē)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求，為之后的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

3.2 關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素提取

依據(jù)分析出的各個(gè)模塊權(quán)重排序進(jìn)行設(shè)計(jì)指導(dǎo)，得出如下結(jié)論，在二孩家庭雙座椅童車(chē)的設(shè)計(jì)研究中，需要著重考慮用戶(hù)在出行互動(dòng)（20.17%）、座椅舒適度（14.36%）、遠(yuǎn)程交互（13.47%）、信息顯示（13.21%）、危險(xiǎn)報(bào)警（5.11%）的需求，輔以其他模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效滿(mǎn)足用戶(hù)切實(shí)需求，提升用戶(hù)滿(mǎn)意度。

圖7 設(shè)計(jì)要求整理

表9 QFD關(guān)系矩陣

Tab.9 QFD relationship matrix

3.3 基于設(shè)計(jì)要求的多方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，以較為重要的設(shè)計(jì)要素（出行互動(dòng)、座椅固定、遠(yuǎn)程交互、信息顯示、危險(xiǎn)報(bào)警模塊）為切入點(diǎn)進(jìn)行基于雙座椅的童車(chē)發(fā)散性創(chuàng)新，在大量草圖方案論證基礎(chǔ)上，依據(jù)需求權(quán)重進(jìn)行草案初步篩選，得到三款設(shè)計(jì)草案，分別是座椅上下可調(diào)節(jié)，方便互動(dòng)的方案a；結(jié)構(gòu)較為傳統(tǒng)，兩座位整合至一個(gè)座椅，中間用隔板作隔斷的方案b；注重嬰兒隱私，兩座椅以同一方向排列的方案c，見(jiàn)圖8。

圖8 多方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.4 設(shè)計(jì)方案分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)意度，挑選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，將方案a、方案b、方案c進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行解釋說(shuō)明，以問(wèn)卷形式分發(fā)至工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院師生及有童車(chē)使用經(jīng)驗(yàn)的二孩家庭，共發(fā)放200份問(wèn)卷，回收196份。本次打分采用7點(diǎn)標(biāo)度（3非常滿(mǎn)意、2很滿(mǎn)意、1滿(mǎn)意、0中等、–1不滿(mǎn)意、–2很不滿(mǎn)意、–3非常不滿(mǎn)意）語(yǔ)義差異量表，設(shè)計(jì)需求為H1-簡(jiǎn)潔的操作、H2-智能化、H3-出行安全、H4-合理的結(jié)構(gòu)、H5-舒適的外觀、H6-出行便利程度、H7-親子互動(dòng)，取打分平均值（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位），評(píng)分越高說(shuō)明用戶(hù)滿(mǎn)意度越高。對(duì)評(píng)分結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表10。

通過(guò)打分結(jié)果可知，方案a總分最高，為17.08分，因此選擇方案a進(jìn)行設(shè)計(jì)擴(kuò)展對(duì)象。對(duì)方案a打分結(jié)果進(jìn)行分析，其在“出行安全”“合理的結(jié)構(gòu)”“舒適的外觀”方面滿(mǎn)意度較低，需要進(jìn)行針對(duì)性的修改。方案a在以下層次進(jìn)行改進(jìn)。

1）在出行安全方面，適當(dāng)調(diào)整座椅高度，以免遮擋視線(xiàn)；拉長(zhǎng)車(chē)輪軸距，增強(qiáng)行進(jìn)過(guò)程的穩(wěn)定性；運(yùn)用智能化設(shè)備，提供諸如危險(xiǎn)預(yù)警、智能語(yǔ)音導(dǎo)航等支持。

2）優(yōu)化車(chē)架結(jié)構(gòu)，在車(chē)身中部增加轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)便于使用者調(diào)整童車(chē)重心，運(yùn)用支架增強(qiáng)車(chē)輪與車(chē)身處連接強(qiáng)度。

3）座椅進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮座椅內(nèi)部空間舒適度，座椅扶手造型優(yōu)化。

表10 設(shè)計(jì)方案打分結(jié)果

Tab.10 Scheme scoring results

4 雙人童車(chē)設(shè)計(jì)方案

基于前期調(diào)研與分析提取的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素，在數(shù)據(jù)分析與技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)童車(chē)相比，雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)面向兒童年齡為0～4歲，二胎間年齡差異在1～3歲的二孩家庭，聚焦于二孩時(shí)代家庭出行需求，在結(jié)構(gòu)、交互等方面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖9。

4.1 雙人童車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期分析，雙人童車(chē)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)以親子互動(dòng)性和座椅舒適度為重點(diǎn)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)。童車(chē)整體為白灰配色。車(chē)架為Y型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前端車(chē)架向前延伸。嬰兒座艙為方形半包圍設(shè)計(jì)，側(cè)面扶手及圍擋圍繞座艙殼體分布，坐墊置于座艙殼體之上，以插銷(xiāo)結(jié)構(gòu)連接，可快速拆洗。攝像頭及語(yǔ)音設(shè)備集成于座艙前把手處，溫度及感應(yīng)芯片安置在座椅中段座墊處，兩個(gè)嬰兒座椅高低配置在嬰兒車(chē)前后段。小型觸摸屏位于車(chē)架扶手處，家長(zhǎng)通過(guò)此設(shè)備掌控童車(chē)狀態(tài)及進(jìn)行交互操作。

在Y型車(chē)架結(jié)構(gòu)三點(diǎn)交匯處設(shè)置轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整車(chē)架角度帶動(dòng)座椅移動(dòng)。在推行過(guò)程中，兩座椅高低排列，嬰兒以躺姿置于座椅中，兩名嬰兒之間相對(duì)獨(dú)立，為嬰兒提供更多私人空間，也避免兩孩子因?yàn)殒覒虼螋[影響出行安全；在到達(dá)目的地后，從扶手處向下按壓，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)車(chē)架旋轉(zhuǎn)，左側(cè)上下兩根車(chē)架向中心聚攏，兩座椅位置平行，兩名嬰兒面對(duì)面，便于交流互動(dòng)，且家長(zhǎng)更易看管與照料，具體可見(jiàn)圖9中的童車(chē)雙模式使用場(chǎng)景圖。

圖9 雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)方案

4.2 雙人童車(chē)交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是給用戶(hù)帶來(lái)更舒適的體驗(yàn)，雙座椅童車(chē)交互設(shè)計(jì)以家長(zhǎng)與兒童兩個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象為出發(fā)點(diǎn)，從以下三個(gè)方面進(jìn)行童車(chē)交互設(shè)計(jì)。

1）溫度檢測(cè)模塊。通過(guò)內(nèi)置溫度芯片實(shí)時(shí)監(jiān)控嬰兒體溫，如有體溫異常情況，通過(guò)扶手前端的小型觸摸屏提醒家長(zhǎng)進(jìn)行處理。

2）危險(xiǎn)檢測(cè)模塊。座椅下方埋入壓力感應(yīng)芯片，通過(guò)座椅壓力變化，分析嬰兒動(dòng)作幅度，若出現(xiàn)一側(cè)壓力過(guò)大或壓力變化幅度過(guò)大的情況，及時(shí)分析及預(yù)測(cè)是否存在兒童掉出嬰兒車(chē)或被拐跑的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)震動(dòng)及報(bào)警將危險(xiǎn)信號(hào)傳遞給家長(zhǎng)。安全扣設(shè)計(jì)磁力感應(yīng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)安全扣松緊程度，防止安全扣脫落或嬰兒自行解開(kāi)安全扣等意外發(fā)生。

3）遠(yuǎn)程互動(dòng)模塊：在扶手前端放置攝像及語(yǔ)音設(shè)備，可以將嬰兒圖像信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)反饋給因工作無(wú)法照顧嬰兒的家長(zhǎng)手機(jī)終端中，家長(zhǎng)可以通過(guò)手機(jī)掌握嬰兒狀態(tài)，并通過(guò)語(yǔ)音交互進(jìn)行對(duì)話(huà)。

童車(chē)界面設(shè)計(jì)以三級(jí)界面為架構(gòu)，包括一級(jí)界面（主界面）；二級(jí)界面（菜單欄）；三級(jí)界面（導(dǎo)航、座椅狀態(tài)、天氣、出行模式、目的地模式和來(lái)電顯示）。通過(guò)語(yǔ)音及觸屏方式進(jìn)行交互，減輕家長(zhǎng)在帶孩出行過(guò)程中的交互負(fù)擔(dān)，保障出行的安全性。

4.3 雙座椅童車(chē)人機(jī)仿真分析

分析前期所得設(shè)計(jì)要求，出行互動(dòng)性和座椅舒適度在雙座椅童車(chē)的設(shè)計(jì)權(quán)重較高，需要考慮嬰兒在童車(chē)中不同動(dòng)作及姿態(tài)下的舒適度，對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)分析。選擇JACK仿真軟件對(duì)嬰兒不同姿態(tài)下的舒適度進(jìn)行模擬分析，將建模數(shù)據(jù)導(dǎo)入JACK軟件中，分析產(chǎn)品使用過(guò)程中符合設(shè)計(jì)目標(biāo)群體的人與產(chǎn)品的交互，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性并獲得有價(jià)值的結(jié)果。

雙座椅童車(chē)仿真分析以1歲兒童作為仿真對(duì)象，建立身高數(shù)據(jù)70 cm，體重?cái)?shù)據(jù)10 kg（1歲嬰兒身體平均數(shù)值）的人體尺寸數(shù)字人，對(duì)雙座椅童車(chē)進(jìn)行姿態(tài)匹配與人機(jī)分析，選取兩種代表性姿態(tài)進(jìn)行舒適度分析，分別是出行模式座椅上下布置，嬰兒呈躺姿；目的地模式座椅平行布置，嬰兒呈坐姿。仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖10。

圖10 雙座椅童車(chē)仿真實(shí)驗(yàn)流程

將rhino中建立的三維模型導(dǎo)出為STL格式，導(dǎo)入JACK中；建立數(shù)字人，根據(jù)童車(chē)實(shí)際使用情況，將建立的嬰兒數(shù)字人與童車(chē)兩種使用模式進(jìn)行姿勢(shì)匹配，抽取自然姿勢(shì)下的嬰兒瞬間動(dòng)作作為關(guān)鍵幀進(jìn)行姿勢(shì)分析。

使用Porter數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)嬰兒兩種姿勢(shì)進(jìn)行分析，該數(shù)據(jù)庫(kù)定義了數(shù)字人不同體型下的關(guān)節(jié)合理彎曲度，由仿真結(jié)果可知，童車(chē)在坐姿與躺姿兩種姿態(tài)下的關(guān)節(jié)彎曲角度均在合理范圍內(nèi)。

使用Reach Zones工具分析可達(dá)域，觀察分析數(shù)字人在腰部與肩部驅(qū)動(dòng)下，雙手可以達(dá)到的范圍。通過(guò)可達(dá)域分析得出結(jié)論，在童車(chē)目的地模式下的坐姿狀態(tài)下，座墊側(cè)部扶手、童車(chē)護(hù)欄扶手均在嬰兒可達(dá)域范圍之內(nèi)，說(shuō)明嬰兒在坐姿狀態(tài)下可以抓握扶手與護(hù)欄；在童車(chē)出行模式下的躺姿狀態(tài)下，童車(chē)護(hù)欄扶手在嬰兒可達(dá)域范圍之內(nèi)，說(shuō)明嬰兒可以借助護(hù)欄扶手達(dá)到躺姿、坐姿的轉(zhuǎn)換。

使用靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測(cè)工具，從動(dòng)力學(xué)角度根據(jù)姿勢(shì)、運(yùn)動(dòng)要求和人體測(cè)量學(xué)評(píng)估姿態(tài)靜態(tài)受力強(qiáng)度，得出SSP評(píng)價(jià)表，根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，嬰兒兩種姿態(tài)下的姿勢(shì)靜態(tài)受力強(qiáng)度評(píng)價(jià)趨近于100分，說(shuō)明嬰兒可以以一個(gè)較為舒適的姿態(tài)坐或躺在嬰兒車(chē)內(nèi)。

通過(guò)JACK人機(jī)仿真分析，驗(yàn)證了在不同姿態(tài)下雙座椅童車(chē)都能提供較為舒適的乘坐環(huán)境，雙座椅童車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，改善了二孩共同出行場(chǎng)景下的嬰兒使用童車(chē)的乘坐體驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

文章聚焦二孩家庭出行場(chǎng)景探究了集成VACP/ AHP/QFD的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)方法。有別于傳統(tǒng)童車(chē)設(shè)計(jì)流程，VACP/AHP/QFD研究方法滿(mǎn)足了二孩時(shí)代下家庭出行的實(shí)際需求，使用VACP以童車(chē)場(chǎng)景中交互負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行需求篩選，通過(guò)AHP建立需求層次模型，運(yùn)用QFD明確設(shè)計(jì)要素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方案創(chuàng)新，通過(guò)人機(jī)仿真分析驗(yàn)證了雙人童車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)踐的可行性及有效性，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新解決使用過(guò)程中的安全性及便捷性問(wèn)題，通過(guò)引入智能交互系統(tǒng)解決使用過(guò)程中的交互性問(wèn)題。研究證明，基于多方法集成的雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)研究可以有效幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行思維發(fā)散及收斂，在面向諸如二孩家庭等需求特殊的群體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以獲得客觀且合理的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。雙座椅童車(chē)設(shè)計(jì)方案提升了出行過(guò)程中家長(zhǎng)與嬰兒的使用體驗(yàn)。通過(guò)總結(jié)反思，認(rèn)識(shí)到雙座椅童車(chē)研究在質(zhì)量特性技術(shù)方面可以借鑒更多智能交互產(chǎn)品，在未來(lái)研究中，應(yīng)深入優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)可持續(xù)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等拓寬使用人群，進(jìn)一步助力新時(shí)代下的二孩家庭對(duì)童車(chē)的訴求。

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Design of Two-seat Strollers Based on Multi-method Integration

TANG Qian, XIAO Congdi*, SHAO Qi, LIU Yanting

(School of Industrial Design, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

The work aims to sort out user needs and propose a two-child stroller design method which integrates multi-modal balance (VACP), Analytic Hierarchy Process (AHP) and quality function configuration (QFD) to solve the pain points of using strollers for families with two children, such as time-consuming and labor-intensive travel, and the inability to take care of two children. First, the user journey map for two-child travel was extracted through field research and questionnaires. The stroller design needs was quantified and initially screened based on the VACP theory. On this basis, AHP was applied to analyze the need weight and establish the importance of user needs. Then, QFD was used to create the relationship between user needs and quality characteristics, the design elements were aggregated and optimized. The design requirements were clarified and an optimization plan was obtained. Finally, JACK was used to establish a virtual environment for the stroller to verify the rationality of the plan. For the special travel scenarios of families with two children, the seat structure was intended to be adjustable to enhance the safety and convenience of the stroller. Intelligent monitoring and interactive functions could be designed to enhance the interactivity of the stroller. Through JACK simulation, the scientificity of the innovative design solution is verified, and the feasibility of the multi-method integrated design method is confirmed from the side, providing a basis and theoretical innovation for building stroller products.

two-child family; stroller design; VACP theory; AHP; QFD

TB472

A

1001-3563(2024)08-0199-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.022

2023-12-24

人工智能背景下工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式研究與探索（21Q075）

通信作者