基于形態(tài)分析法的電動滑板車設(shè)計研究

摘要：為更好解決國內(nèi)城市代步出行“最后一公里”的問題，設(shè)計出新穎且能夠滿足消費者多層次需求的電動滑板車。應(yīng)用了形態(tài)分析法對電動滑板車進行設(shè)計因素的分解并建立形態(tài)分析矩陣，設(shè)計因素主要有造型特征、充電方式、騎乘姿勢與是否可折疊等，然后對其各個因素下的方案進行分析整合得到若干種設(shè)計方案。從中篩選出3個設(shè)計方案，通過對可乘坐空間、多功能、外觀造型等因素進行權(quán)重分析，對方案再次進行篩選，最終通過問卷調(diào)查獲取用戶對電動滑板車外觀造型的滿意度來確定最優(yōu)設(shè)計方案。該方法可以為今后的電動滑板車的設(shè)計創(chuàng)新提供參考與經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：形態(tài)分析法；電動滑板車；因素分析；權(quán)重分析；問卷調(diào)查

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）04-0099-03

Abstract：To better solve the problem of \"the last kilometer\" of urban transportation，design a novel electric scooter that can meet the multilevel needs of consumers. The morphological analysis method was applied to decompose the design factors of the electric scooter and establish the morphological analysis matrix. The design factors mainly include styling features，charging mode，riding posture and foldable，etc. Then，several design schemes were analyzed and integrated under each factor. Three design schemes were selected. Through the weight analysis of the seating space，multi-function，appearance and other factors，the scheme was screened again，and the optimal design scheme was obtained. Finally，the satisfaction of users on the appearance of the electric scooter was determined through the questionnaire survey.This method can provide reference and experience for the design innovation of electric scooter in the future.

Keywords：Morphological analysis；Electric scooter；Factor analysis；Weight analysis；Questionnaire survey

引言

隨著國民經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的極速發(fā)展，人們的出行方式也隨之發(fā)生了巨大的變化。汽車的發(fā)明變革了人們的出行方式，但同時也帶來了嚴重的能源危機與環(huán)境污染以及日益擁堵的城市交通，所以既便攜又環(huán)保的新型代步工具電動滑板車越來越受到城市年輕群體的青睞。譚清文[1]采用形態(tài)分析法對發(fā)簪的設(shè)計要素以及技術(shù)手段的結(jié)合從而進行創(chuàng)新設(shè)計，該案例的實施不僅為飾品的設(shè)計提供了經(jīng)驗，也對其他產(chǎn)品設(shè)計有著深刻的推進作用。王旭[2]將基于形態(tài)分析法的設(shè)計理念運用到簡易智能飲水機的設(shè)計中，并且從用戶滿意度權(quán)重值和問卷調(diào)查結(jié)果2個方面進行分析，得出了一種更優(yōu)的設(shè)計方案。李恩田等[3]將感性工學(xué)理論與形態(tài)分析法相結(jié)合，為中國北方游牧民族飲器再設(shè)計建立有效的運行機制。陳明等[4]以注射機為例闡述形態(tài)分析法在原理方案設(shè)計階段的應(yīng)用，形態(tài)分析法在開發(fā)企業(yè)科技人員及工人的創(chuàng)造力，使設(shè)計人員工作合理化以及新產(chǎn)品開發(fā)、已有產(chǎn)品的更新上都有著極其重要的作用。基于目前形態(tài)分析法的應(yīng)用現(xiàn)狀與設(shè)計流程，文中對電動滑板車的設(shè)計要素進行細化分解并提出解決方案，并給出設(shè)計實例，為電動滑板車的設(shè)計創(chuàng)新提供了經(jīng)驗與參考。

一、電動滑板車形態(tài)分析法設(shè)計

（一）電動滑板車

電動滑板車是從傳統(tǒng)滑板運動演變發(fā)展而來，并且繼承了傳統(tǒng)滑板車的方便、快捷與輕巧同時具有操作簡單，安全省力等優(yōu)點?；遘?993年發(fā)源于德國，2000年前后開始在美國流行，2004-2006年電池與電動機技術(shù)開始應(yīng)用于滑板車，從2015年開始，人工智能與大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)開始應(yīng)用于電動滑板車[5]?；遘噺钠鸪醯膴蕵饭ぞ咧饾u轉(zhuǎn)變?yōu)榇焦ぞ卟⑶也粩嘞蛑悄芑⑷诵曰c多功能化的方向發(fā)展。

電動滑板車主要由電池總成、電機總成、車架與控制器4個部分組成。電池總成：目前電動滑板車使用的是夠多次充放電的鋰電池作為車輛的能源，并且配備BMS電池管理系統(tǒng)能夠時刻嚴密監(jiān)視電池的工作狀態(tài)并提升電池的壽命續(xù)航等的各項性能。電機總成：電動滑板車大多數(shù)都使用高性能無刷直流電機，將電機做成輪轂的形狀置于后輪中，有效地節(jié)省了空間，同時具有較高的轉(zhuǎn)化效率，節(jié)能省電且具有較高的電能轉(zhuǎn)化率。車架：主要有鋁合金、鎂合金以及碳纖維等材料，都具有強度較高質(zhì)量較輕的特點?？刂破鳎嚎刂齐妱踊遘嚨倪\行，提高使用性能。電動電動滑板車的種類較多，可以根據(jù)不同功能和特征來劃分，如：是否可折疊、騎乘方式、輪胎數(shù)量與充電方式等。

電動滑板車作為一種新興的城市小型電動代步工具，因造型美觀時尚與騎行方便快捷廣受城市年輕消費群體的喜愛，但是其兩個主要特征“代步與便攜”目前都還存在著一定的不足之處，同時在造型上也存在著一定的同質(zhì)化問題。環(huán)境污染、能源消耗以及交通擁堵等問題促使著人們選擇更為綠色便捷的出行方式。人們的需求也對電動滑板車的發(fā)展產(chǎn)生了一定影響，用戶的需求變化與產(chǎn)品的更新迭代相互影響相互促進。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與人們生活水平的提高，消費者逐漸不滿足于功能的實現(xiàn)進而追求更高層次的心理滿足，如獨特性、智能性與多功能性等。

（二）形態(tài)分析法

形態(tài)分析法是在美國加利福尼亞州理工學(xué)院任教的瑞士天文學(xué)家F·次維克于1942年提出的創(chuàng)造技法，又稱“形態(tài)矩陣法”“形態(tài)綜和法”或“棋盤格法”。形態(tài)分析法是對創(chuàng)造對象進行因素分解和系統(tǒng)聚合的過程，先將創(chuàng)造對象分解為若干個相互獨立的基本因素A、B、C、D、E等，找出實現(xiàn)每個因素要求的所有可能解決辦法P，建立相應(yīng)的產(chǎn)品形態(tài)分析矩陣，然后加以系統(tǒng)聚合而得到多種設(shè)計方案N=PNA×PNB×PNC×PND×PNE，經(jīng)過科學(xué)性與功能性的篩選與分析可獲得若干可行方案，最后經(jīng)過設(shè)計驗證與評價得出最優(yōu)方案。形態(tài)分析法的要點如下：1.把創(chuàng)造對象分解為若干項相對獨立的基本要素，即要素分析。2.列舉各基本要素可能具有的形態(tài)，即形態(tài)分析。3.以獨立要素與各要素可能具有的形態(tài)分別為“列”與“行”，組成數(shù)學(xué)上的形態(tài)矩陣，再排列組合出可能的構(gòu)造方案。4.從眾多構(gòu)造方案中選取最佳方案[6]。

文章首先以電動滑板車為選題進行設(shè)計因素的分解，將整個電動滑板車分解為造型特征、充電方式、騎行姿勢、是否可折疊、輪胎種類與車架材質(zhì)等若干基本因素，然后列舉出各設(shè)計因素的不同解決辦法并建立電動滑板車形態(tài)分析矩陣，接著對其矩陣進行系統(tǒng)地分析整合從而獲得若干完整的設(shè)計方案，根據(jù)功能性與科學(xué)性的分析篩選出可行性比較高的方案，再對其進行設(shè)計驗證與評價，最終得出設(shè)計結(jié)果。電動滑板車形態(tài)分析法設(shè)計流程如圖1所示。

（三）建立電動滑板車形態(tài)矩陣

文章通過把電動滑板車設(shè)計中的一些基本因素進行分解，然后分析實現(xiàn)每個基本因素的技術(shù)實現(xiàn)方案，最后按照矩陣的方式進行排列組合建立電動滑板車的形態(tài)分析矩陣。文章通過對目前市面上主流品牌且銷量較高的幾款電動滑板車如：ninebot九號電動滑板車F20、小米米家電動滑板車3青春版與Bremer電動代步車R3等進行調(diào)研分析，并且結(jié)合相關(guān)文獻研究以及目標用戶需求的分析，總結(jié)得出目前電動滑板車的主要設(shè)計目標點為便攜性、高續(xù)航、美觀性、智能性與多功能性等方面。通過對上述主要設(shè)計目標點的分析，可以確定電動滑板車設(shè)計的基本因素有：造型特征、騎乘姿勢、解鎖方式、是否可折疊、輪胎種類與車架材質(zhì)等。在確定了上述諸多設(shè)計基本因素之后，采用頭腦風(fēng)暴以及焦點小組討論等方法列舉出各個設(shè)計基本因素的不同解決方案。文章以解鎖方式為例，考慮到解鎖方式的便利性以及安全性等方面擬采取傳統(tǒng)鑰匙解鎖、智能電子鑰匙、智能手機App解鎖以及NFC卡片等解鎖方式。然后對電動滑板車的造型特征、騎乘姿勢、輪胎種類等設(shè)計要素采用相同的方法進行分析。構(gòu)建電動滑板車形態(tài)分析矩陣，如表1所示。

二、方案篩選與建立模型

如表1所示，從上文建立的電動滑板車形態(tài)分析矩陣中能夠得出多種不同的電動滑板車設(shè)計方案組合。首先文章對這些方案進行初步的分析篩選，去除一些不合理的方案組合。然后文章采取用戶訪談法與問卷調(diào)查法，結(jié)合文獻資料與設(shè)計案例研究對于上述諸多設(shè)計因素進行優(yōu)先級分析與排序，可以進一步篩除可行性較低且不符合目標用戶心理預(yù)期的設(shè)計方案。以電動滑板車的造型特征為例，上文列舉了簡約的、獨特的、新穎的、可愛的與炫酷的等部分特征詞匯，文章采取問卷調(diào)查法對上述特征詞匯進行用戶期望與喜愛度分析。為了確保問卷調(diào)查結(jié)果的準確性與科學(xué)性，特將問卷調(diào)查的對象設(shè)置為正在使用或在曾經(jīng)使用過電動滑板車的用戶、大學(xué)生、白領(lǐng)以及相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的設(shè)計師與專家等。問卷的主要內(nèi)容：1.您的職業(yè)2.您的年齡3.您了解電動滑板車嗎？4.你準備購買電動滑板車嗎5.您喜歡什么造型特征的的電動滑板車？本次共發(fā)問卷86份，回收問卷86份，有效問卷82份，有效調(diào)查問卷占比95.3%。通過對調(diào)查問卷結(jié)果的分析可以總結(jié)出在上述簡約的、獨特的、新穎的等電動滑板車的特征詞匯中最符合目標用戶心理預(yù)期且接受度最高的電動滑板車造型特征詞匯是簡約的，占比42.7%；其次為可愛的，占比為16.8%。結(jié)合問卷調(diào)查的結(jié)論以及現(xiàn)有產(chǎn)品和文獻資料的研究，將簡約的確定為電動滑板車造型特征形容詞。電動滑板車造型特征形容詞的確定為后續(xù)整體模型的建立奠定了基礎(chǔ)，確定了設(shè)計方案的基調(diào)。

文章對經(jīng)過篩選的矩陣中每個設(shè)計因素下的不同形態(tài)再次進行比較論證，篩選出更為合理的方案并且進行系統(tǒng)聚合，從而組合成完整可行的設(shè)計方案。同時綜合功能、技術(shù)與經(jīng)濟等多方面方面考量，確定了3種電動滑板車設(shè)計方案，如表2所示。

根據(jù)表2中確定的3種電動滑板車設(shè)計方案，使用Rhino 7進行三維模型的制作，并且使用KeyShot 10進行產(chǎn)品效果圖的渲染，三種方案的效果圖如表3所示。

三、確定方案

文章運用形態(tài)分析法對電動滑板車進行設(shè)計分析，可以在較短時間內(nèi)獲得多個既符合科學(xué)性與實用性要求又造型美觀、風(fēng)格各異的電動滑板車設(shè)計方案，在電動滑板車的功能優(yōu)化與造型的更新迭代方面具有較大優(yōu)勢。如表3所示的3種電動滑板車設(shè)計方案在色彩、造型風(fēng)格以及車身結(jié)構(gòu)和功能上都有較大的差異。

方案一電動滑板車造型簡約大氣，整體為黑橙配色。車身主要由航空級鋁合金打造而成，在充電方式上采用可拆卸式電池組，可以便捷拆卸將電池組單獨拿出充電。在解鎖方式上采用智能電子鑰匙和智能手機App控制，用戶通過藍牙將電動滑板車和智能手機連接，解鎖更多體驗與服務(wù)。方案一電動滑板車配備可便捷拆卸座椅，輪胎采用十英寸的大號真空胎，電動滑板車輪胎越大騎乘時的舒適度就越高，采用真空胎而沒有采用實心胎也是考慮到用戶的使用體驗。

方案二電動滑板車造型簡約小巧，在配色方面主要以啞黑和金屬灰為主，采用航空級鋁合金的車架以及部分碳纖維材料的配件，碳纖維不僅比鋁合金更加輕薄，而且擁有更高的強度、硬度和耐高溫等特性。同時車輛采用了極簡的設(shè)計理念，只保留了車把、車架、電池及踏板等必要的主體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)部件結(jié)構(gòu)的最簡化，使得車輛在折疊后可以更加輕便，易于攜帶。在充電方式上主要考慮到給電源模組預(yù)留的空間較小，所以選擇一體嵌入式電池且適當(dāng)減少了電池的體積。由于續(xù)航里程較低不適合長距離代步出行所以該方案采用立姿騎乘。輪胎選擇的是尺寸較小的蜂窩實心輪胎，蜂窩狀的結(jié)構(gòu)具有不錯的緩震性能同時也具有較高的強度，減少了輪胎的整體重量。

方案三電動滑板車的造型特征為可愛的，車身主要以圓滑的曲線與弧面為主，避免了過多的直線與棱角，使得車輛的整體感較強，具有一定的美觀性。車身采用航空級鋁合金和ASA工程塑料，這兩種材料都具有較高的強度、抗老化能力以及抗沖擊能力。充電方式則和方案二類似，但電池體積與容量都比方案二稍大一些，續(xù)航里程相對較長。在解鎖方式上和方案一相同，采用智能鑰匙和手機App，可以通過藍牙連接手機，可以通過手機獲得更多的服務(wù)，具有一定的智能性?？紤]到車輛的整體性、車身材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等因素，該方案采用的是立姿騎乘且不可折疊。輪胎采用的是大尺寸真空胎，提高用戶騎乘時的舒適度。

上文所述3種電動滑板車設(shè)計方案風(fēng)格各異，在美觀性、便捷性、續(xù)航以及舒適度等方面各自的側(cè)重點不同，所以文章以目標用戶的滿意度作為電動滑板車設(shè)計的評價標準。根據(jù)文獻[7]的研究，續(xù)航性能、防盜性能、減震性能與安全性能等變量為基本型目標，可乘坐空間、多功能、外觀造型、界面可操作性、界面功能可視性等變量為興奮型目標，便于攜帶、操作簡單易學(xué)與體量大小為期望型目標。用戶對現(xiàn)有電動滑板車的期望型目標和興奮性目標兩個方面具有較高的關(guān)注度，并且興奮型目標滿意度最低，所以文章把用戶的興奮性目標作為方案評比的主要依據(jù)。在興奮型目標中，外觀造型、多功能性以及可乘坐空間在權(quán)重值數(shù)據(jù)上僅僅比界面交互設(shè)計變量略低（文章暫未涉及電動滑板車的人機交互界面設(shè)計，所以不將其作為文章設(shè)計方案的評價標準），部分要素的權(quán)重值如下表4所示，可見在電動滑板車在外觀造型與功能結(jié)構(gòu)上也有可優(yōu)化完善之處且對于用戶體驗的影響較大[7]。

如上表數(shù)據(jù)所示，外觀造型在上述設(shè)計要素中權(quán)重值最高，其次為多功能性與可乘坐空間，體量大小與可折疊/收縮再次，減震性能最低。方案一電動滑板車的騎乘姿勢為坐姿，具有較大的乘坐空間且?guī)в锌刹鹦妒降淖?，方案二也可折疊但是乘坐空間和方案三一樣都略小。在功能性方面，方案一與方案三皆可通過藍牙連接智能手機，解鎖更多的功能與體驗，方案一不僅在把手處可以加裝手機支架，而且還配備了手機充電接口。在減震性能上，方案一與方案三都采用大尺寸真空胎，方案二采用實心胎，減震性能最弱。方案二在可折疊/收縮與體量大小上占據(jù)優(yōu)勢但是這兩項設(shè)計要素所占權(quán)重較小。綜上所述，電動滑板車設(shè)計中方案二被排除，從方案一與方案三中挑選最優(yōu)方案，最終根據(jù)用戶對電動滑板車外觀造型的滿意度來確定。

文章通過問卷調(diào)查的方式來獲取用戶對于上文兩種方案的電動滑板車外觀造型的滿意程度。為了保證問卷調(diào)查結(jié)果的科學(xué)性與準確性，文章將向電動滑板車的潛在用戶與資深用戶、相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計師與專家學(xué)者發(fā)放調(diào)查問卷。問卷的問題主要有：1）您喜歡什么外觀造型風(fēng)格的電動滑板車？2）您認為方案一的電動滑板車符合簡約的外觀造型風(fēng)格嗎？3）您認為方案三的電動滑板車符合可愛的外觀造型風(fēng)格嗎？4）以上兩款電動滑板車您更喜歡哪一款的外觀造型？本次共計發(fā)放問卷118份，回收問卷118份，有效問卷115份，對問卷結(jié)果進行統(tǒng)計整理與分析。問卷調(diào)查的結(jié)果如表5所示。

從上表問卷調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)來看，有67.8%受訪者更喜歡簡約的外觀造型，且絕大部分受訪者認為方案一的電動滑板車的外觀符合簡約的造型風(fēng)格，同時兩種方案中有77.4%的受訪者更喜歡方案一。

文章對電動滑板車的色彩、造型、材質(zhì)等設(shè)計語言的應(yīng)用，使得方案一電動滑板車具有一定的感情色彩，可以和用戶進行感官上與精神上的交流。色彩在產(chǎn)品設(shè)計中往往能夠傳達一種感性的情緒表達[8]。如方案一電動滑板車的造型簡約但不簡單，酷黑色的車身搭配上踏板、車把與輪轂等部件的橙紅色既給人一種沉穩(wěn)低調(diào)的厚重，也有熱情活潑的奔放。航空級鋁合金打造的車身，不僅具有很好的力學(xué)與加工性能，強度高而且韌性好，而且質(zhì)量還比普通合金更輕便，降低了整車的重量，使得電動滑板車具有更強的承重能力同時，也能夠在折疊之后更加方便攜帶。在表面處理方式采用金屬噴涂工藝，觀感高級觸感細膩且具有防水防污防腐蝕的效果，可以在雨天使用，增強了電動滑板車多場景出行的能力。用戶通過藍牙將電動滑板車和智能手機連接，這樣就可以通過手機直接控制電動滑板車的啟停，并且可以查看電量、行駛速度等車輛實時狀況。方案一電動滑板車配備可便捷拆卸座椅，雖然作為城市短途代步工具，但是考慮到上下班通勤期間難免會有疲憊且路途較長的時候，配備了座椅就可以使得在騎乘時更加舒適減少疲勞，大大增強了用戶的體驗。同時電動滑板車的坐墊和車把高度都可以根據(jù)使用者的身材比例進行便捷調(diào)節(jié)，從而滿足不同年齡性別以及身材特征的用戶使用。同時根據(jù)文獻[9]的研究：電動滑板車主要適應(yīng)于短途出行且使用者更加注重續(xù)航、舒適性、實用性，在造型偏好傾向簡約實用和輕松休閑風(fēng)格。綜上所述，在基于形態(tài)分析法的電動滑板車設(shè)計中，確定方案一為最優(yōu)方案。

結(jié)語

文章在電動滑板車的設(shè)計中，應(yīng)用形態(tài)分析法建立電動滑板車形態(tài)分析矩陣，并且對矩陣中基本因素與形態(tài)進行分析，經(jīng)過系統(tǒng)整合與篩選最終得到了3種電動滑板車設(shè)計方案。通過3種方案的對比論證以及用戶的滿意度分析，方案一更能得到大眾的認可。目前，文章對電動滑板車的設(shè)計研究主要還停留在造型和功能的方面，下面要對確定的方案進行進一步優(yōu)化，并且在人機交互和用戶體驗等方面進行進一步研究。

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