基于KANO-QFD的挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)研究

摘要：為有效獲取挖掘機(jī)用戶核心需求，基于用戶需求確定設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素，從而提高駕駛員對(duì)挖掘機(jī)信息界面操作的滿意度。通過KJ法和用戶訪談法獲取挖掘機(jī)信息界面用戶需求要素，根據(jù)KANO模型分析用戶需求并得到需求重要度，結(jié)合QFD方法構(gòu)建質(zhì)量屋得到設(shè)計(jì)要素優(yōu)先級(jí)。界面布局有序、信息反饋設(shè)計(jì)、界面導(dǎo)航設(shè)計(jì)需求權(quán)重最大，是挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)要素。通過KANO模型和QFD方法的結(jié)合，驗(yàn)證了該方法在解決挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)問題上的可行性，為其他工程車輛信息界面的設(shè)計(jì)提供了方法上的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；KANO-QFD；信息界面設(shè)計(jì)；用戶需求；設(shè)計(jì)要素

中圖分類號(hào)：TU602 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2024）04-0148-04

Abstract：In order to effectively obtain the core needs of excavator users，the key elements of design are determined based on user needs，so as to improve the satisfaction of drivers on the information interface operation of excavator. KJ method and user interview method were used to obtain user demand elements of excavator information interface. User demand was analyzed according to KANO model and the importance of demand was obtained. The priority of design elements was obtained by building house of quality combined with QFD method. The layout of the interface is orderly，the information feedback design and the interface navigation design need the most weight，which are the important design elements of the excavator information interface design. Through the combination of KANO model and QFD method，the feasibility of this method in solving the problem of excavator information interface design is verified，which provides a method guidance for the design of other engineering vehicle information interface.

Keywords：Excavator；KANO-QFD；Information interface design；User demand；Design element

引言

隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)在挖掘機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，挖掘機(jī)的人機(jī)交互方式、信息界面表現(xiàn)形式、用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ降纫苍诎l(fā)生著革命性的變化[1]，從傳統(tǒng)的按鈕式或按鍵式界面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸屏式界面設(shè)計(jì)。在與界面交互的過程中，視覺、聽覺、觸覺均是用戶和信息界面交互的重要途徑，信息界面的設(shè)計(jì)對(duì)挖掘機(jī)的操作效率和安全性有著決定性作用。因此，挖掘機(jī)信息界面的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，如何設(shè)計(jì)一個(gè)有效的挖掘機(jī)信息界面以滿足用戶體驗(yàn)需求，是成為當(dāng)前挖掘機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前，對(duì)于挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)的研究有限，大多是從人機(jī)工程學(xué)角度對(duì)挖掘機(jī)駕駛室傳統(tǒng)按鍵布局設(shè)計(jì)的研究，而對(duì)于信息界面用戶需求權(quán)重和設(shè)計(jì)要素優(yōu)先級(jí)的研究有限。本文使用的KANOQFD模型是一種從用戶需求出發(fā)，將用戶需求轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)要素的設(shè)計(jì)方法，可以有效地指導(dǎo)挖掘機(jī)信息界面的設(shè)計(jì)。

一、研究方法與過程

（一）KANO-QFD研究方法

KANO模型由東京理工大學(xué)教授狩野紀(jì)昭（Noriaki Kano）于 1984年提出，廣泛應(yīng)用于用戶需求分類和需求優(yōu)先級(jí)排序[2]。該研究方法是一種將服務(wù)質(zhì)量類型中隱性屬性顯性化、數(shù)據(jù)量化的綜合評(píng)價(jià)分析方法[3]，將用戶需求分為5種類型：必備型（M）、期望型（O）、魅力型（A）、無差異型（I）和反向型（R）[4]。

QFD（Quality Function Deployment）即功能質(zhì)量展開，通過“質(zhì)量屋”這一核心工具將用戶需求轉(zhuǎn)化為功能和質(zhì)量需求，能明確展示用戶需求與產(chǎn)品特性之間的關(guān)系[5]，多用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)分析。

KANO模型和QFD模型的結(jié)合，能夠?qū)ⅰ坝脩粜枨?設(shè)計(jì)要素”數(shù)據(jù)量化，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更契合用戶需求，從而提升用戶滿意度[6]。KANO-QFD模型的研究方法，能夠?yàn)橥诰驒C(jī)信息界面的功能設(shè)計(jì)和界面優(yōu)化提供更好的設(shè)計(jì)決策。本次設(shè)計(jì)流程框架如圖1。

（二）研究過程

研究過程根據(jù)KANO-QFD設(shè)計(jì)流程框架進(jìn)行，共分為以下5個(gè)步驟。

1.獲取用戶需求要素

用戶體驗(yàn)地圖是分析用戶全階段需求的一種可視化工具。通過把挖掘機(jī)駕駛員的駕駛操作行為按不同階段劃分，從用戶訪談中獲取作業(yè)過程中駕駛員對(duì)所有接觸點(diǎn)的滿意程度水平，其滿意度較高的機(jī)會(huì)點(diǎn)和滿意度較低的痛點(diǎn)可以轉(zhuǎn)化挖掘機(jī)信息界面的功能需求[7]。

2. 基于KANO模型的用戶需求問卷設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶體驗(yàn)地圖獲得的初始挖掘機(jī)信息界面用戶需求要素，設(shè)計(jì)用戶需求問卷，問卷數(shù)據(jù)參數(shù)化，可減少用戶體驗(yàn)地圖中的用戶主觀偏差。挖掘機(jī)信息界面用戶需求問卷分為雙因素問卷、需求重要度問卷和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估問卷三種。

雙因素問卷，對(duì)每一項(xiàng)功能需求設(shè)置了正反提問的方式，選項(xiàng)按照滿意程度劃分為“我很喜歡”“理應(yīng)如此”“無關(guān)緊要”“勉強(qiáng)接受”“我不喜歡”5項(xiàng)，將問卷結(jié)果中出現(xiàn)次數(shù)最多的屬性作為需求的KANO屬性。

在確定用戶需求KANO屬性后，使用5階李克特量表對(duì)各個(gè)用戶需求要素重要度進(jìn)行評(píng)分，得分區(qū)間為1-5，其重要程度隨評(píng)分值的增大而增大，取平均值作為用戶自評(píng)分需求重要度 。

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估通過問卷調(diào)查獲得當(dāng)前產(chǎn)品滿意度 和目標(biāo)產(chǎn)品滿意度 。

3.量化KANO模型獲取最終用戶需求重要度

根據(jù)雙因素問卷所獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算用戶滿意度提升指數(shù)和用戶不滿意降低指數(shù)，值越大（趨于1）時(shí)，表示該項(xiàng)需求對(duì)用戶滿意度的影響越大，即提升用戶滿意度的效果越強(qiáng)，值越小（趨于-1）時(shí)，表示該項(xiàng)需求對(duì)用戶不滿意度的影響越大，即降低用戶不滿意度的效果越強(qiáng)，計(jì)算公式為：

5.設(shè)計(jì)展開

根據(jù)確定的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素，得出設(shè)計(jì)策略并展開方案設(shè)計(jì)，從而提升駕駛員對(duì)挖掘機(jī)信息界面的滿意度。

二、挖掘機(jī)信息界面案例研究

（一）用戶需求獲取

在獲得用戶需求方面，挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)研究還處于發(fā)展階段，用戶需求有待深度研究，通過桌面調(diào)研、問卷調(diào)研、用戶訪談等方法，從用戶角度了解產(chǎn)品的使用需求，從而在實(shí)際使用和操作過程中，最大限度地挖掘出用戶的需求[8]。

挖掘機(jī)信息界面的桌面調(diào)研，通過現(xiàn)有產(chǎn)品資料和文獻(xiàn)研究，基本了解挖掘機(jī)駕駛員工作流程、產(chǎn)品功能需求以及準(zhǔn)備和作業(yè)狀態(tài)下的信息界面認(rèn)知和操作行為。挖掘機(jī)信息界面的主要目標(biāo)用戶為挖掘機(jī)駕駛員，對(duì)其基本特征、產(chǎn)品使用經(jīng)驗(yàn)以及用戶反饋等進(jìn)行問卷調(diào)查，有助于進(jìn)一步準(zhǔn)確了解用戶群體的特征，更好地理解用戶的操作習(xí)慣、功能需求、心理需求等。

結(jié)合桌面調(diào)研和問卷調(diào)研，分析不同工作階段駕駛員與信息界面進(jìn)行交互時(shí)的行為特征、認(rèn)知特征，充分挖掘各階段的用戶接觸點(diǎn)、機(jī)會(huì)點(diǎn)和痛點(diǎn)，從而為后續(xù)挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)要素的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。構(gòu)建挖掘機(jī)信息界面用戶體驗(yàn)地圖，如圖2。

根據(jù)用戶體驗(yàn)地圖中的用戶痛點(diǎn)和機(jī)會(huì)點(diǎn)設(shè)計(jì)用戶訪談問卷，選取6位挖掘機(jī)駕駛員進(jìn)行用戶訪談，其中，年齡段包括青年、中年，駕齡分別從1年到8年不等。對(duì)挖掘機(jī)駕駛員進(jìn)行訪談，深入了解駕駛員基本信息，現(xiàn)階段挖掘機(jī)信息界面的使用狀況、優(yōu)缺點(diǎn)、功能需求，在準(zhǔn)備階段和作業(yè)階段使用和操作信息界面的過程和感受，用戶對(duì)挖掘機(jī)信息界面的使用體驗(yàn)，在使用信息界面時(shí)遇到的問題和用戶痛點(diǎn)，與其他同類產(chǎn)品相比信息界面可優(yōu)化部分等問題。

將用戶調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行歸類整理，深入挖掘用戶需求，使用KJ法對(duì)訪談中的關(guān)鍵詞匯進(jìn)行整理和分類，結(jié)合界面設(shè)計(jì)領(lǐng)域相關(guān)研究，將用戶對(duì)于挖掘機(jī)信息界面需求分為5類20項(xiàng)用戶需求，如表1。

（二）基于KANO模型的用戶需求分析

1.用戶需求KANO分類

為了進(jìn)一步了解目標(biāo)用戶對(duì)挖掘機(jī)信息界面的需求等級(jí)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方向，設(shè)計(jì)用戶需求KANO問卷，調(diào)研對(duì)象為挖掘機(jī)駕駛員和技術(shù)人員，根據(jù)得到的有效問卷50份，結(jié)合KANO模型分類方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出需求屬性KANO分類及用戶滿意度指數(shù)。

2. 用戶需求重要度分析

在KANO模型分類的基礎(chǔ)上，利用用戶滿意度指數(shù)可以計(jì)算出用戶需求對(duì)于用戶滿意度的提升和不滿意度的降低的影響程度，有助于設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中對(duì)每項(xiàng)用戶需求的重要性進(jìn)行評(píng)估，明確設(shè)計(jì)重點(diǎn)[9]。

在用戶滿意度指數(shù)坐標(biāo)分布圖中，第Ⅰ象限的需求為期望型需求，包括字體大小適當(dāng)、圖標(biāo)含義明確、界面布局有序、操作便捷、出錯(cuò)率低、操作反饋及時(shí)、空調(diào)共7項(xiàng)需求要素。該類需求直接影響用戶的滿意度，若滿足這類需求，則用戶滿意度提升，若未滿足這類需求，則用戶滿意度下降。因此，在設(shè)計(jì)展開階段，要針對(duì)用戶痛點(diǎn)對(duì)信息界面進(jìn)行優(yōu)化。第Ⅱ象限的需求為魅力型需求，包括交互效率高、認(rèn)知負(fù)荷低、多媒體功能、輔助施工功能、車外狀況監(jiān)控功能共5項(xiàng)需求要素，滿足該類需求可以優(yōu)化用戶在作業(yè)過程中操作信息界面的使用體驗(yàn)，從而增強(qiáng)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。第Ⅲ象限的需求為無差異型需求，包括天氣時(shí)間查詢共1項(xiàng)需求要素，該類需求對(duì)用戶的滿意度不會(huì)有較大影響。第Ⅳ象限的需求為必備型需求，包括儀表盤信息反饋、系統(tǒng)狀態(tài)信息反饋、告警信息反饋、車況信息查看功能、車輛設(shè)置功能、用戶設(shè)置功能、色彩種類不宜過多共7項(xiàng)需求要素，滿足該類要求對(duì)用戶滿意度的提高不會(huì)有幫助，但未滿足時(shí)會(huì)使用戶滿意度大幅降低。因此，在信息界面的設(shè)計(jì)中須保證必備型功能的合理實(shí)現(xiàn)。

挖掘機(jī)信息界面用戶最終需求重要度的計(jì)算綜合考慮了用戶自評(píng)分需求重要度、用戶滿意度指數(shù)、調(diào)整改善率等多項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)公式（1）-（6）相對(duì)客觀地計(jì)算出用戶需求的最終重要度。

根據(jù)用戶需求最終重要度可知：

（1）挖掘機(jī)信息界面功能需求中重要度得分最高的為儀表盤信息反饋。由此可見，挖掘機(jī)信息界面的設(shè)計(jì)中儀表盤信息反饋這一用戶需求對(duì)駕駛員作業(yè)過程中信息讀取要求相對(duì)較高。另外，在附加功能需求中，車外狀況監(jiān)控功能、空調(diào)功能的用戶需求較為重要。

（2）可視化需求中的界面布局有序用戶需求重要度最高，字體大小適當(dāng)、圖標(biāo)含義明確的用戶需求重要度相對(duì)較高，三者均是信息界面可視化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵研究點(diǎn)。

（3）可用性需求中認(rèn)知負(fù)荷低、交互效率高的用戶需求重要度較高，因此將降低用戶學(xué)習(xí)難度、優(yōu)化用戶操作體驗(yàn)作為研究點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)對(duì)這類需求進(jìn)行深入分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（三）基于QFD模型的設(shè)計(jì)要素重要度分析

1.確定設(shè)計(jì)要素

挖掘機(jī)信息界面隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了新的階段，多媒體、車外狀況監(jiān)控、輔助施工等新功能也將在挖掘機(jī)車機(jī)系統(tǒng)中逐漸普及，有助于提高挖掘機(jī)駕駛員的工作效率。然而，隨著挖掘機(jī)信息界面功能的日益豐富和多樣化，功能的增加可能會(huì)增加部分對(duì)信息界面操作經(jīng)驗(yàn)不足的用戶的操作難度。駕駛員通常是在作業(yè)過程中進(jìn)行界面操作，因此，他們需要熟悉各項(xiàng)功能的操作方式，并盡量縮短操作時(shí)間，這樣可以有效避免用戶發(fā)生誤操作和影響作業(yè)安全。因此，在挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分了解用戶需求，并以合理的方式將用戶需求轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)要素。

通過前文的用戶調(diào)研和用戶需求重要度分析，獲取了挖掘機(jī)信息界面的用戶需求，并結(jié)合挖掘機(jī)的產(chǎn)品特性和使用情境將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要素，最后，結(jié)合界面設(shè)計(jì)原則得出設(shè)計(jì)策略，并指導(dǎo)最終信息界面設(shè)計(jì)。整理設(shè)計(jì)要素如表2。

2.構(gòu)建QFD質(zhì)量屋模型

三、挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)

根據(jù)QFD質(zhì)量屋的設(shè)計(jì)要素權(quán)重值排序，可以呈現(xiàn)出各項(xiàng)設(shè)計(jì)要素的重要程度，對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)性意義。從用戶需求角度出發(fā)，為挖掘機(jī)駕駛員解決核心需求，將權(quán)重較高的設(shè)計(jì)要素作為設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)，最終確定設(shè)計(jì)要素主要目標(biāo)為信息架構(gòu)設(shè)計(jì)和界面布局設(shè)計(jì)。

（一）信息架構(gòu)設(shè)計(jì)

挖掘機(jī)人機(jī)界面的信息架構(gòu)設(shè)計(jì)是界面設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，包括挖掘機(jī)信息界面基礎(chǔ)功能屬性和附加功能屬性，將每個(gè)功能節(jié)點(diǎn)作為信息架構(gòu)的基本單位。利用層次分明、易于理解的樹狀結(jié)構(gòu)，用戶能夠快速理解各個(gè)功能的操作過程，從而提高用戶使用效率。挖掘機(jī)信息界面的功能分類設(shè)計(jì)，如圖3。

界面導(dǎo)航設(shè)計(jì)是挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)中的重要組成部分，支撐著產(chǎn)品的內(nèi)容和功能，可以幫助用戶快速找到所需信息，提高用戶體驗(yàn)。設(shè)計(jì)師要針對(duì)產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)航結(jié)構(gòu)，選擇合適的導(dǎo)航欄位置，幫助用戶清晰地了解產(chǎn)品的使用方式。

在質(zhì)量屋模型中界面導(dǎo)航設(shè)計(jì)與交互效率高呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。在界面導(dǎo)航的設(shè)計(jì)中，既要保持導(dǎo)航樣式的一致性，也要保持導(dǎo)航使用的高效與簡(jiǎn)潔的平衡，兼顧產(chǎn)品的可用性和用戶體驗(yàn)。界面采用底部標(biāo)簽式導(dǎo)航，可以使駕駛員在作業(yè)過程中快速獲取所需信息，并簡(jiǎn)化操作步驟。若導(dǎo)航欄內(nèi)容以文字形式出現(xiàn)，其尺寸大小對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的影響較大，因此，考慮挖掘機(jī)顯示屏尺寸，導(dǎo)航欄內(nèi)容僅以圖標(biāo)形式出現(xiàn)。

（二）界面布局設(shè)計(jì)

布局通過影響視覺認(rèn)知的信息密集度、指導(dǎo)性、邏輯性和復(fù)雜度，對(duì)信息界面具有認(rèn)知引導(dǎo)性[10]。界面布局設(shè)計(jì)包括功能模塊布局設(shè)計(jì)和功能層級(jí)分布設(shè)計(jì)。功能模塊布局設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，根據(jù)挖掘機(jī)信息界面的功能需求，對(duì)信息界面的功能模塊進(jìn)行合理分類和布局設(shè)計(jì)，以更好地實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)信息界面的功能和提高界面可用性。合理的功能模塊分類是用戶可快速獲取所需信息的重要保證。功能層級(jí)分布設(shè)計(jì)是指在同一界面中，各個(gè)功能模塊在視覺層次上的表現(xiàn)，根據(jù)界面信息的重要性分配，重要度越高則視覺層級(jí)越高，即視覺表現(xiàn)上最為突出。

將功能模塊布局設(shè)計(jì)作為界面布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素，在質(zhì)量屋模型中可以看出功能模塊布局設(shè)計(jì)與用戶需求界面布局有序、認(rèn)知負(fù)荷低呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，因此在界面設(shè)計(jì)中在功能模塊布局設(shè)計(jì)中要優(yōu)化界面信息要素布局，提高用戶認(rèn)知效率。功能模塊布局分類為儀表盤、導(dǎo)航欄、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)信息4個(gè)主要部分，根據(jù)界面布局規(guī)則，結(jié)合挖掘機(jī)信息界面現(xiàn)狀選擇最合理的布局形式，如圖4。

結(jié)語

在數(shù)字化人機(jī)界面不斷發(fā)展的今天，挖掘機(jī)觸屏式界面將逐漸取代傳統(tǒng)界面，挖掘機(jī)信息界面的設(shè)計(jì)研究對(duì)提高用戶工作效率、作業(yè)安全性和優(yōu)化用戶體驗(yàn)具有重大意義。通過對(duì)挖掘機(jī)駕駛員的需求分析以及對(duì)信息界面的功能分析，可以更好地理解用戶需求，為設(shè)計(jì)師在界面設(shè)計(jì)中提供關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要素，并將其轉(zhuǎn)化為更符合用戶需求的設(shè)計(jì)方案。由此，本文驗(yàn)證了KANO-QFD模型在挖掘機(jī)信息界面設(shè)計(jì)中的引導(dǎo)作用，對(duì)工程車輛領(lǐng)域的信息界面設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

基金項(xiàng)目：貴州省科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目（黔科合基礎(chǔ)[2020]1Y262）；貴州省基金重點(diǎn)項(xiàng)目（黔科合基礎(chǔ)-ZK[2023]重點(diǎn)015）

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