基于kano模型的用戶需求因子表征及提取方法研究*

金穎磊，呂 健，潘偉杰，劉征宏

(貴州大學 現(xiàn)代制造技術教育部重點實驗室，貴陽 550025)

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基于kano模型的用戶需求因子表征及提取方法研究*

金穎磊，呂 健，潘偉杰，劉征宏

(貴州大學 現(xiàn)代制造技術教育部重點實驗室，貴陽 550025)

對產(chǎn)品設計前期用戶需求提取不易被計算機識別，而與數(shù)字化設計制造技術脫節(jié)的問題進行了研究，分析了用戶需求因子的情感維度屬性，提出了一種借助可拓基元理論(Extension element)建立可拓kano模型的用戶需求因子表征及提取方法，首先通過對用戶需求的聚類分析(cluster analysis)選取優(yōu)質(zhì)需求因子，然后建立需求因子的可拓表征模型，使計算機可以簡潔的表示用戶需求因子所蘊含的需求對象、對象特征、特征量值等內(nèi)容。并通過語義差分法實驗獲取用戶對需求因子的情感認知，定義用戶滿意度位移(λ)和用戶滿意度(better-worse)系數(shù)，達到量化表示用戶需求與用戶滿意度映射關系的目的。論文通過MK8420概念機床設計過程中用戶需求的提取分析驗證了該方法的可行性。

Kano模型 ；可拓表征；滿意度位移；用戶滿意度系數(shù)

0 引言

傳統(tǒng)的設計方法對用戶需求考慮不夠，造成用戶不愛用、不愿用的情況，近年隨著以用戶為中心的設計思想大量出現(xiàn)，用戶需求主導下的產(chǎn)品設計方法已成為當今設計領域研究的熱點和重點[1]用戶需求的分析與提取也顯得尤為重要。只有真實的獲取用戶的需求因子設計師在進行設計時才能將其賦予到產(chǎn)品的的功能、造型、材質(zhì)、色彩等設計符號中以滿足用戶的需要來達到更高的用戶滿意度。

感性工學[2](Kansei Engineering，KE)運用工程學量化與半量化的方法將用戶需求等不確定因素應用到產(chǎn)品設計與制造中，情感化設計[3-4]是一種圍繞用戶需求的設計指導理論，要求在設計過程中從多個層面綜合考慮用戶的心理和生理需求，但缺乏具體的設計方法。工程美學[5]將美學這一新的需求維度引入到人機工程中，希望為設計師提供一種面向工程學的設計與評估方法以達到最終在產(chǎn)品設計中以科學的、工程學的和基于數(shù)學的方法來系統(tǒng)確認和量化評價美學因素及美學問題。以上設計方法與思想為以用戶需求為中心的設計方法進行了有益探索并提供了理論基礎。但依靠圖示和文字的圖解思維方式很難完整描述整個創(chuàng)新過程，也難于被計算機識別，導致大量創(chuàng)新技法與數(shù)字化設計制造脫節(jié)[6]，設計創(chuàng)新過程迫切需要新的易于計算機識別的表征方法來作為設計師思維過程與計算機模擬過程的橋梁。本文將以MK8420概念機床用戶需求提取過程為例，以Kano模型為基礎綜合運用感性工學、可拓學、工程美學、馬斯洛情感需求[7]等設計方法及思想進行用戶需求因子表征與提取方法研究。

1 用戶需求獲取及分析

1.1 用戶需求獲取及初步聚類分析

通過對機床一線操作工的調(diào)查(建議訪談，若條件受限網(wǎng)絡調(diào)查應確定被調(diào)查對象具有主動配合調(diào)查以改良機床意愿的用戶確保調(diào)查數(shù)據(jù)的合理性)，本文以某機床廠實地調(diào)查數(shù)據(jù)為主貴州大學機械工程學院機械設計及其自動化專業(yè)大三學生調(diào)查為輔。由于受某機床廠委托進行機床設計，通過與機床廠溝通選取具有3年以上機床操作經(jīng)驗并具有主動意愿的一線數(shù)控磨床操作工人5名(4男1女)。

由于用戶對于理想中的產(chǎn)品的描述缺乏系統(tǒng)性，需求籠統(tǒng)、模糊而且存在大量的冗余,因此,需要對用戶需求進行整理、篩選和分析。

(1)包含關系。Oa的用戶需求內(nèi)容是Ob用戶需求內(nèi)容的真子集，則稱Oa和Ob為包含關系。

(2)交叉關系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容存在交集，則稱Oa和Ob為交叉關系。

(3)獨立關系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容不存在任何交集，則稱Oa和Ob為獨立關系。

(4)相等關系。Oa的用戶需求內(nèi)容是與Ob用戶需求內(nèi)容相同，則稱Oa和Ob為相等關系。

經(jīng)過對用戶需求內(nèi)容的聚類和分析，去掉被包含的用戶需求，存在交叉關系的用戶需求的交集和相同關系的用戶需求均只保留一份，這樣實現(xiàn)用戶需求的初步處理，達到去除冗余的目的。

經(jīng)過初步處理的用戶需求將存在以下一種或多種相互關系。

(1)排斥關系。如果和的Oa和Ob需求內(nèi)容不能同時被滿足或最終滿意度的提升的滿意度隨之下降，則稱Oa和Ob存在排斥關系。

(2)互補關系。如果Oa滿意度的提高會導致Ob滿意度隨之提高，則稱Oa與Ob為互補關系。

(3)獨立關系。如果Oa的滿意度與Ob的滿意度不存在任何相互作用，則稱Oa與Ob為獨立關系。

根據(jù)用戶需求的相互關系對用戶需求進行進一步篩選得到以下用戶需求關鍵語義，如表1所示。

表1 用戶需求關鍵語義

1.2 用戶需求的層次結(jié)構(gòu)

用戶對產(chǎn)品的需求是多種多樣的，不僅局限于基本功能，由于社會的進步，同類產(chǎn)品的多樣性，用戶有機會更加自由的選擇能最大程度滿足其功能、情感需求的產(chǎn)品，對現(xiàn)有產(chǎn)品的不滿和改進的意愿催生了期望需求。美國心理學家亞伯拉罕·馬斯洛在1943年將人類需求從低到高按層次分為生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現(xiàn)需求。馬斯洛需求層次是人本科學的理論之一，為以人為本的設計思想奠定了思想基礎。受行為科學家赫茲伯格的雙因素理論的啟發(fā)，kano等在1984年提出了kano模型[8]，根據(jù)不同類型的質(zhì)量特性與顧客滿意度之間的關系，kano教授將產(chǎn)品服務的質(zhì)量特性分為五類：基本型需求(Basic Quality)、期望型需求(Performance Quality)、興奮型需求(Excitement Quality)、無差異型需求(Neutral Quality)、反向型需求(Reverse Quality)。并提出了用戶滿意度與需求實現(xiàn)程度的二維關系圖，明確地將用戶需求分為4類。借助馬斯洛需求層次理論對用戶需求進行分析，本文提出用戶需求主導下的需求實現(xiàn)程度與用戶滿意度關聯(lián)模型，如圖 1所示。

圖1 需求實現(xiàn)程度與用戶滿意度關聯(lián)模型

(1)興奮需求。這類需求被用戶認為具有絕對吸引力的開拓性需要，但并不強烈要求必須具備。實現(xiàn)程度與用戶滿意度之間具有二元函數(shù)關系。經(jīng)過設計滿足該集合內(nèi)的期望需求則用戶的滿意度就會得到很大的提高，反之，如果該集合內(nèi)的需求得不到有效滿足，用戶滿意度將會隨之降低但不會產(chǎn)生抵觸心理即滿意度降為負數(shù)，該需求函數(shù)可用y=kx2(k>0)表示。

(2)期望需求。這類需求被用戶認為具有一定吸引力的期望功能，實現(xiàn)程度與用戶滿意度之間具有一元線性關系，需求實現(xiàn)程度度越高滿足度越高，當需求實現(xiàn)程度較低時，用戶將會表現(xiàn)出失望情緒，滿意度降為負數(shù)，但失望情緒不強烈，該需求函數(shù)可用y=kx+?(k>0,?>0) 表示。

(4)無差異需求。這類需求被用戶認為是可有可無功能，用戶滿意度與功能實現(xiàn)程度無關，無論該集合內(nèi)的功能是否得到滿足，用戶滿意度恒為0。該函數(shù)可用y=0表示。

由于決定需求滿意度跟隨實現(xiàn)程度走向的決定因素為函數(shù)系數(shù)k,則我們在進行用戶需求分析和提取過程中的計算機的主要研究對象為k,本文將k定義better-worse系數(shù)，即B-W。

B-W量化的描述了用戶需求實現(xiàn)程度與用戶滿意度的趨勢。為設計過程中用戶需求的趨勢提供了明確的參考依據(jù)。

2 用戶需求因子表征方法

設計過程具有明顯的“黑箱”性質(zhì)，縱觀目前的約340種創(chuàng)新設計方法大多數(shù)需要在群體環(huán)境中激發(fā)，主要是大腦對于事物的認知方法與計算機的認知方法不同，大多數(shù)創(chuàng)新設計方法中的表征元素混亂復雜且不可被計算機識別，導致創(chuàng)新技法與數(shù)字化設計制造技術脫節(jié)，目前創(chuàng)新設計研究的關鍵任務就是如何將難以捕捉的心智活動過程轉(zhuǎn)換為計算機可識別易操作的設計方法。為達到計算機可模擬心智模型的目的首先應建立計算機可識別的思維過程元素表征方法[9]。

2.1 可拓表征理論

蔡文學者于1983年創(chuàng)立的一門原創(chuàng)性橫斷學科可拓學，可拓學是基于定量與定性有機結(jié)合的創(chuàng)新解決矛盾問題的科學理論[10]?？赏貙W以形式化、邏輯化和數(shù)學化為基礎，研究物、事、關系的可拓展性?？赏乩碚撘曰碚?、可拓集理論和可拓邏輯為基礎，基元是可拓學的邏輯細胞?；嗣枋鍪澜缛f物的物元、描述世界萬事的事元、描述事物間關系的關系元。物元(對象O)、事元(特征C)、關系元(量值v)共同構(gòu)成了表征世界萬物的基元。

可拓理論是通過建立可拓模型形式化、定量化處理矛盾問題的理論。處理矛盾問題，必須涉及到矛盾的對象、特征、量值及他們之間的相互關系。通過對矛盾問題的分析，以基元理論為基礎建立表征矛盾問題的形式化工具—可拓模型，可拓學的基元模型將基元組合到在一個由對象O，特征C和量值v組成的三元組中，可以形式化地描基元的特征、內(nèi)涵和社會關系，表征基元內(nèi)部的定量與定性問題，量化的描述基元內(nèi)部關系。

基元可以表示為：B=(O,C,V)

其中O為基元所研究的對象。C為研究對象的特征，V為量值，包涵了特征所對應的數(shù)值信息。

將產(chǎn)品需求基元定義可拓原點B=(O,C,V) ，其中O為需求對象，C為對象特征，V為特征量值。

2.2 用戶需求因子的可拓表征

借助可拓學中基元對客觀世界的物元、事元、關系元的知識表征方式，保留其“一物多征”、“一征多值”的特點，借助基元模型構(gòu)建用戶需求因子表征模型，該模型同時包含定性和定量的形式化特征，可以間接的表示用戶需求的因子特征，便于計算機識別處理。

3 用戶需求評價

通過對用戶需求的初步獲取和分析，提取優(yōu)質(zhì)用戶需求因子[11]。由于機床操作工屬于技術工，單一工廠總體人數(shù)較少且過于單一，為確保樣本的多樣性以保證調(diào)查結(jié)果的客觀性。將優(yōu)質(zhì)需求因子制作網(wǎng)絡調(diào)查表在機床吧、機床之家、開思論壇等有較好機床基礎人員活動區(qū)進行網(wǎng)絡調(diào)查。

3.1 用戶需求評價比例分析

將經(jīng)過初步聚類分析的用戶需求提取出來，制作kano網(wǎng)絡調(diào)查表格，進行網(wǎng)絡調(diào)查，借助李克特量表[12]制作滿意度評分表，調(diào)查表只需描述需求因子內(nèi)容，當需求得到實現(xiàn)或得不到實現(xiàn)時被調(diào)查對象可以給出很喜歡、理所當然、無所謂、勉強接受、很不喜歡5個評價，計算機后臺對應滿意度評分為2、1、0、-1、-2。并生成用戶需求滿意度比例表。如表2～表10所示。本次調(diào)查共收到137位網(wǎng)友數(shù)據(jù)(102男35女)。

表2 美觀需求滿意度比例表

表3 安全需求滿意度比例表

表4 信息化需求滿意度比例表

表5 刀具壽命需求滿意度比例表

表6 省電需求滿意度比例表

表7 易維護需求滿意度比例表

表8 磨削精度需求滿意度比例表

表9 靜音需求滿意度比例表

表10 斷電保護需求滿意度比例表

3.2 用戶需求維度

根據(jù)需求維度借助kano模型及各需求維度的意義，繪制kano模型需求分布表,如表11所示。表中〇代表興奮需求，△代表期望需求，□基本需求，☆ 無差異需求或可疑結(jié)果，×代表反向需求。

表11 kano模型需求維度分布表

在進行滿意度比例表分析時應剔除可疑結(jié)果(所有需求均選擇無差異需求，或結(jié)果具有明顯的規(guī)律性)以保證統(tǒng)計結(jié)果的準確性，通過對需求滿意度比例表的統(tǒng)計，將相同需求維度的比例相加，得到各個需求維度的占比總和，總和最大的一個屬性維度，便是該功能的屬性歸屬。如表12所示。

表12 需求因子維度比例表

則用戶需求維度歸屬為：

3.3 better-worse系數(shù)

通過對數(shù)據(jù)的分析處理可以得到用戶需求的維度屬性，對用戶需求與用戶滿意度間的映射關系有了基本認識，但仍未得到?jīng)Q定具體映射關系的系數(shù)，不能量化的表示各個用戶需求與用戶滿意度間的具體關系，不僅計算機數(shù)量化處理各個元素對應間關系的優(yōu)勢沒有表現(xiàn)出來，而且也無法確定同一維度歸屬內(nèi)的用戶需求的優(yōu)先排序。

定義需求得到實現(xiàn)與未得到實現(xiàn)間的滿意度差值為滿意度位移，設滿意度位移為λ，設對應滿意對位移λ的人數(shù)比例為θ。

根據(jù)Kano模型內(nèi)用戶需求維度結(jié)構(gòu)定義可知決定用戶滿意度與用戶需求具體走向的因素為用戶需求實現(xiàn)與否時用戶滿意度間的滿意度位移即better-worse系數(shù)。設better-worse(B-W)系數(shù)為p,則p與λ和θ成正比例關系:

p=λ·θ

用戶需求因子B-W系數(shù)如表13所示。

表13 用戶B-W系數(shù)結(jié)果

則：

根據(jù)模型計算出的B-W系數(shù)值，說明在進行設計時安全、磨削精度和刀具壽命為用戶基本需求特別是設備的安全性為所有因素中要求最為強烈的屬于強烈的基本需求必須滿足，該維度的功能屬基礎功能，市場研究及設計已較為完善，一般并不耗費大量設計資源。設備的易維護、造型美觀、節(jié)省電量及斷電保護等功能為用戶期望需求，應盡量滿足，該功能對提升用戶滿意度有較好作用，而且沒有滿足用戶滿意度會明顯下降，該維度功能應為設計研究重點考慮對象。省電、斷電保護、美觀、易維護等需求由B-W數(shù)值可得，用戶期望承程度依次遞增，在設計資源有限的情況下應有限考慮B-W系數(shù)較高的需求。信息化、靜音等需求為用戶興奮性需求，當需求得到滿足時用戶滿意度較高，但需求未得到滿足時用戶滿意隨有下降但不劇烈，設計資源豐富的情況下進行該維度設計。

對于那些由于設計能力及成本控制等原因未能滿足的需求進行資料存儲以便于以后設計升級時進行參考。

經(jīng)過對用戶需求的分析和團隊設計最終形成MK8420概念產(chǎn)品最終方案效果圖,如圖2所示。

圖2 MK8420概念產(chǎn)品最終方案效果圖

4 結(jié)論

設計是感性與理性的結(jié)合，是有方向、有計劃、有目的的創(chuàng)造性活動。其中體現(xiàn)著科學性與藝術性雙重特點，設計過程中誠然離不開靈感、頓悟等感性思維，但用戶需求和用戶審美對產(chǎn)品設計的指導與限制、感性需求與情感反應的量化半量化研究、設計過程中工程化方法的應用等都體現(xiàn)著設計的科學性[13]。隨著大數(shù)據(jù)的逐步完善，數(shù)據(jù)處理在產(chǎn)品設計的過重中將會發(fā)揮越來越重要的作用?，F(xiàn)代設計方法中知識的數(shù)字化表征和評價方法成為了研究重點，通過知識模型的數(shù)字化表征，可以為創(chuàng)新技法與數(shù)字化制造技術提供溝通的橋梁，今后將繼續(xù)在設計知識表征評價與計算機的智能輔助設計方面進行學習研究。希望通過進一步的研究使數(shù)字化制造技術更加廣泛的應用到產(chǎn)品設計設計的整個工程中，讓產(chǎn)品設計過程更科學嚴謹。

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(編輯 李秀敏)

AMethodofUserDemandCharacterizationandExtractionBasedonkanoModel

JINYing-lei,LVJian,PANWei-jie,LIUZheng-hong

(KeyLaboratoryofAdvancedManufacturingTechnology,MinistryofEducation,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China)

The problems that users′ needs cannot be recognized easily and out of touch with digital design and manufacture technology in the preliminary design stage are researched in this paper. Emotional dimension attributes of users′ needs factors are analyzed, and a method for users' need factor characterization and extraction of extension Kano model is proposed based on extension element theory. Firstly, high quality need factors are selected by cluster analysis of user needs. Then, extension representation model of need factor is established, so that contents contained in need factors such as need objects, object features and feature magnitude can be expressed by computer succinctly. Furthermore, the purpose to quantize relationship between users′ needs and satisfaction change is archived through acquiring users' emotional awareness to needs factors from semantic difference experiments and define user satisfaction displacement. Feasibility of this method is verified in this paper by extraction and analysis of users′ during design process of MK8420 conceptual machine tool.

Kano model ; extension representation; satisfaction degree displacement ；better-worse coefficient

1001-2265(2017)07-0022-05

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.07.006

2016-09-13；

2016-10-14

國家科技支撐計劃資助項目(2014BAH05F01，2014BAH05F02，2014BAH05F03)；貴州省科技計劃(黔教研合JYSZ字[2014]004，黔科合LH字[2014]7644，黔科合LH字[2014]7645，黔科合計Z字[2013]4005);貴州大學研究生創(chuàng)新基金資助項目(研理工2016027)

金穎磊(1990—)，男，河南平頂山人，貴州大學碩士研究生，研究方向為先進制造模式及制造信息系統(tǒng)化和數(shù)字化制造，(E-mail)1297015012@qq.com。

TH122;TG

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