基于KANO 模型和QFD 需求轉化的車載滅火器設計研究

（武漢理工大學，湖北 武漢 430000）

1 引言

隨著人們出行需求增加，擁有汽車人群逐漸增多，同時汽車火災事件出現(xiàn)頻率也隨之增長。《安全生產(chǎn)法》中規(guī)定要求所有車輛都需配備車載滅火器。車載滅火器成為火災事故中最為必要的防控手段。初期火災現(xiàn)場中滅火器的作用至關重要，正確使用滅火器能夠減少火災中人員傷亡、財產(chǎn)損失。目前車載滅火器的市場相對匱乏，且目前市面上的車載滅火器大多沿用傳統(tǒng)滅火器的造型和使用原理，沒有結合應急情境下人的無意識反應和用戶的使用體驗進行改良。李青青等人提出對手提式滅火器設計進行改良，龐雷等人針對家庭場景提出了交互式智能化的家用滅火器設計，曾棟等人構建用戶心理模型來指導滅火器的設計。而對于車載滅火器的設計研究仍然匱乏，本次研究期望設計出一種符合要求規(guī)范、滿足用戶需求、可在危急情況下使用的車載滅火器。將用戶的不定性描述通過KANO 模型進行轉化，引入QFD 中進行產(chǎn)品特性的判斷矩陣中，為車載滅火器的設計提供量化依據(jù)和設計創(chuàng)新點參考。這種方法能將“原始需求者”——用戶、“需求表達者”——設計師和“需求實現(xiàn)者”——工業(yè)生產(chǎn)相統(tǒng)一。

2 KANO 模型與QFD 轉化提取

2.1 KANO 模型

KANO 模型由日本東京理工大學著名質(zhì)量管理專家卡諾教授，基于赫茲伯格的雙因素理論提出。該模型建立了產(chǎn)品質(zhì)量特性與用戶滿意度的雙維度認知模型，可用于分析用戶需求對用戶滿意度產(chǎn)生的影響。該模型將用戶的需求分為五類，包括必備型、期望型、魅力型、無差異型和反向型。必備型需求為用戶提供最基本的功能；期望型需求中用戶的滿意度與產(chǎn)品需求相關，是產(chǎn)品主要功能以外的增加用戶好感的功能；魅力型需求能夠為用戶帶來新的體驗或增加產(chǎn)品的吸引力；無差異型需求提供與否不會影響用戶體驗；反向性需求指該功能的提供程度與用戶滿意度呈反比。如表1 所示。KANO 問卷通過正反兩方向的提問獲取用戶需求的效用，分別得到用戶在面對某項需求被滿足與不被滿足時的態(tài)度評價。

表1 KANO 評價表

KANO 模型的應用能對用戶需求進行優(yōu)先性排序，在車載滅火器的設計中，通過調(diào)研得出模糊性的一級需求指標，利用KANO 模型設置問卷歸類二級指標，收集用戶問卷反饋進行分類評價，得出用戶對車載滅火器的需求指數(shù)，建立敏感系數(shù)，評價車載滅火器的產(chǎn)品特性對用戶的敏感程度，為QFD 目標矩陣提供初始優(yōu)先度排序，并在車載滅火器設計中滿足用戶所需。如表2 所示。

2.2 質(zhì)量功能展開（QFD）

QFD 是20 世紀60 年代發(fā)源于日本的一種兼有定性、定量分析的質(zhì)量控制方法。核心思想是從產(chǎn)品特性，主要描述產(chǎn)品為滿足顧客的需求采用的技術手段。主要目的是便于設計和生產(chǎn)的過程中能夠將用戶需求進行科學轉化。質(zhì)量功能展開在“原始需求者”，即用戶階段，能夠將用戶的要求通過目標矩陣判斷轉化為產(chǎn)品特性定義；“需求表達者”，即設計師進行設計階段，能夠將用戶所需的產(chǎn)品特性轉化為產(chǎn)品制造工藝過程；“需求實現(xiàn)者”，即工業(yè)生產(chǎn)加工階段能夠保證產(chǎn)品從零件、加工手段上滿足用戶需求。在整個產(chǎn)品設計和開發(fā)過程中，質(zhì)量功能展開是需求粗略表達到需求準確實現(xiàn)的橋梁。車載滅火器的設計中，運用一級質(zhì)量屋，即“產(chǎn)品規(guī)劃矩陣”，量化分析用戶需求與設計要求的關系。

通過市場調(diào)研及用戶樣本篩選，運用KANO 模型輸入QFD 產(chǎn)出工程設計措施重要度的流程如圖1 所示。

表2 KANO 問卷指標

圖1 需求提取輸入流程圖

3 “質(zhì)量屋”構建

3.1 KANO 問卷分析及需求排序

通過對車載滅火器的前期調(diào)研，將小型汽車用戶需求關注點分為安全性能（A 類指標）、使用操作（B 類指標）、體積位置（C 類指標）及外觀樣式（D 類指標），在各類性能下進行二級需求指標細分。發(fā)放了《關于小型汽車車載滅火器的調(diào)研報告》共300 份問卷，填寫問卷的樣本人群為25～60 歲的小型5 座汽車擁有者，居一線或二線城市?；厥?54份問卷，有效率為79.53%?？死拾凸林禐?.794，說明問卷可信度較好。對收集后問卷進行分類評價，統(tǒng)計一級需求指標下各項需求的變化趨勢，主要觀察必備型需求（M）、期望型需求（O）、魅力型需求（A）的變化趨勢。計算歸納出的排序后敏感系數(shù)模型如表3 所示。

表3 各項需求敏感系數(shù)

SI系數(shù)表示增加此功能后的滿意系數(shù)，DSI表示消除此功能后的不滿意系數(shù)。根據(jù)系數(shù)在圖中的落點表示四項不同類型的需求，SI＜0.5&DSI＞0.5 為必備型需求；SI＞0.5&DSI＞0.5 為期待型需求；SI＞0.5&DSI＜0.5 為魅力型需求；SI＜0.5&DSI＜0.5 為無差異需求，如圖2 所示。

從一級需求指標下分類，安全性能下7 類二級需求的必備型需求平均占總體需求的47.52%，安全性能中的防誤觸功能、瓶身易穩(wěn)定、充裝材料安全、瓶身材料安全、瓶體耐熱性及配備保險銷均落在必備象限之中。其中僅有氣體氣味需求落在期待象限中，代表用戶期待了解充裝的氣體氣味，但并不會影響用戶對產(chǎn)品的好感度。使用操作需求中，不出現(xiàn)復燃、滅火范圍合適、滅火速度快屬于必備型需求；打開方式的便捷性和操作距離合適屬于期待型需求；滅火器能夠配備別的逃生工具屬于魅力型需求，說明滅火器的操作方式對用戶至關重要，提升用戶操作的便利性和操作過程的安全性很重要。體積放置需求中，瓶身的大小合適和容量足夠都屬于魅力型需求，而合適的放置位置，屬于期待型需求，且SI系數(shù)和DSI系數(shù)都偏高，說明用戶在這個方面的需求需要得到極大滿足。外觀樣式方面顏色符合審美屬于用戶的魅力型需求，外觀色彩可成為用戶喜愛產(chǎn)品的原因。易于拿握屬于期待型需求，目前市面上的大部分滅火器都存在難以拿握和使用的問題，解決這個問題用戶的體驗能得到極大提高。

圖2 敏感系數(shù)坐標圖

3.2 QFD“質(zhì)量屋”構建

為保證設計質(zhì)量，使造型設計滿足技術功能的需求，首先進行用戶需求歸類，并提煉轉化為與造型設計相關的需求質(zhì)量。將“原始需求者”“需求表達者”及“需求實現(xiàn)者”之間搭建起關系，優(yōu)化設計和保證產(chǎn)品開發(fā)。

首先通過KANO 模型的問卷整合結果，計算出各用戶需求的權重，運用QFD 模型，將用戶需求精準的轉化為產(chǎn)品特性，通過產(chǎn)品特性和用戶需求類型雙維度的評估來進行滅火器的設計。

3.2.1 KANO 模型的權重求解

根據(jù)調(diào)查所得數(shù)據(jù)，通過功能屬性歸類的百分比公式分別計算，觀察魅力型需求（A）、期望型需求（O）、必備型需求（M）及無差異需求（I）在用戶對第i種用戶需求中的比例，分別記為Ai、Oi、Mi、Ii。

式（1）（2）中：SI為產(chǎn)品滿足此項需求后的用戶敏感系數(shù)；DSI為產(chǎn)品不滿足此項需求后的用戶敏感系數(shù)。

設第i項用戶需求的權重為ωi：

根據(jù)調(diào)查所得數(shù)據(jù)求出每種用戶需求，得到權重排序表，如表4 所示。

表4 用戶需求權重排序表

通過對各項用戶需求的權重進行求解，在四項需求類型中進行排序，得出最大值。在必備型需求中，權重最高的三項是放置位置合適、無過多殘留物、不出現(xiàn)復燃。在魅力型需求中，前三項為防誤觸功能、滅火范圍合適、瓶身易穩(wěn)定。在期待型需求中，打開方式方便、可用容量足夠、瓶身材料安全。必備型的每一項需求是必須滿足的，期待型前三項可滿足用戶使用體驗，魅力型可結合用戶需求提升使用體驗。

3.2.2 基于QFD 的產(chǎn)品特性求解

根據(jù)“左墻”顧客需求及“天花板”工程措施兩者的關系評價出關系度rij，分為1、3、5、7、9 級五個關系度，計算出每項措施的重要度hj，在工程技術措施重要度hj的排序基礎上進行滅火器設計。

其中：

式（3）中：j=1，2，…，n，為產(chǎn)品特性數(shù)；i=1，2，…，m，為用戶需求數(shù)。

求得QFD 一級目標矩陣，如表5 所示。

根據(jù)求解出的各項工程技術措施重要度，給各項產(chǎn)品特性排序，前六項hj排序為：操作設置＞人機交互＞操作距離＞有效滅火距離＞存儲要求＞防誤觸設計。其中各項產(chǎn)品特性下與用戶需求關系度rij為9 的項為：操作設置對應B1（打開方式方便），人機交互對應B1（打開方式方便）、D2（易于拿握），操作距離對應B4（操作距離合適），有效滅火距離對應B4（操作距離合適），存儲要求對應C2（可用容量足夠），防誤觸設計對應A1（防誤觸設計）。

表5 QFD 一級目標矩陣

4 車載滅火器設計實踐

在基于對車載滅火器的KANO 模型和QFD“質(zhì)量屋”的需求研究中，設計實踐主要通過前六項工程技術措施重要度在產(chǎn)品設計上的權重，結合用戶需求相關度排序，綜合產(chǎn)品應有的性能來進行設計，最終確定符合用戶需求的車載滅火器，如圖3 所示。

圖3 車載滅火器

4.1 操作設置及人機交互

操作設置及人機交互中共同對應的用戶需求是B1（打開方式方便），屬于期待型需求。滅火器應盡可能使其功能內(nèi)置、易用、簡潔，減少導致用戶易誤操作的誤區(qū)。對外觀和操作進行優(yōu)化遵循《設計心理學》中指出的簡化任務的結構，而不改變?nèi)蝿盏慕Y構。

氣壓表顯示拋棄傳統(tǒng)的氣壓表，而通過一體成型的工藝將氣壓表內(nèi)置于瓶身，通過刻度可視化引導用戶檢查，如圖4 所示。傳統(tǒng)滅火器使用步驟為“一拔出保險銷，二托住瓶體，三用力按壓”。用戶托住瓶體進行操作時，傳統(tǒng)滅火器呈圓柱形且半徑較大，難以托舉瓶身。人機交互過程應方便用戶拿握，瓶身最大半徑為3 cm，用戶可輕便提起，單手拿握，如圖5 所示。滅火器上部內(nèi)置提手，便于用戶提起使用。用戶用力按壓滅火器以噴射滅火時，由于著力點和力道因人而異，與操作匹配的反饋效果并不佳，通過上下推動氣壓表圈內(nèi)按鈕來引導用戶調(diào)節(jié)噴出大小和壓強更佳直觀。

配色采用易識別的正紅色和橘色手提帶，可見光譜中，紅色和橘色光波長，在距離較遠或黑暗情況下更容易被識別，橙色能夠起到提醒的作用。

圖4 氣壓表顯示

圖5 提起使用

4.2 操作距離及有效滅火距離

操作設置和有效滅火距離對應的用戶需求是B4（操作距離合適）。在調(diào)研使用操作的問卷過程中，用戶對于滅火器噴出物質(zhì)大小控制有必備要求，對于用戶這一需求應滿足自然匹配原則。自然匹配指利用物理環(huán)境類比和文化標準理念設計出讓用戶一看就知道如何使用的產(chǎn)品。傳統(tǒng)滅火器的打開方式是用力按壓交叉處，而初次或不常使用的用戶，利用按壓方式難以自然匹配控制大小調(diào)節(jié)功能。通過上下滑動的按鈕調(diào)節(jié)瓶內(nèi)氣壓控制噴出流量，用戶使用時通過自身習慣對流量形成感知，如圖6 所示。當操作距離大于2 m 時屬于安全距離，用戶可在安全距離外，通過對按鈕1 的調(diào)節(jié)短按切換點射和散射模式，根據(jù)不同火勢調(diào)節(jié)噴射模式。點射模式對應火勢集中情況，壓強更集中，距離更遠。散射模式對應火勢范圍大，整體撲滅火勢。

圖6 兩種模式操作方法

4.3 存儲要求及防誤觸設計

存儲要求和防誤觸設計對應的用戶需求是C2（可用容量足夠）、A1（防誤觸設計）?？捎萌萘恳浞挚紤]火災撲滅用量及車內(nèi)空間。傳統(tǒng)滅火器中拔出保險銷這一環(huán)節(jié)運用心理模型時人對滅火器這一外部知識的認知不足，容易導致操作緩慢或操作不當。而防誤觸的設計，要引導用戶通過更易用的方式打開滅火器。

通過對水基滅火器的原理和滅火級別的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)一次小型五座汽車火災需要耗費的水基為500 mL 左右。對車內(nèi)空間調(diào)研發(fā)現(xiàn)，體積合適和放置位置是車內(nèi)狹窄空間內(nèi)重要考慮因素。常用的放置位置排序為副駕駛前方抽屜、車門儲物格、車座位下方、車靠背后方、駕駛人右手扶手箱上、車后備箱。其中副駕駛前抽屜、車門儲物格、駕駛人扶手箱占比權重分別為33.22%、25.74%、23.68%，占比最高。小型轎車三處空間大小，去除無效數(shù)和極端數(shù)長寬及深度的最小值為30 cm、8 cm 和6 cm。為易于放置，仍采用圓底，上端收口減小空間，比較穩(wěn)定，不同放置位置演示如圖7 所示。

圖7 不同放置位置演示

而防誤觸功能要求人在緊急情況下能通過無意識反應的操作狀態(tài)來展開，人在危急情況下的心理結構與平時有所不同，將無意識的行為轉化為可見之物應用在產(chǎn)品上，使產(chǎn)品符合人們習慣的操作順序和行為方式。保險銷可長按按鈕3 s 以上開啟閥門，在無意識情況下拔出閥門更容易、方便。用戶期望配備其余逃生工具這項必備型需求權重為0.677，因此增加安全錘于滅火器底部，便于用戶逃生取用，應對危機情況中出現(xiàn)的逃脫問題。

5 結語

本文運用KANO 模型建立質(zhì)量原型，結合QFD“質(zhì)量屋”對車載滅火器的設計要素進行研究。分析了車載滅火器各項用戶需求的指標，識別出各項指標的敏感性系數(shù)得到權重，并對四項需求進行排序，運用QFD 模型分析工程技術措施重要度，并得出關鍵指標進行優(yōu)先度排序，進而對車載滅火器展開創(chuàng)新設計。運用KANO 與QFD 在保證用戶需求的同時，使工程措施在設計過程中得到更高效結合，為車載滅火器的創(chuàng)新設計提供新的思考，期望能應用到實際生產(chǎn)中，以減少汽車火災事故。