基于TRIZ理论与QFD法的家用电冰箱情感化交互设计研究

许晓云，刘昊迪，丁满

（河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300401）

基于TRIZ理论与QFD法的家用电冰箱情感化交互设计研究

许晓云，刘昊迪，丁满

（河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300401）

针对家用电冰箱产品设计与用户情感化交互需求无法相匹配的问题，提出基于TRIZ理论与QFD法的家用电冰箱情感化交互设计研究．首先通过Kano需求模型分析用户需求的进化历程；然后针对功能方面，建立功能模型，进行TRIZ发明问题解决理论中的物质-场冲突分析，利用TRIZ冲突矩阵进行冲突解决；最后针对造型和色彩方面，建立QFD质量屋模型进行冲突处理，从而得到由功能到造型和色彩全方位的情感化交互设计改进方案．该方法能够克服现有情感化交互设计研究中缺乏理性因素以及忽视功能改进的弱点，从而有效提高产品开发成功率．该方法可以拓展到其它现有家用电器的情感化交互设计研究中．

TRIZ理论；QFD法；功能；造型；情感化交互设计

0 引言

随着科技的高速发展，人类生活进入智能化时代，为了体现现代主义的先进意识形态，家用电冰箱设计日趋简洁也日趋冷漠，产品所谓“高端性”与消费者情感需求之间的矛盾日渐凸显．在满足用户基本需求和期望需求的前提下，通过情感化交互设计为用户谋求更深层次的情感满足就成为家用电冰箱设计的关键所在．

所谓情感化交互设计，就是把情感化设计与交互设计相结合，在用户与产品交流的同时，考虑到用户的情感需求，并且通过情感化改进，使用户更加愉悦、轻松、便捷地使用产品．情感化交互设计研究日趋深入，现有的研究成果如文献[1]中提到的使用由形式层到内容层进而深入到行为层的方法分析移动应用中情感交互的内容，再如文献[2]中采用举例说明的方法阐述交互设计中的情感化设计因素，还有文献[3]中为降低认知摩擦，提高产品亲和力所进行的基于情感化交互的拟人设计研究，都更侧重感性叙述和观察总结而忽视了理性系统的研究分析，更侧重于表面造型、界面布局和色彩的研究，而忽视了根本性的功能研究．因此，该文通过TRIZ发明问题解决理论和QFD法，增加情感化交互设计研究中的理性成分，并深入到设计本质的功能改进方面．

由苏联发明专家A ltshuller G S等人研发出的TRIZ发明问题解决理论拥有成熟的问题分析和问题解决系统，并且已经在产品开发与创新领域产生重要影响[4]．QFD法起源于20世纪60年代末的日本，创始人是日本质量专家水野滋（Shigeru M izuno）和赤尾洋二（Yoji Akao），在三菱重工神户造船厂的船舶设计制造与丰田公司新车型研发等领域都发挥过巨大作用[5]．

该文首先使用Kano需求模型证明用户现阶段的需求和文章的研究价值；然后在功能研究中，通过建立功能模型和物质-场冲突分析，找到功能情感化交互改进过程中所遇到的问题，再利用TRIZ冲突矩阵进行冲突解决；最后通过建立QFD质量屋模型[6]进行造型和色彩方面的冲突处理，从理性功能分析开始，在解决了功能情感化交互设计冲突的基础上，拓展到造型和色彩改进，提高家用电冰箱的情感化交互设计水平，以期为现在乃至未来家用电器的情感化交互设计提供参考和应用价值．

图1 Kano需求模型Fig.1 Requirements model of kano

1 用户的情感化交互需求分析

在产品设计中，需求分析是先于概念设计、技术设计及详细设计的基础步骤，因此，本文首先利用TRIZ需求进化理论和预测方法验证文章的应用价值．

日本东京理工大学教授狩野纪昭（Noriaki Kano）建立了著名的Kano需求模型．如图1所示，该模型定义了3个层次的用户需求：基本需求（basic needs）、期望需求（performance needs）和兴奋需求（excitement needs）[7]．

结合图1与家用电冰箱产品现状分析可知，家用电冰箱已经满足了基本需求从而使生活更加方便快捷，例如，为食物保鲜就是完成了冰箱的基本任务；同时，电冰箱产品已经在期望需求上有很大进步，例如可以看电视，听音乐的冰箱，这些冰箱满足了除基本功能之外的附加功能，为厨房生活增添乐趣；现在，基本需求和期望需求已经不足以满足用户的要求，家用电冰箱产品乃至现代家电产品设计正在向兴奋需求的阶段迈进，即力求为用户提供惊喜和情感上的归属感与认同感．

本节中的需求分析还参考了PETROV总结出的需求进化定律，即：需求进化协调化、动态化、集成化、专门化和理想化[8]．结合用户需求，综合运用需求进化定律所得的分析结果为：以寻找功能冲突为进行协调化分析的关键，进而动态分析需求变化，再利用集成化方法，集成有用功能，控制并减少有害功能，从而在专门化过程中浓缩出具有更高价值的功能，以期达到理想化的状态，即家用电冰箱的情感化交互设计改进．

2 功能的情感化交互设计改进

本节采用TRIZ发明问题解决理论进行家用电冰箱功能模型建立、冲突分析及冲突解决．

2.1 确立功能模型

为了实现功能的情感化交互设计改进，首先要确立现代家电的功能模型，从中找出切入点．

确定电冰箱的总功能和输入、输出流，如图2所示．首先理清总功能的结构，才能为后期充分而又正确地分解冰箱的各项功能，直到功能元的枝端，做好准备．

将电冰箱的总功能分解为子功能，建立功能树，如图3所示，粗线框为最底层子功能，即功能元．从冰箱的功能树中可以完整地总结出人与冰箱接触交流的部分，也就是情感化交互设计的切入点．

详细考虑从输入到输出或到转换处对流的每个操作，为每个输入流建立功能链，如图4所示．连接各功能链，合并重复部分，简化冗余部分，从而得到电冰箱的功能模型，如图5所示．

图2 电冰箱的总功能Fig.2 The total function of refrigerator

图3 电冰箱的功能树Fig.3 The function tree of refrigerator

2.2 理想化水平分析

确立功能模型之后，可以清楚地了解冰箱发挥功能的全部流程，接下来需要探究如何达到冰箱功能发挥的理想化水平．为了全面地对正反双方进行评价，TRIZ系统中建立了如下公式[4]

图4 电冰箱的功能链Fig.4 The Function Chain of Refrigerator

式中：Ideality为理想化水平；Benefits为效益；Expenses为代价；Harms为危害．

从功能模型中可以得出，效益是为食物及其他物品保鲜或制冷，方便用户的生活，并且为用户的生活增添乐趣．代价为冰箱所占空间，所消耗的电能，冰箱内各部分运作所产生的噪音，冰箱原料成本等．危害为噪声污染，能源浪费（冰箱需要长时间保持制冷的状态），电磁辐射污染，细菌滋生等．

可以使用如下提高理想化水平的方法，得到尽可能趋近最终理想解的理想解：

图5 电冰箱的功能模型Fig.5 The function model of refrigerator

在技术条件一定的前提下，设计人员使用上述方法的途径主要有以下2个方面：

1）增加有用功能：用设计提高用户在使用冰箱过程中的效率和便捷程度，增加其他的用户体验活动，增强用户在使用过程中的趣味性和舒适感．

2）减少有害功能：用设计减少用户在使用过程中的多余能耗．如通过合理设计箱体的分隔方式，尽可能将需要同样温度的物品放置在一起，不浪费制冷效果，或者使每次打开冰箱的利用率最大．还可以从减少噪音和辐射等有害功能方面入手．

2.3 物质-场模型的冲突确定

在对用户与家用电冰箱交互过程的矛盾分析中，本文采用了基于物质-场模型的冲突确定方法．

TRIZ理论的创始人A ltshuller G S通过对功能的研究发现，所有的功能都可以分解为3个基本元件，这3个基本元件分别为2种物质及1种场（two substances and a field）[9]，如图6所示．

图6中F为场，S1以及S2分别为物质，该图的意义为场F通过物质S2作用于物质S1并改变S1．S1为被动元件，是被作用被操作的角色，S2为主动元件，起工具作用[5]．

由于本文主要研究情感化交互的应用，所以在电冰箱功能模型的基础上引入1个重要的基本元件——人，并且将功能冲突主要集中在人与冰箱交互过程的冲突上．

图7所示的模型中FM为机械能，S1.1为冰箱位置较高的箱体，S1.2为冰箱位置较低的箱体，S2为用户．在该模型中，用户使用较高位置的箱体时，站立姿势即可完成操作，因此是标准作用．用户在使用较低位置的箱体时，则需要保持弯腰或下蹲等令人不适的动作，对人体的腰部及膝关节有损害，因此是有害作用．将该模型中的冲突归结为冲突矩阵中的通用工程参数，即恶化特性“8静止物体体积”与改进特性“31物体产生的有害因素”的矛盾．将这对矛盾带入到TRIZ冲突矩阵中，得到解决的方法为发明原理“4不对称”、“18振动”、“30柔性壳体或薄膜”和“35参数变化”．其中以下2项可以应用到设计中：不对称—通过造型的不对称设计，满足用户对产品高度和体积的双重要求；参数变化—合理调整产品的长宽高等参数．

图8所示模型模拟的是用户将物品放入冰箱的过程，根据用户习惯，人们为了方便并且节省能源，通常会将大量需要冷藏或冷冻的物品带到冰箱前一起放入冰箱中，其中的FM为机械能，S1.1与S1.2均为需要保鲜或制冷的物品，S1.1是放入冰箱中的物品，S1.2是待放入物品，S2是用户．因为冰箱自身没有为待放入物品提供暂放位置，用户必须拿在手中或者寻找其他空间暂时放置，因此是不足作用．将该模型中的冲突归结为冲突矩阵中的通用工程参数，即为：恶化特性“12形状”与改进特性“33可操作性”与之间的关系，代入冲突矩阵中得到的发明原理为“15动态化”、“28机械系统的替代”、“29气动与液压结构”、“34抛弃与修复”．其中动态化可以应用到设计中去：改变冰箱相对静止的状态和相对固定的位置，使之可以随用户需求变化．

图6 物质-场模型Fig.6 Substances-field model

图7 电冰箱的物质-场模型1Fig.7 Substances-field model1 of refriger-

图8 电冰箱的物质-场模型2Fig.8 Substances-field model2 of refriger-

用户取出冷冻或冷藏之后物品时的过程分析采用图7中电冰箱的物质-场模型1．FM是机械能，S1.1是从冷藏室拿出的物品，温度在皮肤能够承受的范围内，因此是标准作用，S1.2是从冷冻室拿出的物品，温度过低，会伤害皮肤和骨骼，因此是有害作用．将该模型中的冲突归结为冲突矩阵中的通用工程参数，即为：恶化特性“17温度”与改进特性“31物体产生的有害因素”之间的矛盾，带入冲突矩阵中得到的发明原理为“2分离”、“22变有害为有益”、“24中介物”和“35参数变化”．其中可以应用到设计中的有以下2项：分离——模块化或设置缓冲区间；中介物——从冰箱中取出物品时可以使用手套等保护工具．

2.4 改进方案

通过上文中对家用电冰箱自身功能改进以及对人机功能交互过程中冲突的形成与解决分析，结合交互设计[10]和情感化设计[11]方法可以得出如下改进方案：

1）通过设计减少用户在使用过程中的电能消耗，并利用情感化设计良好的导向效果，引导用户采取高效节能的低碳使用模式．

2）不对称造型是趣味性设计[12]良好的切入点，可以有效提高产品的情感化交互效果．

3）在不增加额外复杂程度的基础上，适当人性化地对产品进行动态改进，这也是情感化交互设计的重要一环．

4）长、宽、高以及体积是产品给人的第一印象，是家用电冰箱情感化交互设计改造过程中应着力解决的问题．

5）不仅仅是冰箱，洗衣机等日常的家用电器产品都需要进行缓冲空间[13]的设置，那么如何正确引导用户使用缓冲空间就是设计师在情感化交互设计方向所要研究的课题．

6）模块化设计方法在家具领域早有应用，但在现代家电产品中却鲜有建树．模块化的设计理念是由设计师代替使用者对产品进行了功能分区和简化操作，为用户的使用减少了更多不必要的麻烦．

7）家电产品在使用过程中需要中介物的情况很常见，例如从微波炉里面取出加热后的食品需要戴手套防止手被烫伤，因而可以从“用户到中介物再到产品”这个流程着手进行情感化交互设计改进．

图9 电冰箱造型要素质量屋模型Fig.9 HOQ of sculpt

3 造型的情感化交互设计改进

该部分采用基于QFD法的冲突确定方法对家用电冰箱造型方面的情感化交互设计进行研究．

本文使用QFD法中的质量屋结构（house of quality，HOQ），结合功能要素与造型要素，情感化交互要素与造型要素之间，以及造型要素内部的关系，制作了如图9所示的关系矩阵，图9中符号的意义如图10所示．

首先进行功能要素与造型要素的分析是因为情感化交互设计改进应保证不影响并且改进产品原有的功能，而不能因为进行情感化交互设计而舍弃功能需求，给用户造成麻烦．

因此，在情感化交互设计改造之前，首先应确定功能方面的限制因素,保证相应的容量要求，尺寸得当，而不占用太多空间，功能分区合理，造型需方便取放且易于清洁，最好将新设立的暂放位置（即缓冲空间）纳入整体造型中去．

从图中还可以看出形态几乎关系到了情感化交互设计的方方面面；平衡感和对称感与趣味性密切相关；整体感、平衡感和对称感在用户与产品的情感交流和情绪互动中发挥很大作用，心理学上认为，当人在看到整体感差的零碎物品时，会本能地产生烦躁的情绪，而平衡感的好坏直接关系到用户对产品安全性和稳定性的考量；对称感则要分2个方面来看待，对称感强的产品给人的感觉是庄严肃穆的但也可能造成刻板的印象，不对称性可以增强产品的趣味性，但也有可能破坏平衡感．总之，在进行现代家用电器的情感化交互设计改造的过程中，需要充分考虑到功能要求，再对产品的形态、尺寸、体积、整体感、平衡感和对称感进行相应的改进．

QFD法要求产品开发直面用户需求，因此在设计过程中，设计师除参照相关图表外，还可以依据自己的设计经验进行设计元素间的重要度关系确定．

图10 质量屋模型中符号的意义Fig.10 M eanings of the symbols

4 色彩的情感化交互设计改进

图11同样采用基于QFD法的冲突确定方法，并结合功能要素与色彩要素，情感化交互要素与色彩要素之间，以及色彩要素内部的关系设计出关系矩阵．由图中可以分析出色彩在现代家用电器产品的情感化交互设计改造中的重要应用：愉悦感，趣味性和娱乐性关系到色彩的明度、纯度和形状等因素，但在设计过程中，需要考虑色彩识别度在操作提示功能和警示功能中的区分，防止次要功能过于醒目而导致误操作；舒适感与灰度在某种程度上是正相关的关系，因为明度、纯度高的色彩容易导致视觉疲劳，因此在舒适感方面要注意合理地处理灰色与高明度、高纯度色彩的面积、数量配比；情感交流，情绪互动，人文关怀和唤起用户记忆等情感化交互设计要素的呈现，需要对造型、色彩以及功能进行综合分析处理．

还可以从三角形的部分看出，面积排布与明度、纯度呈负相关，因为明度与纯度越高的色彩越容易让人感到视觉疲劳，长时间注视更容易导致情绪烦躁，因此，出于用户与产品情绪互动的原因，高明度、高纯度的色彩所占面积要适当缩小．

图11 电冰箱色彩要素关系矩阵Fig.11 HOQ of colors

5 结论

1）通过对用户需求的分析，确定了家用电冰箱的发展趋势以及情感化交互设计在该领域应用对用户需求进化的帮助．

2）利用TRIZ功能模型，TRIZ物质-场冲突确定及解决方法，提出了对家用电冰箱产品功能方面进行情感化交互设计改进的有效途径．

3）利用QFD质量屋结构，对家用电冰箱的功能要素、情感化交互设计要素与造型要素之间的关系进行了分析，并且提出了以保证功能要素为基础的家用电冰箱造型情感化交互设计改进方法．

4）利用QFD质量屋结构，对家用电冰箱的功能要素、情感化交互设计要素与色彩要素之间的关系进行了分析，并且在不影响冰箱功能的前提下，通过合理的色彩设计，使用户与家电产品产生情绪方面的良性互动．

5）该文主要以TRIZ发明问题解决理论和QFD法为依据，理性而又系统地从功能、造型和色彩3个方面，对家用电冰箱的情感化交互设计方法进行详细阐述，以期对未来家用电器产品设计有所裨益．

[1]孙辛欣，靳文奎．移动应用中的情感交互设计研究[J]．包装工程，2014，35（14）：51-54．

[2]赵俊杰．从微信看交互设计中的情感化因素[J]．装饰，2014，（4）：141-142．

[3]高弋涵，蔡勇，王军锋，等．基于情感化交互的产品拟人设计研究[J]．轻工科技，2015（2）：115-117．

[4]檀润华．TRIZ及应用技术创新过程与方法[M]．北京：高等教育出版社，2010．

[5]檀润华．创新设计-TRIZ：发明问题解决理论[M]．北京：机械工业出版社，2002．

[6]檀润华，马建红，张换高，等．基于QFD及TRIZ的概念设计过程研究[J]．机械设计，2002，19（9）：1-4．

[7]刘宝铭，孙建广，檀润华．需求理论及需求进化定律[J]．科技管理研究，2011，18（18）：192-195．

[8]檀润华，刘芳．需求进化与功能进化集成的创新设想产生研究[J]．计算机集成制造系统，2011，17（10）：2093-2100．

[9]郭建威，张玉臣，谢永红，等．基于物质-场与案例推理的创新辅助系统[J]．辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012，31（5）：792-796．

[10]阿兰库珀，罗伯特莱曼，大卫克罗宁．About Face 3：交互设计精髓[M]．北京：电子工业出版社，2012．

[11]唐纳德A诺曼．设计心理学3：情感设计[M]北京：中信出版社，2012．

[12]尹建国，吴志军．产品情感化设计的方法与趋势探析[J]．湖南科技大学学报（社会科学版），2013，16（1）：161-163．

[13]任飞，任工昌．设计接受与情感化设计[J]．包装工程，2010，31（12）：72-75．

[责任编辑 田丰夏红梅]

The design of emotional interaction of household refrigerators based on TRIZ and QFD

XU Xiaoyun，LIU Haodi，DING Man

(School of Architecture and Art Design,HeBei University of Technology,Tianjin 300401,China)

In view of the lack of considerate functions between the design of the refrigerators and the emotional demand of the customers,Theory of Inventive Problem Solving and the Quality Function Deployment are used in the emotional interaction design of the refrigerators.First,the Requirements M odel of Kano is used to analyze the progress of the users'needs.Second,build function models and models of tw o substances and a field belong to the Theory of Inventive Problem Solving to cope w ith the relative conflicts in function.Third,models of House of Quality in QFD is used to solve the conflicts in sculpts and colors.In this w ay,productive solutions of emotional interaction design in an all-round w ay has been built up.The method focuses more on rational analyses and functional upgrades,in order to achieve higher success rates.It can also be used in explorations of modern household appliances.

theory of inventive problem solving;quality function deployment;function;sculpt;emotional interaction design

TB47

A

1007-2373(2015)06-0033-06

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.06.007

2015-04-16

国家自然科学基金（51205037）

许晓云（1960-），女（汉族），教授．

数字出版日期：2015-12-04数字出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20151204.1518.004.htm l