基于全局HIEs解构的人机产品用户需求模型构建

张芳兰，陈 玉，李 帅



基于全局HIEs解构的人机产品用户需求模型构建

张芳兰，陈 玉，李 帅

(燕山大学艺术与设计学院，河北 秦皇岛 066004)

为了获取关键用户需求与准确的人机产品设计方案，提出将全局HIEs解构方法与Kano模型分析方法相结合的人机产品用户需求模型构建方法与具体流程。该方法利用全局HIEs解构，建立人机产品多维设计特征映射空间；通过因子分析法与多元线性回归获取影响设计整体满意度的关键用户需求因子及其权重排序，再结合Kano模型与问卷确立关键用户需求类型，提出人机产品设计方案。最终，以肩颈按摩仪设计为例，论证了所构建模型与具体方法的可行性。

全局HIEs解构；人机产品设计；用户需求；Kano模型；模型构建

用户对产品的需求日趋多元化并呈多维分布状态，作为实现用户需求的基本单位——产品造型要素及其之间的相关关系，在设计阶段需从更多维的角度进行思考。众学者将产品形态特征解构应用于用户需求及用户满意度研究并获得很多成果。HAN等[1]通过分析产品的设计特征，形成影响用户满意度的关键设计特征识别方法。林丽等[2]以产品形态解构方法为基础建立优化KE模型，并以MP4造型设计为例验证模型可行性。刘玲玲和薛澄岐[3]基于多感官通道的多维产品特征解构方法建立了多维KE模型，并对空气净化器的感性认知进行研究。刘征宏等[4]通过判定并量化多维造型空间的主要特征建立感性工学模型，为产品感性设计阶段提供指导。范灵秀等[5]基于产品特征解构方法建立多维感知信息模型，将其应用到微波炉的感性设计中。以上研究将产品特征解构方法应用于感性工学领域，主要面向具有较多操作界面的电子产品造型设计，所建立的需求模型难以表达人机产品的多维用户需求，且不能进一步判定用户需求与用户满意度之间具体关系[6]。因此，本文试图将全局HIEs解构方法引入人机产品关键用户需求分析过程，结合Kano模型，建立人机产品的用户需求模型，为创新设计提供指导。

1 全局HIEs解构与Kano模型

1.1 全局HIEs解构方法

全局HIEs解构方法是从形状、色彩、材质、肌理、声音、相关关系这6个维度，将产品解构为若干人机界面元件(human interface elements，HIEs)[6-7]，形成多维设计特征空间。人机界面元件是用户通过多种感官与产品发生信息交互的最小单位，影响着产品的整体满意度。产品包含硬件与软件，硬件是可以触碰的实体，如显示屏、底座；软件是用户无法通过触觉感知的内容，如文字、铃声。在实际操作中为避免重复，将相关关系维度的人机界面元件汇总为关系元件。

1.2 Kano模型分析法

Kano模型[8]将用户需求划分为：基本需求、期望需求和兴奋需求。由图1可知，随着基本需求实现程度提高，优化需求带来的用户满意度增幅将逐渐降低；期望需求的实现程度与用户满意度呈正相关，随着需求优化而增长；兴奋需求随着实现程度提高，优化需求带来的用户满意度将逐渐升高。通过Kano模型问卷，用户采用满意、本该这样、无所谓、勉强接受、不满意5项评价标准，评价某一用户需求存在或缺失情况下的感受，从而判断各用户需求所属类型。

图1 Kano模型

2 人机产品用户需求模型构建流程

相较于传统方法，基于全局HIEs解构获取的关键用户需求更具完备性。在已知用户需求权重基础上，引入Kano模型明确用户需求与整体满意度之间关系，作为第二项评价指标，有助于筛选出更具创新价值的用户需求。故将全局HIEs解构与Kano模型相结合，构建面向人机产品创新的用户需求模型，如图2所示。

图2 人机产品用户需求模型

流程1.构建人机产品样本空间。筛选出具有代表性的产品组成样本空间。

流程2.建立多维设计特征空间。用全局HIEs解构方法从形状、颜色、材质、肌理、声音、相关关系6个方面对产品形态进行解构，获得的若干人机界面元件构成多维设计特征空间。

流程3.获取关键用户需求权重排序与类型。采用李克特7分量表设计调查问卷，用户对多维设计特征空间满意度打分；通过因子分析法处理调研数据，从而获取影响设计整体满意度的关键用户需求因子，再采用多元线性回归确立因子权重排序。建立Kano问卷，分析问卷结果确认各项用户需求所属的需求类型。

流程4. 提出创新设计方案。依据关键用户需求类型及权重排序，明确产品创新中应着重考虑的用户需求，结合产品进行具体分析，针对用户需求提出人机产品创新方向，完成创新方案。

3 肩颈按摩仪应用案例

以肩颈按摩仪为例，利用人机产品用户需求模型与具体流程，提出并完成该产品创新设计方案。

流程1.构建肩颈按摩仪样本空间。

通过互联网电商与实体店搜集肩颈按摩仪产品，由专家小组删除造型相似度高或用户体验极差的产品，最终筛选出5个样本，如图3所示。

图3 样本图片

流程2.获取肩颈按摩仪多维设计特征空间。

运用全局HIEs解构方法对肩颈按摩仪解构，获得9项硬件，1项软件及5对关系元件，共64项人机界面元件，构成肩颈按摩仪多维设计特征空间见表1~3。

流程3.获取关键用户需求权重排序及类型。

根据李克特7分量表(图4)，选取25名设计师及25名肩颈按摩仪用户，针对样本的整体满意度以及64项多维设计特征满意度进行打分。通过SPSS软件对数据进行效度分析见表4，表中KMO值大于0.6，显著性Sig小于0.05，表明该数据适合做因子分析。

运用因子分析，获得8项用户需求因子及各项因子与其人机界面元件的相关系数，如因子7所含人机界面元件及相关系数为：主体正面面积大小(0.780)、主体正面形状(0.747)，见表5。因子累计方差贡献率为72.914%，证明8项因子能反映原始需求的大部分信息，再检查克隆巴赫系数，该系数愈高即因子的信度愈高，信度达到0.70即为可信。由表5可知，8项因子的克隆巴赫系数均大于0.7，所有因子都可用于回归分析。利用多元线性回归确定各因子在整体满意度中的影响权重，并按因子重要性排序。可得到用户满意度与用户需求因子之间的映射关系为表6，其中因子8的显著性大于0.05，不符合要求将其剔除。

表1 肩颈按摩仪硬件的人机界面元件

表2 肩颈按摩仪软件的人机界面元件

表3 肩颈按摩仪关系元件的人机界面元件

图4 李克特7分量表法

表4 KMO和巴特利特检验

专家小组根据因子所代表的人机界面元件及其对应因子的相关系数，获得7项关键用户需求及权重排序，见表7。

建立Kano问卷并分析结果，确定肩颈按摩仪的关键用户需求类型。以易学易操作为例，见表8，其认为当基本需求的比例达到55.56%，故为基本需求。以此类推，确定佩戴舒适、治疗效果显著为基本需求，外观时尚大方、智能化操控模式、信息即时反馈、便携性与收纳性是兴奋需求。最终获得关键用户需求类型与权重排序见表9。

流程4.提出肩颈按摩仪设计方案。

依据用户需求权重排序，在肩颈按摩仪的创新设计中应在满足易学易操作、佩戴舒适和治疗效果显著这3项基本前提下，可优先考虑对外观造型、便携性与收纳性这两方面进行优化，迎合用户兴奋需求以获得满意度大幅度提升。设计师可以将智能化操控模式、信息即时反馈作为创新设计的突破点，寻求更大的提升空间。

表5 用户需求因子及其代表的人机界面元件

表6 多元线性回归结果

表7 用户需求权重排序

表8 用户需求外观时尚大方调查结果统计表(%)

表9 关键用户需求的权重系数与需求类型

因此，设计中应重点考虑易学易操作、佩戴舒适、治疗效果显著、外观造型和智能化操控模式5个方面的用户需求，提高用户满意度。依据流程3结果以及表5中数据，针对关键用户需求提出5点肩颈按摩仪创新方向：

(1) 外观时尚大方。从色彩、材质入手，改进背带和主体的造型设计，提高产品质感与辨识度，迎合市场。

(2) 易学易操作。精简操作步骤及按键数目，增强按键之间颜色、形状差异度。仅保留电源按键，从而降低误操作几率。

(3) 佩戴舒适。从人机工程学角度改善背带与手环的形式和尺寸特征。故将背带与腰带一体化，解放用户双手；按摩区域通过简单调节后尽可能地贴合颈部线条。

(4) 治疗效果显著。针对按摩区域展开创新。引入艾灸疗法预防和治疗颈椎病，为避免传统艾灸疗法中用户寻找穴位困难的问题，加热装置在各穴位集中加热，使用者可独自完成艾灸治疗的整个过程。

(5) 智能化操控模式。将显示屏与显示屏文字的相关设计特征作为创新突破口，设计产品配套APP。依靠蓝牙技术，通过APP控制加热温度与时间；产品内置的温度传感器实时监测体表温度，并将监测数据上传至APP，实现操作智能化、数据可视化。

综上所述，提出一款结合艾灸疗法的肩颈按摩仪设计，将定点艾灸、智能控温、尺寸调节等功能于一身。借助计算机软件建模，完成创新方案，并制作模型样机，如图5和图6所示。

图5 基于艾灸疗法的肩颈按摩仪创新方案

图6 肩颈按摩仪配套APP界面

4 结束语

提出了基于全局HIEs解构的用户需求模型及其构建方法。以肩颈按摩仪的创新设计为例，利用全局HIEs解构方法获得人机产品多维设计特征空间，提炼关键用户需求及其权重排序，实现用户需求到产品整体满意度的映射与两者关系的量化，结合Kano分析，提出创新设计方案，论证模型与方法流程的可行性，为其他类确立人机产品创新设计方案提供方法参考。后续主要工作是对比传统用户需求获取方法和基于全局HIEs解构的人机产品用户需求模型的效用，以及拓宽本文提出的用户需求模型的应用领域。

[1] HAN S H, KIM K J, YUN M H, et al. Identifying mobile phone design features critical to user satisfaction [J]. Human Factors and Ergonomics in Manufacturing, 2004, 14(1): 15-29.

[2] 林丽, 薛澄岐, 王海燕, 等. 优化KE模型的产品形态解构方法[J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2010, 40(6): 1353-1357.

[3] 刘玲玲, 薛澄岐. 面向多维KE模型构建的产品特征解构方法[J]. 工程设计学报, 2014, 21(4): 323-328.

[4] 刘征宏, 谢庆生, 黄海松, 等. 多维变量感性工学模型构建及其性能评估[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2016, 48(2): 198-206.

[5] 范灵秀, 潘伟杰, 刘征宏, 等. 基于产品特征解构的多维感知信息模型构建[J]. 图学学报, 2016, 37(6): 771-777.

[6] HAN S H, YUN M H, KIM K J, et al. Evaluation of product usability: Development and validation of usability dimensions and design elements based on empirical models [J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2000, 26(4): 477-488.

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[8] KANO N, TAKAHASHI F. Attractive quality and must be quality [J]. The Journal of Japanese Society for Quality Control, 1984, 41(2): 39-48.

Construction of User Need Model for Ergonomic Product Based on the Global HIEs Deconstruction

ZHANG Fang-lan, CHEN Yu, LI Shuai

(School of Art and Design, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China)

In order to obtain the key user needs and the accurate ergonomic product design proposals, a user need model construction method and specific procedures integrating the method of the global human interface elements (HIEs) deconstruction and Kano model analysis has been proposed for ergonomic product. The multi-dimensional design feature space was established based on the global HIEs deconstruction. The key user need factors and their weight ranking which influence the overall satisfaction of the design were obtained by factor analysis and multiple linear regression. Then, combined with the Kano model and questionnaire method, the type of key user needs was established and the ergonomic product design was proposed. Finally, through the example of the design of shoulder and cervical vertebra massage device, the feasibility of the proposed model was demonstrated.

the global HIEs deconstruction; ergonomic product design; user need; Kano model; model construction

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019020303

A

2095-302X(2019)02-0303-05

2018-09-25；

2018-11-19

河北省社科基金项目(HB17YS062)；2018年河北省专业学位教学案例(库)立项建设项目(KCJSZ2018021)；燕山大学博士基金项目(B958)

张芳兰(1980-)，女，陕西宝鸡人，副教授，博士，硕士生导师。主要研究方向为产品创新设计与评价、人机工程等。 E-mail：fanglanzhang@163.com