基于模糊Kano模型与TOPSIS法的产品设计研究

陈 香，邱大鹏

基于模糊Kano模型与TOPSIS法的产品设计研究

陈 香，邱大鹏

(江南大学设计学院，江苏 无锡 214122)

为了提升用户对产品的满意度和产品的市场竞争力，提出基于模糊Kano模型和TOPSIS法的产品设计方法。首先，根据产品的不同方面进行调研获取了用户的不同需求后，运用模糊Kano模型将用户需求进行分类：必备需求、一元需求和魅力需求。其次，以必备需求和一元需求为主体，采用TOPSIS法确定魅力需求重要度排序并进行筛选，从而得到产品设计上合理的解决途径和方案。最后，将该方法应用于智能割草机的设计实例中，以验证其的可行性，可为其他相似项目提供新的思路。

产品设计；模糊Kano模型；TOPSIS法；用户满意度；智能割草机

目前市场上产品同质化现象频繁出现，消费者难以选择满意的产品[1]，针对该情况，提出一种基于模糊Kano模型和TOPSIS法的产品设计方法。Kano模型用于评价用户的需求指标，得出使用户满意度更高的产品质量要素。席乐等[2]运用模糊Kano模型对游客服务机器人的造型要素进行用户需求分析，并区分出不同的产品特性；陈嬿等[3]通过Kano模型将家用移位辅助设备的用户新需求分类后确定其重点改良要素等。TOPSIS是运筹学中一种多目标、多属性的高效评价方法，主要评价产品质量要素的重要度；杨静[4]利用三角模糊TOPSIS为产品创新设计提供了完整的评价和创新流程；许静等[5]利用TOPSIS的函数模型对产品的质量特性进行了优化等。以上2种模型均有分析、评价、筛选和优化的作用，Kano和TOPSIS的结合为智能产品设计研究提供了新思路。本文提出通过模糊Kano模型的需求指标属性分类和TOPSIS法的重要度排序计算相结合的方法，旨在提高用户满意度并得出产品的差异设计点，将此方法应用于一款智能割草机的设计实例中，以验证此方法在设计中的效果。

1 模糊Kano-TOPSIS方法模型

1.1 运用模糊Kano模型将用户需求指标分类

Kano模型主要是为了表现用户的满意度与产品的质量要素之间的非线性关系[6]。用户的需求指标即产品质量要素，将产品的质量要素进行分类，以得到特定的产品功能以改善用户满意度，指导产品的创新设计。

Kano模型将产品质量要素分为5类[7]，如图1所示。①必备质量要素(M)。当质量要素具备程度低时，用户满意度会大幅降低，而当其具备程度高时满意度也可能不会上涨；②一元质量要素(O)。指用户满意度与质量要素的具备情况呈线性关系；③魅力质量要素(A)。指用户不会过分期望的质量要素，如果具备程度高，用户会相当兴奋，具备程度低的情况下用户不存在明显的不满意；④无关质量要素(I)。指无论是否具备都不影响用户满意度；⑤反向质量要素(R)。指具备，反而会导致用户满意度降低的质量要素[7]。Kano调查问卷、Kano评估表和Kano调查结果表是Kano模型分析的3个主要工具[8]。

图1 Kano模型

模糊Kano模型是在传统Kano模型不能精确反映用户的实际体验与需求的问题基础上，提出利用区间模糊数来表示用户的感受[9]，更加接近于不确定问题的实际情况。例如某质量要素具备时，用户可将1分配给满意0.6、理当如此0.3和无所谓0.1。

1.2 TOPSIS确定用户需求指标的重要度

TOPSIS是针对多属性问题的决策方法[10-11]，其计算过程如下：

(1) 构造评价矩阵。1，2，···，表示个评价项目，个评价者1，2，···，F对项目展开评价，表１是其评价的矩阵。

表1 评价矩阵

(2) 将每一个评价数值用三角模糊数表示，例如x=(a，b，c)。

(3) 转化模糊群体评价结果为清晰值[12]。将三角模糊数归一化为

x=(a+2b+c)/4 (1)

由此得到清晰值矩阵

=(x)×m(2)

(4) 评价的数据进行无量纲化处理，得到规范评价矩阵

=(y)×m(3)

(5) 求解加权规范评价矩阵。若评价者的权重为=(1，2，···，w)，为第个评价者的权重，且

则加权规范评价矩阵为

=(r)×f(5)

其中，r＝w×y

(6) 确定矩阵的正理想解向量+和负理想解向量–，即

+={1+,2+, ···,r+}={(maxr|∈+), (minr|∈–)}

–={1–,2–, ···,r–}={(minr|∈+), (maxr|∈–)}

其中，+={效益型性}；–={成本型性}。

(7) 计算各个评价数值与+和–的距离V+和V–

(8)D指各个评价数值和最理想值的相对接近度，即

D＝V－/(V＋+V－) (＝1，2，···，) (8)

(9) 将D值按大小排序，D越小，第个评价指标的重要度越低，反之则越高。根据需求指标的重要度排序，综合考虑重要度高的若干指标和用户诉求进行产品的创新设计。

综上所述，在模糊Kano-TOPSIS方法模型中，模糊Kano模型主要用于将产品的用户需求指标进行分类，直观地反映出用户不同的需求指标对用户满意度的影响程度；再将需求转化为产品功能时，用TOPSIS方法得出需求指标的重要度排序并选择重要度较高的需求指标进行转化。将以上2种筛选方法结合对用户需求指标进行双重把关，使产品的设计更接近用户真实需求。

2 模糊Kano-TOPSIS方法的实例应用

2.1 模糊Kano模型确定需求指标的属性

2.1.1 用户需求的收集整理

市面上的产品设计在用户研究时往往从功能的角度出发，而用户需求分析则是设计的依据、明确了产品设计的目标[13]。因此，以割草机为例，通过市场调研、查阅文献资料等措施收集和捕捉其功能上的需求点后，综合整理得到表2的需求评价指标。

表2 需求评价项目表

2.1.2 模糊Kano问卷设计

模糊Kano模型更接近实际的不确定性评价，用户可以对不止一个选项给予满意度数值，每行数值和为1，模糊Kano问卷见表3，然后根据表4的Kano评估表进行评估。

表3 模糊Kano问卷

表4 Kano评估表

2.1.3 用户调研

选取城市公园、学校以及部分面积较大的私人草坪割草机使用者发放问卷，共发出115份问卷，除去3份不合理问卷和2份空白问卷，得到有效问卷110份。属性确定的原则为：统计人数居多项为需求的所属属性。统计结果见表5。

表5 模糊Kano模型统计结果表

由表5的统计结果可得出必备需求包括：避雨、爬坡和手动把手；一元需求主要包括：清理草屑的功能、易维修、外观上的坚固和美观以及效率的提高；魅力需求主要有：流线型外观、可折叠、可载重、可无线充电以及交互上的APP控制、语音控制和触控面板等。首先，作为草坪上工作的产品，对环境的适应能力(如避雨、爬坡等)是最基本功能。其次，用户也希望智能割草机在高效、多功能的基础上外观上能满足用户的审美需求以及智能化的交互需求。智能割草机的魅力需求的不满足，虽不会降低用户的满意度，但若能满足需求，则会提升用户满意度和产品价值。表5中统计的魅力需求较多，需筛选出其关键需求用以指导后续的设计。

2.2 TOPSIS法确定用户指标重要度(以魅力需求为例)

魅力需求指标有7项：流线型、可折叠、可载重、无线充电、APP控制、语音控制和触控面板。由表6的对应关系，求得三角模糊数的清晰型归一化评价值。

表6 评价语言变量与三角模糊数对应表

7位专家根据表6的评价标准对魅力需求指标的重要度进行评价，评价结果见表7。

表7 专家评价结果

对表7的数据进行无量纲化处理，以获得规范化评价矩阵见表8。专家间水平无异，不对规范评价矩阵进行加权计算。

表8 评价结果的规范化评价矩阵

比较表4中规范化后的评价结果，确定正理想解和负理想解

+={1+，2+，···，r+}={0.465，0.499，0.516，0.601，0.557，0.579，0.474}

–={1–，2–，···，r–}={0.294，0.053，0.122，0.016，0.132，0.072，0.133}

计算7个评价数值与＋的距离V＋和与–的距离V–，求出7个指标的相对接近度D，计算结果见表9。

表9 魅力需求指标的综合评价

由表9的数据可以确定产品魅力需求指标的重要度从高到低依次排序为：APP控制、可载重、无线充电、可折叠、语音控制、触控面板、流线形。

2.3 Kano属性分析及设计方案的确定

2.3.1 用户需求的Kano属性分析

根据前文分析，在具备必备和一元需求的基础上，综合市场前景、用户满意度和成本来集中考虑前3个魅力需求，即：APP控制、可载重和无线充电。表10为智能割草机需具备的需求指标汇总。

表10 智能割草机需具备的需求指标汇总表

(1) 从人机交互的角度来看，机械性的交互方式已经不能满足用户的要求，产品设计上也要涉及到人机的多种交互可能。如基于智能硬件的语音交互和基于移动互联网终端设备的APP远程交互，经过多种不同迭代产品的用户教育，用户已习惯了以上交互方式，因此在智能割草机上可增加APP控制功能。

(2) 从功能属性的角度来看，产品间功能上的交叉化在当今的市场上也是常态，如电动车和平衡车都是代步工具，只是使用方式各有特色。而智能割草机作为能自动识别路线的智能割草机器人，也可加上称重托盘的功能模块，既能加固结构，又能实现搬运机器人的功能；而加入无线充电技术则可以提高用户对智能产品的满意度，也可改善产品间的交互功能。

以上功能及交互体验只是魅力需求，必备需求和一元需求才是智能割草机产品立足于市场且差别于其他产品的重要因素。如：避雨、爬坡和手动把手等功能的设计是智能割草机必备功能，若缺失则会影响该产品品牌的用户满意度；而清理草屑的功能、易维修、外观上美观以及切割效率的提高等用户期望功能，也都需要具备；虽魅力需求指标可不考虑、也不会影响产品的满意度，但是如能具备，则可为产品提供差异化设计点，也会提升用户的满意度。

2.3.2 智能割草机设计方案的确定

基于以上对用户需求的分析和筛选，最终得出智能割草机的创新设计方案如图2和图3所示。

(1) 必备需求。①割草机头部下端是可抽出把手，可直接将割草机拖走，便于割草机的手动转移；②轮胎上经过重新设计和排列的纹理增大爬坡时的抓地力，机器内电路等重要部件有泡棉胶保护，可在小雨中维持工作。

(2) 一元需求。①造型上采用流线型，头部设有急停键，可在方向出错时及时手动控制；②前面板设置成太阳能板，可在晴天工作的同时积蓄能量；尾部则设计了集草箱以及底盘上增加了可以上下浮动的吸草头，可将草屑收集到集草箱中。此两项功能可提高其工作效率；③重点设计了一种履带式的割刀结构并在割草机底部装配了一个网面，可在切割时先将草集中，再统一切割，扩大了单位时间割草的面积，提高了割草效率。

(3) 魅力需求。①可将不超过10 kg的货物放置在割草机顶部，两条硅胶条增大摩擦力以防止货物滑落；②设计的储物箱的结构可储藏较小且不能受潮的物品；③用户可通过手机端的应用对割草机进行远程控制；④对于智能割草机的充电装置，则采用了如图3所示的无线充电装置，可减少充电过程中的失误率，便于操作。

图2 方案草图

图3 智能割草机(1. 太阳能板；2. 急停按键；3. 载物储物；4. 集草箱；5. 无线充电器；6. 把手；7. 网面；8. 橡胶小棒；9. 割刀；10. 吸草头)

3 结束语

(1) 用户需求决定了产品创新设计的方向，满足了用户需求即提高用户满意度。本文提出模糊Kano-TOPSIS方法。其流程是通过收集用户需求，运用模糊Kano模型将用户需求指标分类：必备需求、一元需求和魅力需求，再利用TOPSIS方法集中分析魅力需求，确定其重要度排序，在此基础上综合市场、成本等因素，寻找到通过设计提升用户满意度合理的解决方案。最后，以智能割草机为例，进行需求分析及方案转化，验证了该方法的可行性。该方法对用户需求指标进行双重筛选，原则上更易接近用户真实需求，并能缩短将用户需求转化为产品设计方案的周期，也为市场上其他同类产品的设计提供新的研究思路。

(2) 本文提出的模糊Kano-TOPSIS方法只以魅力需求指标为例，进行了详细的分析和排序，研究范围不够全面，接下来应针对其他类的用户需求指标进行分析研究，以完善该方法在产品设计应用上的局限性。

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Research of Product Design Based on Fuzzy-Kano Model and TOPSIS

CHEN Xiang, QIU Da-peng

(School of Design, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China)

In order to improve the users’ satisfaction and the market competitiveness of the product, a product design method is proposed based on Fuzzy-Kano model and TOPSIS. Firstly, after collecting different needs of users on different aspects of products, use Fuzzy-Kano model to categorize users’ needs: Essential Quality, Unary Quality, and Charm Quality. Secondly, take the Essential Quality and the Unary Quality as the main body, use TOPSIS to determine the importance rank of Charm Qualities and filtrate to get reasonable solution and plan for product design. Finally, apply the method to the design of the intelligent lawn mower, to verify its feasibility, providing new inspiration to other similar projects.

product design; Fuzzy-Kano model; TOPSIS; users’ satisfaction; intelligent mower

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019020315

A

2095-302X(2019)02-0315-06

2018-08-23；

2018-10-24

江苏省教育科学十三五规划课题(B-a/2016/01/20)；江南大学教改课题“新工科语境下工业设计跨学科人才培养模式探索与实践” (JG2017099)

陈 香(1976-)，女，安徽滁州人，副教授，博士。主要研究方向为工业设计、产品系统设计等。E-mail：chen6xiang9@163.com