信息熵在产品设计需求处理中的应用研究

范元涛，徐安晔，张伟社

（长安大学，陕西 西安 710064）

在产品设计过程中，产品内部系统和外部系统统一于产品的生命周期。产品外部系统是基于产品的实际使用需求而设计的，因此，需求处理是至关重要的环节。设计师获取需求，通过需求处理来确定需求主次关系，为产品后期造型设计提供主要方向。本文着重于利用情景分析法获取需求，KJ法整理需求，用信息熵处理需求从而得到需求的相对重要性，为基于需求的产品创新设计奠定基础。

1 情景分析法、KJ法和信息熵模型简述

情景分析法是对实际情景进行分析，预测未来情景，从而得到可能发生情景的一种分析方法。主要通过描述、场景假设等手法来完成。本文将通过情景构建来获取未来的需求。KJ法主要是由取材、制作卡片、编组、图解和叙述化五个步骤完成的。目的是将相似功能和相同的功能的需求进行合并，从而达到简化。信息熵应用于表征需求的稳定度：需求有序度高，信息熵值就越小，熵权值就越大，需求就越稳定；反之，需求越不稳定，信息熵值就越大，熵权值就越小。可以通过对熵权值的大小排序确定需求重要程度。情景分析法获取需求、KJ法用来整理需求、合并需求，信息熵用来对需求重要度进行排序，两者结合能有效、快速地完成需求项处理。

2 情景分析法、KJ法和信息熵模型使用步骤

2.1 情景分析法使用步骤

通过实际场景描述和分析，得到实际场景中的潜在需求指标。应用潜在需求指标，搭建未来情景，并转化为需求。

2.2 KJ法使用步骤

首先，选取主持人一名，受测者2名。制作出大小、形状统一的小卡片，将需求项写在卡片上（一条需求对应一张卡片），制作成为一套。其次，在主持人的主持下，两位受测者将卡片进行归类并重新叙述需求（受测者按照自己的意愿将需求功能相近的需求项合并，并重新叙述写上标题，不能合并的自成一组）。最后，将合并后的需求项按照归类要求进行图表绘制，并记录合并序列号。

2.3 信息熵模型使用步骤

（1）建立评价判断矩阵并归一化处理：使用五度分析法对于KJ法规整后的需求进行分析，并建立判断矩阵，则n项需求、m个评价者的判断矩阵为：

由于矩阵之中数值差异较大，因此，将判断矩阵归一化处理，得到归一化判断矩阵：

（2）确定熵值：根据信息熵理论，假定，当fij=0时，fijinfij=0。n项需求m个评价者，其第j项需求的熵值Hj为：

（3）确定熵权值：计算需求项的熵权值。

3 情景分析法、KJ法和信息熵在垃圾回收站中的实际应用

以某小区垃圾回收站设计为例，进行具体分析。由于小区现有的垃圾回收站功能不完备，缺乏特色等问题，因此为该小区设计新垃圾回收站。首先，经过如表1的实际情景分析，搭建出如表2所示的未来情景并将其转化为需求项。经过KJ法合并后得到需求项如表3所示，选取受测者34人，将12项需求，将12项需求按照五度分析法进行打分，通过式（1）得到评价判断矩阵，通过（2）式得到归一化后判断矩阵，通过（4）式和（5）式求得需求项的熵值。通过（6）式求得熵权值将熵权值由大到小进行排序，得到需求项重要程度排序，如表4所示。

表1 实际情景分析表

表2 未来情景搭建表

表3 合并需求项结果

表4 熵权值重要程度排序表

将上述需求进行功能映射，经过设计后期改良得出如图1所示垃圾回收站。回收站中突出了储物、积分兑换机制、防雨雪等主要功能，满足其用户需求。

图1 垃圾回收站设计方案

4 结语

将情景分析法、KJ法和信息熵模型结合获取需求、处理需求是可行的。本文以垃圾回收站设计为例，通过对创新技法的应用与测试得到了垃圾回收站主要需求项。因此，只有在设计中抓住最主要的需求进行设计，才能提高设计质量和效率。在该方法的实际应用中，还应注重采用科学的需求、测评信息获取方法，从而保证和提高熵值的准确性。