信息熵在产品设计中的应用研究

包亚杰 张泽瑞

摘  要：在设计中抓住痛点，提取用户需求是产品创新设计的重中之重，为了寻找出一种能有效提取及整合用户需求的方程式，帮助更好地进行用户需求模型的构建，先利用情境分析法获取用户需求，再利用KJ法对用户需求进行整合归类，然后利用信息熵法对需求项进行熵权值求解排序，求得需求重要度排序，并以此来构造精确的用户需求模型。最终，通过小型多功能电动扫吸车的用户需求模型构建过程来进一步说明这3种方法结合的有效性以及普适性。

关键词：情境分析法  KJ法  信息熵  用户需求  小型多功能电动扫吸车

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）07（a）-0032-03

Application of Information Entropy in Product Design

BAO Yajie  Zhang Zerui

（1.Chang'an University， Xi'an， Shaanxi Province， 710064  China;2.Zerui Zhang， Army Artillery Air Defense College， Nanjing， Jiangsu Province， 211131  China）

Abstract： Grasping the pain points in the design and extracting user needs is the top priority of product innovation design. In order to find an equation that can effectively extract and integrate user requirements and help better build the user requirements model， first use the situation analysis method to obtain user requirements， then use the KJ method to integrate and classify user requirements， and then use the information entropy method to solve and sort the entropy weight of demand items to obtain the ranking of demand importance. And use this to construct an accurate user demand model. Finally， the effectiveness and universality of the combination of the three methods are further illustrated through the construction process of the user demand model of the small multi-functional electric sweeping and suction vehicle.

Key Words： Situational analysis method; KJ method; Information entropy; User demand; Small multifunctional electric sweeper and suction car

產品设计的过程应该本着问题的提出、分析、解决这一基本思路来进行。而用户需求的获取与处理是首要的一步，设计者对需求项进行处理明确其重要程度，为后期产品的功能、造型及人机设计提供主要的方向。本文重点运用情景分析法获取用户需求，利用KJ法整合用户需求，再利用信息熵法处理用户需求项，并根据其权重确定需求的相对重要程度，为产品的创新设计打下坚实的基础。

1  情境分析法、KJ法以及信息熵模型简述

情境分析法又称脚本法或者前景描述法[1]，主要是预测产品未来的一个发展势头。情境设定是它的基础，研究用户使用产品的具体过程，分析“用户—产品—环境”三者之间的关系，帮助设计者不断进行方案创新构思，形成一个产品设计概念的雏形，使设计者对产品的各项因素有一个明确的认知，进一步帮助设计者进行产品创新工作。本文将通过情境分析法来构建用户需求模型，来获取未来用户需求。KJ法可以将脑海里现有的比较模糊的想法通过头脑风暴的方式汇总出来，形成一个较为直观的结果[2]。熵值法是能比较客观地映射数据信息本身有序性的特点，由判断矩阵来确定指标权重，尽可能地避免影响主观权重的因素，让评价的结果更贴近现实[3]，而为了使复杂的决策环境简单化，必须将所获得的模糊信息转化为模糊数，再依照权重值对指标模糊数集结，由此解决了产品设计中决策的问题。通过情境分析法对用户需求进行获取、利用KJ法整理出需求项、再利用信息熵法对用户需求重要度进行排序并对设计方案进行决策，以上方法结合能快速地完成对用户需求项进行处理分析。

2  情境分析法、KJ法和信息熵模型使用步骤

2.1 情境分析法使用步骤

设计的过程应该本着问题的提出、分析、解决这一基本思路来进行，情境分析法是将产品使用场景以故事版的形式表达出来，让人能进行直观分析的方法。它主要包含了5个方面的内容：确定设计的主题、明确设计目标定位、创建情境故事版、分析情境故事版并对产品设计方案模拟分析、确定设计方案[4]。

2.2 KJ法使用步骤

首先制作卡片，选取5名设计师进行分组测试和头脑风暴，把获取的用户需求进行整理;其次把功能相近的需求进行合并;最后將合并后的需求进行排列排序，绘制出图表卡片。

2.3 信息熵模型使用步骤

3  情境分析法、KJ法和信息熵法在小型多功能电动扫吸车设计中的应用

以小型多功能电动扫吸车设计为例，进行相应的分析。由于现有的小型多功能电动扫吸车清扫效率低、强度高、耗能高、外观造型缺乏创新等问题，设计出一款新型多功能电动扫吸车方案[5-6]。首先，经过情境分析，构造出未来情境并将其转化为未来用户需求。通过KJ法进行整理后得到用户需求项，选取5名受测者，对15项用户需求按照1～9标度法进行打分，通过式（1）得到评价判断矩阵，通过式（2）得到归一化后的判断矩阵，通过式（4）和式（5）求得需求项的熵值。通过式（6）求得熵权值将其由大到小进行排序，得到需求项重要程度排序，如表1所示。

实际场景描述：环卫工人工作前对车辆进行检查，费力地开启垃圾箱后盖;在清扫的途中进行喷水降尘，但行人纷纷躲避，清扫工具无处安置，杂乱无章地堆积在驾驶室旁;在工作了一天之后清洗垃圾箱时，非常不容易且环卫工人身上溅满了污泥，且垃圾的转运十分不便;充电频率高，垃圾箱容量小，更换垃圾箱频率高。

分析动名词的潜在需求指标：垃圾箱、费力、喷水、纷纷、躲避、堆积、清洗、不容易、溅满、转运、更换。

结论：垃圾箱后盖设计符合人机，设计合理的工具箱方便人拿取，设计合理的垃圾箱收纳，避免环卫工人心中产生的抵触，同时对其外观造型进行创新，针对垃圾箱的容量设计及整车耗能问题进行改造。

情境一：经过优化改进，清扫车尾部垃圾箱设置轮子，方便保洁人员推着走。

情境二：清扫装置为合理的液压控制，通过操纵杆控制。

情境三：设计驾驶室全封闭式车头，有效避免极端天气影响清洁人员。

情境四：盘刷清扫+输送带运送垃圾至垃圾箱。

利用KJ法整理出用户需求项：人机性Z1、经济性Z2、人技术性Z3、审美性Z4、社会性Z5，以及操作方便Z11、生产成本Z21、结构稳重Z31、作业安全Z32、功能匹配度Z33、维护保养性Z34、外观新颖性Z41、色彩协调性Z42、企业标识性Z51、环境适应性Z52。

将上述需求进行功能实现，经过设计优化后得到如图1所示的小型多功能电动扫吸车方案。这款车突出了人机合理性、增加了储物功能，针对不同清扫环境作业，在外观造型上也有所突破，满足用户需求。

4  结语

以情境分析法、KJ法和信息熵法3种方法结合的形式来获取和处理用户需求是可行的。本文以小型多功能电动扫吸车为例，构建了小型多功能电动清扫车的使用情境故事版，并挖掘出了用户潜在需求项，获得了用户的需求模型。设计的首要一点就是获取主要用户需求，抓住设计的痛点，才能进一步提升设计的质量。在实际的应用操作中，还应该注意对评测信息的获取形式，保证熵值的准确性。

参考文献

[1] 张爱阳.低碳视角下轻钢农房的减排效果及减排成本研究[D].重庆：重庆大学，2019.

[2] Noriko Katsuya，Shinji Sakamoto.重要他者に対する再確認傾向と重要他者の行動および感情の推測との関連——第3者評定およびKJ法とテキストマイニングによる検討[J].The Japanese Journal of Personality，2017，26（2）：173-176.

[3] 陈世斌，张伟社.产品设计调查与评价的数据分析方法[M].西安：陕西科学技术出版社，2019.

[4] 张璐.小型无避让机械式立体车库人性化运行方案创新设计研究[D].西安：长安大学，2019.

[5] 包涵.小型轮毂电机驱动电动车车内空间设计[D].南京：东南大学，2018.

[6] 蒋源杭.无人清洁车服务系统设计研究与实践[D].上海：华东理工大学，2019.