基于模糊KANO-SEM 模型的用户需求识别方法研究

李树，蒋鹏

（西南民族大学，成都 610041）

在如今竞争激烈的市场环境中，增强产品竞争力是企业能否继续生存的关键，准确有效地满足用户需求是提升产品竞争力的有效手段[1]。然而在实际的产品设计过程中，用户通常只会给设计师描述一个他们心中的“美好愿景”，对于设计师来说，这种简单的依靠收集目标用户的资料进行需求的提取显然不能直接用于指导设计。那么在产品设计初期，如何精准识别出用户需求，并指导设计师快速地设计出满足用户需求的高质量产品，成为提升产品竞争力的重要途径之一[2]。许多学者也已经意识到，在产品的设计过程中，借助产品设计方法与理论能够有效帮助设计人员对众多用户需求快速准确地做出分析与决策，模糊KANO 模型因其能有效区分用户需求，并与用户满意度建立映射关系的特点，被广泛应用于产品设计前期用户需求分析研究中。例如，汪天雄等人[3]综合运用模糊KANO 模型和文化研究理论，对文创产品设计中的用户需求进行了有效挖掘，从而为文化创意产品的设计提供了很好的参考价值；陈香等人[4]借助模糊KANO 模型和TOPSIS 对用户需求进行分析，并以智能割草机为例，完成了实例设计；席乐等人[5]利用模糊KANO 模型对用户需求进行分析，从而确定用户重点需求，指导游客服务机器人造型设计；刘宗明等人[6]从造型、功能和交互三个方面提取老年人家用陪护机器人用户需求，利用模糊KANO 模型对提取的用户进行分类，并进一步结合QFD 确定了用户需求相对重要度，指导产品设计；刘大帅等人[7]融合模糊卡诺模型与熵权法等确定用户需求综合重要度，并以此指导产品设计；周琪等人[8]将模糊KANO 模型和FBS 相结合，应用于玩具产品设计中识别用户需求，指导产品设计。以上研究均利用了不同的研究思维与框架，有效地对众多用户需求进行了分析与识别，为本文的研究提供了很好的借鉴价值。

然而，模糊KANO 模型是一种典型的定性分析[9-10]，仅展示了用户满意度与产品性能之间的映射关系，仍停留在定性分析的层面，不能很好地构建用户需求与满意度之间的定量关系[11]，而结构方程模型（Tructural Equation Model，SEM）作为一种多元回归分析方法，能有效地同时分析各个需求类别以及各个用户需求和用户满意度之间的定量关系，并且还具备一定的验证性，很好地弥补了模糊KANO 模型的不足。此外，现有研究也未有将模糊KANO 模型和SEM 各自的优点相结合用于产品设计前期用户需求分析研究中，基于此，本文提出了一种基于模糊KANO-SEM 模型的用户需求识别方法。首先运用模糊KANO 模型将用户的需求进行类别划分，定义了用户需求与满意度之间的关系，有效地保证了将用户的需求转化为产品的设计要素。其次引入结构方程模型，进一步确定用户需求优先级，从而提炼出用户核心需求，使用量化分析的手段将用户满意度这一具有不确定性、难以量化的感性诉求转换为具体功能需求，进而与产品设计建立对应关系，能够更加快捷地确定产品的设计方向，提高设计效率和用户满意度。

1 研究框架与流程

以用户需求为导向进行设计，是提高设计效率、增强产品竞争力以及提升用户满意度的有效途径，然而在实际的设计过程中，设计师往往面对用户多样化和模糊性的众多需求难以舍去，从而无法明确设计方向，造成设计效率低下，设计出的产品无法满足用户的切实需求。因此，本文通过构建一种模糊KANOSEM 模型，帮助设计师在众多用户需求中识别出用户核心需求，从而明确设计方向。该模型主要包括用户需求获取、用户需求分类、确定用户需求优先级以及明确设计方向四个阶段，模糊KANO-SEM 模型研究流程见图1。

图1 模糊KANO-SEM 模型研究流程Fig.1 Research flow of fuzzy KANO-SEM model

2 研究方法

2.1 模糊KANO 模型

KANO 模型见图2，是由狩野纪昭教授于1984年提出的，将产品或服务质量要素分为5 类[12]，依次为必备需求、期望需求、兴奋需求、无差异需求、反向需求。模糊KANO 模型相对于传统KANO 模型最大的不同在于模糊KANO 模型问卷允许被试者根据自己的心理感受对每项需求在[0，1]之间任意赋值，最终和为1。同时为了对用户需求进行更好地划分，文中引入Matzler 等人[13]修正过的KANO 模型需求分类表，见表1，通过对收集的问卷表进行整理和分析，得出用户需求类别。其中用户必备需求、期望需求、兴奋需求、无差异需求、反向需求、矛盾需求、分别用M、O、A、I、R、Q表示。

表1 KANO 模型需求分类Tab.1 KANO model requirement classification

图2 KANO 模型Fig.2 KANO model

模糊KANO 模型确定用户需求类别的步骤如下所示：

1）针对某一需求要素，如若具备该项需求的矩阵为X（0.4，0.5，0.1，0，0），如若不具备该项需求的矩阵为Y=（0，0，0，0.7，0.3），则生成的交互矩阵Z为：

2）将得到的矩阵Z对照表1 所示的KANO 模型需求分类表，得出该需求的隶属度向量T为：

3）根据上一步所求的隶属度向量可知，一些需求可能会被划分为不同的类别，因此需要引入置信水平α（0≤α≤1）对关键需求进一步划分。当给定α=0.4时，若隶属度中某个向量值大于或等于0.4，则该需求属于其对应的类别，对于向量T来说，当α=0.4 时，可知该需求属于无差异需求。α的取值直接影响分类结果，取值过大，易造成信息缺失，取值过小，会导致数据交叉，在计算过程中α可通过采用比较分析方法确定[14]。

4）通过对每个用户需求进行计算汇总，得出其在5 种类别属性下各自出现的次数，次数最高所对应的类别属性即为该需求的最终类别属性。假如某关键需求在两种及以上类别属性下出现的次数相等，则按照必备需求>期望需求>兴奋需求>无差异需求>逆向需求的优先级进行用户需求类别的确定[15]。

2.2 结构方程模型

为进一步识别用户核心需求，文中以用户满意度为出发点，引入结构方程模型，分析各项需求与用户满意度之间的关系，从而帮助设计师在产品设计初期确定用户需求优先级，明确设计方向。结构方程模型（Tructural Equation Model, SEM）是由外国学者Swell Wright 和Jöreskog 提出并不断完善的，是一种基于路径分析思想、综合运用多种统计方法探索模型中各个变量之间的相关关系，并对构建的模型做出适当评价的一种实证研究方法，该方法广泛应用于管理学、心理学、社会科学等领域[16]。在实际的运用过程中，结构方程模型通常将研究模型分为测量模型和结构模型两个部分，可通过如下矩阵方程式来表示：

1）测量模型。

其中x和y指的是外生观测变量和内生观测变量，ξ和η指的是外生潜在变量和内生潜在变量，δ和ε是x和y的测量误差。Λx是外生观测变量x与外生潜在变量ξ的关系，Λy是内生观测变量y与内生潜在变量η的关系。

2）结构模型。

其中，β是内生潜在变量之间的关系，Γ是外生潜在变量对内生潜在变量的影响，ζ是模型中未能被解释的部分。结构方程模型分析步骤一般包括模型构建、模型拟合、模型评估、模型修正和模型运算得出结果[17-18]。

3 研究过程

3.1 构建用户需求集

产品设计的最终目的就是要满足用户需求，同时在产品设计过程中一般也是以用户需求为导向的。获取真实需求最直接的途径就是进行用户访谈，访谈对象通常直接瞄准目标用户群体，所获取的需求往往也具有一定的代表性和精确性，因此本研究在构建用户需求集阶段，通过半结构化的方式对盲人进行深度访谈，以期尽可能多地挖掘用户需求。为避免时间等客观因素干扰访谈实验的正常进行，在进行深度访谈前，提前与访谈对象预约好时间。整个访谈周期持续3 天，共访谈用户32 名，其中男性14 名，女性18名，用户年龄在22 岁至43 岁之间，职业包括按摩师、盲人学校的学生和教师，在整个访谈过程中鼓励受访者畅所欲言，尽可能全地获取用户需求。访谈结束后，成立研究小组对访谈所收集的资料进行整理，并以小组讨论的方式提取收集资料中所包含的需求，最终整理出21 项需求，并以此构建用户需求集，见图3。

图3 用户需求集Fig.3 User requirements set

3.2 用户需求筛选分类

在构建的需求集基础上，依据模糊KANO 模型调查问卷表制作问卷，对用户进行筛选与分类。此次调查共计发放100 分问卷，收回96 份，剔除3 份无效问卷，最终得到93 份有效问卷，真实回收率为93%，保证了问卷的可信度。进一步将回收的问卷进行整理，并按照模糊KANO 模型的分析步骤进行计算，然后将结果进行累加和排序，次数最高所对应的类别属性即为该需求的最终类别属性，用户需求要素分类见表2。

表2 用户需求要素分类Tab.2 Classification of user demand elements

3.3 确定用户需求优先级

结构方程模型作为多元数据分析的重要工具，相较于传统的回归分析、因子分析、层次分析法等，具有能同时对多个因变量进行分析，以及能同时得出潜在变量与观测变量、潜在变量与潜在变量之间的关系，此外还能评估整个模型的拟合程度，以及允许测量误差等优势，分析结果更加准确、合理和科学[19]，因此本研究在确定用户需求优先级阶段引入结构方程模型。根据模糊KANO 模型的分析结果，并根据结构方程模型构建方法，对各用户需求进行相关定义，并构建导盲杖用户需求结构方程模型。将必备需求、期望需求和兴奋需求定义为外生潜在变量，并分别记作MQ、OQ和AQ，其各自所包含的需求定义为外生观测变量，并依次记为MQ1-MQ7、OQ1-OQ4、AQ1-AQ4，将用户对产品的满意程度定义为内生潜在变量，记作US，内生观测变量记为US1，构建结构方程模型。进一步制作问卷调查，收集研究数据，为接下来的分析提供数据支撑，此次调查共发放问卷220 份，回收有效问卷215 份，问卷数量符合Bentler等提出的要求[20]。紧接着对问卷进行整理，并进行信效度分析，信度分析统计结果见表3，效度分析统计结果见表4，拟合度分析结果见表5，模型运行结果见图4。

图4 模型运行结果Fig.4 Model running results

表3 信度分析统计结果Tab.3 Reliability analysis statistical results

表4 效度分析统计结果Tab.4 Statistic results of validity analysis

表3 和表4 的信效度分析表明，此次问卷所收集的数据具有较好的信度，问卷设计较为合理，从表5中可以看出，模型的整体适配较好。从模型运行的总体结果来看，期望需求对用户满意度的影响最大，路径系数为0.64；其次是兴奋需求，路径系数为0.44；必备需求对用户满意度的影响最小，路径系数为0.26，这也与模糊KANO 模型中表述的各需求类别对用户满意度的影响机制基本吻合，在一定程度上也验证了分析结果的可靠性。

表5 拟合度分析结果Tab.5 Fitting analysis results

3.4 用户核心需求识别

在实际的产品设计过程中，必备需求作为用户对产品的基本要求，应当予以满足，期望需求和兴奋需求作为非必须满足的设计要素，可综合考虑设计资源、制造成本以及市场需求等实际情况，适当舍取。本文构建的用户需求集，共包含21 项需求，利用模糊KANO 模型识别出了7 项必备需求、4 项期望需求和4 项兴奋需求，进一步结合结构方程模型运行结果。在必备需求方面，各个观测变量对必备需求的解释程度均达到了0.8 以上，因此，对于必备需求中的7 项需求，在导盲杖的设计过程中，应当满足用户的这7 项需求；在期望需求方面，握把材质和缓冲性能对期望需求的解释程度分别高达0.88 和0.87，而整体造型和调节功能设计要素不到0.7，因此，对于期望需求中的4 项需求，在导盲杖的设计过程中，应当着重满足用户对于握把材质和缓冲性能的需求；在兴奋需求方面，导航功能对兴奋需求的解释程度达到了0.86，而其他3 项均不到0.8，因此，对于兴奋需求中的4 项需求，在导盲杖的设计过程中，应当着重考虑用户对于导航功能这一隐形需求，从而有效提升用户满意度。

4 设计实例

通过运用模糊KANO-SEM 模型对用户需求进行系统地分析，最终从21 项需求中识别出10 项核心需求，依次为握把尺寸、紧急呼救、障碍物探测、收缩功能、警示功能、承重稳固性、耐磨防滑性、握把材质、缓冲性能和导航功能。进一步以10 项核心用户需求为主要设计依据进行导盲杖的概念设计。

首先通过查阅相关人机工学资料，对人的持握姿势以及尺寸进行分析[21]，了解到在进行握把的设计时，应尽可能加大手与握把的接触面积，且握把的直径为30～40 mm、把握区域的握把长度为100～125 mm为宜。因此，结合导盲杖这一具体产品，将握把主体轮廓设计为圆柱形，握把直径为38 mm，且由握把中间逐渐向两端微微收缩至32 mm，在保证握把尺寸符合人机工学的基础上，提升产品的美感，握把总体长度为15 mm，把握区域长度为11 mm，由环保ABS材质制作而成。此外，当人体操作握把时，手腕处于顺直状态时能有效减少手腕处的压力和拉伸[21]，因此在进行设计时，使握把与杖体形成一定的角度，尽可能地较少用户在使用过程中手腕的压力和拉伸。同时考虑到用户与导盲杖的直接接触部位一般位于握把处，因此在握把部分采用工业级硅胶材质进行包裹，工业级硅胶可模拟人体皮肤的感觉，使得用户在使用导盲杖时就像有人在前方引导一样，为其营造一种心理上的安全感，并对硅胶表面进行凹陷处理，增加握把的防滑性。运用红外线探测技术，将障碍物探测模块至于握把前端，当探测到前方有障碍物时，可及时提醒用户，运用导航定位技术，配备导航模块，将其置于握把内部，并配备蓝牙耳机，储存于握把后端，用户可通过佩戴蓝牙耳机，语音接收导航信息，引导其寻路。此外，在握把上前方设置一紧急呼救按钮装置，当遇到紧急情况时，用户可按下此按钮，寻求救助。整个杖杆部分由三段组成，并且参考相关人机数据，将总长设计为1300 cm，杖杆可收缩，方便携带与收纳，材质采用铝合金。因铝合金具有良好的强度和刚度性能，且是轻金属材料，能在保证导盲杖轻便的同时也具有一定的承重稳固性，在杖杆外表面涂抹一层荧光材料，当用户在夜晚出行时，杖杆表面的荧光材料会形成发光效果，从而达到提醒行人以及车辆避让等目的。在杖脚部分，采用汽车轮胎级橡塑材质制作而成，具有一定的防滑功能，同时由于橡塑材质自身具备的弹性，使其在与地面接触时能起到一定的缓冲作用，让用户使用起来更加舒适。导盲杖设计效果见图5，导盲杖设计细节展示见图6，导盲杖使用见图7。

图5 导盲杖设计效果Fig.5 Design effect of guide rod

图6 导盲杖设计细节展示Fig.6 Details of the design of the guide rod

图7 导盲杖使用Fig.7 The use of guide rod

5 结语

设计的最终目的在于满足用户的需求，从而提升用户的产品使用体验感，提高用户的生活质量。在实际的产品设计中，用户对于自身的需求并不总是能清楚且准确地表达出来，时常带有一定的模糊性和多样性，且设计师在面对众多的用户需求时，常常面临不知如何取舍的困境，为解决此类问题，笔者提出了一种模糊KANO-SEM 模型，对用户需求进行筛选与分类，并进一步识别出核心需求，从而帮助设计师完成产品设计。文中以导盲杖设计为例，运用模糊KANO-SEM 模型，从21 项用户需求中筛选出15 项，并进一步从15 项用户需求中识别出10 项用户需求，完成了导盲杖的设计，验证了该方法具有一定的可操作性。该方法可为相关设计人员在用户需求抉择阶段提供一定的参考与借鉴意义。