用户需求和情感体验驱动的办公椅优化设计方法

王振宇 赵敏

摘要：为进一步提升办公椅的舒适度，使其能够符合用户的情感需求，提出了一种基于用户需求和情感体验驱动的办公椅优化设计方法。首先，通过QFD法中“功能—行为—结构—效益”之间的关系对办公行为进行研究；其次，围绕办公椅结构和关键人因挖掘用户需求，将用户内在需求转化为产品的功能并融入设计方案；最后，采用JACK仿真来评估办公椅的舒适性及可行性。网状的椅子明显比其他椅子舒适，椅面坐垫形状会压迫大腿的血管和神经；板状 PUR 泡沫塑料椅明显比模塑 PUR 泡沫塑料椅更舒适。其设计方法可使产品效益与用户需求形成映射关系，可为办公椅设计提供参考。

关键词：QFD法；情感化理念；办公椅；设计优化；JACK

中图分类号：TB 472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0116-04

Abstract：To further improve the comfort of office chairs and make them meet the emotional needs of users，a method of optimizing the design of office chairs based on user needs and driven by emotional experience is proposed. Firstly，through the relationship of "function-behavior-structure-benefit" in QFD method，the office behavior is studied. Secondly，around the structure of office chair and key human factors，the users needs are excavated，and the users internal needs are transformed into product functions and integrated into the design scheme；Finally，JACK simulation is used to evaluate the comfort and feasibility of the office chair.The mesh chair was significantly more comfortable than the other chairs，with the shape of the seat cushion compressing the blood vessels and nerves in the thighs；the slab PUR foam chair was significantly more comfortable than the molded PUR foam chair. The design approach allows for a mapping relationship between product benefits and user needs and can provide a reference for office chair design.

Keywords：QFD method；emotionality concept；office chair；design optimization；JACK

引言

隨着工业化的推进以及办公自动化的发展，坐着工作已成为目前最普遍的工作方式之一。符合人体工程学的办公椅可以通过办公椅靠背和扶手转移身体的受力点，减少肢体和肌肉的体力消耗，帮助用户保持健康舒适的坐姿，提高工作效率；相反，则会加重使用者的疲劳，甚至引起颈椎、腰椎的变形。办公椅作为办公室人员长时间使用的产品，已受到广泛关注。文献[1]总结了人体工程学办公椅的发展进程，从最初的“人适应办公椅”到“办公椅适应人” 的转变。文献[2]以人体工学理论为依据，研究不同坐姿变化对人体舒适性的影响，提出了人体工学办公椅的设计原则和关键尺寸参数，为办公椅的设计和尺寸约束提供相应的科学依据。文献[3]在办公椅设计尺度上做出约束，设计了更符合人体工学的办公椅。文献[4]构建了产品形象造型与感知形象之间的模型，经验证后设计出适合消费者需求的办公椅。文献[5]通过感官意识及坐姿舒适度来评估办公椅舒适性。文献[6]为改善办公椅的平衡性，通过分析人体与靠背坐垫的相互作用，以及材料的非线性准静态力学性能，建立了人体座椅静态平衡系统。文献[7]采用F—AHP（模糊综合评价法与层次分析法），对坐躺两用办公椅进行综合分析评价，运用JACK进行舒适度分析。目前，大多学者对办公椅的研究集中在造型、座椅表面、人机工学等方向。关于多功能办公椅的研究案例较少，很少考虑到使用者的多元需求和心理感受。情感化理念是将人的情感转化为产品设计的一种方法，使产品具有美感和实用性。QFD法（ Quality Function Deployment）是以系统化设计为基础，在产品开发过程中最大限度地满足用户需求的方法[8]。

通过将情感化理念和QFD法相结合，提出了一种基于用户需求和情感体验驱动的办公椅优化设计方法，并以办公人群的行为方式、行为习惯为切入点展开研究，使用QFD法来获取用户需求，并运用情感化设计来判定其相应的重要度。

一、 办公椅设计概述

办公椅是现代工作和生活的重要产品。目前，国内外相关的办公椅标准主要有：中国QB/T 2280《办公椅》、美国Bifma X5.1-2011《一般用途办公椅实验》、欧洲EN 1335《办公家具-办公椅》。我国办公椅行业标准QB/T 2280-2016《办公家具 办公椅》主要规定了座椅高度、宽度、深度、升降行程、倾角角度等尺寸要求[9]。Bifma X5.1-2017《一般用途办公椅实验》规定了办公椅靠背不能小于200 mm的尺寸要求，新增“椅子耐久性”试验。其他尺寸要求按照各公司相关章程自行制定。欧洲国家EN 1335-1：2020《办公家具-办公椅》对尺寸要求非常具体，按照其人机尺寸及产品部位要求各有划分及规定。综上所述，EN 1335行业标准主要对人体工程学有要求，特别是背部3点支撑、倾斜角度等要求。反观美国Bifma X5.1行业标准，并未对办公椅尺寸做出约束，而过多强调办公椅的力学性能，忽略了办公椅最本质的特性。国内办公椅行业标准QB/T 2280虽有尺寸规定，但不够详细和全面，并未形成体系。随着从事脑力劳动的办公人员对办公椅舒适性、安全性等方面的关注和重视，办公椅的力学性能、稳定性和关键尺寸等指标成为评价办公椅品质的关键因素。针对办公椅的人机工程设计研究一直是工业设计、 健康工程等领域的研究热点[10]，从设计角度对办公椅关键人机尺寸及多需求功能进行优化设计。

二、情感化理念和QFD法集成策略

（一）情感化理念

情感化理念是設计者在产品设计过程中加入一定的感性成分，使产品具有一定的情感色彩，使人与物的关系统一。采用情感化理念来解决办公椅的本能层次（CMF，Color Material Finishing）、行为层次（任务、行为）、反思层次（文化、精神）等方面的设计。情感化设计强调人机间的情感交流，使设计更加符合人们的情感需求，详见表1。

（二）QFD法

QFD法，即质量功能展开，20世纪60年代由日本赤尾洋二（Yoji Akao）和水野滋（Shigeru Mizuno）提出 [11]。旨在确保产品设计时满足用户需求，其核心是准确挖掘用户需求，是一种在产品开发设计阶段时对产品质量、成本、效益、可靠性实施保证的方法体系。

（三）情感化理念和QFD法相结合的集成策略

采用情感化设计与QFD法相结合的方法，识别并提取用户需求，从而实现办公椅的人性化设计。首先，将QFD法与情感化理念相结合，利用情感化理念来挖掘用户的心理需求，采用QFD法优化产品开发流程，使产品功能设计人性化。其次，运用QFD法将顾客的要求准确无误地转换成用户需求，并计算其相关权重，确定设计需求及目标。最后，总结归纳出QFD和情感化理念集成策略，针对其不足，采用更广泛的评价方法来分析用户需求和情感理念间的强相关与弱相关，在此基础上对原集成法进行改进优化，并应用于办公椅设计流程。

三、办公椅外观设计流程

办公椅设计需考虑色彩、材料、加工工艺、人因四大要素[12]。为实现办公椅外观设计融入情感化理念，为用户提供健康舒适的产品。通过研究办公椅外观设计中的四大因素，将设计与评估过程分为3个相对独立的阶段。即用户需求与情感分析、外观方案设计及方案评估，详情流程如图1所示。

首先，基于办公行为方式对成都市综合社区内260名20—50岁年龄段的办公人群进行调研，以获取用户初始需求。其次，经统计筛选后最终获得7项典型需求，采用5级Likert量表评价进行评分。共发放问卷260份，有效问卷255份（基于问卷星TM开展了面向成都市民的网络问卷，问卷结果见网址：https：//www.wjx.cn/ report/50098896.aspx·sat=1）。最后，将用户需求指标以数据可视化的形式展示，采用AHP和SPSS软件计算出用户需求权重，用户需求C及用户需求权重K值见表2。其中 K 值均小于 0.1，符合一致性检验标准。

（二）设计需求及目标

根据QFD法和情感化理念，目标是满足多种类型的用户需求，将用户需求转化为设计需求。设计需求D及相应的设计目标见表3。

（三）用户需求与设计需求的关系

建立用户需求与设计需求关系矩阵。分析用户需求与办公椅设计需求间的关系，计算办公椅设计需求的权重值并进行排序[13]。

（四）办公椅的“功能—行为—结构”转化模型

依据上述分析提出如图2所示的“功能—行为—结构—效益”转化模型，具体解读如下：

1. 功能—行为转化，将筛选后的子功能转化为具体的实现方法。例如，在办公方式上采用站坐交替式办公，利用升降式系统进行辅助起身设计。

2. 行为—结构转化，分解用户行为方式，将其细化为对应的功能组件，例如，基于用户偏好和行为模式，将升降系统开关设计在扶手前后方，便于操作。

3. 结构—效益转化，将对应功能的组件或结构形式转换成产品痛点，解决实际问题。例如：可调节升降系统是多功能、形式的体现，满足多类办公群体需求。

（五）实验研究

1. 研究样本

选择4种符合国家（中国）及行业标准QB/T 2280-2016办公家具 办公椅相关规范的人体工学办公椅作为实验样本。样本提供了适当的坐姿和相对舒适的坐垫，办公椅和靠背，以及可调节的扶手。研究设计包括4个外观相同但办公椅结构不同的模型。A型办公椅采用模塑软质PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度50mm）；B型办公椅采用模塑软质PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度50mm）；C型办公椅增加了微型弹簧（厚度45mm，直径1.6mm，高度40mm）和模塑软质PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度45mm）组合的办公椅；D型办公椅为板状半硬质PUR泡沫塑料（40kg/m3，厚度45mm）由弹性网制成，样本如图3所示。

通过“用户需求获取”获得用户初始需求。经分析筛选后最终获得36例典型需求。其中36例（女18例，男18例），年龄 20～50岁（平均28.2岁；SD为6.7），高度156～187cm（平均173.6；SD为8.6），体重48～103kg（平均61.9；SD为10.8）参与研究。其工作时间从3个月到20年，坐姿状态多以坐姿为主。受试者被分成9个小组，每组4个。实验前要求被试者填写了自己的健康问卷，结果如下：肩部疼痛11%，颈部疼痛13%，颈椎疼痛14%，胸脊柱疼痛3%，腰椎疼痛5%，髋关节疼痛0%，腿部疼痛，静脉曲张3%，血液循环不良3%，关节疼痛6%，腿部肿胀8%，膝盖疼痛4%，患有痔疮的8%。其中 8人（23%）没有报告任何健康问题，28人（77%）均有健康问题，其中肩颈部位疼痛占比最高。

2. 研究方法及测试程序

每位被试者分别测试4把椅子，每次超过2个工作日，按照预设的方案，分为以下3步。

Step1：受试者调整办公椅至舒适的体位，开始使用办公椅。

Step2：使用3个小时后，填写调查问卷。之后更换办公椅，以两天为一个周期进行测试。其姿势并不固定或控制。通过主观评测对四种办公椅结构及使用者的舒适性进行评估。

Step3：在每把被研究的办公椅上使用两天之后，研究对象需填写一份包含17项陈述的问卷，通过对舒适和不舒适的感觉进行评分，对测试者在实验中和日常办公环境中进行比对来评估办公椅。

3. 研究结果

通过主观调研和客观虚拟分析评估。数据处理采用SPSS 20统计软件。通过多变量方差分析（MANOVA）舒适度和不舒适度主观、客观评价差异的显著性，重复测量两个相邻因子来评价办公椅的舒适性。经设计评估后，各量表上的舒适度得分显著高于各量表上的不舒适度得分。这意味着受试者对所有椅子的评分都是舒适而不是不舒适的。通过实验测试得出：

（1）不同类型的办公椅对舒适度的感知存在差异。

（2）办公椅的结构形式和材料是通过减少坐着时产生的疲劳和疼痛来增加舒适感。

（3）带网的椅子明显比其他椅子舒适，椅面坐垫形状会压迫大腿的血管和神经，受臀部和腿部神经因素影响。

（4）板状PUR泡沫塑料椅（模型D）明显比模塑PUR泡沫塑料椅（模型A/B/C）更舒适，但统计上模塑与板状PUR泡沫椅并没有显著差异。

4. 优化设计

经实验测试发现，有网眼的椅子得分更高，这是由于其框架结构和坐垫连接处没有硬底座。基于情感化理念来解决办公椅的本能层次、行为层次、反思层次3方面的设计。采用QFD法来获取办公椅的用户需求，结合所提的QFD法和情感化理念來进行优化设计，设计了一款多功能需求的办公椅，详见图4。该优化方案具有以下3种特定：

（1）扶手关键尺寸优化，符合办公椅国家标准（QB/T 2280-2016）。扶手内宽尺寸为480 mm，扶手高为160-250 mm。采用5D移动式设计及防滑材质，能有效避免抓握时双手滑落的状况。靠背两侧设有扶手，可上下来回移动，倾斜设计保证了使用者在双手拉动扶手时减少容错率，达到辅助起身的作用。如图5所示。

（2）座垫优化，采用板状半硬质PUR泡沫塑料。其材料具有良好的透气性及易于清洁，可以确保坐姿办公时不会感到太热或太冷。得益于网状材料的强度，可以很好地保持形状。椅面坐垫前端呈瀑布状，其倾斜角度在 5°内，符合人机工学座板相应的运动角度要求[14]。可减轻受压臀部和腿部神经、血管的压力，以此来缓解肩部、背部及腰部的受力点。

（3）“S形”椅背优化，使用JACK仿真模拟分析。设计采用网状PUR塑料材质和S形曲面造型设计，符合人体脊柱的自然弯曲，为腰部提供支撑以缓解疼痛。靠背与座面倾斜度在 90°-115° 之间。一方面为用户办公时提供辅助支撑来维持身体平衡；另一方面能缓解因久坐产生的疲劳，以此来提升用户的整体舒适性[15]。

5. 用户评估

为探究不良工作姿势对办公人员肌肉骨骼损伤（MSDs，Musculoskeletal Disorders）的影响。分析各身高类型用户在使用该椅子时的舒适情况，采用作业姿势分析系统（OWAS，Ovako Working Posture Analysis System）对办公人员因不良姿势而出现的疼痛和不舒适情况进行分析与评估。采用JACK可以用来评估设计方案的坐姿，将办公椅模型导入JackTM人因仿真分析软件中，并创建P5女性、P50女性、P50男性、P95男性虚拟人（Chinese）各一位，以双脚落地的办公坐姿（Seated typing）安置于设计方案模型上，然后使用“OWAS”模块进行舒适度静态仿真评估，使用“Static Strength Prediction”“Lower Back Analysis”和“Metabolic Energy Expenditure”模块进行舒适度动态仿真评估。

“Static Strength Prediction”模块仿真结果显示：4种典型百分位虚拟人在该办公椅模型上以多种办公状态下进行动态模拟时。其Mean Strengths、Angle Values和Torque Values各项指标均显示正常，代表虚拟人的身体受力均匀。满足用户需求获取中所提出的C1-C2（C1 易于使用者办公、C2 便于使用者移动）问题。

“Lower Back Analysis”模块仿真结果显示：4种典型百分位虚拟人在该办公椅模型上以工作中常见的Seated typing姿势进行模拟时，舒适评估结果均为“L1”级，表明各百分位虚拟人的身体姿势自然，不承受具有损伤性压迫。满足用户需求获取中所提出的 C3-C5（C3办公椅操作省力、简便 C4 保持用户坐姿平衡 C5 久坐不易感到疲劳）问题。

“Metabolic Energy Expenditure”模块仿真结果显示：4种典型百分位虚拟人在该办公椅模型上以工作中常见的办公姿势进行动态模拟时，测验结果表明 L4/L5（第四腰椎、第五腰椎）脊椎压力值为 800 N，压力数值远小于NIOSH（National Institute for Occupational Safety and Health）压力极限标准 3400 N，说明人体在使用办公椅时脊椎受力健康，肌肉受力均匀且符合NIOSH标准。表明各百分位虚拟人的办公姿势自然，腰部脊椎等处有明显改善。结合所有舒适性指标，包括肢体、背部和躯干的舒适性指标。满足用户需求获取中所提出的 C6-C7（C6 使用时的舒适性 C7 使用时的安全性）问题。上述仿真结果表明，此办公椅能够为办公人员提供良好的舒适性，有助于缓解疲劳提高办公效率。

结语

通过研究提出了基于QFD法和情感化理念的办公椅优化设计流程，明确了办公椅的设计要素、评价指标以及其权重值，并将权重值较高的要素融入办公椅设计。提出用户需求和情感体验驱动的办公椅优化设计方法，有助于充分挖掘用户需求，为办公椅优化设计提供了参考。通过QFD 法构建数字模型，对同一层级的各项用户需求进行两两比较后通过5级李克特量表对设计方案进行评价。利用 JACK 进行静态和动态仿真分析，验证方案的可行性。

基金项目：四川省哲学社会科学重点研究基地 现代设计与文化研究中心2022年度重点项目（MD22Z005）

参考文献

[1]吴新林，申黎明. 基于人体工程学的办公椅设计研究与办公人员的职业健康[J]. 中国社会医学杂志，2011，28（01）：26-28.

[2]杨宛萤，张福昌.基于人机工程学的办公座椅舒适性设计研究[J]. 包装工程，2017，38（12）：187-181.

[3]莫玲玲，石志新，罗玉峰，等. 针对久坐人群保健办公椅的设计及位置分析[J]. 机械传动，2020，44（06）：84-89.

[4]李永锋，朱丽萍. 基于结合分析的产品意象造型设计研究[J]. 图学学报，2012，33（4）：121-128.

[5]Mueller G F，Hassenzahl M. Sitting Comfort of Ergonomic Office Chairs—Developed Versus Intuitive Evaluation[J]. International Journal of Occupational Safety & Ergonomics Jose，2010，16（3）：369-374.

[6]饒刚，孟庆华，谢威，等. 办公座椅静平衡参数研究[J]. 机械设计与制造，2019（9）：172-175，180.

[7]任英丽，常虹.基于 F-AHP 在坐躺两用办公椅设计中的应用研究[J].包装工程. 2022，43（10）：145-151

.[8]Cohen L. Quality Function Deployment：How to Make QFD Work for You[M]. Addison-Wesley，1995.

[9]中华人民共和国轻工行业标准. QB/T 2280-2016办公家具办公椅[S]. 北京：中国轻工业出版社. 2016.

[10]张磊，石学岗，江黎，等. 办公椅人机工程设计研究综述[J]. 机械设计，2014（6）：97-101.

[11]袁振龙，褚学宁，张磊. 基于虚拟正交试验和改进QFD的产品平台规划方法[J]. 上海交通大学学报，2018，52（08）：52-59.

[12]Won J D. A Study on CMF（Color Material Finishing）Design Quality - Focusing on iF Material Design Award-winning Products[J]. Journal of Digital Design，2014，14（1）：437-446.

[13]Martina Z. Sitting Posture，Postural Discomfort，and Visual Performance：A Critical View on the Interdependence of Cognitive and Anthropometric Factors in the VDU Workplace[J]. International Journal of Occupational Safety & Ergonomics，2003，9（4）：503-514.

[14]管佩弦，李雪艳.办公椅市场调查及人体工学中人文关怀体现[J].设计，2019，32（03）：17-19.

[15]杨海波，姜红梅，王欣.基于人机工程学的健康办公椅设计研究[J].设计，2012（02）：24-25.