多方法集成的双座椅童车设计研究

唐茜，肖聪迪，邵琦，刘艳婷

多方法集成的双座椅童车设计研究

唐茜，肖聪迪*，邵琦，刘艳婷

（湖北工业大学 工业设计学院，武汉 430068）

为解决二孩家庭在使用童车过程中的痛点（如出行费时费力，无法兼顾两名儿童等）问题，梳理用户需求，提出了集成多模态平衡（VACP）/层次分析法（AHP）/质量功能配置（QFD）的二孩童车设计研究。首先，通过实地调研与问卷调查提取二孩出行用户旅程图，基于VACP理论进行童车设计需求的量化与初步筛选，在此基础上应用AHP分析需求权重，确定用户需求重要度；其次，运用QFD确立用户需求与质量特性关系，将设计要素进行聚合性优化，明确设计要求并得到优化方案；最后，利用JACK建立童车虚拟环境以验证方案合理性。针对二孩家庭特殊出行场景，设计座椅结构可调整以增强童车安全性、便捷性；设计智能监测交互功能增强童车互动性。通过JACK仿真验证了创新设计方案的科学性，从侧面印证多方法集成设计方法的可行性，为构建童车产品提供依据与理论创新。

二孩家庭；童车设计；VACP理论；AHP；QFD

2015年我国全面放开生育二孩，中国生育政策进入2.0时代，生育政策的变化对家庭的生育与消费产生积极影响[1]。至2021年，中国童车市场规模达73.97亿元（人民币），比上年增长2.1%。国内学者在童车产品创新设计方面有较多探讨。王军等[2]融合A-Kano与FAST设计方法进行童车创新设计；吴晓莉等[3]利用KJ法与FAST方法建立用户需求与童车功能间的关系；张春红等[4]针对童车现有问题，结合人机工程学产出可转化为脚踏车的童车设计。然而，目前童车研究多数仅限于对童车功能与造型的探讨，针对二孩家庭的童车设计较少。二孩家庭在出行情况上有别于独生子女家庭[5]，因此，在二孩童车安全性、便捷性、互动性等方面应进行深入研究以改善使用体验。在安全性方面，逄智宏等[6]通过对儿童床产品结构进行分析，在儿童床标准制定等方面给出合理化建议；曹艳超等[7]从人体工学角度出发，提出符合人体工学的课桌椅的机械安全要求。在便捷性方面，马骏[8]通过结构创新设计可减轻工作者劳动强度的可调节式医用推车。在互动性方面，刘胧等[9]通过分析老年人与产品交互的生理、心理等因素进行数据分析，得到老年人手机设计模型，陆冀宁[10]以趣味设计作为研究对象，对产品互动层次进行梳理。面向二孩出行场景，如何客观洞察用户需求，据此进行二孩童车的针对性设计，是值得探讨的问题。

二孩需求具有复杂性与多样性的特点，要从需求的全面化、广泛化提取方向着手，加以量化得出需求优先级排序，明确设计目标。张萍等[11]基于多模态交互平衡机制，分析交互负荷并进行针对性设计，验证了VACP理论在设计中的有效性；王雅坤等[12]将AHP方法引入挖掘机操作界面决策评价，验证该方法可以对矿用挖掘机设计进行有效评估；高志来等[13]基于QFD进行桥式龙门铣床横梁结构优化设计。然而，以上单一方法或片面分析需求提取，弱化量化过程，或忽视需求获取，设计无法从通盘角度考虑设计，导致设计偏差。万延见等[14]通过总结复合思维过程模型，验证了多方法集成产品创新设计的可行性及合理性。二孩童车设计不仅涉及需求提取，也涉及需求量化处理及多元需求下的设计要素获取，必须借助多方法集成的方式对二孩用户进行更加细分的需求提取与分析，精准匹配二孩家庭使用场景，进行童车结构与功能创新[15]。

综上所述，文章基于VACP/AHP/QFD对二孩家庭的特殊性进行针对性研究，借助VACP对大量的交互负荷进行筛选，从而针对性地提升交互效率，在此基础上引入AHP分析，通过AHP定性与定量相结合的方式，得到更为明确的二孩童车设计要素，QFD结合需求权重与童车质量特性，明确二孩童车具体设计要求，最后通过JACK仿真实验对设计进行检验。多方法集成的产品设计流程为童车设计提供客观数据支持，提升童车对二孩家庭的适用性。

1 研究方法

1.1 VACP

多模态最早出现在语言学领域，延伸到社会符号学、教育学等多个领域[16]。近年来诸多学者将多模态理论引入设计研究中，李兵等[17]分析各种多模态输入整形器的抑振特性和选用原则，分析机器人抑振综合性能。

VACP理论是由麦克科拉肯（McCracken）和奥尔德里奇（Aldrich）在多模态理论基础上提出的。VACP理论将视觉（V）、听觉（A）、认知（C）和动作（P）等4种资源下分别可能发生的行为进行穷举，对资源占用程度进行打分，分数越高证明其交互载荷越大。基于VACP理论，本文构建了二孩家庭出行多模态交互平衡机制，通过VACP标准量表对二孩出行时家长及儿童行为进行量化，筛选出童车使用场景中交互任务负荷较强的几个环节，并进行针对性设计。

1.2 AHP

层次分析法由萨蒂（Saaty）教授于20世纪70年代提出，这种分析方法将定性判断与定量计算有效结合。运用层次分析法解决实际问题。AHP可以将决策过程中定量与定性因素有机结合，通过比较判断矩阵的建立，排序计算和一致性检验得到的结果具有说服力[18]。梳理二孩童车设计需求的准则层与指标层，建立二孩童车设计需求层次分析结构。

1.3 QFD

质量功能配置由日本质量专家于20世纪70年代提出。它可以保证将顾客要求准确地转换为产品设计要求（具有的功能、结构等）。质量功能配置（QFD）的核心是质量屋。通过构造QFD质量屋，把童车用户需求转换为相应的生产技术要求，明确二孩家庭设计要素与童车质量特性要素关系，为产品设计提供准确的技术支撑与约束指标，以二孩童车用户需求为出发点，满足用户需求。

多方法集成的双座椅童车设计研究以双钻模型为指导，通过VACP/AHP/QFD多方法集成的方式进行二孩童车设计的发散-收敛-再发散-再收敛流程。第一阶段，通过实地调研与问卷调查分析二孩家庭（童车适用年龄通常为0～4岁，因此调研主要面向0～4岁且二胎间年龄差为1～3岁的二孩家庭）的使用场景，将二孩家庭出行的场景及触点进行整理。第二阶段，通过VACP重构童车使用场景，将童车使用场景下的动作进行评判，筛选童车使用过程中交互负荷较大的行为，以此为基础建立AHP用户需求层次结构，分析用户需求权重。第三阶段，将所得到的用户需求权重与童车质量特性相结合，通过QFD明确童车设计要求，构建QFD质量屋，得到设计目标并把控设计方向，避免设计偏差，通过发散性创新产出草案。第四阶段，通过7点标度打分法，结合专家意见明确童车设计要素，使用JACK仿真实验进行设计验证，完成二孩童车创新设计。技术路线见图1。聚焦二孩家庭出行场景，通过多方法集成方式提炼二孩家庭相较传统一孩家庭特殊的设计需求，指导设计产出。

2 二孩家庭童车设计需求调研与分析

2.1 童车使用场景下的用户需求

进行用户需求分析的前提是充分了解童车使用的全部流程。本研究采用实地调研与问卷调查方式进行前期调研，在线下选取80名0～4岁二孩儿童的家长作为调研对象，采用焦点访谈方式对二孩家庭基本情况及出行情况进行面对面交谈，在交谈过程中进行录音，同时邀请童车设计领域的4名产品经理进行半结构化访谈，访谈过程中进行记录；通过线上平台发放127份二孩家庭关于出行情况的调查问卷，成功收回121份问卷，将访谈资料与问卷的原始资料进行整理，提取出二孩家庭在出行及使用童车过程中的用户行为、场景及感受等，并将其转化为痛点与机会点。结合当下二孩时代的出行场景，以二孩家庭为主要使用群体，将童车使用场景分为出行准备、出行中、到达目的地和回家后四个场景，将整理后的资料汇总为用户旅程图，见图2。

逐层分解童车使用场景，对卧室、外出规划、下楼、路口、街道、活动、休息、婴儿下车、收拾物品、推车收纳和清洗消毒等童车触点进行发散性思维，分析童车用户行为，总结童车痛点与机会点。得到用户初步需求，分别是：1-放置出行所需物品、2-出发前检查安全扣、3-设定出行路线、4-乘坐交通工具、5-安全推行、6-注意路况信息、7-身体状态检测、8-注意婴儿车状态、9-位置感知、10-上下楼梯、11-上下电梯、12-上下车、13-二孩间互动、14-亲子互动、15-照顾婴儿、16-防走失、17-停放婴儿车、18-收纳婴儿车、19-清洗婴儿车、20-维修保养婴儿车。

2.2 基于VACP理论的童车需求分析

在VACP模型中，每一个字母代表一个资源，V为视觉，A为听觉，C为认知，P为动作。根据前期调研所得出的初步需求，结合VACP标准量表（见图3），对每个操作层级从视觉（V）、听觉（A）、认知（C）、运动（P）等4个方面进行打分汇总，在VACP模型中，分数越高意味着交互资源被占用的程度越高，用户所需要花费的精力也越大。

根据量表进行打分，得到童车产品用户的VACP资源量化需求，见图4。依据各个操作层的VACP资源量化需求数值，筛选出其中12个交互负荷较大的作为主要设计需求点，分别是：1-安全推行（20.9）、2-二孩间互动（20.4）、3-亲子互动（20.4）、4-照顾婴儿（20）、5-身体状态检测（19.4）、6-防走失（16.9）、7-注意路况信息（14.5）、8-维修保养婴儿车（13.2）、9-关注婴儿车姿态（13.1）、10-设定出行路线（12.8）、11-位置感知（11.6）、12-清洗婴儿车（11.6）。据此对童车初步需求进行整理。为方便后续研究，将整理所得结果标注为1-12，见表1。

图2 用户流程图

图3 VACP标准量表

2.3 基于AHP层次分析法的需求深入分析

2.3.1 构建层次分析模型

依据前期用户需求调研，筛选出12个二孩童车设计需求点，邀请15名二孩家长现场参与设计需求整理，结合家长意见将设计需求归结为三类，安全性（安全推行、防走失、注意路况信息、位置感知）、互动性（二孩间互动、亲子互动、照顾婴儿、身体状态检测）与便捷性（维修保养婴儿车、关注婴儿车姿态、清洗婴儿车、设定出行路线）。通过专家访谈建立了童车设计需求层次分析结构（见图5）。目标层为基于二孩家庭出行的设计需求（）；准则层为安全性（）、互动性（）与便捷性（）。

通过建立二孩童车设计需求层次分析结构，来确立各个层级之间关联性，明确了童车设计的具体方向,计算目标层与各个准则层设计需求权重并进行排序，通过排序后的权重指导后续设计。

2.3.2 二孩童车需求要素权重分析

图4 VACP资源量化需求

表1 用户初步需求

Tab.1 Initial user needs

1）对判断矩阵进行正规化，即

2）各列正规化后的判断矩阵按行相加，即

3）再对向量=[1,2,…,v]T进行正规化：

这样得到的向量[1,2,…,]T即为权重向量。

结果见表3～6。

图5 童车设计需求层次分析结构

Fig.5 Hierarchical analysis structure of stroller design needs

表2 1～9标度法

Tab.2 1～9 scale method

表3 二孩童车设计总需求判断矩阵

Tab.3 Judgment matrix under the total design need of two-child stroller

表4 二孩童车安全性判断矩阵

Tab.4 Judgment matrix of under the safety of two-child stroller

表5 二孩童车互动性判断矩阵

Tab.5 Judgment matrix under the interaction of two-child stroller

表6 二孩童车便捷性判断矩阵

Tab.6 Judgment matrix under the convenience of two-child stroller

2.3.3 一致性检验

为了避免在层次排序中出现因素两两对比时自相矛盾的现象，需要进行一致性检验，步骤如下：

首先，计算一致性指标C：

式中：R为平均随机一致性指标，见图6。当C<0.10时，一致性检验通过。反之调整并重新计算[20]。经过一致性检验，可知表2～5的判断矩阵一致性检验C均小于0.1，见表7。检验结果符合要求。

图6 平均随机一致性指标

表7 一致性检验结果

Tab.7 Consistency test results

2.3.4 层次权重总排序

将得到的12个需求权重排序汇总（见表8），排序结果如下：亲子互动、安全推行、二孩间互动、照顾婴儿、防走失、注意婴儿车状态、身体状态检测、注意路况信息、设定出行路线、清洗婴儿车、位置感知、维修保养婴儿车。将排序的需求权重导入QFD模型，建立质量功能配置屋，为设计提供技术支撑与指引。

表8 二孩家庭童车需求权重分析

Tab.8 Weight analysis of stroller need in two-child families

3 基于QFD的双座椅童车设计

3.1 建立质量功能配置屋

QFD设计方法，将用户主观需求转化为具体设计要求，提升用户的使用满意度。依据需求层次分析结果，结合童车结构技术特性进行质量功能配置屋的构造工作。其中，为了降低童车结构获取的片面性，通过查阅相关文献与专利，收集童车技术特性相关资料，经过整合汇集为具体的设计要求，去除同质性词语后共得到20个初步设计要求，为了保证设计的客观性与实用性，再次询问之前受邀请参与前期调研的2名高校教授及2名产品经理的意见，再次筛选后得到10个设计要求，见图7。

在得到二孩家庭出行用户需求权重与童车设计要求后，构建二孩童车用户需求与质量技术特性之间的质量屋，建立关系矩阵。黑色圆值为5，表示强相关；白色圆值为3，表示中相关；三角值为1，表示弱相关；空白值为0，表示无相关。根据公式（7）计算出技术需求重要度的绝对权重和相对权重。

式中：w为技术需求绝对权重，P为相关性系数，k为技术需求相对权重。具体见表9，明确童车关键设计要求，为之后的产品创新设计提供指导。

3.2 关键性设计要素提取

依据分析出的各个模块权重排序进行设计指导，得出如下结论，在二孩家庭双座椅童车的设计研究中，需要着重考虑用户在出行互动（20.17%）、座椅舒适度（14.36%）、远程交互（13.47%）、信息显示（13.21%）、危险报警（5.11%）的需求，辅以其他模块进行设计，有效满足用户切实需求，提升用户满意度。

图7 设计要求整理

表9 QFD关系矩阵

Tab.9 QFD relationship matrix

3.3 基于设计要求的多方案创新设计

根据以上设计要求，以较为重要的设计要素（出行互动、座椅固定、远程交互、信息显示、危险报警模块）为切入点进行基于双座椅的童车发散性创新，在大量草图方案论证基础上，依据需求权重进行草案初步筛选，得到三款设计草案，分别是座椅上下可调节，方便互动的方案a；结构较为传统，两座位整合至一个座椅，中间用隔板作隔断的方案b；注重婴儿隐私，两座椅以同一方向排列的方案c，见图8。

图8 多方案创新设计

3.4 设计方案分析

为了验证设计方案满意度，挑选出最优设计方案，将方案a、方案b、方案c进行比较，对设计方案进行解释说明，以问卷形式分发至工业设计学院师生及有童车使用经验的二孩家庭，共发放200份问卷，回收196份。本次打分采用7点标度（3非常满意、2很满意、1满意、0中等、–1不满意、–2很不满意、–3非常不满意）语义差异量表，设计需求为H1-简洁的操作、H2-智能化、H3-出行安全、H4-合理的结构、H5-舒适的外观、H6-出行便利程度、H7-亲子互动，取打分平均值（精确到小数点后两位），评分越高说明用户满意度越高。对评分结果进行汇总统计，结果见表10。

通过打分结果可知，方案a总分最高，为17.08分，因此选择方案a进行设计扩展对象。对方案a打分结果进行分析，其在“出行安全”“合理的结构”“舒适的外观”方面满意度较低，需要进行针对性的修改。方案a在以下层次进行改进。

1）在出行安全方面，适当调整座椅高度，以免遮挡视线；拉长车轮轴距，增强行进过程的稳定性；运用智能化设备，提供诸如危险预警、智能语音导航等支持。

2）优化车架结构，在车身中部增加转轴结构便于使用者调整童车重心，运用支架增强车轮与车身处连接强度。

3）座椅进行优化设计，考虑座椅内部空间舒适度，座椅扶手造型优化。

表10 设计方案打分结果

Tab.10 Scheme scoring results

4 双人童车设计方案

基于前期调研与分析提取的关键性设计要素，在数据分析与技术发展的指导下完成设计。与传统童车相比，双座椅童车设计面向儿童年龄为0～4岁，二胎间年龄差异在1～3岁的二孩家庭，聚焦于二孩时代家庭出行需求，在结构、交互等方面进行创新设计，具体设计方案见图9。

4.1 双人童车结构设计

根据前期分析，双人童车在结构上应以亲子互动性和座椅舒适度为重点设计要素进行设计。童车整体为白灰配色。车架为Y型结构设计，前端车架向前延伸。婴儿座舱为方形半包围设计，侧面扶手及围挡围绕座舱壳体分布，坐垫置于座舱壳体之上，以插销结构连接，可快速拆洗。摄像头及语音设备集成于座舱前把手处，温度及感应芯片安置在座椅中段座垫处，两个婴儿座椅高低配置在婴儿车前后段。小型触摸屏位于车架扶手处，家长通过此设备掌控童车状态及进行交互操作。

在Y型车架结构三点交汇处设置转轴结构，通过旋转调整车架角度带动座椅移动。在推行过程中，两座椅高低排列，婴儿以躺姿置于座椅中，两名婴儿之间相对独立，为婴儿提供更多私人空间，也避免两孩子因为嬉戏打闹影响出行安全；在到达目的地后，从扶手处向下按压，转轴带动车架旋转，左侧上下两根车架向中心聚拢，两座椅位置平行，两名婴儿面对面，便于交流互动，且家长更易看管与照料，具体可见图9中的童车双模式使用场景图。

图9 双座椅童车设计方案

4.2 双人童车交互设计

交互设计的最终目标是给用户带来更舒适的体验，双座椅童车交互设计以家长与儿童两个设计对象为出发点，从以下三个方面进行童车交互设计。

1）温度检测模块。通过内置温度芯片实时监控婴儿体温，如有体温异常情况，通过扶手前端的小型触摸屏提醒家长进行处理。

2）危险检测模块。座椅下方埋入压力感应芯片，通过座椅压力变化，分析婴儿动作幅度，若出现一侧压力过大或压力变化幅度过大的情况，及时分析及预测是否存在儿童掉出婴儿车或被拐跑的风险，通过震动及报警将危险信号传递给家长。安全扣设计磁力感应，实时检测安全扣松紧程度，防止安全扣脱落或婴儿自行解开安全扣等意外发生。

3）远程互动模块：在扶手前端放置摄像及语音设备，可以将婴儿图像信号和语音信号反馈给因工作无法照顾婴儿的家长手机终端中，家长可以通过手机掌握婴儿状态，并通过语音交互进行对话。

童车界面设计以三级界面为架构，包括一级界面（主界面）；二级界面（菜单栏）；三级界面（导航、座椅状态、天气、出行模式、目的地模式和来电显示）。通过语音及触屏方式进行交互，减轻家长在带孩出行过程中的交互负担，保障出行的安全性。

4.3 双座椅童车人机仿真分析

分析前期所得设计要求，出行互动性和座椅舒适度在双座椅童车的设计权重较高，需要考虑婴儿在童车中不同动作及姿态下的舒适度，对其进行重点分析。选择JACK仿真软件对婴儿不同姿态下的舒适度进行模拟分析，将建模数据导入JACK软件中，分析产品使用过程中符合设计目标群体的人与产品的交互，检验设计合理性并获得有价值的结果。

双座椅童车仿真分析以1岁儿童作为仿真对象，建立身高数据70 cm，体重数据10 kg（1岁婴儿身体平均数值）的人体尺寸数字人，对双座椅童车进行姿态匹配与人机分析，选取两种代表性姿态进行舒适度分析，分别是出行模式座椅上下布置，婴儿呈躺姿；目的地模式座椅平行布置，婴儿呈坐姿。仿真实验过程见图10。

图10 双座椅童车仿真实验流程

将rhino中建立的三维模型导出为STL格式，导入JACK中；建立数字人，根据童车实际使用情况，将建立的婴儿数字人与童车两种使用模式进行姿势匹配，抽取自然姿势下的婴儿瞬间动作作为关键帧进行姿势分析。

使用Porter数据库对婴儿两种姿势进行分析，该数据库定义了数字人不同体型下的关节合理弯曲度，由仿真结果可知，童车在坐姿与躺姿两种姿态下的关节弯曲角度均在合理范围内。

使用Reach Zones工具分析可达域，观察分析数字人在腰部与肩部驱动下，双手可以达到的范围。通过可达域分析得出结论，在童车目的地模式下的坐姿状态下，座垫侧部扶手、童车护栏扶手均在婴儿可达域范围之内，说明婴儿在坐姿状态下可以抓握扶手与护栏；在童车出行模式下的躺姿状态下，童车护栏扶手在婴儿可达域范围之内，说明婴儿可以借助护栏扶手达到躺姿、坐姿的转换。

使用静态强度预测工具，从动力学角度根据姿势、运动要求和人体测量学评估姿态静态受力强度，得出SSP评价表，根据仿真结果可以看出，婴儿两种姿态下的姿势静态受力强度评价趋近于100分，说明婴儿可以以一个较为舒适的姿态坐或躺在婴儿车内。

通过JACK人机仿真分析，验证了在不同姿态下双座椅童车都能提供较为舒适的乘坐环境，双座椅童车结构设计较为合理，改善了二孩共同出行场景下的婴儿使用童车的乘坐体验。

5 结语

文章聚焦二孩家庭出行场景探究了集成VACP/ AHP/QFD的双座椅童车设计方法。有别于传统童车设计流程，VACP/AHP/QFD研究方法满足了二孩时代下家庭出行的实际需求，使用VACP以童车场景中交互负荷为标准进行需求筛选，通过AHP建立需求层次模型，运用QFD明确设计要素，在此基础上进行方案创新，通过人机仿真分析验证了双人童车设计实践的可行性及有效性，通过结构创新解决使用过程中的安全性及便捷性问题，通过引入智能交互系统解决使用过程中的交互性问题。研究证明，基于多方法集成的双座椅童车设计研究可以有效帮助设计师进行思维发散及收敛，在面向诸如二孩家庭等需求特殊的群体进行设计时，可以获得客观且合理的设计指导。双座椅童车设计方案提升了出行过程中家长与婴儿的使用体验。通过总结反思，认识到双座椅童车研究在质量特性技术方面可以借鉴更多智能交互产品，在未来研究中，应深入优化设计方案，通过可持续设计、模块化设计等拓宽使用人群，进一步助力新时代下的二孩家庭对童车的诉求。

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Design of Two-seat Strollers Based on Multi-method Integration

TANG Qian, XIAO Congdi*, SHAO Qi, LIU Yanting

(School of Industrial Design, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

The work aims to sort out user needs and propose a two-child stroller design method which integrates multi-modal balance (VACP), Analytic Hierarchy Process (AHP) and quality function configuration (QFD) to solve the pain points of using strollers for families with two children, such as time-consuming and labor-intensive travel, and the inability to take care of two children. First, the user journey map for two-child travel was extracted through field research and questionnaires. The stroller design needs was quantified and initially screened based on the VACP theory. On this basis, AHP was applied to analyze the need weight and establish the importance of user needs. Then, QFD was used to create the relationship between user needs and quality characteristics, the design elements were aggregated and optimized. The design requirements were clarified and an optimization plan was obtained. Finally, JACK was used to establish a virtual environment for the stroller to verify the rationality of the plan. For the special travel scenarios of families with two children, the seat structure was intended to be adjustable to enhance the safety and convenience of the stroller. Intelligent monitoring and interactive functions could be designed to enhance the interactivity of the stroller. Through JACK simulation, the scientificity of the innovative design solution is verified, and the feasibility of the multi-method integrated design method is confirmed from the side, providing a basis and theoretical innovation for building stroller products.

two-child family; stroller design; VACP theory; AHP; QFD

TB472

A

1001-3563(2024)08-0199-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.022

2023-12-24

人工智能背景下工业设计专业教学模式研究与探索（21Q075）

通信作者