基于KANO 模型和QFD 需求轉化的車載滅火器設計研究

（武漢理工大學，湖北 武漢 430000）

1 引言

隨著人們出行需求增加，擁有汽車人群逐漸增多，同時汽車火災事件出現頻率也隨之增長。《安全生產法》中規定要求所有車輛都需配備車載滅火器。車載滅火器成為火災事故中最為必要的防控手段。初期火災現場中滅火器的作用至關重要，正確使用滅火器能夠減少火災中人員傷亡、財產損失。目前車載滅火器的市場相對匱乏，且目前市面上的車載滅火器大多沿用傳統滅火器的造型和使用原理，沒有結合應急情境下人的無意識反應和用戶的使用體驗進行改良。李青青等人提出對手提式滅火器設計進行改良，龐雷等人針對家庭場景提出了交互式智能化的家用滅火器設計，曾棟等人構建用戶心理模型來指導滅火器的設計。而對于車載滅火器的設計研究仍然匱乏，本次研究期望設計出一種符合要求規范、滿足用戶需求、可在危急情況下使用的車載滅火器。將用戶的不定性描述通過KANO 模型進行轉化，引入QFD 中進行產品特性的判斷矩陣中，為車載滅火器的設計提供量化依據和設計創新點參考。這種方法能將“原始需求者”——用戶、“需求表達者”——設計師和“需求實現者”——工業生產相統一。

2 KANO 模型與QFD 轉化提取

2.1 KANO 模型

KANO 模型由日本東京理工大學著名質量管理專家卡諾教授，基于赫茲伯格的雙因素理論提出。該模型建立了產品質量特性與用戶滿意度的雙維度認知模型，可用于分析用戶需求對用戶滿意度產生的影響。該模型將用戶的需求分為五類，包括必備型、期望型、魅力型、無差異型和反向型。必備型需求為用戶提供最基本的功能；期望型需求中用戶的滿意度與產品需求相關，是產品主要功能以外的增加用戶好感的功能；魅力型需求能夠為用戶帶來新的體驗或增加產品的吸引力；無差異型需求提供與否不會影響用戶體驗；反向性需求指該功能的提供程度與用戶滿意度呈反比。如表1 所示。KANO 問卷通過正反兩方向的提問獲取用戶需求的效用，分別得到用戶在面對某項需求被滿足與不被滿足時的態度評價。

表1 KANO 評價表

KANO 模型的應用能對用戶需求進行優先性排序，在車載滅火器的設計中，通過調研得出模糊性的一級需求指標，利用KANO 模型設置問卷歸類二級指標，收集用戶問卷反饋進行分類評價，得出用戶對車載滅火器的需求指數，建立敏感系數，評價車載滅火器的產品特性對用戶的敏感程度，為QFD 目標矩陣提供初始優先度排序，并在車載滅火器設計中滿足用戶所需。如表2 所示。

2.2 質量功能展開（QFD）

QFD 是20 世紀60 年代發源于日本的一種兼有定性、定量分析的質量控制方法。核心思想是從產品特性，主要描述產品為滿足顧客的需求采用的技術手段。主要目的是便于設計和生產的過程中能夠將用戶需求進行科學轉化。質量功能展開在“原始需求者”，即用戶階段，能夠將用戶的要求通過目標矩陣判斷轉化為產品特性定義；“需求表達者”，即設計師進行設計階段，能夠將用戶所需的產品特性轉化為產品制造工藝過程；“需求實現者”，即工業生產加工階段能夠保證產品從零件、加工手段上滿足用戶需求。在整個產品設計和開發過程中，質量功能展開是需求粗略表達到需求準確實現的橋梁。車載滅火器的設計中，運用一級質量屋，即“產品規劃矩陣”，量化分析用戶需求與設計要求的關系。

通過市場調研及用戶樣本篩選，運用KANO 模型輸入QFD 產出工程設計措施重要度的流程如圖1 所示。

表2 KANO 問卷指標

圖1 需求提取輸入流程圖

3 “質量屋”構建

3.1 KANO 問卷分析及需求排序

通過對車載滅火器的前期調研，將小型汽車用戶需求關注點分為安全性能（A 類指標）、使用操作（B 類指標）、體積位置（C 類指標）及外觀樣式（D 類指標），在各類性能下進行二級需求指標細分。發放了《關于小型汽車車載滅火器的調研報告》共300 份問卷，填寫問卷的樣本人群為25～60 歲的小型5 座汽車擁有者，居一線或二線城市。回收254份問卷，有效率為79.53%。克朗巴哈α值為0.794，說明問卷可信度較好。對收集后問卷進行分類評價，統計一級需求指標下各項需求的變化趨勢，主要觀察必備型需求（M）、期望型需求（O）、魅力型需求（A）的變化趨勢。計算歸納出的排序后敏感系數模型如表3 所示。

表3 各項需求敏感系數

SI系數表示增加此功能后的滿意系數，DSI表示消除此功能后的不滿意系數。根據系數在圖中的落點表示四項不同類型的需求，SI＜0.5&DSI＞0.5 為必備型需求；SI＞0.5&DSI＞0.5 為期待型需求；SI＞0.5&DSI＜0.5 為魅力型需求；SI＜0.5&DSI＜0.5 為無差異需求，如圖2 所示。

從一級需求指標下分類，安全性能下7 類二級需求的必備型需求平均占總體需求的47.52%，安全性能中的防誤觸功能、瓶身易穩定、充裝材料安全、瓶身材料安全、瓶體耐熱性及配備保險銷均落在必備象限之中。其中僅有氣體氣味需求落在期待象限中，代表用戶期待了解充裝的氣體氣味，但并不會影響用戶對產品的好感度。使用操作需求中，不出現復燃、滅火范圍合適、滅火速度快屬于必備型需求；打開方式的便捷性和操作距離合適屬于期待型需求；滅火器能夠配備別的逃生工具屬于魅力型需求，說明滅火器的操作方式對用戶至關重要，提升用戶操作的便利性和操作過程的安全性很重要。體積放置需求中，瓶身的大小合適和容量足夠都屬于魅力型需求，而合適的放置位置，屬于期待型需求，且SI系數和DSI系數都偏高，說明用戶在這個方面的需求需要得到極大滿足。外觀樣式方面顏色符合審美屬于用戶的魅力型需求，外觀色彩可成為用戶喜愛產品的原因。易于拿握屬于期待型需求，目前市面上的大部分滅火器都存在難以拿握和使用的問題，解決這個問題用戶的體驗能得到極大提高。

圖2 敏感系數坐標圖

3.2 QFD“質量屋”構建

為保證設計質量，使造型設計滿足技術功能的需求，首先進行用戶需求歸類，并提煉轉化為與造型設計相關的需求質量。將“原始需求者”“需求表達者”及“需求實現者”之間搭建起關系，優化設計和保證產品開發。

首先通過KANO 模型的問卷整合結果，計算出各用戶需求的權重，運用QFD 模型，將用戶需求精準的轉化為產品特性，通過產品特性和用戶需求類型雙維度的評估來進行滅火器的設計。

3.2.1 KANO 模型的權重求解

根據調查所得數據，通過功能屬性歸類的百分比公式分別計算，觀察魅力型需求（A）、期望型需求（O）、必備型需求（M）及無差異需求（I）在用戶對第i種用戶需求中的比例，分別記為Ai、Oi、Mi、Ii。

式（1）（2）中：SI為產品滿足此項需求后的用戶敏感系數；DSI為產品不滿足此項需求后的用戶敏感系數。

設第i項用戶需求的權重為ωi：

根據調查所得數據求出每種用戶需求，得到權重排序表，如表4 所示。

表4 用戶需求權重排序表

通過對各項用戶需求的權重進行求解，在四項需求類型中進行排序，得出最大值。在必備型需求中，權重最高的三項是放置位置合適、無過多殘留物、不出現復燃。在魅力型需求中，前三項為防誤觸功能、滅火范圍合適、瓶身易穩定。在期待型需求中，打開方式方便、可用容量足夠、瓶身材料安全。必備型的每一項需求是必須滿足的，期待型前三項可滿足用戶使用體驗，魅力型可結合用戶需求提升使用體驗。

3.2.2 基于QFD 的產品特性求解

根據“左墻”顧客需求及“天花板”工程措施兩者的關系評價出關系度rij，分為1、3、5、7、9 級五個關系度，計算出每項措施的重要度hj，在工程技術措施重要度hj的排序基礎上進行滅火器設計。

其中：

式（3）中：j=1，2，…，n，為產品特性數；i=1，2，…，m，為用戶需求數。

求得QFD 一級目標矩陣，如表5 所示。

根據求解出的各項工程技術措施重要度，給各項產品特性排序，前六項hj排序為：操作設置＞人機交互＞操作距離＞有效滅火距離＞存儲要求＞防誤觸設計。其中各項產品特性下與用戶需求關系度rij為9 的項為：操作設置對應B1（打開方式方便），人機交互對應B1（打開方式方便）、D2（易于拿握），操作距離對應B4（操作距離合適），有效滅火距離對應B4（操作距離合適），存儲要求對應C2（可用容量足夠），防誤觸設計對應A1（防誤觸設計）。

表5 QFD 一級目標矩陣

4 車載滅火器設計實踐

在基于對車載滅火器的KANO 模型和QFD“質量屋”的需求研究中，設計實踐主要通過前六項工程技術措施重要度在產品設計上的權重，結合用戶需求相關度排序，綜合產品應有的性能來進行設計，最終確定符合用戶需求的車載滅火器，如圖3 所示。

圖3 車載滅火器

4.1 操作設置及人機交互

操作設置及人機交互中共同對應的用戶需求是B1（打開方式方便），屬于期待型需求。滅火器應盡可能使其功能內置、易用、簡潔，減少導致用戶易誤操作的誤區。對外觀和操作進行優化遵循《設計心理學》中指出的簡化任務的結構，而不改變任務的結構。

氣壓表顯示拋棄傳統的氣壓表，而通過一體成型的工藝將氣壓表內置于瓶身，通過刻度可視化引導用戶檢查，如圖4 所示。傳統滅火器使用步驟為“一拔出保險銷，二托住瓶體，三用力按壓”。用戶托住瓶體進行操作時，傳統滅火器呈圓柱形且半徑較大，難以托舉瓶身。人機交互過程應方便用戶拿握，瓶身最大半徑為3 cm，用戶可輕便提起，單手拿握，如圖5 所示。滅火器上部內置提手，便于用戶提起使用。用戶用力按壓滅火器以噴射滅火時，由于著力點和力道因人而異，與操作匹配的反饋效果并不佳，通過上下推動氣壓表圈內按鈕來引導用戶調節噴出大小和壓強更佳直觀。

配色采用易識別的正紅色和橘色手提帶，可見光譜中，紅色和橘色光波長，在距離較遠或黑暗情況下更容易被識別，橙色能夠起到提醒的作用。

圖4 氣壓表顯示

圖5 提起使用

4.2 操作距離及有效滅火距離

操作設置和有效滅火距離對應的用戶需求是B4（操作距離合適）。在調研使用操作的問卷過程中，用戶對于滅火器噴出物質大小控制有必備要求，對于用戶這一需求應滿足自然匹配原則。自然匹配指利用物理環境類比和文化標準理念設計出讓用戶一看就知道如何使用的產品。傳統滅火器的打開方式是用力按壓交叉處，而初次或不常使用的用戶，利用按壓方式難以自然匹配控制大小調節功能。通過上下滑動的按鈕調節瓶內氣壓控制噴出流量，用戶使用時通過自身習慣對流量形成感知，如圖6 所示。當操作距離大于2 m 時屬于安全距離，用戶可在安全距離外，通過對按鈕1 的調節短按切換點射和散射模式，根據不同火勢調節噴射模式。點射模式對應火勢集中情況，壓強更集中，距離更遠。散射模式對應火勢范圍大，整體撲滅火勢。

圖6 兩種模式操作方法

4.3 存儲要求及防誤觸設計

存儲要求和防誤觸設計對應的用戶需求是C2（可用容量足夠）、A1（防誤觸設計）。可用容量要充分考慮火災撲滅用量及車內空間。傳統滅火器中拔出保險銷這一環節運用心理模型時人對滅火器這一外部知識的認知不足，容易導致操作緩慢或操作不當。而防誤觸的設計，要引導用戶通過更易用的方式打開滅火器。

通過對水基滅火器的原理和滅火級別的調研，發現一次小型五座汽車火災需要耗費的水基為500 mL 左右。對車內空間調研發現，體積合適和放置位置是車內狹窄空間內重要考慮因素。常用的放置位置排序為副駕駛前方抽屜、車門儲物格、車座位下方、車靠背后方、駕駛人右手扶手箱上、車后備箱。其中副駕駛前抽屜、車門儲物格、駕駛人扶手箱占比權重分別為33.22%、25.74%、23.68%，占比最高。小型轎車三處空間大小，去除無效數和極端數長寬及深度的最小值為30 cm、8 cm 和6 cm。為易于放置，仍采用圓底，上端收口減小空間，比較穩定，不同放置位置演示如圖7 所示。

圖7 不同放置位置演示

而防誤觸功能要求人在緊急情況下能通過無意識反應的操作狀態來展開，人在危急情況下的心理結構與平時有所不同，將無意識的行為轉化為可見之物應用在產品上，使產品符合人們習慣的操作順序和行為方式。保險銷可長按按鈕3 s 以上開啟閥門，在無意識情況下拔出閥門更容易、方便。用戶期望配備其余逃生工具這項必備型需求權重為0.677，因此增加安全錘于滅火器底部，便于用戶逃生取用，應對危機情況中出現的逃脫問題。

5 結語

本文運用KANO 模型建立質量原型，結合QFD“質量屋”對車載滅火器的設計要素進行研究。分析了車載滅火器各項用戶需求的指標，識別出各項指標的敏感性系數得到權重，并對四項需求進行排序，運用QFD 模型分析工程技術措施重要度，并得出關鍵指標進行優先度排序，進而對車載滅火器展開創新設計。運用KANO 與QFD 在保證用戶需求的同時，使工程措施在設計過程中得到更高效結合，為車載滅火器的創新設計提供新的思考，期望能應用到實際生產中，以減少汽車火災事故。