IFS-KAQ 用戶需求分析方法研究與應用

張峻霞，徐國良

(天津市輕工與食品工程機械裝備集成設計與在線監控重點實驗室，天津科技大學機械工程學院，天津300222)

隨著市場競爭的加劇和產品生命周期的不斷縮短，新產品設計與開發方法已成為企業應對市場競爭的有效手段。隨著科技的快速發展，新產品設計與開發也成為一個多樣化和復雜化的綜合過程[1]。Anderson 等[2]發現，用戶對產品的滿意度每增加1%，產品平均投資回報率會增加2.37%，而滿意度每減少1%，產品平均投資回報率會減少5.08%。因此，如何在產品設計與開發過程中提升產品的用戶滿意度是企業在激烈的市場競爭中取得成功的關鍵。

在面向用戶滿意度的新產品設計與開發過程中，獲得準確的用戶需求及其類別至關重要，這決定了新產品開發的成敗[3]。近年來，隨著互聯網用戶規模的不斷擴大，越來越多的研究關注了用戶需求分析方法的應用。Law 等[4]結合用戶體驗設計和情境分析方法，對某款在線購物網站進行全面評估和改進，提高了用戶的滿意度和忠誠度。Foldesi 等[5]通過應用模糊數和Kano 模型獲得具有財務約束的最大用戶需求。Wu 等[6]開發了連續模糊Kano 模型，更準確地分析用戶需求的模糊性。此外，還有一些研究探討了用戶需求分析的新方法和新技術。Kuhl 等[7]提出不同的個性化策略，滿足客戶的個性化需求，并強調了每種策略所引發的復雜性、解決方案、由此產生的客戶利益和局限性。Chen 等[8]提出一種評估可持續價值需求的混合模型，并在產品服務系統中證明了該模型的可行性和潛力。綜上所述，用戶需求分析方法的應用和發展越來越被重視，相應的研究方法和手段也越來越多、越來越先進。但是，目前的研究仍然存在一些挑戰和問題，例如僅從單一角度對用戶需求進行分析，無法獲取用戶真實需求，不能有效整合多種數據和信息等[9]。為了獲取用戶真實需求，提升新產品設計與研發中決策的準確程度及決策結果的可靠性，本研究提出一種融合Kano 模型、層次分析法(AHP)、質量功能展開(QFD)方法與直覺模糊集(IFS)的用戶需求分析方法(簡稱IFS-KAQ)，從多角度對用戶需求進行分析評價，精準獲取用戶的真實需求，得出準確的產品設計與研發的決策信息，并用于指導新產品的設計方案，從而提升用戶的滿意度。

1 基于IFS-KAQ的用戶需求分析

1.1 Kano模型

Kano 模型是東京理工大學教授狩野紀昭發明的對用戶需求分類和優先級排序的設計工具[10]。該模型通過對需求的滿意度、具備度進行二維分析，將需求劃分為必備型需求、期望型需求、魅力型需求、無差異型需求、反向型需求，如圖1 和表1 所示，其中A 表示魅力型需求、O 表示期望型需求、M 表示必備型需求、I 表示無差異型需求、R 表示反向型需求、Q表示可疑結果。針對用戶需求對用戶滿意度的影響的分析表明，產品性能與用戶滿意度之間存在非線性關系[11]，但關于人類感知和偏好的信息往往是模糊和不確定的[12]，而IFS 不僅描述了某種偏好的隸屬程度和非隸屬程度，還能反映猶豫程度[13]。因此，本研究將通過IFS 獲得用戶需求和用戶滿意度之間的關系，從而更準確、更高效地分析用戶的偏好。

表1 Kano模型評估表Tab.1 Kano model evaluation form

圖1 Kano模型Fig.1 Kano model

1.2 層次分析法

層次分析法是一種定性和定量相結合的決策工具，最早由薩蒂教授提出，已廣泛用于解決多準則決策問題[14]。層次分析法的關鍵是建立判斷矩陣，判斷矩陣是否科學合理將直接影響分析結果，而決策者在評分過程中的主觀性和模糊性始終存在。Xu 等[15]提出直覺模糊層次分析法(IFAHP)涵蓋隸屬度、非隸屬度和猶豫度。由于猶豫度可以解釋專家的猶豫性，因此IFAHP 方法可以有效解決評估過程中專家決策的主觀性。基于此，本研究以用戶滿意度為目標，使用IFAHP 構建各層次用戶需求判斷矩陣，獲得各用戶需求的總體權重，并結合直覺模糊 Kano 模型(IFKM)評價值，獲得用戶需求的最終評估權重。

1.3 質量功能展開

質量功能展開(QFD)是由赤尾洋二和水野滋兩位日本教授在20 世紀60 年代提出的一種面向用戶的產品開發工具[16]。QFD 通過用戶考察和訪談將用戶需求納入產品開發周期，將用戶需求轉換為技術需求、零件特征或生產計劃，實現更高的用戶滿意度。在QFD 要素中，質量屋(HOQ)是QFD 的核心框架，是一種將用戶需求和產品或服務的性能進行關聯的視圖表達形式。根據Hauser[17]的研究，QFD 可以減少50%的產品開發時間和30%的成本。由于質量屋中的語言關系(不相關、弱相關、中等相關和強相關)也具有肯定、否定和猶豫的特征，因此本研究采用將IFS 和QFD 相結合的方法涵蓋專家的偏好信息，從而得到技術需求的權重和排序。

1.4 IFS-KAQ用戶需求分析方法理論模型

將Kano 模型、AHP、QFD 與IFS 結合，從多角度對用戶需求進行研究與分析，用戶需求分析技術路線圖如圖2 所示。

圖2 用戶需求分析技術路線圖Fig.2 Customer requirements analysis technology roadmap

首先，用IFS 對Kano 問卷結果進行處理，獲得用戶直覺偏好信息，確定用戶需求類別和用戶滿意度系數(Sn)；然后，結合IFS 和AHP，通過專家訪談確定直覺偏好關系，并結合IFKM 和IFAHP 的結果確定各用戶需求的最終權重；最后，將IFS 與QFD 相結合，獲得用戶需求與技術需求之間的關聯度等級，構建相關性矩陣，從而建立技術需求目標，用于指導產品設計和設計優化。

2 IFS-KAQ用戶需求分析方法應用

為了驗證該種用戶需求分析方法的有效性，本研究以被動式腰部助力外骨骼設計作為研究示例。

2.1 基于IFKM的用戶需求分析

通過用戶訪談獲取用戶需求，總結分析得到用戶的滿意點和期望點主要集中在：棱角分明(C1)，即產品采用棱角分明的造型；造型圓潤(C2)，即產品采用圓潤流暢的造型；單一色系(C3)，即產品整體采用單一色系的配色；多色系組合(C4)，即產品整體采用多色系的配色；防水防潮(C5)，即產品具備一定的防水防潮功能；模塊化(C6)，即產品整體含有模塊化單元；助力大小可調(C7)，即產品具備助力大小調節的功能；外骨骼鎖定(C8)，即產品具備鎖定/解鎖功能；人體疲勞監測(C9)，即產品具備人體疲勞監測功能；人體局部部位提供熱敷(C10)，即產品具備給人體局部部位提供熱敷的功能；輕量化(C11)，即產品整體實現輕量化；一體式穿戴(C12)，即產品在穿脫過程中不需要拆卸零部件；尺寸可調(C13)，即產品能實現穿戴尺寸可調，從而滿足不同人群的穿戴尺寸需求；反饋提示(C14)，即產品在正確穿戴和錯誤穿戴時會有不同的反饋提示；透氣性(C15)，即產品整體具備一定的透氣性。

對被動式腰部助力外骨骼的設計建立層次結構，其中目標層為被動式腰部助力外骨骼的設計；構建準則層包括造型設計(R1)、功能設計(R2)和交互設計(R3)；通過使用德爾菲法[18]進行多次分析，使其整體意見趨于一致性，從而建立二級評價指標集，最終建立被動式腰部助力外骨骼設計的層次結構如圖3 所示。以需求C1—C15 為對象設計Kano 問卷，題項設置為：當需求C1—C15 被滿足和不被滿足時，用戶的評價分別對應哪個滿意度選項。

圖3 外骨骼設計層次結構Fig.3 Hierarchy of exoskeleton design

由于被動式腰部助力外骨骼主要用于物流業的貨物搬運、部隊的物資運輸、車間的產品裝配等場景，因此選取物流工人和外骨骼領域研究專家作為問卷調研對象，分別進行線上和線下調研，共發放問卷100 份，回收100 份，有效問卷94 份，問卷有效回收率為94%。采用克倫巴赫系數(Cronbach-α)信度檢驗方法對有效問卷進行信度檢驗，其中Kano 正向問題和反向問題的總體信度均大于0.8，且提取的共因子的信度也均大于0.7，表明該Kano 問卷具有較好的信度。對Kano 問卷進行效度檢驗中的驗證性因子分析(CFA)，結果見表2，其中卡方自由度比(χ2/df)＜3，0.05＜近似誤差均方根(RMSEA)＜0.08，擬合優度指數(GFI)≥0.90，調整擬合優度指數(AGFI)≥ 0.80，比較擬合指數(CFI)≥0.90，增值擬合指數(IFI)≥0.90，Tucker-Lewis 指數(TLI)＞0.9，表明模型擬合較好，該Kano 問卷具有較好的效度。

表2 CFA整體擬合系數Tab.2 Overall fit coefficient of the CFA

采用直覺模糊集(IFS)對Kano 問卷結果進行處理，5 項評分標準轉換為9 級評分量表，評分標準度量如圖4 所示，并使用三角隸屬函數〔式(1)—式(5)〕表示個人偏好對5 項評分標準的隸屬度。

圖4 Kano模型評分標準度量Fig.4 Measurement of the Kano model scoring criteria

(1) 不喜歡(1，1，3)

(2) 勉強接受(1，3，5)

(3) 無所謂(3，5，7)

(4) 理應如此(5，7，9)

(5) 喜歡(7，9，9)

式中：x 為基于Kano 模型評分標準量表的評分，ω為個人屬性的最大隸屬度。通過隸屬度函數可以獲得個人對評分標準的偏好隸屬度f(x)，最大隸屬度和最小隸屬度分別為0.9 和0。

IFKM 使用Kano 模型評估表(表1)將受訪者對正向問題和反向問題的回答相結合，受訪者對評分標準組合(i，j)的隸屬度μnij由式(6)得到。

式中：n 表示第n 個被采訪者；m(Fi)n和m(Dj)n(i，j＝1，2，…，5)分別表示第n 個被采訪者對正向問題第i 個選項的隸屬度和對反向問題第j 個選項的隸屬度。

Tan 等[19]以及Chen 等[20]建議分配必備型需求、期望型需求、魅力型需求的影響值分別為2、1、0.5，因此確定各類型需求影響值的標準矩陣ν 如式(7)所示。最終用戶需求滿意度系數Sn由式(8)得到，各用戶需求類別、用戶需求滿意度系數及優先級見表3。

表3 用戶需求分析Tab.3 Customer requirement analysis

2.2 基于IFAHP的用戶需求權重分析

IFKM 可用于分別獲得用戶同一準則層要素下各用戶需求之間的優先級和Kano 類別，但無法直接比較隸屬于不同準則層要素的用戶需求之間的權重。由于感性形象和功能是隸屬不同范疇的抽象概念，而專家在區分權重方面比用戶更全面、更專業，因此采用IFAHP 獲得各用戶需求的權重。根據表4標準建立直覺模糊判斷偏好矩陣，并通過式(9)、式(10)對其進行一致化處理，得到直覺模糊一致性判斷矩陣。

表4 要素兩兩比較度量表Tab.4 Scale of pairwise comparison of elements

式中：i＜j＜t(i，j，t＝1，2，3，…，n)均為矩陣中的元素，αij為初始偏好隸屬度，βij為初始偏好非隸屬度，為一致性偏好隸屬度，βij為一致性偏好非隸屬度。當j＞ i+1時，；當j=i+1時，；當j＜ i時，。

式中：πij為初始猶豫度，為一致性猶豫度，πij=1-αij-βij，。

根據直覺模糊一致性判斷矩陣，通過式(12)計算各用戶需求在所在準則層要素中的相對權重。通過式(13)、式(14)進行聚合和加權，得到各用戶需求的總權重w(Ci)。最終通過式(15)將各用戶需求的總權重轉換為真實值Vi，各準則層要素中加入調整系數，R1、R2、R3 的調整系數分別為2/3、1、5/6，并進行歸一化處理，從而得到歸一化權重真實值Wv，用戶需求的最終權重W 由式(16)得到，結果見表5。

表5 IFAHP各因素權重列表Tab.5 Weight list of each factor of IFAHP

其中：wi=(αwi,βwi)，wj=(αwj,βwj)，i，j∈[1，n]。

其中：wCi為用戶需求Ci在所在準則層中的權重，wRk為用戶需求Ci隸屬的準則層要素在目標層中的權重，w (Ci)為用戶需求Ci在目標層中的總權重。

2.3 基于IFS和QFD的外骨骼設計技術需求獲取

本文最終構建的質量屋模型如圖5 所示。將由IFKM 和IFAHP 綜合得到的用戶需求最終權重導入質量屋用戶需求矩陣中；將通過專家討論確定的實現用戶需求所需要的技術需求(表6)導入質量屋的質量屬性矩陣中，并通過專家對用戶需求與技術需求關系度進行評分得到相關性矩陣，評分標準見表7。質量屋的技術需求相關關系矩陣由專家通過對各技術需求之間相關性進行評價分析得到，評分標準見表8。此外，通過市場調研分析3 款同類型競爭產品，并通過5 級Likert 量表分析其市場競爭力和技術競爭力；最后將結果導入質量屋的評價矩陣并構建完整的質量屋模型。

表6 技術需求列表Tab.6 Technical requirements list

表7 相關性矩陣用戶需求與技術需求間關系度等級Tab.7 Correlation matrix level of relationship between customer requirements and technical requirements

表8 各技術需求間關系度等級Tab.8 Level of relationship between technical requirements

圖5 質量屋模型Fig.5 House of quality model

3 外骨骼設計及用戶滿意度驗證

由質量屋模型的結果可得到權重排序靠前的5個用戶需求分別為C5、C11、C8、C7、C13，權重排序靠前的5 個技術需求別為A9、A4、A3、A1、A6，表明A9、A4、A3、A1、A6 對被動式腰部助力外骨骼的設計與研發較為重要，而滿足用戶需求C5、C11、C8、C7、C13 則能大幅提高用戶滿意度。

基于上述分析對被動式腰部助力外骨骼進行設計。在外觀造型方面，采用棱角分明的整體造型并搭配以沉穩的黑色為主色調、活躍的藍色為輔色調的配色方案，體現外骨骼的力量感；在功能設計和交互設計方面，為滿足C5、C8、C7、C11、C13 這5 項用戶需求，分別提出對應的解決方案，如圖6 所示。此外，設計方案還在腰部加入支撐墊，從而減少穿戴外骨骼對人體的腰部肌肉的負荷，提升外骨骼穿戴舒適度，最終設計方案模型如圖7 所示。

圖6 設計方案框架Fig.6 Design scheme framework

圖7 被動式腰部助力外骨骼模型Fig.7 Model of passive waist-assisted exoskeleton

為了驗證通過該方法指導設計的外骨骼產品用戶滿意度是否有所提升，研究選取20 位受試者分別穿戴市面上某同類型產品與本研究設計的被動式腰部助力外骨骼，并填寫用戶滿意度調查問卷。問卷結果顯示，本研究設計的被動式腰部助力外骨骼的產品用戶滿意度比市面同類型產品高11.2%(表9)，表明本研究采用的用戶需求分析方法能夠較為準確地獲取用戶的真實需求，有效提升了產品設計研發的決策準確度和產品的用戶滿意度。

表9 用戶滿意度評價問卷結果對比Tab.9 Comparison of customer satisfaction evaluation questionnaire results

4 結語

本研究提出一種基于Kano 模型、AHP、QFD 和IFS 的用于分析用戶需求的融合方法。以被動式腰部助力外骨骼為研究示例驗證了該方法的可行性和有效性，這種用戶需求的分析方法也可以應用于其他類型的產品。但本研究的內容仍存在一些不足，如：問卷樣本數量較少，導致問卷結果反映的用戶需求與真實用戶需求可能存在一些偏差；融合多種設計方法導致用戶需求分析工作量大大增加。因此還需要進行更深入、更系統全面的研究，進一步優化分析方法。