基于TRIZ理論與QFD法的家用電冰箱情感化交互設計研究

許曉云，劉昊迪，丁滿

（河北工業大學建筑與藝術設計學院，天津 300401）

基于TRIZ理論與QFD法的家用電冰箱情感化交互設計研究

許曉云，劉昊迪，丁滿

（河北工業大學建筑與藝術設計學院，天津 300401）

針對家用電冰箱產品設計與用戶情感化交互需求無法相匹配的問題，提出基于TRIZ理論與QFD法的家用電冰箱情感化交互設計研究．首先通過Kano需求模型分析用戶需求的進化歷程；然后針對功能方面，建立功能模型，進行TRIZ發明問題解決理論中的物質-場沖突分析，利用TRIZ沖突矩陣進行沖突解決；最后針對造型和色彩方面，建立QFD質量屋模型進行沖突處理，從而得到由功能到造型和色彩全方位的情感化交互設計改進方案．該方法能夠克服現有情感化交互設計研究中缺乏理性因素以及忽視功能改進的弱點，從而有效提高產品開發成功率．該方法可以拓展到其它現有家用電器的情感化交互設計研究中．

TRIZ理論；QFD法；功能；造型；情感化交互設計

0 引言

隨著科技的高速發展，人類生活進入智能化時代，為了體現現代主義的先進意識形態，家用電冰箱設計日趨簡潔也日趨冷漠，產品所謂“高端性”與消費者情感需求之間的矛盾日漸凸顯．在滿足用戶基本需求和期望需求的前提下，通過情感化交互設計為用戶謀求更深層次的情感滿足就成為家用電冰箱設計的關鍵所在．

所謂情感化交互設計，就是把情感化設計與交互設計相結合，在用戶與產品交流的同時，考慮到用戶的情感需求，并且通過情感化改進，使用戶更加愉悅、輕松、便捷地使用產品．情感化交互設計研究日趨深入，現有的研究成果如文獻[1]中提到的使用由形式層到內容層進而深入到行為層的方法分析移動應用中情感交互的內容，再如文獻[2]中采用舉例說明的方法闡述交互設計中的情感化設計因素，還有文獻[3]中為降低認知摩擦，提高產品親和力所進行的基于情感化交互的擬人設計研究，都更側重感性敘述和觀察總結而忽視了理性系統的研究分析，更側重于表面造型、界面布局和色彩的研究，而忽視了根本性的功能研究．因此，該文通過TRIZ發明問題解決理論和QFD法，增加情感化交互設計研究中的理性成分，并深入到設計本質的功能改進方面．

由蘇聯發明專家A ltshuller G S等人研發出的TRIZ發明問題解決理論擁有成熟的問題分析和問題解決系統，并且已經在產品開發與創新領域產生重要影響[4]．QFD法起源于20世紀60年代末的日本，創始人是日本質量專家水野滋（Shigeru M izuno）和赤尾洋二（Yoji Akao），在三菱重工神戶造船廠的船舶設計制造與豐田公司新車型研發等領域都發揮過巨大作用[5]．

該文首先使用Kano需求模型證明用戶現階段的需求和文章的研究價值；然后在功能研究中，通過建立功能模型和物質-場沖突分析，找到功能情感化交互改進過程中所遇到的問題，再利用TRIZ沖突矩陣進行沖突解決；最后通過建立QFD質量屋模型[6]進行造型和色彩方面的沖突處理，從理性功能分析開始，在解決了功能情感化交互設計沖突的基礎上，拓展到造型和色彩改進，提高家用電冰箱的情感化交互設計水平，以期為現在乃至未來家用電器的情感化交互設計提供參考和應用價值．

圖1 Kano需求模型Fig.1 Requirements model of kano

1 用戶的情感化交互需求分析

在產品設計中，需求分析是先于概念設計、技術設計及詳細設計的基礎步驟，因此，本文首先利用TRIZ需求進化理論和預測方法驗證文章的應用價值．

日本東京理工大學教授狩野紀昭（Noriaki Kano）建立了著名的Kano需求模型．如圖1所示，該模型定義了3個層次的用戶需求：基本需求（basic needs）、期望需求（performance needs）和興奮需求（excitement needs）[7]．

結合圖1與家用電冰箱產品現狀分析可知，家用電冰箱已經滿足了基本需求從而使生活更加方便快捷，例如，為食物保鮮就是完成了冰箱的基本任務；同時，電冰箱產品已經在期望需求上有很大進步，例如可以看電視，聽音樂的冰箱，這些冰箱滿足了除基本功能之外的附加功能，為廚房生活增添樂趣；現在，基本需求和期望需求已經不足以滿足用戶的要求，家用電冰箱產品乃至現代家電產品設計正在向興奮需求的階段邁進，即力求為用戶提供驚喜和情感上的歸屬感與認同感．

本節中的需求分析還參考了PETROV總結出的需求進化定律，即：需求進化協調化、動態化、集成化、專門化和理想化[8]．結合用戶需求，綜合運用需求進化定律所得的分析結果為：以尋找功能沖突為進行協調化分析的關鍵，進而動態分析需求變化，再利用集成化方法，集成有用功能，控制并減少有害功能，從而在專門化過程中濃縮出具有更高價值的功能，以期達到理想化的狀態，即家用電冰箱的情感化交互設計改進．

2 功能的情感化交互設計改進

本節采用TRIZ發明問題解決理論進行家用電冰箱功能模型建立、沖突分析及沖突解決．

2.1 確立功能模型

為了實現功能的情感化交互設計改進，首先要確立現代家電的功能模型，從中找出切入點．

確定電冰箱的總功能和輸入、輸出流，如圖2所示．首先理清總功能的結構，才能為后期充分而又正確地分解冰箱的各項功能，直到功能元的枝端，做好準備．

將電冰箱的總功能分解為子功能，建立功能樹，如圖3所示，粗線框為最底層子功能，即功能元．從冰箱的功能樹中可以完整地總結出人與冰箱接觸交流的部分，也就是情感化交互設計的切入點．

詳細考慮從輸入到輸出或到轉換處對流的每個操作，為每個輸入流建立功能鏈，如圖4所示．連接各功能鏈，合并重復部分，簡化冗余部分，從而得到電冰箱的功能模型，如圖5所示．

圖2 電冰箱的總功能Fig.2 The total function of refrigerator

圖3 電冰箱的功能樹Fig.3 The function tree of refrigerator

2.2 理想化水平分析

確立功能模型之后，可以清楚地了解冰箱發揮功能的全部流程，接下來需要探究如何達到冰箱功能發揮的理想化水平．為了全面地對正反雙方進行評價，TRIZ系統中建立了如下公式[4]

圖4 電冰箱的功能鏈Fig.4 The Function Chain of Refrigerator

式中：Ideality為理想化水平；Benefits為效益；Expenses為代價；Harms為危害．

從功能模型中可以得出，效益是為食物及其他物品保鮮或制冷，方便用戶的生活，并且為用戶的生活增添樂趣．代價為冰箱所占空間，所消耗的電能，冰箱內各部分運作所產生的噪音，冰箱原料成本等．危害為噪聲污染，能源浪費（冰箱需要長時間保持制冷的狀態），電磁輻射污染，細菌滋生等．

可以使用如下提高理想化水平的方法，得到盡可能趨近最終理想解的理想解：

圖5 電冰箱的功能模型Fig.5 The function model of refrigerator

在技術條件一定的前提下，設計人員使用上述方法的途徑主要有以下2個方面：

1）增加有用功能：用設計提高用戶在使用冰箱過程中的效率和便捷程度，增加其他的用戶體驗活動，增強用戶在使用過程中的趣味性和舒適感．

2）減少有害功能：用設計減少用戶在使用過程中的多余能耗．如通過合理設計箱體的分隔方式，盡可能將需要同樣溫度的物品放置在一起，不浪費制冷效果，或者使每次打開冰箱的利用率最大．還可以從減少噪音和輻射等有害功能方面入手．

2.3 物質-場模型的沖突確定

在對用戶與家用電冰箱交互過程的矛盾分析中，本文采用了基于物質-場模型的沖突確定方法．

TRIZ理論的創始人A ltshuller G S通過對功能的研究發現，所有的功能都可以分解為3個基本元件，這3個基本元件分別為2種物質及1種場（two substances and a field）[9]，如圖6所示．

圖6中F為場，S1以及S2分別為物質，該圖的意義為場F通過物質S2作用于物質S1并改變S1．S1為被動元件，是被作用被操作的角色，S2為主動元件，起工具作用[5]．

由于本文主要研究情感化交互的應用，所以在電冰箱功能模型的基礎上引入1個重要的基本元件——人，并且將功能沖突主要集中在人與冰箱交互過程的沖突上．

圖7所示的模型中FM為機械能，S1.1為冰箱位置較高的箱體，S1.2為冰箱位置較低的箱體，S2為用戶．在該模型中，用戶使用較高位置的箱體時，站立姿勢即可完成操作，因此是標準作用．用戶在使用較低位置的箱體時，則需要保持彎腰或下蹲等令人不適的動作，對人體的腰部及膝關節有損害，因此是有害作用．將該模型中的沖突歸結為沖突矩陣中的通用工程參數，即惡化特性“8靜止物體體積”與改進特性“31物體產生的有害因素”的矛盾．將這對矛盾帶入到TRIZ沖突矩陣中，得到解決的方法為發明原理“4不對稱”、“18振動”、“30柔性殼體或薄膜”和“35參數變化”．其中以下2項可以應用到設計中：不對稱—通過造型的不對稱設計，滿足用戶對產品高度和體積的雙重要求；參數變化—合理調整產品的長寬高等參數．

圖8所示模型模擬的是用戶將物品放入冰箱的過程，根據用戶習慣，人們為了方便并且節省能源，通常會將大量需要冷藏或冷凍的物品帶到冰箱前一起放入冰箱中，其中的FM為機械能，S1.1與S1.2均為需要保鮮或制冷的物品，S1.1是放入冰箱中的物品，S1.2是待放入物品，S2是用戶．因為冰箱自身沒有為待放入物品提供暫放位置，用戶必須拿在手中或者尋找其他空間暫時放置，因此是不足作用．將該模型中的沖突歸結為沖突矩陣中的通用工程參數，即為：惡化特性“12形狀”與改進特性“33可操作性”與之間的關系，代入沖突矩陣中得到的發明原理為“15動態化”、“28機械系統的替代”、“29氣動與液壓結構”、“34拋棄與修復”．其中動態化可以應用到設計中去：改變冰箱相對靜止的狀態和相對固定的位置，使之可以隨用戶需求變化．

圖6 物質-場模型Fig.6 Substances-field model

圖7 電冰箱的物質-場模型1Fig.7 Substances-field model1 of refriger-

圖8 電冰箱的物質-場模型2Fig.8 Substances-field model2 of refriger-

用戶取出冷凍或冷藏之后物品時的過程分析采用圖7中電冰箱的物質-場模型1．FM是機械能，S1.1是從冷藏室拿出的物品，溫度在皮膚能夠承受的范圍內，因此是標準作用，S1.2是從冷凍室拿出的物品，溫度過低，會傷害皮膚和骨骼，因此是有害作用．將該模型中的沖突歸結為沖突矩陣中的通用工程參數，即為：惡化特性“17溫度”與改進特性“31物體產生的有害因素”之間的矛盾，帶入沖突矩陣中得到的發明原理為“2分離”、“22變有害為有益”、“24中介物”和“35參數變化”．其中可以應用到設計中的有以下2項：分離——模塊化或設置緩沖區間；中介物——從冰箱中取出物品時可以使用手套等保護工具．

2.4 改進方案

通過上文中對家用電冰箱自身功能改進以及對人機功能交互過程中沖突的形成與解決分析，結合交互設計[10]和情感化設計[11]方法可以得出如下改進方案：

1）通過設計減少用戶在使用過程中的電能消耗，并利用情感化設計良好的導向效果，引導用戶采取高效節能的低碳使用模式．

2）不對稱造型是趣味性設計[12]良好的切入點，可以有效提高產品的情感化交互效果．

3）在不增加額外復雜程度的基礎上，適當人性化地對產品進行動態改進，這也是情感化交互設計的重要一環．

4）長、寬、高以及體積是產品給人的第一印象，是家用電冰箱情感化交互設計改造過程中應著力解決的問題．

5）不僅僅是冰箱，洗衣機等日常的家用電器產品都需要進行緩沖空間[13]的設置，那么如何正確引導用戶使用緩沖空間就是設計師在情感化交互設計方向所要研究的課題．

6）模塊化設計方法在家具領域早有應用，但在現代家電產品中卻鮮有建樹．模塊化的設計理念是由設計師代替使用者對產品進行了功能分區和簡化操作，為用戶的使用減少了更多不必要的麻煩．

7）家電產品在使用過程中需要中介物的情況很常見，例如從微波爐里面取出加熱后的食品需要戴手套防止手被燙傷，因而可以從“用戶到中介物再到產品”這個流程著手進行情感化交互設計改進．

圖9 電冰箱造型要素質量屋模型Fig.9 HOQ of sculpt

3 造型的情感化交互設計改進

該部分采用基于QFD法的沖突確定方法對家用電冰箱造型方面的情感化交互設計進行研究．

本文使用QFD法中的質量屋結構（house of quality，HOQ），結合功能要素與造型要素，情感化交互要素與造型要素之間，以及造型要素內部的關系，制作了如圖9所示的關系矩陣，圖9中符號的意義如圖10所示．

首先進行功能要素與造型要素的分析是因為情感化交互設計改進應保證不影響并且改進產品原有的功能，而不能因為進行情感化交互設計而舍棄功能需求，給用戶造成麻煩．

因此，在情感化交互設計改造之前，首先應確定功能方面的限制因素,保證相應的容量要求，尺寸得當，而不占用太多空間，功能分區合理，造型需方便取放且易于清潔，最好將新設立的暫放位置（即緩沖空間）納入整體造型中去．

從圖中還可以看出形態幾乎關系到了情感化交互設計的方方面面；平衡感和對稱感與趣味性密切相關；整體感、平衡感和對稱感在用戶與產品的情感交流和情緒互動中發揮很大作用，心理學上認為，當人在看到整體感差的零碎物品時，會本能地產生煩躁的情緒，而平衡感的好壞直接關系到用戶對產品安全性和穩定性的考量；對稱感則要分2個方面來看待，對稱感強的產品給人的感覺是莊嚴肅穆的但也可能造成刻板的印象，不對稱性可以增強產品的趣味性，但也有可能破壞平衡感．總之，在進行現代家用電器的情感化交互設計改造的過程中，需要充分考慮到功能要求，再對產品的形態、尺寸、體積、整體感、平衡感和對稱感進行相應的改進．

QFD法要求產品開發直面用戶需求，因此在設計過程中，設計師除參照相關圖表外，還可以依據自己的設計經驗進行設計元素間的重要度關系確定．

圖10 質量屋模型中符號的意義Fig.10 M eanings of the symbols

4 色彩的情感化交互設計改進

圖11同樣采用基于QFD法的沖突確定方法，并結合功能要素與色彩要素，情感化交互要素與色彩要素之間，以及色彩要素內部的關系設計出關系矩陣．由圖中可以分析出色彩在現代家用電器產品的情感化交互設計改造中的重要應用：愉悅感，趣味性和娛樂性關系到色彩的明度、純度和形狀等因素，但在設計過程中，需要考慮色彩識別度在操作提示功能和警示功能中的區分，防止次要功能過于醒目而導致誤操作；舒適感與灰度在某種程度上是正相關的關系，因為明度、純度高的色彩容易導致視覺疲勞，因此在舒適感方面要注意合理地處理灰色與高明度、高純度色彩的面積、數量配比；情感交流，情緒互動，人文關懷和喚起用戶記憶等情感化交互設計要素的呈現，需要對造型、色彩以及功能進行綜合分析處理．

還可以從三角形的部分看出，面積排布與明度、純度呈負相關，因為明度與純度越高的色彩越容易讓人感到視覺疲勞，長時間注視更容易導致情緒煩躁，因此，出于用戶與產品情緒互動的原因，高明度、高純度的色彩所占面積要適當縮小．

圖11 電冰箱色彩要素關系矩陣Fig.11 HOQ of colors

5 結論

1）通過對用戶需求的分析，確定了家用電冰箱的發展趨勢以及情感化交互設計在該領域應用對用戶需求進化的幫助．

2）利用TRIZ功能模型，TRIZ物質-場沖突確定及解決方法，提出了對家用電冰箱產品功能方面進行情感化交互設計改進的有效途徑．

3）利用QFD質量屋結構，對家用電冰箱的功能要素、情感化交互設計要素與造型要素之間的關系進行了分析，并且提出了以保證功能要素為基礎的家用電冰箱造型情感化交互設計改進方法．

4）利用QFD質量屋結構，對家用電冰箱的功能要素、情感化交互設計要素與色彩要素之間的關系進行了分析，并且在不影響冰箱功能的前提下，通過合理的色彩設計，使用戶與家電產品產生情緒方面的良性互動．

5）該文主要以TRIZ發明問題解決理論和QFD法為依據，理性而又系統地從功能、造型和色彩3個方面，對家用電冰箱的情感化交互設計方法進行詳細闡述，以期對未來家用電器產品設計有所裨益．

[1]孫辛欣，靳文奎．移動應用中的情感交互設計研究[J]．包裝工程，2014，35（14）：51-54．

[2]趙俊杰．從微信看交互設計中的情感化因素[J]．裝飾，2014，（4）：141-142．

[3]高弋涵，蔡勇，王軍鋒，等．基于情感化交互的產品擬人設計研究[J]．輕工科技，2015（2）：115-117．

[4]檀潤華．TRIZ及應用技術創新過程與方法[M]．北京：高等教育出版社，2010．

[5]檀潤華．創新設計-TRIZ：發明問題解決理論[M]．北京：機械工業出版社，2002．

[6]檀潤華，馬建紅，張換高，等．基于QFD及TRIZ的概念設計過程研究[J]．機械設計，2002，19（9）：1-4．

[7]劉寶銘，孫建廣，檀潤華．需求理論及需求進化定律[J]．科技管理研究，2011，18（18）：192-195．

[8]檀潤華，劉芳．需求進化與功能進化集成的創新設想產生研究[J]．計算機集成制造系統，2011，17（10）：2093-2100．

[9]郭建威，張玉臣，謝永紅，等．基于物質-場與案例推理的創新輔助系統[J]．遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2012，31（5）：792-796．

[10]阿蘭庫珀，羅伯特萊曼，大衛克羅寧．About Face 3：交互設計精髓[M]．北京：電子工業出版社，2012．

[11]唐納德A諾曼．設計心理學3：情感設計[M]北京：中信出版社，2012．

[12]尹建國，吳志軍．產品情感化設計的方法與趨勢探析[J]．湖南科技大學學報（社會科學版），2013，16（1）：161-163．

[13]任飛，任工昌．設計接受與情感化設計[J]．包裝工程，2010，31（12）：72-75．

[責任編輯 田豐夏紅梅]

The design of emotional interaction of household refrigerators based on TRIZ and QFD

XU Xiaoyun，LIU Haodi，DING Man

(School of Architecture and Art Design,HeBei University of Technology,Tianjin 300401,China)

In view of the lack of considerate functions between the design of the refrigerators and the emotional demand of the customers,Theory of Inventive Problem Solving and the Quality Function Deployment are used in the emotional interaction design of the refrigerators.First,the Requirements M odel of Kano is used to analyze the progress of the users'needs.Second,build function models and models of tw o substances and a field belong to the Theory of Inventive Problem Solving to cope w ith the relative conflicts in function.Third,models of House of Quality in QFD is used to solve the conflicts in sculpts and colors.In this w ay,productive solutions of emotional interaction design in an all-round w ay has been built up.The method focuses more on rational analyses and functional upgrades,in order to achieve higher success rates.It can also be used in explorations of modern household appliances.

theory of inventive problem solving;quality function deployment;function;sculpt;emotional interaction design

TB47

A

1007-2373(2015)06-0033-06

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.06.007

2015-04-16

國家自然科學基金（51205037）

許曉云（1960-），女（漢族），教授．

數字出版日期：2015-12-04數字出版網址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20151204.1518.004.htm l