信息熵在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

包亞杰 張澤瑞

摘? 要：在設(shè)計(jì)中抓住痛點(diǎn)，提取用戶需求是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重中之重，為了尋找出一種能有效提取及整合用戶需求的方程式，幫助更好地進(jìn)行用戶需求模型的構(gòu)建，先利用情境分析法獲取用戶需求，再利用KJ法對(duì)用戶需求進(jìn)行整合歸類，然后利用信息熵法對(duì)需求項(xiàng)進(jìn)行熵權(quán)值求解排序，求得需求重要度排序，并以此來構(gòu)造精確的用戶需求模型。最終，通過小型多功能電動(dòng)掃吸車的用戶需求模型構(gòu)建過程來進(jìn)一步說明這3種方法結(jié)合的有效性以及普適性。

關(guān)鍵詞：情境分析法? KJ法? 信息熵? 用戶需求? 小型多功能電動(dòng)掃吸車

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（a）-0032-03

Application of Information Entropy in Product Design

BAO Yajie? Zhang Zerui

（1.Chang'an University， Xi'an， Shaanxi Province， 710064? China;2.Zerui Zhang， Army Artillery Air Defense College， Nanjing， Jiangsu Province， 211131? China）

Abstract： Grasping the pain points in the design and extracting user needs is the top priority of product innovation design. In order to find an equation that can effectively extract and integrate user requirements and help better build the user requirements model， first use the situation analysis method to obtain user requirements， then use the KJ method to integrate and classify user requirements， and then use the information entropy method to solve and sort the entropy weight of demand items to obtain the ranking of demand importance. And use this to construct an accurate user demand model. Finally， the effectiveness and universality of the combination of the three methods are further illustrated through the construction process of the user demand model of the small multi-functional electric sweeping and suction vehicle.

Key Words： Situational analysis method; KJ method; Information entropy; User demand; Small multifunctional electric sweeper and suction car

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程應(yīng)該本著問題的提出、分析、解決這一基本思路來進(jìn)行。而用戶需求的獲取與處理是首要的一步，設(shè)計(jì)者對(duì)需求項(xiàng)進(jìn)行處理明確其重要程度，為后期產(chǎn)品的功能、造型及人機(jī)設(shè)計(jì)提供主要的方向。本文重點(diǎn)運(yùn)用情景分析法獲取用戶需求，利用KJ法整合用戶需求，再利用信息熵法處理用戶需求項(xiàng)，并根據(jù)其權(quán)重確定需求的相對(duì)重要程度，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1? 情境分析法、KJ法以及信息熵模型簡(jiǎn)述

情境分析法又稱腳本法或者前景描述法[1]，主要是預(yù)測(cè)產(chǎn)品未來的一個(gè)發(fā)展勢(shì)頭。情境設(shè)定是它的基礎(chǔ)，研究用戶使用產(chǎn)品的具體過程，分析“用戶—產(chǎn)品—環(huán)境”三者之間的關(guān)系，幫助設(shè)計(jì)者不斷進(jìn)行方案創(chuàng)新構(gòu)思，形成一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念的雛形，使設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)因素有一個(gè)明確的認(rèn)知，進(jìn)一步幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新工作。本文將通過情境分析法來構(gòu)建用戶需求模型，來獲取未來用戶需求。KJ法可以將腦海里現(xiàn)有的比較模糊的想法通過頭腦風(fēng)暴的方式匯總出來，形成一個(gè)較為直觀的結(jié)果[2]。熵值法是能比較客觀地映射數(shù)據(jù)信息本身有序性的特點(diǎn)，由判斷矩陣來確定指標(biāo)權(quán)重，盡可能地避免影響主觀權(quán)重的因素，讓評(píng)價(jià)的結(jié)果更貼近現(xiàn)實(shí)[3]，而為了使復(fù)雜的決策環(huán)境簡(jiǎn)單化，必須將所獲得的模糊信息轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)，再依照權(quán)重值對(duì)指標(biāo)模糊數(shù)集結(jié)，由此解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中決策的問題。通過情境分析法對(duì)用戶需求進(jìn)行獲取、利用KJ法整理出需求項(xiàng)、再利用信息熵法對(duì)用戶需求重要度進(jìn)行排序并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行決策，以上方法結(jié)合能快速地完成對(duì)用戶需求項(xiàng)進(jìn)行處理分析。

2? 情境分析法、KJ法和信息熵模型使用步驟

2.1 情境分析法使用步驟

設(shè)計(jì)的過程應(yīng)該本著問題的提出、分析、解決這一基本思路來進(jìn)行，情境分析法是將產(chǎn)品使用場(chǎng)景以故事版的形式表達(dá)出來，讓人能進(jìn)行直觀分析的方法。它主要包含了5個(gè)方面的內(nèi)容：確定設(shè)計(jì)的主題、明確設(shè)計(jì)目標(biāo)定位、創(chuàng)建情境故事版、分析情境故事版并對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案模擬分析、確定設(shè)計(jì)方案[4]。

2.2 KJ法使用步驟

首先制作卡片，選取5名設(shè)計(jì)師進(jìn)行分組測(cè)試和頭腦風(fēng)暴，把獲取的用戶需求進(jìn)行整理;其次把功能相近的需求進(jìn)行合并;最后將合并后的需求進(jìn)行排列排序，繪制出圖表卡片。

2.3 信息熵模型使用步驟

3? 情境分析法、KJ法和信息熵法在小型多功能電動(dòng)掃吸車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

以小型多功能電動(dòng)掃吸車設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行相應(yīng)的分析。由于現(xiàn)有的小型多功能電動(dòng)掃吸車清掃效率低、強(qiáng)度高、耗能高、外觀造型缺乏創(chuàng)新等問題，設(shè)計(jì)出一款新型多功能電動(dòng)掃吸車方案[5-6]。首先，經(jīng)過情境分析，構(gòu)造出未來情境并將其轉(zhuǎn)化為未來用戶需求。通過KJ法進(jìn)行整理后得到用戶需求項(xiàng)，選取5名受測(cè)者，對(duì)15項(xiàng)用戶需求按照1～9標(biāo)度法進(jìn)行打分，通過式（1）得到評(píng)價(jià)判斷矩陣，通過式（2）得到歸一化后的判斷矩陣，通過式（4）和式（5）求得需求項(xiàng)的熵值。通過式（6）求得熵權(quán)值將其由大到小進(jìn)行排序，得到需求項(xiàng)重要程度排序，如表1所示。

實(shí)際場(chǎng)景描述：環(huán)衛(wèi)工人工作前對(duì)車輛進(jìn)行檢查，費(fèi)力地開啟垃圾箱后蓋;在清掃的途中進(jìn)行噴水降塵，但行人紛紛躲避，清掃工具無處安置，雜亂無章地堆積在駕駛室旁;在工作了一天之后清洗垃圾箱時(shí)，非常不容易且環(huán)衛(wèi)工人身上濺滿了污泥，且垃圾的轉(zhuǎn)運(yùn)十分不便;充電頻率高，垃圾箱容量小，更換垃圾箱頻率高。

分析動(dòng)名詞的潛在需求指標(biāo)：垃圾箱、費(fèi)力、噴水、紛紛、躲避、堆積、清洗、不容易、濺滿、轉(zhuǎn)運(yùn)、更換。

結(jié)論：垃圾箱后蓋設(shè)計(jì)符合人機(jī)，設(shè)計(jì)合理的工具箱方便人拿取，設(shè)計(jì)合理的垃圾箱收納，避免環(huán)衛(wèi)工人心中產(chǎn)生的抵觸，同時(shí)對(duì)其外觀造型進(jìn)行創(chuàng)新，針對(duì)垃圾箱的容量設(shè)計(jì)及整車耗能問題進(jìn)行改造。

情境一：經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)，清掃車尾部垃圾箱設(shè)置輪子，方便保潔人員推著走。

情境二：清掃裝置為合理的液壓控制，通過操縱桿控制。

情境三：設(shè)計(jì)駕駛室全封閉式車頭，有效避免極端天氣影響清潔人員。

情境四：盤刷清掃+輸送帶運(yùn)送垃圾至垃圾箱。

利用KJ法整理出用戶需求項(xiàng)：人機(jī)性Z1、經(jīng)濟(jì)性Z2、人技術(shù)性Z3、審美性Z4、社會(huì)性Z5，以及操作方便Z11、生產(chǎn)成本Z21、結(jié)構(gòu)穩(wěn)重Z31、作業(yè)安全Z32、功能匹配度Z33、維護(hù)保養(yǎng)性Z34、外觀新穎性Z41、色彩協(xié)調(diào)性Z42、企業(yè)標(biāo)識(shí)性Z51、環(huán)境適應(yīng)性Z52。

將上述需求進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化后得到如圖1所示的小型多功能電動(dòng)掃吸車方案。這款車突出了人機(jī)合理性、增加了儲(chǔ)物功能，針對(duì)不同清掃環(huán)境作業(yè)，在外觀造型上也有所突破，滿足用戶需求。

4? 結(jié)語

以情境分析法、KJ法和信息熵法3種方法結(jié)合的形式來獲取和處理用戶需求是可行的。本文以小型多功能電動(dòng)掃吸車為例，構(gòu)建了小型多功能電動(dòng)清掃車的使用情境故事版，并挖掘出了用戶潛在需求項(xiàng)，獲得了用戶的需求模型。設(shè)計(jì)的首要一點(diǎn)就是獲取主要用戶需求，抓住設(shè)計(jì)的痛點(diǎn)，才能進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在實(shí)際的應(yīng)用操作中，還應(yīng)該注意對(duì)評(píng)測(cè)信息的獲取形式，保證熵值的準(zhǔn)確性。

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