多方法集成的雙座椅童車設(shè)計(jì)研究

唐茜，肖聰?shù)希坨瑒⑵G婷

多方法集成的雙座椅童車設(shè)計(jì)研究

唐茜，肖聰?shù)?，邵琦，劉艷婷

（湖北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，武漢 430068）

為解決二孩家庭在使用童車過程中的痛點(diǎn)（如出行費(fèi)時費(fèi)力，無法兼顧兩名兒童等）問題，梳理用戶需求，提出了集成多模態(tài)平衡（VACP）/層次分析法（AHP）/質(zhì)量功能配置（QFD）的二孩童車設(shè)計(jì)研究。首先，通過實(shí)地調(diào)研與問卷調(diào)查提取二孩出行用戶旅程圖，基于VACP理論進(jìn)行童車設(shè)計(jì)需求的量化與初步篩選，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用AHP分析需求權(quán)重，確定用戶需求重要度；其次，運(yùn)用QFD確立用戶需求與質(zhì)量特性關(guān)系，將設(shè)計(jì)要素進(jìn)行聚合性優(yōu)化，明確設(shè)計(jì)要求并得到優(yōu)化方案；最后，利用JACK建立童車虛擬環(huán)境以驗(yàn)證方案合理性。針對二孩家庭特殊出行場景，設(shè)計(jì)座椅結(jié)構(gòu)可調(diào)整以增強(qiáng)童車安全性、便捷性；設(shè)計(jì)智能監(jiān)測交互功能增強(qiáng)童車互動性。通過JACK仿真驗(yàn)證了創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，從側(cè)面印證多方法集成設(shè)計(jì)方法的可行性，為構(gòu)建童車產(chǎn)品提供依據(jù)與理論創(chuàng)新。

二孩家庭；童車設(shè)計(jì)；VACP理論；AHP；QFD

2015年我國全面放開生育二孩，中國生育政策進(jìn)入2.0時代，生育政策的變化對家庭的生育與消費(fèi)產(chǎn)生積極影響[1]。至2021年，中國童車市場規(guī)模達(dá)73.97億元（人民幣），比上年增長2.1%。國內(nèi)學(xué)者在童車產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面有較多探討。王軍等[2]融合A-Kano與FAST設(shè)計(jì)方法進(jìn)行童車創(chuàng)新設(shè)計(jì)；吳曉莉等[3]利用KJ法與FAST方法建立用戶需求與童車功能間的關(guān)系；張春紅等[4]針對童車現(xiàn)有問題，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)產(chǎn)出可轉(zhuǎn)化為腳踏車的童車設(shè)計(jì)。然而，目前童車研究多數(shù)僅限于對童車功能與造型的探討，針對二孩家庭的童車設(shè)計(jì)較少。二孩家庭在出行情況上有別于獨(dú)生子女家庭[5]，因此，在二孩童車安全性、便捷性、互動性等方面應(yīng)進(jìn)行深入研究以改善使用體驗(yàn)。在安全性方面，逄智宏等[6]通過對兒童床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在兒童床標(biāo)準(zhǔn)制定等方面給出合理化建議；曹艷超等[7]從人體工學(xué)角度出發(fā)，提出符合人體工學(xué)的課桌椅的機(jī)械安全要求。在便捷性方面，馬駿[8]通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)可減輕工作者勞動強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)式醫(yī)用推車。在互動性方面，劉朧等[9]通過分析老年人與產(chǎn)品交互的生理、心理等因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到老年人手機(jī)設(shè)計(jì)模型，陸冀寧[10]以趣味設(shè)計(jì)作為研究對象，對產(chǎn)品互動層次進(jìn)行梳理。面向二孩出行場景，如何客觀洞察用戶需求，據(jù)此進(jìn)行二孩童車的針對性設(shè)計(jì)，是值得探討的問題。

二孩需求具有復(fù)雜性與多樣性的特點(diǎn)，要從需求的全面化、廣泛化提取方向著手，加以量化得出需求優(yōu)先級排序，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。張萍等[11]基于多模態(tài)交互平衡機(jī)制，分析交互負(fù)荷并進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了VACP理論在設(shè)計(jì)中的有效性；王雅坤等[12]將AHP方法引入挖掘機(jī)操作界面決策評價，驗(yàn)證該方法可以對礦用挖掘機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效評估；高志來等[13]基于QFD進(jìn)行橋式龍門銑床橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而，以上單一方法或片面分析需求提取，弱化量化過程，或忽視需求獲取，設(shè)計(jì)無法從通盤角度考慮設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏差。萬延見等[14]通過總結(jié)復(fù)合思維過程模型，驗(yàn)證了多方法集成產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可行性及合理性。二孩童車設(shè)計(jì)不僅涉及需求提取，也涉及需求量化處理及多元需求下的設(shè)計(jì)要素獲取，必須借助多方法集成的方式對二孩用戶進(jìn)行更加細(xì)分的需求提取與分析，精準(zhǔn)匹配二孩家庭使用場景，進(jìn)行童車結(jié)構(gòu)與功能創(chuàng)新[15]。

綜上所述，文章基于VACP/AHP/QFD對二孩家庭的特殊性進(jìn)行針對性研究，借助VACP對大量的交互負(fù)荷進(jìn)行篩選，從而針對性地提升交互效率，在此基礎(chǔ)上引入AHP分析，通過AHP定性與定量相結(jié)合的方式，得到更為明確的二孩童車設(shè)計(jì)要素，QFD結(jié)合需求權(quán)重與童車質(zhì)量特性，明確二孩童車具體設(shè)計(jì)要求，最后通過JACK仿真實(shí)驗(yàn)對設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。多方法集成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程為童車設(shè)計(jì)提供客觀數(shù)據(jù)支持，提升童車對二孩家庭的適用性。

1 研究方法

1.1 VACP

多模態(tài)最早出現(xiàn)在語言學(xué)領(lǐng)域，延伸到社會符號學(xué)、教育學(xué)等多個領(lǐng)域[16]。近年來諸多學(xué)者將多模態(tài)理論引入設(shè)計(jì)研究中，李兵等[17]分析各種多模態(tài)輸入整形器的抑振特性和選用原則，分析機(jī)器人抑振綜合性能。

VACP理論是由麥克科拉肯（McCracken）和奧爾德里奇（Aldrich）在多模態(tài)理論基礎(chǔ)上提出的。VACP理論將視覺（V）、聽覺（A）、認(rèn)知（C）和動作（P）等4種資源下分別可能發(fā)生的行為進(jìn)行窮舉，對資源占用程度進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)越高證明其交互載荷越大。基于VACP理論，本文構(gòu)建了二孩家庭出行多模態(tài)交互平衡機(jī)制，通過VACP標(biāo)準(zhǔn)量表對二孩出行時家長及兒童行為進(jìn)行量化，篩選出童車使用場景中交互任務(wù)負(fù)荷較強(qiáng)的幾個環(huán)節(jié)，并進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。

1.2 AHP

層次分析法由薩蒂（Saaty）教授于20世紀(jì)70年代提出，這種分析方法將定性判斷與定量計(jì)算有效結(jié)合。運(yùn)用層次分析法解決實(shí)際問題。AHP可以將決策過程中定量與定性因素有機(jī)結(jié)合，通過比較判斷矩陣的建立，排序計(jì)算和一致性檢驗(yàn)得到的結(jié)果具有說服力[18]。梳理二孩童車設(shè)計(jì)需求的準(zhǔn)則層與指標(biāo)層，建立二孩童車設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)。

1.3 QFD

質(zhì)量功能配置由日本質(zhì)量專家于20世紀(jì)70年代提出。它可以保證將顧客要求準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求（具有的功能、結(jié)構(gòu)等）。質(zhì)量功能配置（QFD）的核心是質(zhì)量屋。通過構(gòu)造QFD質(zhì)量屋，把童車用戶需求轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)要求，明確二孩家庭設(shè)計(jì)要素與童車質(zhì)量特性要素關(guān)系，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的技術(shù)支撐與約束指標(biāo)，以二孩童車用戶需求為出發(fā)點(diǎn)，滿足用戶需求。

多方法集成的雙座椅童車設(shè)計(jì)研究以雙鉆模型為指導(dǎo)，通過VACP/AHP/QFD多方法集成的方式進(jìn)行二孩童車設(shè)計(jì)的發(fā)散-收斂-再發(fā)散-再收斂流程。第一階段，通過實(shí)地調(diào)研與問卷調(diào)查分析二孩家庭（童車適用年齡通常為0～4歲，因此調(diào)研主要面向0～4歲且二胎間年齡差為1～3歲的二孩家庭）的使用場景，將二孩家庭出行的場景及觸點(diǎn)進(jìn)行整理。第二階段，通過VACP重構(gòu)童車使用場景，將童車使用場景下的動作進(jìn)行評判，篩選童車使用過程中交互負(fù)荷較大的行為，以此為基礎(chǔ)建立AHP用戶需求層次結(jié)構(gòu)，分析用戶需求權(quán)重。第三階段，將所得到的用戶需求權(quán)重與童車質(zhì)量特性相結(jié)合，通過QFD明確童車設(shè)計(jì)要求，構(gòu)建QFD質(zhì)量屋，得到設(shè)計(jì)目標(biāo)并把控設(shè)計(jì)方向，避免設(shè)計(jì)偏差，通過發(fā)散性創(chuàng)新產(chǎn)出草案。第四階段，通過7點(diǎn)標(biāo)度打分法，結(jié)合專家意見明確童車設(shè)計(jì)要素，使用JACK仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完成二孩童車創(chuàng)新設(shè)計(jì)。技術(shù)路線見圖1。聚焦二孩家庭出行場景，通過多方法集成方式提煉二孩家庭相較傳統(tǒng)一孩家庭特殊的設(shè)計(jì)需求，指導(dǎo)設(shè)計(jì)產(chǎn)出。

2 二孩家庭童車設(shè)計(jì)需求調(diào)研與分析

2.1 童車使用場景下的用戶需求

進(jìn)行用戶需求分析的前提是充分了解童車使用的全部流程。本研究采用實(shí)地調(diào)研與問卷調(diào)查方式進(jìn)行前期調(diào)研，在線下選取80名0～4歲二孩兒童的家長作為調(diào)研對象，采用焦點(diǎn)訪談方式對二孩家庭基本情況及出行情況進(jìn)行面對面交談，在交談過程中進(jìn)行錄音，同時邀請童車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的4名產(chǎn)品經(jīng)理進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化訪談，訪談過程中進(jìn)行記錄；通過線上平臺發(fā)放127份二孩家庭關(guān)于出行情況的調(diào)查問卷，成功收回121份問卷，將訪談資料與問卷的原始資料進(jìn)行整理，提取出二孩家庭在出行及使用童車過程中的用戶行為、場景及感受等，并將其轉(zhuǎn)化為痛點(diǎn)與機(jī)會點(diǎn)。結(jié)合當(dāng)下二孩時代的出行場景，以二孩家庭為主要使用群體，將童車使用場景分為出行準(zhǔn)備、出行中、到達(dá)目的地和回家后四個場景，將整理后的資料匯總為用戶旅程圖，見圖2。

逐層分解童車使用場景，對臥室、外出規(guī)劃、下樓、路口、街道、活動、休息、嬰兒下車、收拾物品、推車收納和清洗消毒等童車觸點(diǎn)進(jìn)行發(fā)散性思維，分析童車用戶行為，總結(jié)童車痛點(diǎn)與機(jī)會點(diǎn)。得到用戶初步需求，分別是：1-放置出行所需物品、2-出發(fā)前檢查安全扣、3-設(shè)定出行路線、4-乘坐交通工具、5-安全推行、6-注意路況信息、7-身體狀態(tài)檢測、8-注意嬰兒車狀態(tài)、9-位置感知、10-上下樓梯、11-上下電梯、12-上下車、13-二孩間互動、14-親子互動、15-照顧嬰兒、16-防走失、17-停放嬰兒車、18-收納嬰兒車、19-清洗嬰兒車、20-維修保養(yǎng)嬰兒車。

2.2 基于VACP理論的童車需求分析

在VACP模型中，每一個字母代表一個資源，V為視覺，A為聽覺，C為認(rèn)知，P為動作。根據(jù)前期調(diào)研所得出的初步需求，結(jié)合VACP標(biāo)準(zhǔn)量表（見圖3），對每個操作層級從視覺（V）、聽覺（A）、認(rèn)知（C）、運(yùn)動（P）等4個方面進(jìn)行打分匯總，在VACP模型中，分?jǐn)?shù)越高意味著交互資源被占用的程度越高，用戶所需要花費(fèi)的精力也越大。

根據(jù)量表進(jìn)行打分，得到童車產(chǎn)品用戶的VACP資源量化需求，見圖4。依據(jù)各個操作層的VACP資源量化需求數(shù)值，篩選出其中12個交互負(fù)荷較大的作為主要設(shè)計(jì)需求點(diǎn)，分別是：1-安全推行（20.9）、2-二孩間互動（20.4）、3-親子互動（20.4）、4-照顧嬰兒（20）、5-身體狀態(tài)檢測（19.4）、6-防走失（16.9）、7-注意路況信息（14.5）、8-維修保養(yǎng)嬰兒車（13.2）、9-關(guān)注嬰兒車姿態(tài)（13.1）、10-設(shè)定出行路線（12.8）、11-位置感知（11.6）、12-清洗嬰兒車（11.6）。據(jù)此對童車初步需求進(jìn)行整理。為方便后續(xù)研究，將整理所得結(jié)果標(biāo)注為1-12，見表1。

圖2 用戶流程圖

圖3 VACP標(biāo)準(zhǔn)量表

2.3 基于AHP層次分析法的需求深入分析

2.3.1 構(gòu)建層次分析模型

依據(jù)前期用戶需求調(diào)研，篩選出12個二孩童車設(shè)計(jì)需求點(diǎn)，邀請15名二孩家長現(xiàn)場參與設(shè)計(jì)需求整理，結(jié)合家長意見將設(shè)計(jì)需求歸結(jié)為三類，安全性（安全推行、防走失、注意路況信息、位置感知）、互動性（二孩間互動、親子互動、照顧嬰兒、身體狀態(tài)檢測）與便捷性（維修保養(yǎng)嬰兒車、關(guān)注嬰兒車姿態(tài)、清洗嬰兒車、設(shè)定出行路線）。通過專家訪談建立了童車設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)（見圖5）。目標(biāo)層為基于二孩家庭出行的設(shè)計(jì)需求（）；準(zhǔn)則層為安全性（）、互動性（）與便捷性（）。

通過建立二孩童車設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)，來確立各個層級之間關(guān)聯(lián)性，明確了童車設(shè)計(jì)的具體方向,計(jì)算目標(biāo)層與各個準(zhǔn)則層設(shè)計(jì)需求權(quán)重并進(jìn)行排序，通過排序后的權(quán)重指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)。

2.3.2 二孩童車需求要素權(quán)重分析

圖4 VACP資源量化需求

表1 用戶初步需求

Tab.1 Initial user needs

1）對判斷矩陣進(jìn)行正規(guī)化，即

2）各列正規(guī)化后的判斷矩陣按行相加，即

3）再對向量=[1,2,…,v]T進(jìn)行正規(guī)化：

這樣得到的向量[1,2,…,]T即為權(quán)重向量。

結(jié)果見表3～6。

圖5 童車設(shè)計(jì)需求層次分析結(jié)構(gòu)

Fig.5 Hierarchical analysis structure of stroller design needs

表2 1～9標(biāo)度法

Tab.2 1～9 scale method

表3 二孩童車設(shè)計(jì)總需求判斷矩陣

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

表4 二孩童車安全性判斷矩陣

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

表5 二孩童車互動性判斷矩陣

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

表6 二孩童車便捷性判斷矩陣

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

2.3.3 一致性檢驗(yàn)

為了避免在層次排序中出現(xiàn)因素兩兩對比時自相矛盾的現(xiàn)象，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，步驟如下：

首先，計(jì)算一致性指標(biāo)C：

式中：R為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，見圖6。當(dāng)C<0.10時，一致性檢驗(yàn)通過。反之調(diào)整并重新計(jì)算[20]。經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，可知表2～5的判斷矩陣一致性檢驗(yàn)C均小于0.1，見表7。檢驗(yàn)結(jié)果符合要求。

圖6 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

表7 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.7 Consistency test results

2.3.4 層次權(quán)重總排序

將得到的12個需求權(quán)重排序匯總（見表8），排序結(jié)果如下：親子互動、安全推行、二孩間互動、照顧嬰兒、防走失、注意嬰兒車狀態(tài)、身體狀態(tài)檢測、注意路況信息、設(shè)定出行路線、清洗嬰兒車、位置感知、維修保養(yǎng)嬰兒車。將排序的需求權(quán)重導(dǎo)入QFD模型，建立質(zhì)量功能配置屋，為設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐與指引。

表8 二孩家庭童車需求權(quán)重分析

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

3 基于QFD的雙座椅童車設(shè)計(jì)

3.1 建立質(zhì)量功能配置屋

QFD設(shè)計(jì)方法，將用戶主觀需求轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)要求，提升用戶的使用滿意度。依據(jù)需求層次分析結(jié)果，結(jié)合童車結(jié)構(gòu)技術(shù)特性進(jìn)行質(zhì)量功能配置屋的構(gòu)造工作。其中，為了降低童車結(jié)構(gòu)獲取的片面性，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)與專利，收集童車技術(shù)特性相關(guān)資料，經(jīng)過整合匯集為具體的設(shè)計(jì)要求，去除同質(zhì)性詞語后共得到20個初步設(shè)計(jì)要求，為了保證設(shè)計(jì)的客觀性與實(shí)用性，再次詢問之前受邀請參與前期調(diào)研的2名高校教授及2名產(chǎn)品經(jīng)理的意見，再次篩選后得到10個設(shè)計(jì)要求，見圖7。

在得到二孩家庭出行用戶需求權(quán)重與童車設(shè)計(jì)要求后，構(gòu)建二孩童車用戶需求與質(zhì)量技術(shù)特性之間的質(zhì)量屋，建立關(guān)系矩陣。黑色圓值為5，表示強(qiáng)相關(guān)；白色圓值為3，表示中相關(guān)；三角值為1，表示弱相關(guān)；空白值為0，表示無相關(guān)。根據(jù)公式（7）計(jì)算出技術(shù)需求重要度的絕對權(quán)重和相對權(quán)重。

式中：w為技術(shù)需求絕對權(quán)重，P為相關(guān)性系數(shù)，k為技術(shù)需求相對權(quán)重。具體見表9，明確童車關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求，為之后的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

3.2 關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素提取

依據(jù)分析出的各個模塊權(quán)重排序進(jìn)行設(shè)計(jì)指導(dǎo)，得出如下結(jié)論，在二孩家庭雙座椅童車的設(shè)計(jì)研究中，需要著重考慮用戶在出行互動（20.17%）、座椅舒適度（14.36%）、遠(yuǎn)程交互（13.47%）、信息顯示（13.21%）、危險報警（5.11%）的需求，輔以其他模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效滿足用戶切實(shí)需求，提升用戶滿意度。

圖7 設(shè)計(jì)要求整理

表9 QFD關(guān)系矩陣

Tab.9 QFD relationship matrix

3.3 基于設(shè)計(jì)要求的多方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，以較為重要的設(shè)計(jì)要素（出行互動、座椅固定、遠(yuǎn)程交互、信息顯示、危險報警模塊）為切入點(diǎn)進(jìn)行基于雙座椅的童車發(fā)散性創(chuàng)新，在大量草圖方案論證基礎(chǔ)上，依據(jù)需求權(quán)重進(jìn)行草案初步篩選，得到三款設(shè)計(jì)草案，分別是座椅上下可調(diào)節(jié)，方便互動的方案a；結(jié)構(gòu)較為傳統(tǒng)，兩座位整合至一個座椅，中間用隔板作隔斷的方案b；注重嬰兒隱私，兩座椅以同一方向排列的方案c，見圖8。

圖8 多方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.4 設(shè)計(jì)方案分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案滿意度，挑選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，將方案a、方案b、方案c進(jìn)行比較，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行解釋說明，以問卷形式分發(fā)至工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院師生及有童車使用經(jīng)驗(yàn)的二孩家庭，共發(fā)放200份問卷，回收196份。本次打分采用7點(diǎn)標(biāo)度（3非常滿意、2很滿意、1滿意、0中等、–1不滿意、–2很不滿意、–3非常不滿意）語義差異量表，設(shè)計(jì)需求為H1-簡潔的操作、H2-智能化、H3-出行安全、H4-合理的結(jié)構(gòu)、H5-舒適的外觀、H6-出行便利程度、H7-親子互動，取打分平均值（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位），評分越高說明用戶滿意度越高。對評分結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表10。

通過打分結(jié)果可知，方案a總分最高，為17.08分，因此選擇方案a進(jìn)行設(shè)計(jì)擴(kuò)展對象。對方案a打分結(jié)果進(jìn)行分析，其在“出行安全”“合理的結(jié)構(gòu)”“舒適的外觀”方面滿意度較低，需要進(jìn)行針對性的修改。方案a在以下層次進(jìn)行改進(jìn)。

1）在出行安全方面，適當(dāng)調(diào)整座椅高度，以免遮擋視線；拉長車輪軸距，增強(qiáng)行進(jìn)過程的穩(wěn)定性；運(yùn)用智能化設(shè)備，提供諸如危險預(yù)警、智能語音導(dǎo)航等支持。

2）優(yōu)化車架結(jié)構(gòu)，在車身中部增加轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)便于使用者調(diào)整童車重心，運(yùn)用支架增強(qiáng)車輪與車身處連接強(qiáng)度。

3）座椅進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮座椅內(nèi)部空間舒適度，座椅扶手造型優(yōu)化。

表10 設(shè)計(jì)方案打分結(jié)果

Tab.10 Scheme scoring results

4 雙人童車設(shè)計(jì)方案

基于前期調(diào)研與分析提取的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)要素，在數(shù)據(jù)分析與技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)童車相比，雙座椅童車設(shè)計(jì)面向兒童年齡為0～4歲，二胎間年齡差異在1～3歲的二孩家庭，聚焦于二孩時代家庭出行需求，在結(jié)構(gòu)、交互等方面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方案見圖9。

4.1 雙人童車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期分析，雙人童車在結(jié)構(gòu)上應(yīng)以親子互動性和座椅舒適度為重點(diǎn)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)。童車整體為白灰配色。車架為Y型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前端車架向前延伸。嬰兒座艙為方形半包圍設(shè)計(jì)，側(cè)面扶手及圍擋圍繞座艙殼體分布，坐墊置于座艙殼體之上，以插銷結(jié)構(gòu)連接，可快速拆洗。攝像頭及語音設(shè)備集成于座艙前把手處，溫度及感應(yīng)芯片安置在座椅中段座墊處，兩個嬰兒座椅高低配置在嬰兒車前后段。小型觸摸屏位于車架扶手處，家長通過此設(shè)備掌控童車狀態(tài)及進(jìn)行交互操作。

在Y型車架結(jié)構(gòu)三點(diǎn)交匯處設(shè)置轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整車架角度帶動座椅移動。在推行過程中，兩座椅高低排列，嬰兒以躺姿置于座椅中，兩名嬰兒之間相對獨(dú)立，為嬰兒提供更多私人空間，也避免兩孩子因?yàn)殒覒虼螋[影響出行安全；在到達(dá)目的地后，從扶手處向下按壓，轉(zhuǎn)軸帶動車架旋轉(zhuǎn)，左側(cè)上下兩根車架向中心聚攏，兩座椅位置平行，兩名嬰兒面對面，便于交流互動，且家長更易看管與照料，具體可見圖9中的童車雙模式使用場景圖。

圖9 雙座椅童車設(shè)計(jì)方案

4.2 雙人童車交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是給用戶帶來更舒適的體驗(yàn)，雙座椅童車交互設(shè)計(jì)以家長與兒童兩個設(shè)計(jì)對象為出發(fā)點(diǎn)，從以下三個方面進(jìn)行童車交互設(shè)計(jì)。

1）溫度檢測模塊。通過內(nèi)置溫度芯片實(shí)時監(jiān)控嬰兒體溫，如有體溫異常情況，通過扶手前端的小型觸摸屏提醒家長進(jìn)行處理。

2）危險檢測模塊。座椅下方埋入壓力感應(yīng)芯片，通過座椅壓力變化，分析嬰兒動作幅度，若出現(xiàn)一側(cè)壓力過大或壓力變化幅度過大的情況，及時分析及預(yù)測是否存在兒童掉出嬰兒車或被拐跑的風(fēng)險，通過震動及報警將危險信號傳遞給家長。安全扣設(shè)計(jì)磁力感應(yīng)，實(shí)時檢測安全扣松緊程度，防止安全扣脫落或嬰兒自行解開安全扣等意外發(fā)生。

3）遠(yuǎn)程互動模塊：在扶手前端放置攝像及語音設(shè)備，可以將嬰兒圖像信號和語音信號反饋給因工作無法照顧嬰兒的家長手機(jī)終端中，家長可以通過手機(jī)掌握嬰兒狀態(tài)，并通過語音交互進(jìn)行對話。

童車界面設(shè)計(jì)以三級界面為架構(gòu)，包括一級界面（主界面）；二級界面（菜單欄）；三級界面（導(dǎo)航、座椅狀態(tài)、天氣、出行模式、目的地模式和來電顯示）。通過語音及觸屏方式進(jìn)行交互，減輕家長在帶孩出行過程中的交互負(fù)擔(dān)，保障出行的安全性。

4.3 雙座椅童車人機(jī)仿真分析

分析前期所得設(shè)計(jì)要求，出行互動性和座椅舒適度在雙座椅童車的設(shè)計(jì)權(quán)重較高，需要考慮嬰兒在童車中不同動作及姿態(tài)下的舒適度，對其進(jìn)行重點(diǎn)分析。選擇JACK仿真軟件對嬰兒不同姿態(tài)下的舒適度進(jìn)行模擬分析，將建模數(shù)據(jù)導(dǎo)入JACK軟件中，分析產(chǎn)品使用過程中符合設(shè)計(jì)目標(biāo)群體的人與產(chǎn)品的交互，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性并獲得有價值的結(jié)果。

雙座椅童車仿真分析以1歲兒童作為仿真對象，建立身高數(shù)據(jù)70 cm，體重數(shù)據(jù)10 kg（1歲嬰兒身體平均數(shù)值）的人體尺寸數(shù)字人，對雙座椅童車進(jìn)行姿態(tài)匹配與人機(jī)分析，選取兩種代表性姿態(tài)進(jìn)行舒適度分析，分別是出行模式座椅上下布置，嬰兒呈躺姿；目的地模式座椅平行布置，嬰兒呈坐姿。仿真實(shí)驗(yàn)過程見圖10。

圖10 雙座椅童車仿真實(shí)驗(yàn)流程

將rhino中建立的三維模型導(dǎo)出為STL格式，導(dǎo)入JACK中；建立數(shù)字人，根據(jù)童車實(shí)際使用情況，將建立的嬰兒數(shù)字人與童車兩種使用模式進(jìn)行姿勢匹配，抽取自然姿勢下的嬰兒瞬間動作作為關(guān)鍵幀進(jìn)行姿勢分析。

使用Porter數(shù)據(jù)庫對嬰兒兩種姿勢進(jìn)行分析，該數(shù)據(jù)庫定義了數(shù)字人不同體型下的關(guān)節(jié)合理彎曲度，由仿真結(jié)果可知，童車在坐姿與躺姿兩種姿態(tài)下的關(guān)節(jié)彎曲角度均在合理范圍內(nèi)。

使用Reach Zones工具分析可達(dá)域，觀察分析數(shù)字人在腰部與肩部驅(qū)動下，雙手可以達(dá)到的范圍。通過可達(dá)域分析得出結(jié)論，在童車目的地模式下的坐姿狀態(tài)下，座墊側(cè)部扶手、童車護(hù)欄扶手均在嬰兒可達(dá)域范圍之內(nèi)，說明嬰兒在坐姿狀態(tài)下可以抓握扶手與護(hù)欄；在童車出行模式下的躺姿狀態(tài)下，童車護(hù)欄扶手在嬰兒可達(dá)域范圍之內(nèi)，說明嬰兒可以借助護(hù)欄扶手達(dá)到躺姿、坐姿的轉(zhuǎn)換。

使用靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測工具，從動力學(xué)角度根據(jù)姿勢、運(yùn)動要求和人體測量學(xué)評估姿態(tài)靜態(tài)受力強(qiáng)度，得出SSP評價表，根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，嬰兒兩種姿態(tài)下的姿勢靜態(tài)受力強(qiáng)度評價趨近于100分，說明嬰兒可以以一個較為舒適的姿態(tài)坐或躺在嬰兒車內(nèi)。

通過JACK人機(jī)仿真分析，驗(yàn)證了在不同姿態(tài)下雙座椅童車都能提供較為舒適的乘坐環(huán)境，雙座椅童車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，改善了二孩共同出行場景下的嬰兒使用童車的乘坐體驗(yàn)。

5 結(jié)語

文章聚焦二孩家庭出行場景探究了集成VACP/ AHP/QFD的雙座椅童車設(shè)計(jì)方法。有別于傳統(tǒng)童車設(shè)計(jì)流程，VACP/AHP/QFD研究方法滿足了二孩時代下家庭出行的實(shí)際需求，使用VACP以童車場景中交互負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行需求篩選，通過AHP建立需求層次模型，運(yùn)用QFD明確設(shè)計(jì)要素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方案創(chuàng)新，通過人機(jī)仿真分析驗(yàn)證了雙人童車設(shè)計(jì)實(shí)踐的可行性及有效性，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新解決使用過程中的安全性及便捷性問題，通過引入智能交互系統(tǒng)解決使用過程中的交互性問題。研究證明，基于多方法集成的雙座椅童車設(shè)計(jì)研究可以有效幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行思維發(fā)散及收斂，在面向諸如二孩家庭等需求特殊的群體進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可以獲得客觀且合理的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。雙座椅童車設(shè)計(jì)方案提升了出行過程中家長與嬰兒的使用體驗(yàn)。通過總結(jié)反思，認(rèn)識到雙座椅童車研究在質(zhì)量特性技術(shù)方面可以借鑒更多智能交互產(chǎn)品，在未來研究中，應(yīng)深入優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過可持續(xù)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等拓寬使用人群，進(jìn)一步助力新時代下的二孩家庭對童車的訴求。

[1] 汪偉, 楊嘉豪, 吳坤, 等. 二孩政策對家庭二孩生育與消費(fèi)的影響研究——基于CFPS數(shù)據(jù)的考察[J]. 財經(jīng)研究, 2020, 46(12): 79-93. WANG W, YANG J H, WU K, et al. Influence of the Two-Child Policy on Household Second Child Fertility and Consumption: Investigation Based on CFPS Data[J]. Journal of Finance and Economics, 2020, 46(12): 79-93.

[2] 王軍, 劉濤, 范永志, 等. 融合A-Kano與FAST的童車創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2023, 40(3): 142-148. WANG J, LIU T, FAN Y Z, et al. Innovative Design Method of Children Stroller Based on A-Kano and FAST[J]. Journal of Machine Design, 2023, 40(3): 142-148.

[3] WU X L, HONG Z, LI Y J, et al. A Function Combined Baby Stroller Design Method Developed by Fusing Kano, QFD and FAST Methodologies[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2020, 75: 102867.

[4] 張春紅, 陳之健, 王炯炯, 等. 可轉(zhuǎn)換為腳踏車的嬰兒手推車的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2021, 38(12): 128-132. ZHANG C H, CHEN Z J, WANG J J, et al. Optimization Design of Baby Stroller that can be Transformed to a Tricycle[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(12): 128-132.

[5] 田甜, 宋佳, 李婧, 等. 江蘇省“二胎”學(xué)齡前兒童家庭養(yǎng)育環(huán)境與行為問題分析[J]. 中國兒童保健雜志, 2023, 31(6): 623-628. TIAN T, SONG J, LI J, et al. Family Rearing Environ-ment and Behavior Problems of the Second Child Aged 4 to 6 Years in Jiangsu Province[J]. Chinese Journal of Child Health Care, 2023, 31(6): 623-628.

[6] 逄智宏, 姚晨嵐, 陳光明, 等. 關(guān)于我國童床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全風(fēng)險分析[J]. 家具與室內(nèi)裝飾, 2020(7): 82-83. PANG Z H, YAO C L, CHEN G M, et al. Safety Risk Analysis on the Structural Design of Baby Cots in China[J]. Furniture & Interior Design, 2020(7): 82-83.

[7] 曹艷超, 胡天怡, 鐘文翰, 等. 基于人體工學(xué)的中小學(xué)課桌椅機(jī)械安全分析[J]. 家具與室內(nèi)裝飾, 2020(5): 30-31. CAO Y C, HU T Y, ZHONG W H, et al. Safety Analysis of School Desks and Chairs Based on Ergonomics[J]. Furniture & Interior Design, 2020(5): 30-31.

[8] 馬駿. 一種醫(yī)療用可調(diào)節(jié)式推車的設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程師, 2021(8): 168-169. MA J. Design of an Adjustable Cart for Medical Use[J]. Mechanical Engineer, 2021(8): 168-169.

[9] 劉朧, 楊瑜, 孫濤. 基于人機(jī)交互的老年人產(chǎn)品設(shè)計(jì)[J]. 工業(yè)工程, 2010, 13(5): 89-94. LIU L, YANG Y, SUN T. Design of Products for Elder Based on Human Machine Interaction[J]. Industrial Engineering Journal, 2010, 13(5): 89-94.

[10] 陸冀寧. 趣味產(chǎn)品的互動層次[J]. 裝飾, 2010(12): 96-97. LU J N. Interactive Levels of Funny Product Design[J]. Zhuangshi, 2010(12): 96-97.

[11] 張萍, 喻露, 沈朝群. 多模態(tài)交互平衡下的健康一體機(jī)適老設(shè)計(jì)研究[J]. 設(shè)計(jì)藝術(shù)研究, 2022, 12(4): 61-66. ZHANG P, YU L, SHEN Z Q. On the Aging-Appropriate Design of Integrated Health Machine under Multi-Modal Interactive Balancing Mechanism[J]. Design Research, 2022, 12(4): 61-66.

[12] 王雅坤, 任家駿, 李愛峰, 等. 礦用挖掘機(jī)操作界面的GEM-AHP法決策評價[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2023(2): 20-23, 27. WANG Y K, REN J J, LI A F, et al. GEM-AHP Method Decision Evaluation of Mine Excavator Operation Interface[J]. Machinery Design & Manufacture, 2023(2): 20-23, 27.

[13] 高志來, 邱自學(xué), 任東, 等. 基于QFD的橋式龍門銑床橫梁優(yōu)選設(shè)計(jì)方法研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2020(9): 44-49. GAO Z L, QIU Z X, REN D, et al. Research on Prefe-rence Design Method for Crossbeam of Bridge Gantry Milling Machine Based on QFD[J]. Machinery Design & Manufacture, 2020(9): 44-49.

[14] 萬延見, 李彥, 李文強(qiáng), 等. 基于認(rèn)知多方法集成式產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略及實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2014, 20(6): 1267-1275. WAN Y J, LI Y, LI W Q, et al. Strategy and Realization for Integrated Product Innovation Design Based on Cognitive Multi-Method[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2014, 20(6): 1267-1275.

[15] 李曉杰, 梁健, 李海泉. 基于AHP/QFD與TRIZ的地震救援機(jī)器人設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2021, 38(11): 121-128. LI X J, LIANG J, LI H Q. Design of Earthquake Rescue Robot Based on AHP/QFD and TRIZ[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(11): 121-128.

[16] 周小舟, 宗承龍, 郭一冰, 等. 多模態(tài)交互中的目標(biāo)選擇技術(shù)[J]. 包裝工程, 2022, 43(4): 36-44. ZHOU X Z, ZONG C L, GUO Y B, et al. A Review of Target Selection Techniques in Multimodal Interaction[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(4): 36-44.

[17] 李兵, 魏玉蘭, 歐鵬飛, 等. 負(fù)脈沖混合多模態(tài)輸入整形器抑振魯棒性分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2020(1): 132-135. LI B, WEI Y L, OU P F, et al. Robustness Analysis on Vibration Reduction of Negative Impulses Hybrid Multiple-Modal Input Shapers[J]. Machinery Design & Manufacture, 2020(1): 132-135.

[18] 尉少坤, 李淑娟, 李言. 用層次分析法(AHP)確定QFD中客戶需求權(quán)重[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2005(6): 170-172. WEI S k, LI S J, LI Y. Confirming Weight of Voice of the Customer in QFD Using the Method of AHP[J]. Machinery Design & Manufacture, 2005(6): 170-172.

[19] 杜健. 地震勘探作業(yè)人員不安全行為及預(yù)防對策研究[D].青島: 中國石油大學(xué)(華東), 2020. DU J. Research on Unsafe Behavior and Preventive Countermeasures of Seismic Exploration Workers[D]. Qingdao: China University of Petroleum (East China), 2020.

[20] 李翠玉, 谷海燕, 李若璐. 5G智媒時代下親子互動平衡車的設(shè)計(jì)研究[J]. 包裝工程, 2022, 43(16): 109-115. LI C Y, GU H Y, LI R L. Design of Parent-Child Interaction Balance CarBased on the 5G Smart Media Technology[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(16): 109-115.

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

人工智能背景下工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)模式研究與探索（21Q075）

通信作者