基于KANO-QFD的挖掘機信息界面設計研究

摘要：為有效獲取挖掘機用戶核心需求，基于用戶需求確定設計關鍵要素，從而提高駕駛員對挖掘機信息界面操作的滿意度。通過KJ法和用戶訪談法獲取挖掘機信息界面用戶需求要素，根據KANO模型分析用戶需求并得到需求重要度，結合QFD方法構建質量屋得到設計要素優先級。界面布局有序、信息反饋設計、界面導航設計需求權重最大，是挖掘機信息界面設計的重要設計要素。通過KANO模型和QFD方法的結合，驗證了該方法在解決挖掘機信息界面設計問題上的可行性，為其他工程車輛信息界面的設計提供了方法上的指導。

關鍵詞：挖掘機；KANO-QFD；信息界面設計；用戶需求；設計要素

中圖分類號：TU602 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）04-0148-04

Abstract：In order to effectively obtain the core needs of excavator users，the key elements of design are determined based on user needs，so as to improve the satisfaction of drivers on the information interface operation of excavator. KJ method and user interview method were used to obtain user demand elements of excavator information interface. User demand was analyzed according to KANO model and the importance of demand was obtained. The priority of design elements was obtained by building house of quality combined with QFD method. The layout of the interface is orderly，the information feedback design and the interface navigation design need the most weight，which are the important design elements of the excavator information interface design. Through the combination of KANO model and QFD method，the feasibility of this method in solving the problem of excavator information interface design is verified，which provides a method guidance for the design of other engineering vehicle information interface.

Keywords：Excavator；KANO-QFD；Information interface design；User demand；Design element

引言

隨著數字化、智能化技術在挖掘機領域的應用與發展，挖掘機的人機交互方式、信息界面表現形式、用戶體驗模式等也在發生著革命性的變化[1]，從傳統的按鈕式或按鍵式界面設計轉變為觸摸屏式界面設計。在與界面交互的過程中，視覺、聽覺、觸覺均是用戶和信息界面交互的重要途徑，信息界面的設計對挖掘機的操作效率和安全性有著決定性作用。因此，挖掘機信息界面的設計已經成為挖掘機設計的重要組成部分，如何設計一個有效的挖掘機信息界面以滿足用戶體驗需求，是成為當前挖掘機領域的研究熱點之一。

目前，對于挖掘機信息界面設計的研究有限，大多是從人機工程學角度對挖掘機駕駛室傳統按鍵布局設計的研究，而對于信息界面用戶需求權重和設計要素優先級的研究有限。本文使用的KANOQFD模型是一種從用戶需求出發，將用戶需求轉換為設計要素的設計方法，可以有效地指導挖掘機信息界面的設計。

一、研究方法與過程

（一）KANO-QFD研究方法

KANO模型由東京理工大學教授狩野紀昭（Noriaki Kano）于 1984年提出，廣泛應用于用戶需求分類和需求優先級排序[2]。該研究方法是一種將服務質量類型中隱性屬性顯性化、數據量化的綜合評價分析方法[3]，將用戶需求分為5種類型：必備型（M）、期望型（O）、魅力型（A）、無差異型（I）和反向型（R）[4]。

QFD（Quality Function Deployment）即功能質量展開，通過“質量屋”這一核心工具將用戶需求轉化為功能和質量需求，能明確展示用戶需求與產品特性之間的關系[5]，多用于產品設計目標分析。

KANO模型和QFD模型的結合，能夠將“用戶需求-設計要素”數據量化，使產品設計更契合用戶需求，從而提升用戶滿意度[6]。KANO-QFD模型的研究方法，能夠為挖掘機信息界面的功能設計和界面優化提供更好的設計決策。本次設計流程框架如圖1。

（二）研究過程

研究過程根據KANO-QFD設計流程框架進行，共分為以下5個步驟。

1.獲取用戶需求要素

用戶體驗地圖是分析用戶全階段需求的一種可視化工具。通過把挖掘機駕駛員的駕駛操作行為按不同階段劃分，從用戶訪談中獲取作業過程中駕駛員對所有接觸點的滿意程度水平，其滿意度較高的機會點和滿意度較低的痛點可以轉化挖掘機信息界面的功能需求[7]。

2. 基于KANO模型的用戶需求問卷設計

根據用戶體驗地圖獲得的初始挖掘機信息界面用戶需求要素，設計用戶需求問卷，問卷數據參數化，可減少用戶體驗地圖中的用戶主觀偏差。挖掘機信息界面用戶需求問卷分為雙因素問卷、需求重要度問卷和市場競爭力評估問卷三種。

雙因素問卷，對每一項功能需求設置了正反提問的方式，選項按照滿意程度劃分為“我很喜歡”“理應如此”“無關緊要”“勉強接受”“我不喜歡”5項，將問卷結果中出現次數最多的屬性作為需求的KANO屬性。

在確定用戶需求KANO屬性后，使用5階李克特量表對各個用戶需求要素重要度進行評分，得分區間為1-5，其重要程度隨評分值的增大而增大，取平均值作為用戶自評分需求重要度 。

市場競爭力評估通過問卷調查獲得當前產品滿意度 和目標產品滿意度 。

3.量化KANO模型獲取最終用戶需求重要度

根據雙因素問卷所獲得的數據，計算用戶滿意度提升指數和用戶不滿意降低指數，值越大（趨于1）時，表示該項需求對用戶滿意度的影響越大，即提升用戶滿意度的效果越強，值越小（趨于-1）時，表示該項需求對用戶不滿意度的影響越大，即降低用戶不滿意度的效果越強，計算公式為：

5.設計展開

根據確定的關鍵性設計要素，得出設計策略并展開方案設計，從而提升駕駛員對挖掘機信息界面的滿意度。

二、挖掘機信息界面案例研究

（一）用戶需求獲取

在獲得用戶需求方面，挖掘機信息界面設計研究還處于發展階段，用戶需求有待深度研究，通過桌面調研、問卷調研、用戶訪談等方法，從用戶角度了解產品的使用需求，從而在實際使用和操作過程中，最大限度地挖掘出用戶的需求[8]。

挖掘機信息界面的桌面調研，通過現有產品資料和文獻研究，基本了解挖掘機駕駛員工作流程、產品功能需求以及準備和作業狀態下的信息界面認知和操作行為。挖掘機信息界面的主要目標用戶為挖掘機駕駛員，對其基本特征、產品使用經驗以及用戶反饋等進行問卷調查，有助于進一步準確了解用戶群體的特征，更好地理解用戶的操作習慣、功能需求、心理需求等。

結合桌面調研和問卷調研，分析不同工作階段駕駛員與信息界面進行交互時的行為特征、認知特征，充分挖掘各階段的用戶接觸點、機會點和痛點，從而為后續挖掘機信息界面設計要素的優化設計奠定基礎。構建挖掘機信息界面用戶體驗地圖，如圖2。

根據用戶體驗地圖中的用戶痛點和機會點設計用戶訪談問卷，選取6位挖掘機駕駛員進行用戶訪談，其中，年齡段包括青年、中年，駕齡分別從1年到8年不等。對挖掘機駕駛員進行訪談，深入了解駕駛員基本信息，現階段挖掘機信息界面的使用狀況、優缺點、功能需求，在準備階段和作業階段使用和操作信息界面的過程和感受，用戶對挖掘機信息界面的使用體驗，在使用信息界面時遇到的問題和用戶痛點，與其他同類產品相比信息界面可優化部分等問題。

將用戶調研的結果進行歸類整理，深入挖掘用戶需求，使用KJ法對訪談中的關鍵詞匯進行整理和分類，結合界面設計領域相關研究，將用戶對于挖掘機信息界面需求分為5類20項用戶需求，如表1。

（二）基于KANO模型的用戶需求分析

1.用戶需求KANO分類

為了進一步了解目標用戶對挖掘機信息界面的需求等級和優化設計方向，設計用戶需求KANO問卷，調研對象為挖掘機駕駛員和技術人員，根據得到的有效問卷50份，結合KANO模型分類方式對數據進行統計分析，得出需求屬性KANO分類及用戶滿意度指數。

2. 用戶需求重要度分析

在KANO模型分類的基礎上，利用用戶滿意度指數可以計算出用戶需求對于用戶滿意度的提升和不滿意度的降低的影響程度，有助于設計師在設計實踐過程中對每項用戶需求的重要性進行評估，明確設計重點[9]。

在用戶滿意度指數坐標分布圖中，第Ⅰ象限的需求為期望型需求，包括字體大小適當、圖標含義明確、界面布局有序、操作便捷、出錯率低、操作反饋及時、空調共7項需求要素。該類需求直接影響用戶的滿意度，若滿足這類需求，則用戶滿意度提升，若未滿足這類需求，則用戶滿意度下降。因此，在設計展開階段，要針對用戶痛點對信息界面進行優化。第Ⅱ象限的需求為魅力型需求，包括交互效率高、認知負荷低、多媒體功能、輔助施工功能、車外狀況監控功能共5項需求要素，滿足該類需求可以優化用戶在作業過程中操作信息界面的使用體驗，從而增強產品的核心競爭力。第Ⅲ象限的需求為無差異型需求，包括天氣時間查詢共1項需求要素，該類需求對用戶的滿意度不會有較大影響。第Ⅳ象限的需求為必備型需求，包括儀表盤信息反饋、系統狀態信息反饋、告警信息反饋、車況信息查看功能、車輛設置功能、用戶設置功能、色彩種類不宜過多共7項需求要素，滿足該類要求對用戶滿意度的提高不會有幫助，但未滿足時會使用戶滿意度大幅降低。因此，在信息界面的設計中須保證必備型功能的合理實現。

挖掘機信息界面用戶最終需求重要度的計算綜合考慮了用戶自評分需求重要度、用戶滿意度指數、調整改善率等多項指標，根據公式（1）-（6）相對客觀地計算出用戶需求的最終重要度。

根據用戶需求最終重要度可知：

（1）挖掘機信息界面功能需求中重要度得分最高的為儀表盤信息反饋。由此可見，挖掘機信息界面的設計中儀表盤信息反饋這一用戶需求對駕駛員作業過程中信息讀取要求相對較高。另外，在附加功能需求中，車外狀況監控功能、空調功能的用戶需求較為重要。

（2）可視化需求中的界面布局有序用戶需求重要度最高，字體大小適當、圖標含義明確的用戶需求重要度相對較高，三者均是信息界面可視化設計中的關鍵研究點。

（3）可用性需求中認知負荷低、交互效率高的用戶需求重要度較高，因此將降低用戶學習難度、優化用戶操作體驗作為研究點，在設計過程中要重點對這類需求進行深入分析和優化設計。

（三）基于QFD模型的設計要素重要度分析

1.確定設計要素

挖掘機信息界面隨著互聯網和數字化技術的發展進入了新的階段，多媒體、車外狀況監控、輔助施工等新功能也將在挖掘機車機系統中逐漸普及，有助于提高挖掘機駕駛員的工作效率。然而，隨著挖掘機信息界面功能的日益豐富和多樣化，功能的增加可能會增加部分對信息界面操作經驗不足的用戶的操作難度。駕駛員通常是在作業過程中進行界面操作，因此，他們需要熟悉各項功能的操作方式，并盡量縮短操作時間，這樣可以有效避免用戶發生誤操作和影響作業安全。因此，在挖掘機信息界面設計時，應當充分了解用戶需求，并以合理的方式將用戶需求轉化為對應的設計要素。

通過前文的用戶調研和用戶需求重要度分析，獲取了挖掘機信息界面的用戶需求，并結合挖掘機的產品特性和使用情境將用戶需求轉化為設計要素，最后，結合界面設計原則得出設計策略，并指導最終信息界面設計。整理設計要素如表2。

2.構建QFD質量屋模型

三、挖掘機信息界面設計

根據QFD質量屋的設計要素權重值排序，可以呈現出各項設計要素的重要程度，對后續的設計工作具有指導性意義。從用戶需求角度出發，為挖掘機駕駛員解決核心需求，將權重較高的設計要素作為設計過程中的重點，最終確定設計要素主要目標為信息架構設計和界面布局設計。

（一）信息架構設計

挖掘機人機界面的信息架構設計是界面設計的重要環節，包括挖掘機信息界面基礎功能屬性和附加功能屬性，將每個功能節點作為信息架構的基本單位。利用層次分明、易于理解的樹狀結構，用戶能夠快速理解各個功能的操作過程，從而提高用戶使用效率。挖掘機信息界面的功能分類設計，如圖3。

界面導航設計是挖掘機信息界面設計中的重要組成部分，支撐著產品的內容和功能，可以幫助用戶快速找到所需信息，提高用戶體驗。設計師要針對產品功能設計合理的導航結構，選擇合適的導航欄位置，幫助用戶清晰地了解產品的使用方式。

在質量屋模型中界面導航設計與交互效率高呈強相關關系。在界面導航的設計中，既要保持導航樣式的一致性，也要保持導航使用的高效與簡潔的平衡，兼顧產品的可用性和用戶體驗。界面采用底部標簽式導航，可以使駕駛員在作業過程中快速獲取所需信息，并簡化操作步驟。若導航欄內容以文字形式出現，其尺寸大小對認知負荷的影響較大，因此，考慮挖掘機顯示屏尺寸，導航欄內容僅以圖標形式出現。

（二）界面布局設計

布局通過影響視覺認知的信息密集度、指導性、邏輯性和復雜度，對信息界面具有認知引導性[10]。界面布局設計包括功能模塊布局設計和功能層級分布設計。功能模塊布局設計是指在設計開發過程中，根據挖掘機信息界面的功能需求，對信息界面的功能模塊進行合理分類和布局設計，以更好地實現挖掘機信息界面的功能和提高界面可用性。合理的功能模塊分類是用戶可快速獲取所需信息的重要保證。功能層級分布設計是指在同一界面中，各個功能模塊在視覺層次上的表現，根據界面信息的重要性分配，重要度越高則視覺層級越高，即視覺表現上最為突出。

將功能模塊布局設計作為界面布局設計的關鍵性設計要素，在質量屋模型中可以看出功能模塊布局設計與用戶需求界面布局有序、認知負荷低呈強相關關系，因此在界面設計中在功能模塊布局設計中要優化界面信息要素布局，提高用戶認知效率。功能模塊布局分類為儀表盤、導航欄、系統狀態、系統信息4個主要部分，根據界面布局規則，結合挖掘機信息界面現狀選擇最合理的布局形式，如圖4。

結語

在數字化人機界面不斷發展的今天，挖掘機觸屏式界面將逐漸取代傳統界面，挖掘機信息界面的設計研究對提高用戶工作效率、作業安全性和優化用戶體驗具有重大意義。通過對挖掘機駕駛員的需求分析以及對信息界面的功能分析，可以更好地理解用戶需求，為設計師在界面設計中提供關鍵的設計要素，并將其轉化為更符合用戶需求的設計方案。由此，本文驗證了KANO-QFD模型在挖掘機信息界面設計中的引導作用，對工程車輛領域的信息界面設計具有一定的指導意義。

基金項目：貴州省科學技術基金資助項目（黔科合基礎[2020]1Y262）；貴州省基金重點項目（黔科合基礎-ZK[2023]重點015）

參考文獻

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