兒童乘員安全互聯系統設計研究

摘要：以用戶需求為出發點，解決兒童安全座椅及其互聯系統設計方案的主觀性和片面性問題，設計符合用戶使用場景與體現用戶情緒價值的兒童乘員安全互聯系統。提出一種結合Kano模型、層次分析法（AHP）、QFD方法的創新設計方法，提取潛在用戶需求，并根據權重確定優先級，分析用戶需求對應的功能要求，并確定產品特性，作為方案設計依據。設計實例并對系統設計方案進行模糊綜合評價?；贙ano-AHP-QFD的設計方法應用于兒童乘員安全互聯系統設計，能夠深度挖掘與剖析用戶需求，使方案更加客觀合理。該方法同樣也適用于其他產品的設計與優化。

關鍵詞：Kano模型；層次分析法；質量功能展開；兒童安全座椅；車聯網；模糊綜合評價

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）10-0138-05

引言

隨著汽車產業的發展，交通安全問題凸顯，尤其是兒童乘員的安全，世界衛生組織多年研究報告均顯示，交通傷害已成為兒童意外死亡主要原因[1]，保護兒童乘員安全最有效方式之一是使用兒童安全座椅。兒童安全座椅行業快速成長，但仍是“叫好不叫座”，其原因既有行業起步晚、市場不成熟等外部因素，也存在產品設計偏離用戶真實需求的內部因素。新技術發展與消費升級形成了更加復雜的用戶需求：盧春福等[2] 測試兒童乘坐時背部與臀部的壓力探究舒適性；曹立波等[3] 對兒童安全座椅進行電動調節改進；徐豪等[4] 基于BLE低功耗藍牙實現兒童安全座椅與手機等移動終端的智能互聯。兒童乘員安全互聯系統的產品特性越來越復雜，但如何真正滿足用戶需求才是產品設計的意義所在。而且，兒童乘員安全互聯系統具有多用戶屬性（至少包括家長與兒童），不同用戶在不同時點、不同場景下需求存在差異，甚至相悖。因此，在設計階段準確分析用戶需求并將其轉化為產品特性至關重要。關于用戶需求獲取與產品特性轉化的方法研究成果較多：張莉等[5] 利用Kano 模型探討智能頸椎枕的用戶需求并為智能頸椎枕的設計提供參考研究；李靜等[6] 基于層次分析法（AHP）與模糊綜合評價對多動癥兒童體能類玩具進行設計與評價；賈玉玉等[7] 以軟木多功能凳為例研究基于QFD 和TRIZ 的集成設計方法在兒童家具上的應用。然而，實際的設計過程往往欠缺系統性、層次性。

本文結合Kano 模型、層次分析法（AHP）、QFD 方法構建一種創新設計方法，深入挖掘用戶需求，減少主觀性、片面性，為兒童乘員安全互聯系統方案的有效設計提供了重要參考依據。

一、兒童乘員安全互聯系統

兒童乘員安全互聯系統由兒童安全座椅與汽車智能座艙組成。兒童安全座椅，是兒童約束系統（Child Restraint System，簡稱CRS）的一種，根據不同體重或身高的兒童而設計[8]，安裝于汽車內，能在車輛發生碰撞時有效保護兒童乘員安全。兒童安全座椅滿足用戶對于安全的訴求同時，解決消費者的場景沖突，比如解放家長雙手、消除家長單獨帶孩子出行時無法照看的場景沖突。消費者對產品要求越來越高，行業一直致力于新結構設計與新材料應用，以提高座椅的舒適性、便利性。而車聯網與人工智能的發展，推動兒童乘員安全產品的迭代升級，從傳統結構類型耐用消費品到成為智能座艙生態重要的終端電子產品，從傳統兒童約束系統擴展到由兒童安全座椅與移動終端相結合的互聯系統，從與手機的簡單通信演變為由智能兒童安全座椅、移動終端、云端組成的面向服務的車聯網系統[4]。智能兒童安全座椅通過BLE 低功耗藍牙與移動終端（手機或汽車智能座艙車機系統）相連，并通過移動網絡連接到云端，是其中一種系統架構，如圖1 所示。將傳統座椅升級為檢測的“觸角”、信息的“載體”和服務的“抓手”，從而提升用戶體驗。

由此可見，兒童乘員安全互聯系統的設計，將用戶需求體現在架構中的每一個接觸點：智能兒童安全座椅、移動終端應用軟件的功能要求與交互方式、云端的服務等，因此，要求設計人員系統性考慮用戶需求到產品特性的轉化。

二、研究方法

（一）流程構建

構建一種結合Kano 模型、層次分析法（AHP）、QFD 方法的創新設計方法，將需求層層遞進，從潛在需求到關鍵需求，再將需求轉化為功能要求，提煉產品特性，進而作為設計依據：

步驟1：需求采集。通過文獻研究、用戶訪談等方式了解需求現狀，構建用戶畫像、描述用戶故事；組織消費者與領域專家采取頭腦風暴、群體創新方法挖掘用戶場景與潛在需求，將用戶初始描述進行屬性分類匯總。

步驟2：用戶需求分析?；谀：齂ano 模型設計調查問卷，確定每種需求對客戶滿意度或不滿意度的影響，區分每個需求類型，篩選出基本型需求、期望型需求、興奮型需求3 組[9]。

步驟3：需求分級排序。根據領域專家的調查問卷與專家意見，采用層次分析法（AHP），構建層次結構模型，計算同層不同用戶需求的權重，并進行排序，擇取優先級最高的用戶需求。

步驟4：功能要求分析。剖析用戶需求對應的功能要求，將需求與功能導入QFD 模型[10]，利用QFD 方法評估需求與功能矩陣的相關程度，提煉產品特性，為設計提供重要依據。

步驟5：設計評價。結合用戶場景、用戶操作，對設計系統方案并進行模糊綜合評價。

步驟6：設計實施。將系統設計方案付諸實施，產品管理及時獲取反饋，升級迭代。

（二）Kano 模型

質量管理專家狩野紀昭教授于1984 年提出Kano 模型，該模型能夠反映產品功能需求具備程度與用戶滿意度之間的關系，并將用戶滿意度的影響因素分為5 類：基本型需求（M）、期望型需求（O）、興奮型需求（A）、無差異型需求（I）與反向需求（R）。基本型需求是產品所必需的功能，不滿足則會嚴重損害用戶滿意度；期望型需求是用戶對產品或服務提出的更優秀的期望，如不滿足則會造成用戶滿意度的明顯降低；興奮型需求是指在用戶期望之外的需求，如果滿足此類需求，即使其功能并不完善，也能提升用戶滿意度；無差異型需求是指并不會造成用戶滿意度變化的需求；反向需求是指對應特性反而會降低用戶滿意度的需求。

（三）層次分析法

層次分析法（AHP）是美國運籌學家Saaty 于20 世紀70 年代初，應用網絡系統理論和多目標綜合評價方法，提出的一種層次權重決策分析方法。層次分析法（AHP）將決策相關的元素分解成目標層、準則層與方案層，進而進行定性和定量分析，其基本思路是將復雜決策問題建立層次結構模型，將評價指標進行兩兩比較，由高層次的評價指標往低層次的評價項目逐一分解，通過量化方式進行綜合評價，得出決策方案相對重要性的排序。呂欣等[11] 利用層次分析法（AHP）結合逼近理想解排序法（TOPSIS）提出一種兒童安全座椅設計方案綜合評價方法，并對3 款兒童安全座椅的設計方案進行了綜合評價，最終確定最優方案。

（四）QFD 方法

QFD 方法是20 世紀60 年代由日本學者赤尾洋二提出的多層演繹分析方法，是一種將客戶質量需求應用于產品開發和服務不同階段的工具。QFD 方法能夠實現用戶需求與功能要求良好轉換：利用圖示方式展現產品功能與用戶需求之間的關聯程度，并用關系矩陣量化二者之間的關系，通過評分詳細計算不同產品功能對用戶滿意度的影響程度，從而確定核心功能要求以及提升用戶滿意度的可行設計方案。

三、系統設計

（一）需求采集

組織邀請消費者與相關領域專家，如兒科醫生、兒童心理專家、汽車行業專家等，應用頭腦風暴、群體創新方法獲得兒童乘員出行過程中潛在用戶需求。根據市場調研繪制典型且不同的虛擬群體，建立用戶畫像。圍繞虛擬用戶群體，挖掘用戶場景；基于用戶場景下的用戶故事與用戶行為，探索用戶與系統及產品的接觸點，并進一步分析使用過程中的痛點，如圖2 所示?？梢钥吹絻和藛T安全互聯系統不只是限制兒童活動而保障其安全的工具，而是汽車智能座艙生態下，用戶育兒場景中不必可少的環節，不同的時點、用戶、兒童及其狀態具有多種多樣的需求。將信息匯總，明確需求屬性關系，將相似屬性歸結為一類，經過分類篩選獲得一級需求項：安全性、舒適性、娛樂性與便利性。設計問卷調查，將電子問卷通過網絡渠道發放給來自不同城市、不同收入水平的25～35 歲年輕父母，此次共分發200 份，搜集有效問卷172 份。

（二）基于模糊Kano 模型的潛在需求分析

根據需求對用戶滿意度與不滿意度的影響，利用模糊Kano 模型識別二級需求項的需求類型。通過對每道題正向與逆向的回答進行雙提問并做記錄。根據Better-Worse 系數分析法，處理每個需求指標的數據，并對其進行分類，如表1 所示。

通過Kano 模型的拾取，有時候和預先的主觀判斷存在出入，例如，“寶寶定制電臺”從調研結果中被認為是基本型需求，而安裝便利性卻是無差異型需求，這可能與兒童安全座椅安裝的頻次較低相關。但總之，尚需要進一步通過層次分析法（AHP）篩選出更加聚焦的需求。

（三）基于層次分析法（AHP）的需求排序分級

層次分析法（AHP）是一種對定性問題進行定量化分析的決策方法，在對兒童乘員安全互聯系統設計的工程中能夠應用層次分析法（AHP）有效提取核心需求，避免傳統分析方法的主觀缺陷。根據Kano 模型的需求分類結果構建層次結構模型。根據層次分析法（AHP）設計調查問卷，采用專家打分法對同層不同需求的重要程度進行判斷。

1. 構建判斷矩陣。以一級準則層為例，判斷矩陣A = （aij）m×n，其中aij表示第i 個指標對第j 個指標的重要性。同理可以構件二級準則層的判斷矩陣。

2. 權重計算。計算每個判斷矩陣內需求的權重Vi：采用方根法求出平均值，將結果歸一化處理，求得各項權重平均值ri 和權重向量R=（r1，r2，...rn）T [12]。

3. 一致性檢驗。計算所得的權重數值是否存在相互矛盾，權重分配是否合理，還需要進一步對結果進行一致性檢驗，可以通過權重平均值ri 和權重向量R 計算最大特征根λmax，根據最大特征根λmax計算判斷矩陣一致性指標的CI，根據矩陣階數n 選取平均隨機一致I，并計算判斷矩陣隨機一致性比率CR[13]。當矩陣A 的隨機一致性比率CR ＜ 0.1 或最大特征根λmax=n 且CI=0 時，則矩陣A 前后一致。

根據上述步驟構建判斷矩陣、計算權重并進行一致性檢驗，如一級準則層Ro=（0.6747，0.1676，0.0591，0.0985）T，最大特征根λmax=4.042，CI=0.014，CR=0.016，一致性檢驗通過。同理，二級準則層構件判斷矩陣、計算權重、一致性檢驗，匯總結果見表2 所示。

據綜合權重對需求排序結果，有些需求為興奮型需求，如舒適結構調節（比如電動傾角調節），在具備的情況下，消費者（家長）會認為能夠提升用戶（兒童）的乘坐舒適感，因此其滿意度會大幅提升，然而，事實上優先級排序結果可以發現其權重較低。如果將興奮型需求誤解讀為重要產品特征，則會因為主觀性問題導致設計偏離用戶真實需求，從而導致無謂投入而達不到理想的市場反映。層次分析法（AHP）能夠通過對比、排序挖掘用戶潛在真實意圖。

（四）基于QFD 方法的功能要求分析

基于用戶需求的設計，困難點不僅在于如何分析、預測和跟蹤客戶的潛在需求，更在于如何將用戶需求轉化為功能要求、產品特性。一方面，不同的功能要求、用戶需求的關聯程度有所不同；另一方面，實現用戶需求的功能要求和產品特性可能存在設計沖突。如為實現兒童安全座椅產品的折疊收納或電動調節，其產品結構將與傳統結構的兒童安全座椅不同，在產品重量、碰撞過程中的受力等方面其性能均會受到影響，甚至產生沖突，例如，折疊座椅往往在2+3組（大童）產品上實現，而不適合在0+1+2 組（小童）產品上實施，又如電動功能會增加產品的重量，而導致無法滿足法規需求等。QFD方法能夠將用戶需求轉化為設計要求、零件特性、工藝要求和產品要求等功能要求，并通過建立“質量屋”進行相關性分析。利用QFD方法組織專家，選取層次分析法（AHP）權重較高的8 項用戶需求，分析兒童乘員安全互聯系統功能要求，并歸納匯總，如表3 所示。繼而構建質量屋，如圖3 所示，左欄為用戶需求；上欄為功能要求；中間為用戶需求與功能要求相關關系矩陣，將功能要求滿足用戶需求的程度由高到低按5、3、1 標度，分別表示強相關、中等相關、弱相關或不相關關系；“屋頂”為功能要求相關矩陣，表示不同功能要求之間的相關性，其中“●”代表正相關，即一項功能要求促進另一項功能要求的優化，“×”代表負相關，即一項功能要求造成另一項功能要求的惡化。質量屋的底部是根據用戶需求與功能要求關系矩陣計算得到的功能要求權重[6]。

最終獲得的產品特性并不一定是調研的“興奮型需求”，也并不一定是代表技術含量的先進功能，因為此創新設計方法根本目的在于將設計的產品特性匹配用戶的真實需求。因此可以看到，座艙結構與動態安全是兒童乘員安全互聯系統最根本的產品特性，而電動控制與折疊機構相較于檢測系統與智能互聯，優先級較低，相對不重要。

四、設計實例與綜合評價

（一）設計實例

兒童乘員安全互聯系統由兒童安全座椅、移動終端與云端組成。兒童安全座椅的座艙結構、動態安全、檢測系統，移動終端與云端的智能互聯、應用服務，在功能要求中名列前五。另外，折疊機構與電動控制的功能要求，因組別、重量、供電、結構設計等限制，與座艙結構、動態安全呈負相關。據此，設計兒童安全座椅，組別為0+1+2 組，使用年齡段為出生至約7 歲，采用ISOFIX+ 支撐腿的安裝方式，滿足國標3C 與歐標ECE/R129 要求，360°旋轉可正、反向安裝，重量＜ 15Kg，尺寸滿足BOX 要求；根據兒童生長發育生理特性[14]，設計C 型環抱式座艙、零壓云枕；采用Cool-Max 透氣材料，開發吸風式電子通風散熱功能。設計兒童入離座檢測，即可作為離座提醒，入座狀態又可以作為卡扣檢測與兒童遺留告警的前置條件；設計卡扣檢測，保證兒童正常約束；設計ISOFIX 安裝檢測，指導用戶安裝座椅；設計輔助功能，環境溫度檢測作為風扇自動模式下開啟/ 關閉的閾值條件，電量檢測在用戶使用電池供電時的提醒，座椅端設計具有觸控功能的交互顯示屏。其設計效果，如圖4。

兒童安全座椅連接移動終端，以汽車智能座艙車機系統為例，其應用軟件用以告警提醒與功能控制。汽車智能座艙技術快速發展給予智能交互更多想象，人工智能通過語音識別、語義分析，提供定制化服務，如寶寶專屬電臺，結合獨立音域技術，讓家長與寶寶獲取不同的內容與體驗。部分汽車廠家更具操作系統底層的技術能力，用戶不需要打開應用實現交互，汽車啟動時，車機系統將自動連接設備（靠近發現），服務卡片半模態下提供服務，如圖5。此外，系統還可借由移動網絡，連接云端，提供更多服務，實現遠程推送。

（二）設計評價

設計評價是較為主觀的評價行為，利用模糊綜合評價方法對多指標要素的評價結果進行量化處理。建立評價等級及評價標準，采用統一評語集V={ 極不滿意，不滿意，一般滿意，較為滿意，非常滿意}。設計調查問卷，邀請20 位消費者參與滿意度調研，根據調研結果構建安全性、舒適性、娛樂性、便利性的評價矩陣C1、C2、C3、C4，以C4 為例：

其對應的各子集權重分別為，R1=（0.6232，0.1371，0.2395）T，同理根據R2、R3、R4。建立總體指標的模糊綜合評價矩陣Cs：

根據B=R×C[15]，計算設計方案S1 綜合評價向量，根據最大隸屬度原則，設計方案的模糊綜合評價的結果為較為滿意，符合設計初衷。擇取與設計方案S1 具有相同組別的同公司市售兒童乘員安全產品，S2 為傳統安全座椅，S3 為具有檢測、通訊功能的兒童安全座椅，組成方案集S=（S1，S2，S3）。按照相同方法對其進行評價，計算的S2 綜合評價向量B2=（0.11，0.25，0.24，0.22，0.18），評價結果為不滿意，S3 綜合評價向量B3=（0.00，0.14，0.34，0.30，0.22），評價結果為一般滿意。由此可見，設計方案對市售兒童乘員安全產品優化效果顯著。進一步比較3 個方案，可以看到檢測系統、智能互聯等產品特性為提升調查對方案的滿意度提供了顯著的貢獻，由檢測系統、智能互聯、應用服務共同實現的如兒童遺留告警等用戶需求重點體現出消費者對兒童乘員安全互聯系統的真實需求。

結語

針對解決產品設計過程中存在的主觀性與片面性問題，以滿足用戶真實需求為出發點，構建一種結合Kano 模型、層次分析法（AHP）和QFD 方法的產品創新設計流程，對兒童乘員安全互聯系統的設計研究。采用模糊Kano 模型獲取用戶需求并進行分類，采用層次分析法（AHP）根據需求權重排序，采用QFD 方法將用戶需求轉化為功能要求，并分析功能要求滿足用戶需求的相關性獲取核心產品特性，實例化設計方案并進行模糊綜合評價，最終評價結果顯示，設計方案相較于傳統兒童乘員安全產品有顯著優化。Kano-AHP-QFD 設計方法適用于兒童乘員安全互聯系統的創新設計。此外，實踐中應注重工藝、成本等因素對產品設計的影響。

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