基于AHP-QFD 的沖牙器設計研究

摘要：挖掘沖牙器用戶實際需求，獲取重點需求以及與之相關的功能要求，設計更符合用戶實際需求的沖牙器產品。首先通過用戶觀察與用戶訪談獲取用戶需求，然后利用 AHP 模型量化需求權重，采用QFD關系矩陣得到符合用戶需求的重點功能要求。針對重點需求要素和重點功能要求展開創新設計，并以模糊綜合評價法加以評估。AHP-QFD法可以有效挖掘用戶實際需求，并將其轉化到具體功能要求，對相關設計研究具有參考意義。

關鍵詞：沖牙器；用戶需求；產品設計；AHP；QFD

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）23-0102-04

引言

在互聯網廣泛普及的今天，現代年輕人對于口腔健康有了更加深刻的認知，尤其是愛美人士和正畸人群在口腔清潔方面比較關注，于是電動牙刷、電動沖牙器等口腔清潔護理產品逐漸走進大眾的視野。作為一種新興的口腔護理工具，電動沖牙器能有效抑制牙菌斑和牙石的形成，并預防控制牙周病[1]，市場前景廣闊。吳波等[2] 梳理了現有沖牙器設計中存在的問題與用戶痛點，結合感性工學方法探討了女性沖牙器產品設計思路并總結設計策略，為提升口腔產品設計質量提供參考。現有的口腔清潔產品設計研究過程通常從情感化、用戶體驗等感性方面切入設計，但缺乏針對用戶需求和產品功能要求在理性層面的定量分析，于是存在對后續研究的科學支撐不足的情況。因此，本文將聯合層次分析法（AHP）與功能質量展開理論（QFD）對沖牙器產品設計展開研究，為后續的產品創新設計提供依據，并采用模糊綜合評價法進行設計評估，從而提升設計過程的科學性。

一、沖牙器產品的設計現狀

電動沖牙器的原理是將水通過泵體加壓，以高速、細小的脈沖水流穿透牙齒間隙，可高效地去除口腔內的污垢和細菌。作為日常口腔護理的工具，電動沖牙器由水箱、水管、噴頭和電機等多個組件構成。

市面上現有的電動沖牙器從結構和使用方式上可劃分為臺式、固定水箱式、伸縮水箱式和無水箱式4 種類型，同一類型產品之間的差異主要體現在配色和造型方面，因此選擇4 類型產品各一款為代表產品進行分析，如表1 所示。臺式沖牙器由于水箱大不便外帶，使用場合局限；固定水箱式沖牙器可外帶使用，但偏大的體積使其不便攜；伸縮式水箱沖牙器在結構上改善了固定式水箱沖牙器的缺點，可伸縮的水箱設計讓其擁有了較小體積以便攜帶和收納，但小體積水箱讓一次沖洗過程需要多次灌水操作，繁化了使用流程；無水箱式沖牙器體積小巧，可連接水杯中的水源，但水管的收納不便。綜上可知，目前市面上的沖牙器普遍存在體積偏大、不易收納攜帶、操作煩瑣或由于水箱與機身一體導致重心不穩等問題，在用戶體驗方面仍存在較大的提升的空間。

二、AHP-QFD理論與應用

（一）AHP-QFD 理論

層次分析法是由美國薩迪教授于20 世紀70 年代初期提出的一種決策分析方法[3]，可以將定性問題量化，創建層次分析模型來獲取要素權重分布。通過有效的判斷矩陣，對相關要素進行量化分析，進一步獲取具有較高權重的指標作為設計目標，可預防因過度開發而導致功能過剩[4]。本文將通過對沖牙器用戶需求的AHP 量化研究盡可能過濾掉干擾因素，從而優選出關鍵的用戶需求，以最小代價妥善提高用戶體驗以及滿意度。

質量功能展開以用戶需求為導向，將用戶需求轉化為產品細節、工藝與生產等的多方面功能要求，方便設計人員進一步分析提出改進的產品或服務的技術方案以提高用戶滿意度[5]。QFD 的核心是質量屋，以圖表直觀地展示和分析用戶需求與產品功能之間的關聯。設計師通過質量屋將用戶需求對應到產品設計的功能要求特征上，實現從需求到功能的轉換，最終完成整個質量功能配置的產品開發流程[6]。

AHP 可用科學計算權重并決策出核心需求要素，但無法作為將需求轉化為具體功能要求的工具；QFD 可以將用戶需求轉化為設計特性，但判斷需求重要性上存在局限。邵進[7] 等結合AHP 和QFD設計了一款學齡前兒童植物生長認知產品，實現了篩選出核心需求并將其轉化為產品功能的過程，但并未產出完整的設計評價流程。因此，為了提升現有產品設計研究方法的科學性和完備性，本文將整合兩種方法優點，通過科學分析計算來確定用戶核心需求，并將核心需求要素與產品功能要求相匹配，用其結果指導設計實踐并通過模糊綜合評價法驗證可行性，構建更科學的設計模型以完善現有研究方法。

（二）AHP-QFD 理論指導沖牙器產品設計流程

為了使最后的設計方案更精準地滿足用戶需求，設計人員必須縮小產品最后所呈現的功能與用戶的實際需求間存在的差距。本研究以AHP-QFD 理論為主要的研究方法與理論基礎，以定性和定量相結合的方法，增強用戶需求轉化為設計特性的科學性。具體研究流程如圖1 所示，首先，進行用戶觀察和用戶訪談，深入了解用戶在沖牙器產品使用過程的實際具體需求；接著，將上述獲取的各個需求要素進行目標層、準則層和具體指標層的分類，建立AHP 模型，在判斷矩陣的幫助下計算出各要素的綜合權重值，并進行一致性檢驗，檢驗通過后進一步確認其重要性次序，從而獲取關鍵需求指標，反之，若檢驗不通過，則和專家重新溝通獲取數據或者調整原有矩陣，直至滿足一致性要求；此外，通過QFD 模型分析用戶需求與產品功能之間的聯系，從而確定與關鍵需求要素相對應的設計要求，請專家小組針對其相關程度進行打分，關注高分功能要求，將其作為主要的功能開發重點；最后，整合各項重點功能要求，從而完成設計實踐，并以模糊綜合評價法檢驗方案的滿意度以及設計研究流程的可行性。

三、基于AHP-QFD的沖牙器用戶需求分析

（一）構建沖牙器需求層次結構模型

本研究通過用戶觀察法和用戶訪談法了解了用戶使用產品的具體過程、場所、動機以及滿意度等信息，以此來充分挖掘用戶的實際需求。本研究共招募到22 名18-30 歲沖牙器用戶，其中包含了10位每周使用沖牙器3 次以上的深度用戶。用戶使用沖牙器的原因主要是牙周炎、正畸帶來的口腔清潔需求，主要的使用場合是家庭、學校和公司的洗手間，因此他們希望產品操作便捷且易于收納。在滿意度的調查上，用戶答案聚焦于信息明確、簡化流程、收納方便、使用舒適4 個方面，四者的滿意度皆為一般水平，均無顯著領先，這也說明了沖牙器產品體驗存在較大的提升空間。

為獲取用戶核心需求要素，本研究整理總結用戶觀察與用戶訪談結果，以建立較為科學合理的用戶需求層次分析模型。目標層（A）為符合用戶需求的沖牙器設計，將信息明確、簡化流程、收納方便、使用舒適4 個方面作為準則層（B1-B4），13 個具體指標層（C1-C13）分別為電量可視、開關可視、擋位可視、拆裝方便、減少按鈕、容易清洗、操作簡單、體積小巧、便于攜帶、快速收納、手感穩定、表面處理溫和、沖洗舒適，如圖2 所示。

首先，邀請前期參與需求調研的10 名深度用戶組成的專家小組對不同指標的重要性進行評估和比較，并以他們的評分均值作為各項指標的最終評價結果，從而得到判斷矩陣A、B1、B2、B3 和B4。使用層次分析法的評價過程中，需要采用AHP 提供的9 個重要性等級賦值進行要素間的成對比較，量化并比較不同要素間的相對重要性，進而形成比較結果的判斷矩陣，其目的是在數值上體現兩要素間重要程度的等級，判斷矩陣標度如表2 所示。

判斷矩陣A 即目標層A、準則層B1-B3 的綜合判斷矩陣：

以矩陣A 為例進行運算，對式（1）進行按列歸一化，即對該矩陣的每一列求和，在計算出每個元素在所屬列中的比重，從而得到歸一化判斷矩陣A'，

A' 按行求和后進一步歸一化處理，得到特征向量

W1=（0.251，1.437，0.484，1.827）T （ 2）

由于評價過程是所有因素之間兩兩比較，則可能出現前后的判斷結果完全不一致的情況，即在整體排序時可能會出現重要性前后矛盾的問題。因此，為了保證所獲取的專家綜合判斷矩陣合理且有意義，需要對所得數據結果進行一致性檢驗，若計算得出其一致性比例CRlt;0.1，則說明一致性檢驗通過；反之，則需要和專家重新溝通獲取新的數據或對原有矩陣適當調整。

根據層次分析法原理，為了得到CR 的值，需要先求出λmax 的值，其計算公式如下：

進而計算指標CI=（λmax-n）/（n-1）=0.068； 通過查找國際平均一致性指標RI 值表， 可知當n=4 時，RI=0.89， 即CR=CI/RI=0.077lt;0.1，即證明矩陣A 通過了一致性檢驗。

同理可對B1、B2、B3 和B4 中的要素計算出判斷矩陣結果，其一致性比例CR 均小于0.1，說明一致性檢驗通過，各層需求權重均合理有效，如表3 所示。

（二）基于 QFD 的重點功能要求獲取

在產品設計中，理解用戶需求是至關重要的一步。設計者需通過改進措施和關聯性分析，確保產品功能滿足用戶預期，以優化產品設計，提高用戶滿意度和市場競爭力[8]。結合上文指標權重排序，將位列前五的C11 手感穩定、C7 操作簡單、C12 表面處理溫和、C6 容易清洗和C10 快速收納作為主要的用戶需求參考指標，并重命名為U1-U5，再將這五個需求指標轉化為5 個一級功能要求，并以之為基礎進行細分展開，獲取二級功能要求。另外，將U1 的重要度程度定為5，并將其他重點需求重要度按照占比換算，從而簡化后續分析中的計算，如表4 所示。

如表5 所示，將用戶需求與設計要素進行關聯度分析，建立QFD 質量屋矩陣，以用戶重點需求為左墻，沖牙器功能要求為屋頂，基于質量功能展開原理創建需求要素和功能要求關系表格，高度相關記5 分（符號●）；中度相關記3 分（符號○）；低度相關記1 分（符號△）；兩要素之間無相關關系則記0 分，空格表示。請專家小組評分且計算出各項二級功能要求的重要度，并將其進行排序以得到沖牙器產品設計的關鍵功能要素，從而指導設計實踐，最大限度地實現需求和功能之間的有效轉化，切實地提升用戶體驗與滿意度。在后續的設計實踐中，將得分大于20 的功能要求視為重點功能要求，即排位前6 的流程簡潔、重心穩定、質感舒適、一秒收納、一鍵開關、體積小巧為沖牙器設計的核心要點，以確保最終產品能夠滿足用戶的期望和需求。

四、沖牙器設計實踐

（一）沖牙器創新設計案例

1. 案例展示

結合上述分析，聚焦重點功能要求設計出新的沖牙器方案，以提升用戶的使用體驗。創新設計案例效果細節見圖3，該方案在造型、結構以及使用流程方面作出了創新優化。圍繞流程簡潔、重心穩定、質感舒適、一秒收納、一鍵開關和體積小巧6 個重點功能要求，本案例利用了彈簧片伸縮結構完成使用時水管的收放并保留單一按鈕，實現了快速收納并簡化了使用流程，省去水箱構件也讓產品重心穩定且體積緊湊，在此基礎上使用多種材質讓產品層次豐富，在視覺和觸感上創造良好體驗。

2. 設計優化

（1）造型創新：市場差異化的外觀

產品外觀設計的差異化是市場競爭中的關鍵因素之一，差異化的造型可促成不一樣的視覺刺激從而在用戶心中形成獨特印象，更有效地傳達其功能特點和設計理念[9]。如圖4 所示，創新案例外觀設計顯著區別于市場上常見的柱狀沖牙器機身，采用了圓潤的對角圓角矩形造型，不僅具有中心對稱的美感，而且能夠更好地貼合手部曲線，提供舒適的握持體驗。此外，該設計去除了傳統的水箱結構，使得產品尺寸小巧，長寬僅100 mm，厚度僅40 mm，確保產品便攜性的同時避免了因水箱裝水導致的重心不穩問題，實現了f1 重心穩定和f9 體積小巧的設計目標。另外，產品具有透明磨砂的ABS 外殼，防滑耐磨，觸感柔和，為用戶提供了舒適的使用體驗，滿足了f5 質感舒適的設計要求。

（2）設計重構：小巧便攜的結構

為了全面提升沖牙器的用戶體驗，設計創新不應局限于單純的外觀美學，而應深入到產品結構的創新之中[10]。創新設計后的沖牙器主要構成部件有透明磨砂外殼、開關按鈕、電機、纏繞水管的轉盤、彈簧片以及濾網水管接頭，如圖5 所示。其中纏繞水管的轉盤和彈簧片是主要的創新結構，模擬了卷尺收線原理，利用連接彈簧片的轉盤帶動水管旋轉，從而實現水管的快速收納。在清洗之前用戶只需抽出水管后撥動底部按鈕使之卡緊水管，此時彈簧片為收縮狀態，用戶使用完畢后拔開按鈕，蓄勢的彈簧片會立刻舒張帶動轉盤旋轉收回水管，實現f10 一秒收納的設計特征。用戶可通過透明外殼觀察到沖牙器中轉盤收放水管的過程，在觀感上為原本枯燥的產品使用過程增添了一絲趣味性，也達到了提升用戶體驗的效果[11]。

（3）流程優化：流暢的使用過程

簡潔的流程設計是提升用戶體驗的重要策略，降低操作復雜度，可以顯著提高用戶滿意度和產品易用性[12]。如圖6 所示，創新案例具有兩種使用方式，其一為直接用水管接到水杯等容器中取水，其二則是選擇合適配件連接水龍頭用水，沖洗過程不再受到水箱體積的限制，避免了沖洗流程中多次換水的步驟。方式二中，配件較大一頭采用兩種口徑的硅膠材質分別固定國內標準[13]15mm 和20mm 兩種尺寸的水龍頭，較小一頭用硅膠連接水管接頭，拆裝快捷。創新案例以單一按鈕實現一鍵開關，拋棄冗余沖洗模式，實現f3 一鍵開關的設計特征；省去傳統的灌水使用流程，僅需將水管抽出連接水源即可開始沖洗，實現了f4 流程簡潔的設計特征；使用完畢后拔開水管卡扣即可一秒收納水管，實現f10 一秒收納的設計特征。這些設計目標的實現使得整個沖牙器的使用過程十分流暢簡單。

3. 案例總結

該創新案例從造型創新、設計重構和流程優化3 個層次加以設計以提升用戶體驗，著重把握6 個重點功能需求，理論上可以提升用戶體驗，但具體的用戶滿意度仍需要進一步科學評估。

（二）設計評價

為了評估該創新方案的滿意度，本研究采取模糊綜合評價法加以檢驗。本次評價的方案評價指標集為{ 流程簡潔，重心穩定，質感舒適，一秒收納，一鍵開關，體積小巧}，根據前文計算得指標權重向量WF=（0.200，0.189，0.177，0.150，0.144，0.140）；評語集為{ 非常滿意，很滿意，滿意，不滿意}，并賦值為10，8，6 和4 分。再次邀請了參與前期需求調研的22 名用戶對最終的設計方案進行評價，得到模糊評價矩陣：

根據前文設計特征權重可知綜合評價向量B=WF×R=（0.521，0.407，0.041，0.032），故該方案的評價得分為Z=0.521×10+0.407×8+0.041×6+0.032×4=8.84，該數值介于很滿意和非常滿意之間，表明該方案的用戶滿意度較高，不僅證明了設計方案的成功，也在一定程度上證明了該研究方法的可行性和有效性。

結語

人們對口腔健康愈發重視，未來沖牙器產品競爭也將更加激烈。本文提出了一種AHP 與QFD 相結合的設計方法，運用AHP 方法建立需求層次結構模型獲得重點需求要素，QFD 將需求轉化為重點功能要求來指導沖牙器設計的創新與優化，最后用模糊綜合評價法做用戶滿意度評估在一定程度上說明了該研究流程的可行性。與傳統單一模型相比，該綜合模型提供了一個理性連貫的決策框架，促使產品從功能、場景、結構等角度進行創新以提升用戶體驗。因此，AHP與QFD 相結合的方法可以將用戶需求轉化為功能要求，從而為后續的產品設計實踐提供可靠依據，該流程對類似的產品優化設計具有一定的參考作用。

基金項目：教育部人文社會科學規劃基金項目（20YJA760079）

參考文獻

[1]姜聰，徐文洲，李紅艷，等.中重度牙周炎患者維護期應用PDCA循環管理模式聯合脈沖式沖牙器的臨床療效[J].吉林大學學報（醫學版），2024，50（01）：221-227.

[2]吳波，仲光炎.感性工學視域下女性口腔沖牙器設計思路研究[J].鞋類工藝與設計，2023，3（20）：179-181.

[3]于夢豪，侯昌昌，崔俊杰.基于 KANO-AHP 的老年人社區互聯產品設計研究[J].設計 . 2024 ，37 （08） ：30-33.

[4]宋美音，錢琳琳.基于層次分析法的嶗山旅游文創設計[J].設計，2024，37（01）：52-56.

[5]江玉潔，呂杰鋒，孫犖.KANO模型在產品設計領域中的應用現狀研究綜述[J].設計，2024，37（05）：73-75.

[6]王軍，劉思邑，伍賽，姚楠.基于QFD和AHP法的適老浴室柜設計研究[J].包裝工程，2023，44（04）：158-164.

[7]邵進，吳群.基于AHP和QFD的學齡前兒童植物生長認知產品設計[J].設計，2024，37（04）：110-113.

[8]杜鶴民，談叢睿，孫旭東.胎心儀產品服務體驗優化設計策略與實踐研究[J].設計，2024，37（07）：60-63.

[9]楊冬梅，蔣瑞，張健楠，等.用戶感知為導向的兒童康復產品交互體驗研究[J].包裝工程，2022，43（22）：150-159.

[10]胡康，計開禹.基于在線評論分析法的童車產品優化設計研究[J].設計，2024，37（04）：105-109.

[11]李金洋，鄧嶸.助推理論在產品服務系統設計中的運用研究[J].設計，2024，37（03）：100-104.

[12]孫賽楠，孫大力.基于情感交互的孕期智能監護產品設計研究[J].設計，2024，37（05）：46-49.

[13]JG/T 183-2011，住宅整體衛浴間[S].