基于KANO-AI-TRIZ的社區無人智能運輸車創新設計研究

摘要：本研究旨在創新設計流程，設計一種能夠滿足用戶需求并提升用戶體驗的社區無人智能運輸車。首先，通過用戶調研了解社區內目標用戶的需求，并總結現有產品的特征。然后，使用Kano模型問卷分析用戶需求的層級，確定重要功能需求。接著，利用AI工具Midjourney將重要需求轉化為具體設計，并分析其合理性。最后，應用TRIZ理論解決設計中的矛盾，采用40個創新原理優化設計方案。綜合用戶需求分析和AI輔助設計，提出一個創新的社區無人智能運輸車設計方案。結合Kano模型、TRIZ理論與AI工具，可以有效提升產品設計的創新性和用戶體驗，為相關產品的創新設計提供了參考。

關鍵詞：產品設計；產品創新設計；Kano模型；TRIZ；Midjourney；社區無人智能運輸車

中圖分類號：T472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2025）04-0094-05

Abstract：The purpose of this study is to innovate the design process and design a community unmanned intelligent transport vehicle that can meet the needs of users and improve the user experience. Firstly，through user research，we understand the needs of target users in the community and summarize the characteristics of existing products. Then，the Kano model questionnaire was used to analyze the hierarchy of user requirements and determine the important functional requirements. Then，using the AI tool Midjourney，we translate the important requirements into concrete designs and analyze their rationality. Finally，the TRIZ theory is applied to solve the contradictions in the design，and 40 innovative principles are used to optimize the design scheme.Based on user demand analysis and AI-aided design，an innovative design scheme for community unmanned intelligent transport vehicles is proposed. Combined with the Kano model，TRIZ theory and AI tools，it can effectively improve the innovation and user experience of product design，and provide reference for the innovative design of related products.

Keywords：Product design；Product innovation design；Kano model；TRIZ；Midjourney；Community unmanned intelligent transport vehicle

引言

隨著科技的迅猛發展，無人智能運輸車在現代社區中的應用前景日益廣闊。無人智能運輸車不僅能夠提高物流運輸的效率，還能減少人力成本和環境污染，對智慧城市建設具有重要意義。當前關于智能運輸多應用定量設計方法，設計過程、方案充滿科學性與理性，需要設計師進行自我創造與創新。如劉建文等[1]人設計了基于ROS系統的智能醫療運輸機器人，在醫院場景中實現高效、便捷、可靠、快速的醫療運輸。胡昊琪等[2]人運用Kano模型與AHP層次分析法設計了醫用無人送餐車，準確地分析產品屬性與設計需求間的關系，提升用戶滿意度。周紅宇等[3]人以果園果農運輸需求結合層次分析法建立指標體系層次模型，獲得需求權重，設計出滿足果園用戶需求的果園運輸車。人工智能技術的出現，改變了傳統設計方式，加快了設計概念方案的迭代，也使得設計師更容易抓住消費者眼球，設計更符合用戶的個性化需求。如周天辰等[4]人運用Stable Diffusion人工智能繪畫模型探索了人工智能在椅類家具設計研究方面的功效。李雄等[5]人提出一種基于深度學習的概念草圖智能生成設計集成方法框架，幫助設計師在視覺認知層面突破設計固化，提高設計效率。

基于上述背景和現狀，本文旨在提出一種結合KANO模型、AI工具和TRIZ理論的創新設計流程，以發散設計思維創新出更符合用戶需求和提升用戶體驗的社區無人智能運輸車。具體研究內容包括：通過社區用戶調研了解需求，使用KANO模型進行需求層級分析，應用Midjourney對用戶需求進行創意探索，并結合TRIZ理論解決方案中的沖突問題，最終提出創新設計方案。

一、設計創新流程

設計方案的實施首先確定用戶需求及產品應用場景。因此，確定設計目標并對其需求進行功能總結轉化，將其制作成Kano問卷，計算出最終的功能要素重要度排序，根據排序將功能導入Midjourney中產生意向圖并分析，最終引入TRIZ矛盾矩陣中并使用相應的發明創新原理確定最終方案，設計流程見圖1。

二、 用戶與產品調研

（一）用戶調研

本研究將所調研社區中的主要用戶通過年齡及身份進行分類，總結其基本生活消費屬性。1. 0～25歲的少兒，學生青年人群對無人智能運輸車的需求為：便捷性需求（即時配送、減少等待時間）、安全性需求（無接觸配送、避障與穩定行駛）、智能化體驗需求（智能導航與調度、人機交互）以及個性化服務需求（定制化配送、多樣化支付）；2. 26～59歲的已進入工作，為父為母人群對無人智能運輸車的需求為：安全性與穩定性、便捷性與高效性（盡可能減少智能方面操作、提高配送效率）、適應性與靈活性（適應社區環境、應對特殊需求）以及經濟性與實用性（成本控制、多功能性）；60歲及以上退休，身體不便人群對無人智能運輸車的需求為：安全性需求（自動避障與預警、穩定可靠的行駛性能）、便捷性需求（操作簡單、自動導航與定位）、個性化服務需求（定制化配送服務、緊急響應與特殊關照）以及靈活性與適應性（多場景適應能力、溫馨的人機交互）。

依據上述內容將所調研人群總結為用戶畫像，見圖2。

（二）產品調研

采用抽樣調查方式，即抽取市場中使用較為普遍的區域性無人智能運輸車為樣本，社區內無人智能運輸車涉及室內與戶外兩種場景，因此樣本包括兩類場景的無人智能運輸車，如：美團運輸機器人、京東運輸機器人、順豐運輸機器人以及多種醫療和酒店行業的運輸機器人，見圖3。

對類型、使用場景以及產品特征進行總結，見表1。

根據無人智能運輸車調研以及用戶需求畫像，對現有產品做出問題總結，便于整理功能需求。

（三）問題功能總結

通過分析圖2與表2中的案例以及用戶給出的多種反饋，對其功能問題進行以下總結：

（1）目前，市場上運行的大部分無人智能運輸車仍需要人工進行裝存；（2）戶外運輸車主要是運送快遞、外賣等產品，僅能到達用戶樓下；室內運輸車僅限在樓內送到用戶面前，兩類運輸車皆缺乏上樓梯功能；（3）所有運輸車的儲物倉高度固定，沒有充分考慮用戶身高情況以及應對特殊地形情況；（4）當遇到配送需要保持平穩的物體時，以上兩類運輸車都沒有保障功能；（5）現有的智能運輸車由于其固定車型，無法根據路面調節其行駛狀態，如路面寬窄、路面濕滑等情況；（6）現運行的無人智能運輸車的警示功能多為語音提示，提示形式單一。

基于以上調研及現有功能，做出16個功能總結，并將其編號為a～p：a.自主抓取貨物功能；b.屏幕設置功能；c.定位功能；d.增加警示行人程度功能；e.較大存儲空間功能；f.較為舒適柔和外觀；g.具備上樓功能；h.自動調節儲物倉高度功能；i.保持儲物倉平衡功能；j.車體防滑功能；k.車身調節高度；l.車體照明功能；m.車體結構增加更多靈活性；n.車體整體配色簡約；o.遠程支付功能；p.觀察儲物倉內物品狀態。

三、KANO模型

Kano 模型由東京理工大學教授 Noriaki Kano 提出，是能夠準確反映產品性能與用戶滿意度之間關系的分析模型，廣泛應用于用戶需求獲取與分析[6]。其主要針對用戶需求進行篩選并做出優先級排列，在市場研究中應用廣泛，是一種分析產品功能要素與用戶滿意度之間非線性關系的方法[7]。

主要將用戶需求分為5種屬性的特征情況：魅力屬性（A）：功能/服務存在，超出預期，越完善，會提高用戶滿意度，功能/服務不存在，用戶滿意度無明顯變化；期望屬性（O）：功能/服務的擁有情況與用戶滿意度成正比；必備屬性（M）：功能/服務擁有情況下不會提升用戶滿意度，反之卻會下降；無差異屬性（I）：功能/服務擁有情況不會影響用戶滿意度以及反向屬性（R）：功能/服務不存在可提高用戶滿意度。

通過Kano模型進行分析后，可更好地理解產品功能要素與用戶之間的關系，并以此改良設計方案，提供更加個性化、合理化的指導。社區無人智能運輸車的設計應根據大量的調查及實踐，以用戶需求為導向進行設計[8]。

（一）KANO問卷設置

為客觀了解不同社區內用戶對上述功能的態度，發放問卷不固定在某一社區。問卷的調研形式為網絡問卷，共計回收166份，其中無效問卷17份，有效問卷149份，有效率達89.76%，可用于進一步分析。

基于以上內容，參考李克特量表（Likert scale）制作出針對設計研究的正反向問卷題。并在KANO模型評價結果分類對照表中進行屬性分類。

（二）需求度計算

通過對問卷中數據整理后的計算可以確定具體某項功能在整體用戶對無人智能運輸車的功能需求度中的權重。其具體計算公式為：

將表6整理后可知，在此次設計實踐中必備屬性（M）為a，d，i，即自主抓取貨物、增加警示行人程度和保持儲物倉平衡的功能；魅力屬性（A）為f，g，m，n，即車體配色簡約、具備上樓、外觀舒適柔和與車體結構增加更多靈活性的功能；期望屬性（O）為h，o，即具備儲貨倉自動調節高度與遠程支付功能。其余的功能為無差異屬性。

在設計過程中，應著重考慮必備屬性，其次是魅力屬性與期望屬性。

四、AI分析與生成

Midjourney可以在用戶的文字描述基礎上，短時間內通過人工智能產生相對應的參考圖片，不同命令語句的組成對其最終產生的圖像有直接影響。根據Kano模型分析出的結果，以必備屬性為主、魅力屬性與期望屬性為輔設置為導入Midjourney的命令詞語，分次輸入到總結的Midjourney兩種公式中，進行相應調整，得出屬性功能公式轉化的參考意向方案。

（一）屬性功能公式轉化

AI工作時不可避免會出現與用戶或設計師主觀意愿不同的地方，因此在對于AI生成功能方案前，要對功能主題特征進行公式化總結、轉化，做到精簡，使AI對用戶要求識別更準確。本文用到作者總結的兩種公式：1.目的+架構與其功能+各項參數（如比例、文本影響權重、算法版本等）；2.行業+方向+產品+概念與功能+圖像渲染風格+意向概括性詞語+各項參數。將上述總結的必備屬性功能分別在兩種公式中進行結構式轉化，分別轉化為：1. Create an image of a community unmanned intelligent transport vehicle with the following features：cargo hold，triangular tires that can climb stairs，mechanical arm that can keep the storage compartment level. and a minimalist overall color scheme --v 6.0；2.Industrial design，future industrial design，community unmanned transport vehicles，technological sense，white background，black，imagination robotic arm，climbing stairs，triangular planet tires，machinery，surrealism，ultra details，c4D，3D，V-Ray renderers - ar 34-g 2-v 5.1-style raw - s 750--v 6.0。

（二）調整意向迭代

1.公式轉化

將必備屬性中的功能為主導詞，魅力屬性和期望屬性中的功能要求為輔助詞以第一種命令公式轉換到“/imagine（prompt）”中得到部分意向參考內容，在公式中調整部分描述詞語以及各項參數，將出現的意向圖進行多次調整，提供更多想法。出現符合自己意向的方案后，選擇Midjourney中提供的“U1/2/3/4”與“V1/2/3/4”進行單獨方案的迭代更新。

使用第二種公式將必備屬性、魅力屬性與期望屬性轉換到“/imagine（prompt）”中輸出意向參考內容后，繼續讓程序進行方案迭代，操作步驟與上述相同。

此過程中AI提供的圖片產生許多不盡如人意之處，如不適合在社區工作、儲物空間不明顯等。在轉化必備屬性功能使意向圖迭代調整時對魅力屬性與期望屬性選擇性整合轉化到命令公式中最后選擇較滿意的U/V圖進行下一步迭代。

2.完善意向圖

將得到的意向圖作為初始墊圖，放入Midjourney中再次進行調整，加以需求命令對不合適的地方進一步更改，即語言命令修改部分區域以及所選墊圖本身需要修改的地方，做出局部調整，最終重新生成新的設計意向圖。

多次重復以上步驟，對逐步接近要求的意向圖進行細節處的調整，得到更加具象且符合功能需求的意向圖，見圖4。

由最終意向圖可發現：AI給出的方案意向圖中社區無人智能運輸車的整體配色應結合黑、白、灰3色，可點綴其他顏色，造型為圓潤簡單型。儲物倉需明顯且有一定的空間。

（三）參考度評價分析

在AI根據修改、調整命令給出的社區無人智能運輸車意向圖后，讓4位設計師結合必備屬性、魅力屬性以及期望屬性功能對最終設計意向圖進行打分評價，打分項目分別設為結構、形態、功能以及邏輯四項，分值為1～5分，取每項平均分判定意向圖的參考價值。評判標準為：平均分為1-3為差，設計意向圖不具備參考價值；平均分為3-4（不包括3）為一般，設計意向圖可以參考；平均分為4-5（不包括4）為優，具有較高的參考價值。最終結果見表3。

經過設計師打分后，在形態方面分數為4.25分，因此形態方面最具參考價值。將Kano模型得到的用戶需求功能權重排行與AI設計意向圖可參考的形態部分結合導入TRIZ工具，理性研究社區無人智能運輸車創新設計方案的實現。

五、TRIZ矛盾沖突分析

TRIZ幫助設計者確定創新設計中真正需要解決的問題，找到適合此類情況的有效解決方案模型，縮小搜索概念實施的范圍，在增強產品本身可預見性的同時也縮短達到最優解想法的路徑[9]。當將遇到的實際問題與39條技術參數相對照，可準確轉化為TRIZ問題。本文核心是將Kano得到的必備屬性功能、魅力屬性功能以及期望屬性功能結合AI所轉化的參考意向圖轉化為技術、物理矛盾，并對功能沖突進行分析，最后通過TRIZ中的40個發明原理進行矛盾化解，從矛盾矩陣表中得到產品改良創新最優解[10]。

（一）矛盾沖突描述

由以上分析可知，社區無人智能運輸車設計的主要功能應當包括自主抓取貨物、警示行人、保持儲物倉平衡、車體結構增加更多靈活性、可上樓、車體配色為簡約風格、較為舒適柔和的外觀以及遠程支付的功能。以上功能需求在AI設計意向圖中形態可做參考，在結構方面需要進一步對社區無人智能運輸車需要具備的功能進行矛盾分析。

如要滿足“車體可以爬樓”“保持儲物倉平衡”兩個必備屬性。對照調研中的無人智能運輸機器人，首先，無論是在快遞、醫療或是酒店行業主要采用的是在平坦地形行駛的運輸機器人，并不具備上樓功能；其次，有的老舊社區沒有配備電梯設備，車體在爬樓作業時，會產生重心傾斜，無法保證儲物倉平衡。可表述為：如果（期望）車體可以爬樓，那么（目標）更加方便用戶使用，但是（惡化）會使儲物倉無法保持平衡。

要滿足“可以自主抓取貨物”與“車體結構增加更多靈活性”功能，若增加機械臂，那么與車體整體結構搭配會不協調，看著會更加笨重不靈活。可表述為：如果（期望）車體可以自主抓取貨物，那么（目標）用戶取貨物更加方便，但是（惡化）車體的整體靈活性會降低。

（二）矛盾沖突分析

在以上分析中，第一對矛盾想改善的參數是NO.35（適應性、多用型），會惡化的參數是NO.30（作用于物體的有害因素）；第二對矛盾想改善的參數是NO.33（易操作性），會惡化的參數是NO.35（適應性、多用型）。

通過對矛盾的具體闡述，根據阿奇舒勒矩陣[11]分析，將矛盾問題轉化為TRIZ 40個發明原理，可得到準確的解決問題辦法。“矛盾NO.35-NO.30”所對應的解決問題發明原理為{NO.11事先防范原理，NO.35參數變化原理，NO.32改變顏色原理，NO31多孔材料原理}；“矛盾NO.33-NO.35”所對應的解決問題發明原理為{NO.1分割原理，NO.34拋棄或修復原理，NO.15動態化原理，NO.16不足或超額行動原理}，見表4。

參考Kano模型給出的用戶要求權重排行結合AI給出的方案意向，在第一對矛盾中選用NO.11事先防范原理與NO.35參數變化原理——在車體貨艙與底座部分事先準備好連接，將車身整體硬性轉化為連接部分的柔性，預防出現惡化的部分；在第二對矛盾中選用NO.1分割原理與NO.15動態化原理——將抓取貨物功能獨立出來，并使其可以進行一定伸縮。

六、設計實踐

根據表4中得到的TRIZ解決方案以及設計師對AI方案評價，最終采用與傳統快遞、酒店和醫院形式不同的社區無人智能運輸車造型，改變了傳統的一味偏方形、整體化、只可在平坦地形使用的設計語言，對車體的形態、上下連接部分以及抓取貨物的機械臂的形式分別提出設計策略。

（一）車體材質分析

AI得出的圓潤造型方案，既符合魅力屬性中外觀舒適柔和功能，也可提升產品美感和增加產品本身辨識度。在社區內的無人智能運輸車車身主要采用高強度鋁合金、復合材料以及其他金屬材料如不銹鋼、鈦合金等。相較而言，復合材料有著高強度和輕質的特性，可提高了車體的續航能力并減少能源消耗。本設計采用復材料，雖其成本較高，但是因其可保證結車體剛性、輕質及耐沖擊性的特質，也可降低后期維修成本。其高續航以及減少能源消耗的優點也更符合現代的綠色設計理念。

（二）車體配色分析

在工業設計中，色彩的使用可以對人們的生理以及心理產生一定影響，黑白灰三原色的色彩搭配可以有效減輕人的視覺疲勞[12]。不同的顏色在不同的場景下所帶來的效果也各不相同。根據Kano模型分析出的魅力屬性中的車體配色簡約功能，結合AI迭代出的方案意向圖，本設計在車體外觀上采用黑白灰三原色，并在部分點綴讓人醒目的紅色燈光，可在滿足車體配色簡約的同時滿足增加警示行人程度的功能。

（三）行星輪材質及可靠性分析

車體行駛考慮不同社區情況不同，采用行星輪[13]式設計方案，輪式爬樓結構適用于大多數樓梯及復雜地形，緊湊輕便。行星輪的支架常用材質為鑄鐵、碳鋼、合金鋼以及不銹鋼等，每種材料優缺點各不相同。此設計應用場景為社區，同時兼備爬樓功能，因此設計材料選取為微合金鋼材料。微合金鋼在國際上被公認為21世紀鋼種，與傳統的碳鋼或合金鋼相比，具有高強度以及韌性強的特點，同時在相等重量下具有更高的承載能力，有助于提升整個傳動系統的效率、使用壽命以及穩定性，并被廣泛應用于汽車及其他車輛的承力鍛造部件[14]。因此，微合金鋼的應用可提高車體整體性能的同時降低維護成本。

本設計方案運用4個行星輪，在車體爬樓時，使其接觸地面輪胎數量最大可以達到8個，輪胎采用橡膠材質，并在表面加大紋理，增加受力面積和摩擦力方向以防止車體在上樓時打滑，同時橡膠材質的抗震性和耐磨性也可更好地保證車體安全。因各個行星輪由3個輪胎圍繞一個中心點平均120°分散組成，保證車體的穩定性。在工作狀態時可保證每個行星輪的重心都在轉軸上，使車體在爬樓時呈現更好的效果。見圖5（紅色箭頭為摩擦力方向，藍線為前后輪的重心連線）。

（四）需求矛盾沖突解決

在車體上下部采用弧形滑軌連接。1.車體行駛在狀況不良的路段時，除了下部減震，給上部儲貨倉增加一定“運動空間”，雙重保險保證儲物倉更加平穩；2.如圖4中第一張與第二張的兩種狀態下儲物倉對比線（綠線為水平線，黃線為儲物倉基于水平線的位置對比線）可知，車體在無電梯社區進行爬樓作業時，車體會產生一定的傾斜角度，通過對上下部分連接的滑軌控制，可使儲物倉保持平衡，保證內部貨物如雞蛋、蛋糕、飲品等的安全。部分運輸車為了增強此項功能會在內部設置“專物專格”，大大降低了儲物倉內部空間的使用率。圓潤造型的儲貨倉也更方便弧形滑軌對于儲物倉的平衡控制。

在機械臂的設計上采用盤旋式結構并讓機械臂可以單獨工作。一是在機械臂的前端賦予3個“手指”抓取結構，保證在有電梯的社區中為用戶送貨時可用機械臂去觸按電梯的按鈕鍵，也可增加機械臂抓取貨物的精準度；二是在機械臂上增加多個可旋轉的柔性結構[15-16]，當機械臂在工作時可以保證最大自由度，工作結束后自主盤旋到儲物倉的側面，與車身融為一體。另外，設計時考慮到機械臂位置于儲物倉取貨口的對面，因此在機械臂放置物品進儲物倉時，倉體前部分會向后滑動打開，方便放置貨物。見圖6。

除了以上矛盾沖突的解決，為加強車體對不同地形的適應性，在三角行星輪內部同時設計了可伸縮的支架，用于抬高車身的底盤，以及在儲物倉下方的滑軌上，加以升降功能，以此來調節儲物倉的高度，兼顧身高、年齡各不相同的人群。在必備屬性中增加警示行人程度功能，保留無人智能運輸車的語音警示功能的基礎，并在三角支架中間與儲物倉后部加上紅色警示燈。具體細節見圖7。

結論

本文以用戶需求為導向，提出了一種將Kano、AI工具與TRIZ創新性地結合應用于社區無人智能運輸車的創新設計方法，對社區無人智能運輸車進行需求研究與功能矛盾分析。最終研究結果表明：Kano、AI與TRIZ集成的設計流程方法，可打破設計師本身的固有思維模式，加入AI工具重構設計流程，對用戶需求進行設計意向圖發散，拓展更多實現用戶需求的產品形態方式。值得注意的是，當前AI工具在對產品結構進行探索時會出現很多不合理性，需要更理性、科學的設計方法推敲配合，才可得到更加符合用戶需求的產品設計方案。在現代無人智能運輸車趨于同質化的情形下，以定量與定性的兩種方式結合AI工具的探索性對實現用戶需求的產品形態方式進行發散的設計流程，可幫助設計師更快速找到設計形式去滿足用戶需求，為實現產品創新設計滿足用戶個性化需求提供更多可能性，也為后續相關產品創新設計提供可行的解決思路。未來在對用戶需求功能實現方面，還可增加更多分析設計方案的方法，以探索更多不同的可能性。

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