基于QFD的老年家用陪护机器人设计

刘宗明，葛碧慧



基于QFD的老年家用陪护机器人设计

刘宗明，葛碧慧

(湖南工业大学包装设计艺术学院，湖南 株洲 412007)

为解决老年家用陪护机器人设计中用户需求多样性的问题，结合质量功能展开(QFD)方法和Kano模型，对老年家用陪护机器人用户需求的获取及需求转化展开研究。首先，以老年用户为研究对象，运用Kano模糊问卷调查法，从造型、功能、交互3个方面获取老年用户需求并对需求进行分类，建立老年家用陪护机器人的QFD模型。其次，将用户需求转化为设计要素，确定用户需求相对重要度，建立老年家用陪护机器人的QFD模型。最后，从造型、功能、交互3个方面提出设计解决方案，为老年用户提供了满意的家用陪护产品。以老年家用陪护机器人为例，将用户重点需求转化为设计要素，提出设计方案，为同类产品设计提供参考。

工业设计；质量功能展开；模糊Kano模型；陪护机器人；用户需求

老龄化是现代社会突出问题，习近平同志在党的十九大报告中指出，实施健康中国战略，积极应对人口老龄化，加快老龄化产业发展。老年人产品市场需求量越来越大，并逐渐从非智能化向智能化的设计方向过渡，这是当前企业产品开发的重要契机。由于生活节奏较快，子女疲于工作，陪伴老年人时间较少，因而情感体验类的智能产品成为老龄市场的宠儿，尤其是智慧型具有陪护功能的产品。随着机器人市场趋于成熟，具有易操作、易学习、易交互特点的陪护型机器人产品深受老年人喜爱。现市面上大部分产品主要以考虑产品的功能为主，设计主要依赖于设计师的经验值，较少考虑用户的潜在需求，决策过程中缺乏用户参与，致使实际使用体验并不理想。老年人产品中既要充分体现产品的功能性[1]，还应满足用户精神需求和体验需求。因此，挖掘用户潜在需求是设计的第一要务,用户对产品的需求分为需求获取和转化用户需求两大部分[2]，只有真正挖掘用户需求才能设计出让老年用户满意的产品。

质量功能展开(quality function deployment，QFD) 方法在用户需求的挖掘和重要度研究方面被广泛应用。QFD是一种将顾客或市场的要求转化为设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求的多层次演绎分析方法[3]。文献[3]运用QFD进行用户需求分析后，改良了摩擦焊机的造型设计。石元伍和韩珊[4]运用QFD进行顾客需求满意度评价，根据顾客需求评价优先级确定创意方向，设计医疗服务机器人。并以老年家用陪护机器人为例，利用QFD构建产品需求模型，梳理老年家用陪护机器人合理设计流程，最终完成产品实例。

1 老年家用陪护机器人质量屋构建流程

以往的设计中运用质量屋进行造型设计推敲的案例较为常见，但是对于整体产品开发的研究较少，所以运用QFD进行用户需求分析能够为产品提供更精确的造型、功能和交互设计要素。

产品创新的关键是通过用户需求调查，确定用户需求重要度。需求分析是设计的依据，决定了产品创新设计的目标[5]。面向老年人陪护机器人质量屋的构建流程包括：①通过网络等渠道收集不同的陪伴、护理型机器人图片进行产品评价。②从造型、功能、交互方面设计问卷题目，从而获取用户需求和用户满意度。③归纳用户的潜在需求，拟定可行的用户需求功能要素，确定老年人陪护机器人的设计要素及重要度，制定表格。④分析可能采取的功能要素和外观结构要素，并将其整理成表格，构建矩阵，从而完成质量屋主体。⑤功能与需求的相关分析，计算各个功能要素的目标值，填写于质量屋中，最终完成质量屋的构建，同时验证是否满足各需求。具体流程如图1所示。

图1 老年家用陪护机器人质量屋构建流程

2 老年家用陪护机器人需求分析

当前，在居家养老模式大力发展下，老年家用陪护机器人作为智能化的家居产品，无疑将是最为实用和普遍的产品类型[6]。随着独居老人的增多，老年人容易产生心理变化，出现失落、寂寞、焦躁等不安情绪，并且普遍存在身体不灵活、记忆力下降、反应迟钝、排斥新技术以及接受新事物较慢等现象。因此，本文从用户的模糊Kano问卷调查开始，对老年用户的产品使用体验和需求类型进行研究。模糊Kano模型在用户需求调查中具有普适性，根据现有家用机器人产品图片，制作产品样本进行用户问卷调查，并根据问卷调查结果进行打分，最终获取用户需求和满意度，见表1。

表1 模糊Kano问卷

3 老年家用陪护机器人需求转化

3.1 老年家用陪护机器人的设计要素提取

对产品开发而言挖掘用户需求类型及分析用户需求重要度是创新设计的关键，是引导产品设计开发的方向。在用户调研中R1为设计要素，共计发放100张问卷，收回实际有效的问卷为86张，此回收率有效。Kano问卷调查还包括了价格适中、操作简单、功能齐全、符合老年人审美、给人亲切感等以满足其基本生活、社交、休闲娱乐等需求。调查目标用户分为老年人及老年人子女。因此，产品设计过程中，首先要进行用户需求归类，并将其提炼转化为功能结构相关的需求质量要素，通过问卷调查分析用户需求，总结能够影响产品功能的结构设计要素。表2给出了老年家用陪护机器人功能结构设计要素。

表2 老年家用陪护机器人功能设计要素

3.2 老年家用陪护机器人的需求重要度

Kano模型可将需求分为5类：魅力需求、一维需求、无差异需求、逆向需求和必备需求[7]。并规定必备需求重要度为5,一维需求重要度为4，魅力需求重要度为2，逆向需求是产品所不应出现的功能，重要度为–3，见表3。顾客满意需求与重要度是改进的质量屋矩阵的关键输入[8]，可根据此结果确定设计开发的重点与方向。

表3 老年家用陪护机器人需求类型以及重要度

3.3 老年家用陪护机器人的质量屋构建

通过归纳整理后，确定老年家用机器人设计质量屋中的用户需求为造型简单大方、色彩沉稳、自我学习能力强、操作简单等，其构成老年家用陪伴机器人的质量屋的功能要素矩阵。首先，根据表3中各设计需求的重要度进行计算，重要度评价是确定每项设计要素对于用户需求的重要程度，取值范围为0～5，5分为最高分，分值越高表示其更具设计价值。然后进行相对权重的计算，水平提高率及产品特性之间的关系可表示为

＝××(1)

在创新产品设计中，相对权重是用户需求可视化的结果，其最终得到数值代表用户需求设计要素重要程度的比值，质量要素相对权重可表示为

将上述计算结果填写到相应的质量屋中，最后建立用户在造型、功能、交互上的需求。由关键质量要素构成的老年人家用陪护机器人设计的质量要素与顾客需求质量屋如图2所示。

4 老年家用陪护机器人设计流程

老年家用陪护机器人的整体设计流程中，通过质量屋的途径可很好地挖掘用户需求，是产品开发流程中的核心部分，从而可以真正设计出符合要求的产品[9]。因此，以质量屋构建为核心，梳理系统的、科学的产品设计流程是创新设计的关键，具体流程如图3所示。首先需要收集和筛选样本，识别用户需求；第二，借助Kano问卷调查对老年用户及其子女的实际产品使用体验和具体需求进行研究；第三，归纳用户需求，将需求从造型、功能、交互3个方面分类并分析提取设计要素；第四，根据问卷算出用户需求重要度；第五，计算各项目标值构建质量屋，验证是否满足各需求；最后进行方案的设计和实现。

图3 老年家用陪护机器人的质量屋构建流程

5 设计实例

5.1 老年家用陪护机器人的造型设计

依据提取的设计要素重要度，通过质量屋的构建，首先进行机器人的造型设计，并绘制头脑风暴图，如图4所示。造型上，首先应实现圆润、浅色的外观、可亲近的拟人化外形的重点设计要素，在机器人造型的外观线条上采用了仿生设计，线条流畅触感舒适。因此，设计中将“海豚”的元素提炼嫁接到造型中，赋予产品外观情感化的人文形象，可以提升产品的亲和力[10]。颜色为银灰色给人安全、沉稳的感觉。一维需求满足方面(表3)，需在机器人整体造型各个部分的零件进行反复推敲，如轮子的大小和排放位置、机器人头部的圆润弧度、屏幕的大小以及摄像头的位置等方面，让机器人整体造型美观、大方。

图4 头脑风暴图

5.2 老年家用陪护机器人的功能设计

结合质量屋计算的结果，提出老年陪伴机器人在功能上的重点设计要素，如图5所示。在产品设计中，为使陪护机器人更具有市场竞争力，根据质量屋构建的结果将功能设计分为语音识别、家庭安防、家庭管家、人工智能4个方面。其中家庭管家中的体检、拨打120和室内监测安防2项是用户最迫切的需求，相对权重占比分别为11.5%和11.8%，设计应实现这两项重点需求，保障老年用户身体和生活环境的安全。其次，根据重要度确定功能要素，如自动充电、远程控制、提醒吃药、事件记录、人脸跟踪识别、环境感知、自主导航和避障、多方视频通话等。同时，可以语音播报、提醒吃药，保障老年人生命安全的同时给予心灵上的宽慰。

图5 老年家用陪护机器人功能设计

5.3 老年家用陪护机器人的交互设计

人机交互是居家养老模式中产品最重要的设计要素[11]，可以解决老年人家居陪伴中情感体验的问题。在质量屋中陪伴交流的相对权重占比为7.4%，占比最高。因此，设计时，首先应实现陪伴交流的需求。其次，在一维需求方面，设计需满足如人脸跟踪识别、人物表情生动等功能，可通过头部的液晶屏用于交互，提升亲和力。在魅力需求方面，通过可触摸反应的身体完成触摸反馈，使机器人与老年人的交互更为明显，让老年人觉得更加温暖可靠。以老年人的视角进行脸部表情设计，老年陪护机器人的表情设计是能否有效和老年人进行情感和信息交流的关键，并不断优化面部表情和情绪特征设计方案，逐步确立了具有亲和力和趣味性的表情设计如图6所示。

5.4 整体方案效果图表达

根据草图确定设计方向，建模并完成渲染效果图(图7)，老年陪护机器人方案整体造型简约、亲和力强，色彩搭配沉稳符合老年用户的审美。

图7 老年家用陪护机器人效果图

根据质量屋计算的结果，结合用户需求合理安排机器人所需的功能和基础结构，图8是老年家用陪护机器人结构图。

图8 老年家用陪护机器人结构图

6 结 论

老年家用机器人设计是一个复杂的过程，用户需求和重要度分析可围绕老年群体的需求目标展开深入研究。本文通过调查用户需求建立QFD模型，从造型、功能和交互设计3个方面中挖掘用户需求，优先考虑产品特性并结合老年用户的特性突出设计创意点，这样易形成用户的信任和良好的用户体验。最后，以老年陪护机器人为例，展开方案设计及制作缩小比例模型，验证了方法的可行，该方法及流程有助于设计人员更明确地设计出符合老年用户需求的产品。

[1] 朱宏轩. 基于情感化设计理论的儿童学习陪伴型机器人造型设计[J]. 机械设计, 2016, 33(4): 122-124.

[2] 梁浩, 刘卓, 张芳燕. 基于用户需求建模的血压计造型设计[J]. 机械设计, 2015, 32(8): 126-128.

[3] 杨正强. 基于QFD的摩擦焊机造型设计[J]. 机械设计, 2015, 32(3): 119-122.

[4] 石元伍, 韩珊. 基于QFD和Kano模型的医疗服务机器人造型设计研究[J]. 机械设计, 2017, 34(12): 121-125.

[5] 周小军, 杨勤. 基于QFD的产品两次创新设计方法[J]. 图学学报, 2016, 37(3): 394-399.

[6] 李晓珊. 居家养老模式下的智能产品设计研究[J]. 包装工程, 2015, 36(6): 77-80.

[7] 席乐, 张辉, 程建新. 基于模糊Kano模型的游客服务机器人设计[J]. 机械设计, 2017, 34(7): 110-113．

[8] 张芳兰, 杨明朗, 刘卫东. 基于QFD的汽车造型设计特性优先度评价方法[J]. 包装工程, 2014, 35(24): 59-62.

[9] 王娟丽. 基于QFD的概念设计方法研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2011．

[10] 朱彦. 基于感性工学的家庭服务机器人外形设计研究[J]. 包装工程, 2015, 36(14): 50-54.

[11] 曹恩国, 张歆, 邓嵘, 等. 基于SET分析法的居家养老交互产品系统设计研究[J]. 机械设计, 2014, 31(12): 119-122.

Design of Elderly Household Companion Robot Based on QFD

LIU Zongming, GE Bihui

(School of Packaging Design & Art, Hunan University of Technology, Zhuzhou Hunan 412007, China)

In order to seek innovative solutions for the designing of elderly household companion robot, this paper studies the modeling method of the user demand’s acquisition and conversion for the home companion robot based on quality function deployment (DFQ). With a focus on the elderly user demand, by means of investigating and analyzing the existing robot appearance and trial experience, as well as computing importance order of user demands the present study constructed the model of QFD for the elderly household companion robot, so as to find out novel methods to solve problems and determine the overall design of intelligent elderly household robots, and finally provide reference for innovative design to enhance user experience.

industrial design; quality function deployment; fuzzy-Kano model; accompany robot; user requirement

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018040695

A

2095-302X(2018)04-0695-05

2018-04-14；

2018-06-28

湖南省十二五教育科学规划课题(XJK015BGD022)

刘宗明(1978-)，男，江西吉安人，副教授，博士研究生。主要研究方向为产品设计理论与方法。E-mail：109835841@qq.com