基于KANO 模型和QFD 需求转化的车载灭火器设计研究

（武汉理工大学，湖北 武汉 430000）

1 引言

随着人们出行需求增加，拥有汽车人群逐渐增多，同时汽车火灾事件出现频率也随之增长。《安全生产法》中规定要求所有车辆都需配备车载灭火器。车载灭火器成为火灾事故中最为必要的防控手段。初期火灾现场中灭火器的作用至关重要，正确使用灭火器能够减少火灾中人员伤亡、财产损失。目前车载灭火器的市场相对匮乏，且目前市面上的车载灭火器大多沿用传统灭火器的造型和使用原理，没有结合应急情境下人的无意识反应和用户的使用体验进行改良。李青青等人提出对手提式灭火器设计进行改良，庞雷等人针对家庭场景提出了交互式智能化的家用灭火器设计，曾栋等人构建用户心理模型来指导灭火器的设计。而对于车载灭火器的设计研究仍然匮乏，本次研究期望设计出一种符合要求规范、满足用户需求、可在危急情况下使用的车载灭火器。将用户的不定性描述通过KANO 模型进行转化，引入QFD 中进行产品特性的判断矩阵中，为车载灭火器的设计提供量化依据和设计创新点参考。这种方法能将“原始需求者”——用户、“需求表达者”——设计师和“需求实现者”——工业生产相统一。

2 KANO 模型与QFD 转化提取

2.1 KANO 模型

KANO 模型由日本东京理工大学著名质量管理专家卡诺教授，基于赫兹伯格的双因素理论提出。该模型建立了产品质量特性与用户满意度的双维度认知模型，可用于分析用户需求对用户满意度产生的影响。该模型将用户的需求分为五类，包括必备型、期望型、魅力型、无差异型和反向型。必备型需求为用户提供最基本的功能；期望型需求中用户的满意度与产品需求相关，是产品主要功能以外的增加用户好感的功能；魅力型需求能够为用户带来新的体验或增加产品的吸引力；无差异型需求提供与否不会影响用户体验；反向性需求指该功能的提供程度与用户满意度呈反比。如表1 所示。KANO 问卷通过正反两方向的提问获取用户需求的效用，分别得到用户在面对某项需求被满足与不被满足时的态度评价。

表1 KANO 评价表

KANO 模型的应用能对用户需求进行优先性排序，在车载灭火器的设计中，通过调研得出模糊性的一级需求指标，利用KANO 模型设置问卷归类二级指标，收集用户问卷反馈进行分类评价，得出用户对车载灭火器的需求指数，建立敏感系数，评价车载灭火器的产品特性对用户的敏感程度，为QFD 目标矩阵提供初始优先度排序，并在车载灭火器设计中满足用户所需。如表2 所示。

2.2 质量功能展开（QFD）

QFD 是20 世纪60 年代发源于日本的一种兼有定性、定量分析的质量控制方法。核心思想是从产品特性，主要描述产品为满足顾客的需求采用的技术手段。主要目的是便于设计和生产的过程中能够将用户需求进行科学转化。质量功能展开在“原始需求者”，即用户阶段，能够将用户的要求通过目标矩阵判断转化为产品特性定义；“需求表达者”，即设计师进行设计阶段，能够将用户所需的产品特性转化为产品制造工艺过程；“需求实现者”，即工业生产加工阶段能够保证产品从零件、加工手段上满足用户需求。在整个产品设计和开发过程中，质量功能展开是需求粗略表达到需求准确实现的桥梁。车载灭火器的设计中，运用一级质量屋，即“产品规划矩阵”，量化分析用户需求与设计要求的关系。

通过市场调研及用户样本筛选，运用KANO 模型输入QFD 产出工程设计措施重要度的流程如图1 所示。

表2 KANO 问卷指标

图1 需求提取输入流程图

3 “质量屋”构建

3.1 KANO 问卷分析及需求排序

通过对车载灭火器的前期调研，将小型汽车用户需求关注点分为安全性能（A 类指标）、使用操作（B 类指标）、体积位置（C 类指标）及外观样式（D 类指标），在各类性能下进行二级需求指标细分。发放了《关于小型汽车车载灭火器的调研报告》共300 份问卷，填写问卷的样本人群为25～60 岁的小型5 座汽车拥有者，居一线或二线城市。回收254份问卷，有效率为79.53%。克朗巴哈α值为0.794，说明问卷可信度较好。对收集后问卷进行分类评价，统计一级需求指标下各项需求的变化趋势，主要观察必备型需求（M）、期望型需求（O）、魅力型需求（A）的变化趋势。计算归纳出的排序后敏感系数模型如表3 所示。

表3 各项需求敏感系数

SI系数表示增加此功能后的满意系数，DSI表示消除此功能后的不满意系数。根据系数在图中的落点表示四项不同类型的需求，SI＜0.5&DSI＞0.5 为必备型需求；SI＞0.5&DSI＞0.5 为期待型需求；SI＞0.5&DSI＜0.5 为魅力型需求；SI＜0.5&DSI＜0.5 为无差异需求，如图2 所示。

从一级需求指标下分类，安全性能下7 类二级需求的必备型需求平均占总体需求的47.52%，安全性能中的防误触功能、瓶身易稳定、充装材料安全、瓶身材料安全、瓶体耐热性及配备保险销均落在必备象限之中。其中仅有气体气味需求落在期待象限中，代表用户期待了解充装的气体气味，但并不会影响用户对产品的好感度。使用操作需求中，不出现复燃、灭火范围合适、灭火速度快属于必备型需求；打开方式的便捷性和操作距离合适属于期待型需求；灭火器能够配备别的逃生工具属于魅力型需求，说明灭火器的操作方式对用户至关重要，提升用户操作的便利性和操作过程的安全性很重要。体积放置需求中，瓶身的大小合适和容量足够都属于魅力型需求，而合适的放置位置，属于期待型需求，且SI系数和DSI系数都偏高，说明用户在这个方面的需求需要得到极大满足。外观样式方面颜色符合审美属于用户的魅力型需求，外观色彩可成为用户喜爱产品的原因。易于拿握属于期待型需求，目前市面上的大部分灭火器都存在难以拿握和使用的问题，解决这个问题用户的体验能得到极大提高。

图2 敏感系数坐标图

3.2 QFD“质量屋”构建

为保证设计质量，使造型设计满足技术功能的需求，首先进行用户需求归类，并提炼转化为与造型设计相关的需求质量。将“原始需求者”“需求表达者”及“需求实现者”之间搭建起关系，优化设计和保证产品开发。

首先通过KANO 模型的问卷整合结果，计算出各用户需求的权重，运用QFD 模型，将用户需求精准的转化为产品特性，通过产品特性和用户需求类型双维度的评估来进行灭火器的设计。

3.2.1 KANO 模型的权重求解

根据调查所得数据，通过功能属性归类的百分比公式分别计算，观察魅力型需求（A）、期望型需求（O）、必备型需求（M）及无差异需求（I）在用户对第i种用户需求中的比例，分别记为Ai、Oi、Mi、Ii。

式（1）（2）中：SI为产品满足此项需求后的用户敏感系数；DSI为产品不满足此项需求后的用户敏感系数。

设第i项用户需求的权重为ωi：

根据调查所得数据求出每种用户需求，得到权重排序表，如表4 所示。

表4 用户需求权重排序表

通过对各项用户需求的权重进行求解，在四项需求类型中进行排序，得出最大值。在必备型需求中，权重最高的三项是放置位置合适、无过多残留物、不出现复燃。在魅力型需求中，前三项为防误触功能、灭火范围合适、瓶身易稳定。在期待型需求中，打开方式方便、可用容量足够、瓶身材料安全。必备型的每一项需求是必须满足的，期待型前三项可满足用户使用体验，魅力型可结合用户需求提升使用体验。

3.2.2 基于QFD 的产品特性求解

根据“左墙”顾客需求及“天花板”工程措施两者的关系评价出关系度rij，分为1、3、5、7、9 级五个关系度，计算出每项措施的重要度hj，在工程技术措施重要度hj的排序基础上进行灭火器设计。

其中：

式（3）中：j=1，2，…，n，为产品特性数；i=1，2，…，m，为用户需求数。

求得QFD 一级目标矩阵，如表5 所示。

根据求解出的各项工程技术措施重要度，给各项产品特性排序，前六项hj排序为：操作设置＞人机交互＞操作距离＞有效灭火距离＞存储要求＞防误触设计。其中各项产品特性下与用户需求关系度rij为9 的项为：操作设置对应B1（打开方式方便），人机交互对应B1（打开方式方便）、D2（易于拿握），操作距离对应B4（操作距离合适），有效灭火距离对应B4（操作距离合适），存储要求对应C2（可用容量足够），防误触设计对应A1（防误触设计）。

表5 QFD 一级目标矩阵

4 车载灭火器设计实践

在基于对车载灭火器的KANO 模型和QFD“质量屋”的需求研究中，设计实践主要通过前六项工程技术措施重要度在产品设计上的权重，结合用户需求相关度排序，综合产品应有的性能来进行设计，最终确定符合用户需求的车载灭火器，如图3 所示。

图3 车载灭火器

4.1 操作设置及人机交互

操作设置及人机交互中共同对应的用户需求是B1（打开方式方便），属于期待型需求。灭火器应尽可能使其功能内置、易用、简洁，减少导致用户易误操作的误区。对外观和操作进行优化遵循《设计心理学》中指出的简化任务的结构，而不改变任务的结构。

气压表显示抛弃传统的气压表，而通过一体成型的工艺将气压表内置于瓶身，通过刻度可视化引导用户检查，如图4 所示。传统灭火器使用步骤为“一拔出保险销，二托住瓶体，三用力按压”。用户托住瓶体进行操作时，传统灭火器呈圆柱形且半径较大，难以托举瓶身。人机交互过程应方便用户拿握，瓶身最大半径为3 cm，用户可轻便提起，单手拿握，如图5 所示。灭火器上部内置提手，便于用户提起使用。用户用力按压灭火器以喷射灭火时，由于着力点和力道因人而异，与操作匹配的反馈效果并不佳，通过上下推动气压表圈内按钮来引导用户调节喷出大小和压强更佳直观。

配色采用易识别的正红色和橘色手提带，可见光谱中，红色和橘色光波长，在距离较远或黑暗情况下更容易被识别，橙色能够起到提醒的作用。

图4 气压表显示

图5 提起使用

4.2 操作距离及有效灭火距离

操作设置和有效灭火距离对应的用户需求是B4（操作距离合适）。在调研使用操作的问卷过程中，用户对于灭火器喷出物质大小控制有必备要求，对于用户这一需求应满足自然匹配原则。自然匹配指利用物理环境类比和文化标准理念设计出让用户一看就知道如何使用的产品。传统灭火器的打开方式是用力按压交叉处，而初次或不常使用的用户，利用按压方式难以自然匹配控制大小调节功能。通过上下滑动的按钮调节瓶内气压控制喷出流量，用户使用时通过自身习惯对流量形成感知，如图6 所示。当操作距离大于2 m 时属于安全距离，用户可在安全距离外，通过对按钮1 的调节短按切换点射和散射模式，根据不同火势调节喷射模式。点射模式对应火势集中情况，压强更集中，距离更远。散射模式对应火势范围大，整体扑灭火势。

图6 两种模式操作方法

4.3 存储要求及防误触设计

存储要求和防误触设计对应的用户需求是C2（可用容量足够）、A1（防误触设计）。可用容量要充分考虑火灾扑灭用量及车内空间。传统灭火器中拔出保险销这一环节运用心理模型时人对灭火器这一外部知识的认知不足，容易导致操作缓慢或操作不当。而防误触的设计，要引导用户通过更易用的方式打开灭火器。

通过对水基灭火器的原理和灭火级别的调研，发现一次小型五座汽车火灾需要耗费的水基为500 mL 左右。对车内空间调研发现，体积合适和放置位置是车内狭窄空间内重要考虑因素。常用的放置位置排序为副驾驶前方抽屉、车门储物格、车座位下方、车靠背后方、驾驶人右手扶手箱上、车后备箱。其中副驾驶前抽屉、车门储物格、驾驶人扶手箱占比权重分别为33.22%、25.74%、23.68%，占比最高。小型轿车三处空间大小，去除无效数和极端数长宽及深度的最小值为30 cm、8 cm 和6 cm。为易于放置，仍采用圆底，上端收口减小空间，比较稳定，不同放置位置演示如图7 所示。

图7 不同放置位置演示

而防误触功能要求人在紧急情况下能通过无意识反应的操作状态来展开，人在危急情况下的心理结构与平时有所不同，将无意识的行为转化为可见之物应用在产品上，使产品符合人们习惯的操作顺序和行为方式。保险销可长按按钮3 s 以上开启阀门，在无意识情况下拔出阀门更容易、方便。用户期望配备其余逃生工具这项必备型需求权重为0.677，因此增加安全锤于灭火器底部，便于用户逃生取用，应对危机情况中出现的逃脱问题。

5 结语

本文运用KANO 模型建立质量原型，结合QFD“质量屋”对车载灭火器的设计要素进行研究。分析了车载灭火器各项用户需求的指标，识别出各项指标的敏感性系数得到权重，并对四项需求进行排序，运用QFD 模型分析工程技术措施重要度，并得出关键指标进行优先度排序，进而对车载灭火器展开创新设计。运用KANO 与QFD 在保证用户需求的同时，使工程措施在设计过程中得到更高效结合，为车载灭火器的创新设计提供新的思考，期望能应用到实际生产中，以减少汽车火灾事故。