需求驱动的文化创意产品设计方案决策模型

裴卉宁 黄雪芹 谭昭芸

（河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300401）

1 研究现状

习近平总书记在党的十九大报告中指出，要“倡导创新文化，强化知识产权创造、保护、运用”[1]。随着我国物质生活水平与国民自信心的提升，人民精神文化需求和文化消费意愿日渐显现[2]。为满足消费者的特定精神需求，文化创意产品的研发成为文化传承的重要媒介。

目前针对文化创意产品的创新设计研究大多以传统文化或文学的视角入手[3]，存在文物复刻、浅层文化图案创新等设计问题。产品层次上缺乏情感调度，设计层面上缺失情感传递[4]，文创产品设计研发难以满足当下用户的实际情感需求。同时，文创产品设计过程中呈现出设计水平良莠不齐、审美分化严重的现象[5]。文创产品的研究集中于设计方法或设计策略方面，缺乏科学系统化的文创产品创新设计方案决策方法。

因此，如何对用户情感需求进行深入分析，利用定性与定量分析方法进行文创产品设计研究，提供满足消费者精神需求的设计服务方案，是目前文创企业亟待解决的关键问题。针对用户情感需求的设计方案确定方法，国内外学者进行了卓有成效的研究。本文将情感需求的确定与评价方法大致分为两大类：针对用户需求主观获取方式和利用客观判决算法挖掘用户需求的方式。

主观获取方式主要包括质量功能展开（QFD）、DFSS[6]以及Kano模型[7]等方法。但主观获取方法往往易受到主观因素的影响，出现老年用户需求信息模糊与偏差的现象。随着多学科领域知识的交叉融合现象，学者提出了确定需求权重的客观评价方法，例如，田口质量损失函数[8]、模糊评价分析法[9]、决策理论粗糙集[10]以及双定量粗糙模糊集模型[11]等优化方法。但研究发现，客观需求算法无法准确掌握用户需求的偏好程度[12]，常出现需求不符现实现象。并且上述理论或方法多以用户的情感需求研究为重点，忽视了产品设计方案的优选决策研究，产品设计过程中应提升前期需求与最终设计方案评价的匹配性，实现设计方案的优选决策。

因此，本文提出一种需求驱动的文创产品设计方案优选决策模型，探索用户需求对产品设计方案决策的影响。采用数据挖掘工具对需求信息进行统计分析和智能转化；利用模糊层次分析法（FAHP）和粗糙集理论（RS）分别计算评价属性指标的主客观权重，根据用户实际需求进行动态调整；最终运用逼近理想解排序法（TOPSIS）以选择出最优设计方案。

2 文创产品设计方案的优选决策模型

2.1 构建样本集与评价指标体系

在文化创意产品的设计与研发中，创新的关键是通过用户需求调查，需求合理分析是设计的依据，决定了产品创新设计的目标。以用户角度选取用户需求因子，最大化发挥产品的使用体验与功能作用[13]。为了清晰阐述本文方法，选取可穿戴产品——文创手表为案例，构建样本集与评价指标体系。

2.1.1 构建文创产品代表性样本数据集 样本数据的搜集对产品数据集构建尤为重要。为了更客观准确地筛选样本，文中将样本的筛选划分为三个步骤。

（1）利用设计知识数据库、设计工具数据库，通过浏览各大购物网站和走访购物商场，收集了销售市场现存的文创手表图像数据。利用PS图像处理工具，初步筛选出较为清晰、鲜少遮挡的方案设计图或实物照片，共得64个样本。

（2）邀请具有4年产品设计经验的设计者依据对文创手表的相关知识，运用KJ法参考样本的相似性原则划分为8个样本初始聚类中心，确定64个样本间的相异性。待聚类的样本数据集为X={x1，x2，x3，…，xn}，其中xi={xi1，xi2，xi3，…，xim}，n为样本集的样本数量，m为样本属性的数量。计算样本的相异度并构建相异度矩阵。样本xi与xj之间的相异度表示为rij：

其中max{xrs}表示第s个属性的最大值，min{xrs}则表示最小值。经统计后，设定矩阵数值范围为[0，8]的整数集，数值与样本间相异性成正比，所有样本的相异度表示成n×n的相异度矩阵。见表1。

（3）为了更客观筛选初步产品样本，通过多元尺度分析与集群分析方法，进一步确定最终的代表性设计方案数据集。通过对步骤（2）的相异性矩阵作多元尺度分析，获取所需的样本坐标值和维度压力系数。再将样本空间坐标值输入SPSS软件中分别进行K-means集群分析与系统性集群分析，得到样本群中心距离，使64个样本被分为10类。由于篇幅原因，省略具体细节。最后，结合两种分析结果，分别选取各集群内群中心距离最小值的样本，最终得到10个代表性样本形成产品设计的代表性样本数据集U见图1。

图1 代表性样本数据集

2.1.2 构建文创手表的评价指标体系 以用户角度选取情感需求因子，通过感性评分表统计分析用户需求信息，从而构建出文创手表的评价指标体系。该过程可分为三个步骤。

（1）获取情感需求因子。采用向产品销售顾问及相关人员现场访谈的方式搜集资料，再结合查阅检索文献中用户需求研究[13]（模糊Kano用户调研问卷数据）保证情感需求信息具有一定的真实有效性与研究价值，收集文创手表的设计需求描述信息。针对用户需求因子过多、可能存在冗余且重要性不强的特点，利用焦点小组进行初步筛选用户需求。再通过对用户需求运用SPSS、Orange等数据分析工具，深入挖掘用户的情感需求，得到文化创意手表的情感需求因子。

（2）分析用户需求感性评分表。由于用户作为评价群体具有较强的主观偏好因素，为保证准确有效地提取用户需求信息，邀请10位专家（具有5年以上产品设计背景）作为评价集E={E1，E2，E3，…，E10}进行评分；设计方案评价指标作为条件指标集C={C1，C2，C3，…，C9}，利用专家知识有针对性地分析各评价指标的表征性。用上述代表性样本数据集U与9个情感需求因子绘制5阶评价指标量表，设定1—5的感性评分值，由左至右分值越偏向于表示样本Ui越符合该情感需求因子。如表1所示，得到情感需求因子的感性评分表，将需求因子作为条件属性，综合满意度作为决策属性，以评审专家Ei对于代表性样本集的定性评价为代表，形成用户需求感性评分表，如表2所示。

表1 样本数据集相异性矩阵

表2 代表性样本用户需求感性评分表

（3）构建评价指标体系。对文创手表的需求因子进行分析和整理，科学合理地对需求因子进行简化。经过行业内专业人员以及专家的研究讨论，将待解决的文创手表需求划分问题分解为不同层次元素，依据需求因子间的相互作用关系构成树状层次架构，从而搭建相应的评价指标体系，如表3所示。

表3 文创手表设计的评价指标体系

2.2 基于主客观权重判决的用户需求权重确定算法

设定智能产品设计方案数据集U={U1，U2，U3，…，Um}，第i个可行设计方案Ui为i=（1，2，3，…，m）；设计方案的评价指标集C={C1，C2，C3，…，Cn}，第j个评价指标Cj为j=（1，2，3，…，n）；评审专家集E={E1，E2，E3，…，Er}，第s个专家Es为s=（1，2，3，…，r）。基于RS与FAHP构建主客观权重判决的用户需求评估模型，见图2。

图2 基于主客观权重判决的用户需求权重确定算法流程图

利用模糊层次分析算法与粗糙集理论进行设计方案决策的过程，可理解为解决一项多属性决策问题，每个指标属性的权重值决定了决策结果的精确性，因此，指标权重计算为算法的核心环节。运用RS理论缓解FAHP算法主观性过强的缺陷，运用FAHP算法应对RS计算过程中属性权重值相等或等于零的状况，分别计算出评价指标权重值。依据RS理论与FAHP算法的特有属性，将两种算法所得权重值分别表示为客观权重α={α1，α2，α3，…，αn}与主观权重β={β1，β2，β3，…，βn}。再引入动态调整参数对主客观权重进行权重融合，采用线性加权组合法确定最终需求权重ω={ω1，ω2，ω3，…，ωn}。

2.2.1 基于RS的客观权重确定方法 本文利用模糊层次分析法和粗糙集理论分别计算设计方案评价指标的主客观权重。首先，引入粗糙集理论[14-16]，充分应用自身数据进行决策推理，计算分析属性指标信息及其重要度，获得更符合实际的客观权重。利用设计方案的评价指标构建属性数据集合，依据条件属性集和决策属性集数据，利用粗糙集理论计算各属性指标权重值。具体步骤如下：（1）确定判决矩阵。首先整合所有参与计算的评价指标数据，构建条件属性集和决策属性集。作为条件属性的评价指标有美学性、个性化、实用性等，其用户表示为P={P1，P2，P3，…，Pn}；作为决策属性的评估指标表为设计方案满意度；可选设计方案数据集为U={U1，U2，U3，…，Um}。每个设计方案以及其属性指标组成的多属性判决矩阵A为：

（2）计算依赖度。计算D的条件指标C的正域，决策指标D对条件指标C的依赖度即为：

其中：为集合U的基数。逐个去除条件指标{Ci}，i=1，2，3，…，n，计算D的C-{Ci}正域和依赖度：

（3）计算重要度。第i个条件指标在整个评价指标集中的重要度ki为：

（4）确定客观权重值。对指标重要度作归一化处理，则用户需求对应的条件指标Ci的客观权重αi表示为：

Step5：参照式（5～6）的计算方法，通过条件属性的重要度确定每个指标Ci对应的权重αi，则客观权重为：α={α1，α2，α3，…，αn}。

2.2.2 基于FAHP的主观权重确定方法 本文采用模糊层次分析法表达用户需求，有机结合了模糊综合评价的包容性与层次分析法的定量性、客观性等优势[17]。但考虑到用户提供个人需求具有一定的模糊性，因此选取设计专家作为评价群体，以此确定的主观权重可信度更高。确定主观权重的具体步骤如下：

（1）构建优先关系矩阵。假设对设计方案决策产生影响的n个指标参数为R={r1，r2，r3，…，rn}；P为决策者的编号，P={P1，P2，P3，…，Pr}。从多个决策者中获得属性指标两两比较，即获得AHP判决矩阵RP=[rij]Pm×n：

式中，0≤rij≤1，rij+rji=1，rij为用户需求指标ci与cj的模糊关系隶属度。本文的隶属度如表4所示，可见rii=0.5，R为模糊互补矩阵。

表4 客户需求模糊关系隶属度

（2）构建模糊一致矩阵。模糊一致矩阵为AP=[aij]Pm×n：

（3）计算主观权重值。用户需求对应的条件指标的主观权重为：

式中，βi为第i个评价指标经由模糊层次分析法处理后的权重，则获得的主观权重β={β1，β2，β3，…，βn}。

2.2.3 基于线性加权组合的融合需求权重确定方法 为使优选出的产品设计方案既满足用户需求，又能具有一定的客观性。将主观权重和客观权重进行综合处理，并依据用户的实际需求，引入动态调整主客观权重比的参数δ，根据用户的实际用户需求，自主选取与之相对应的参数δ将主客观权重进行融合计算，融合权重向量ωi表达式为:

其中，若δ∈（0，0.5），表示评估结果更重视用户需求，即主观权重占比大；若δ∈（0.5，1），则为评估结果中客观权重占比更大；若δ=0.5，则为客观权重和主观权重同等重要。根据实际的用户需求确定相应数值，得到最终融合需求权重ωi={ω1，ω2，ω3，…，ωn}。

2.3 基于TOPSIS的产品设计方案优选模型

为了综合评估设计方案，将运用主客观权重判决算法获得的最终融合权重代入TOPSIS方法中。由于最终融合权重ωi均依据方向向量以选取最优设计方案，因此通过计算到达最优理想方案的欧几里得距离，对可行设计方案进行统计分析。与理想方案的欧式距离越近，方案越优，反之亦然。最优方案则为选取设计方案属性指标的最优值。最终得到设计方案排序。

（1）对多属性判决矩阵A进行归一化处理，可得标准化矩阵R=（rij）m×n：

式中，m为设计方案样本数；n为属性指标数，dij为判决矩阵A对应的位置元素值。

（2）构建规范化矩阵V=（vij）m×n，如下：

式中，ωi为第i个需求评价指标的权重，rij表示矩阵R中对应的位置元素值。

（3）确定正理想解S+和负理想解S-。评价指标的正、负理想解分别表达为：

（4）计算各设计方案与正、负理想解的距离尺度。可行设计方案Ui到最优方案的欧式距离d+i和最劣方案的欧式距离d-i可表示为:

式中，vij表示在第i个指标下第j个设计方案的加权评价值；v+i和v-i分别表示第i个评价指标下的最优、最劣目标值。

（5）计算贴近度。各设计方案到理想解的相对贴近度可描述为：

式中c+i值越大，表示可行设计方案Ui距离最优方案越近，即该设计方案越优。

依据各设计方案的贴近度c+i值依次排序，得到产品设计方案集U的优劣顺序。因此，可以从已排好序的贴近度表中，找到c+i最大值对应的最优产品设计方案。

3 文创产品实例分析

3.1 文创手表实例分析

依据第2章节中优选决策模型的分析过程，评选文创手表设计方案。评价选择过程中由文创产品领域的10位专家（具有5年以上产品设计背景）作为评价集体E={E1，E2，E3，…，E10}进行评分。针对表3所示的评价指标体系模型C={C1，C2，C3，…，C9}以及U={U1，U2，U3，…，U10}可选设计方案进行评价排序。

（1）根据式（2～6）计算，获得各评价指标在粗糙集理论准则下的客观权重；根据式（7～9）计算，获得各评价指标在其隶属准则下的主观权重。

（2）为了使评估结果充分满足用户情感需求，且融合权重具有足够的客观性。选以主客观权重比参数δ=0.4为例，代入式（10）中进行分析，采用线性加权优化方法计算主客观权重融合，得到各指标最终融合权重ω9，详见表5。

表5 各评价指标的主客观权重值

（3）最终，通过TOPSIS法比较与理想方案的欧几里得距离，各可行设计方案与理想解贴近度c+i排序结果表示方案的优劣顺序。因此，10个文创手表设计方案的最终评价排序结果为U2〉U6〉U3〉U7〉U4〉U1〉U5〉U8〉U10〉U9。

如上数据分析可知，最佳文创手表可选方案为U2，其次为U6、U3、U7等方案。用户对于文创手表的需求更侧重于美观性和功能性两方面，在文化创意产品设计过程中应以美学性、可靠性、协调性等手表性能研发为主。

3.2 评估方法分析

为了说明本文评估决策模型的准确性和高效性，将本文方法与模糊层次分析法、文献［12］所用方法进行比较，文献［12］将粗糙集理论和TOPSIS法进行结合，但其需要对评价指标简约后再进行评价，工作量相对较大，计算复杂。在同一评价体系以及相同的仿真条件下，得到三种评估方法对设计方案优选决策的结果，见表6。

表6 各评估方法对设计方案综合评价的结果

由三种评价结果可知，采用本文方法与模糊层次分析法与文献［12］所用方法的排序结果基本一致，说明本文决策模型的准确性。同时，由评估时间均值可以看出本文方法要优于另两种方法，说明本文方法评估结果的时效性更好，更高效地实现产品设计的指标权重评价与方案决策。进而表明，基于主客观权重算法的评估方法可以将客观权重值和主观权重值进行有效融合，本文模型在文化创意产品设计方案的评估决策中更具实用性与优越性。

4 结论

本文旨在以用户情感需求作为出发点，对文创产品设计方案的评估决策进行研究，提出一种需求驱动的文创产品设计方案决策模型。首先，运用SPSS分析工具构建了用户需求评价指标体系；其次，采用粗糙集理论和FAHP法分别得到主客观权重，并引入动态调整参数与TOPSIS方法，实现对各设计方案的优选决策；最后，以文创手表设计为案例，通过与评估方法分析比较，说明了本文方法的高效准确性和实用优越性。在深入分析文创产品用户需求的基础上，本文模型实现了准确高效的设计方案评价与决策，为消费者提供了更佳的产品设计方案。

该模型适用于多方案的选择评价，给予后续文化创意产品设计与开发以启发作用，为新产品开发与决策提供了理论支持与技术支撑。下一步将考虑从用户体验视角出发，面向大数据环境进行文本挖掘确定文创产品的用户感性需求，提高研究数据的真实可靠性。