基于INPD与KE方法的智能牙刷护理机创新设计

王晓娜 陈利君 刘偌羽

关键词：产品设计 感性工学 INPD 智能牙刷护理机 交互

引言

习总书记强调，我国经济发展已经从高速增长阶段转变为高质量发展阶段。急需新型人工智能产品来添薪蓄力。伴随我国经济高速发展，预测人们生活方式将日趋智能化，社会方式及生活节奏继续加快，人们逐渐追求“高速度”生活，使得未来生活对智能牙刷护理机产品需求愈发增强。伴随着智能化时代的到来，人们生理和心理都发生着变化，对日常生活辅助用品的外观、功能、交互、安全等都产生更高要求。智能牙刷护理机设计主要针对于用户需求、功能深入程度以及人机交互方式进行创新完善。运用INPD与KE结合的方法，通过SET因素识别产品痛点与机会，在结合KE意向分析，提取用户内心意向元素渗入设计提高用户使用度。深入分析智能牙刷护理机基本特征，定位产品功能，形成产品设计概念。为研究以人为中心，符合情感化需求的智能牙刷护理机打下理论基础。

一、INPD与KE设计方法概述

（一）INPD概述

《创建突破性产品》描述了一种以用户为中心的集成方法来进行新产品开发（iNPD）。这种产品设计方法主要涉及四个阶段：识别机会、理解机会、产品机会概念化、实施产品机会。INPD方法首先需要结合科学与设计知识，综合考虑社会、经济、技术（SET）因素寻找产品机会缺口。针对目标用户需求进行定量研究，深入了解用户对于产品满足度，进行产品特征标准化分析，挖掘产品痛点并实现产品机会识别，进而确定产品设计概念或对于现有产品进行优化与创新设计。最终设计出功能居上、人机交互优化、用户需求为主的高价值产品。

（二）感性工学概述

针对于高品质年轻群体的智能牙刷护理机设计，应以用户需求为中心，在满足目标用户基本功能需求的条件下，还需综合性探讨情感化产品设计研究。感性工学作为以用户为导向的一种产品设计评价方法，旨在探讨用户的意向感知与产品设计分析的关联性。将用户对产品的模糊意向进行定性、定量分析，确立用户对产品的感知评价，并转化为产品设计要素。通过对目标用户的意向分析，在不违背产品基本功能的情况下，设计符合用户需求的产品。

（三）INPD与KE创新设计模型构建

把INPD产品开发四个阶段作为创新产品设计主线，针对于识别机会阶段主要运用SET因素寻找产品机会并进行分析;理解机会阶段主要采取感性工学理论获取目标用户意向词汇库，构建产品语义特征样本，进而运用ISM对目标用户需求进行定性、定量分析，通过构建用户需求层次结构确定智能牙刷护理机用户评价体系;通过计算用户评价指标权重进行功能一致性检验，若检验合格，则运用综合权重值分析用户需求主次度排序，深入理解产品机会，若检验不合格，则需再次进行目标用户调研;概念化机会阶段主要对产品进行设计定位，对设计方案进行筛选，选取满足度高的方案形成概念产品;实现机会阶段运用Rhino建立产品模型，通过投入市场进行虚拟使用獲取用户满足度，进行迭代设计。INPD与KE结合的创新产品设计模型（如图1）。

二、INPD结合KE的智能牙刷护理机案例分析

（一）SET因素识别产品机会缺口

INPD在产品开发第一阶段需要广泛的识别潜在的产品机会并针对于缺口选择最优产品机会。运用SET因素从社会层面、经济层面以及技术层面进行产品综合性分析，通过文献、网上资料查询、媒体信息进行全方位审查获取最佳理想产品机会。在不断深入调查智能牙刷护理机市场使用现状的基础上，对智能牙刷护理机进行SET因素全面分析（如图2）。

通过调查问卷的形式进行SET 因素调研，切入不同产品角度获取产品机会缺口，再通过对其机会点进行统计分析出用户消费的外在因素与基本需求。在对统计结果分析过程中产生四个针对性智能牙刷护理机产品机会缺口并进行编码：YS-01帮助人们调整健康生活体系的新系统;YS-02构建高品质生活的居家帮手;YS-03智能感应系统与红紫外线消毒装置的新产品;YS-04创造情感化的人机交互方式。应用权衡矩阵从4种最初产品机会中挑选一个最优化产品机会。通过INPD识别产品机会缺口阶段的权衡矩阵的参照标准进行分类产品机会评估，针对于不同的产品评估标准，设置不同权重数值，每一行产品共分为四个评分档次，分别代表低、中、良、优。具体权衡矩阵统计见表1。

从最终加权平均分来看，YS-03智能感应与消毒系统产品机会分数最高，本次研究将YS-03作为智能牙刷护理机创新研究的缺口。在INPD产品开发的第一阶段完成后，在依据该产品机会描述，使用情绪板、用户画像等方法完善目标用户场景故事情节创作：二线城市上班族董小姐，早起上班对挤牙膏繁琐操作较为头疼，且牙刷放置牙刷盒暴漏在空气中容易造成细菌污染，所以急需一款牙刷牙膏一体机，且附带消毒、自动挤牙膏等作用。李小姐在产品交互方面有明确的需求，如何进行定时消毒，定量挤牙膏，附带音乐定时播放等附加功能。针对于情节复述与产生的机会点说明深入确定产品研究角度。

（二）分析用户需求阐明产品机会价值

1.建立用户需求递阶层次结构图：INPD第二阶段是通过对已识别的机会进行定性、定量研究，深入明确机会价值。本文采取问卷调查的方式对目标群体需求进行深入分析，结合市场现有产品挖掘智能牙刷护理机隐藏产品机会，智能护理需求问卷发放到年龄段20岁-35岁之间的用户，通过调查不同人群在不同年龄不同学历做出用户特征分析数据统计（如图3）。共收回有效问卷60份，结合随机实地访谈数据与专业人员反馈建立智能牙刷护理机的目标群体需求层次结构图（如图4）。2.构建用户需求判断矩阵：应用Saaty列出的9个重要性等级与赋值，针对目标用户需求层次结构的第二层次与第三层次因素实行两两比较，目的是体现因素之间的等级程度。九种取值为 1/9，1/7，1/5，1/3，1，3，5，7，9，也可取九种数值的中间值及其倒数。

第二层次评价指标矩阵及权重值见表2，基本功能评价指标矩阵及权重值见表3，使用方式评价指标矩阵及权重值见表4，造型色彩评价指标矩阵及权重值见表5，产品价格评价指标矩阵及权重值见表6，把第二层次所得权重值分别与第三层次分别对应的权重值相乘，得出综合权重值（见图5）。通过综合排序计算结果得知，在功能结构中以消毒杀菌、净化空气、页面交互为主;使用方式以壁挂式、语音交互为主;造型色彩以简约造型、干净色彩为主;产品价格以普遍家庭适应价格为主要指标参考。

三、SET因素下智能牙刷护理机感性意象分析

（一）智能牙刷护理机感性词汇收集与筛选

第一阶段建立智能牙刷护理机感性词汇库，通过网络信息、问卷调查、实地调研、深入访谈等途径获取大量感性词组，将收集的85个针对于智能牙刷护理机的形容词进行分类筛选，在此过程邀请2位产品设计专家、一位产品设计教授、5位产品设计师、通过论证法、归纳法、差异法将重复的感性词汇进行删除与对比。第二阶段基于SET因素所得产品机会缺口与现有产品分析作为客观判断条件进行筛选，并根据Likert量表制定调查问卷，采取五星制重要程度设置分析，共发放50份，实际收回45份。通过统计调查数据，最终选出频率最高的6对感性词汇（见表7）。

（二）收集与筛选智能牙刷护理机样本

通过网络调查、市场调研、资料收集进行智能牙刷护理机相似样本收集，运用A型图解法进行产品外观、功能结构、使用感受评估，在通过产品分类法、聚类分析法、产品归纳法将智能牙刷护理机进行符合度分类，按照比值筛选出八个智能牙刷护理机代表性样本（如图6）。

（三）智能牙刷护理机造型特征简化解析

该阶段根据产品形态分析与产品造型分析方法等理论基础，以形态分析学为指导，深入解析产品造型与形态特征，从而建立产品造型元素分析表。将最终样本中智能牙刷护理机进行形态划分并运用简意图来表现。通过对智能牙刷护理机产品造型的分析、概括、划分、图解，将智能牙刷护理机产品造型特征表述为轮廓、储物盒、牙膏盒、牙刷架、显示屏五个独立部分，并将其造型进行提取与简化分析，比较出最符合用户需求的造型。产品造型简化元素编码表见表8。将所保留样本与产品形态简化元素编码进行一一对应，得出各个样本的产品特征元素解析表见表9。

（四）智能牙刷护理机意象评价分析

针对于智能牙刷护理机外观形态进行感性工学意象评价。将六对词汇与智能牙刷护理机外观形态元素进行感性评价，通过语义差异法设计SD问卷调查，针对于每组感性词汇建立五分评分标准，共发放二十份，对每组样本进行意象打分，最后得出感性意向词汇评价的平均值见表10。

通过综合性感性评价的结果，选出最具有针对性的感性意向词汇样本，提取词汇造型基础特征，作为智能牙刷护理机外观形态设计的参考依据，形态特征分析见表11。

四、概念化产品机会

（一）定位产品功能及产品概念形成

INPD第三阶段是产品机会的概念化，通过前期所有的市场与用户的深入调研。明确目标用户对于智能牙刷机的功能需求与形态需求进行系统化分析，在结合市场现有产品的不足定义新产品为：面向年轻化群体与个别需求群体的及多功能于一体的，造型简约时尚的，价格适应度强的，交互模式简单的智能牙刷护理机。针对于前期产品功能汇合，结合头脑风暴法、思维导图提出十种设计理念并进行反复筛选，最终确定产品功能概念设计矩阵图（见图7）。

智能牙刷护理机在日常使用中占据空间较为狭窄，在使用过程中应遵循人机交互原理，通过应用4W场景走查的方式分别还原一位先生和女士在早上6：00～7：00时间段状态，可发现不同人在不同地点做的事情都会和刷牙有关，但自动挤牙膏和牙刷消毒概念还未进入消费者的脑海。所以在人机简化使用过程中，在交互使用上通过继承以往产品的交互优点，如定量挤牙膏等。在环境方面通过考虑墙面的颜色与产品之间的关系，选用干净的白色作为主色调，保证产品与环境之间的融合度。生活中洗手间的空间不足，考虑人拿取物品来设计空间分布，再设计产品时，应注重造型的简约流畅，保持产品使用的方便性与稳定性。

（二）智能牙刷护理机设计实践

牙刷护理机在功能设计秉持健康清洁的设计原则之上，对上述样本分别进行设计造型元素提取，通过现有产品设计规则提炼产品造型。外观形体学习现代简约的设计理念，保证功能的情况下减少冗余的形体。在产品对人的情感化上提升产品的品质感和科技感。在简约的过程之中，加入人机交互的屏幕，富有情态的线条、显示灯等。通过点、线、面结合的设计方式，让产品有自己独特的韵律性，观赏性。在外观上提取海洋生物外观的纹饰，通过肌理与色彩之间的碰撞产生更加独特的趣味和美观性，样本综合造型元素提取（见图8）。

在结构上根据成型工艺分为显示屏幕、挤牙膏设备、紫外线殺菌箱、和主体箱体、墙面固定壳等五部分。实现杀菌、挤牙膏、智能人机交互、墙面固定等功能。在色彩上根据用户情感调研分析，提升产品的品质感，通过简单素雅的颜色搭配让产品的肌理效果更加突出，从而营造出产品的现代感品质感。通过智能化的方式实现牙刷消毒，智能挤牙膏以及净化、除湿等功能。在人机交互上属于屏幕中枢操纵整个系统，通过内部的数据处理方式，实现整个系统的工作运行。另外在挤牙膏时，用户可以通过长按屏幕来实现挤牙膏。中途牙刷不出现细菌沾染。

五、实施产品机会

INPD最后阶段是产品机会的实施。根据智能牙刷护理产品的功能结构、造型表现与形态美感的设计要素，进行智能牙刷护理机创新设计。根据最后深化的设计方案，确定模型的尺寸与比例，模型配色与材质，利用犀牛建模软件建立实物数字模型及用Keyshot进行模型渲染，并完善最终智能牙刷护理机设计方案（如图9）。

此款家用智能牙刷护理机最理想的设计要素为红紫外线双层消毒杀菌，在牙刷使用前后都可以进行消毒清洁;把牙膏与护理机进行一体化结合，避免与外界接触造成细菌感染;增加界面控制与日常功能提醒，在刷牙的同时把握时间、了解温度;外观设计秉持简约原则，减少成本扩大价格选择空间;外观肌理和显示屏幕在视觉和交互体验上打动消费者;形式上采用壁挂式，稳固的同时减少空间的使用;人机交互方面和视觉层以简约呈现给用户，实现高效人机交互。

迭代设计方案最终整理设计合理，功能结构完善，人机交互感增强，产品使用界面简约时尚，增加语音交互提高产品利用率，产品界面效果增强（如图10）。充分运用互联网技术，通过屏幕操作，外加外面物理按键保持用户使用习惯。随时保持净化空气与智能杀菌功能，促进产品-人-环境的一体化交流。

结语

在智能牙刷护理机的产品创新设计中，运用INPD与KE结合的理论来指导产品设计，通过获取大量目标用户群体的需求，用SET因素发现产品机会缺口，运用产品机会权衡矩阵确立最优产品机会点，在对目标用户的实质需求进行分类与排序。基于感性工学对所提出的设计建立感性词汇库，收集和筛选出最具代表性意向词汇，通过语义差分法得出最佳产品样本，分析最佳产品样本的外观造型要素，最后，将研究所得结论应用到智能牙刷护理机设计实践中，完善最终预想方案。经实践证明，INPD与KE结合的理论运用到设计中是可行的，能让设计师更针对性地把握产品设计重难点，做出更符合用户的高效设计。