基于KANO 模型的家庭鱼菜共生种植产品设计研究

湖北工业大学工业设计学院 周祺 李晓锋 陈颖阳

近年来，由于在蔬菜种植与保鲜过程中，化学肥料与农药的超标使用[1]，导致层出不穷的食品安全问题不断上演。此外，随着人们对于食物储备意识的逐渐提高，食品保鲜与储存也成为了热门话题。其中，蔬菜不同于其它肉、蛋、奶、五谷等食物的存储方式，传统的冷鲜保存无法长时间对新鲜蔬菜进行存储。鱼菜共生农业模式具有零排放的天然优势，在种植与养殖过程中无法添加农药等化学药剂，生产的蔬菜不受土壤中重金属与农药的污染。水培模式下的蔬菜根系由于不受土壤阻力的干扰，根系发达茂盛，吸收能力更强，有效缩短了植物的生长周期。就目前人们对于食品安全问题的重视程度来看，家庭种植产品的出现能够贴合当前城市居民的食物储备问题。鱼菜共生系统中的产品能够为食品安全问题提供解决的思路，将两者结合，既可以在家吃到新鲜采摘的放心蔬菜，又能够满足用户贴近自然的精神需求。因此，家庭种植产品具有十分可观的发展空间。但国内外鱼菜共生的发展多以规模化农场为载体，运营模式多样，以家庭为单位的小型鱼菜共生种植机的研究甚少，与其需求程度不匹配。通过对同类型产品的调研发现，家庭种植产品存在操作烦琐、产量与需求不匹配、智能化水平较低等问题，导致产品使用黏性不足，用户体验不佳。为了提高产品的使用满意度，结合产品构成，以用户需求作为触点，开发出符合用户需求的家庭种植机具有一定的理论意义与实践价值。

1 KANO 模型概述

东京理工大学学者狩野纪昭受赫兹伯格双因素理论的启发，于1984 年提出KANO 模型的概念，用以描述产品各项性能与用户满意度之间的非线性关系[2]。在以用户需求为驱动的设计研究中，KANO 模型是一种典型的挖掘用户需求、合理划分用户需求属性的方法，能够反映产品功能与用户满意度的相关性[3-4]。KANO 模型将用户需求分为五个类别：基本型需求（Must-be quality）、期望型需求（One-dimensional quality）、魅力型需求（Attractive quality）、无差异需求（Indifferent quality）、反向需求（Reverse quality）[5]。

在鱼菜共生家庭种植机的设计语言中，基本型需求（M）表示在设计中必须具备种菜、养鱼和用户所需的实用性功能；期望型需求（O）表示用户满意度与功能、方式或相关服务的实现呈现线性关系；魅力型需求（A）表示用户并不十分期望的功能或服务，对这些需求项目设计的前提是不影响产品设计的目的与意义；无差异需求（I）表示该功能或服务是否具备都不会影响用户的使用体验；反向需求（R）表示该功能或服务的出现会对用户的满意度产生负面影响，在设计中需要避免。

2 鱼菜共生的技术概述

2.1 系统循环原理

鱼菜共生技术在家庭种植机中应用的循环原理为：系统从鱼缸开始工作，将鱼缸中的污物与水一同抽入沉淀池，并进行初步过滤，主要过滤水中的鱼粪、飞虫、鱼饵残渣等固体污物，接下来进入硝化池将水中的氨、氮进行硝化作用，分解成可供植物生长吸收的硝酸盐，再进行紫外线杀菌后即可进入种植系统供植物生长，经过植物根系吸收加之物理过滤后的水中会含有部分杂质，还需要过滤，过滤后的净水即可进入鱼缸，完成循环。这种养殖系统、过滤系统、种植系统三者之间形成的闭路循环模式，即闭锁循环模式。具体工作原理演示，如图1 所示。

2.2 技术优势

传统土壤培育模式与现代水培模式的本质区别是培育基质不同。水培是通过特定设施营造相对封闭、能储存营养液的环境，并使根部生长所需的水、肥、气、热等条件保持相对稳定，将全部或部分根系“浸泡”在营养液中。和传统农业相比，水培农业为植物创造了相对优越的生长条件，规避了一些气象灾害和自然界物种之间的竞争、生物对抗因子等威胁。因此，农作物、瓜果蔬菜的生长情况更为良好。然而某些病害、昆虫的危害依然存在。土壤是一个类生物体，是有生命的，它承载着众多生物种群繁衍、复杂生化演替、矿物质化学演变等过程。虽然土壤通过人们的改良已经成为作物生长的理想介质，但复杂的“生物群体”，如各种真菌、细菌、放线菌，各种土居昆虫、软体动物和病原微生物等，依然对作物生长产生具有一定的影响。植物还可能面对营养亏缺、养分不平衡、物种之间的竞争、病虫侵蚀等危害，土培与水培的区别主要体现在四个方面。

2.2.1 生产效率更高

在种植效率和蔬菜的产出效率方面，水培植物都优于传统土培。水培模式下的植物根系不会受到土壤的阻碍，生长速度更快，根系更加发达，分布多为直线型，能够更高密度栽培。土培模式下的植物受限于土壤肥沃程度、地形、光照等自然条件的限制，栽培密度较低，根系生长速度较慢，种植产出效率不高。水培模式单位面积产量比土培高二到三倍。传统土培模式单位面积产量不稳定，容易受外在因素的影响。

2.2.2 过程管理便捷

水培模式在管理方面，只需将幼苗定植到设备内，就可以通过设备将水自动输送完成循环。由于没有土壤，植物根系不易受到细菌腐蚀溃烂，且不会出现杂草，减少病虫害的发生，管理过程省时省力。土培模式在管理方面，需要注意土壤肥力是否充足，土质是否疏松透气等，但土壤中可能会夹杂一些杂草籽、虫害等问题，都需要人为地进行施肥、翻土、除草、除虫等工作。如果在室内种植，操作过程中极易弄脏地板，整个流程十分烦琐且需要投入大量的精力与时间。

2.2.3 空间利用率高

水培模式下能够立体化种植。目前无论是规模化的水培农场，还是园艺化的家用设备，都充分利用了室内纵向空间，同一单位面积下，水培模式的空间利用效率要远远高出传统土培，缓解了种植面积限制的问题。传统土培无论是在自家菜园还是塑料大棚，大多都在地面单层种植，空间利用效率低下。

2.2.4 节水率高

水培模式中作物所需的各种营养元素均由人工干预得以保持平衡。水被循环利用，相比土培节水率为50%—70%，节水效果十分明显，且能够保证养分不会损失。土培模式下的养分损失率约为50%，农村地区施肥技术不高，肥料利用率仅为30%—40%，土壤中肥料流失较多且各种元素损失不同，各元素间难以维持平衡。

鱼菜共生的最大优势在于其所具备的天然属性。系统中，水产养殖的水中含有大量氨氮，由硝化细菌分解成硝酸盐和亚硝酸盐，再被植物作为营养物吸收，最后将植物吸收过后的水返还给水产养殖系统。由于系统生态循环的特性，在运行过程中，不能添加任何的化学肥料与农药，否则会导致系统失衡。因此，将养鱼与蔬菜有机结合，可以形成可持续的闭环系统，实现人与自然的和谐共处。

3 基于KANO 模型的家庭鱼菜共生种植产品设计流程

3.1 用户定位

城市居民中约有五成人口尝试过在家培养蔬菜，但大多因为种植经验缺乏、没有时间管理、场地限制等因素，导致长期培养蔬菜自食的人并不多。因此，在人口密集的中、大型城市中的居民是此次设计任务的目标用户。城市居民中白领、教师、公职人员等人群一般具有较高的教育背景，追求较高的生活品质，关注健康问题，愿意为生活投资。根据年龄划分，30—50 岁的中青年人群既具有较强的购买力，又注重健康与养生问题。综上原因，最终确定年龄在30 至50 岁之间的白领、教师、公职人员等城市居民为家庭种植产品的目标用户。

3.2 鱼菜共生家庭种植机的需求获取

不同的用户对同一产品有着不同的需求，为了分析目标用户对家庭种植机的需求，需通过KANO 模型分析产品的功能属性。从用户对家庭种植产品的外观需求、功能需求、和其他需求三个方面进行展开，涵盖了外形、功能、模式、控制、反馈与配套服务等方面，在种植机与鱼菜共生系统中细化出17 个重点需求，共同构成了结构化、层次化的家庭种植机需求模型，如图2 所示。

图2 种植机需求模型

3.3 KANO 问卷调研

利用KANO 模型，针对某产品的某个功能或某种服务，使用问卷调研方法，收集用户使用某产品的用户体验和满意度。根据用户对于有或无该项需求时的态度，给出1—5 分的评价。其中1 分表示很不喜欢，2 分表示勉强接受，3 分表示无所谓，4 分表示应该如此，5 分表示非常喜欢。然后根据问卷结果对需求项进行KANO 类别的归类，从而划分用户需求的先后等级和重要度。用户意见获取的过程采用问卷调研法，用户根据问题选择分值，表达对应的态度。将问卷进行无差别发放500 份，回收有效问卷426 份。在有效问卷中筛选出同时符合城市常住人口、大专以上学历、年收入稳定等自然属性条件的作为目标用户，共有260 份。

3.4 KANO 问卷结果计算与属性划分

公式中的A、O、M、I、R分别代表魅力型需求、期望型需求、必要型需求、无差异型需求和反向型需求[6]。将问卷中的数据分别采用SPSSAU 计算，并计算该功能需求的满意度系数和不满意度系数[7]，其计算公式如下。

当该需求项得到满足时：

当该需求项没有得到满足时：

根据有效问卷数据，对各需求项进行计算划分，然后分别计算Better-Worse系数后，汇总如表1 所示。

表1 KANO 问卷数据汇总

EI表示各需求项的影响力系数。SI值表示满足该需求时用户的满意程度，SI值越大说明该需求功能的实现对用户的满意程度影响越大，DSI值表示满足该需求时用户的满意程度，其中DSI值越小说明该功能未实现对用户的满意度影响程度越大。计算各功能的影响力系数EI，公式如下：

按照EI值的大小可得到各个功能实现的顺序优先级，如表3所示。

通过影响力系数，可以按照“基本型＞期望型＞魅力型＞无差异型”的顺序进行产品功能的优先级排序。其中基本性需求、魅力型需求和期望型需求是设计的主要方向。无差异型属性中的产品材质、单种模式、水流速度，对用户的满意度不产生影响，所以在此次设计中进行舍弃。根据表3 中各个功能的影响力进行排序，对比同一属性内，需求项目的优先级排序如下：（1）基本型需求：节省空间＞养鱼＞种菜＞混种＞尺寸；（2）期望型需求：颜色＞造型＞环境信息＞光照时长＞控温＞水质信息；（3）魅力型需求：交流＞配送＞订购。

表2 需求项影响力系数表

产品的基本属性旨在满足用户使用该产品的基本需求，如若此需求缺失，用户的满意度将会大大降低。因此，在家庭鱼菜共生种植机的设计中，产品尺寸、种菜、养鱼、混合种植模式和节省空间是不可或缺的需求。基于市场调查，现有家庭种植产品基本可满足该类需求。

期望属性与用户满意度正相关，即需求满足越多，用户满意度越高。根据KANO 问卷结果可知，产品造型、颜色、控温、光照时长、水质信息、环境信息属于期望型需求，其中产品造型与颜色属于审美需求，需要根据用户群体的审美特征进行设计。温度控制与光照控制在水族箱与种植机中都已经分别实现。水质监测与环境信息在目前尚未形成完整的集成系统，需要对其具体内容与所需技术手段进行分析整合。

魅力属性需求若得不到满足，不会对原有满意度产生负面影响，若满足，用户满意度将会得到大幅度提升。因此，在设计过程中，魅力属性需求也需要作为设计要点进行重点关注。根据需求分类，线上订购、产品配送、分享交流属于魅力属性需求，目前市场上对产品线上订购及线下配套产品（蔬菜、种植袋、观赏鱼、饵料、滤材等）的挑选与配送的服务流程不够完善，需对其运营模式信息进行优化。此外，用户之间的分享交流也是完善产品服务、提升满意系数、优化用户体验的重要手段。

3.5 设计策略

根据需求属性与需求排序，在基本型需求中，各项需求排序为：节省空间＞养鱼＞种菜＞混种＞尺寸。种菜与养鱼的实现需要依托鱼菜共生技术，在满足种菜养鱼的基本需求的同时，需要采用垂直化或模块化提高种植数量，减少空间使用。混合种植对于技术条件具有一定要求，需要整合各种蔬菜的生长条件，满足多种蔬菜同时种植。

期望型需求中，各需求项的排序为：颜色＞造型＞环境信息＞光照时长＞控温＞水质信息。期望型需求满足数量越多，用户满意度越高。因此，该类属性下的需求项目都需要满足，在产品造型与配色方面需符合用户群体的审美特征，以体现品质感的现代设计风格为主。环境信息反馈、光照控制、水温控制、水质信息监测功能在系统运作过程中都起着重要作用，需根据鱼类与植物的生长条件、检测仪、传感器等技术设备实现。系统运行条件，如表3 所示。

表3 系统运行参数

魅力型需求的满足能够大幅度提升用户的满意度，其中交流＞配送＞订购。在产品服务方面，以APP 的方式提供用户线上交流分享，线下需要满足产品与蔬菜的配送服务，具体策略是在每个城市社区设定服务站点，负责线下日常配送、零售等配套服务措施。

4 家庭鱼菜共生种植产品设计实践

4.1 方案设计

根据各项需求对设计进行定位，由于用户“节省空间”的需求程度最高，整体方案采用空间利用率最高的垂直结构设计，能够最大程度的节省占地面积。按照养鱼种菜的需求可将鱼菜种类进行细化，最终以叶菜类与观赏鱼为主要种类，其中叶菜类的种植需满足“混合种植”需求，对此采用在每一层装配单独的传感器与控制器的方法，负责单独监测控制，达到混合种植的目的。由于城市住房面积较小，产品主要应用场景为城市住宅的阳台或客厅，尺寸方面与常规家用电器的体量相近。同时，产品的配色与造型决定了产品外观是否符合用户的审美需求，在产品造型与配色方面需符合用户群体的审美特征，根据当前主流的室内装修风格，产品造型采用以立方体为基本形态，整体以简约质感的现代设计风格为主；色彩方面以大面积中性灰为主，搭配蓝色与原木纹作为配色，凸显产品的风格特征。系统环境信息（空气温度、湿度、光线强度）、运行信息（运行状态、水温、水位等）、水质情况（Ph 值、氨氮浓度、溶氧量等）通过传感器集中在交互界面中进行显示与实时反馈，用户也可以通过APP 进行查看并调整。分享交流能够有效激发用户的表现欲，线上平台的设定能够满足用户与其他相同爱好者分享自己的种植、饲养成果，交流种植经验、食谱与使用体验。订购与配送属于同一服务体系，用户能够在平台挑选产品、新鲜蔬菜、种植包、观赏鱼、鱼饵等所需材料，并且享受线下配送服务，提升用户的使用体验。

家庭鱼菜共生种植产品的设计以功能实现为导向，重点在于确定产品的构成形式、功能实现方式，以及给排水设计，从而进行发散思维与草图绘制。将种植区引入基质培养模式，并上置于顶端两层，过滤区与水培模式结合处于中间位置，养殖区落地下置，优势在于可以减少管道布置的长度，过滤区方便随时查看，有助于产品维护，如图3 所示。

图3 初步设计方案

4.2 方案优化

对上述方案进行迭代改进，经调研用户对于基质培养的蔬菜期望程度不高，且生长周期是普通叶菜类的3—5 倍，表明鱼菜共生系种植机中不适合基质培养模式，将该模式舍弃全部替换为水培。将过滤系统下置入箱，达到完全隐藏的效果，同时设置污物抽屉便于用户清理。新增补光灯设计，解决室内阳光不充足的问题，最终设计方案，如图4 所示。

图4 方案最终效果

产品最终方案满足用户期望属性与魅力属性的重要需求主要体现在：产品设计风格符合用户群体的审美需求，相比于市场现有的种植机，产品风格与室内环境更加融合，操作控制与相关反馈更加完整、直观。用户能够在线上分享过程、果实与食谱等成果，并享受产品相关的配套服务，增强产品的使用黏性，一定程度上提升了用户的使用频率，产品从功能性、审美性、服务性等方面也综合提升了家庭种植机的使用体验。

5 结论

文章首先通过KANO 模型对用户需求进行属性划分，并采用Better-Worse分析计算各需求项的相对权重，从而对用户需求进行重要程度排序。并分析了产品所需的技术条件与实现手段，根据其重要度进行设计实践，解决了家庭种植产品设计中定位不明确、使用黏性不高、用户满意度较低等问题。以此弥补城市居民的自然感缺失，为缓解食品安全问题开拓了思路，也为实用性家庭种植产品的设计提供了参考。