家用火灾逃生产品创新设计研究.pdf
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1、Dec.2023JOURNALOFMACHINEDESIGN2023年12 月No.:12Vol.40第40 卷第12 期机设计械家用火灾逃生产品创新设计研究*余森林,卜令恒,杨怡,刘晓妍,赵安琪(湖北工业大学工业设计学院,湖北武汉430068)摘要:为满足人们对家庭火灾逃生产品的实际需求,提出结合整合新产品开发法(IntegratedNewProductDevelop-ment,INPD)和产品语义提取法的产品创新设计方法。运用社会-经济-技术分析法(Socicty-Economy-Technology,SE T)寻找产品机会点,并对用户及利益相关者进行问卷调研,结合产品语义提取法对调研结果
2、进行客观修正,获取用户真实需求;通过基于模糊Kano模型的综合性用户需求优先级确定方法,计算用户需求的综合重要度函数;根据用户需求综合重要性排序,将优先级高的要素作为设计重点,提出家用火灾逃生产品的设计方案。研究结果表明:结合INPD法、产品语义提取法和综合性用户需求优先级确定方法,可有效获取用户真实需求,并对用户潜在需求进行洞察,为同类产品的创新设计提供参考。关键词:产品设计;家用火灾逃生产品;整合新产品开发法;产品语义提取法中图分类号:TB472文献标识码:A文章编号:10 0 1-2 354(2 0 2 3)12-0 149-0 7Innovative design of househo
3、ld fire escape productsYU Senlin,BU Lingheng,YANG Yi,LIU Xiaoyan,ZHAO Anqi(School of Industrial Design,Hubei University of Technology,Wuhan 430068)Abstract:To meet the practical needs of people for home fire escape products,a product innovation design methodcombining Integrated New Product Developme
4、nt(INPD)and product semantic extraction is proposed.Using the Socio EconomicTechnology(SET)analysis method to identify product opportunity points,conducting questionnaire surveys on users andstakeholders,and combining product semantic extraction method to objectively revise the survey results to obt
5、ain the true needs ofusers;Calculate the comprehensive importance function of user requirements by using a comprehensive priority determinationmethod based on the fuzzy Kano model;Based on the comprehensive importance ranking of user needs,prioritize the elements withhigh priority as the design focu
6、s,and propose a design scheme for household fire escape products.The research results indicatethat combining the INPD method,product semantic extraction method,and comprehensive user demand priority determinationmethod can effectively obtain the real needs of users and provide insights into their po
7、tential needs,providing reference forinnovative design of similar products.Key words:product design;household fire escape products;integrated new product development method;product semanticextraction method在城市灾害事故中,火灾是常见的发生频率较高且破坏性强的突发性灾害之一。因此,针对家庭火灾逃生产品进行设计研究可有效减少人员和经济的损失。在进行产品开发时,INPD法是以用户为中心,通*收稿
8、日期:2 0 2 2-11-2 1;修订日期:2 0 2 3-0 3-2 0基金项目:湖北省教育厅人文社科青年项目(16 Q109)过对社会、经济及技术因素的分析获取产品设计机会点,根据用户群体的潜在需求对产品进行设计研究的方法2 。陈宁峰等3 运用INPD法结合权法进行了居家适老护理床的设计研究,为此类产品的创新研究150机第40 卷第12 期计设械提供了新的设计参考;胡康等4 结合INPD法和层次分析法的创新设计模型,进行了老年人多功能陪护产品的创新设计研究。当前,单独采用INPD方法缺少了用户需求分析的过程,而模糊Kano模型可用于用户需求分析过程。陈香等5 构建模糊Kano模型与逼近理
9、想解排序法(Technique for Order Preference by Simi-laritytoIdealSolution,T O PSIS)结合的理论模型,进行了智能割草机的设计研究,并验证了该方法的可行性;刘大帅等6 结合模糊Kano模型、TOPSIS法及熵权法对用户需求进行综合重要度评估,并进行了高端数控机床的设计研究。上述文献在评价用户需求时都对其进行了筛选,但仍难以消除用户的模糊描述对调研结果产生的影响。杨雯丹等7 基于依存词的语义和词性特征,识别了关键短语中的用户需求;王军等8 收集在线评论文本并对其进行关键词提取,构建了用户需求模型;邓昭等9 采集用户语义,并进行自然语
10、言处理和访问结果量化,获取了用户真实需求。上述文献表明,采用产品语义提取法,能获取到更准确的用户需求要素。因此,文中构建了基于INPD法的产品设计开发方法,结合产品语义提取法修正用户需求,运用模糊Kano模型进行需求分类,并对需求重要度优先级进行排序,获取产品设计要素并进行设计方案的产出,为家庭环境使用的火灾逃生产品的设计研究提供设计参考。1基于INPD法的综合性用户需求分析方法1.1基于INPD法的综合性用户需求获取流程从发掘新产品到开发落地,INPD方法包括识别机会、理解机会、基于产品机会将产品概念化及实现机会4个阶段【10 。该方法对现代产品开发的综合系统规划指导具有重要意义。产品语义提
11、取一般包括语义素材收集、语义处理及语义提炼3个步骤,旨在获得设计研究所需的语义信息。用户访谈是产品语义收集的重要手段之一,文中将传统口语调研替换为半结构化访谈的方式,即按照粗线条式的访谈提纲进行非正式的访谈在产品语义提炼时,将TF-IDF(词频-逆文本频率指数)与K-Means算法结合,运用TF-IDF算法对语义文本进行分词处理,提取出高频关键词;采用K-Means算法对关键词进行聚类分析,得到用户需求的初始数据。其中,TF-IDF算法是一种基于统计学的关键词提取算法12 ,而K-Means算法是一种常用的聚类方法,通过迭代的方式,逐次更新各聚类中心的值,直至标准测度函数开始收敛为止13文中基
12、于INPD法,采用SET分析法获取产品机会点,并进行用户调研,以此明确目标人群及用户需求;用产品语义提取法对调研得到的用户需求进行修正,获取初级用户需求;采用模糊Kano模型进行用户需求分类,并结合TOPSIS法和熵权法确定用户需求的重要度优先级,将优先级较高的需求转化为设计要素,以指导家用火灾逃生产品的创新设计。家用火灾逃生产品设计流程如图1所示。家用火灾逃生产品设计研究SET因素分析市场调研半结构访谈建立初始用户需求文本文本数据整理与分类提取用户文本语义语义聚类分析获取用户需求层次模型1基于模糊Kano模型的用户1构建用户需求专家决策矩阵需求属性分析基于TOPSIS法的用户需求摘权法计算用
13、户需求的值满意度决策摘权法计算用户需求的摘权值用户需求满意度值用户需求综合重要度排序用户需求转化为设计要素完成设计方案制作产品模型图1家用火灾逃生产品设计流程1.2模糊Kano模型模糊Kano模型以区间O,1间的某个模糊满意度值表示用户对产品各调查项的满意度14。模糊Kano模型对产品设计要素进行分类的步骤为:1512023年12 月余森林,等家用火火兆生创新设计研究假设满足实现条件与不满足实现条件的功能矩阵分别为P=0.50.30.200和N=000.20.60.2,则生成的模糊矩阵为:厂O00.10.30.1000.060.180.06S=PTN=000.040.120.04(1)0000
14、0LO0000将模糊矩阵与用户需求分类评价表对应,并计算出隶属度向量为:0.1 0.1 0.4 0.4 0T二(2)式中:fM一必备性需求频次;一fo一期望性需求频次;一魅力性需求频次;J一无差异性需求频次;JR一反向性需求频次。引人置信度水平进行筛选,取=0.4,当T,时,该要素用1表示,否则用0 表示,则T=(0,0,1,1,0)。将所有调查用户的修正值相加,得到用户需求的分类频次fAfo,fM,fi,以最高类别作为用户需求属性类型。根据模糊Kano模型问卷调查结果,计算产品具有某要素时的用户满意度并记为S.,不具有某要素时的满意度计为S,即:fA+fo(3)fo+fMS(4)f+fo+f
15、M+fi1.3获取用户需求综合重要度1.3.1用户需求满意度决策TOPSIS法是一种多属性决策方法15】,具体计算步骤为:(1)建立用户满意度评价矩阵,假设有n项需求与m个评价者,第j个被调查对象对第i个需求因素的评分用x,表示,则评价决策矩阵X=(x s)n m,i=1.2.n:1=12,.,m表示为:X12X1mx21X22X2mX二(5)Xm2(2)计算加权归一化处理后的标准化矩阵和加权规范化决策矩阵Ai,即:A.i入,X/X2(6)i=1式中:入,一指标权重。(3)计算加权规范化矩阵的正负理想解,即:A*=lat,a2,.,at=(maxajlj Jt),(minajlje J)I(7
16、)A=lai,a2,a,l=(maxa,ljeJt),(minayljeJ)/(8)式中:J效益型集合;厂一一成本型集合。(4)计算各要素的欧氏距离mD(aij-a,)2(9)j=mD(aij-aj)2(10)=1(5)计算各目标的相对贴近度值。DU=(11)D+D1.3.2确定用户需求初级重要度相较于专家打分法,设计者的主观性会对用户需求结果造成较大的影响,可采用熵权法运用数据本身的信息进行权重计算,以得到客观赋权结果【16 ,计算过程为:(1)建立初级重要度矩阵,假设有m个被调查对象对n个需求因素进行重要度评价,第个被调查对象对第i个需求因素的评分用z表示,矩阵为:211Z12Z1m221
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