基于Kano-QFD与TRIZ的汽车充电桩设计

摘要：本论文聚焦于将Kano模型、质量功能展开（QFD）和发明问题解决理论（TRIZ）应用于新能源汽车充电桩领域。利用Kano模型对新能源汽车用户对于充电桩的需求进行分类。通过QFD将这些需求转化为充电桩设计和服务的具体技术特性和质量指标，构建质量屋以明确需求与技术特性之间的关系，从而为产品规划和设计提供精确的方向。

运用TRIZ理论针对在QFD过程中发现的技术矛盾和问题提出创新的解决方案。本研究旨在通过整合Kano - QFD - TRIZ的方法，提升新能源汽车充电桩的整体性能、用户满意度以及推动该领域的技术创新。

关键词：KANO模型 QFD理论 TRIZ理论 汽车充电桩

引言

随着全球能源结构的转型和环境保护意识的提升，电动汽车（EV）产业在未来的发展趋势会日益提高。汽车充电桩作为支撑电动汽车广泛应用的关键基础设施，其设计的重要程度与日俱增。为了满足用户的多样化需求、提高充电效率、降低成本并促进可持续发展，本研究旨在探索一种集成创新方法论的汽车充电桩设计策略。

Kano模型和质量功能展开（QFD）是两种广为应用的顾客导向设计工具，它们能够帮助设计师深入理解用户需求并转化为产品特性。Kano模型有助于区分用户的基本需求、期望需求和兴奋需求，而QFD则通过房屋的顶梁柱（House of Quality）矩阵将顾客需求转化为设计参数和技术特征。另一方面，TRIZ理论提供了一套系统化的创新原理和工具，用以解决复杂工程问题和促进技术进化。

本研究将结合Kano-QFD与TRIZ方法论，构建一个综合性的汽车充电桩设计框架。通过这种跨学科的整合，我们旨在揭示用户需求与技术创新之间的内在联系，从而设计出具有高度适应性、创新性和可持续性的汽车充电桩。这一研究不仅能够提升用户体验，还将推动电动汽车充电基础设施的快速发展，为实现低碳交通和智能城市做出贡献。

KANO/QFD/TRIZ理论的集成模型构建

KANO、QFD和TRIZ理论分别是不同的管理和创新工具，它们在产品设计和质量管理中有着各自的应用。KANO模型帮助理解顾客需求的不同层次，QFD（质量功能展开）是一种将顾客需求转化为产品设计规格的方法，而TRIZ是一套解决工程技术问题的创新原则和理论。集成这些理论可以形成一个更强大的模型，用于指导产品创新和设计开发过程。使用KANO模型来识别和分类顾客的需求，区分基本需求、期望需求和兴奋需求等。本文将利用QFD将顾客的需求转化为产品的设计特性，并确定这些特性的重要性。结合TRIZ理论中的创新原则和工具，探索和解决设计过程中遇到的技术矛盾和问题。识别和解决设计特性之间的冲突，应用TRIZ的解决矛盾的方法。根据分析结果调整技术特性的权重，确定设计改进的优先级。

基于KANO模型的用户汽车充电桩需求分析

（一）用户需求收集

1.用户分类：在深入剖析了汽车充电桩在线使用反馈及实地考察充电桩安装情况之后，我们可以将有车一族中汽车充电桩的意向用户细分为潜在需求者、邻近产品体验者及直接产品用户。潜在需求者虽然对汽车充电抱有需求，但尚未接触过任何相关充电设施。邻近产品体验者则是那些已经使用过其他充电解决方案的用户，尽管尚未尝试汽车充电桩，却怀揣着使用的意愿。而直接产品用户，则是那些已经有了汽车充电桩使用经验的群体。

2.情境访谈：为了更深入地挖掘三类用户对汽车充电桩的需求，我们进行了情境访谈，并结合各平台搜索使用量靠前的汽车充电桩数据进行了统计分析。，为了深入了解充电桩使用者的行为节点，得到用户需求，我们选取了使用排名前20位的汽车充电桩中，价格处于中间水平的一款充电桩作为基准产品。通过采访并记录分析充电桩使用者的行为，我们制定出行为与需求的关联表1，并以此作为KANO模型问卷框架的基础。

通过对表1中三类目标用户的行为-需求转化进行深入分析，我们发现三类目标用户的需求各具特色，但也有一些共同之处，如易操作、价格适宜、造型美观等。这些需求为充电桩的设计和优化提供了重要的参考依据。

（二）汽车充电桩KANO模型问卷

我们需要以前期情境访谈中所得的需求为基础设计出KANO模型双因素问卷，并根据问卷得出我们需要的数据。这将有助于我们更好地理解用户需求，为产品的设计和优化提供有力支持。双因素问卷中的每项需求均基于正负两向提问来提供五种答案[1]，分别为“我很喜欢”“他理应如此”“无所谓”“勉强接受”以及“我不喜欢”，以确认充电桩使用者需求所包含的魅力型需求（A）、必备型需求（M）、期待型需求（O）、无差异型需求（I）和反向型需求（R）这五种KANO属性类型[2]。另一种问题型需求（Q）则用于检验和帮助剔除一些无效问卷。

本次问卷设计基于KANO模型，旨在通过正向和负向两种评价态度来询问用户对于汽车充电桩的需求。问卷通过线上渠道发放，受访者均为20-50岁的电能汽车车主，共收回204份有效问卷。

经过对204份有效问卷的仔细分析，我们根据KANO模型分类评价标准矩阵，将用户对于汽车充电桩的需求划分为五大需求并对各需求类别下用户频数进行统计。

卡方分析通常用于检验分类变量之间的独立性或关联性。在此案例中，我们可以使用卡方分析来检验不同需求类别（基本型、期望型、兴奋型）与用户满意度之间的关系。

（三）需求分类与重要度打分

挖掘用户需求类型并分析其重要度是产品创新设计的关键[3]。众所周知，用户满意度的影响因需求属性的不同而有所差异。因此，根据需求的属性来进行优先级排序是至关重要的。选取每项需求中占比最高的属性作为该项需求的类型，并根据其重要度进行打分。KANO模型中，评估重要度的取值范围为 0-5，最高分为 5 分，分值越高，其设计价值越高[4]。

（1）由于必备型需求（M）的充分满足是一个产品所被用户接纳的底线，在所有需求中，应当最优先满足这类需求[5]。当基本型需求得不到满足时，用户的满意度会大幅下降，甚至可能导致用户放弃使用该产品或服务。依重要程度来看，该需求为5分。

（2）期望型需求（O）被满足时，用户满意度上升。同时，期待型需求在产品生命周期后期可进化为必备型需求，满足这类需求可以显著提升用户满意度，不满足则会导致满意度下降。满足程度越高，用户满意度也越高。为4分。

（3）魅力型需求（A）的满足能够为用户带来惊喜的体验，常用于产品的后期改进，它是需要在保障前两项需求被充分满足的前提下才可以实现的，这类需求往往能够给用户带来惊喜，从而增强用户对产品的忠诚度和推荐意愿。故为3分。

表3为汽车充电桩需求类型及其重要度打分。

目前，我们已经根据KANO模型对需求做出排序，并剔除无差异型需求。接下来，我们按照方法流程对被保留下来的各项需求做重要度评定，运用得出的数据构建出综合质量屋（House of Quality， HOQ）。

构建综合质量屋可以更系统地理解用户需求与产品特性之间的关系，从而制定出更有效的产品开发和服务改进策略。

（一）需求重要度矢量

通过重要度评定后的用户需求将作为质量屋的左墙。

依 KANO模型的各需求重要度评分为据，通过计算而得出各项需求权重为：（1）根据如下公式对需求权重（1）进行归一化处理[6]：

（2） 由（2）可推导出用户需求的重要度矢量如下：

（3） 将上述计算结果嵌入质量屋，形成汽车充电桩产品质量屋的左墙。

（二）需求特性

通过对市面上常见新能源汽车充电桩的调研，能够总结出相关技术特征。以需求为切入点对这些特性进行筛选，以此作为质量屋的天花板。

接下来，结合新能源汽车充电桩的需求权重，计算各个产品特性的得分与排名。

（三）需求-特性关系矩阵

对需求与结构之间的关联度进行打分。关联度分为三个级别，分别是“强关联度”、“中等关联度”、“弱关联度”。每级关联度对应相应的分值1，3，5。将每个功能结构的得分与对应指标层的综合权重相乘，最后算得总分在得分中显示，并进行功能结构重要性排序[7]。

（四）特性间自相关矩阵

于表4之屋顶三角形区域内，能够呈现出那些需着重考量的负相关产品特性。而此类特性之间的冲突，可朝着TRIZ问题模型予以转化。

（一）冲突问题的TRIZ转化

采用 TRIZ 冲突分析法之前，需要把具体的技术参数转化为 TRIZ 通用的工程参数。实现矛盾双方的分离就是物理矛盾的解决方法，相应的创新原理由 TRIZ 的 40 个发明原理提供。将质量屋屋顶中的两组冲突问题转化为 TRIZ 的问题模型[8]。

（二）冲突解决方案

针对以上两组冲突，结合TRIZ理论，可以得出以下解决方案：

1. 充电效率和安全性冲突解决办法：在研究中发现提高充电效率通常意味着更高的充电功率，这可以通过增大电流或电压来实现。然而，这会增加充电桩的散热负担，因为更高的功率会导致更快的热量产生，最终引发安全事故。用NO26.复制原理解决矛盾，使用虚拟仿真技术，首先，对充电桩及其充电过程进行全面的数字化建模，包括电力传输、散热管理、电池充电特性和安全保护机制。这涉及使用计算机辅助设计（CAD）软件和电池仿真工具。接下来，在计算机模型中模拟各种充电工况，如不同的充电功率、环境温度和电池状态。通过这种方式，可以评估不同设计方案的性能和安全性，而无需实际建造物理原型。通过反复迭代和优化，确定最佳的充电参数和安全配置，以平衡充电效率和安全性。例如，可以调整充电电流和电压设定值，优化散热系统设计，以在保证安全的前提下最大化充电效率。

2. 智能化和数据安全冲突解决办法：应用NO.11事先防范原理，为了提高充电桩系统的可靠性，需预先采取措施防止潜在威胁的发生或扩大。以下措施可在设计阶段提前实施：加密与防火墙 ：在充电桩与后台管理系统之间，采用先进的加密技术（如AES加密）和多层次防火墙，确保数据传输通道的安全。入侵检测系统（IDS） ：部署实时监控系统，检测任何未经授权的访问尝试，一旦发现可疑行为，立即启动预警机制。定期安全审计 ：事先设定定期安全审计制度，检查系统的漏洞并及时更新补丁，确保系统始终处于最新、最安全的状态。

五、结语

随着新能源汽车行业的迅猛发展，充电桩的优化与创新对整个产业的推进有着不可忽视的意义。本研究把Kano模型、质量功能展开（QFD）以及发明问题解决理论（TRIZ）应用到新能源汽车充电桩领域，取得了一系列有意义的成果。

借助Kano模型，精准地识别出用户需求的不同属性，为后续研发找准方向。QFD成功地将用户需求转化为技术特性权重，使得技术研发紧密围绕用户需求展开。TRIZ理论为解决充电桩设计中的技术矛盾提供创新思路，突破传统的局限。三者的融合构建了一套较为完善的方法体系。

然而，在实际应用中，还面临着如不同地域用户需求差异、TRIZ创新方案落地困难等挑战。未来的研究应聚焦于这些问题，不断调整和完善这一方法体系。随着新能源汽车行业的持续发展和技术变革，Kano - QFD - TRIZ综合方法体系将不断释放潜力，为新能源汽车充电桩的发展提供更坚实的支撑，推动新能源汽车的广泛普及。

参考文献

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