鞋类产品面向可拆解设计的需求识别与分类

《Proceedings of the Design Society》：Design for disassembly in footwear: identification and classification of product requirements

　　

本研究探讨了基于面向可拆解设计（Design for Disassembly，DfD）原则并依托增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术支撑的运动鞋开发，旨在促进更具可持续性和循环性的产品生命周期。为应对传统鞋类产品组装的局限性，研究人员识别并系统整理了35项源自消费者需求的技术需求。所提出的模型提供了一个清晰且灵活的框架，以强化早期设计阶段的决策制定，引导创新、可回收且环境友好型鞋类解决方案的创建。

## 研究背景与问题阐述

全球鞋业被公认为污染最严重的行业之一，面临着可持续性与适应性方面的重大挑战。传统制造方法占据主导地位，这些方法使得组件的拆解与回收极为困难，限制了材料再利用的可能性，导致极高的环境影响。2022年，全球鞋类产量达到239亿双，其中运动鞋细分市场尤为突出，其受欢迎程度与结构复杂性加剧了开发创新可持续解决方案的紧迫需求。传统制造常采用永久性连接技术，使组件拆解和回收困难，造成不可持续的生命周期和大量废弃物增加。此外，运动鞋已成为生活方式文化的核心符号，消费群体覆盖广泛年龄段，这一趋势对行业变革提出了更高要求，即提供兼具风格、功能与环境责任的产品。可持续性与定制化灵活性因此成为消费者日益重视的属性。

在此背景下，面向可拆解设计（DfD）作为核心方法论被确立，用于设计能够在生命周期末端轻松拆解、回收或再利用的产品。DfD的有效实施需要具体指导原则，涵盖产品架构、组件设计到连接方法选择等多个层面。尽管DfD在鞋业作为可持续生产实践展现出前景，但其应用仍十分有限且未充分融入市场。为此，FAIST项目（敏捷、智能、可持续与技术化工厂）旗下的工作包6（WP6）旨在通过可持续循环产品设计转型葡萄牙鞋业。

## 研究目标与方法框架

该研究的目标是开发创新运动鞋创建流程，实现更高效负责任的制造方式。流程起始于用户足部扫描设备精确采集生物特征数据，随后信息被处理并适配消费者预先选定的鞋款模型，实现考虑特定需求的定制化。鞋类构建由DfD原则与生成式设计（Generative Design）引导，以最小化不必要材料浪费；设计优化后模型通过3D打印成型，确保资源高效利用。整个流程由应用程序引导，提供集成高效的用户体验。

研究人员开展了需求识别、量化与分类的系统方法论研究，提出将项目目标转化为具体参数的框架，确保符合性能、安全与可持续性标准。该研究的技术路径包括：文献分析与市场遵守专车趋势识别，建立从需求识别到技术需求定义的六阶段流程——包括现状分析、数据需求解读、需求组织转化、需求转化为要求、影响因素识别，以及最终需求分类。

研究所用的关键技术方法涵盖：基于Ulrich和Eppinger产品需求表达方法论的正向需求转化；结合显性与隐性需求的双轨需求识别机制；五类别需求组织框架（合脚性与舒适性、耐久性与维护性、设计与定制化、可持续性与可拆解性、性能与功能性）；三等级兴趣度评估体系（高/中/低）；以及将35项需求归入六类别（功能性、材料、人体工学、美学、安全性、可持续性与维护性）的分类矩阵。研究样本来源于市场现有DfD鞋款案例，包括Nike ISPA Link Axis、Zvezdochka、Camper Roku、KI Ecobe、Adidas Futurecraft 3D等商业项目，以及Dior全3D打印鞋款、Zellerfeld单材料定制鞋款等。

## 研究结果

**数据需求解读阶段**

基于前期分析，研究人员将观察到的间题转化为产品开发需求，对应模型阶段2。研究同时考虑了显性与隐性需求，后者尤为重要，因其反映消费者可能未直接表达但能丰富用户体验的方面。研究始于现状分析（阶段1），评估市场上应用DfD与3D打印概念的现有项目，详细分析了Zvezdochka/Nike、KI Ecobe、Futurecraft 3D/Adidas等案例的优势与局限。各案例如模块性、数字技术定制化、材料灵活性等具体优势，但也存在连接区域污垢积累、组装过程复杂、磨损组件不可更换等显著局限。基于这些案例分析，识别出的间题被组织并转化为具体需求。例如，连接区域污垢积累间题转化为"运动鞋应易于清洁维护"的需求，组装复杂性间题转化为"促进负责任生产实践"的需求。需求表达遵循Ulrich和Eppinger方法论，以正向方式聚焦产品最终目标，不指定技术实现手段。总共识别出42项具体需求，组织分类为五个类别，消除冗余并形成连贯需求清单。

**需求组织与分类阶段**

识别出的42项需求被组织分类为五个类别：第一类"合脚性与舒适性"涵盖与人体工学及足部适应相关的所有需求；第二、三类"耐久性与维护性"和"设计与定制化"相互关联，均涉及隐性需求，前者处理材料抗日常磨损及组件更换，后者强调美学重要性与定制选项；第四类"可持续性与可拆解性"涉及可持续生产实践、易拆解性与废弃处理；第五类"性能与功能性"涵盖支撑、保护及运动功能特性，包括防水、柔韧性、抓地力等。为优先化对用户体验和产品市场成功影响最大的领域，研究应用兴趣度量表将需求分为高兴趣度、中兴趣度和低兴趣度三个等级，使直接影响用户体验的需求获得更大权重。此阶段成果为按类别和重要性组织的需求表格。

**需求转化为技术要求阶段**

阶段4将需求转化为具体技术要求，以指导产品技术和功能开发，确保需求有效表达为可整合入最终产品设计的清晰可测属性。需求被归入六个类别：功能性要求确保鞋子提供保护、支撑和性能；材料要求聚焦轻量化、耐用性且适合3D打印等可持续制造技术的组件选择；人体工学要求通过适应用户解剖结构实现最佳适配与持久舒适；美学要求重视视觉设计与定制，允许功能不受损的适应性调整；安全要求作为独立类别，通过防滑、步态稳定性、冲击防护等标准确保使用安全；可持续性与维护性要求促进负责任的生命周期，材料允许拆解和回收。总计定义35项要求，组织于上述类别中。

**影响因素识别阶段**

需求分类后，研究深入分析直接影响产品开发要求的技术性质影响因素（阶段5），这些因素与鞋类的功能和操作特性相关，作为确保要求对应实际 conditions使用的基本标准。针对每类要求（功能性、材料、人体工学、美学、安全性、可持续性与维护性），指定了具体影响因素，以连贯结构化的方式引导设计开发。此阶段详细分析了材料选择（包括鞋底和鞋面等基本部件）、面向模块化和人体工学的设计、制造工艺（特别强调3D打印技术整合），以及评估产品几何、材料类型及其对使用条件适用性的变量（如耐用性、维护便利性）。这些因素对评估每项技术决策对满足要求和用户体验的影响至关重要。

**最终需求分类阶段**

需求识别与分类模型的实际应用最终形成综合表格（阶段6）。该文档以结构化方式组织收集信息，经过详细分析处理。表格按类别排列要求并编号以便查询，同时识别了每项要求的相关影响因素及其来源需求，形成整个开发过程的清晰可及摘要。

## 讨论与结论

该文呈现了基于DfD原则的运动鞋需求识别与分类系统模型。主要目标是建立能够从消费者需求中提取功能性和技术性要求的方法论，同时考虑当前鞋业市场的主要趋势与创新。所应用的方法论在组织和解读用户需求方面证明有效，能够将之转化为直接指导产品开发的特定要求。

通过消费者趋势分析和可持续制造实践，该模型为设计过程各阶段提供了合理且可适配的框架指导。该模型并非旨在成为封闭或刚性的解决方案，而是能够随新信息或技术出现进行调整的灵活框架。其应用促进了对后续开发阶段需求的清晰可视化，推动了结构化有效的过渡。

除需求识别与分类外，该研究为后续设计和开发阶段建立了结构化基础。所定义的要求支持将DfD原则转化为具体设计决策，指导材料选择、连接策略和制造过程。该方法有助于开发更符合循环经济原则的可持续适应性鞋类解决方案。未来工作应聚焦于在工业环境中应用和验证该框架，以评估其对可持续性和生产效率的影响。

研究结论指出，该方法论有效组织了用户需求信息，使其转化为直接指导产品开发的具体要求。定义的35项要求涵盖了功能性、材料性、人体工学、美学、安全性、可持续性与维护性六个维度，为DfD鞋类产品的开发提供了全面的技术参数体系。该框架的灵活性允许其随技术发展和新信息出现进行调整，为鞋业可持续转型提供了实用的方法论工具。

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**研究结论翻译：**

本文呈现了一种基于面向可拆解设计（DfD）原则的运动鞋开发需求识别与分类系统模型。主要目标是建立一种能够提取满足消费者需求的功能性与技术性要求的方法论，考虑当前鞋类市场的主要趋势与创新。所应用的方法论在组织和解读用户需求方面证明有效，使这些信息能够转化为直接指导产品开发的特定要求。

通过消费者趋势分析和可持续制造实践分析，该模型提供了一个合理且可适应的框架，以指导设计过程的每个阶段。该模型并非旨在成为封闭或刚性的解决方案，而是一个灵活的框架，可以随着新信息或技术的出现进行调整。其应用促进了对后续开发阶段需求的清晰可视化，推动了结构化且高效的过渡。

除需求识别与分类外，本研究为后续设计和开发阶段建立了结构化基础。所定义的要求支持将面向可拆解设计（DfD）原则转化为具体的设计决策，指导材料选择、连接策略和制造过程。这种方法有助于开发更可持续、更具适应性的鞋类解决方案，与循环经济原则保持一致。未来工作应侧重于在工业环境中应用和验证该框架，以评估其对可持续性和生产效率的影响。