基于模糊层次分析法的家用婴幼儿浴盆设计与评价.pdf

72基金项目:2021年安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目(gxyqZD2021052)作者简介:金燕红(1987-),男,硕士,副教授,研究方向:工业设计理论与方法、传统文化再设计等,E-mail:通信作者:周雪冰(1987-),男,博士研究生,副教授,研究方向:家具设计与工程,E-mail:引文格式:金燕红,周雪冰,张宗登.基于模糊层次分析法的家用婴幼儿浴盆设计与评价J.家具与室内装饰,2023,30(08):72-75.JIN Yanhong,ZHOU Xuebing,ZHANG Zongdeng.Evaluation and Design of Household Baby Bathtub Based on a Fuzzy Analytic Hierarchy ProcessJ.Furniture&Interior Design,2023,30(08):72-75.当今时代，高品质、智能化的婴童产品逐渐成为儿童成长过程中的必需品。家用婴幼儿浴盆作为儿童成长必要的生活用品，对婴幼儿的认知探索、行为养成等方面具有重要意义，因此其设计与研究也已经引起了设计师及学者的关注。然而，产品设计多集中于对外观形态及色彩搭配等方面的优化，对用户需求的研究较少，造成贴合需求的创新产品匮乏1。针对婴幼儿浴盆的设计，需要深入分析婴幼儿生长发育特征，洞察家长诉求，进而充分挖掘用户需求，同时采取科学有效的方法对方案进行评估，促使产品设计更加符合婴幼儿需求。模糊层次决策的模型和方法3-4。层次分析法因其操作简便有效，迅速在社会发展的各个领域中得到广泛运用。设计领域中，学者们利用层次分析法解决了 大量的设计决策问题。Kwai-Sang Chin综合运用层次分析和证据推理的方法，解决了 企业在新产品开发早期筛选阶段决策不稳定的问题5。Glfem Iklar应用层次分析法构建综合评价模型，获得了用户使用手机时的功能偏好次序6。层次分析法用于产品设计时，首先要明确产品设计要素，并按拟定的准则构建层级结构模型，其操作规程为：（1）构建层级结构模型；（2）构建判断矩阵，通过设计分析法通过构建设计要素的层级结构模型，将定性的问题定量化，再结合模糊综合评价方法得出评价结果2。从家用婴幼儿浴盆的用户需求出发，依据模糊层次分析法建立评价模型，对设计方案进行模糊综合评价，为家用婴幼儿浴盆的设计与开发提供参考。1 模糊层次分析法1.1 层次分析法层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）由美国学者托马斯 赛蒂（Thomas L.Saaty）提出，是一种利用少量信息对复杂系统问题作出Evaluation and Design of Household Baby Bathtub Based on a Fuzzy Analytic Hierarchy Process金燕红1，周雪冰2，张宗登3 Jin Yanhong1&Zhou Xuebing2&Zhang Zongdeng3(1.湖州学院设计学院，浙江湖州 313000；2.西南林业大学艺术与设计学院，云南昆明 650000；3.湖南工业大学包装设计艺术学院，湖南株洲 412007）摘 要：为了给婴童产品设计提供可量化的评价方法，以设计出更加符合用户需求的婴童产品。本研究综合采用行为观察、用户访谈及模糊Kano问卷调研等方法，以家用婴幼儿浴盆为例，分析用户功能需求，运用模糊层次分析法构建评价模型；根据多轮问卷得出各项指标的权重值，并完成一致性检验；结合模糊综合评价方法，构建家用婴幼儿浴盆的评价因素集，对该模型的可行性和有效性进行验证。结果表明，模糊层次分析法能对产品进行全面可量化的设计评价，降低设计过程中主观因素的影响，使设计更加科学严谨，为企业设计与开发出更加符合婴童需求的产品提供参考。关键词：模糊层次分析法；婴幼儿浴盆；用户需求；评价模型DOI:10.16771/43-1247/ts.2023.08.012中图分类号：TS664.1 文献标识码：A 文章编号:1006-8260(2023)08-0072-04Abstract:The work aims to provide a quantitative evaluation method for the design of baby products in order to design baby products that better meet user demands.This study comprehensively adopts the methods of behavior observation,user interview,and fuzzy Kano questionnaire survey,taking the household baby bathtub as an example,analyzing the users functional demands,and using a fuzzy analytic hierarchy process to build an evaluation model.According to multiple rounds of questionnaires,the weight value of each index is obtained,and the consistency test is completed.Combined with the fuzzy comprehensive evaluation method,the evaluation factor set of the household baby bathtub was constructed to verify the feasibility and effectiveness of the model.The results showed that the fuzzy analytic hierarchy process can make a comprehensive and quantifiable design evaluation of products,reduce the influence of subjective factors in the design process,and make the design more scientific and rigorous,which provides a reference for enterprises to design and develop products that better meet the demands of infants and children.Key words:Fuzzy analytic hierarchy process;Baby bathtub;User demands;Evaluation model基于模糊层次分析法的家用婴幼儿浴盆设计与评价Forum of Design设计论坛F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰73要素间的两两对比获取要素间的重要性；（3）计算权重值，完成一致性检验；（4）计算综合权重值，完成综合评价并作出决策7。1.2 模糊层次分析法及其应用层次分析法应用过程中，层级结构模型的构建趋于主观，数据分析容易受到极值的影响。而在实际调研中，受访者针对不确定的问题往往会作出模糊的选择。因此，专家学者提出了模糊层次分析法（简称FAHP），在层次分析法层级结构模式的基础上，引入模糊数学算法进行整体评价分析3,8-9。产品设计中，运用模糊层次分析法对设计方案进行评估，可以解决专家评估的模糊性和主观性问题10。很多学者运用模糊层次分析法对产品概念设计方案、用户界面设置的相对重要性、产品的可用性及偏好性、满意度等方面进行了广泛的研究7,11-14。家用婴幼儿浴盆由于其用户群体的特殊性，功能要求高，对其进行用户需求分析是一个重要且复杂的决策问题。因此，运用模糊层次分析法，构建家用婴幼儿浴盆评价指标层级结构模型，通过专家团队打分和数据分析获得各指标的权重值，再结合模糊综合评价法，可对产品进行综合评价。2 家用婴幼儿浴盆设计要素分析婴幼儿浴盆是指0至3周岁婴幼儿专用的洗浴盆。由于婴幼儿不同生长阶段的功能需求，及家长的主观诉求，婴幼儿浴盆设计需要考虑的因素较为复杂。为了获取更加精准的用户需求，综合采用行为观察、用户访谈的方法了解生活中大人给婴幼儿洗浴的真实情况。调研发现，婴幼儿洗浴过程中用户主要关注的需求点有水温、可折叠、不占空间、舒适便捷、功能多样、智能趣味、安全环保及成长性等方面。引入模糊Kano模型，对用户需求进行定性与定量分析，划分用户需求层次，挖掘婴幼儿浴盆设计要素。将婴幼儿浴盆用户需求分为：基本型需求，即婴幼儿洗浴必须具备的基本需求；期望型需求，即用户期望获得的功能需求；魅力型需求，即能够大幅度提高用户满意度的需求。根据Kano问卷调研分析得出：（1）舒适便捷、结构安全和绿色环保是用户考虑的首要问题，属于婴幼儿浴盆的基本型需求；（2）用户希望浴盆不占空间、能够控制水温、具备收纳功能及具备可成长性，这类属性属于期望型需求；（3）婴幼儿良好的洗浴体验需要浴盆提供亲子互动、趣味表6 RI取值表 1 2 3 4 5 6 7 8 90 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45表1 模糊判断矩阵指标重要性尺度表 尺度数值 重要性等级135792，4，6，81/2，1/3 1/9同等重要略微重要明显重要强烈重要极端重要重要性介于两个相邻的等级之间若指标u比v的重要性尺度值为n，反之为 1/n表2 准则层指标模糊判断矩阵 A B CABC11/41/6411/5651表3 基本型属性指标模糊判断矩阵 A1 A2 A3A1A2A31521/5111/211表5 魅力型属性指标模糊判断矩阵 C1 C2 C3C1C2C311/31/4311/2421表4 期望型型属性指标模糊判断矩阵 B1 B2 B3 B4B1B2B3B411/23321441/31/4111/31/411图1 家用婴幼儿浴盆的评价指标层级结构模型图 174游戏及智能学习等功能，这类功能要素能够大幅度提高用户满意度，属于魅力型需求。以上三类用户需求构成家用婴幼儿浴盆的设计要素。3 基于模糊层次分析法的家用婴幼儿浴盆综合评价模型构建3.1 评价指标层级结构模型构建将家用婴幼儿浴盆的三类用户需求分解成10个设计要素，并作为指标构建评价模型，模型分为目标层、准则层和指标层三个层级，具体指标如图1所示。3.2 模糊判断矩阵构建为 了获得评价模型中各层级指标的权重值，首先要对同一层级指标以两两对比的形式构建模糊判断矩阵，采用1-9的尺度来评价两个指标间的重要性程度，如表1所示，参与评价者根据规则在问卷上填写相应的重要程度数字。根据家用婴幼儿浴盆层级结构模型，邀请20位行业专家完成层次分析问卷调查。专家成员包括5位婴童产品设计师、5位设计学教授、5位婴幼儿成长专家及5位产品技术人员。通过多轮讨论得出准则层及指标层的模糊判断矩阵，如表2-表5所示。3.3 模糊判断矩阵中各层级指标的权重值计算与一致性检验根据各层级指标的模糊判断矩阵，采用几何平均法，分别计算权重向量，计算步骤如下：（1）计算模糊判断矩阵每一行指标的乘积Mu：其中，auv表示模糊判断矩阵中第u行第v列的尺度数值；m表示数量。值计算出综合分数，获得产品的综合评价等级15。4 家用婴幼儿浴盆设计与评价4.1 方案设计根据前期的用户需求调查与分析，综合基本型、期望型和魅力型三类设计要素，设计了 一款家用婴幼儿浴盆，如图2所示。基本型需求方面，综合考虑了婴幼儿人体工学，将婴幼儿洗澡与洗发功能融入一体，并且采用了密封软胶防水结构，安全便捷，舒适环保；期望型属性方面，设计成对半折叠结构，增加了智能温控、工具收纳、内部支撑架尺度可调节等功能，以此满足用户的期望需求；魅力型属性方面，设计了信息显示屏、伸缩投影、亲子互动游戏等功能，以此提升婴幼儿洗浴的体验感16。4.2 方案评价 采用五级李克特量表(Likert scale)，把准则层评价指标作为因素集V，V=VA,VB,VC，设置评语集及对应分值为E=非常满意（90），满意（75），一般（60），不满意（50），很不满意（40）。邀请30位专家运用家用婴幼儿浴盆评价模型对设计方案进行评价，得出模糊综合评价矩阵L：通过合成运算，得出准则层各指标的评价权重向量如下：（2）计算各指标的几何平均值Gu：（3）计算相对权重值Wu：为了判断权重值的合理性，需要进行一致性检验。（1）计算最大特征根 max：其中，n为模糊判断矩阵的阶数；(A)u为矩阵A与矩阵u的乘积。（2）计算一致性指标CI：（3）计算一致性比率CR:其中，RI为随机一致性指标，不同阶数矩阵的RI取值如表6所示。当CR值小于0.1时，可认定一致性检验通过，若CR值大于或等于0.1，则需要调整矩阵并再次检验，直至通过。家用婴幼儿浴盆各层级指标的权重值及一致性检验结果如表7所示。数据结果显示，各项CR值均小于 0.1，均通过了 一致性检验，其权重值合理。3.4 模糊综合评价方法为了解决评价过程中多要素的复杂性、判断的模糊性和主观性等问题，引入美国著名学者扎德（Lotfi A.Zadeh）提出的运用模糊数学算法对模糊概念进行量化的方法。采用五级李克特量表(Likert scale)，邀请专家对产品的每个评价指标打分，计算得出综合评价向量，再结合评语集中对应的分表7 家用婴幼儿浴盆各层级指标权重值及一致性检验结果数据 产品类别 准则层 权重值 指标层 权重值 一致性检验家用婴幼 儿浴盆基本型属性期望型属性魅力型属性舒适便捷结构安全绿色环保不占 空间水温控制收纳功能可 成 长性亲子 互动趣味游 戏智能学 习max=3.095CI=0.0475CR=0.0819max=4.021CI=0.0069CR=0.0077max=3.018CI=0.009CR=0.01550.080.560.360.060.020.460.460.750.180.070.790.180.03=1?(=1,2,)=1?=1=1(?)?=?1CR=?LA=0.9 0.1 0 0 00.8 0.2 0 0 00.8 0.2 0 0 0LB=0.7 0.2 0.1 0 00.6 0.3 0.1 0 00.7 0.2 0.1 0 00.8 0.200 0LC=0.7 0.2 0.1 0 00.8 0.2 00 00.6 0.3 0.1 0 0Forum of Design设计论坛F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰75 在此基础上，构建出总体指标的模糊综合评价矩阵：因此，本款家用婴幼儿浴盆的综合评价向量为：结合评语集分值的加权计算，得出本款家用婴幼儿浴盆的总得分为：N=90*0.794+75*0.194+60*0.012=86.73由此得出本款家用婴幼儿浴盆设计方案的用户满意度等级为“满意”，距离90分“非常满意”等级差距较小，能很好地满足用户需求，但在某些方面尚有不足。参照表7中各项指标权重值发现，本方案在收纳功能、可成长性及亲子互动等方面的用户满意度略低，可以进一步优化。5 结语 由于用户群体的特殊性，婴童用品在设计时要考虑的因素较为复杂，需要专业设计师、专家学者及家长共同参与，的研究与应用J.中国安全科学学报,2008(05):148-153.9赵艳晓,应放天,方倩怡等.基于FAHP的肿瘤儿童医疗游戏辅导玩具设计研究J.包装工程,2022,43(04):135-141.10苗艳凤,李景婕,徐蕴佳.基于Kano-GRA-AHP对儿童输液区家具的设计与评估J.家具与室内装饰,2023,30(01):44-49.11章彰,张琳,丁伟.基于QFD-Kano与FBS的产科等待座椅设计研究J.家具与室内装饰,2023,30(01):38-43.12李永锋,朱丽萍.基于模糊层次分析法的产品可用性评价方法J.机械工程学报,2012,48(14):183-191.13王宇,周俊杰,石元伍.基于模糊层次分析法的儿童教育机器人设计J.包装工程,2021,42(10):151-156.14晋诗宁,门德来.基于熵权模糊评价的老年洗浴椅造型设计偏好研究J.家具与室内装饰,2023,30(01):34-37.15杨柳,汪天雄,张润梅等.基于模糊层次分析法的智能电饭煲设计评价与应用.机械设计,2019,36(04):129-133.16易欣,梁家明,梁卓强,王清文.基于QFD/TRIZ/FEM集成的儿童摇椅创新设计研究J.林产工业,2021,58(09):17-22.客观合理的评价方法是保证设计结果符合用户需求的重要手段。利用模糊层次分析法，从家用婴幼儿浴盆基本型、期望型及魅力型三类用户需求属性构建了设计评价模型，并对设计方案进行了有效的模糊综合评价。模糊层次分析法能提高婴童用品设计评价的科学性，为企业设计与开发出更加符合婴童需求的产品提供参考。（责任编辑：肖 佳）参考文献：1李璐.婴童浴盆的智能化设计研究D.北京:北京理工大学,2015.2袁月,蒋晓.基于模糊层次分析法的家用儿童餐椅设计评估J.包装工程,2020,41(24):188-192.3Saaty T L.The Analytic Hierarchy ProcessM.New York:Mcgraw-hill International Book Company,1980.4Thomas L S.Fundamentals of Decision Making:the Analytic Hierarchy ProcessM.Pittsburgh:RWS Publications,2006.5CHIN K S,XU D,YANG J B,LAM J P K.Group-based ER-AHP System for Product Project ScreeningJ.Expert Systems with Applications.2008,35(04):1909-1929.6IIKLAR G,BYKZKAN G.Using a Multi-criteria Decision-making Approach to Evaluate Mobile Phone AlternativesJ.Computer Standards&Interfaces.2007,29(02):265-274.7温丹妮,章彰.基于KANO和TRIZ理论的独居青年家具设计策略研究J.家具与室内装饰,2022,29(03):5-10.8郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法PA=LA=0.08 0.56 0.36*0.9 0.1 0 0 00.8 0.2 0 0 00.8 0.2 0 0 0=0.808 0.192 0 0 0PA=LA=0.08 0.56 0.36*0.9 0.1 0 0 00.8 0.2 0 0 00.8 0.2 0 0 0=0.808 0.192 0 0 0PB=LB=0.06 0.02 0.46 0.46*0.7 0.2 0.1 0 00.6 0.3 0.1 0 00.7 0.2 0.1 0 00.8 0.200 0=0.744 0.202 0.054 0 0PB=LB=0.06 0.02 0.46 0.46*0.7 0.2 0.1 0 00.6 0.3 0.1 0 00.7 0.2 0.1 0 00.8 0.200 0=0.744 0.202 0.054 0 0PC=LC=0.75 0.18 0.07*0.7 0.2 0.1 0 00.8 0.2 00 00.6 0.3 0.1 0 0=0.711 0.207 0.082 0 0PC=LC=0.75 0.18 0.07*0.7 0.2 0.1 0 00.8 0.2 00 00.6 0.3 0.1 0 0=0.711 0.207 0.082 0 0TV=0.808 0.1920 0 00.744 0.202 0.054 0 00.711 0.207 0.082 0 0S=WVTV=0.79 0.18 0.03*0.808 0.1920 0 00.744 0.202 0.054 0 00.711 0.207 0.0820 0=0.794 0.194 0.012 0 0S=WVTV=0.79 0.18 0.03*0.808 0.1920 0 00.744 0.202 0.054 0 00.711 0.207 0.0820 0=0.794 0.194 0.012 0 0图2 家用婴幼儿浴盆设计方案