基于AHP和感性工學(xué)的通風(fēng)設(shè)備造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

張寧 馬彧

關(guān)鍵詞：通風(fēng)設(shè)備 層次分析法 感性工學(xué) 造型設(shè)計(jì) 模糊綜合評(píng)價(jià)

引言

當(dāng)醫(yī)護(hù)人員穿著防護(hù)服在高溫環(huán)境下進(jìn)行持久作業(yè)時(shí)，會(huì)感到極度悶熱和不舒適。如果此時(shí)不能及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)散熱，容易造成身體不適和活動(dòng)機(jī)能下降，存在較大的健康隱患。針對(duì)此種情況，在防護(hù)服內(nèi)的便攜式通風(fēng)設(shè)備的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。目前市場(chǎng)上通風(fēng)設(shè)備的功能性及合理性雖已得到初步完善，但其造型上仍處于較低水平，缺少設(shè)計(jì)美感和創(chuàng)造性[1]，且現(xiàn)有的通風(fēng)設(shè)備設(shè)計(jì)并不能滿足醫(yī)護(hù)人員群體不斷上升的需求，并未真正考慮使用人群對(duì)產(chǎn)品造型的感性追求[2]。一些企業(yè)想要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，就必須提高外觀設(shè)計(jì)美感和滿足使用者的感性需求，設(shè)計(jì)出符合使用者心理感受的產(chǎn)品[3]。層次分析法能夠多層次客觀分析和解決問題，使評(píng)判和決策結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理；感性工學(xué)理論能夠有效獲取產(chǎn)品意象詞匯，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不斷滿足使用人群的心理需求。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將這兩種方法結(jié)合主要運(yùn)用在工程機(jī)械、老年產(chǎn)品、家電等領(lǐng)域上，如程永勝[4]等人提出以感性工學(xué)理論和層次分析法兩種設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法相結(jié)合對(duì)工程車進(jìn)行造型意象分析與評(píng)價(jià)；宋端樹[5]等人基于老年人群體需求，運(yùn)用層次分析法構(gòu)建造型特征和意象詞匯的關(guān)聯(lián)性；郭皓月[6]等人利用層次分析法構(gòu)建感性評(píng)價(jià)體系并運(yùn)用到家用拖地機(jī)的造型設(shè)計(jì)實(shí)踐上。對(duì)比之下，在通風(fēng)設(shè)備領(lǐng)域研究較少。因此，本文將這兩種研究方法相結(jié)合有針對(duì)性地對(duì)通風(fēng)設(shè)備造型進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，基于感性工學(xué)理論，從獲得用戶審美需求的角度出發(fā)，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)通風(fēng)設(shè)備造型方案進(jìn)行評(píng)選與決策，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、明確。能夠?qū)ζ渌愋彤a(chǎn)品造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)提供參考和借鑒價(jià)值。

一、AHP和感性工學(xué)理論概述

（一）AHP理論

層次分析法（AHP）理論是一種多層次、多維度分析、解決和處理問題的評(píng)價(jià)方法[7]。被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，多次被應(yīng)用在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和改良等方面[8]。層次分析法的特點(diǎn)是通過深入研究發(fā)現(xiàn)復(fù)雜問題內(nèi)部各部分潛在的關(guān)聯(lián)性，把這種關(guān)聯(lián)性表示（呈現(xiàn)）為一個(gè)有序的層次遞階結(jié)構(gòu)[9]。具體表現(xiàn)為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，主要通過各個(gè)層次之間的判斷和比較，建立判斷矩陣并對(duì)其進(jìn)行權(quán)重結(jié)果計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序和檢驗(yàn)。

（二）感性工學(xué)理論

感性工學(xué)理論于1986年在日本首次提出，是以感性意象與工學(xué)兩者相結(jié)合的一種設(shè)計(jì)理論[10]。感性意象是一種主體思考的意識(shí)活動(dòng)，它是指客觀現(xiàn)象經(jīng)過主體內(nèi)心豐富的感情色彩而呈現(xiàn)出的一種獨(dú)特表象[11]。感性工學(xué)理論重點(diǎn)討論人的感性認(rèn)知和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求兩者之間的關(guān)聯(lián)，通過以定性與定量相結(jié)合的研究方法對(duì)使用者的情感需求進(jìn)行感性分析，將模糊不清、無法確定的意象詞匯轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，將數(shù)據(jù)結(jié)果與產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出符合用戶需求的產(chǎn)品。

二、研究流程

基于以上分析，提出一種基于AHP與感性工學(xué)理論的研究流程見圖１。其基本思路分為以下幾個(gè)步驟：

（1）篩選并確定目標(biāo)感性意象詞匯。對(duì)初步獲得的感性意象詞匯進(jìn)行篩選，去掉意義重復(fù)和關(guān)聯(lián)度較弱的感性詞匯，最后利用語(yǔ)義差分法確定目標(biāo)意象詞匯。

（2）構(gòu)建造型意象評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并進(jìn)行權(quán)重結(jié)果計(jì)算。首先確定一級(jí)指標(biāo)體系為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)總目標(biāo)；二級(jí)指標(biāo)體系為初步選定的感性詞匯特征要素；三級(jí)指標(biāo)體系為第二步確定的感性詞匯，其次建立判斷矩陣并進(jìn)行權(quán)重結(jié)果計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序和一致性檢驗(yàn)。

（3）對(duì)造型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)判和決策。評(píng)語(yǔ)集采取“十分合意、合意、一般合意、不合意、十分不合意”五個(gè)等級(jí)，建立模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣并對(duì)權(quán)重計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（4）專家打分選出最優(yōu)方案。請(qǐng)?jiān)u價(jià)專家對(duì)通風(fēng)設(shè)備造型設(shè)計(jì)方案中準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和打分，對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算出各個(gè)方案的最終得分后進(jìn)行排序并選出最優(yōu)方案。

三、通風(fēng)設(shè)備造型意象研究

（一）通風(fēng)設(shè)備造型意象詞匯獲取

為獲取使用人群對(duì)通風(fēng)設(shè)備的感性需求，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行真實(shí)的感性評(píng)價(jià)。通過查詢通風(fēng)設(shè)備銷售網(wǎng)站，網(wǎng)絡(luò)資料、相關(guān)文獻(xiàn)檢索、用戶問卷調(diào)查等方式，初步獲取115對(duì)通風(fēng)設(shè)備意象詞匯。經(jīng)過本專業(yè)13名學(xué)生的頭腦風(fēng)暴和集體討論，對(duì)115對(duì)意象詞匯進(jìn)行初步篩選，去掉意義重復(fù)和關(guān)聯(lián)度較弱的詞匯得到80對(duì)，利用語(yǔ)義差異法進(jìn)行進(jìn)一步篩選，最終獲取24對(duì)意象詞匯，見表1。

（二）構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

由于通風(fēng)設(shè)備的復(fù)雜性及特殊性，在深入分析通風(fēng)設(shè)備造型的特點(diǎn)后，邀請(qǐng)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的5位專家和5位工業(yè)設(shè)計(jì)研究生組成焦點(diǎn)小組進(jìn)行研討。首先，選取了形態(tài)因素、色彩因素、材質(zhì)因素和人機(jī)因素四個(gè)準(zhǔn)則層，將最終篩選出的24對(duì)感性詞匯對(duì)應(yīng)分組；其次，根據(jù)評(píng)語(yǔ)集“非常好、好、良好、不好、非常不好”五個(gè)等級(jí)進(jìn)行打分，分值范圍為0～5分，以0分和5分為最低分和最高分形成調(diào)查問卷；最后，按分值高低進(jìn)行排序，選出每組內(nèi)最具代表性的三組詞匯構(gòu)成通風(fēng)設(shè)備造型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)層，如圖2所示。

（三）構(gòu)建判斷矩陣和權(quán)重計(jì)算

構(gòu)建判斷矩陣是層次分析結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的一步，主要指通過三個(gè)層次之間的每?jī)蓚€(gè)指標(biāo)進(jìn)行判斷和比較[12]。請(qǐng)之前的焦點(diǎn)小組專家10人、產(chǎn)品設(shè)計(jì)師5人、潛在用戶5人共20人作為調(diào)研對(duì)象，使用1～9 標(biāo)度法[13]對(duì)各層次各指標(biāo)打分，構(gòu)建判斷矩陣后并對(duì)權(quán)重結(jié)果分別進(jìn)行計(jì)算。準(zhǔn)則層判斷矩陣及權(quán)重結(jié)果見表2，指標(biāo)層各判斷矩陣及權(quán)重結(jié)果見如3～表6所示。本文采取幾何平均法對(duì)權(quán)重向量結(jié)果進(jìn)行求解[14]，具體公式步驟為：

用一致性比率CR值對(duì)一致性檢驗(yàn)進(jìn)行判斷，CR＝CI/RI，RI值是由隨機(jī)一致性指標(biāo)所得出，如表7所示。當(dāng)CR≤0.1時(shí)，表示檢驗(yàn)結(jié)果通過，反之則需要進(jìn)行重新計(jì)算。

一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表8，顯示CR值均小于0.1，由此可判定表2～表6的判斷矩陣計(jì)算通過檢驗(yàn)。

在完成一致性檢驗(yàn)后，對(duì)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的目標(biāo)權(quán)重結(jié)果進(jìn)行綜合排序，見表9。

四、通風(fēng)設(shè)備方案模糊綜合評(píng)價(jià)

（一）設(shè)計(jì)方案實(shí)踐

根據(jù)以上分析結(jié)果得出的設(shè)計(jì)要素，以通風(fēng)設(shè)備為實(shí)例進(jìn)行造型設(shè)計(jì)實(shí)踐，通過對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，從造型、功能和用戶需求出發(fā)，初步提出種設(shè)計(jì)方案，如下圖3-圖5所示。方案一：整體造型較為圓潤(rùn)、具有簡(jiǎn)潔感和均衡感，佩戴在手腕或腰間，調(diào)節(jié)帶網(wǎng)孔材質(zhì)更利于防護(hù)人員散熱透氣，材質(zhì)較為舒適，頂部通風(fēng)口和出風(fēng)管連接，功能鍵設(shè)有開關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)風(fēng)速大小按鍵，可使用USB充電。方案二：整體造型圓潤(rùn)，體積輕量化。造型弧度更貼合佩戴方式，背部夾子可直接夾在防護(hù)服上，松緊帶可調(diào)節(jié)。方案三：整體造型硬朗、穩(wěn)重，背部三個(gè)夾子可緊固于防護(hù)服上，通風(fēng)孔面積較大更有利于通風(fēng)散熱。該通風(fēng)設(shè)備使用群體為衣著防護(hù)服的醫(yī)護(hù)人員，使用環(huán)境和場(chǎng)所為醫(yī)院，因此設(shè)備色彩搭配主要以設(shè)計(jì)黑白為主，具有簡(jiǎn)潔感和現(xiàn)代感。依據(jù)準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的目標(biāo)權(quán)重為基礎(chǔ)，邀請(qǐng)5名工業(yè)設(shè)計(jì)專家對(duì)三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

（二）通風(fēng)設(shè)備模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)能夠準(zhǔn)確、清晰地解決由于主觀判斷造成模糊不清的問題[14]。通風(fēng)設(shè)備模糊綜合評(píng)價(jià)的具體研究思路和運(yùn)算過程如下：

（1）確立專家設(shè)計(jì)評(píng)估要素集。用a={b1，b2.b3，b4}表示，分別為形態(tài)因素、色彩因素、材質(zhì)因素和人機(jī)因素，確定評(píng)估要素子集為bi={bij}（1，2，3，4）。

（2）確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)及其對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)置評(píng)語(yǔ)集E={e1，e2...，em}對(duì)應(yīng)等級(jí)為十分合意、合意、一般合意、不合意、十分不合意，對(duì)應(yīng)其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為95，85，75，65，即95分以上為十分合意，85分～95分為合意，75分～85分為一般合意，65分～75分為不合意，65分以下為十分不合意。

（3）得出各部分權(quán)重向量結(jié)果。由表2～表6判斷矩陣的權(quán)重計(jì)算結(jié)果得出準(zhǔn)則層各部分權(quán)重向量為：wA=（0.1873、0.1149、0.1767、0.5210）。指標(biāo)層各部分權(quán)重向量為：wB1=（0.4 434、0. 3 874、0.1692），wB2=（0.493 4、0.195 8、0. 310 8），wB 3 =（0.5278、0.1396、0.3325）wB4=（0.2081、0.6608、0.1311）。

（4）建立模糊綜合評(píng)價(jià)判斷矩陣。請(qǐng)5位專家分別對(duì)通風(fēng)設(shè)備三個(gè)方案中的準(zhǔn)則層下每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判和打分，計(jì)算打分次數(shù)并以此為參考，準(zhǔn)則層B1～B4對(duì)方案層的模糊矩陣計(jì)算結(jié)果見表10～表13。

（5）一致性檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表10～13中材質(zhì)因素～人機(jī)因素的模糊判斷矩陣及權(quán)重計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，顯示CR值均小于0.1，由此可判定表10～表13的模糊矩陣計(jì)算通過檢驗(yàn)。

（三）評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

（1）準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。由圖6的通風(fēng)設(shè)備造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分布圖中可直觀看出，準(zhǔn)則層指標(biāo)B1～B4的權(quán)重分別為0.1873、0.1149、0.1767、0.5210。準(zhǔn)則層權(quán)重分布中人機(jī)因素比重最多，且占1/2以上的比例，色彩因素比重最少，其余依次是形態(tài)因素、材質(zhì)因素和色彩因素，其中形態(tài)因素和材質(zhì)因素權(quán)重接近。經(jīng)實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)，用戶與產(chǎn)品之間的人機(jī)操作是否安全、便捷是影響醫(yī)護(hù)人員使用產(chǎn)品的較為重要的因素，產(chǎn)品的形態(tài)美觀和材質(zhì)的舒適性對(duì)使用人群也同等重要。色彩搭配對(duì)用戶需求影響較小。通過調(diào)研潛在的用戶需要，去掉無用且復(fù)雜的功能疊加，進(jìn)一步滿足用戶需求。

（2）指標(biāo)層評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。由指標(biāo)層中的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重分布可看出人機(jī)因素中的安全性占比最大，其次是易用性；材質(zhì)因素中舒適性權(quán)重較大；色彩因素中的明亮性相對(duì)重要；形態(tài)因素中的均衡性和簡(jiǎn)潔性權(quán)重較大且相似。經(jīng)實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)安全性因素對(duì)于針對(duì)通風(fēng)設(shè)備用戶需求最為重要，如設(shè)備操作不當(dāng)會(huì)對(duì)用戶造成安全隱患，其次較為重要的是產(chǎn)品的易用性。由于醫(yī)護(hù)人員穿著防護(hù)服長(zhǎng)期處于高溫密封的環(huán)境中，因此產(chǎn)品材質(zhì)的舒適性最為重要。在醫(yī)院潔凈消毒的環(huán)境中產(chǎn)品應(yīng)選擇明亮的色彩，簡(jiǎn)潔均衡的造型更容易滿足用戶需求。

（3）方案層評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。結(jié)合在形態(tài)因素、色彩因素、材質(zhì)因素和人機(jī)因素的權(quán)重分別對(duì)方案1、方案2、方案3的綜合權(quán)重計(jì)算，得出三個(gè)方案的綜合權(quán)重值分別為0.4194、0.3033、0.2774，將評(píng)語(yǔ)集轉(zhuǎn)化為0～100百分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)方案一分值為84.06分，方案二分值為77.01分，方案三分值為73.47分。因此得出結(jié)論方案一比方案二和三在整體造型上更加簡(jiǎn)潔和均衡，人機(jī)操作中更加安全和易用，材質(zhì)選擇上也更加舒適，色彩更加明亮，更能夠滿足用戶的感性需求。根據(jù)各方案分值對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)等級(jí)，得出方案1和方案2屬于“一般合意”等級(jí)，方案3屬于“不合意”等級(jí)。即各方案的滿意排序依次為：第一為方案一，第二為方案二，最后為方案三，最終確立方案一為最優(yōu)秀方案。

結(jié)語(yǔ)

本文利用層次分析法和感性工學(xué)兩者相結(jié)合的造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法，通過通風(fēng)設(shè)備實(shí)踐深入分析并驗(yàn)證了這兩種方法結(jié)合的有效性和可行性。既能夠有效避免設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中的主觀臆斷，又可以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性和直觀性。首先通過感性工學(xué)理論獲取通風(fēng)設(shè)備的目標(biāo)感性意象詞匯；其次運(yùn)用層次分析法構(gòu)建造型意象評(píng)價(jià)體系，建立其判斷矩陣并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和排序；最后利用模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)三種通風(fēng)設(shè)備造型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立模糊綜合判斷矩陣計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果，轉(zhuǎn)化成評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)等級(jí)確立最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，提升了產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的科學(xué)性與可靠性。但本文不足之處是三個(gè)設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)結(jié)果仍會(huì)受到主觀判斷因素的影響，這一問題將會(huì)在后面的研究進(jìn)程中進(jìn)一步改進(jìn)。綜上，層次分析法和感性工學(xué)兩種設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法的結(jié)合能夠有效減少主觀判斷因素帶來的偏差，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具可信度和科學(xué)性，同時(shí)也為以后的通風(fēng)設(shè)備造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)提供借鑒意義和參考價(jià)值。