基于ANP和情境理論的防暴車輛造型設(shè)計研究

包嘯君 左振玉 梁峭

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)分析 情境 防暴車 造型設(shè)計 工業(yè)設(shè)計

引言

防暴車輛作為一種國內(nèi)安全車輛，其主要用于裝備公安和武裝警察部隊，執(zhí)行設(shè)置路障，保護(hù)設(shè)施，驅(qū)散暴徒和輸送警力等任務(wù)。國內(nèi)的防暴車發(fā)展上，自陜西省寶雞市研發(fā)出的第一代裝甲防暴車以來，經(jīng)過不斷迭代和升級設(shè)計，已經(jīng)逐漸形成中國裝備車輛特有的體系，開發(fā)出了東風(fēng)猛士，劍齒虎等代表性車型。近年來，隨著對外出口貿(mào)易量的增長，防暴車輛的整車設(shè)計上，外觀造型開始成為一項重要的工作。由于防暴車輛所面臨的任務(wù)環(huán)境極高的復(fù)雜性，對于性能的要求以穩(wěn)定性為主，在造型設(shè)計時常涉及安全性，工程可行性和作戰(zhàn)要求等多方限制，同民用車輛的造型設(shè)計存在一定差異。在進(jìn)行此類項目設(shè)計過程中，會出現(xiàn)諸多問題，包括：情境限制造型設(shè)計因素不明晰導(dǎo)致的設(shè)計方案缺乏落地性和反復(fù)；企業(yè)方評定方案時缺乏相應(yīng)的評價維度等。本文使用網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP，Analyticnetwork process）來分析影響防暴車輛造型設(shè)計的相關(guān)情境因素，旨在指導(dǎo)造型設(shè)計。

一、相關(guān)理論背景和研究方法

（一）ANP網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ Analytic Network Process，ANP）是由運籌學(xué)家T. L. Saaty教授于1996年提出的用于解決無結(jié)構(gòu)或者半結(jié)構(gòu)決策問題中各準(zhǔn)則和元素集之間存在相互依存和反饋關(guān)系的一種定量決策方法。ANP方法在安全水平，效能評估和風(fēng)險管控等各種領(lǐng)域問題決策上都已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。郭俞辰使用ANP方法來評價施工現(xiàn)場安全管理水平[1]。王鼎方通過結(jié)合ANP和模糊綜合評價法來進(jìn)行客運站安全防范系統(tǒng)的效能評估[2]。張驍在其碩士論文中通過結(jié)合ANP方法，提取了預(yù)警機任務(wù)電子系統(tǒng)的32個指標(biāo)，構(gòu)建了預(yù)警機任務(wù)電子系統(tǒng)的效能評估體系[3]。由于ANP分析法超矩陣計算過程過于復(fù)雜，本文使用Super desicions軟件進(jìn)行矩陣計算。

（二）情境理論

情境理論作為探究人，物，環(huán)境三者之間交互關(guān)系的理論方法，被廣泛應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域。情境分析起源于企業(yè)的戰(zhàn)略分析，意為對未來系統(tǒng)所處環(huán)境趨勢和發(fā)展態(tài)勢的預(yù)測和分析，創(chuàng)造出更適用于變化的系統(tǒng)。在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，通過應(yīng)用情境分析，可以創(chuàng)造出更有適用性的產(chǎn)品系統(tǒng)[4]。國內(nèi)早期由學(xué)者譚浩率先提出包含問題情境，求解情境和解情境的“設(shè)計情境”概念，并據(jù)此建立了工業(yè)設(shè)計情境模型[5]。王巍借助情境語義學(xué)分析了汽車造型中的品牌意象，車型意象和審美意象等功能[6]。王瑋利用情境構(gòu)建法進(jìn)行了旋風(fēng)式垃圾清潔車的設(shè)計實踐[7]。防暴車輛由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，其外觀造型所涉及的情境因素覆蓋加工制造，任務(wù)安全性，受眾意象感知，環(huán)境安全性多等個方面，故其造型影響指標(biāo)也需要通過綜合分析情境因素來確認(rèn)。

（三）VTGC造型要素認(rèn)知體系

對于車輛造型的分析涉及到車身型面造型特征的要素解構(gòu)。在進(jìn)行設(shè)計和評價時候針對各個特征要素具有針對性的改良和目前主流的汽車造型要素理論為意大利學(xué)者凱塔拉諾（Catalano）提出的汽車審美本體（The Car Aesthetics Ontology）理論[8]，其內(nèi)涵是將汽車的審美屬性分為三類：第一，體量（Volume）特征，與車輛類型相關(guān)；第二，造型型面特征（Treatment），與車身各型面尺度和銜接關(guān)系等相關(guān)；第三，造型的圖形特征（Graphic），與各型面形成的圖形產(chǎn)生的意象特征相關(guān)。本文針對防暴車輛的應(yīng)用領(lǐng)域和類型的表面涂裝色彩差異，增加了C（coating，涂裝）造型特征要素屬性，構(gòu)建防暴車輛的VTGC造型認(rèn)知體系（如圖1）。

二、現(xiàn)存防暴車造型設(shè)計難點概述

（一）民用車輛造型開發(fā)模式不適用于軍工裝備

民用車輛造型設(shè)計項目中，針對某款產(chǎn)品，往往會以商品策劃書的方式對產(chǎn)品預(yù)先進(jìn)行定義，之后經(jīng)過逐級遞進(jìn)的設(shè)計推進(jìn)方案成型[9]。其一般流程如圖2所示。由圖中可知，設(shè)計流程在進(jìn)入模型階段前，造型工作大多處于變動和探索的過程，不同階段的決策因素不同，設(shè)計側(cè)重點也不一樣。民用車輛更趨近于以市場流行趨勢和用戶審美需求為基準(zhǔn)，主要考慮審美情境。防暴車和民用車輛的差異性在于：

1.防暴車屬于軍工領(lǐng)域，市場性和審美性并不在產(chǎn)品定位的第一優(yōu)先級。產(chǎn)品定義主要根據(jù)目前國內(nèi)軍事總體需求確定，商業(yè)性考慮因素較弱。

2.防暴車的情境因素限制相對于民用車輛有著更為嚴(yán)苛的生產(chǎn)加工，任務(wù)執(zhí)行和環(huán)境穩(wěn)定性要求，工程極少屈服于造型要求。而民用車輛極強的商業(yè)性，部分情況下會由于審美犧牲功能性，因此，防暴車的造型設(shè)計因優(yōu)先考慮功能性要求，再介入審美因素綜合決策設(shè)計方向。

在實際設(shè)計項目中，常常會出現(xiàn)因當(dāng)前階段的造型關(guān)鍵決策因素不明晰導(dǎo)致的設(shè)計方向不明確的問題，因此迫切需要一套適用于防暴車的造型設(shè)計流程。

（二）復(fù)雜的造型決策方式不適用于防暴車開發(fā)流程

汽車造型方案決策和篩選是設(shè)計流程中極為關(guān)鍵的一步，初期的設(shè)計方案得出后，后續(xù)的設(shè)計工作只需要根據(jù)產(chǎn)品要求對造型進(jìn)行調(diào)整和細(xì)化。

民用車輛的造型評價方式，國內(nèi)已有諸多學(xué)者進(jìn)行了研究，趙丹華和景春暉提出了基于設(shè)計師-用戶意象認(rèn)知模型的汽車造型可信性評價方法[10]；徐繪云分析了用戶角色差異性下對汽車造型意象認(rèn)知的區(qū)別，并開發(fā)了汽車造型的用戶評價系統(tǒng)[11]。而層次分析法也被用于汽車造型設(shè)計的評價，趙振東使用了模糊層次分析法進(jìn)行了汽車造型設(shè)計方案評價的實踐[12]；程永勝綜合了感性工學(xué)和AHP構(gòu)建了汽車造型意象的評價體系[13]。但層次分析法的打分方式和計算方式極其復(fù)雜。通常將備選方案直接作為控制層，邀請專家對于各個準(zhǔn)則和網(wǎng)絡(luò)層各個指標(biāo)兩兩對比后進(jìn)行矩陣計算，最終求解各方案的相對重要度（權(quán)量）。

防暴車造型設(shè)計項目中，設(shè)計方案評審和對接多在較短周期內(nèi)進(jìn)行，較難直接應(yīng)用anp方法來進(jìn)行方案評審。如何構(gòu)建高效，定性定量的防暴車造型評價過體系是一個有待解決的問題。

（三）情境因素驅(qū)動的的造型設(shè)計流程

基于以上兩類問題，針對防暴車造型設(shè)計，綜合情境因素，采用分布逐級進(jìn)行造型方向界定和方案評價，可以有效指導(dǎo)方案設(shè)計和評價（圖3 ）。其主要步驟為：

（1）針對防暴車綜合的情境因素計算其各主情境因素下各指標(biāo)優(yōu)先級和權(quán)重，構(gòu)建綜合情境因素基準(zhǔn)體系。

（2）針對開發(fā)的防暴車產(chǎn)品具體要求，使用專家決策計算設(shè)計的主情境因素權(quán)重。

（3）根據(jù)主情境因素權(quán)重，結(jié)合評價基準(zhǔn)體系得出的指標(biāo)權(quán)重計算各指標(biāo)綜合排序，根據(jù)排序的權(quán)重占比判定當(dāng)前設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵情境因素。

（4）基于關(guān)鍵情境因素對造型的要求，結(jié)合產(chǎn)品語義相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行造型的方案設(shè)計。

（5）通過專家評分的方式對各個方案對關(guān)鍵主情境因素的匹配程度評分，加權(quán)求和定量計算出方案綜合得分，并決策出造型方案。

三、防暴車情境因素綜合分析過程

防暴車情境因素的綜合分析旨在于通過預(yù)先構(gòu)建防暴車的整體情境指標(biāo)量化體系，從而在針對具體的的防暴車產(chǎn)品造型設(shè)計決策時，減少重頭分析的繁瑣流程，增強開發(fā)效率。

（一）防暴車輛造型情境因素影響網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1.防暴車輛造型情境因素分析

產(chǎn)品的設(shè)計情境是在設(shè)計過程中設(shè)計環(huán)境的總和。對于防暴車輛而言，其產(chǎn)品定位，制造生產(chǎn)，面向人群的特殊性決定了其造型設(shè)計需要受限于多方因素。防暴車輛的造型設(shè)計情境可以依據(jù)其設(shè)計開發(fā)，制造生產(chǎn)，應(yīng)用場景總結(jié)為功能域和審美域兩類；產(chǎn)品情境，環(huán)境情境，用戶情境，任務(wù)情境共四種類型。

（1）產(chǎn)品情境主要同其生產(chǎn)制造等工程化相關(guān)情境。例如由于防彈材料加工要求，只能采用平板焊接的方式進(jìn)行車身制造。為了保證工藝性，鋼板焊接面型不能有曲面，面型和數(shù)量拼接也都有限制，需要納入造型設(shè)計的考量之中。

（2）任務(wù)情境指在其在具體任務(wù)過程中，造型設(shè)計應(yīng)當(dāng)保證車內(nèi)人員安全，需要防護(hù)恐怖分子的火力打擊和強制登車等行為，在型面角度和銜接方式上要充分考慮增強跳彈幾率等問題。

（3）環(huán)境情境，主要指在自然環(huán)境下車輛性能的穩(wěn)定性，需要在車體前臉進(jìn)氣格柵等面積和開口方式上考慮到防風(fēng)沙等自然環(huán)境因素。

（4）用戶情境。防暴車輛作為警務(wù)形象的代表之一，需要面向普通群眾展示國家力量和威懾恐怖分子，不同人群對于車輛造型的意象感知具有差異。

2.情境因素指標(biāo)提取

對于情境因素指標(biāo)的提取，首先對防暴車輛造型開發(fā)設(shè)計相關(guān)人群進(jìn)行桌面研究，從中篩選專家類型組成專家組。選出防暴車輛制造企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層人員一位，車輛制造工程人員兩位，警務(wù)人員一位和普通大眾三位，采用德爾菲法（delphi），通過兩輪意見匯總和反饋交流，結(jié)合桌面研究的材料形成一致性意見?？偨Y(jié)出防暴車輛造型情境因素環(huán)境情境因素，產(chǎn)品情境因素，用戶情境因素和任務(wù)情境因素四個準(zhǔn)則共18個影響指標(biāo)，對于各準(zhǔn)則下影響指標(biāo)細(xì)分和定義如圖4所示。

3.各指標(biāo)層級關(guān)系相互反饋關(guān)系判定和ANP模型構(gòu)建

ANP網(wǎng)絡(luò)模型的典型結(jié)構(gòu)分為兩層，即控制層和網(wǎng)絡(luò)層。決策目標(biāo)和準(zhǔn)則構(gòu)成了控制因素層。網(wǎng)絡(luò)層各個元素和指標(biāo)在控制層之下相互影響。防暴車輛造型設(shè)計的控制層準(zhǔn)則主要為四種情境因素，各因素下的元素集合之間不僅相互作用，且元素集合內(nèi)部也存在著關(guān)聯(lián)性。通過對防暴車輛造型設(shè)計情境因素相互影響和反饋關(guān)系進(jìn)行分析后構(gòu)建的ANP網(wǎng)絡(luò)分析模型如圖5所示。

（二）構(gòu)造和填寫判斷矩陣

ANP是建立在元素組之間，組內(nèi)元素之間兩兩比較的基礎(chǔ)上建立的決策機制。通過對于專家組的篩選，選出企業(yè)決策方領(lǐng)導(dǎo)層成員，工程制造人員，武警人員和普通大眾各一位。設(shè)定四位專家權(quán)重相同，都為0.25，最終的各項評分采用加權(quán)平均的方法進(jìn)行計算。請四位專家填寫判斷矩陣，標(biāo)度采用1-9標(biāo)度法，部分判斷矩陣填寫如表1所示。

（三）一致性檢驗和極限超矩陣計算

對填寫完畢的判斷矩陣需要進(jìn)行一致性檢驗，當(dāng)其一致性比例C.R<0.1時，表明此矩陣的一致性可以接受，反之需要重新對判斷矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。經(jīng)過檢驗，各個判斷矩陣的一致性均小于0.1，可以進(jìn)行權(quán)重計算。使用SD軟件計算極限超矩陣，確定未加權(quán)超矩陣，加權(quán)超矩陣W，最終計算極限超矩陣和排序結(jié)果。

（四）最終排序結(jié)果

計算可得各主情境因素的權(quán)量排序和其下各指標(biāo)的權(quán)量排序結(jié)果。對各指標(biāo)下的權(quán)量依據(jù)其控制層情境的權(quán)量進(jìn)行加權(quán)計算，輸出所有指標(biāo)的綜合排序結(jié)果（表2）。

同理可計算得各造型特征要素的綜合排序結(jié)果（表3）。

此結(jié)果為各主情境要素（準(zhǔn)則層）的權(quán)重未加定義下的權(quán)重排序。各情境要素是綜合考慮所有防暴車類型的，具有一定的普適性。但在實際項目中，針對商品開發(fā)說明書的要求不同，對各個主情境要素（產(chǎn)品，用戶，環(huán)境，任務(wù)）的要求也有差異性，需要具體問題具體對待，下面以具體項目為例來說明具體應(yīng)用方法。

四、方案設(shè)計過程

某軍工企業(yè)希望開發(fā)預(yù)研下一代的防暴裝甲戰(zhàn)斗車輛，車輛產(chǎn)品面向警務(wù)人員打擊暴徒需求。預(yù)計開發(fā)周期5年，希望設(shè)計團隊進(jìn)行造型的探索和定位（除打分外設(shè)計方案已脫敏）。

（一）主情境因素權(quán)量計算

針對設(shè)計目標(biāo)，邀請企業(yè)合作方一位決策層領(lǐng)導(dǎo)，兩位工程師，一位設(shè)計師對于四個關(guān)鍵情境進(jìn)行兩兩對比，求解出主設(shè)計情境權(quán)量（如圖6）。

使用SD軟件計算主情境要素的權(quán)量如表4。

可以看出，對于該車輛的當(dāng)前設(shè)計考量因素而言，用戶情境權(quán)重達(dá)0.524，占比最多，造型設(shè)計主要考慮是否滿足審美要求。

（二）關(guān)鍵情境因素判定

針對前文所述的子情境指標(biāo)權(quán)重和本產(chǎn)品各主情境因素重新計算各指標(biāo)優(yōu)先級如表5所示，各特征要素權(quán)重排序如表6所示。

使用南丁格爾圖對各情景指標(biāo)優(yōu)先級進(jìn)行可視化，分別進(jìn)行總排序，審美域情境指標(biāo)排序和功能域情境指標(biāo)排序（圖7），提取設(shè)計前期主要考慮的情境指標(biāo)。

由可視化排序可知，設(shè)計時主要考慮的審美域關(guān)鍵指標(biāo)為：國家形象要求，威懾警示要求，警務(wù)形象要求。關(guān)鍵功能域情境指標(biāo)為防爆炸物要求，密封性要求，防彈要求。設(shè)計的造型要素重點在圖形特征的辨識度上，包括前臉，側(cè)窗，后窗等圖形識別密集區(qū)域。

針對審美域情境，結(jié)合產(chǎn)品語義相關(guān)理論，讓相關(guān)群體分別對國家形象，威懾警示，警務(wù)形象指標(biāo)以意象詞匯的方式進(jìn)行描述并提取詞匯進(jìn)行匯總，提取出莊重，威嚴(yán)，正直等詞匯，并總結(jié)詞匯語義相關(guān)的車輛特征進(jìn)行造型設(shè)計。

針對功能域情境，針對防爆炸物要求，密封性要求，防彈要求三個主情境指標(biāo)，結(jié)合桌面研究對相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行訪談?？偨Y(jié)造型需求主要有以下幾點：

1.車輛底部采用v形底板，能夠有效減少地雷等爆炸物對底板的沖擊。

2.前圍、后圍、底板、頂板，側(cè)圍等區(qū)域采用大夾角設(shè)計，增加跳彈率。

3.車體造型殼體應(yīng)為封閉式殼體，無任何縫隙。設(shè)計時，相鄰型面之間夾角應(yīng)避免過小從導(dǎo)致工程設(shè)計的殼體封閉難度大。針對兩類情境需求進(jìn)行方案造型設(shè)計，前期共輸出三個方案以供企業(yè)團隊篩選（圖8）。

（三）方案設(shè)計

方案一采用了“戰(zhàn)獅”的代號，強化了“獅子”的造型特點，穩(wěn)重同時具有力量感。重新造型削弱了后輪擋泥板的造型感，正側(cè)圖中，整車腰線較為水平，削弱整車的攻擊性，整車車身更加統(tǒng)一均衡。

方案二“門神”，意象上采用了熊貓的造型語義，燈面做狹長的造型處理，使得造型視覺上更加寬扁，穩(wěn)重。燈面做黑色“淚溝”分色造型，既體現(xiàn)了如獵豹凌厲的眼神，提升整車造型靈動感，強調(diào)機動性強的特點；沉穩(wěn)有力量感的造型中融入了國寶熊貓的意象來體現(xiàn)國家形象。

方案三“御旌”，前臉的設(shè)計上，主要突出梯形進(jìn)氣格柵，表現(xiàn)出較強的防御感，大氣、穩(wěn)重，防護(hù)能力強。前臉兩側(cè)外突，稍微增加攻擊力，顯示出防暴車應(yīng)有的處突能力。一體式輪眉貫穿整個車身，豐富車身視覺語言的同時增強雕塑風(fēng)格。后部造型呼應(yīng)前臉造型形成上小下大的梯形語言。

（四）方案評價

針對以上方案邀請5位企業(yè)方成員（一位企業(yè)決策層，兩位工程人員，兩位設(shè)計師）進(jìn)行評分，評分方式采用加權(quán)平均匯總的方式，設(shè)定權(quán)重相同，分別針對上述四種情境18個指標(biāo)進(jìn)行打分，并采用量化加權(quán)求和的方式計算三個方案的得分。

打分維度上，選取前文的主要情境指標(biāo)作為評價維度，方便打分計算，對主要情境因素指標(biāo)權(quán)量進(jìn)行歸一化處理（表7）。各專家打分?jǐn)?shù)據(jù)如表8所示。

針對結(jié)果加權(quán)總分可知（表9），方案一在各主要情境指標(biāo)維度下得分最高，最終選擇方案一作為最終設(shè)計方案。

采用關(guān)鍵情境指標(biāo)匹配度評分法的優(yōu)勢在于能夠減少直接應(yīng)用ANP評分的復(fù)雜性，具備短時間內(nèi)快速篩選，結(jié)合定性定量的優(yōu)點，快速推進(jìn)設(shè)計進(jìn)度。

結(jié)論

本文主要借助網(wǎng)絡(luò)分析法來分析防暴車造型設(shè)計中的情境因素，旨在設(shè)計項目各階段指導(dǎo)設(shè)計實踐。通過使用德爾非法將防暴車造型設(shè)計的情境指標(biāo)劃分為環(huán)境情境，任務(wù)情境，產(chǎn)品情境和用戶情境等四類主情境。并基于網(wǎng)絡(luò)分析法原理，將各組情境下的子情境指標(biāo)使用專家決策法進(jìn)行權(quán)量的計算和優(yōu)先級排序。通過使用網(wǎng)絡(luò)分析法可以有效地將設(shè)計問題的主要影響因素提取出來指導(dǎo)設(shè)計，也可借助網(wǎng)絡(luò)分析法的權(quán)量計算，對于設(shè)計方案進(jìn)行評價，有效地推進(jìn)設(shè)計項目的進(jìn)行，但前期的情境綜合分析結(jié)果由于決策專家數(shù)量限制，可能存在一定誤差，有待進(jìn)一步深化。