基于Kano-AHP的农用植保无人机设计_黄佳锐.pdf

第 21 卷 第 1 期2023 年 2 月福建工程学院学报Journal of Fujian University of TechnologyVol21 No1Feb 2023doi:103969/jissn16724348202301015基于 Kano-AHP 的农用植保无人机设计黄佳锐，林建德，冯涛(福建工程学院 设计学院海峡工学院，福建 福州 350118)摘要:为提升用户对植保无人机的满意度，基于 Kano-AHP 模型提出一种农用植保无人机的创新设计方案。系统集成卡诺模型(Kano)和层次分析法(AHP)的优势，明确了无人机各个模块的需求及其重要程度，在 Kano 模型中对需求权重进行功能分析和排序，得到各评价指标。最后对产品方案收集到的数据构建判断矩阵，完成检验与评估，确定了最佳设计方案。结果表明:Kano-AHP 模型能够有效地映射从需求分析到功能设计的有效反馈，这在一定程度上弥补了传统产品设计依赖主观经验进行设计的不足，使产品设计更具科学性与有效性。关键词:工业设计;农用植保无人机;卡诺模型;层次分析法中图分类号:TB472文献标志码:A文章编号:16724348(2023)01009706Design of agricultural plant protection UAV based on Kano-AHPHUANG Jiarui，LIN Jiande，FENG Tao(School of DesignStraits College of Engineering，Fujian University of Technology，Fuzhou 350118，China)Abstract:In order to improve userssatisfaction with agricultural plant protection unmanned aerial vehicles(APPUAVs)，this study proposed an innovative design scheme of APPUAV based on Kano-AHP model Theresearch systematically integrated the advantages of Kano and AHP，defines the requirements and importanceof each module of UAV Through the functional analysis and ranking of demand weights in the Kano model，the evaluation index scheme was obtained Finally，a judgment matrix was constructed on the data collectedfrom the product scheme，inspection and evaluation were completed，and the best design scheme was deter-mined esults show that the Kano-AHP model can effectively map the effective feedback from requirementanalysis to function design，which，to some extent，makes up for the deficiency of traditional conceptualdesign relying on subjective experience;it makes conceptual design more scientific and effectiveKeywords:industrial design;unmanned aerial vehicle for agricultural plant protection;Kano model;analytichierarchy process收稿日期:20221028第一作者简介:黄佳锐(1998)，男，广东汕头人，硕士研究生，研究方向:闽台文化传承与设计。目前关于植保无人机的研究多集中在技术实现与作业系统构建领域，对用户需求和产品造型设计的相关研究比较少。在用户需求识别研究中，池宁骏等1 将 Kano 模型与极端用户法相结合应用于电动代步车设计，解决了 Kano 模型中反向需求和魅力型需求识别问题;唐甜甜等2 将Kano 模型和人体测量学相结合进行衣柜存储布局功能模块研究，提升了产品精度;陈正凯3 基于 Kano 模型分析用户购买和使用校园文创产品的需求，优化了校园文创产品设计。在产品设计创新中，梁浩等4 应用 Kano 模型构建了血压计的用户需求矩阵，给出血压计外观与结构的设计方案;刘付勤5 综合运用了层次分析法(AHP)和功能分析法(FAST)，降低了人为主观因素的误差影响，强化了定量分析的优势;邴媛6 在 Kano 模型的基础上运用 AHP 法建立农机造型构成因子评价层次结构体系，计算出权重向量，通过实例验证了这两种方法结合评价的可行性。因此，结合Kano 模型和 AHP 法应用于植保无人机设计能有效识别出用户需求，具有科学性和可行性。福建工程学院学报第 21 卷1基于 Kano 和 AHP 的模型构建Kano 模型由日本学者家狩野纪昭于 1984 年提出，通过构建有针对性的产品质量要素，旨在解决产品设计开发过程中用户需求量化分析问题7。Kano 模型通过对用户需求进行分类和优先级的排序，分析用户需求对用户满意的影响，体现了产品性能和用户满意之间的非线性关系8。但在识别需求权重时精度不高，在不同层级的用户需求识别中缺乏定量分析的方法。层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)由美国运筹学家 T I Saaty 在上世纪 70 年代提出，该方法通过锚定系统目标，在明确决策规划的准则和条件后，建立多层级的递进结构。而层级间的权重排序，则是根据专家意见和分析者的客观判断结果来计算需求的权重排序，对同一层次元素两两比较的重要性进行定量描述，通过一致性检验后选择合适的决策9。但 AHP 法评价指标过多时，后期数据处理比较困难，会影响到层次序列间的一致性，甚至不能通过一致性检验环节。因此，本研究将由Kano 模型获取的用户需求评价指标进行归纳，以此将用户需求属性进行划分，进而将二级指标归纳为一级指标，使其适用于 AHP 法进行数据分析与检验。以此为基础构建层次分析模型，通过构建判断矩阵对用户需求指标进行权重计算，并对结果进行一致性检验，构建的模型流程如图 1 所示。图 1模型流程图Fig1Model flow chart2基于 Kano 模型的目标用户分析21问卷调查Kano 问卷设计为了区分用户对于产品/服务具备某功能时的评价和不具备某功能时的评价，对于每个特性的调研问题需要分别提供正向和反向的问题设置10。而在做 Kano 模型分析前，需要对目标用户进行需求调研，通过采用矩阵量表的形式让用户对功能进行正面和负面评价，问卷问题设置形式如表 1 所示。问卷数据采集后采用李克特量(Likerttype scale)评分进行赋值，将“喜欢”“不喜欢”的选项由高到低依次标识为51 分。89第 1 期黄佳锐，等:基于 Kano-AHP 的农用植保无人机设计表 1Kano 问卷设计形式Tab1Kano questionnaire design form需求项喜欢 理应如此 无所谓 勉强接受 不喜欢提供该需求54321不提供该需求5432122Kano 模型的需求满意度分析在开发设计产品过程中，为了更好识别用户需求，在 Kano 模型中将产品和服务的质量属性分为 6 种类型:(M)必备属性;(O)期望属性;(A)魅力属性;(I)无差异属性;()反向属性，Q 为可疑结果，正常情况下用户评价不会出现这个结果，除非问题设置不合理，亦或顾客没能理解题干，在填写问卷时出现谬误。根据用户的选择结果，将每个功能需求进行统计，对功能属性归类后计算出 Better-Worse 系数，若该产品某功能实现后可以增加用户满意度，则该系数标识为 S，反之，消除该功能后用户的需求若得不到满足，则用户满意度的减量用 D表示。具备该项功能的 Better 系数:S=A+OA+O+M+I(1)不具备该项功能的 Worse 系数:D=O+MA+O+M+I(2)其中，Better 系数为增加功能后的满意系数，越接近 1，表示对用户满意度上升的影响越明显，其上升得也越快。Worse 表示为消除该功能后的不满意系数，越接近1，用户满意度下降的影响越大，其下降速率越快。因此，BetterWorse 系数体系中，应优先考虑实施系数绝对分值高的功能需求。算出每项功能需求的 BetterWorse 系数之后，求出所有项功能需求 BetterWorse 系数均值，以 Worse0 为横坐标，Better0 为纵坐标，将系数值范围划分为 4 个区域，第一象限为期望属性(O)，第二象限为魅力属性(M)，第三象限为无差异属性(I)，第四象限为必备属性(M)。23植保无人机用户需求展开综合目标用户访谈与问卷调研结果分析的内容，应用 KJ(亲和图法)对用户需求展开整理，确定 i 项需求，记为 Ci(i=1，2，i)。具体处理步骤为:首先整理所获取的需求信息，将其转化为语义清晰简明的描述，并筛除语义重复或相近含义的需求项;之后整理需求项，将同类的需求项归为一组;对需求分组进行重命名。整理后共得到用户需求项 23 项，需求展开结果见表 2。表 2植保无人机的用户需求展开Tab2Expansion table of user requirements forplant protection UAV一次水平编号二次水平功能设计C1肥料飞播、播撒功能C2饲料投放C3病虫害监测C4农作物诊断C5作物授粉C6精准测量面积C7手势控制C8智能作业C9机身带有屏幕造型、结构、材质设计C10轻量化材质C11一体化造型C12模块化设计C13可以折叠C14搬运方便C15仿生造型C16设计简洁C17色彩具有辨识度C18色彩多样化C19流线型设计C20大载重能力、大容量药箱C21大喷幅C22药箱、电池方便取出C23旋翼带有防护装置根据 Kano 模型分类对照表对搜集的调研问卷进行属性统计，23 项农机设计需求质量类型统计和分类如表 3 所示。99福建工程学院学报第 21 卷表 3卡诺问卷结果Tab3Kano questionnaire results编号AOMIWorseBetter类别C1337239058047MC228131814045039IC3141511293049058AC41535139044029IC51338129038044IC614151132036058AC71318734042056AC81630179042056AC91833147038042IC103681711067069OC112037141069071OC1217158311036040IC132234115035043IC141619829065064OC151831119065071OC161721305035061AC1720103310071079OC1812232872032045IC1929151810063078OC201529225038049IC211530226061071OC223772071070052MC232711322059041M最后，以 Worse 为横轴，Better 为纵轴，BetterWorse 系数平均值(053，056)为原点，构建四象限图对产品功能需求进行优先级分析。确定了植保无人机设计必备属性 M 包括:C1肥料飞播、播撒功能;C22旋翼带有防护装置;C23药箱、电池方便