基于AHP-DEMATEL的智能洗鞋机设计及评估方法研究.pdf

第 44 卷 S1 期 包 装 工 程 2023 年 4 月 PACKAGING ENGINEERING 359 收稿日期：20221217 基金项目：浙江省思政教学研究项目（220141）；浙江省哲学社会科学规划年度重点课（22NDJC020Z）作者简介：俞书伟（1982），男，硕士，副教授，主要研究方向为信息产品设计、智能设计。通信作者：刘飞扬（1999），男，硕士研究生，主攻工业设计。基于 AHP-DEMATEL 的智能洗鞋机设计及评估方法研究 俞书伟，刘飞扬，肖金花（中国计量大学，浙江 义乌 310018）摘要：目的目的 通过 AHP-DEMATEL 方法的应用来解决如何提升智能洗鞋机设计用户满意度及设计结果评估的问题。方法方法 从收集归纳智能洗鞋机基础用户数据开始，运用 AHP 构建用户需求层次分析模型，再结合 DEMATEL 方法识别和分析各项需求间的综合影响关系，整合加权计算得到各项用户需求数据之间的综合影响度，从而得出 AHP-DEMATEL 复合用户需求影响因子，依据复合用户需求数据进行智能洗鞋机的设计，并对设计结果进行评估，得出产品设计可靠性方案。结果结果 以 AHP-DEMATEL 复合方法进行智能洗鞋机的设计，并依据需求指标进行满意度评估，完成了设计方案。结论结论 使用 AHP-DEMATEL复合方法进行智能洗鞋机的设计及评估，能在产品开发和改进中很好地解决用户需求指标不明确的问题，两者结合形成的复合型设计方法能够极大地提升产品的用户体验。本研究对同类产品的用户需求研究也可以提供一定的参考价值。关键词：智能洗鞋机；AHP；DEMATEL；评估方法 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)S1-0359-06 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.053 洗鞋机作为小众家电产品得到了市场的认同，今年需求增长极快，已经形成百亿市场潜力。但是现有的洗鞋机多为早期洗衣机改造，其工作原理并不能很好地符合清洗鞋子的需求，时常造成鞋子损伤。经调研，洗鞋机研发人员对获取用户需求信息不够重视，也没有对需求数据进行合理的处理，直接导致产品无法达到用户的期望值1。因此，重新思考如何进行洗鞋机产品设计，如何用科学合理的方式来提取和处理用户需求，如何对最后的设计方案进行设计评估，是开发成功与否的关键2。本文针对上述问题，提出基于 AHP-DEMATEL 方法建立智能洗鞋机设计研究模型，探究用户对智能洗鞋机设计属性的偏好特征，得到可靠的用户需求数据，最终形成设计方案开展设计评估，从而设计出用户满意的产品。1 洗鞋机设计的研究现状及意义 1.1 研究现状及存在的问题 洗鞋机这类小众产品正面临创新的变革时期，产品设计是否成功将直接决定产品能否卖得出去。2022年家电数据消费显示洗鞋机产品主要分为半自动式和全自动式，其原理为机内毛刷与鞋面摩擦冲洗。此外一些品牌在此基础上增加了风干烘干等功能，以便提高产品的使用体验。从行业发展规律和产品生命周期理论来说，此类产品目前正处于产业生命周期中的成长期，业内暂未形成标准化的生产规范，整体上仍未摆脱洗衣机的工作原理和产品外观，这使得产品清洗效率不高、对鞋类的破坏性大，尚无法应用于一些对清洗方式要求较高的高档品牌鞋。无论从行业发展还是用户需求出发，此类产品都急需新的解决方案。为此一些学者进行了这方面的研究。王寅斌等3设计出利用超声波对鞋子进行清洗的洗鞋机，在一定程度上减少鞋子的损伤，但不能解决清洗效率的问题。徐广红等4对洗鞋机整机进行改进，设计出一款集清洗、烘干和消毒于一体的新型洗鞋机，取得了良好效果。可以看到，通过技术整合改进智能洗鞋机是很好的途径，但还需要更深入地分析用户需求才能更好地解决问题。1.2 AHP 和 DEMATEL 方法解决的问题及思路 层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）是一种将定性和定量分析相结合的科学方法5。该方法将与研究对象相关的因子分解成多个层次，通过计算得到各个指标的权重，为最佳方法的选择提供依据6-7。DEMATEL(Decision Making Trial and Evalua-tion Laboratory)方法适用于研究目标因素之间的相互影响关系，其实质是利用图论思想和矩阵工具确定因360 包 装 工 程 2023 年 4 月 素之间的逻辑结构关系，辨识系统中的关键因素，从而解决复杂问题8。实际上，大量学者在研究中对以上方法的使用都进行了阐述，但是无论是 AHP 还是 DEMATEL 方法在单独使用时都无法承担产品设计的任务，而两者结合，能够很好的解决这个问题9。各类方法的优缺点见表 1。先用 AHP 计算各指标的初始权重，再使用DEMATEL 对权重进行修正，有效提高权重赋值的准确性和客观性，最后得出设计方案并对方案进行设计评估。基于此本文重点讲述 AHP-DEMATEL 结合的产品设计及评估方法，结合智能洗鞋机设计实证案例形成设计策略。表 1 层次分析法和 DEMATEL 法的优缺点 研究方法 优点 缺点 AHP 层次分析法 有效地通过层级划分得到研究对象的特征因子，并根据权重优化排序。且模型流程相对固定，计算简单，具有普适性 忽略了因子之间的交叉关系,即某一因子可能受到两个以上的上层指标的共同影响。并且同一层级下的不同因子之间的互相影响关系也未有明确的探讨 DEMATEL 法 讨论了一个因子对其他所有因子的影响作用，考虑了因子间的交叉关系 专家在评价时是根据因子间的影响关系确定排序，未考虑因子的权重对排序的影响，而且用户满意度等因素也未纳入决策依据中 AHP-DEMATEL 结合法 同时考虑了用户满意度和因子之间的影响关系，提高了指标权重排准确性和客观性 忽略了企业在产品开发过程中的策略和关注点对 AHP-DEMATEL 计算结果的影响 2 基于 AHP-DEMATEL 方法的智能洗鞋机用户需求模型构建 先用 AHP 计算各指标的初始权重，再使用DEMATEL 对权重进行修正，有效提高权重赋值的准确性和客观性，在得出设计方案过程中对设计方案进行 设 计 评 估。综 合 利 用 技 术 整 合，建 立 AHP-DEMATEL 设计及评估方法，具体方法构建和流程见图 1。2.1 构建智能洗鞋机用户体验需求层次模型 2.1.1 从马斯洛理论推演智能洗鞋机用户体验层次要素 用户体验贯穿产品生命周期全过程，是产品能否实现其商业价值的关键10。罗仕鉴11在马斯洛关于人的五个需求层次基础上，提出用户体验五个需求，见图 2。陈为12在此基础上，结合工业产品特性，强调了产品的物质属性和精神属性，提出用户体验设计中的六个需求层次，见图 3。图 1 AHP-DEMATEL 设计及评估方法流程 图 2 用户体验五个需求层次 图 3 用户体验六个需求层次 第 44 卷 S1 期 俞书伟，等：基于 AHP-DEMATEL 的智能洗鞋机设计及评估方法研究 361 在马斯洛理论的基础上，结合智能洗鞋机产品使用者的用户需求，可以对这些用户体验要素及需求层次进行重新分析，可以分为功能需求的实用、智能、效率，感官需求的视觉、触觉、听觉，情感交互需求的可用性、沟通、喜爱，自我需求的个性化、自我价值，从而满足不同用户的需求，也可以依据这些需求层级进行数据提取和分析。具体见图 4。图 4 智能洗鞋机用户体验要素及需求层次 2.1.2 智能洗鞋机用户需求获取 在已建立的智能洗鞋机用户体验要素及需求层次基础上，采取设置用户实验的形式对洗鞋机进行测试，通过实验收集体验者反馈数据，获取用户需求信息。具体实验设计如下。1）洗鞋机：智洁小黄鸭全自动洗鞋机。2）体验者：某大学学生共五人。3）鞋类选择：以体验者日常穿着的鞋子为主，包括帆布鞋、篮球鞋、滑板鞋、跑鞋等。4）实验设置：将每一双鞋子其中一只归入实验组，另一只归入对照组。体验者按照正确的洗鞋机使用流程分别体验同时清洗一只、两只和四只鞋子的过程，观察体验者的行为，记录体验者的反馈。每一次体验控制清洗程序、清洗时间、洗涤剂种类和剂量、水温相同。实验过程见图 5。经过多次实验测试，对 5 位测试者的反馈信息进行整理，主要有如下 3 点问题：图 5 实验过程展示 1）在清洗少量鞋子时，由于洗鞋机内桶相较于鞋子体积过大，鞋子在清洗过程中极易受到水流影响而无法与毛刷充分接触。当清洗 4 只鞋子时，桶内拥挤使得清洗效果欠佳。2）使用洗鞋机需安装进出水管，体验场所相对固定。且产品本身体积较大，在狭小的空间里体验不佳。3）鞋子清洗一次需 40 min，全程处于浸泡状态，易导致鞋子开胶。由上述体验结果可知，所测试的洗鞋机在一定程度上达到清洁目的，但用户体验不佳，需要进一步优化。依据实验结果的数据反馈，利用爬虫手段在京东和淘宝电商平台以“洗鞋机”为关键词进行搜索，抓取洗鞋机产品的评价数据，数据包含用户名、评价内容和发表时间，并对数据进行预处理，删除重复和明显不符合逻辑的数据，最终获得 9352 条可用数据。在此基础上分析和归纳评价内容中出现词语的频次、用户评价的情绪等因素，挖掘用户需求。再综合上述用户体验测试结果，以用户体验设计层次要素为划分原则，经过增删及拆分后，最终确定 16 项需求关键词，从而构建智能洗鞋机用户体验需求层次模型，见图 6。2.2 计算初始权重与一致性检验 2.2.1 计算初始权重 依据已经构建智能洗鞋机用户体验需求层次模型，邀请专家用户和普通用户共 30 人，对各因素用 1-9标度方法进行两两比较，建立初始判断矩阵 Z 见式（1）。图 6 用户需求层次模型架构 362 包 装 工 程 2023 年 4 月 111212122212()nnijm nmmmnzzzzzzzzzzZ(1)其中，ijz表示因素i对因素j的相对重要性数值，满足1ijjizz。利用上述判断矩阵，根据层次分析法基本原理，采用更为精确的几何平均法计算智能洗鞋机用户体验需求的初始权重值 W，见表 2。表 2 智能洗鞋机用户需求初始权重 目标层 一级指标 初始权重值 W 二级指标 初始权重值 W C1 杀菌消毒 0.085 C2 固定鞋子 0.081 C3 烘干 0.073 B1 功能需求 0.304 C4 节水 0.065 C5 小巧 0.057 C6 低噪音 0.068 C7 色彩统一 0.055 B2 感官需求 0.231 C8 透明视窗 0.051 C9 远程控制 0.061 C10 安装简便 0.078 C11 语音交互 0.051 B3 情感交互需求 0.248 C12 灯光指示 0.058 C13 个性化风格 0.054 C14 自定义洗护方式 0.049 C15 情景交融 0.059 智能洗鞋机 用户体验需求 B4 自我需求 0.218 C16 自由摆放与组合 0.056 2.2.2 一致性检验 为确保层次分析的合理性，需对初始判断矩阵进行一致性检验。采用一致性比率 CR 衡量一致性程度，见式（2）。CICRRI(2)式中，若 CR 小于 0.1，说明初始判断矩阵具有一致性，反之则检验不通过，需重新调整矩阵。RI为随机一致性指标，其值可在平均随机一致性指标表中查得。CI 为一致性检验指标，可由式（3）和式（4）计算得到。1maxnCIn(3)1()nimaxiiZWnW(4)基于上述公式求得由一级指标构成的判断矩阵一致性比率0.0040.1CR，即通过一致性检验。同理，求得其余判断矩阵的 CR 值均小于 0.1，通过一致性检验。2.3 确定智能洗鞋机用户需求间影响关系 为评估用户需求间的影响关系，另外邀请 30 位专家用户填写 DEMATEL 问卷，用 0-4 标度法对由16 项具体需求制成的 1616 表格进行打分，构造需求间两两比较的直接影响矩阵 Y 见式（5）。1212121200()0nnijn nnnyyyyyyyY(5)并通过式（6）和式（7）得到规范化直接影响矩阵 N。sYN(6)11maxnijinjsy (7)运用式（8）求得综合影响矩