基于模糊Kano模型的山地苗木移栽機(jī)器人設(shè)計(jì)

伍健 張玲玉 呂云隆

關(guān)鍵詞：模糊Kano模型;山地苗木移栽機(jī)器人;產(chǎn)品設(shè)計(jì)

隨著城市化水平提高，農(nóng)村勞動(dòng)力減少和土地集約化，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展不可避免。在《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中新增智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)為我國(guó)“十三五”期間科技創(chuàng)新目標(biāo)。智能農(nóng)業(yè)裝備與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)裝備相比，具有智能化、自動(dòng)化、安全可靠、多功能通用等諸多優(yōu)勢(shì)。山地苗木移栽機(jī)器人是一種新型的智能農(nóng)業(yè)裝備，主要用于山地丘陵地區(qū)的苗木移栽的工作，解決了傳統(tǒng)的大型農(nóng)業(yè)裝備無(wú)法進(jìn)入山地丘陵地區(qū)的問(wèn)題。在這類(lèi)新型智能農(nóng)業(yè)裝備的設(shè)計(jì)中，關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域有較多的研究。如李曉月等人，對(duì)玉米秧苗移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。張海蕓等人，對(duì)玉米移栽機(jī)的自動(dòng)送苗裝置進(jìn)行了研究。吳東志，對(duì)電子信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行研究。但是對(duì)于用戶(hù)需求的研究較少，智能農(nóng)業(yè)裝備作為一種耐用的產(chǎn)品，缺乏人性化的設(shè)計(jì)會(huì)嚴(yán)重影響用戶(hù)的滿(mǎn)意度。因此，探索一種滿(mǎn)足用戶(hù)感性需求，提升用戶(hù)體驗(yàn)的智能農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)方法是十分有研究?jī)r(jià)值的。眾多學(xué)者在用戶(hù)體驗(yàn)領(lǐng)域，為提升用戶(hù)滿(mǎn)意度，運(yùn)用各種科學(xué)的方法對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。耿秀麗等人，使用模糊DEMATEL方法對(duì)產(chǎn)品功能需求的相互影響關(guān)系進(jìn)行研究，用于修正產(chǎn)品功能需求的初始重要度。李佳璐等人，采用模糊評(píng)價(jià)法建立了外骨骼機(jī)器人的舒適性綜合評(píng)估模型，同時(shí)運(yùn)用該模型對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出設(shè)計(jì)的修改意見(jiàn)。黃河等人，運(yùn)用層次分析法確立了以感性詞匯為基礎(chǔ)的產(chǎn)品可用性多級(jí)指標(biāo)模型，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供指導(dǎo)。基于此，文中以山地苗木移栽機(jī)器人設(shè)計(jì)為例，通過(guò)Kano模型獲取用戶(hù)需求類(lèi)型，確定重點(diǎn)設(shè)計(jì)要素，據(jù)此進(jìn)行方案，從而提出用戶(hù)滿(mǎn)意度高的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)方案。

1模糊kano模型概述

Kano模型是由日本著名學(xué)者狩野紀(jì)昭（Noriaki Kano）提出的對(duì)用戶(hù)需求分類(lèi)和優(yōu)先排序的工具。以分析用戶(hù)需求對(duì)用戶(hù)滿(mǎn)意的影響為基礎(chǔ)，體現(xiàn)產(chǎn)品性能和用戶(hù)滿(mǎn)意之間的非線性關(guān)系，善于解決用戶(hù)體驗(yàn)量化的問(wèn)題。Kano模型在各行各業(yè)都有著廣泛地運(yùn)用。黃光龍等，將kano模型與TRIZ理論結(jié)合分析用戶(hù)需求，并用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域。孟慶良等人，將Kano模型應(yīng)用于物流服務(wù)行業(yè)，發(fā)掘顧客關(guān)注的服務(wù)屬性。Sanjaykumar等人，將Kano模型與QFD進(jìn)行組合分析，重新定義產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方法。

根據(jù)產(chǎn)品屬性的不同，Kano模型將用戶(hù)需求分為5類(lèi)，分別是基本型需求（Must-beQuality），期望型需求（0ne-dimensionalQuality），興奮型需求（Attractive Quality）、無(wú)差異型需求（Indifferent Quality）、反向型需求（Reverse Quality）。各需求要素與用戶(hù)滿(mǎn)意度關(guān)系如表1所示。

2基于模糊Kano 模型的山地苗木移栽機(jī)器人設(shè)計(jì)思路

2.1山地苗木移栽機(jī)器人的需求獲取

山地苗木移栽機(jī)器人的需求獲取通常采用Kano問(wèn)卷調(diào)查法。隨著研究的深入，單一的Kano模型在用戶(hù)需求分析過(guò)程中難以精確地反映用戶(hù)的需求類(lèi)型。模糊理論是美國(guó)的Zadeh教授提出，主要內(nèi)容是用區(qū)間模糊數(shù)（0，0.1，0.2，…1）代替確定值0和1。將模糊理論運(yùn)用于kano問(wèn)卷中，將原本的單一選項(xiàng)變成根據(jù)感受評(píng)分（將總分1按照需求分給不同的滿(mǎn)意程度，如滿(mǎn)意0.6分，理應(yīng)如此0.2分，無(wú)所謂0.2分），更符合用戶(hù)的模糊思維習(xí)慣，使得調(diào)查結(jié)果更加接近用戶(hù)的真實(shí)情況。

山地苗木移栽機(jī)器人屬于智能農(nóng)業(yè)裝備的范疇，區(qū)別于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，在設(shè)計(jì)中需要考慮更多的要素。針對(duì)現(xiàn)有苗木移栽機(jī)械的分析，結(jié)合智能化產(chǎn)品的用戶(hù)需求，總結(jié)出山地苗木移栽機(jī)器人的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，利用q進(jìn)行編號(hào)，對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)從正反兩個(gè)方面設(shè)置問(wèn)卷的問(wèn)題，并邀請(qǐng)用戶(hù)打分，這些問(wèn)題分別是：產(chǎn)品具備該設(shè)計(jì)要點(diǎn)時(shí)用戶(hù)的滿(mǎn)意度和產(chǎn)品不具備該設(shè)計(jì)要點(diǎn)時(shí)用戶(hù)的滿(mǎn)意度。模糊Kano調(diào)查問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)如表2所示。

為了針對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行有效地分析。采用表3所示Kano問(wèn)卷分析表對(duì)Kano調(diào)查問(wèn)卷中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)照，其中M表示基本需求，0表示期望型需求，A表示興奮性需求，I表示無(wú)差異型需求，R表示反向需求，Q表示可疑矛盾需求。

通過(guò)模糊kano模型問(wèn)卷所得數(shù)據(jù)，構(gòu)建模糊矩陣。以表2為例，設(shè)具備需求q1為矩陣x=[0.7 0.2 0.100]，不具備需求q1為矩陣Y=[000.20.20.6]。根據(jù)表3得出用戶(hù)需求類(lèi)型矩陣：

對(duì)每一份問(wèn)卷均使用以上方法計(jì)算得出結(jié)果，在“qt通過(guò)性強(qiáng)”的kano問(wèn)卷中有205人認(rèn)為該設(shè)計(jì)要點(diǎn)是M基本型需求，18人認(rèn)為是0期望型需求，50人認(rèn)為是A興奮型需求，32人認(rèn)為是I無(wú)差異型需求。所以判斷，通過(guò)性強(qiáng)是基本型需求。同理，所有設(shè)計(jì)要點(diǎn)的用戶(hù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

2.2山地苗木移栽機(jī)器人的需求分析

根據(jù)表4可知，q1通過(guò)性強(qiáng)、q2移栽高效、q7智能識(shí)別自動(dòng)避障、q8狀態(tài)顯示、q9安全可靠等設(shè)計(jì)要素屬于基本型需求，在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮，不可缺少。由于山地的特殊作業(yè)環(huán)境，只有通過(guò)性強(qiáng)的中小型機(jī)器人才能夠適應(yīng)工作環(huán)境。機(jī)器人的主要工作是移栽苗木，高效地移栽是工作的基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人工作的重要前提是能夠識(shí)別工作對(duì)象及位置，所以智能識(shí)別自動(dòng)避障的功能是不可缺少的。山地苗木移栽機(jī)器人工作的過(guò)程是自動(dòng)的，清晰的狀態(tài)顯示讓用戶(hù)能及時(shí)觀察到機(jī)器人的工作情況，便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)或者排除外部干擾，使山地苗木移栽機(jī)器人正常作業(yè)。

q3輕量化材料、q5穩(wěn)定性強(qiáng)、q10裝載能力強(qiáng)、q11工作效率高、q12結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維修方便等屬于期望型需求，在設(shè)計(jì)中完成度越高則用戶(hù)滿(mǎn)意度越高。山地苗木移栽機(jī)器人使用輕量化材料的前提下，可以減少自重，裝載更多的苗木作物。復(fù)雜的路況和工作環(huán)境使得山地苗木移栽機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)顛簸，除了在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行增強(qiáng)穩(wěn)定性地改進(jìn)，還需要在造型設(shè)計(jì)語(yǔ)言上進(jìn)行表達(dá)，體現(xiàn)出產(chǎn)品在整個(gè)使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。為了靈活應(yīng)對(duì)狹窄的山路，考慮到山地路面的承載能力等因素，山地苗木移栽機(jī)器人的體量不能做得很大，在有限的內(nèi)部空間中，需要合理安基于排動(dòng)力機(jī)構(gòu)，作業(yè)機(jī)構(gòu)和苗木倉(cāng)的位置。使用機(jī)器人的目的是減少人力勞動(dòng)，高效率是對(duì)產(chǎn)品期望，效率越高，用戶(hù)越滿(mǎn)意。用于作業(yè)的機(jī)器是需要定期修理和維護(hù)的，在滿(mǎn)足功能需求的前提下能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維修是能極大提升用戶(hù)滿(mǎn)意度的。