基于KANO-AHP的寵物貓陪伴機器人設計研究

魏峰　趙項

關鍵詞：用戶需求 Kano模型 層次分析法 陪伴機器人設計 工業設計

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）01-0128-04

引言

隨著社會的發展，寵物受到的關注不斷倍增。《2019中國寵物行業白皮書》中指出：2019年我國的寵物消費持續增長，其中養貓人數較上一年增長8.6%，數量突破6200萬，占中國養寵用戶人數的30.7%，以80、90、00后三個年齡段的上班族成為養貓主力軍，預計2020年寵物貓喂養數量將繼續呈現上升趨勢。養貓用戶的劇增，促進了相關產業的高速發展，其中針對寵物貓陪伴、喂食等問題的產品和機器人設計成為當今研發熱點之一，楊慶從情感化理論的本能、行為、反思三個層次需求出發，充分探討了寵物貓喂食產品的設計方向與要點，王雅倫基于產品服務設計理論，深入挖掘用戶需求，通過定性與定量分析，產出一套高效合理的寵物陪伴產品和服務。目前市場已有的寵物貓陪伴機器人，可為寵物貓提供簡單陪伴、喂食等功能，在智能應用、陪伴方式、貓糧潔凈處理等方面的功能尚存在較大設計缺憾。為了提高用戶對寵物貓陪伴機器人的使用滿意度，以現代設計研究中常用的方法為基礎構建出產品設計開發模型，并將其應用在寵物貓陪伴機器人探究中，開發出更符合用戶需求的陪伴機器人顯得十分重要。

一、基于Kano-AHP的模型構建

近年來，現代產品設計研究中常采用的設計方法有Kano模型、質量功能配置（QFD）、層次分析法（AHP）、發明問題解決理論（TRIZ）等。其中，Kano是一種[4] 典型的劃分用戶需求屬性的方法，也可用于研究產品需求與用戶滿意度的相關性，例如：馮青[5] 等學者基于Kano模型準確劃分出用戶對應急通信車造型需求;侯科宇等人根據Kano模型將鞋類產品的風格需求進行合理分類;王新燕等學者將Kano模型用于智能花盆產品設計研究中，并依據Kano模型5個層面的屬性對用戶需求精準劃分。AHP法則用于準確獲取用戶需求權重，并對用戶需求的優先級進行排序，例如：薛翔等人應用AHP法構建出移動音樂App用戶體驗評價指標體系，并通過計算得出各項評價指標權重系數;王媚雪等學者在對自閉癥兒童依戀產品進行設計與評估時，采用AHP法計算自閉癥兒童在社會交往、認知和感覺障礙層面的指標權重;唐琳等學者基于AHP法將老年人健身器械造型設計需求分為不同層次，并計算得出各設計指標的權重值。

在以用戶需求為驅動的設計研究中，Kano模型是挖掘用戶需求、合理劃分需求屬性的較好方法。Kano模型主要用于劃分用戶需求屬性，而用戶需求權重是Kano模型進行屬性分類后獲取設計重點和設計決策的重要依據，需求權重的準確度直接影響方案設計的側重點，在Kano的實際應用中，傳統的權重運算方法如：Better-Worse滿意度指數分析法、德菲法等，但它們存在較強的主觀性、缺乏定性分析等弊端。此外，在后續方案設計中，對于不同層級中的用戶需求孰重孰輕問題，Kano模型不能清晰呈現。AHP法這種將定性和定量相結合進行分析的多目標準則決策方法，具有客觀、系統、簡單實用的優勢，運用AHP確定Kano中的用戶需求權重，可彌補傳統權重計算存在的弊端，提高用戶需求類型區分度與權重準確性;將Kano用于AHP中構建層級分析模型，則可提升層級定性分析的科學性。由此可見，將Kano模型與AHP法相結合構建產品設計模型具有合理性與可行性，本研究中所構建的產品設計新型模型流程如圖1所示。

該產品設計開發模型的具體流程為：（1）運用Kano理論對調研所得用戶需求進行Kano問卷調查，以此進行用戶需求屬性劃分;（2）根據Kano理論劃分的用戶需求構建層次分析模型，通過構建判斷矩陣對用戶需求指標進行權重計算，并對結果進行一致性檢驗。

二、基于Kano-AHP模型的寵物貓陪伴機器人設計流程

（一）基于Kano模型的寵物貓陪伴機器人用戶需求屬性劃分

基于Kano模型對寵物貓陪伴機器人調研得到的用戶需求進行屬性分類，主要流程如下：

（1）通過問卷調查確定用戶需求指標;（2）設計Kano問卷邀請用戶填寫，確定各用戶需求指標所屬Kano類別;（3）根據Kano結果分析表篩選出必備屬性、期望屬性和魅力屬性的用戶需求，剔除無差異屬性和反向屬性的用戶需求。

（二）基于AHP法的用戶需求權重計算

根據AHP法進行層級劃分，將寵物貓陪伴機器人最佳設計方案設置為目標層，必備屬性、期望屬性和魅力屬性作為準則層，各類屬性的用戶需求指標拓展至相應的子準則層，構建出層次分析模型。

基于層次分析模型，構建出科學合理的判斷矩陣，將同一層次的各用戶需求指標之間相互的重要程度進行比較，并運用幾何平均法計算出準則層和子準則層需求指標的權重，大致運算程序如下：

1）計算每行標度乘積：

式中：n表示判斷矩陣評價標度對應的階數;RI代表平均隨機一致性指標，各階數均有相對應的數值，如表1所示;CR表示一致性比值，當CR≤0.1，表明一致性檢驗通過;若CR>0.1，則說明一致性檢驗未通過，需對判斷矩陣進行檢查并更正調整后再次計算分析。

（三）獲取寵物貓陪伴機器人需求指標

根據寵物貓陪伴機器人用戶需求權重值從高至低排序，通過綜合分析，明確寵物貓陪伴機器人的用戶需求的重要指標，并依此進行方案設計。

三、Kano-AHP模型在寵物貓陪伴機器人設計中的應用

（一）基于Kano模型的用戶需求屬性劃分

1.寵物貓陪伴機器人用戶需求獲取：通過桌面調研以及對17位用戶進行深度訪談，可得大部分養寵物貓用戶作為上班族，需早出晚歸，陪伴寵物貓玩耍的時間較少，導致寵物貓孤獨問題越來越嚴重;另一方面，寵物貓的糧食不能規律投喂，對寵物貓的健康造成威脅。在對市面上寵物貓陪伴機器人進行調研發現，已有產品具有簡單的陪伴、視頻等功能，主要以Ebo Catpal、尼斯等品牌為主，智能化程度差異大，逗貓方式單一，造型尚不能更好地滿足用戶審美訴求。

經整理得出25項寵物貓陪伴機器人的原始需求項，為了初步剔除不重要的用戶需求，采用李克特5級量表將原始需求邀請用戶進行問卷評分，通過對60位用戶初步問卷調研，篩選出19項初始用戶需求，如表2所示。

2.Kano問卷設計與調查：首先根據初始用戶需求設計Kano問卷，主要針對用戶需求項進行正反兩項問題設置，以期識別出用戶需求項的屬性類別，如表3所示。調研中以喂養寵物貓的群體為對象，共發放160份Kano問卷，回收有效問卷154份。

3.Kano結果評價分析表：為更好地識別用戶需求，Kurt Matzler提出了一種Kano結果評價表，可根據其對用戶需求項進行屬性分類，如表4所示。其中，M代表必備屬性，O代表期望屬性，A代表魅力屬性，I代表無差異屬性，R代表反向屬性，Q表示可疑屬性。在本研究中，對必備屬性、期望屬性和魅力屬性的需求項進行充分探討，排除其他屬性的需求。

4.用戶需求屬性劃分：基于Kano結果評價表對19個初始需求調查結果進行統計，得出不同用戶需求所屬屬性類型，經匯總整理后得到表5所示結果，后續研究中3項無差異屬性需求不予考慮。

必備屬性作為產品基礎性屬性，是用戶認為產品必須具備的需求，若缺失此需求品質，用戶滿意度將大幅度下降，因此，在寵物貓陪伴機器人設計中，自動返回充電、操作簡單、材料安全可靠等必備屬性必須體現在產品上，目前已有的寵物貓陪伴機器人大部分滿足用戶該類需求項。由于對該類屬性的需求項進行設計優化幾乎不會影響用戶滿意度，因此在本次寵物貓陪伴機器人設計中，需滿足必備屬性的需求，但不考慮對該屬性全部需求進行優化設計。

期望屬性與用戶滿意度正相關，因此要多滿足該類屬性的需求，從表5中可得知期望屬性的用戶需求，其中，維修方便、互動表情、遠程操控、自主陪玩在現有寵物貓陪伴機器人中已基本具備，但陪伴寵物貓玩耍的方式需進一步構思;造型美觀在設計中應重點考慮，設計出更符合用戶審美需求的寵物貓陪伴機器人。

魅力屬性的需求一旦滿足將會大幅度提升用戶滿意度，設計中應對該屬性需求重點考慮。由表可得，此寵物貓陪伴機器人的魅力屬性主要集中在貓糧與陪伴方面，目前市場上的產品具有部分該類屬性的質量，例如：貓糧投喂、定時逗貓，但對貓糧殺菌與干燥、定時定量投喂的功能并沒有很好地詮釋，且缺乏陪伴與投喂結合的寵物貓陪伴機器人。如上所述的魅力需求優化后呈現在產品上，將會極大提升用戶滿意度。

（二）基于AHP法的用戶需求權重計算分析

1.寵物貓陪伴機器人層次分析模型構建：基于Kano模型對寵物貓陪伴機器人用戶需求屬性分析，結合AHP法構建出層次分析模型，其中，寵物貓陪伴機器人最佳設計方案為目標層，將必備屬性、期望屬性、魅力屬性設置為準則層，并將各類屬性下的用戶需求拓展至子準則層，目標層用X表示，準則層中的必備屬性用M表示，其拓展出的子準則層中M1表示自動返回充電，M2表示價格便宜，M3表示操作簡單，M4表示材料安全可靠，M5表示體積適中，M6表示安全可靠，以此類推，如圖2所示。

2.基于AHP法的判斷矩陣構建：在層次分析法權重計算中，構建科學合理的判斷矩陣尤為關鍵，判斷矩陣可將同一層次各要素之間相互的重要程度進行兩兩比較，判斷矩陣構建如表6所示，其中，X表示進行比較的各準則層X，X，…X與目標X相比具有的重要性評價，反之則表示1/X，在此判斷矩陣中比較元素Xij選用Saaty所提的1-9標度。

為確保權重的多元性與嚴謹性，本AHP問卷共對35名與寵物貓陪伴機器人設計與研究相關人員展開測試，其中包括陪伴機器人設計師12名、寵物貓陪伴產品設計師9名、陪伴機器人研究學者5名、機器人設計方向教授5名和機器人設計專業碩士研究生4名，并邀請他們根據權重打分標準與原則對各層級需求進行兩兩比較并根據標度評分。

3.寵物貓陪伴機器人需求權重計算：根據幾何平均法運算步驟，計算得到各層級判斷矩陣及權重值，如表7-10所示，為保證測試者評價思維的一致性以及判斷矩陣相容性，對判斷矩陣結果進行一致性檢驗分析，結果CR值均小于0.1，表明通過一致性檢驗，如表11所示。

為了清晰呈現期望屬性與興奮屬性中的需求對用戶滿意度產生影響的重要程度，以進一步明確重要的用戶需求，通過計算子準則層需求指標與其對應準則層需求指標的乘積，得出寵物貓陪伴機器人10個需求指標的綜合權重，并對其進行排序，如表12所示。

從表中用戶需求項權重計算以及綜合權重結果得知，除了滿足用戶必備屬性需求，還應高度重視魅力屬性和期望屬性的需求，即設計時要充分考慮定時定量投喂貓糧、貓糧除菌干燥、自主陪玩、造型美觀這些重要的用戶需求。

四、寵物貓陪伴機器人方案設計

（一）方案設計

基于產品設計程序和原則，通過初步構想，提出三個設計草案，如圖3所示。其中，方案一重點考慮自主陪伴功能，將陪伴智能化，通過激光逗貓與視頻互動的方式盡可能豐富陪伴手段;方案二將用戶對貓糧的需求做了細致設計，具有貓糧潔凈處理與投喂的功能，但鑒于方體造型與安全因素制約，在陪伴功能上只能以傳統的發聲方式解決;方案三中在以滿足貓糧潔凈與定時投喂的基礎上，融入逗貓球與激光逗貓的陪伴方式，并以大曲面的造型設計增加外觀的美感。

（二）方案優化

綜合考慮造型美學、加工難度、生產成本等因素，專家以用戶需求為指標通過李克特量表對各方案進行打分評估，最后選取方案三作為最佳方案進行細節優化，結合計算機輔助設計進行二維效果圖表達，如圖4所示，應用3D打印技術打印1：1的模型殼體，并通過烤漆等手段表達產品色彩，最后安裝電機、單片機、攝像頭等零部件實現基本功能，完成寵物貓陪伴機器人方案設計，如圖5所示。

此寵物貓陪伴機器人與市場上已有寵物貓陪伴機器人相比，在造型上，采用大曲面與圓角設計，帶給用戶更柔美的意象;選用輕便安全的ABS工程塑料，并以白色為主涂裝，再適量點綴上綠色，整體簡潔美觀;為保證體積小型化，整體尺寸控制在長約315mm、寬約258mm、高約268mm，約束尺寸的同時強化造型特征，保證其更符合工藝要求，從而降低生產加工成本。在安全上，將驅動電機、貓糧儲艙等較重的零件安裝在寵物貓陪伴機器人的中心底部，保證了在陪伴寵物貓玩耍時不易側翻;將避障傳感器分別置于產品四周，減少寵物貓陪伴機器人與周圍物體碰撞的可能，提升產品使用安全性與穩定性。

滿足用戶期望屬性與魅力屬性的重要需求主要體現在：功能方面，通過逗貓球和紅外激光兩種方式陪伴寵物貓玩耍，相比傳統的產品發聲、滾動等互動模式更具人性化;設計定時投喂系統并安裝紫外線消毒裝置，定時定量投喂的同時，還具有貓糧干燥和殺菌功能，在一定程度上極大保證了寵物貓的飲食健康;與市場現有產品相比，將陪伴和喂食功能于一體進行整合創新，再加上遠程視頻互動等智能應用，可進一步提升該寵物貓陪伴機器人的用戶體驗。

結語與展望

為合理劃分用戶需求屬性類別及準確獲取用戶需求重要度，盡可能提升用戶滿意度，本研究融合Kano模型和AHP理論構建出一種新型模型，并應用于寵物貓陪伴機器人設計中，解決了產品設計中用戶需求屬性劃分不明確的問題，縮小了用戶與專家之間設計思想的差異，促使該寵物貓陪伴機器人設計更加科學化、合理化，同時也為此類產品的設計和研發提供了新思路。在研究過程中，問卷發放數量不夠豐富，以及方案評價過程中存在決策者的主觀性等不夠嚴謹的細節，后續研究中將會進一步構思，并采取合理的手段進行改善。

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