基于FAHP與TOPSIS法的老年體驗式陪護機器人設計評價及應用

郭皓月 侯幸剛

關鍵詞：用戶體驗理論 老年體驗式陪護機器人 逼近理想解排序法 層次分析法產品設計優選

引言

國家老齡化趨勢越來越嚴重，空巢群體增長，調研發現孤獨是老年群體主要現狀[1] 。這部分老年群體需要陪護機器人分擔在外子女的責任，對現有陪護機器人調研，發現多數都處在語音、定時提醒等機械性功能，對老年人身體盤查檢測，娛樂交互等方面處于初級階段。經過對老年用戶體驗滿意度調研[2] ，49%用戶對市面老年陪護機器人不滿意。因此針對老年人設計一款陪護機器人，以用戶體驗理論為基礎，綜合運用FAHP法與TOPSIS法對設計方案進行科學分析與優選。

一、方法運用分析研究

（一）老年體驗式陪護機器人現狀分析：目前老年體驗陪護機器人發展勢頭迅猛，是各服務設計領域的研究重點[3] 。人口衰老化與空巢現象對社會發展呈現后勁不足的趨勢，因此老人的身心和生理健康是首要問題[4] 。

（二）用戶體驗理論：用戶體驗是產品給使用群體的視覺觸覺聽力的互動印象[5] ，其核心是用戶為中心，分戰略層的用戶需求、范圍層的功能，結構層的界面，表現層的外觀，此款機器人從戰略層，范圍層與表現層分析。

（三）模糊層次分析法：層次分析法可對多因素問題進行梳理[6] ，根據用戶需求，確定設計因素進行模型構建，計算數值。但層次分析法存在專家想法打分的主觀意向，為增加方案判斷嚴謹性，引入模糊理念對問題進行量化。

（四）TOPSIS 分析法：TOPSIS是梳理設計方案的多領域普適性實用判斷方法[7] 。TOPSIS 法先對初始矩陣進行歸一化與標準化處理，然后計算數據正負理想解，算出各評價指標與正負理想解的距離進行排序選出最優方案[8] 。TOPSIS法能對設計指標標準化處理并排序，但對指標數據計算不擅長，無法準確計算指標權重。

二、基于FAHP法的陪護機器人方案模型建立與評價

通過用戶體驗和調研問卷，為陪護機器人方案設計提供參考，從生理、心理方面分析，老年人生理需求有飲水、日常出行、記憶、飲食、作息，娛樂、打掃，心理需求主要是定時檢查身體，易感到孤獨，希望有人照顧日常生活。接著基于F AHP 與 TOPSIS 的方法流程展開，設計老年陪護機器人。先分析機器人設計要素，建立指標體系，構建判斷矩陣，接著對判斷矩陣進行一致性檢驗，是否合理，然后通過專家打分建立模糊綜合評價體系，構建模糊矩陣并標準化，確定最優方案，對設計方案進行正負理想解貼近度排序，計算方案與正負理想解距離，構建綜合模糊評價矩陣，最后打分評判方案與設計點。

（一）陪護機器人設計要素選擇

在機器人設計方案優選中，用用戶體驗理論中的范圍層、戰略層以及表現層構建下屬11項評價設計因素。范圍層是功能因素，戰略層為體驗因素，表現層為外觀要素，因此準則層合集為E={B1，B2，B3}。

（二）確定最終評價層次模型

通過調查問卷以及對40位用戶進行訪談，收回可用問卷36份，求各指標的數據得分值，公式為O=P/36（1）其中 O為實用性值，P為調研人群。最終確定11個次準則層設計要素，B1范圍層包括，C1安全監護，C2智能撥打救援電話，C3功能簡潔，C4體測自助檢測不適，B2戰略層包括，C5語音辨別，C6自動檢測故障，C7記憶功能，B3表現層包括，C8外觀造型，C9色彩，C10材質，C11屏幕。

（1）根據分析最終選擇11種設計點。安全監護，老人出現心臟或腦血管類的病況，機器人攝像頭隨時監控老年人，系統自動報警[10]。（2）智能撥打救援電話。傳統機器人無法全方位照料老年人，現將機器人安裝記憶功能，家里人設定好程序號碼當老人出問題時可根據儲存報警號碼呼叫。（3）功能簡潔。老年人不懂互聯網，機身少功能與簡約界面為主要因素。（4）體測，自助檢測不適。機器人定期對用戶進行身體檢測，通過屏幕顯示動畫健康檢測狀況并語音播報。（5）語音辨別。機器人錄入主人聲音，當年輕人出門老人無法應對情況時，機器人便根據語音辨別人群是否親近，并作出回答，如快遞敲門，機器人問信息，若回復送快遞，機器人回復人不在請另選時間派送，由它傳達信息。（6）自動檢測故障。陪護機器人具備自身檢測系統狀況的能力，語音提醒主人。

（7）記憶系統功能。在機器人系統中輸入老人吃藥身體檢查等操作，根據主人平時吃藥、測量身體時間到點提醒老年人檢查。（8）外觀造型。

老年人大都喜歡簡約造型（9）色彩。色彩的簡約低調是調研發現老年人的喜好。（10）材質，老年人會在無法預測的情況下對機器人進行傷害，因此需要堅硬的外殼。（11）屏幕，屏幕功能和圖示簡潔有趣，用箭頭和人物引導用戶操作。

（三）構建成對比較矩陣

由N名專業人員打分構成評價指標集合 Q={Q1，Q2，···，QG}，對各項評價要素用 1～9 的評價取值定義。得到成對比較矩陣值aij，其中aij為要素i對于j的量化值。層次分析的判斷標度下表1。

三、基于TOPSIS法的老年體驗式陪護機器人方案優選與排序

TOPSIS法依據設計方案與最接近理想化程度的距離遠近并排序來判斷方案的合理程度。對方案決策評價具有高度適用性。

（一）建立原始評價矩陣

設有H個待評價方案，組成集合A={A1，A2，...Ai，};有I個評價因素組成集合M={M1，M2，...Mi，};建立評價要素對應指標為Vij（i=1，2，...，m;j=1，2，...，n），j建立原始評價矩陣

（二） 評價矩陣數據標準化處理

評價指標分為極大、極小型等為方便量化計算，統一為極大型（效益型）指標，去除不同單位量綱的影響，方便統一運算。從分析可知，C1-C11全部為正向化指標。

四、運用TOPSIS法對各方案進行綜合評價及排序

（一）打分人員及其評價數據

邀請設計師，教師生產商和用戶各5名，對指標打分。主要研究適老化機器人方向，對使用體驗進行打分。評判區間為0到10分，0-3分很差，3到5分差，5到6分一般，6到8分良好，8到10分為優秀。

將打分數據用算數平均法獲取最后計算得分，組成原始評價要素矩陣。參考公式（5）算出A方案C1=6.49，C2=6.49，C3=6.49，C4=7.39，C5=6.87，C6=7.96，C7=8.23，C8=6.55，C9=7.18，C10=7.56，C11=7.27.方案B的C1=6.25，C2=6.34，C3=6.17，C4=7.09，C5=6.67，C6=7.25，C7=7.79，C8=6.14，C9=6.19，C10=7.89，C11=7.91.方案C的C1=6.48，C2=6.23，C3=6.29，C4=7.38，C5=7.01，C6=6.59，C7=6.89，C8=6.93，C9=7.79，C10=7.93，C11=6.03.

（二）原始矩陣進行標準化處理

根據公式（6）-（8）對上述原始矩陣數據表進行標準化處理。得到標準化矩陣得分數據，方案A中C1=C2=C3=0.273，C4=0.31，C5=0.289，C6=0.335，C7=0.347，C8=0.28，C9=0.302，C10=0.318，C11=0.306，方案B中C1=0.273，C2=0.277，C3=0.269，C4=0.309，C5=0.291，C6=0.316，C7=0.340，C8=0.268，C9 =0.270，C10 =0.34 4，C11=0.345，方案C中C1=0.283，C2=0.272，C3=0.275，C4=0.323，C5=0.307，C6=0.288，C7=0.301，C8=0.303，C9=0.341，C10=0.347，C11=0.264

（三）標準化矩陣的加權處理

根據公式（9）-（10），得出加權標準化矩陣，方案A=（C1=0.082，C2= 0.094，C 3 = 0.059，C4 = 0.03，C 5 = 0.029，C6= 0.08 4，C7= 0.02，C 8 = 0.01，C9 = 0.19，C10 = 0.031，C11= 0.03 8）方案B =（C1= 0.0 82，C2=0.095，C3=0.06，C4=0.03，C5=0.029，C6=0.08，C7=0.02，C8=0.08，C9=0.018，C10=0.032，C11=0.043）方案C=（C1=0.085，C2=0.094，C3=0.059，C4=0.031，C5=C6=0.031，C7=0.18，C8=0.01，C9=0.22，C10=0.32，C11=0.033）。

結束語

為預防設計方案的局限性，從設計方案的科學、實用等角度出發，提出了F AHP 與 TOPSIS 共用的方法完成對多個機器人方案選擇分析，根據用戶體驗，確立老年陪護機器人的層次模型并進行權值計算。并運用 FAHP 法與 TOPSIS 法對3個方案進行排序。通過數據驗證排查結果證實，運用 FAHP 和TOPSIS 對老年體驗式陪護機器人設計方案優選可行，這兩個方法的結合可為老年陪護機器人設計方案優選提供參考。更合理挖掘用戶需求，進行老年陪護機器人的創新設計。但也有缺陷之處，由于老年機器人設計的不確定性與復雜性，主要由專家打分，沒有更合理的依據，后面會更科學改進研究方法來深入老年體驗式陪護機器人的設計研究。

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