基于KE和AHP理論的拖拉機駕駛室人機設計評價研究

李衍豪 楊雪 祝賀 楊光輝

拖拉機駕駛室是駕駛員進行生產作業的主要場所，駕駛室內的人機設計對駕駛員的工作有著至關重要的影響。本文主要探討在拖拉機駕駛室人機設計評價中，提出一種基于感性工學（Kansei Engineering，KE）和層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）相結合的人機設計評價模型，以更好地評價符合需求的拖拉機駕駛室人機設計。

一、拖拉機駕駛室人機設計評價模型的建立

感性工學的核心是通過對人的內在認知情感分析，將模糊的感性需求和情感意向通過數據地表達出來。

層次分析法多應用于多目標綜合評價，通過定性與定量相結合分析，將復雜的評價的目標分解為目標層、準則層和指標層，通過每一層權重值的計算，得到最終評價結果。兩種方法相結合能夠使拖拉機駕駛室人機設計的綜合評價更具科學性、合理性。

根據調研分析，拖拉機駕駛室的人機界面可以歸納為操縱系統、座椅系統、顯示系統3 個典型的人機系統。

二、拖拉機駕駛室人機意象評價

（一）篩選代表性樣本

收集能夠體現駕駛室人機界面設計的圖片，刪去其中相近的樣本，最終得到典型的拖拉機駕駛室人機設計樣本12 個。

（二）拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯的獲取

針對操縱系統、座椅系統、顯示系統3 個人機界面，通過調查問卷、交流訪談、網上搜索等方式，最終得到12 組拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯，分別是：熟知的—陌生的；多元的—單一的；整體的—分散的；有序的—混亂的；舒適的—難受的；寬大的—窄小的；美觀的—丑陋的；豪華的—廉價的；智能的—呆板的；清晰的—模糊的；明亮的—暗淡的；突出的—低調的。由此構建語義特征集。

（三）拖拉機駕駛室人機界面意象評價指標體系

將得到的拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯與拖拉機駕駛室人機設計樣本相結合進行打分。評價分值1～5，分值越低越代表非常不符合，分值越高越代表非常符合，形成人機界面語義調查問卷。最終得到有效調查問卷共134 份。將數值統計到數據統計與分析軟件中，進行統計。

分析的數據需要通過KMO 和Bartlett 檢驗。經驗證，KMO 值為0.532，大于0.5，證明變量之間存在相關性；Bartlett 值接近于0，符合條件，通過檢驗。

運用主成分分析進行因子降維處理后，得到12組人機界面意象詞匯成分矩陣和具體主成分數目。在成分矩陣中，要選擇滿足特征值大于1、累計方差貢獻率大于80%這2 個標準的變量。同時成分系數值越高，對該變量的解釋能力越強。經數據分析后按數值大小排序，成分1 中，整體的－分散的、有序的－混亂的、多元的－單一的，三個變量的系數較高；成分2 中，舒適的－難受的、豪華的－廉價的、寬大的－窄小的，三個變量的系數較高；成分3 中，清晰的－模糊的、明亮的－暗淡的、突出的－低調的，三個變量的系數較高。因此，我們確定這3 組9 個變量分別代表3 組人機界面。

根據層次分析法，構建以拖拉機駕駛室人機設計評價為目標層，以拖拉機駕駛室人機設計中的操縱系統、座椅系統、顯示系統為準則層，以篩選出的人機界面意象詞匯作為指標層，如圖1 所示：

圖1 拖拉機駕駛室人機設計評價指標體系

（四）評價指標權重的計算

確定各個指標的權重是對拖拉機駕駛室人機設計評價的關鍵。邀請工業設計和農業機械老師共19名，采取九級標度法對各項指標進行打分，構建評價矩陣，再通過方根法計算各個指標的權重值。最終得到，B1-B3權重分別為0.63、0.26、0.11，C1-C3權重分 別 為0.26、0.64、0.10，C4-C6權 重 分 別 為0.67、0.09、0.24，C7-C9權重分別為0.26、0.10、0.64。

為保證專家評價小組在評價過程中的準確性和邏輯性，需要對結果進行一致性檢驗。

通過對目標層和準則層進行一致性檢驗，結果顯示，各指標一致性比率CR≤0.1，說明評價矩陣通過了一致性檢驗，評價結果真實可靠。

（五）模糊綜合評價

根據拖拉機駕駛室人機設計評價樣本，樣本如圖2 所示。結合各項具體指標權重進行模糊綜合評價。

圖2 拖拉機駕駛室人機設計評價樣本

確定5 個評價等級，分別為很好、好、較好、不好和差。對5 個評價等級根據5 級評價賦值標準，賦值向量β=（90 80 70 60 50）T，很好為90，好為80，比較好為70，不好為60，差為50。

通過各層級的評價指標權重確定各個指標權重向量。各層級的權重向量分別為：

專家評價小組對子準則層中的各個指標按照評價等級標準進行評價，統計各個指標收到的評價次數。根據模糊綜合評價矩陣，可計算出準則層對子準則層的評價權重向量Pi，即：Pi=WBi×Ri。

根據計算結果，建立二級評價矩陣P，并將得到的二級矩陣轉制為百分制。從而直觀地評判出不同拖拉機駕駛室人機設計的優劣差異。

邀請13 名農機企業專家對3 款不同的拖拉機駕駛室人機設計方案進行評價。以方案一為例，R1表示操縱系統評價指標B1層級下的各項具體指標的評價結果，R2表示座椅系統評價指標B2層級下的各項具體指標的評價結果，R3表示顯示系統評價指標B3層級下的各項具體指標的評價結果，具體結果計算如下。

構建模糊綜合評價矩陣后，計算評價權重向量Pi，計算結果如下。

將評價權重向量Pi構建為二級評價矩陣P，即：

根據二級評價矩陣，將方案一的評價結果轉制為百分制數值。

綜合評價權重向量W為：WA×P

方案一的百分制得分為：

W×β=（0.296 0.429 0.178 0.085 0.013）×（90 80 70 60 50）T=79.11

依照此方法得到方案二的百分制得分：

W×β=（0.286 0.437 0.180 0.090 0.006）×（90 80 70 60 50）T=79.06

方案三的百分制得分：

W×β=（0.386 0.392 0.193 0.020 0.006）×（90 80 70 60 50）T=81.26

根據最終得分可知方案三＞方案一＞方案二，由此可知方案三為最佳拖拉機駕駛室人機設計方案。

三、結論

將感性工學與層次分析法相結合，能夠將用戶的心理反應映射到產品設計中。針對國內目前缺少對拖拉機駕駛室總體人機設計評價體系，創新性的構建基于感性工學和層次分析法的拖拉機駕駛室人機設計評價模型，將模糊的拖拉機駕駛室人機設計語言通過數據明晰地表達出來，為今后拖拉機駕駛室人機設計提供一定的指導作用。