基于AHP與FCE的柑普茶茶夾設(shè)計

陳永航　白維艷

摘要：為了用戶實現(xiàn)更好的柑普茶飲茶體驗，結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價法設(shè)計一款柑普茶茶夾。首先通過對現(xiàn)有茶夾的痛點分析和用戶的需求分析，得出柑普茶茶夾的主要設(shè)計要素，構(gòu)建出柑普茶茶夾的設(shè)計層次分析模型；然后，構(gòu)建判斷矩陣，計算得出各設(shè)計指標的權(quán)重值并進行排序，得出柑普茶茶夾的設(shè)計參考指標；接著，通過對設(shè)計要素分析實踐，得到柑普茶茶夾的三個設(shè)計方案；最后，建立模糊綜合評價模型，利用判斷矩陣的定量分析方法，得出最佳設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：柑普茶；茶夾；層次分析法；模糊綜合評價；定量分析

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2023.05.012

文章編號：1006-0316 （2023） 05-0071-05

Design of Citrus Tea Clip Based on AHP and FCE

CHEN Yonghang，BAI Weiyan

（ School of Art and Design， Wuyi University， Jiangmen 529000， China ）

Abstract：In order to provide a better tea drinking experience for users， a citrus tea clip is innovatively designed by combining Analytic Hierarchy Process Analysis （AHP） and Fuzzy Comprehensive Evaluation （FCE） method. Firstly， by analyzing the pain points of existing tea clips and users' needs， the main design elements of citrus tea clips are derived， and the AHP model of citrus tea clips is constructed; then， by constructing the judgment matrix， the weight values of each design index are calculated and ranked and the design reference index of citrus tea clips is derived; then， through the analysis and practice of the design elements， three design schemes of citrus tea clips are obtained; finally， the fuzzy comprehensive evaluation model is established， and the best design scheme is derived by using the quantitative analysis method of judgment matrix.

Key words：citrus common tea；tea clip；analytic hierarchy process；fuzzy comprehensive evaluation；quantitative analysis

茶夾的主要作用是燙洗杯具和清理茶渣，是飲茶文化中不可缺少的物品之一。柑普茶是一種新的茶類別，具有入口甘醇、香甜的特點，受到越來越多人的喜歡。為使用戶有更好的飲茶體驗，基于AHP（Analytic Hierarchy Process，層次分析法）和FCE（Fuzzy Comprehensive Evaluation，模糊綜合評價法），完成柑普茶茶夾的創(chuàng)新設(shè)計。

由于柑普茶茶夾設(shè)計要素的多樣化，因此，借助AHP構(gòu)建設(shè)計要素的分析模型，并采用FCE對設(shè)計方案進行定量化評價，從而得出最終設(shè)計方案。目前，AHP和FCE方法已被多位學(xué)者用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中。其中，周橙旻等[1]運用AHP進行獨臂殘疾人衛(wèi)浴裝置設(shè)計，齊繼陽等[2]采用FCE完成對海洋平臺的健康評估，郭西雅等[3]采用AHP對家用活口扳手進行設(shè)計。本文采用AHP與FCE結(jié)合的方法完成柑普茶茶夾的創(chuàng)新設(shè)計。

1 現(xiàn)有茶夾的痛點及用戶需求分析

1.1 現(xiàn)有茶夾的不足

（1）設(shè)計造型單一

造型設(shè)計往往以產(chǎn)品功能為基礎(chǔ)。現(xiàn)有茶夾整體造型呈V形直線條結(jié)構(gòu)，對于較深容器的茶葉夾取具有一定的功能優(yōu)勢，但是隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，已經(jīng)較少存在需要使用長臂形茶夾的情況，尤其在大家都追求體驗與美感的快消費時代，傳統(tǒng)造型的V形茶夾設(shè)計已不利于滿足飲茶人群的體驗需求。

（2）材料選擇的局限性

產(chǎn)品材料是設(shè)計實現(xiàn)的物質(zhì)載體，不同的材料給人不同的使用和視覺體驗。現(xiàn)有茶夾整體通常采用一種材料制成，且多集中于不銹鋼、金屬鍍層、竹制和木制材料。沒有充分利用現(xiàn)代日趨成熟的加工技術(shù)和多樣化的加工方式。

（3）安全性低

現(xiàn)有茶夾多采用金屬和竹制材料制作。金屬材質(zhì)茶夾由于導(dǎo)熱性好，在茶杯煮洗中容易造成燙傷等安全事故。竹制茶夾容易出現(xiàn)清洗不徹底的問題，加之茶漬具有強附著性，且長時間與茶水接觸，容易產(chǎn)生危害人體的病菌，損害人體健康。

1.2 柑普茶夾的用戶行為和心理分析

茶夾屬于指握型產(chǎn)品，以手指運動發(fā)力為主。使用時，動作主要集中在手部接觸區(qū)域，以指球肌為主要工作面，輔助手掌和前臂的其他肌肉共同完成動作。在取茶及洗遞茶杯時需要手指和腕部同時發(fā)力，因此在柑普茶夾的設(shè)計中需要盡量降低茶夾指部的受力，將其外擴至手掌和手臂的受力。用戶在飲茶時多為休閑放松心理，追求生活美的心理體驗，因此飲茶工具需要與飲茶環(huán)境相呼應(yīng)，且滿足均衡美、比例美的設(shè)計原則。

2 基于AHP的設(shè)計要素評價模型

AHP是將相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計指標與產(chǎn)品設(shè)計決策有關(guān)的設(shè)計元素分解成目標層、準則層、子準則層以及方案層等層次，使得產(chǎn)品設(shè)計要素的表現(xiàn)形式更加清晰明了，并在此基礎(chǔ)之上再進行定性和定量分析的決策方法。

AHP的主要步驟為：①構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計要素層次分析模型；②根據(jù)設(shè)計要素層次分析模型構(gòu)建判斷矩陣并進行權(quán)重計算；③對判斷矩陣進行一致性檢驗；④得出設(shè)計要素的層次排序，為產(chǎn)品設(shè)計方案的實現(xiàn)提供理論依據(jù)。

2.1 構(gòu)建柑普茶茶夾的設(shè)計層次分析模型

如圖1所示，首先，構(gòu)建柑普茶茶夾的目標層，為最佳設(shè)計方案；其次，針對1.1節(jié)列出的現(xiàn)有不足，構(gòu)建茶夾的準則層，分別為結(jié)構(gòu)、功能和色彩；最后，通過1.2節(jié)的分析，得出茶夾的子準則層。

2.2 柑普茶茶夾的用戶需求要素權(quán)重確定

（1）判斷矩陣構(gòu)建

首先，設(shè)目標層，即柑普茶茶夾的最佳設(shè)計方案為O；準則層為A，結(jié)構(gòu)、功能和色彩

分別用A1、A2、A3表示，在子準則層中，人機工程尺寸為A11，造型的美觀性為A12，加工工藝為A13；防滑性為A21，穩(wěn)定性為A22，安全性為A23；材料適應(yīng)性為A31，整體適應(yīng)性A32。然后采用九級標度法，對目標用戶進行分數(shù)收集。目標用戶包括機械專業(yè)研究生、工業(yè)設(shè)計老師、工業(yè)設(shè)計本科生及柑普茶用戶愛好者四類人群。最后對用戶評分進行權(quán)重計算，得到設(shè)計要素權(quán)重結(jié)果。其中各要素權(quán)重計算采用集合幾何平均法。

（2）一致性檢驗及排序

為了保證參與者在評估過程中的一致性，在得到權(quán)重計算結(jié)果之后，對判斷矩陣的評價結(jié)果進行一致性檢驗。檢驗結(jié)果根據(jù)一致性比率CR判斷，當CR≤0.1時，可以認為檢驗結(jié)果在判斷矩陣中的條件得以成立，反之則需要重新計算。相關(guān)參數(shù)的計算公式為：

式中：CI為一致性檢驗指標；RI為通過平均一致性指標得到的具體值； 為最大特征值；n為指標數(shù)量。

最后，使用MATLAB軟件進行計算，將整理匯總后的結(jié)果進行整理排序，作為方案的評價依據(jù)，如表1所示。

由表1可知，對于柑普茶茶夾設(shè)計的防滑性A21（0.4739）、A22穩(wěn)定性（0.4365）、A12造型的美觀性（0.3927）的設(shè)計要素需求度高；對于人機工程尺寸A11（0.3567）、A12加工工藝（0.2018）、A21材料的適應(yīng)性（0.1723）的設(shè)計要素需求度較高；對于安全性A22（0.1302）、整體適應(yīng)性A32（0.1025）有設(shè)計要素需求。

3 設(shè)計方案實現(xiàn)

結(jié)合上節(jié)設(shè)計要素的權(quán)重計算結(jié)果排序得到，柑普茶茶夾設(shè)計的主要參考指標為防滑性、穩(wěn)定性、造型的美觀性、人機工程尺寸，其次應(yīng)該考慮加工工藝材料的適應(yīng)性以及安全性指標，最后還需要考慮整體適應(yīng)性指標。

（1）防滑性。該茶夾使用時多與茶杯壁及柑普茶柑果外殼接觸，因此需要保證柑普茶茶夾的防滑性，避免發(fā)生意外掉落出現(xiàn)燙傷事故，產(chǎn)生不好的飲茶體驗。為了增加茶夾的摩擦力，在茶夾接觸尾端采用橫向凹凸槽設(shè)計。

（2）穩(wěn)定性。該茶夾的使用場景主要分為柑普茶茶果的拾取以及燙洗茶具。前者需要柑普茶茶夾嚙合保持穩(wěn)定，方便使用者借助手指受力完成茶果的分取和沖泡；后者則要保證茶夾在遞取茶具過程中的穩(wěn)定，避免茶具滑落。因此設(shè)計中需要在配合其他設(shè)計元素的同時縮短力臂。

（3）造型的美觀性。該茶夾打破傳統(tǒng)茶夾的V形直線輪廓造型，整體采用與柑普茶外觀相呼應(yīng)的圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（4）人機工程尺寸。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，使用茶夾時多采用掌握式接觸，食指和拇指為主要受力點，所以柑普茶夾采用適合指握的產(chǎn)品設(shè)計，為半圓弧的外觀形式，能更好地貼合人手。查人機數(shù)據(jù)尺寸[5]，人手手指寬度為13～32 mm，同時此款茶夾把手處采用內(nèi)小外大的設(shè)計，整體設(shè)計尺寸約為70 mm×35 mm。

（5）材料和加工工藝。考慮到美觀性和使用安全性，該茶夾選擇PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）和不銹鋼兩種材料結(jié)合的方式進行加工成型。

（6）外觀顏色。該茶夾采用與柑普茶顏色相呼應(yīng)的青綠色與橙紅色。此外，在燈光下，可以看到柑普茶果皮呈半透明色，因此該茶夾也采用半透明設(shè)計。

結(jié)合柑普茶茶夾的設(shè)計要素分析，得到三種設(shè)計方案，如圖2所示。

4 設(shè)計評價

4.1 基于FCE的方案評價模型

針對上述三種方案，為了得到客觀的評價結(jié)果、分析出最佳設(shè)計方案，采用FCE構(gòu)建評價矩陣。具體步驟如下：

（1）構(gòu)建評價要素。以工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計領(lǐng)域的專家評分，以及該茶夾層次分析模型的準則層和子準則層作為評價要素。

（2）確定評價標準與相應(yīng)的分數(shù)賦值。如表2所示。

（3）根據(jù)表1的權(quán)重值得到茶夾設(shè)計要素的權(quán)重向量。其中準則層向量表示為 ，子準則層向量表示為 。

（4）對每個方案分別構(gòu)建以子準則層為依據(jù)的評價矩陣，表示為 。

（5）構(gòu)建模糊綜合評價矩陣

式中： 為一級模糊綜合評價矩陣；N為二級模糊綜合評價矩陣。

（6）求解百分制得分

式中：R為綜合評價權(quán)向量；T為百分制得分； 為評價向量。

4.2 方案的評價分析

首先對方案1進行評價。

式中： 為評價要素，包括結(jié)構(gòu)、功能、色彩。

結(jié)合4.1步驟（2）確定賦值后的評語向量，可得： 。

由表1可得各層次要素權(quán)重向量，分別得準則層權(quán)重向量Rm，以及子準則層各要素權(quán)重向量RA1 、RA2 、RA2

由專家對子準則層各要素等級評定的打分次數(shù)，匯總后得到各設(shè)計要素相對于等級評定的隸屬度，從而得到各子準則層的評價矩陣為：

計算得：

同理可得，方案2和方案3的百分制得分分別為76.43和94.54。

進而可知，方案3的評分結(jié)果為優(yōu)秀，即為最佳評價方案。

5 小結(jié)

首先，針對現(xiàn)有茶夾的設(shè)計局限性，引出柑普茶茶夾的設(shè)計需求，其次，運用層次分析法對柑普茶夾的設(shè)計要素進行分析，得出柑普茶茶夾設(shè)計要素的各權(quán)重值，根據(jù)設(shè)計要素分析設(shè)計出三個合理方案，然后運用模糊綜合評價法，構(gòu)建判斷矩陣，最后得出三種方案中的最佳設(shè)計方案。該柑普茶茶夾的設(shè)計分析過程可以推廣至其他同類產(chǎn)品，為其他產(chǎn)品的設(shè)計提供思路。

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收稿日期：2022-07-18

基金項目：企業(yè)項目實踐（KC2022013）

作者簡介：陳永航（1978－），男，遼寧大連人，碩士，副教授，主要研究方向為工業(yè)設(shè)計及理論，E-mail：438176332@qq.com；白維艷（1996－），女，湖北十堰人，碩士研究生，主要研究方向為新型機械與機電設(shè)備設(shè)計與開發(fā)。