基于有序LOGISTIC和模糊綜合評價的公共交通工具破窗器設計研究

段霞 王坤茜 周曉璐

摘要：為公共交通破窗器提供優化設計方案。使用訪談法和問卷法確定公共交通工具破窗器的設計需求及其重要度；進行有序Logistic分析，得到影響用戶滿意度的關鍵設計需求，以此為依據進行產品設計；使用實驗法驗證破窗器功能模塊的可行性；采用模糊綜合評價對設計方案進行評估，確定優化方向，輸出優化設計方案。得到公共交通破窗器優化設計方案。有序Logistic-模糊綜合評價的集成運用能夠篩選出關鍵設計需求，量化設計方案評估結果，針對性地為產品設計提出方向。該研究的評估結果與實驗結果驗證了該研究框架在公共交通破窗器設計中具有可行性。

關鍵詞：有序Logistic 模糊綜合評價 公共交通 破窗器 應急避險

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）16-0122-04

Abstract：To provide an optimal design scheme for public transport window breaker. Interview and questionnaire were used to determine the design requirements and importance of window breakers in public transport vehicles. Carry out ordered Logistic analysis to obtain key design requirements that affect user satisfaction，and then conduct product design according to them；Experimental method was used to verify the feasibility of the window breaker function module. Fuzzy comprehensive evaluation is used to evaluate the design scheme，determine the optimization direction，and output the optimal design scheme. To obtain an optimal design scheme of public transport window breaker. The integrated application of ordered Logistic fuzzy comprehensive evaluation can screen out the key design requirements，quantify the evaluation results of design schemes，and put forward the direction of product design. The evaluation results and experimental results of this study verify the feasibility of the research framework in the design of public transport window breakers.

Keywords：Ordered logistic regression Fuzzy comprehensive evaluation Public transport Window breaker Emergency avoidance

引言

隨著現代技術的快速更新，我國的公共交通系統變得更加強大，越來越多人針對公共交通工具安全性提出了更高需求。在全球氣候變化和城市化進程雙重因素影響下，城市雨洪災害風險成為考驗公共交通系統安全的一大挑戰。[1]除此之外，公共交通還存在著火災、惡性事件等安全隱患，這些安全隱患讓人們逐漸關注到傳統破窗器作為公共交通工具中保障安全的工具之一，存在著破窗費力、使用受空間限制等缺點，此類破窗應急產品仍需不斷改善。

在公共交通破窗器的產品設計方面，張琳釗[2]等人提出了基于氣體爆破動力的自動破窗裝置，此裝置考慮到了大客車落水的緊急情況，從破窗器的內部動力結構方面做出了創新，但在理論上的創新性不足，主要聚焦的是產品裝置的研發，而忽略了設計前期以及設計評估優化階段。在有序Logistic和模糊綜合評價理論應用上，周冉[3]利用有序Logistic模型確定對社區菜市場呈現正向、負向影響的構成變量，形成了社區菜市場空間服務設計策略的可靠依據。楊琨鈺[4]等人基于模糊綜合評價對輸出的多功能行軍凳設計方案進行設計評估，從而得到了符合用戶需求的最佳設計方案。兩種理論雖然在設計學研究上均有應用，但還沒有結合使用的案例。

本研究從設計學角度出發，聚焦公共交通破窗器安全性問題，以城市公共交通破窗器為對象，結合有序Logistic和模糊綜合評價理論的優勢，構建有序Logistic-模糊綜合評價模型，從用戶需求獲取、設計評估角度盡可能消除人為誤差，從而為公共交通破窗器提供優化設計方案。

基于有序Logistic-模糊綜合評價的公共交通工具破窗器設計

（一）公共交通工具破窗器設計原理

1. 有序Logistic模型原理

2. 模糊綜合評價原理

模糊綜合評價就是借助于模糊數學這一概念為實際綜合評價問題提供評價方法。作為一種綜合性評價方法，模糊綜合評價以模糊數學為基礎，運用模糊關系合成原理，達到將一些不易定量的因素定量化的目的。[7]模糊綜合評價的步驟通常包括：

（1）確定評價指標和評語集；

（2）確定權重向量矩陣A和構造權重判斷矩陣R；

（3）計算權重并進行決策評價。[8]

模糊綜合評價的模型表達式如下：

公式（3）中，a1，a2，...，am是為每個因素所分配的權重，rij 則表示被評價的對象從因素ui來看對于vi等級模糊子集的隸屬度。bi表示被評級對象從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。

3. 有序Logistic-模糊綜合評價模型

根據有序Logistic模型的特點，可以利用有序Logistic模型來對各個需求重要度對用戶滿意度的影響進行分析，得到會對用戶滿意度產生顯著影響的關鍵設計需求，以此得到各個設計需求之間的優先級，有針對性地進行破窗器的產品設計。而模糊綜合評價方法能夠量化設計評估的結果，使設計評估更加科學可靠。針對公共交通工具破窗器設計課題，設計小組整合了有序Logistic與模糊綜合評價的關鍵優勢，構建了如圖1所示的有序Logistic-模糊綜合評價模型。

（二）用戶需求獲取

1. 需求展開

針對用戶需求，利用訪談法與問卷調查法確定乘客對于公共交通工具破窗器的需求，然后利用KJ法對用戶需求進行梳理，確定了n項需求，記為，在對訪談得到的需求信息進行整理、歸納、分組、命名之后，得到了8項用戶需求，將所獲得的用戶需求轉化為產品設計要素，并按照“功能設計”“造型設計”“人機設計”三個部分整理轉化出的產品設計要素，得到如表1的公共交通工具破窗器用戶需求和設計要素展開表。

設計小組通過線上平臺發放公共交通工具破窗器認知程度與需求調研問卷，共回收有效問卷152份。對所獲問卷數據進行Cronbach信度檢驗，得到標準化Cronbach α系數為0.952，說明問卷的信度較高，數據可以采用。對問卷數據進行效度檢驗，得到KMO的值為0.908，Bartlett球形檢驗的結果顯示，顯著性P值為0.000，說明此問卷數據非常適合做因子分析。

2. 構建有序Logistic模型

問卷中針對C1-C8設置有重要程度打分題，打分規則為：1表示“非常不重要”、2表示“不重要”、3表示“中立”、4表示“重要”、 5表示“非常重要”。設計小組將收集到受訪者對的C1-C8八項需求的重要程度打分作為自變量，將整體滿意度這一項的打分作為因變量，構建有序Logistic模型，進行有序Logistic分析[9]。

對于所構建的模型，首先需要進行似然比卡方檢驗，判斷模型是否構建有效。在此次分析中，似然比卡方檢驗結果顯示顯著性P值為0.000，水平上呈現顯著性，拒絕原假設，說明放入的自變量具有有效性，此次所構建的模型有效。模型偽R平方值為0.154，意味著自變量能夠解釋因變量變化15.4%的原因。

3. 有序Logistic模型分析結果

得到有序Logistic分析結果后，通過C1-C8的P值，判斷C1-C8是否具有顯著性，即C1-C8是否會對用戶滿意度產生顯著性影響。表2為有序Logistic分析結果。

從表2可知：C1、C2、C4、C7這四項因子P值均小于0.05，水平上呈現顯著性，拒絕原假設，因此C1、C2、C4、C7這四項因子會對用戶滿意度產生顯著性的影響；而C3、C5、C6、C8這四項因子P值均大于0.05，水平上不呈現顯著性，不能拒絕原假設，因此C3、C5、C6、C8這四項因子不會對用戶滿意度產生顯著性影響。

通過具有顯著性的因子的OR值，可以判斷因子對因變量的影響程度。根據OR值大小，可知在C1、C2、C4、C7四項需求中，按照影響程度排序，分別是C1 > C2 > C4 > C7。

由此可知，頂部沖擊力大、快速破窗、危險情況檢測、安全性這四項用戶需求會對用戶滿意度產生影響，在設計時，要優先考慮這4項用戶需求所對應的設計要素，即D11頂部結構、D12啟動速度、D13危險情況檢測、D31安全性。其余的設計要素在設計過程中可結合實際剔除。

（三）設計方案輸出與實驗

1. 產品設計方案：本次設計的主要內容為自動破窗器外部控制裝置以及內部結構。基于有序Logistic分析結果，設計小組對轉化出的設計要素進行了篩選，剔除了部分優先級靠后且實際不需要的冗余項。針對“頂部結構”與“啟動速度”兩項設計要素，設計小組將內部結構設計成為伸縮式動力結構，該結構包括彈射件、容置腔以及觸發組件[10]。這種結構在提供足夠沖擊力的同時，大大節省了內部結構空間，能夠實現快速彈出破窗鉆頭的效果。

針對“危險情況檢測”這一設計要素，在內部結構設計上需要考慮碰撞傳感器、溫濕度傳感器、水位傳感器等傳感裝置的空間，在外觀造型上也要求設置氣孔用于實現檢測功能。針對“安全性”這一設計要素，所設置的車距調節按鈕能夠保證破窗器被牢固固定在車窗上。

針對其余設計要素，設計小組剔除了“取消按鈕”“配色”“材質”“尺寸大小”4項設計要素，在經過進一步的市場調研之后，加入了“破窗警示”“外觀造型”“遠程控制”這三項設計要素。但由于這三項設計要素的重要程度較低，因此不用過度強調這三項要素，例如在造型上，無需特別突出破窗器的造型的設計感，造型要為實現較重要的設計要素所服務。“破窗警示”與“遠程控制”屬于功能層次的設計要素，破窗器屬于功能性較強的產品，因此將這兩項納入設計范圍內，但優先級要低于“頂部結構”“啟動速度”“危險情況檢測”與“安全性”這4項設計要素。圖2為公共交通工具破窗器設計方案一。

2. 實驗驗證：考慮到實際使用需求，破窗器的工作模式被設計為系統自動控制破窗模式與人工介入破窗模式[11]。在系統自動控制破窗模式下，水位傳感器用于實時獲取車輛狀況信號并通過信號調理電路將水位信號傳輸到電子控制器中，如果車輛在危險閾值時間之外，系統自動破窗；人工介入破窗模式和自動破窗模式既相互關聯又各自獨立，如果車內乘員主動發現險情，車內乘員就會通過利用車內的手動開關，按下破窗器按鈕進行手動破窗。圖3為破窗器系統自動控制工作模式原理。

為了檢驗破窗器系統自動控制的可行性，實驗小組按照所設計的系統自動控制工作模式原理，對破窗器的檢測功能模塊進行了實驗，實驗裝置如圖4所示。該裝置包括直流升壓模塊、多個傳感器、一鍵報警裝置、Maga單片機、GPS模塊、ESP8206物聯網模塊、語音合成模塊、蜂鳴器、電子鎖芯、手機App。在實驗中，使用電子鎖芯模擬破窗器的破窗裝置，使用手機App模擬后臺控制設備。通過對高溫、高水位、高CO2濃度三種情況進行模擬，發現實驗裝置能夠在相應條件下觸發報警裝置，向控制系統推送消息提醒，在規定時間內無響應時，電子鎖芯自動彈出，整個過程模擬了自動破窗系統的檢測與響應流程，這表明小組所設計的破窗器自動控制原理是可行的。

（四）設計評估

1. 確定模糊綜合評價指標和評語集：對于所輸出的方案一，采用模糊綜合評價方法進行設計評估，第一步是確定評價指標和評語集。對評估對象進行解構可以確定評價指標。在用戶需求獲取階段，設計小組將需求劃分成為功能、造型、人機三種類型，在進行設計評估時，若只使用功能、造型、人機，并不能很好地描述所輸出的設計，因此在評估階段加入結構層面的描述，才能保證被評估對象能夠得到全面的評價。

初步確定好評價指標后，評估流程如下：首先，按照功能、造型、人機、結構的分類將評估對象劃分出若干個主要設計因子，然后由十名乘客組成的評估小組對每一項設計因子進行打分，生成評價矩陣，對結果進行分析，總結出需要迭代的設計因子，完成評估。

將公共交通工具破窗器設計作為評估對象進行設計因子解構，可以得到如表3所示的主要設計因子構成表，構建模糊綜合評價指標集。DF={DFi}={DF1，DF2，DF3，DF4，DF5，}接下來，對得到的五個設計因子評分并構建評語集v={vi}={v1，v2，v3，v4，v5，}，其中v1為“體驗很差，需改進的項為5項以上”，對應分數段0-3分；v2為“體驗較差，需改進的項為兩項以上”，對應分數段為4-6分；v3為“體驗一般，需改進的項為1-2項”，對應分數段7-8分；v4為“體驗較好，無明顯需要改進的項”，對應分數段9-10分。

由于4個評語集中“一般”的權重最高，集合最大隸屬度法則可以得知，最終的綜合評價的結果為“7-8分”，按照評分對應標準，該設計存在1-2項需要改進的項。由權重向量矩陣A可以得出DF3與DF5這兩項設計因子的權重最大，由此可確定后續設計迭代需要聚焦DF3（破窗器外觀造型）與DF5（破窗器內部結構）這兩項。

在破窗器內部結構方面，需要結合更多結構力學知識與安全設備安裝知識來進行結構的改良設計。在破窗器外觀造型方面，評估小組反饋目前破窗器設計方案在造型上不具備足夠的辨識度，不能很好地起到警示的作用，在突發情況發生時，公共交通現場情況會更加復雜，處于高度緊張狀態下的乘客可能無法及時找到破窗器。針對這種情況，設計小組需要結合更多產品符號學的知識，對本產品造型的警示性進行優化設計。

3.優化設計：根據評估小組的結論，最終將優化設計聚焦在破窗器內部結構與破窗器外觀造型上。針對破窗器內部結構，評估小組反饋方案一內部結構分區不夠清晰，對此設計小組將內部結構重新整合劃分，形成破窗模塊與檢測控制模塊。清晰的結構功能劃分，可以使得后續針對不同公共交通更換不同強度的鉆頭變得便利。

產品是功能的載體，形態是產品與功能的中介[14]，針對破窗器外觀造型，設計小組排除了所有帶有“取下”“可握”產品語義的造型[15]，使用了較為圓潤的外觀造型，避免人為拿取，此外，為了提高警示性，方案二增加了紅色的配色，紅色能夠引發警告、禁止等聯想，能夠起到強調破窗器產品功能的作用。圖5為作為優化設計的方案二。

結語

本研究提出了有序Logistic-模糊綜合評價的公共交通工具破窗器設計的研究方法，對公共交通安全避險產品設計具有一定的參考意義。通過有序Logistic分析，確定了用戶需求以及優先級較高的設計要素，有依據地進行公共交通工具破窗器的設計，結合實驗法，對破窗器的自動破窗模式進行了流程設計，輸出了公共交通工具破窗器的設計方案；采用模糊綜合評價方法進行評估，得到評估分數，并以此作為依據輸出優化設計方案。整個設計流程將定量分析與定性分析相結合，結合使用了多種研究方法，驗證了有序Logistic-模糊綜合評價的研究框架在公共交通破窗器產品設計上的可行性。不足之處在于實驗設計較為簡易，針對各個檢測危險閾值的設定比較簡單，無法獲取到十分準確的測試數據。對此需要通過進一步調研來優化實驗流程，精確各個危險閾值的設定范圍，使實驗數據更加科學可靠。

基金項目：云南省大學生創新創業訓練計劃項目（2021106740041）。

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