基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機產品設計研究

摘" 要：為提高家庭種植機產品的實用性、可維護性，借助服務設計理念與方法對家用魚菜共生種植機產品的用戶需求進行研究，提升用戶良好的情感體驗和樂趣。首先通過用戶調研提取家用魚菜共生種植機產品的用戶需求，采用Kano模型將用戶需求進行屬性劃分從而尋求家用魚菜共生種植機產品的設計機會點。其次結合AHP建立家用魚菜共生種植機產品的層次分析模型與判斷矩陣，獲取設計要素權重并進行排序。最后參考相關數據結果分析，開展家用魚菜共生種植機的創新設計。結果表明：用戶更加關注種植機的基本功能以及產品帶來的體驗。基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機產品設計研究為家用種植機更好地滿足用戶需求，促進生態宜居并向著綠色化、便捷化的方向發展提供了參考。

關鍵詞：智能種植機；Kano；AHP；魚菜共生；用戶需求

隨著城市化進程的不斷發展，城市居民對綠色食品、健康生活的需求日益增長，但有限的城市土地資源無法滿足農業種植需求，通過家庭種植機可以幫助居民在家中種植蔬菜、水果等植物，增加生活樂趣和獲得感，同時解決食品安全問題[1]。然而土壤病菌、農學知識缺乏等因素仍會影響蔬菜栽培質量，魚菜共生系統為其提供了解決思路。作為一種環保、可持續的養殖種植方式，魚菜共生是將魚類和水生植物進行有機結合，魚的排泄物轉化為有機肥料，利用植物的吸收和消化特性來清潔和改善系統的環境和水質，形成生態循環系統[2]。目前，研究者們在魚菜共生種植系統領域做了相關研究。在魚菜共生系統的設計構建方面，趙立軍等主要探索了不同種類、規模和結構的池塘、水槽和容器對魚菜共生種植系統的空間利用率、水循環和熱度方面的影響，并基于物聯網遠程控制技術展開魚菜共生裝置設計實踐[3]。在水質管理和環境監測方面，Colt J.等通過實時監測和控制水質、氧氣、光強等參數，總結出促進系統生態循環穩定和健康的條件并優化了設計方案[4]。王佳等提出室內酒店魚菜共生墻設計策略，采用垂直種植的方式將種植和景觀特色性相結合，兼具裝飾、觀賞意義和室內空氣凈化作用，為室內景觀生態產品提供設計路徑[5]。Hsiao S.J.等基于物聯網技術進行家庭陽臺式魚菜共生系統產品設計，并對其觀賞性和實用性進行產品評估[6]。從文獻研究來看當今國內外魚菜共生種植產品往往從技術角度出發而忽略用戶需求，以家庭為單位的魚菜共生種植產品也有出現但研究較少，家用魚菜共生種植產品存在智能化低、種植小白經驗不足、更換用水麻煩、裝飾美觀度不足等問題。為了提高產品的使用滿意度，結合產品構成，從用戶需求的角度出發對家庭種植產品設計進行研究，運用Kano-AHP方法構建綜合評價模型，為設計方案提供數據及理論支撐并進行設計驗證，為家庭種植產品設計提供新思路、提升用戶體驗并推動生態宜居。

一、研究方法及流程

（一）研究步驟

在分析魚菜共生種植產品相關研究現狀并闡述其現存問題后，研究將分析Kano-AHP模型應用的優勢及流程，如圖1所示，按照調研用戶需求并通過Kano進行屬性細分、AHP量化用戶需求從而進行權重排序、明確重點需求后開展設計驗證等步驟展開。

（二）Kano-AHP法介紹

用戶需求是產品設計和開發過程中不可或缺的重要因素，在家庭魚菜共生種植機產品研究中，以用戶需求作為第一驅動力，可以更好的理解用戶的心理和行為，從而設計出更加符合用戶需求的種植機產品。Kano模型是一種通過問卷調查及Kano結果評價表對產品和服務的各項屬性進行評估的方法，有助于設計師與用戶進行有效溝通，獲取用戶關鍵需求并作出決策從而及輔助設計師進行產品規劃[7]，但Kano模型依賴于大量的客觀數據，如果數據不足或存在錯誤，模型的結果就會失真，因此需要注意模型的局限性和數據的有效性，降低主觀因素的影響以提高評價結果的準確性。AHP作為多屬性決策分析方法，能夠明確權重，具有較高的可信度和可解釋性[8]，但其結果的可靠性和有效性很大程度上取決于問題的結構和模型，不同的評價因素具有不同的量化難度，可能會影響結果的準確度。

AHP和Kano模型的結合可將Kano模型的主觀性降至最小，利用AHP將需求的重要性指標量化，從而得到更具可靠性的定量分析結果。Kano-AHP模型應用流程如圖2所示。

二、基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機設計流程

（一）基于Kano的用戶需求獲取及屬性劃分

1.卡諾應用思路

首先，通過實地訪談和文獻參考來獲取家用魚菜共生種植機用戶需求指標。其次，設計Kano雙因子五階李克特評分問卷邀請用戶填寫，從而確定各用戶需求指標所屬Kano類別。最后，對Kano問卷統計結果進行分析，將最大數值作為用戶需求分類依據。用戶需求分為基本型用戶需求屬性M；期望型用戶需求屬性O，與用戶需求滿意度呈正相關；魅力型用戶需求屬性A，一旦滿足將會大幅度提升用戶滿意度，對該類屬性需求應重點考慮；無差異型用戶需求屬性I和反向型用戶需求屬性R。該種植機產品設計中排除對無差異屬性和反向屬性需求探討[9]。因此M、O、A出現頻率的大小作為確定本研究中目標用戶對家用魚菜共生種植產品需求的分類結果的依據。結合Kano問卷調查結果可得到用戶需求滿意度和不滿意度，計算公式如下：

式中：S——滿意度；

D——不滿意度；

A，O，M，I——問卷中用戶對興奮需求、期望需求、基本需求、無差異需求的選擇次數。

2.用戶需求獲取及屬性劃分

通過調研獲得用戶初始需求并制作Kano雙因子五階李克特問卷，針對用戶需求進行正反兩項問題的設置，即如果有此功能用戶的態度和沒有該功能用戶的態度，記錄結果時將滿意程度優先級排序為Mgt;Ogt;Agt;Igt;R，問卷設計如表1所示。通過對用戶調研問卷數據的整理與分析，共得出18項用戶需求如表2所示。本次調研共發放180份問卷，回收有效問卷132份；應用Kano結果分析表進行用戶需求類型劃分，如表3所示。

3.Kano結果分析

基于表中的數據結果可知需求項目如下：基本型需求有混合種植、加水提醒、輔助投喂、易清洗、耐腐蝕；期望型需求有生物狀態監測、殺菌消毒、外觀簡約幾何、尺寸適中、線下配送服務；魅力型需求有自動調溫、模塊化可組裝、APP交流共享、種菜養魚知識普及。

（二）基于AHP產品因子層次分析

AHP法在解決多目標復雜決策問題的時候，將決策過程整合成一套系統，針對不同的問題，將總目標分解為多個子目標或基本準則，在整體計算過程中，將多指標分為若干層次，借助定性指標的模糊量化方法計算出層次的單排序和總排序[10]。通過尋找各種量化變量之間的脈絡，能夠快速有效地分析出產品中各個數據之間的比較關系，從而明確規劃決策的方案、準則、條件等，建立多層次的遞進結構，幫助決策者找到最適合的目標和對問題的優化解決方案。AHP法分為三個層級：最高級是指解決的目標，最低級是指在決策中作出選擇的方案，中間層是面向問題的考慮因素，即決策準則。所鄰近的兩個層次中頂層為決策層而底層為因素層[11]。

1.構建用戶需求指標層次分析結構模型

基于AHP法構建出層次分析模型如圖3所示。其中，家用魚菜共生種植產品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方案層，目標層用X表示，準則層中的必備屬性用M表示。其拓展出的方案層中M1表示混合種植，M2表示加水提醒，M3表示輔助投喂，M4表示易清洗，M5表示耐腐蝕。期望屬性O拓展出的方案層中O1表示生物狀態監測，O2表示殺菌消毒，O3表示外觀簡約幾何，O4代表尺寸適中。O5代表線下配送。魅力屬性A拓展出的方案層中A1代表自動調溫，A2代表模塊化可組裝，A3表示APP交流共享，A4表示APP智能知識普及。

2.構建基于AHP模型的判斷矩陣

制作家用魚菜共生種植產品用戶需求影響因子評價數據表，由相關專家以問卷打分的形式進行，并通過專家提供的內容信息判斷各指標因素的相對重要性。本次實驗共邀請10位與植物工廠產品設計相關人員填寫調查問卷，分別是2位家用植物工廠研究方向教授、3位植物共廠產品設計師、5位設計方向研究生。邀請他們按照1—9的相對尺度進行評分，對各指標進行兩兩對比，然后根據群決策的方法，取其平均數作為權重計算基礎。判斷結果基于公式：

3.采用特征向量計算權重

采取YA-AHP軟件中特征相量法計算家用魚菜共生種植產品各用戶需求權重值[12]，計算得到各層級判斷矩陣及權重值，如表4—表7所示。然后將其歸一化處理，該方法可以高效判斷各項因子之間的矩陣和權重系數信息。

4.一致性檢驗

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，計算公式如下：

結果CR值均小于0.1，表明通過一致性檢驗，如表8所示。最終獲得全部方案層權重排序，如表9所示，由表格數據可以看出，家庭魚菜共生種植機產品耐腐蝕、輔助投喂、加水提醒需求原則權重比較高。

三、產品設計實踐

（一）方案設計

以上述評價結果為參考依據對家用魚菜共生智能種植機進行設計，其外觀造型簡約溫和且體積適中，可方便移動并供用戶自由選擇放置于客廳、陽臺、桌面等多處場景，增強種植體驗和室內裝飾性能，產品效果圖如圖4所示。為確保機器使用壽命長和不易損壞，內部材質選擇有較好耐腐蝕性的鋁合金，外殼選擇易搬運防腐蝕的塑料材質。在功能和結構上，底部有可移動支腳，方便將其安置于室內空間或陽臺中；側部將魚糧儲存盒和加水口合并，達到操作簡單的目的。用戶可通過手機專屬APP可實現自動調溫、一鍵加水等功能，也可了解魚類和植物狀況并進行投喂等遠程操作。APP導入觀賞魚和綠植所需條件和知識信息，彌補城市用戶中種植小白經驗不足的缺陷。

家庭魚菜共生種植機通過智能化的輔助手段融合魚菜共生技術可大大降低用戶對家庭種菜和魚類飼養的操作難度，解決用戶外出遺忘喂養種植等問題，實現智慧型、趣味型、綠色循環的養魚種菜模式。

（二）設計驗證

設計完成后，請參與Kano問卷調研的30位設計人員對產品設計方案進行滿意度評估，統計結果如表10所示。

根據滿意度評估結果，對表10的數據進行描述性統計分析，得出30位用戶對產品的加權平均值分別如下：材質質量4.23、操作反饋4.40、視覺效果4.20、產品尺寸4.47、情感體驗4.23、APP交互4.03，表明產品在功能性能、外觀造型和其他服務的用戶體驗整體處于滿意水平，顯示出用戶感需求得到較好的滿足，評估結果較為滿意。

四、結語

針對魚菜共生種植產品存在智能化低、用戶體驗不佳等問題，研究采用融合Kano-AHP模型的產品設計方法，使Kano和AHP優勢互補從而獲得更為準確的用戶需求指標，指導設計師開展以用戶需求為導向的家用魚菜共生種植機產品設計。該方法能夠更精準地捕捉提升用戶體驗的設計要素，指導設計師更準確的挖掘用戶需求來提高種植機產品設計的合理性，對家庭版魚菜共生種植產品設計提供新思路和借鑒，也為其他以用戶需求為導向的產品設計提供借鑒意義。盡管研究填補了家庭魚菜共生種植機產品在用戶需求層面的空缺，努力滿足用戶需求，但由于現實條件限制，獲得的設計需求并不完全全面。未來的研究可考慮更多的因素，如用戶習慣、健康需求等，為產品設計提供有效的理論依據，給當代人們提供更好的生活方式。

參考文獻：

[1]楊勤，劉大帥，王衛星，石勐，王建偉.基于SET/TRIZ的家庭智能蔬菜種植箱創新設計[J].包裝工程，2020（16）：170-175．

[2]劉慧，汪小旵，施印炎，李天沛，於海明，郝向澤．魚－菜共生種養技術模式研究現狀[J]．中國農機化學報，2022（12）：75-82．

[3]趙立軍，李強，陳爽，等．智能魚菜共生裝置的設計與試驗研究-基于物聯網遠程控制[J]．農機化研究，2021（11）：98-104．

[4]Colt J，Schuur A M，Weaver D，et al．Engineering design of aquaponics systems[J]．Reviews in Fisheries Science amp; Aquaculture，2022（1）：33-80．

[5]王佳，殷金巖，趙秀芳．垂直綠化技術在LONG-PLAN長屋項目生態建筑的應用探索[J]．廣東園林，2019（6）：70-75．

[6]Hsiao S J，Sung W T．Building a fish-vegetable coexistence system based on a wireless sensor network[J]．IEEE Access，2020（8）：119-131．

[7]周紅宇，王嘉倫．基于Kano-QFD的適老化衛浴產品設計研究[J].包裝工程，2023（4）：150-157．

[8]邴媛，張建敏．基于Kano模型與層次分析法的農機造型設計研究[J]．機械設計，2022（4）：149-155．

[9]趙項，魏峰，繆遠．用戶需求驅動下的家具產品設計方法[J].林業工程學報，2022（4）：194-200．

[10]蘇晨，楊圣林，許德驊，劉凱鑄，彭魏，高春虎．基于Kano/AHP-熵權法的3D打印脊柱矯形器設計[J]．機械設計，2022（11）：126-132．

[11]呂中意，楊波，陳云．基于KANO-AHP-QFD的水果物流周轉箱設計研究[J]．包裝工程，2022（18）：95-103．

[12]盧穎．水下采樣機器人工業設計方案篩選系統研究[J]．機械設計，2023（3）：127-134．

作者簡介：

蘇悅，中國計量大學藝術與傳播學院碩士研究生。研究方向：工業設計。

胡波，中國計量大學藝術與傳播學院碩士研究生。研究方向：工業設計。

徐化丹，中國計量大學藝術與傳播學院碩士研究生。研究方向：工業設計。