鐘言久 張開源 郭亞杰 劉 陽

（1. 合肥工業(yè)大學機械工程學院 合肥 233009；2. 中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

隨著人工智能技術的興起，家電行業(yè)也發(fā)生了巨大變化。用戶對于家電產(chǎn)品的要求也在逐漸發(fā)生變化，從以前的基本功能性需求，逐漸發(fā)展到當前的個性化、智能化、多樣化需求，這種變化尤其體現(xiàn)在智能電視機產(chǎn)品方面。海爾公司于2011年開發(fā)出基于語音控制的智能聲控電視，采用語音信號處理、聲紋識別、環(huán)境消噪等技術，實現(xiàn)了通過用戶語音控制電視機。三星電子在2012年國際消費電子展上，開發(fā)出基于視覺控制的智能電視，通過攝像頭采集用戶的手部動作，通過環(huán)境感知技術識別出用戶的動作，實現(xiàn)對電視機的基本控制操作。

在當前智能電視產(chǎn)品設計方面，已有相關學者對智能電視軟件系統(tǒng)進行了研究。如徐治鵬等針對基于視覺的智能電視存在的操作繁瑣問題，建立基于用戶行為和電視狀態(tài)的特征提取模型，通過CDL-DFCM模型識別人機交互并感知用戶意圖[1]。趙良福等針對智能電視機操作系統(tǒng)，建立了智能電視機操作系統(tǒng)測試模型，并開發(fā)了系統(tǒng)測試平臺[2]。郭斌等針對當前智能家居系統(tǒng)存在的問題，建立了已智能電視為中心的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫物聯(lián)網(wǎng)方案，實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的統(tǒng)一控制[3]。在智能電視的產(chǎn)品外觀結構設計方面，李平瀟等針對當前智能電視設計很少考慮用戶和使用環(huán)境的問題，從時間、時間、和裝飾三個方面對智能家電設計進行研究，找出在日常使用環(huán)境下的人機關系，為智能家電的人性化設計提供支持[4]。邱召權針對當前智能家電硬擴張存在的問題，從用戶行為出發(fā)，結合用戶行為、心理和邏輯等理論，提出基于用戶行為的智能電視交互設計方法，使得所設計產(chǎn)品能夠滿足用戶個性化需求[5]。崔婧等從智能電視的使用場景、適用人群和使用環(huán)境角度出發(fā)，分析了當前智能電視交互設計的特點，總結了智能電視設計時應注意的導航設計、視覺設計和輸入方式的設計原則[6]。

從以上分析可以看出，當前針對智能電視的研究主要集中在智能家電的系統(tǒng)設計和使用環(huán)境設計，很少有針對基于用戶需求的智能家電產(chǎn)品設計。然而通常來說，用戶需求是產(chǎn)品設計的出發(fā)點和落腳點。能否滿足用戶需求，是產(chǎn)品贏得市場的關鍵。因此，有必要在進行智能電視設計之前，對用戶需求進行需求，從而使得所設計的智能電視能夠滿足用戶需求?；诖耍疚奶岢雒嫦蛑悄茈娨曉O計的用戶需求向功能特性轉化方法，采用模糊層次分析法和改進的分層質量功能展開法，彌補了現(xiàn)有的智能電視設計的不足，提高智能電視對用戶需求的滿足程度。

1 智能家電的用戶需求分析

1.1 智能家電用戶需求簡介

智能電視機主要是將人工智能技術運用在傳統(tǒng)電視機中，使其具有的自動感知、數(shù)據(jù)挖掘、用戶預測等功能。同時，智能電視機通過物聯(lián)網(wǎng)技術，使其與其他智能控制終端相連，實現(xiàn)遠程控制，以方便用戶的使用。在產(chǎn)品組成方面，傳統(tǒng)電視主要由電源、高頻頭、彩色控制顯、伴音頻投、伴音通道、同步掃描通道、公共通道等及部分組成。智能電視除了具有傳統(tǒng)電視的組成部分外，還具有處理器、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡連接、視頻音頻信號采集等部分。由于智能電視與傳統(tǒng)電視具有不同的組成部件，因此用戶對兩種產(chǎn)品的功能需求也不盡相同，具體內(nèi)容如表1所示。由該表可知，用戶對智能電視的需求，是在對傳統(tǒng)電視需求的基礎上，增加了新的智能化的需求，如動作感知需求、影片推薦需求、語音控制需求等。使得當前用戶對智能電視的需求越發(fā)個性化、復雜化。由該模型可知，在智能功能需求方面，用戶需求主要集中在動作感知、用戶識別、語音控制、影片推薦、智能預約、遠程交互等幾個方面。

1.2 智能家電用戶需求的建模

隨著智能技術的不斷發(fā)展，用戶對智能電視的需求也在發(fā)生變化。由上文分析可知，當前用戶對智能電視的需求越發(fā)個性化、復雜化，導致設計人員在進行智能電視設計時，很難把握用戶需求。因此，首先需要將用戶對智能電視的需求進行建模，從而實現(xiàn)需求的精準分析。在本文中，針對用戶對智能電視的具體需求，建立如圖1所示的需求分解表示模型。

動作感知：動作感知主要是智能電視通過機器視覺技術，對用戶的操作手勢進行識別，并將捕捉的手勢動作與預設動作進行匹配，從而確定用戶的手勢意圖，實現(xiàn)智能電視的手勢控制。一般用來調整電視的聲音、畫面、切換等參數(shù)。

用戶識別：用戶識別主要是智能電視通過捕捉用戶的面部圖像來對用戶進行辨認。該技術與動作感知相似，通過面部數(shù)據(jù)確定用戶身份。同時也捕捉用戶表情、場景和人數(shù)等信息，以方便智能推薦。

表1 智能電視與傳統(tǒng)電視功能需求對比

語音控制：語音控制是用戶通過語音直接控制智能電視，主要是控制電視的節(jié)目切換、搜索、音量以及系統(tǒng)設置等。該技術主要依靠聲紋識別、自然語言理解、混響消噪等技術實現(xiàn)，也是智能電視主要采用的控制方式之一。

影片推薦：影片推薦主要是智能電視根據(jù)用戶的使用習慣、瀏覽記錄、?？垂?jié)目等信息，建立起用戶畫像。在用戶識別的基礎上，針對不同的用戶、不同場景、不同情緒等信息，智能地推薦相應的電視節(jié)目。

智能預約：智能預約主要是用戶根據(jù)自己的喜好、興趣等來自動的對電視節(jié)目進行預約，以針對性地滿足用戶的觀看需求。主要包括廣告的跳過、節(jié)目預約、劇情預約、人物預約等方面，從而提高用戶觀影體驗。

遠程交互：遠程交互主要是用戶通過網(wǎng)絡實現(xiàn)與異地觀影者的實時語音、視頻交流，從而達到劇情分享、討論等效果，提高用戶的使用體驗。該功能主要包括人機交互、兩人交互、多人交互、群組交互等方式。

2 智能電視用戶需求向功能特性轉化

智能電視用戶需求向產(chǎn)品功能特性轉化是設計智能電視的首要步驟，也是智能電視設計的關鍵環(huán)節(jié)。在當前用戶需求向功能特性轉化過程中，一般使用專家打分、層次分析法、粗糙集等方法確定用戶需求的權重，然后利用質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）方法確定用戶需求所對應的功能特性指標。但AHP方法在使用過程中，存在難以判斷矩陣的一致性、難以調整矩陣的元素使其一致等問題，造成判斷矩陣與通常的設計思維相互矛盾，導致用戶需求的重要度失真。為解決此類問題，本文在此基礎上，運用基于模糊層次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，F(xiàn)AHP）和分層QFD的方法，確定智能電視需求所對應的功能特性，具體轉化流程如圖2所示。

2.1 智能電視用戶需求重要度確定

模糊層次分析法是一種改進的層次分析方法。該方法是在傳統(tǒng)層次分析法的基礎上，將模糊一致矩陣引入其中，用模糊一致矩陣來表示兩個用戶需求之間的相對重要度[7]。該方法能有效的避免傳統(tǒng)層次分析法存在的問題，使得計算的用戶需求重要度更加可靠。利用FAHP方法計算智能電視的用戶需求重要度具體步驟如下所示：

圖1 智能電視功能需求分解模型

圖2 智能電視用戶需求向功能特性轉化

步驟1：智能電視需求獲?。翰捎谜{查問卷、網(wǎng)絡收集、評論內(nèi)容挖掘等方法收集用戶需求，將搜集到的需求表示為：

步驟2：構建需求優(yōu)先級關系矩陣：將獲取的智能電視需求CRs按照表2所示的優(yōu)先級標度確定優(yōu)先系數(shù)，從而構建智能電視需求的優(yōu)先級關系矩陣F= (fij)m×m，系數(shù)fij由式（2）計算得到。

步驟3：構建模糊一致判斷矩陣：將上步得到的智能電視需求關系矩陣F= (fij)m×m轉化為模糊一致判斷矩陣W=(aij)m×m，aij由下式計算得到：

按行求和可得到：

利用式（5）對lm進行歸一化處理，得到用戶對智能電視需求的重要度。

2.2 智能電視用戶需求向功能特性轉化

在用戶需求向產(chǎn)品功能特性的映射方面，主要方法有QFD和QFDE等。傳統(tǒng)的QFD方法主要是通過關系矩陣將用戶需求轉化為功能特性，沒有考慮到用戶需求的層次性問題，造成轉化過程模糊，影響關系矩陣參數(shù)的真實性和可靠性。本文根據(jù)實際需要，采用基于改進QFD的用戶智能電視需求向產(chǎn)品功能特性轉化方法。該改進QFD方法不考慮市場競爭關系，對傳統(tǒng)質量屋進行改進，改進后的質量屋如圖4所示。

由圖4可知，該質量屋將用戶對智能電視的需求分為普通功能需求和智能功能需求兩個層次，分別對兩類用戶需求進行功能特性映射。在用戶需求向功能特性映射過程中，具體步驟如下所示：

表2 智能電視需求元素優(yōu)先級標度

圖3 用戶對智能電視需求的模糊一致化判斷矩陣W

圖4 改進的質量屋模型

步驟2：確定智能電視功能特性：根據(jù)用戶提出的需求具體內(nèi)容，建立由10位經(jīng)驗豐富的設計專家組成的設計團隊。設計團隊對用戶智能電視需求進行分析，確定能夠滿足用戶智能電視需求的功能特性指標。

步驟3：智能電視需求與功能特性相關系數(shù)：根據(jù)用戶需求和專家團隊提出的功能特性類型，通過專家打分等方法，確定用戶智能電視需求與功能特性的相關系數(shù)。用0-1-3-5標度表示智能電視需求與功能特性的相關性bij的大小，并利用式（6）進行歸一化處理：

根據(jù)以上步驟，可以計算出用戶智能電視需求所對應的功能特性權重。功能權重越大，即表明該功能特性越能滿足用戶的需求。因此，在進行智能電視設計時，需要對該功能特性進行重點考慮。通過以上分析，實現(xiàn)了用戶智能電視需求向產(chǎn)品功能特性的轉化，從而對智能電視的設計提供指導。

3 案例驗證

為驗證所提方法的可行性和有效性，本文以某品牌的智能電視設計為例，對面向智能電視設計的用戶需求向功能特性轉化方法進行驗證。

首先利用問卷調研和網(wǎng)絡留言挖掘的方式獲取客戶需求，對用戶需求進行分類和規(guī)范化處理，剔除冗余的智能電視用戶需求。最終挑選出6項有效的智能電視用戶需求，將用戶需求表示為CRs={顯示清晰，音質好，無線投屏，動作感知，語音控制，遠程交互}。根據(jù)本文對智能電視用戶需求的建模分析可知，所挑選的6項用戶需求匯總，基本功能需求為CR基本={顯示清晰，音質高，無線投屏}，智能功能需求為CR智能={動作感知，語音控制，遠程交互}。應用FAHP方法建立用戶智能電視需求的優(yōu)先關系矩陣F和模糊一致性矩陣W，結果如下所示：

根據(jù)式（5）計算出用戶對智能電視需求的重要度α={0.163,0.147,0.157,0.187,0.177,0.170}。

在完成智能電視需求重要度計算的基礎上，建立智能電視質量屋。根據(jù)智能電視的基本功能需求和智能功能需求，通過專家分析確定所對應的功能特性指標為屏幕成色、音響質量、系統(tǒng)控制、局域通訊、運算速度、算法性能、傳感器精度、網(wǎng)絡連接8項。其中前四項為基本功能需求所對應的功能特性，后四項為智能功能需求所對應的功能特性。

在用戶智能電視需求向功能特性轉化方面，根據(jù)步驟3所提出的方法，采用專家打分法確定用戶需求與智能電視功能特性之前的相關系數(shù)，構建關系矩陣。利用式（6）對關系矩陣B進行歸一化處理，從而構建出用戶智能電視需求與產(chǎn)品功能特性關系矩陣T。根據(jù)式(7)計算出用戶智能電視需求功能特性權重，結果為w={w1，w2，…，w8}={0.97，0.73，1.40，0.78，1.63，1.61，1.23，1.21}，結果如表3所示。

表3 用戶智能電視需求與功能特性轉化

根據(jù)以上計算結果可知，在用戶對智能電視的普通功能需求方面，系統(tǒng)控制功能占主要地位，其次是屏幕成色。這表明在針對用戶普通功能需求進行智能電視設計時，重點需要考慮系統(tǒng)控制和屏幕成色，其次考慮局域通訊和影響質量。在智能功能需求方面，由表可知，運算速度和算法性能占主要成分。因此，在智能電視設計時，重點需要對運算速度和算法性能進行設計。在整體需求方面，智能需求整體高于基本功能需求，這也表明了當前用戶更看重電視的智能化。

4 結論

本文從客戶需求角度出發(fā)，分析基于客戶需求的智能電視功能設計。利用模糊層次分析法FAHP和改進的QFD對用戶的智能電視需求進行分析，分別針對普通功能需求和智能功能需求進行質量功能展開，確定各需求所對應的功能特性權重。實現(xiàn)了用戶智能電視需求向功能特性的轉化，為智能電視的設計提供了方向。