侯建軍,張玉春,吳麗
基于AHP層次分析法的智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)研究
侯建軍1,2,張玉春1,2,吳麗1,2
(1.南京工程學(xué)院 藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院,南京 211167;2.南京工程學(xué)院 文化藝術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)研究院,南京 211167)
建立智能嬰兒手推車功能需求指標(biāo)體系,從而為設(shè)計(jì)智能嬰兒手推車提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。通過嬰兒手推車相關(guān)文獻(xiàn)研究和市場(chǎng)產(chǎn)品分析,運(yùn)用KJ親和圖法建立智能嬰兒手推車功能需求指標(biāo)。通過問卷調(diào)查法、訪談法和AHP層次分析法計(jì)算得出各功能指標(biāo)的權(quán)重值,并完成一致性檢驗(yàn)。得出智能嬰兒手推車功能需求指標(biāo)的目標(biāo)層1個(gè)、一級(jí)指標(biāo)4個(gè)和二級(jí)指標(biāo)17個(gè),其中一級(jí)指標(biāo)的重要排序分別為安全性、舒適性、便捷性和智能化,監(jiān)護(hù)人對(duì)影響安全性的智能剎車輔助系統(tǒng)、防抱走、速度調(diào)節(jié)、智能助力和實(shí)時(shí)定位功能評(píng)價(jià)較高,同時(shí)希望嬰兒手推車具有智能坐姿調(diào)節(jié)、智能遮陽(yáng)、智能控溫和自動(dòng)搖椅等功能。最后,將研究結(jié)論和設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合設(shè)計(jì)了一款智能嬰兒手推車,并從智能動(dòng)力、智能防護(hù)、智能識(shí)別、智能安全、智能語(yǔ)音、APP界面等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。
智能嬰兒手推車;KJ親和圖法;AHP層次分析法
隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展,智能技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入到母嬰用品領(lǐng)域。市場(chǎng)上已出現(xiàn)的高端智能嬰兒手推車不僅從人機(jī)工程角度更加考慮嬰兒和監(jiān)護(hù)人的使用操作舒適性和安全性,同時(shí)能夠?qū)雰旱纳砗托袨檫M(jìn)行實(shí)時(shí)分析與判斷,并通過數(shù)據(jù)形式及時(shí)反饋給監(jiān)護(hù)人,同時(shí)可對(duì)周圍的環(huán)境自發(fā)地進(jìn)行判斷和處理。
國(guó)外嬰兒車的理論研究起步較早,研究也主要針對(duì)嬰兒車的安全問題展開:FRISBEE S(2000年)和POWELL E C(2002年)研究發(fā)現(xiàn)嬰兒車的設(shè)計(jì)缺陷、產(chǎn)品性能和錯(cuò)誤的使用方式是造成嬰兒受到傷害的主要原因[1-2]。FOWLER E(2013年)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)1990年至2010年美國(guó)5歲及以下兒童由于手推車造成相關(guān)傷害的發(fā)生率較高,其中多數(shù)損傷在頭部(44%)或面部(43%)[3]。BIRKEN C(2015年)通過訪談法研究了父母對(duì)嬰兒車使用與孩子身體活動(dòng)之間關(guān)系,發(fā)現(xiàn)便攜性、時(shí)間、距離和兒童偏好是影響嬰兒車使用的重要因素[4]。
我國(guó)有關(guān)嬰兒車的研究主要集中在從人機(jī)工程學(xué)角度討論嬰兒手推車舒適性,代表研究如李?。?010年)從人性化設(shè)計(jì)和人機(jī)工程學(xué)角度分析了嬰兒車特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)嬰兒車設(shè)計(jì)兼具感性和理性特征[5]。穆秋陽(yáng)(2014年)從嬰兒生理、心理、運(yùn)動(dòng)能力、人機(jī)關(guān)系等進(jìn)行分析,運(yùn)用系統(tǒng)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法,提出了嬰兒手推車再利用設(shè)計(jì)的具體步驟[6]。周鐸(2016年)從安全性和功能性角度研究了嬰兒車的功能和部件,利用模塊設(shè)計(jì)給予嬰兒手推車新的功能[7]。任欣禾(2017年)從嬰兒的身體尺寸、生理和心理需求、材質(zhì)選擇、色彩分析等角度進(jìn)行研究,為嬰兒車設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支撐[8]。
綜合文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),已有的嬰兒手推車研究多集中在嬰兒安全性和人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用上,對(duì)智能技術(shù)的研究應(yīng)用較少,同時(shí)缺少針對(duì)智能嬰兒手推車功能層次化需求的系統(tǒng)研究。本文通過KJ法建立智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)功能需求指標(biāo)體系,運(yùn)用AHP層次分析法計(jì)算得出嬰兒手推車各指標(biāo)體系的重要程度排序[9-11],為設(shè)計(jì)智能嬰兒手推車提供理論依據(jù)和參考。
KJ親和圖法是將處于混亂狀態(tài)中的語(yǔ)言文字通過其內(nèi)在相互關(guān)系加以歸納和整理,然后找出解決問題新途徑的方法[12]。
智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)要素的選擇是一個(gè)涉及多層次、多因素、多指標(biāo)等諸多因素的集合。在評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇時(shí),通過收集相關(guān)專家和設(shè)計(jì)人員意見,借助KJ法將收集到的資料進(jìn)行歸類,并對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)要素進(jìn)行補(bǔ)充、篩選。通過以上分析方法,最終確定嬰兒手推車層次結(jié)構(gòu)為目標(biāo)層1個(gè)、一級(jí)指標(biāo)4個(gè)和二級(jí)指標(biāo)17個(gè)。
目標(biāo)層:即該層次結(jié)構(gòu)模型的總目標(biāo),為智能嬰兒手推車的層次化功能需求。
一級(jí)指標(biāo):根據(jù)KJ法提取出B1安全性(針對(duì)嬰兒)、B2舒適性(針對(duì)嬰兒)、B3便捷性(針對(duì)監(jiān)護(hù)人)、B4智能化(針對(duì)監(jiān)護(hù)人)4類設(shè)計(jì)指標(biāo)要素并將其作為準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)要素。
二級(jí)指標(biāo):根據(jù)一級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行詳細(xì)劃分,通過KJ法分析和歸納篩選出C1~C17共17個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)層次化功能指標(biāo)見表1。
通過研究已有的智能技術(shù)應(yīng)用,并結(jié)合現(xiàn)有智能技術(shù)對(duì)嬰兒手推車各功能的實(shí)現(xiàn),同時(shí)便于受訪者理解各評(píng)價(jià)指標(biāo),將各功能指標(biāo)詳細(xì)描述如下。
C1智能剎車輔助系統(tǒng):智能安全芯片技術(shù)可檢測(cè)車體溜坡等異常運(yùn)動(dòng),同時(shí)啟動(dòng)剎車系統(tǒng)。
C2防抱走功能:指紋識(shí)別和人臉識(shí)別技術(shù)可以快速識(shí)別監(jiān)護(hù)人身份,同時(shí)座椅壓力傳感器可感知重力變化,如遇陌生人強(qiáng)行抱走嬰兒,系統(tǒng)會(huì)迅速發(fā)送警告信號(hào)給監(jiān)護(hù)人。
C3速度調(diào)節(jié)和智能助力功能:速度傳感器技術(shù)可感應(yīng)速度變化,如嬰兒車速度過快,速度傳感器發(fā)出警示并減速;角度傳感器可檢測(cè)角度,上坡時(shí)馬達(dá)給嬰兒車傳遞動(dòng)力輔助上坡。
C4實(shí)時(shí)定位功能:內(nèi)部定位器技術(shù)可通過APP方式查看實(shí)時(shí)位置或行駛軌跡,在緊急情況下可以啟動(dòng)一鍵報(bào)警功能。
表1 智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)層次化功能指標(biāo)
C5智能坐姿調(diào)節(jié)功能:監(jiān)護(hù)人可通過語(yǔ)音或APP控制車體角度和高度變化,智能改變嬰兒的不同姿勢(shì)。
C6智能遮陽(yáng)功能:光線傳感器技術(shù)可檢測(cè)光線強(qiáng)度,當(dāng)嬰兒車上的陽(yáng)光強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)值,遮陽(yáng)棚會(huì)根據(jù)光線強(qiáng)度和方向調(diào)節(jié)開啟角度和遮陽(yáng)面積。
C7智能控溫功能:溫度感應(yīng)器技術(shù)可檢測(cè)嬰兒車內(nèi)部溫度和嬰兒體溫,當(dāng)溫度高出或低于預(yù)設(shè)值時(shí)會(huì)及時(shí)給監(jiān)護(hù)人發(fā)送提醒,也可智能調(diào)節(jié)車內(nèi)部溫度。
C8自動(dòng)搖椅功能:可智能監(jiān)測(cè)嬰兒哭聲并及時(shí)提醒監(jiān)護(hù)人,搖椅功能自動(dòng)開啟以安撫嬰兒,監(jiān)護(hù)人也可用APP開啟搖椅功能。
C9顯示屏、音箱和攝像頭等功能:顯示屏可實(shí)時(shí)監(jiān)控嬰兒狀態(tài)和操作嬰兒車,音箱可播放嬰兒喜歡的音樂,攝像頭可實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄嬰兒成長(zhǎng)。
C10手機(jī)APP:各操作功能不僅可在嬰兒車顯示屏上操作,還可配合手機(jī)APP功能遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。
C11奶瓶加熱功能:嬰兒車內(nèi)置保溫裝置可使嬰兒隨時(shí)喝上適溫奶。
C12手機(jī)充電功能:車體上設(shè)置充電孔,幫助監(jiān)護(hù)人隨時(shí)手機(jī)充電。
C13哭聲監(jiān)測(cè)功能:聲音傳感器可收集聲波檢測(cè)嬰兒哭聲,并對(duì)嬰兒情緒進(jìn)行預(yù)判。
C14自動(dòng)折疊功能:語(yǔ)音或APP操作可實(shí)現(xiàn)車體自動(dòng)折疊,方便存放或搬運(yùn)。
C15尿不濕監(jiān)測(cè)功能:嬰兒車坐墊上溫度和濕度的傳感器技術(shù)可感知溫濕度變化,實(shí)時(shí)提醒監(jiān)護(hù)人嬰兒尿不濕狀態(tài)。
C16早教:智能芯片技術(shù)可智能推送音樂、故事、兒歌等,促進(jìn)嬰兒的大腦發(fā)育。
C17一鍵鎖車功能:監(jiān)護(hù)人可語(yǔ)音或APP界面控制嬰兒車的鎖車或解鎖功能。
AHP層次分析法是一種將復(fù)雜問題系統(tǒng)化的方法,其基本思想是將復(fù)雜的決策問題建立層次結(jié)構(gòu)模型,將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較和判斷,通過量化方式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得出決策方案相對(duì)重要性的排序[13]。本研究在構(gòu)建完成層次化功能指標(biāo)體系后,通過訪談?wù){(diào)研,運(yùn)用AHP層次分析法分析智能嬰兒手推車的各功能需求指標(biāo),得出各指標(biāo)權(quán)重值并完成一致性檢驗(yàn)。
本研究選取50名有育兒經(jīng)驗(yàn)的父母,組成決策者,對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)用1~9的比例標(biāo)度進(jìn)行兩兩比較,判斷矩陣A如下:
(1)
表2 智能嬰兒手推車層次化功能指標(biāo)綜合權(quán)重
根據(jù)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值可知,嬰兒手推車重要等級(jí)的排列順序分別為B1安全性、B2舒適性、B3便捷性和B4智能化,即監(jiān)護(hù)人希望把兒童的安全性和舒適性放在首位,其次是考慮操作便捷和智能化等功能。根據(jù)對(duì)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值可知,監(jiān)護(hù)人對(duì)影響安全性的C1智能剎車輔助系統(tǒng)、C2防抱走功能、C3速度調(diào)節(jié)和智能助力功能、C4實(shí)時(shí)定位功能評(píng)級(jí)較高,同時(shí)希望嬰兒手推車具有C5智能調(diào)節(jié)功能、C6智能遮陽(yáng)功能、C7智能控溫功能和C8自動(dòng)搖椅功能。與此同時(shí),監(jiān)護(hù)人對(duì)C13哭聲監(jiān)測(cè)和C15尿不濕監(jiān)測(cè)功能等認(rèn)可程度較低。
為了避免受試者主觀因素影響,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性檢驗(yàn),檢驗(yàn)過程如下:
根據(jù)智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)要素權(quán)重分析結(jié)果,運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程與方法,將研究結(jié)論和設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合,針對(duì)0~18個(gè)月的嬰兒設(shè)計(jì)一款智能嬰兒手推車。該設(shè)計(jì)造型力求簡(jiǎn)潔,具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)美感和科技感,以嬰兒安全性和舒適性為主要功能,同時(shí)為監(jiān)護(hù)人增加便攜性和智能化的輔助功能。
智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)效果及功能見圖1。
以現(xiàn)有的人工智能技術(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)嬰兒的生理和心理需求,從智能安全、智能動(dòng)力、智能防護(hù)、智能識(shí)別、智能語(yǔ)音5個(gè)方面開展嬰兒手推車的設(shè)計(jì)實(shí)踐。
1)智能安全系統(tǒng):智能安全系統(tǒng)包括指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、速度識(shí)別、障礙物識(shí)別、防抱走等功能,具體功能描述如C1~C4。
2)智能動(dòng)力系統(tǒng):包括智能剎車輔助系統(tǒng)和智能助力功能。具有全自動(dòng)行走和半自動(dòng)行走兩種模式,全自動(dòng)行走模式時(shí),嬰兒車可以始終保持在監(jiān)護(hù)人的前方行走;半自動(dòng)輔助推行模式時(shí),當(dāng)監(jiān)護(hù)人手握在把手上時(shí),嬰兒車就會(huì)進(jìn)行識(shí)別,根據(jù)監(jiān)護(hù)人的移動(dòng)速度移動(dòng),見圖2。
圖1 智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)效果及功能
圖2 全自動(dòng)和半自動(dòng)行走模式
3)智能防護(hù)系統(tǒng):包括智能遮陽(yáng)、智能照明和智能控溫等功能,具體功能描述如C5和C6。
4)智能識(shí)別系統(tǒng):根據(jù)嬰兒的姿勢(shì)調(diào)整坐墊、椅背的角度,讓嬰兒更舒適,如C5。同時(shí)坐墊會(huì)檢測(cè)嬰兒的體溫、汗液,根據(jù)不同的情況調(diào)節(jié)座椅的溫度,給嬰兒提供更舒適的座椅環(huán)境,如C7。嬰兒車內(nèi)部有聲音傳感器收集聲波,嬰兒哭鬧會(huì)啟動(dòng)搖椅功能并播放音樂,如哭鬧不止會(huì)發(fā)警報(bào)給監(jiān)護(hù)人,如C13。智能攝像和指紋識(shí)別功能見圖3。
5)智能多媒體功能:顯示屏、音箱、攝像頭和APP等多媒體實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)人與嬰兒的互動(dòng)、早教和記錄嬰兒成長(zhǎng)的功能,如C9、C10、C16,見圖4—5。
結(jié)合嬰兒手推車的各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)手機(jī)APP界面,界面分為三級(jí)頁(yè)面層次,主要操作功能有監(jiān)護(hù)人信息界面、嬰兒車功能操作界面、嬰兒狀態(tài)監(jiān)控界面、智能早教和社交平臺(tái)界面等,見圖6。
以上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利并進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段,發(fā)明名稱為《一種多功能嬰兒手推車》,專利號(hào)為202010482696.1。
圖3 智能攝像和指紋識(shí)別功能
圖4 四輪避震和自動(dòng)調(diào)節(jié)角度和溫度功能
圖5 可自動(dòng)智能開啟的遮陽(yáng)棚功能
借助KJ法將大量的嬰兒車相關(guān)文獻(xiàn)、市場(chǎng)調(diào)研和專家意見等進(jìn)行歸類整理,確定智能嬰兒手推車層次化功能需求指標(biāo)為目標(biāo)層1個(gè)、一級(jí)指標(biāo)4個(gè)和二級(jí)指標(biāo)17個(gè)。通過問卷訪談和層次化分析研究發(fā)現(xiàn),監(jiān)護(hù)人在一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)中希望把兒童的安全性和舒適性放在首位,其次是考慮操作便捷和智能化等功能。同時(shí)對(duì)二級(jí)指標(biāo)的智能剎車、防抱走、速度調(diào)節(jié)、智能助力和定位等功能評(píng)級(jí)較高。最后根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程,結(jié)合嬰兒手推車層次化功能指標(biāo)結(jié)論,設(shè)計(jì)了一款智能嬰兒手推車。該設(shè)計(jì)不僅注重嬰兒安全性和舒適性,同時(shí)為監(jiān)護(hù)人增加了便攜性和智能化的輔助功能,以最大限度滿足嬰兒和監(jiān)護(hù)人的使用需求。
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The Research and Design of Smart Baby Stroller Based on Analytic Hierarchy Process
HOU Jian-jun1,2, ZHANG Yu-chun1,2, WU Li1,2
(1.College of Art and Design, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2.Cultural and Artistic Creativity Design Institute, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)
This paper aims to establish the functional requirement index system for intelligent baby stroller which provided theoretical basis and guidance for the design of smart baby stroller. Through the relevant literature research and market research methods, the functional demand index system of smart baby stroller is established by using kJ affinity graph method. Through the questionnaire survey, depth interviews and AHP analytic hierarchy process, the weight value of each functional index is calculated, and consistency inspection is completed. It is concluded that the functional requirement indexes of smart baby stroller of 1 target layer, 4 first level indexes and 17 second level indexes. The important order of the first level indexes is safety, comfort, convenience and internalization. The guardian have a high evaluation on the functions of intelligent brake assist system, prevent the baby from being carry away, speed regulation, intelligent assistance and real-time positioning and also hope have the function of intelligent sitting posture adjustment, intelligent sunshade, intelligent temperature control and automatic rocking chair. Finally, the research conclusion and design practice are combined to design a smart baby stroller.This design includes intelligent power, intelligent protection, intelligent recognition, intelligent security, intelligent voice and APP interface design.
smart baby stroller; KJ affinity graph method; analytic hierarchy process
TB472
A
1001-3563(2022)02-0050-06
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.02.007
2021-10-17
2020年度教育部人文社會(huì)科學(xué)青年基金項(xiàng)目“人工智能視域下的工業(yè)設(shè)計(jì)教育體系再構(gòu)建與系統(tǒng)化發(fā)展研究”(20YJC760030);南京工程學(xué)院教研教改重點(diǎn)課題(JG2019009);南京工程學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目(YZKC2019067);南京工程學(xué)院高等教育研究課題(2020YB26);南京工程學(xué)院文化藝術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)研究院開放基金項(xiàng)目(CACD202003);南京工程學(xué)院課程思政示范課程(KCXZ2021037);南京工程學(xué)院“課程思政”示范專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目(SFZY2021P07)
侯建軍(1983—),女,天津人,博士,南京工程學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)。