尹項(xiàng)迎,常瑜,劉寶順
基于SGS模型與AHP的偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)研究
尹項(xiàng)迎,常瑜,劉寶順
(天津商業(yè)大學(xué),天津 300134)
為了滿足無(wú)人機(jī)用戶需求,完善偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方法,進(jìn)一步拓展產(chǎn)品設(shè)計(jì)路徑。將管理學(xué)中的門徑管理模型(SGS)融入產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程;調(diào)研用戶需求并結(jié)合層次分析法(AHP)構(gòu)建判斷矩陣,計(jì)算各個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)權(quán)重并排序,以此促進(jìn)設(shè)計(jì)決策,完成偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方案;采用7點(diǎn)量表法進(jìn)行初步方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià),驗(yàn)證設(shè)計(jì)模型和過(guò)程的科學(xué)性。以偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)為例,通過(guò)構(gòu)建SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型,運(yùn)用AHP分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)方案指標(biāo)決策,為偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)拓展設(shè)計(jì)路徑,為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供新思路。
產(chǎn)品設(shè)計(jì);門徑管理模型(SGS);層次分析法(AHP);偵測(cè)無(wú)人機(jī)
隨著無(wú)線通信、圖像處理等技術(shù)的迅猛發(fā)展,偵測(cè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展,其測(cè)繪、監(jiān)視、尋找等工作功能被越來(lái)越多地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、服務(wù)體驗(yàn)、救災(zāi)等多個(gè)領(lǐng)域[1-3]。特別是在險(xiǎn)情救災(zāi)時(shí),偵測(cè)無(wú)人機(jī)可在未知環(huán)境中無(wú)需人為干預(yù)而實(shí)現(xiàn)工作準(zhǔn)備,彌補(bǔ)無(wú)法第一時(shí)間獲取災(zāi)情信息的不足[4],因此對(duì)偵測(cè)無(wú)人機(jī)的研究意義重大。
目前針對(duì)偵測(cè)型無(wú)人機(jī)的研究主要集中在技術(shù)系統(tǒng)[5-6]、硬件融合[7]、結(jié)構(gòu)力學(xué)[8]和研究方法[9-11]等方面。盡管這些研究從不同應(yīng)用類型和不同研究角度進(jìn)行了分析,但針對(duì)偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型的研究較為缺乏,且研究方法較為單一,缺少創(chuàng)新方法模型的融入來(lái)拓展產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)路徑。因此,文中在偵測(cè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中,以多維的視角闡述跨學(xué)科整合和創(chuàng)新特性,引入管理學(xué)中的SGS模型,并結(jié)合AHP層次分析法,對(duì)用戶使用需求和方案指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析,依據(jù)用戶感性意向量化分析進(jìn)行偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)。
SGS是Stage-Gate-System的簡(jiǎn)稱,即門徑管理系統(tǒng)[12],形成于20世紀(jì)80年代,由營(yíng)銷學(xué)專家Cooper通過(guò)對(duì)近60家企業(yè)的成熟產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上,構(gòu)建的一套完整的產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程,其核心理念是階段和門徑。因此,SGS模型又稱階段–關(guān)卡流程模型[13],該流程旨在幫助企業(yè)獲得高效、完整的階段性設(shè)計(jì)模式,以進(jìn)行突破性、概念性的產(chǎn)品設(shè)計(jì),見(jiàn)圖1。將設(shè)計(jì)流程分為5個(gè)關(guān)鍵階段,即闡釋問(wèn)題—建立產(chǎn)品框架—設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)—設(shè)計(jì)測(cè)試與評(píng)價(jià)—生產(chǎn)上市,完成了從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到形成成熟產(chǎn)品的過(guò)程,其中,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題為整個(gè)過(guò)程的邏輯起點(diǎn)??梢钥闯觯ㄟ^(guò)SGS模型的介入,產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的關(guān)鍵不再是單一、具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面,而是更加注重產(chǎn)品所能營(yíng)造的價(jià)值層面[12]。
圖1 SGS模型
SGS模型以階段式工作的完成來(lái)推進(jìn)整個(gè)設(shè)計(jì)流程,圍繞概念產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn),每個(gè)階段都由指定的若干設(shè)計(jì)活動(dòng)組成,成果需進(jìn)行評(píng)價(jià)并通過(guò)驗(yàn)收才能遞進(jìn)至下一階段。因此,線性的組織設(shè)計(jì)步驟是建立SGS模型的關(guān)鍵點(diǎn),步驟間銜接呈現(xiàn)高效、緊密的狀態(tài),一個(gè)步驟的完成點(diǎn)是下一個(gè)步驟的起始點(diǎn)。工作流程中的步驟可理解為階段,階段性設(shè)計(jì)完成時(shí),需及時(shí)實(shí)施設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與驗(yàn)證,以相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果判定階段性工作的進(jìn)退,如此形成步驟間的遞進(jìn)發(fā)展關(guān)系,最終完成產(chǎn)品的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
SGS模型的介入,對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言是一種重構(gòu)。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)的中心點(diǎn)是有形的產(chǎn)品,運(yùn)用SGS模型則更新為有形與無(wú)形相結(jié)合,能夠?qū)⒅皇顷P(guān)注生產(chǎn)和銷售有形產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注能滿足顧客需求的產(chǎn)品和服務(wù)的整合,成為更全面的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。具體而言,SGS模型的介入可協(xié)調(diào)產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的矛盾,幫助分解設(shè)計(jì)流程,主要分為4個(gè)關(guān)鍵階段,見(jiàn)圖2。研究與觀察階段,目的在于闡釋用戶需求;分析階段,在量化用戶需求的基礎(chǔ)上,整合具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求;創(chuàng)意階段,包含構(gòu)建設(shè)計(jì)概念、選擇概念;開(kāi)發(fā)和執(zhí)行階段,主要為細(xì)節(jié)與服務(wù)設(shè)計(jì)。其中,每個(gè)階段的履行需不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與反饋,直至產(chǎn)品投入市場(chǎng),由此重構(gòu)為一個(gè)循環(huán)式的產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型。
圖2 SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型
作為準(zhǔn)備階段的重要步驟,SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型使具體的用戶體驗(yàn)成為各階段設(shè)計(jì)工作完成的重要評(píng)級(jí)指標(biāo),能夠積極識(shí)別目標(biāo)用戶深層次需求??陀^、有效的用戶需求量化指標(biāo)將極大地推進(jìn)SGS模型與產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的融合。具體來(lái)說(shuō),闡釋用戶需求應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件,采取問(wèn)卷調(diào)查、需求層次分析法進(jìn)而完成用戶感性意向分析,捕捉用戶對(duì)產(chǎn)品的需求與喜好,進(jìn)而構(gòu)建設(shè)計(jì)概念,完成最終設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與測(cè)試,具體SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖3。
圖3 SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程
在SGS模型的觀察與研究階段,著重基于用戶需求分析進(jìn)行設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出與闡釋。市場(chǎng)調(diào)研主要針對(duì)專業(yè)的相關(guān)人員與用戶從多個(gè)方面展開(kāi)。選取了30位專業(yè)用戶,其中20位高??蒲腥藛T,10位專業(yè)偵測(cè)人員,通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷方式對(duì)目標(biāo)專業(yè)用戶展開(kāi)設(shè)計(jì)調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容主要圍繞偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方面展開(kāi)。通過(guò)調(diào)研匯總了專業(yè)用戶感性意向數(shù)據(jù),見(jiàn)圖4。結(jié)果表明,專業(yè)用戶對(duì)偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型的主要需求表現(xiàn)為可靠性、易用性和美觀性的期望。
圖4 用戶意象需求市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)
根據(jù)上述調(diào)研結(jié)果,構(gòu)建層次分析法決策模型,展開(kāi)對(duì)偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)需求的權(quán)重分析。該層次結(jié)構(gòu)模型分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層。
1)目標(biāo)層:即符合專業(yè)用戶需求的偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì);
2)準(zhǔn)則層:偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型研究屬于無(wú)人機(jī)造型領(lǐng)域,而對(duì)于無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)主要是從其經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、審美性等層面展開(kāi)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的[11];其次,無(wú)人機(jī)產(chǎn)品本身存在一定操作門檻,著重考慮用戶操作的易用性,提高安全性,避免用戶無(wú)意識(shí)誤操作而產(chǎn)生損壞,影響用戶使用積極性[3]。另外,對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)而言,外觀是一大設(shè)計(jì)要素,無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)還要符合一定的美學(xué)原則,考慮外觀造型藝術(shù)性的同時(shí),要體現(xiàn)出現(xiàn)代審美特征[14]?;诖?,對(duì)同類產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)研、分析,將偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)實(shí)踐中層次分析法的準(zhǔn)則層指標(biāo)定義為“可靠的、易用的與美觀的”3個(gè)意象形容詞。
3)方案層:基于層次分析法基本建構(gòu)原理,將方案指標(biāo)層進(jìn)一步細(xì)分為子準(zhǔn)則層。由于功能、結(jié)構(gòu)、行為三者構(gòu)成產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的重要因素[3],所以偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方案指標(biāo)也是圍繞三者展開(kāi)的。
高俊杰等[11]在無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)層次評(píng)價(jià)中提到,無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性可以從減輕機(jī)身重量、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形態(tài)等設(shè)計(jì)中保持飛行穩(wěn)定性和可靠性;張雄雄等[8]提出一種柔性變形機(jī)翼的設(shè)計(jì)方法來(lái)改善飛行性能和適應(yīng)性。據(jù)此,針對(duì)準(zhǔn)則層中的可靠性指標(biāo)可解析為“對(duì)稱結(jié)構(gòu)”“輕量化結(jié)構(gòu)”“柔性結(jié)構(gòu)”3個(gè)方案指標(biāo)。其次,偵測(cè)無(wú)人機(jī)的易用性依賴于用戶行為方式。姚湘等[15]認(rèn)為用戶行為分析視角下的產(chǎn)品人機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)人機(jī)方法的補(bǔ)充,更有效引導(dǎo)用戶使用產(chǎn)品。白仲航等[16]通過(guò)將功能引導(dǎo)等造型要素對(duì)應(yīng)結(jié)合,建立起可供性對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方法,優(yōu)化產(chǎn)品造型,減小產(chǎn)品屬性傳達(dá)與用戶獲取的偏差,輔助用戶易于操作。綦曉倩等[4]提到為降低用戶的無(wú)人機(jī)學(xué)習(xí)成本,滿足安全使用要求,可以簡(jiǎn)化用戶操作方式等。據(jù)此,針對(duì)準(zhǔn)則層中的易用性指標(biāo)可解析為“功能引導(dǎo)”“人機(jī)優(yōu)化”“簡(jiǎn)潔操作”3個(gè)方案指標(biāo)。最后,無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中審美性指標(biāo)在形態(tài)、色彩和社會(huì)因素中作了詮釋[13],一是形態(tài)視覺(jué)要均衡穩(wěn)定,風(fēng)格整體統(tǒng)一;二是色彩要符合目前審美趨勢(shì),合理規(guī)律搭配;三是審美要符合當(dāng)下審美特點(diǎn)和認(rèn)知。因此,針對(duì)準(zhǔn)則層中的美觀性指標(biāo)可解析為“形態(tài)均衡”“色彩明確”“科技感”3個(gè)方案指標(biāo)。AHP構(gòu)建的偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)分析的層級(jí)模型,見(jiàn)圖5。
1)由于偵測(cè)無(wú)人機(jī)用戶的專業(yè)性,為保證權(quán)重分析的一致性,依然選取設(shè)計(jì)調(diào)研的30位專業(yè)用戶,其中20位高??蒲腥藛T,10位專業(yè)偵測(cè)人員進(jìn)行指標(biāo)評(píng)價(jià),判斷矩陣標(biāo)度,見(jiàn)表1。
面向?qū)哟畏治龇ㄟM(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐,其關(guān)鍵性手段是生成判斷矩陣,然后可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)矩陣中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算,表2—5所示為計(jì)算結(jié)果,均符合方法要求。
圖5 偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)層次分析模型
表1 判斷矩陣標(biāo)度
Tab.1 Judgment matrix scale
表2 目標(biāo)層判斷矩陣計(jì)算結(jié)果
Tab.2 Calculation results of target layer judgment matrix
表31層判斷矩陣計(jì)算結(jié)果
Tab.3 B1 layer judgment matrix calculation results
表42層判斷矩陣計(jì)算結(jié)果
Tab.4 B2 layer judgment matrix calculation results
表53層判斷矩陣計(jì)算結(jié)果
Tab.5 B3 layer judgment matrix calculation results
2)根據(jù)各項(xiàng)準(zhǔn)則層的方案指標(biāo)權(quán)重值大小進(jìn)行最終排序,為進(jìn)一步偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)創(chuàng)新與優(yōu)化提供有效的參考,見(jiàn)表6。
表6 各指標(biāo)權(quán)重排序
Tab.6 Weight order of indexes
在SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型中,概念設(shè)計(jì)的展開(kāi)主要為創(chuàng)意階段、開(kāi)發(fā)階段和執(zhí)行階段,主要目的在于構(gòu)建并選擇設(shè)計(jì)概念,以及開(kāi)展產(chǎn)品細(xì)節(jié)和服務(wù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。結(jié)合上述指標(biāo)權(quán)重指數(shù)和排序情況,偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)的可靠性、易用性尤為重要,將輕量化結(jié)構(gòu)、對(duì)稱結(jié)構(gòu)、功能引導(dǎo)、柔性結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)實(shí)踐的主要參考指標(biāo),以此完成偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案,見(jiàn)圖6。
該主機(jī)的中空設(shè)計(jì)減輕了整體機(jī)身重量,并采用工藝性能較好的高強(qiáng)度碳纖維材料,達(dá)到質(zhì)地輕且牢固的輕量化需求。同時(shí),為增強(qiáng)偵測(cè)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性,主要機(jī)體采用對(duì)稱結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定的矩形結(jié)構(gòu)是機(jī)器可靠運(yùn)行的基礎(chǔ),機(jī)翼為柔性變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),起落架也以四足扁平的形式設(shè)計(jì)提高落地穩(wěn)定性,為安全作業(yè)提供了基本保障。機(jī)翼螺旋槳及連接件可自主拆卸折疊,明亮黃色引導(dǎo)用戶使用這部分功能,在具有科技感的黑、灰深色為主色基礎(chǔ)上,也增強(qiáng)偵測(cè)無(wú)人機(jī)功能區(qū)的辨識(shí)度。此外,為進(jìn)一步滿足用戶意象,設(shè)計(jì)也提供了三種基本的主體配色方案,見(jiàn)圖7。
圖6 偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方案
圖7 偵測(cè)無(wú)人機(jī)主體配色方案
SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型階段性的成果需要完成相關(guān)設(shè)計(jì)測(cè)試與評(píng)價(jià),因此,偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)展開(kāi)后,在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行初步的專業(yè)用戶感性意向評(píng)價(jià)。從早期設(shè)計(jì)調(diào)研的30名用戶作為被測(cè)試對(duì)象,主要針對(duì)上述造型設(shè)計(jì)方案指標(biāo)即“輕量化結(jié)構(gòu)”“對(duì)稱結(jié)構(gòu)”“功能引導(dǎo)”“柔性結(jié)構(gòu)”進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖8。軸表示設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo),軸表示分值,高等級(jí)與用戶評(píng)價(jià)成正相關(guān),評(píng)分等級(jí)越高用戶滿意度越高。
圖8 評(píng)價(jià)結(jié)果
將SGS模型與傳統(tǒng)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)整合,形成SGS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型,實(shí)現(xiàn)多維視角跨學(xué)科領(lǐng)域整合,此方法在一定程度上彌補(bǔ)了偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)方法的單一性,提供了更為客觀的用戶感性意向量化分析手段?;赟GS產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型,在開(kāi)發(fā)流程的準(zhǔn)備階段以及設(shè)計(jì)概念展開(kāi)階段,運(yùn)用AHP層次分析法可快速有效量化用戶需求和方案指標(biāo),為設(shè)計(jì)提供決策依據(jù),提高了偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)的可靠性和科學(xué)性,并通過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)為下一個(gè)階段細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工作的開(kāi)展構(gòu)建了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。其創(chuàng)新方法模型不僅為偵測(cè)無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確清晰、系統(tǒng)完善的設(shè)計(jì)決策和評(píng)價(jià),也為同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新思路。
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Modeling Design of Detection UAV Based on SGS Model and AHP
YIN Xiang-ying, CHANG Yu, LIU Bao-shun
(Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)
This paper aims to further expand the product design path, meet the needs of UAV users, and improve the detection UAV modeling design method.This paperintegrates Stage-Gate System (SGS) model in management into the product system development and design model; investigates user needs, combines tomographic analysis (AHP) to construct a judgment matrix, calculates the weight and ranking of various design indicators, promote design decisions, and completes detection UAV modeling design plan; the 7-point scale method is used to evaluate the preliminary plan design to verify the scientific nature of the design model and process. In conclusion, taking the detection of UAV modeling design as an example, through the construction of SGS product system development model, the proper use of AHP analysis method for the design scheme index decision, for detection of UAV modeling design to expand the design path, this paper provides a brand-new idea for the design of related products.
product design; Stage-Gate System (SGS); Analytic Hierarchy Process (AHP); handrail design; conceptual design
TB472
A
1001-3563(2022)14-0045-06
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.14.005
2022–02–10
天津市企業(yè)科技特派員項(xiàng)目(20YDTPJC00360);哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題(TJSR20-010);教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目(202102150009)
尹項(xiàng)迎(1991—),女,碩士,講師,主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)。
常瑜(1986—),男,碩士,副教授,主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
責(zé)任編輯:陳作