李衍豪 楊雪 祝賀 楊光輝

拖拉機(jī)駕駛室是駕駛員進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的主要場(chǎng)所，駕駛室內(nèi)的人機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)駕駛員的工作有著至關(guān)重要的影響。本文主要探討在拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中，提出一種基于感性工學(xué)（Kansei Engineering，KE）和層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）相結(jié)合的人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型，以更好地評(píng)價(jià)符合需求的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)。

一、拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型的建立

感性工學(xué)的核心是通過(guò)對(duì)人的內(nèi)在認(rèn)知情感分析，將模糊的感性需求和情感意向通過(guò)數(shù)據(jù)地表達(dá)出來(lái)。

層次分析法多應(yīng)用于多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)定性與定量相結(jié)合分析，將復(fù)雜的評(píng)價(jià)的目標(biāo)分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，通過(guò)每一層權(quán)重值的計(jì)算，得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。兩種方法相結(jié)合能夠使拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)的綜合評(píng)價(jià)更具科學(xué)性、合理性。

根據(jù)調(diào)研分析，拖拉機(jī)駕駛室的人機(jī)界面可以歸納為操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)3 個(gè)典型的人機(jī)系統(tǒng)。

二、拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)意象評(píng)價(jià)

（一）篩選代表性樣本

收集能夠體現(xiàn)駕駛室人機(jī)界面設(shè)計(jì)的圖片，刪去其中相近的樣本，最終得到典型的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)樣本12 個(gè)。

（二）拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面意象詞匯的獲取

針對(duì)操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)3 個(gè)人機(jī)界面，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷、交流訪談、網(wǎng)上搜索等方式，最終得到12 組拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面意象詞匯，分別是：熟知的—陌生的；多元的—單一的；整體的—分散的；有序的—混亂的；舒適的—難受的；寬大的—窄小的；美觀的—丑陋的；豪華的—廉價(jià)的；智能的—呆板的；清晰的—模糊的；明亮的—暗淡的；突出的—低調(diào)的。由此構(gòu)建語(yǔ)義特征集。

（三）拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面意象評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

將得到的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)界面意象詞匯與拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)樣本相結(jié)合進(jìn)行打分。評(píng)價(jià)分值1～5，分值越低越代表非常不符合，分值越高越代表非常符合，形成人機(jī)界面語(yǔ)義調(diào)查問(wèn)卷。最終得到有效調(diào)查問(wèn)卷共134 份。將數(shù)值統(tǒng)計(jì)到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析軟件中，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

分析的數(shù)據(jù)需要通過(guò)KMO 和Bartlett 檢驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，KMO 值為0.532，大于0.5，證明變量之間存在相關(guān)性；Bartlett 值接近于0，符合條件，通過(guò)檢驗(yàn)。

運(yùn)用主成分分析進(jìn)行因子降維處理后，得到12組人機(jī)界面意象詞匯成分矩陣和具體主成分?jǐn)?shù)目。在成分矩陣中，要選擇滿足特征值大于1、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于80%這2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的變量。同時(shí)成分系數(shù)值越高，對(duì)該變量的解釋能力越強(qiáng)。經(jīng)數(shù)據(jù)分析后按數(shù)值大小排序，成分1 中，整體的－分散的、有序的－混亂的、多元的－單一的，三個(gè)變量的系數(shù)較高；成分2 中，舒適的－難受的、豪華的－廉價(jià)的、寬大的－窄小的，三個(gè)變量的系數(shù)較高；成分3 中，清晰的－模糊的、明亮的－暗淡的、突出的－低調(diào)的，三個(gè)變量的系數(shù)較高。因此，我們確定這3 組9 個(gè)變量分別代表3 組人機(jī)界面。

根據(jù)層次分析法，構(gòu)建以拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)為目標(biāo)層，以拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)中的操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)為準(zhǔn)則層，以篩選出的人機(jī)界面意象詞匯作為指標(biāo)層，如圖1 所示：

圖1 拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（四）評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重是對(duì)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。邀請(qǐng)工業(yè)設(shè)計(jì)和農(nóng)業(yè)機(jī)械老師共19名，采取九級(jí)標(biāo)度法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣，再通過(guò)方根法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。最終得到，B1-B3權(quán)重分別為0.63、0.26、0.11，C1-C3權(quán)重分 別 為0.26、0.64、0.10，C4-C6權(quán) 重 分 別 為0.67、0.09、0.24，C7-C9權(quán)重分別為0.26、0.10、0.64。

為保證專家評(píng)價(jià)小組在評(píng)價(jià)過(guò)程中的準(zhǔn)確性和邏輯性，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)目標(biāo)層和準(zhǔn)則層進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，各指標(biāo)一致性比率CR≤0.1，說(shuō)明評(píng)價(jià)矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠。

（五）模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)樣本，樣本如圖2 所示。結(jié)合各項(xiàng)具體指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

圖2 拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)樣本

確定5 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別為很好、好、較好、不好和差。對(duì)5 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)根據(jù)5 級(jí)評(píng)價(jià)賦值標(biāo)準(zhǔn)，賦值向量β=（90 80 70 60 50）T，很好為90，好為80，比較好為70，不好為60，差為50。

通過(guò)各層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重向量。各層級(jí)的權(quán)重向量分別為：

專家評(píng)價(jià)小組對(duì)子準(zhǔn)則層中的各個(gè)指標(biāo)按照評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)指標(biāo)收到的評(píng)價(jià)次數(shù)。根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，可計(jì)算出準(zhǔn)則層對(duì)子準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)權(quán)重向量Pi，即：Pi=WBi×Ri。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，建立二級(jí)評(píng)價(jià)矩陣P，并將得到的二級(jí)矩陣轉(zhuǎn)制為百分制。從而直觀地評(píng)判出不同拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣差異。

邀請(qǐng)13 名農(nóng)機(jī)企業(yè)專家對(duì)3 款不同的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。以方案一為例，R1表示操縱系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)B1層級(jí)下的各項(xiàng)具體指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，R2表示座椅系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)B2層級(jí)下的各項(xiàng)具體指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，R3表示顯示系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)B3層級(jí)下的各項(xiàng)具體指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，具體結(jié)果計(jì)算如下。

構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣后，計(jì)算評(píng)價(jià)權(quán)重向量Pi，計(jì)算結(jié)果如下。

將評(píng)價(jià)權(quán)重向量Pi構(gòu)建為二級(jí)評(píng)價(jià)矩陣P，即：

根據(jù)二級(jí)評(píng)價(jià)矩陣，將方案一的評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)制為百分制數(shù)值。

綜合評(píng)價(jià)權(quán)重向量W為：WA×P

方案一的百分制得分為：

W×β=（0.296 0.429 0.178 0.085 0.013）×（90 80 70 60 50）T=79.11

依照此方法得到方案二的百分制得分：

W×β=（0.286 0.437 0.180 0.090 0.006）×（90 80 70 60 50）T=79.06

方案三的百分制得分：

W×β=（0.386 0.392 0.193 0.020 0.006）×（90 80 70 60 50）T=81.26

根據(jù)最終得分可知方案三＞方案一＞方案二，由此可知方案三為最佳拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)方案。

三、結(jié)論

將感性工學(xué)與層次分析法相結(jié)合，能夠?qū)⒂脩舻男睦矸磻?yīng)映射到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。針對(duì)國(guó)內(nèi)目前缺少對(duì)拖拉機(jī)駕駛室總體人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系，創(chuàng)新性的構(gòu)建基于感性工學(xué)和層次分析法的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型，將模糊的拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)語(yǔ)言通過(guò)數(shù)據(jù)明晰地表達(dá)出來(lái)，為今后拖拉機(jī)駕駛室人機(jī)設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)作用。