文俊中，石元伍，朱瑋辰

基于AHP/QFD/FBS模型的果園管理機創(chuàng)新設計研究

文俊中1，石元伍2*，朱瑋辰3

（1.湖北工業(yè)大學，武漢 430068；2.武漢紡織大學，武漢 430200；3.北京理工大學，北京 100081）

改善本土農機裝備現行設計流程在方案創(chuàng)新中的不足，實現果園管理機要素的優(yōu)化和設計的創(chuàng)新。面向農業(yè)4.0場景應用，引入工業(yè)設計創(chuàng)新思維到農機裝備設計，構建層次分析法（AHP）、質量功能展開（QFD）和FBS（Function-Behavior-Structure）模型相結合的創(chuàng)新設計流程。首先，通過AHP和QFD的分析過程，將用戶需求轉化為關鍵產品特性。然后，結合相關特性指標，優(yōu)化、更新、重組產品功能的內在屬性，逐步建立概念性功能系統(tǒng)。最后，通過FBS模型的“功能-行為-結構”映射，求解功能實現的結構載體，以滿足產品功能創(chuàng)新和結構要素為設計條件。最終完成果園管理機創(chuàng)新設計。集成AHP/QFD/FBS的創(chuàng)新設計流程包含完整的需求分析、特性發(fā)掘、功能創(chuàng)新和結構求解過程。通過設計實踐，果園管理機在用戶體驗、功能配置、適應性和智能化方面得到了提升。該流程在農機裝備方案創(chuàng)新中呈現出的有效性，能夠為農業(yè)4.0中相關產品設計提供新思路和參考。

農業(yè)4.0；果園管理機；創(chuàng)新設計；功能創(chuàng)新；FBS模型

果園管理涵蓋多種作業(yè)內容，傳統(tǒng)的人力勞動效率較低、運營成本過高，在生產管理方面難以適應現代果園生產的高效要求[1]。特別是在丘陵地區(qū)，由于地形地貌、人口素質和經濟發(fā)展水平等因素的限制，表現更為明顯。近年來，隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整和土地流轉，標準化生產用地建設為發(fā)展農業(yè)4.0創(chuàng)造了有利條件。2021年中央一號文件明確“支持高端高智能、丘陵山區(qū)農機裝備研發(fā)制造”。同年11月，國務院印發(fā)了《“十四五”推進農業(yè)農村現代化規(guī)劃》，提到加強智能化、復合型農業(yè)機械的研發(fā)應用[2]。因此，除了規(guī)劃建設標準化農業(yè)生產用地，開發(fā)與農業(yè)4.0生產場景下的用戶群體、生產環(huán)境、農藝技術等因素相適應的果園管理裝備成為了現代果園農業(yè)發(fā)展中的現實需要。先進技術支持和生產環(huán)境的變化所帶來的新的設計內容，在現行的設計活動中缺乏靈活性，固化的設計創(chuàng)新模式導致產品存在著同質化嚴重、創(chuàng)新性低的問題。研究如何從農業(yè)4.0場景中探尋農機裝備發(fā)展趨勢和設計創(chuàng)新路徑，以確定技術應用方向，對企業(yè)不斷提升產品的核心競爭力具有重要的指導意義。

1 農業(yè)4.0視角下的農機裝備設計趨勢

農業(yè)4.0是當前農業(yè)發(fā)展的最新階段[3]。它以農業(yè)現代化為基礎，涉及農業(yè)生產的各個方面。在物聯(lián)網、遙感、農情監(jiān)測、人工智能、數據分析等集成性智能技術和先進農機裝備應用上具有優(yōu)勢，極大地提高了農業(yè)生產效率和科學管理水平，為農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和現代化提供了有力的支持。

農機裝備是農業(yè)4.0的重要組成部分。2022年5月，在國家工信部發(fā)布的首個智能農機技術線路圖中，面向農業(yè)4.0場景應用，提出“智能農機在靈巧整機架構、通用數字底盤、新型動力系統(tǒng)、融合感知和信息采集系統(tǒng)、一體化作業(yè)機具、新型能源系統(tǒng)等九大前沿和關鍵技術進行研究，逐漸形成無人化產品的最終形態(tài)”。農業(yè)4.0視角下的農機裝備設計趨勢以解決農業(yè)現代化所面臨的關鍵問題為導向，面向智能技術應用創(chuàng)新，合理兼顧用戶需求、技術進步和功能優(yōu)化等，是創(chuàng)造未來智慧農業(yè)形態(tài)的物質基礎[3]。在農業(yè)4.0發(fā)展背景下，農機裝備應當注重智能化、自動化和精細化的設計方向，關注需求變化，探索、完善、改進現行設計創(chuàng)新路徑，利用機器人技術和人工智能等新技術的參與，提高產品質量和創(chuàng)新性，以適應農業(yè)4.0時代的發(fā)展要求。

2 設計流程分析與構建

2.1 農機裝備現行設計流程分析

我國本土化農機裝備的發(fā)展是一個復雜的過程。在此過程中，通過引進國外先進技術和產品推動了我國農機裝備設計和制造的發(fā)展。國內農機企業(yè)通常采取逆向工程的設計思路[4]，即通過反向分析已有產品的功能、結構、原理、參數等要素，進行優(yōu)化設計、改進和創(chuàng)新，其流程主要包括明確設計對象、現有方案綜述、問題發(fā)現、改進設計、改進方案分析、樣機測試、實驗分析等幾個步驟。逆向工程是一種有效的設計手段，可以幫助企業(yè)快速開發(fā)產品，以降低開發(fā)成本和風險。然而，逆向工程設計過于依賴現有產品，缺乏考慮整機系統(tǒng)的設計創(chuàng)新思路。如果原有產品的要素存在不足或受到限制，新產品也可能具有類似的問題。農機企業(yè)在技術引進時往往優(yōu)先關注技術本身的先進性，而忽略了技術在本土實踐場景中的適應性。此外，設計過程中缺乏深入的需求分析，導致產品要素與需求脫節(jié)，影響用戶體驗和實際效用。

設計過程包含概念設計和構型設計兩方面。目前，我國農機裝備設計主要集中在構型設計階段，缺乏概念設計創(chuàng)新手段[4]。概念方案的產生強調創(chuàng)新理念和技術應用，注重產品設計的前沿性和先進性。農機設計領域的復雜性要求設計師需要綜合考慮新需求、新技術、新理念等多個方面。因此，設計中應當積極引入創(chuàng)新思維和方法，突破傳統(tǒng)設計模式的束縛，促進跨學科、跨領域的合作與整合創(chuàng)新，以便更好地應對農業(yè)4.0時代的農機發(fā)展和農產實踐要求。

2.2 工業(yè)設計創(chuàng)新思維在農機設計中的應用

工業(yè)設計是科學與美學共生下的創(chuàng)新生產力[5]。以創(chuàng)新為目標，將方法、技術、工具、理論和流程整合起來，開展綜合性、跨學科、系統(tǒng)化的設計活動。工業(yè)設計創(chuàng)新思維強調需求導向，通過綜合考慮多種要素和技術，對產品系統(tǒng)進行合理規(guī)劃與改進，從而創(chuàng)造出更具競爭力和創(chuàng)新性的產品方案。國內一些農機企業(yè)和科研院所通過引入工業(yè)設計創(chuàng)新思維深入參與農機裝備設計，探索出了有效的創(chuàng)新路徑。例如，中聯(lián)農機通過聚焦未來產品數字化、智能化、綠色化發(fā)展需求，驅動自主創(chuàng)新，加速工業(yè)設計美學、原型創(chuàng)新、產品設計策略的變革，系列農機產品在市場中形成了差異化的競爭優(yōu)勢。湖南大學跨學科智能農機團隊通過工業(yè)設計、機械、電控等多學科的交叉合作，瞄準智慧農業(yè)中的農機市場需求變化，研發(fā)出了全國首款純電動智能駕駛拖拉機，實現了傳統(tǒng)產品的迭代和創(chuàng)新。

2.3 基于AHP/QFD/FBS的創(chuàng)新設計流程構建

設計方法是用于指導設計實踐的規(guī)范性程序、技術和工具[6]。近年來，基于FBS模型層級映射的創(chuàng)新方法逐漸發(fā)展為集成其他模型或理論的混合式方法模型，并在工業(yè)設計領域得到了應用。其中，集成用戶需求相關方法的占比較重。李翠玉等[7]通過集成AHP和FBS模型指導了親子互動平衡車在功能和結構上的創(chuàng)新，提升了需求的精準度及產品設計效率。周紅宇等[8]將AHP、FAST，以及FBS相結合，提升了遙控式抹光機設計的合理性、易用性和美觀度。陳國強等[9]集成QFD/FBS并對可移動電力監(jiān)測設備進行設計，實現了產品各項要素的合理配置。許艷秋等[10]運用QFD和FBS模型參與坐便器的設計研究，提升了產品的多適性。通過以上文獻可知，AHP可量化用戶需求調研結果，得出重要度信息。QFD可建立用戶需求與產品特性間的相關關系，為后期創(chuàng)新設計提供客觀依據。FBS模型有助于將產品特性進一步細分為具體的功能要求，幫助設計師全面理解產品功能的互動關系，優(yōu)化功能實現的結構組合，提高產品的整體性能和效用。AHP、QFD和FBS模型結合，可以建立一個系統(tǒng)性的設計流程，見圖1。該流程將各個環(huán)節(jié)和要素綜合考慮，促進設計過程中不同環(huán)節(jié)之間的緊密協(xié)作和信息傳遞，確保設計的全面性和一致性，有效避免單一因素導致的設計缺陷或局限，從而提高創(chuàng)新方案的質量和可行性。該流程在特性發(fā)掘和原型創(chuàng)新等方面具有優(yōu)勢，能夠更好地整合數字化技術和智能化系統(tǒng)，以推動農機裝備設計與現代農業(yè)生產的緊密結合。

圖1 農機裝備創(chuàng)新設計流程

3 果園管理機設計實例

3.1 研究現狀及現有產品分析

果園管理機是一種現代農業(yè)機械裝備，以牽引機械為核心，通過搭配各類機具以幫助果農完成果樹灌溉、施肥、噴藥等不同的管理任務[11]。產品通常由多個模塊組成，可根據果園的不同管理需求，選擇相應的模塊進行組合以實現聯(lián)合作業(yè)。市場現有產品在整體外形、輪式結構、操控區(qū)域等構件上較為相似，見表1。功能和性能方面，有關學者為提升果園管理機的機械效用，分別對產品功能、結構和智能化等內容進行了相關研究與改進。例如，張亞等[12]針對果園管理機功能單一、集成化和智能化水平較低的問題，根據果園特點和作業(yè)要求，設計了一種智能型果園管理機，通過多功能機械實現了多種農藝環(huán)節(jié)的高效作業(yè)。林悅香等[13]根據果園農藝要求設計了一種快速替換裝置，提高了果園管理機功能替換的便捷性，保障了機械作業(yè)的可操作性、可靠性。劉東琴等[14]通過結構優(yōu)化設計，實現了整機的輕量化和小型化，解決了現有產品在喬化果園作業(yè)時通過性差和操作不便的問題。現有的果園管理機相關研究重點聚焦于技術流程和實踐類型等方面，產品的研究和應用還處于起步階段。企業(yè)以技術類比和經驗主導產品設計，導致產品存在著同質化嚴重、創(chuàng)新性低的問題。

3.2 基于AHP的用戶需求分析

AHP法，是美國運籌學家Staaty于1970年提出的一種對事物進行多目標問題決策分析的方法[8]。為了解現代果園農業(yè)生產模式，從中探索智能技術新的應用熱點及現實需求。通過對贛南地區(qū)標準化臍橙種植基地的12名果園經營者、62名一線農戶、14名一線農業(yè)技術專家，以及有關方面的機械工程師和工業(yè)設計師進行調研，最終在產品功能、結構、外觀和適應性方面確定了17項具體需求。按照AHP先分解后綜合的基本思路，首先將用戶需求按從屬關系構建層級結構。頂層為目標層，即果園管理機用戶需求（）；中間層為準則層，包含功能需求（1）、適應性需求（2）、結構需求（3）、外觀需求（4）四項；底層為指標層，1～17分別對應上一層級的細分要素，見圖2。

表1 產品案例

Tab.1 Product cases

圖2 果園管理機用戶需求層級結構模型

歸一化后得出用戶需求權重向量W=(0.555 5, 0.271 6, 0.124 7, 0.048 2)。為保證權重結果的有效性及合理性，引入比值R對判斷矩陣一致性進行檢驗，見式（2）。

表2 標度的含義

Tab.2 Meaning of scale

表3I取值表

Tab.3 RI value

表4 準則層判斷矩陣及權重

Tab.4 Criteria level judgment matrix and weight

表51指標層判斷矩陣及權重

Tab.5 B1 index level judgment matrix and weight

表62指標層判斷矩陣及權重

Tab.6 B2 index level judgment matrix and weight

表73準則層判斷矩陣及權重

Tab.7 B3 index level judgment matrix and weight

表84準則層判斷矩陣及權重

Tab.8 B4 index level judgment matrix and weight

將準則層中各要素的權重值與其所屬的指標層要素的權重值相乘，可以計算出各項需求要素的綜合權重，并得出綜合權重序列，以指導后續(xù)分析和方案創(chuàng)新，見表9。

表9 用戶需求綜合權重及排序

Tab.9 Comprehensive weight and ranking of user demand

3.3 產品特性分析與規(guī)劃

3.3.1 總特性規(guī)劃

通過咨詢專家建議、查閱相關技術資料，分級規(guī)劃形成果園管理機總特性列表，見表10。列表分為五項一級特性，分別是：基礎作業(yè)功能、智能程序與系統(tǒng)、行駛運動、整體外觀設計、操作控制。這些特性涵蓋了果園管理機整機架構內的底盤驅動模塊、車身車架模塊、整機功能模塊和農機控制系統(tǒng)。其中，基礎作業(yè)功能包含可滿足果園農業(yè)生產環(huán)節(jié)中基本農藝作業(yè)需要的功能特性，例如藥物投入、水肥管理和果實采收等；智能程序與系統(tǒng)則主要體現在病蟲害識別和成熟度判斷等方面；行駛運動是底盤模塊特性的主要內容，包含自動導航行駛、底盤通過性和行駛穩(wěn)定性等五項；整體外觀設計包括產品尺寸、造型和色彩等要素；操作控制則包括遠程調度、工具自動切換、緊急停止、機具懸掛和照明控制。

表10 用戶需求綜合權重及排序

Tab.10 Comprehensive weight and ranking of user demand

3.3.2 質量屋構建

3.3.3 關鍵產品特性確定

由上述產品特性重要度排序結果可看出：水肥管理、藥物投入、冠層管理、果實采收可作為基礎作業(yè)功能中的關鍵特性。病蟲害識別、成熟度判斷、多設備互聯(lián)、智慧后臺、環(huán)境信息監(jiān)測可作為智能程序與系統(tǒng)中的關鍵特性。行駛運動中，應著重考慮自動導航行駛、電力驅動兩項特性，合理規(guī)劃其在整機系統(tǒng)中的參與內容和實現方式，同時底盤的通過性和農機的行駛穩(wěn)定性也應適當保障。整體外觀設計中，要重點考慮產品尺寸的合理性。產品造型應適當結合智能產品造型特征進行調整，以增強造型科技感。工具自動替換、遠程調度是操作控制中的設計重點。

圖3 用戶需求–產品特性質量屋

3.4 功能創(chuàng)新

3.4.1 概念性功能系統(tǒng)構建

功能是對技術系統(tǒng)或產品工作能力的抽象描述，是農機裝備設計人員處理的關鍵對象。功能創(chuàng)新是對產品功能內部屬性的優(yōu)化、更新、重組，是產品前端創(chuàng)新的有效途徑[15-16]。為適應復雜的果園農業(yè)作業(yè)內容和作業(yè)環(huán)境，果園管理機需要具備多個功能單元，同時合理設計各個功能單元的工作流程，得出功能創(chuàng)新理想方案，從而提升機器效用及工作能力。通過融合關鍵特性要素，優(yōu)化、更新、重組果園管理機功能的內在屬性，以此形成山地行駛等二十三項子功能單元，并按主從關系整理為分級特征，見圖4。

3.4.2 末端作業(yè)功能系統(tǒng)工作流程

融合智能化相關特性，末端作業(yè)功能系統(tǒng)形成了新的運行方式。為清晰規(guī)劃該組功能在病蟲害管理、果實采收、花果管理、土壤管理農藝環(huán)節(jié)中的工作流程，分別在準備、開始、進行、結束四個階段，對子功能單元的運行方式及參與流程進行描述，見表11。

3.5 結構求解

Qian和Gero最早提出了FBS模型[17]。通過FBS的映射過程可以實現產品功能有層次的展開，推理得出功能實現的行為因子，借助行為推理求解得到產品的概念性結構，直到實現產品的完整設計過程。將概念性功能系統(tǒng)：自動駕駛、智能操控、數據采集、信息警示、末端作業(yè)作為FBS映射的功能（F）層。提取子功能單元預設工作流程并采集相關產品中類似功能的實現方式作為行為（B）因子，執(zhí)行映射求解產品結構（S）。

圖4 果園管理機功能分級

表11 末端作業(yè)功能系統(tǒng)工作流程

Tab.11 End-of-line operation function system workflow

3.5.1 功能-行為映射

農機裝備自動駕駛由多種因素發(fā)揮協(xié)同效應，其中主要包括：行駛移動、定位導航、遠程操控、視覺感知和數據監(jiān)測五項內容[18]，由此作為果園管理機自動駕駛功能系統(tǒng)的行為因子。智能操控功能系統(tǒng)包括：人機交互、遠程操控和照明控制三個方面，可為果園管理機的協(xié)同作業(yè)提供支持。數據采集功能系統(tǒng)可以有效感知和監(jiān)測目標物與果園環(huán)境，所采集的數據信息可服務于后期決策制定。信息警示功能系統(tǒng)則主要提供生產預警和運行告警兩類信息，能夠幫助用戶快速掌握果園管理過程中的威脅因素和緊急情況。末端作業(yè)功能結合智能控制系統(tǒng)和機器學習算法，可以實現末端作業(yè)姿態(tài)自適應調整和機具自動切換，主要執(zhí)行修剪、摘取、灌溉等作業(yè)內容。

3.5.2 行為-結構映射

以用戶需求和關鍵特性要素指導結構推理與選型。行駛移動可映射為電動底盤和三角履帶輪，電動底盤采用電力驅動系統(tǒng)，結構上更加緊湊且靈活性、機動性較高。電動底盤與清潔能源和綠色技術相結合，有利于促進果園管理向可持續(xù)的方向發(fā)展。針對果園不同的地形環(huán)境，采用三角履帶輪可提供穩(wěn)定的牽引和移動性能，使之能夠有效應對不同的地面情況，其相對較大的接地面積，分散了重量，能夠減少對土壤的壓實和破壞。北斗/GNSS導航設備可幫助果園管理機確定自身的位置，并根據預設的導航路徑或指令進行準確導航和移動。人機交互包括產品硬交互和軟交互兩種形式，其中硬交互可映射為產品外殼、工具箱和電源控制面板等物理組件，提供了直接的、實體的交互方式。而軟交互則通過可視化交互界面實現，用戶借助屏幕和圖形界面可與果園管理機進行遠程互動，執(zhí)行相關操作指令。運行告警采用燈光和發(fā)聲裝置傳達警示信息，提醒用戶注意機器的運行狀態(tài)和可能存在的問題，以確保操作的安全性和及時性。視覺感知方面，采用視覺攝像頭、毫米波雷達，通過結合計算機視覺算法等手段，以幫助果園管理機有效感知各類視覺信息（例如障礙物識別、果樹生長情況等），從而輔助機器的導航和作業(yè)決策。數據監(jiān)測則借助多種智能傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、CO2傳感器、土壤水分傳感器等，實現對果園環(huán)境和作物狀態(tài)的監(jiān)測。多模態(tài)數據監(jiān)測可以提供全面和準確的果園數據，為決策和管理提供依據。采用多軸機械臂附帶各類末端器具、平臺模組和精量化控制設備，設計成一體式作業(yè)模塊，實現靈活、精準的末端農藝作業(yè)。通過懸掛傳動機構和相關動力機具的裝配，果園管理機可以進行土壤耕作、施肥等作業(yè)，以提高土壤質量和果樹生長條件。果園管理機FBS映射求解過程，見圖5。

3.6 裝配方案設計

將FBS模型映射得出的結構要素進行模塊組合，并利用三維建模軟件完成方案建模。抓取機械手、修剪機械手、高壓霧化噴頭安裝在工具箱上部，與多軸機械臂組成果園管理機樹體作業(yè)模塊。將三角履帶輪、視覺攝像機、毫米波雷達、北斗/GNSS導航設備，以及多顆不同類型的智能傳感器集成為電動底盤模塊。懸掛傳動機構連接于底盤尾部，便于安裝、拆卸和牽引動力機具。燈光模塊布置在底盤前方和后方以滿足環(huán)境照明和燈光告警需要。水藥配制裝置布置于產品上部，方便用戶查看配比信息和加注水藥。裝載平臺位于車身前部，可按容器需要延展15%的裝載空間，發(fā)聲裝置布置于裝載平臺后端。具體裝配方案，見圖6。

圖5 果園管理機FBS映射求解過程

圖6 果園管理機結構裝配圖

3.7 智能化設計

果園管理機通過采集果園相關數據信息，并輸入綜合決策系統(tǒng)中進行分析，依據綜合決策結果，可生成最優(yōu)的場景化應用方案。然后，根據預設的參數和程序，自動控制設備的運行，實現聯(lián)動和協(xié)同作業(yè)。具體交互邏輯，見圖7。例如，通過對果園進行巡視、拍照和數據監(jiān)測等工作，獲取圖像和相關數據。隨后利用圖像識別和大數據分析技術，預測果樹生長狀況的變化趨勢，并及時發(fā)現果樹生長狀態(tài)的不良情況。當果園管理機發(fā)現相關風險時，將會通過交互界面發(fā)出提示。果農可根據后臺綜合決策建議，進一步采取修剪、灌溉、施肥等相應的管理措施。此外，在采摘作業(yè)過程中，利用深度學習和機器視覺等技術，果園管理機可對果實的品質、成熟度等進行智能判別和分級，以此保障果實出品質量，提高果實經濟價值。

3.8 適應性設計

果園管理作業(yè)具有多樣性和復雜性特點，適應性是果園管理機實現場景化應用的關鍵。為適應果園管理中的多種農藝要求，機械臂與工具區(qū)域的模塊化設計增強了末端作業(yè)系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，機械臂靈活的姿態(tài)變換和自動化的工具切換方式，提高了果園管理機應對不同農藝作業(yè)場景變化的適應性。同時，針對多樣的場景應用需求，交互界面提供了遙控模式和自動模式兩種模式選擇，以滿足不同的管理作業(yè)需要?？梢暬慕换ソ缑嬖O計，提高了果園管理機的可操作性和易用性，降低了人工管理的工作強度，見圖8。考慮果園管理機主要在丘陵山區(qū)應用，整機規(guī)劃為小型尺寸。產品主體最長為2 200 mm，最寬為1 250 mm。采用四輪三角履帶輪，在提升轉彎、通行和爬坡性能的同時，也提高了多地形環(huán)境的適應能力。

圖7 智能化交互邏輯

圖8 可視化交互界面

3.9 視覺形象設計

市場現有果園管理機整體外形類似于小型農用拖拉機，由方形或簡單曲面構成。多采用鈑金結構，其車身長度和寬度根據生產廠家和型號不同而有所差異，產品案例見表1。與現有產品相比，本方案中動力系統(tǒng)的變化減少了產品結構部件數量，為外觀形象創(chuàng)新設計留出了空間。機身外殼和結構部件是產品造型的載體。在外觀設計中，簡潔、炫酷、未來、智能的視覺感受可表達出產品造型的科技感[19]。為使整體造型呈現出科技感，通過多向表達形式對產品造型加以塑造。采用弧線和圓角過渡，減少非結構造型元素，體現簡潔的造型特征。對部分曲面進行分割，塑造機身層次變化，并通過線條陣列和燈光設計，增添產品炫酷、未來的視覺感受。色彩上采用金屬漆進行涂裝，淺銀灰色作為產品主色分布在機身上部，深灰色分布在機身下部，增強穩(wěn)重感。果園管理機外觀設計方案，見圖9。

圖9 果園管理機外觀設計

4 結語

農業(yè)4.0體現了以技術為驅動、環(huán)保為重點、人本為導向的現代農業(yè)發(fā)展理念。本研究基于農業(yè)4.0的智能化、自動化和精細化要求，采用集成AHP/ QFD/FBS的設計創(chuàng)新流程，設計了一種能夠滿足農業(yè)4.0場景化應用需要的果園管理機創(chuàng)新方案。該方案充分考慮了用戶需求和現代技術進步，具有創(chuàng)新性、適應性和可行性。通過以功能創(chuàng)新為條件，執(zhí)行FBS有效映射的結構求解過程，為形成靈活、智慧、多樣的整合性創(chuàng)新方案提供了優(yōu)勢要素。該設計流程為農業(yè)4.0場景中的其他農機裝備設計提供了借鑒和參考，為農業(yè)裝備產業(yè)的轉型升級提供了新的創(chuàng)新方式。但本研究還存在一定的局限性，需要進一步通過機械工程技術研究和普惠性服務模式推動設計的實現。

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Innovative Design of Orchard Management Machine Based on AHP/QFD/FBS Model

WEN Junzhong1, SHI Yuanwu2*, ZHU Weichen3

(1.Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China; 2.Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China; 3.Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

The work aims to improve the deficiencies in the current design process of local agricultural machinery equipment in terms of innovative solutions, so as to achieve the optimization and innovative design of orchard management machine. In the context of agriculture 4.0, industrial design innovation thinking was introduced to the agricultural machinery equipment design, and an innovative design process was constructed by combining the AHP (Analytic Hierarchy Process), QFD (Quality Function Deployment), and FBS (Function-Behavior-Structure) model. Firstly, through the analysis process of AHP and QFD, the user demand information was transformed into key product features. Then, with the relevant feature indicators, the internal attributes of the product functions were optimized, updated, and reorganized to gradually establish a conceptual functional system. Finally, through the "Function-Behavior-Structure" mapping of the FBS model, the structural carrier of the function implementation was solved to meet the design conditions of product function innovation and structural elements, thus ultimately completing the innovative design of the orchard management machine. The innovative design process integrated with AHP/QFD/FBS includes a complete process of demand analysis, feature exploration, function innovation, and structural solution. Through design practice, the orchard management machine was improved in terms of user experience, functional configuration, adaptability, and intelligence. The effectiveness of this process in agricultural machinery equipment innovation can provide new ideas and references for the design of related products in the context of agriculture 4.0.

agriculture 4.0; orchard management machine; innovative design; functional innovation; FBS model

TB472

A

1001-3563(2024)02-0099-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.02.010

2023-08-11