摘要：為解決果園運(yùn)輸機(jī)難以實現(xiàn)山地、丘陵等碎片化環(huán)境的運(yùn)輸任務(wù)，提出集成SET/AHP/AD的理論設(shè)計方案，提高果實運(yùn)輸?shù)倪m用性和安全性。首先，分析果園運(yùn)輸機(jī)SET因素以獲取產(chǎn)品機(jī)會缺口；其次，通過用戶調(diào)研和AHP層次分析法，構(gòu)造丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的層次結(jié)構(gòu)模型，獲取需求權(quán)重值；然后，結(jié)合AD公理化設(shè)計中的映射關(guān)系，導(dǎo)出設(shè)計參數(shù)完成方案設(shè)計；最后利用模糊綜合評價進(jìn)行方案評價。得到一款丘陵果園運(yùn)輸機(jī)。實踐表明設(shè)計的丘陵果園運(yùn)輸機(jī)彌補(bǔ)了用戶域定義不準(zhǔn)確以及設(shè)計師主觀因素的影響，提升了丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性以及智能化程度。

關(guān)鍵詞：丘陵果園運(yùn)輸；SET因素分析法；層次分析法；公理化設(shè)計；模糊綜合評價

中圖分類號：TB391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-0069（2025）04-0104-06

Abstract：To solve the difficulty of orchard transporter to achieve the task of transporting in fragmented environments such as mountains and hills，the theoretical design scheme of integrated SET/AHP/AD is proposed to improve the applicability and safety of fruit transport. Firstly，analyse the SET factors of the orchard transporter to obtain the product opportunity gap；secondly，construct a hierarchical model of the hilly orchard transporter through user research and AHP hierarchical analysis to obtain the demand weight values；then，derive the design parameters to complete the scheme design by combining the mapping relationship in AD axiomatic design；finally，use fuzzy comprehensive evaluation to evaluate the scheme. A hilly orchard transporter is obtained. Practice shows that the designed hilly orchard transporter makes up for the inaccurate definition of the user domain and the influence of the designer’s subjective factors，and improves the environmental adaptability as well as the degree of intelligence of the hilly orchard transporter.

Keywords：Hilly orchard；Picker design；SET factor analysis；Hierarchical analysis；Axiomatic design

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對果蔬產(chǎn)品的需求量在增加，導(dǎo)致丘陵果園種植的面積在不斷增加。但是因丘陵環(huán)境惡劣，運(yùn)輸作業(yè)困難，現(xiàn)有的運(yùn)輸機(jī)更多適應(yīng)于平原地區(qū)，難以完全匹配丘陵的碎片化環(huán)境，因此實現(xiàn)丘陵果園運(yùn)輸作業(yè)自動化已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求[1]。近幾年，有不少的學(xué)者針對運(yùn)輸機(jī)作出相應(yīng)的研究，但是其研究主要從技術(shù)原理和功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，缺少深入的用戶研究，并且存在功能單一、操作煩瑣、缺乏智能化等問題。例如鄭拓等[2]設(shè)計一種基于自研履帶式運(yùn)輸車的自動跟隨方法，采用基于AOA的定位原理，利用UWB雙基站定位技術(shù)，由兩基站接收電子標(biāo)簽信號，獲得其方向角；戚得眾等[3]為了減少運(yùn)輸過程中的水果損傷，需對行間運(yùn)輸車減震系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)山地果園地形地貌，構(gòu)建了行間運(yùn)輸車路面激勵圖譜，并通過對減震系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計了一種適用于山地果園行間運(yùn)輸車的三級減振結(jié)構(gòu)。此外，在運(yùn)輸機(jī)的功能重要性研究上，大多是基于研究者的主觀經(jīng)驗判斷，缺少設(shè)計理論方法的支撐，所以很難實現(xiàn)科學(xué)準(zhǔn)確的結(jié)論。

國內(nèi)很多學(xué)者以設(shè)計理論方法為基礎(chǔ)對產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行了研究，例如盧穎[4]采用SET，AHP與TOPSIS相結(jié)合的方法，通過調(diào)研分析SET因素發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)會缺口，并轉(zhuǎn)化為設(shè)計準(zhǔn)則，引入AHP建立階梯層次結(jié)構(gòu)模型，得到產(chǎn)品準(zhǔn)確設(shè)計指標(biāo)及其權(quán)重。黃榮杰等[5]采用AD的獨(dú)立公理找到除塵功能和破碎功能耦合的根本原因，設(shè)計新的除塵裝置布局和破碎結(jié)構(gòu)，進(jìn)行功能解耦，獲得多種備選方案；采用AD的信息公理選擇最優(yōu)方案。根據(jù)上述文獻(xiàn)調(diào)研，針對丘陵果園運(yùn)輸?shù)膯栴}，通過市場調(diào)研，分析其SET因素以獲取社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面的產(chǎn)品機(jī)會缺口，然后利用AHP進(jìn)行需求權(quán)重的計算，將SET與AHP結(jié)合可以有效地解決用戶需求權(quán)重性的問題，獲取用戶對運(yùn)輸機(jī)需求權(quán)重的排序；最后AD是以用戶需求為驅(qū)動的域之間的映射過程，將AD與AHP相結(jié)合，可以彌補(bǔ)公理化設(shè)計過程中用戶域定義不準(zhǔn)確的問題，完成最終的方案設(shè)計。因此文中提出集成SET、AHP和AD的理論方法，以用戶需求為導(dǎo)向，對丘陵果園運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行探索和研究。

一、SET/AHP/AD的集成設(shè)計方法

（一）SET因素分析法

SET因素分析法由Craig Vogel和Jonathan Cagan所提出，通過社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)3個方面綜合分析產(chǎn)品機(jī)會缺口，從中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在需求[6]。與傳統(tǒng)的調(diào)研方法相比較，在該模式下進(jìn)行用戶調(diào)研具有真實反饋和及時反饋的優(yōu)勢。為快速獲得需求關(guān)鍵詞，在對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研時，利用SET模型對社會趨勢、經(jīng)濟(jì)動力，及先進(jìn)技術(shù)方面進(jìn)行綜合分析[7]。

（二）AHP層次分析法

AHP在20世紀(jì)70年代初由美國運(yùn)籌學(xué)家Saaty提出，是一種將與決策問題有關(guān)的因素進(jìn)行層次化分解，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行決策分析的方法[8]。該方法將復(fù)雜的決策問題分解為若干層次和因素，以建立層次結(jié)構(gòu)模型，將評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，通過判斷矩陣計算得出決策方案相對重要性的排序[9]。

（三）AD公理化設(shè)計

AD是美國麻省理工學(xué)院SUH教授于1990年提出的設(shè)計理念，其基本理論包括：域、層次、域間“之”字形映射、獨(dú)立性公理和信息公理[10]在公理化設(shè)計中，域的概念和作用貫穿整個設(shè)計流程，其中用戶域（CA）是用戶對產(chǎn)品外觀功能等各方面的需求，功能域（FR）是設(shè)計目標(biāo)中能滿足用戶需求的產(chǎn)品功能的組合，結(jié)構(gòu)域（DP）是將功能需求轉(zhuǎn)化為具體產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)的部分，工藝域（PV）則是將功能需求轉(zhuǎn)化為具體的制造工藝和生產(chǎn)過程。公理化設(shè)計過程是以用戶需求為驅(qū)動的域之間的映射過程，并在映射過程中利用獨(dú)立性和信息公理來判斷設(shè)計的合理性和最優(yōu)解，從而將設(shè)計問題逐步解決[11]。綜上所述，將各個方法之間的優(yōu)勢進(jìn)行融合，形成完整的設(shè)計流程，如圖1所示。

二、丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的SET因素分析

為了尋找丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的產(chǎn)品機(jī)會缺口，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行市場調(diào)研和文獻(xiàn)調(diào)研，得出已有產(chǎn)品存在的問題，從而去發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計機(jī)遇?；赟ET因素分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研，首先針對丘陵地區(qū)的果園運(yùn)輸車的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研，其次，通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研去發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀。將調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，分別從社會、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)3個方面去分析產(chǎn)品的潛在需求，顯示出現(xiàn)有產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀，列舉出關(guān)注度前5的關(guān)鍵詞如表1，作為丘陵果園運(yùn)輸機(jī)研究的必要性。

三、丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的AHP設(shè)計要素評價模型

（一）建立丘陵果園運(yùn)輸機(jī)設(shè)計要素層次模型

基于SET模式下進(jìn)行的市場調(diào)研，獲取了運(yùn)輸機(jī)在社會、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面模糊的用戶需求。為了確保最后設(shè)計出的產(chǎn)品更能符合丘陵果農(nóng)用戶的需求，在后續(xù)的研究中對需求收集階段，對不同地區(qū)大型丘陵果園的70名用戶進(jìn)行問卷調(diào)研，回收了可利用問卷65份，問卷可利用率達(dá)92%，保證了調(diào)研的真實性。將獲取的調(diào)研信息進(jìn)行歸納總結(jié)，利用親和圖法[12]對信息進(jìn)行梳理，將出現(xiàn)頻率較高的需求點進(jìn)行匯總?cè)绫?所示。

將獲取具有價值的用戶需求結(jié)合層次分析法進(jìn)行分析整理，獲得對應(yīng)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層的層次結(jié)構(gòu)模型。如圖2所示為丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計要素層次結(jié)構(gòu)模型，在結(jié)構(gòu)模型中的目標(biāo)層為用戶對運(yùn)輸機(jī)的總需求；準(zhǔn)則層拆分出對產(chǎn)品影響最大的4個方面，分別為功能需求、人機(jī)需求、經(jīng)濟(jì)需求、外觀需求；子準(zhǔn)則層包含了各個準(zhǔn)則層的具體評價要素，為最終的決策提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

（二）構(gòu)造判斷矩陣及權(quán)重計算

通過上述數(shù)據(jù)分析，得出如圖3所示的權(quán)重分布圖，從圖中可以了解到用戶對丘陵果園運(yùn)輸車的翻越障礙、安全性、自動化控制、比例協(xié)調(diào)、多功能運(yùn)輸?shù)囊筝^高。因此在后續(xù)運(yùn)輸機(jī)設(shè)計中將功能性和人機(jī)操作作為運(yùn)輸機(jī)設(shè)計的重點部分。

四、丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的AD設(shè)計實例

（一）運(yùn)輸機(jī)設(shè)計區(qū)域映射

基于用戶調(diào)研，了解用戶對于運(yùn)輸機(jī)設(shè)計重點關(guān)注的問題，形成設(shè)計目標(biāo)。通過公理化設(shè)計將用戶需求映射到功能域中，完成產(chǎn)品功能需求（FR）的定義。得到功能需求后與結(jié)構(gòu)域進(jìn)行映射，獲得設(shè)計參數(shù)，從而去指導(dǎo)方案的設(shè)計。映射關(guān)系如圖4所示。

通過數(shù)據(jù)分析得出用戶域中翻越障礙、無人駕駛、多功能運(yùn)輸、安全性高、比例協(xié)調(diào)為運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計目標(biāo)，分別對應(yīng)適應(yīng)復(fù)雜地形的行駛、自動駕駛、運(yùn)輸箱、綠色能源，以及模塊化組合等功能需求，根據(jù)產(chǎn)品的功能需求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化區(qū)分，進(jìn)行層級映射如表11所示。將功能需求進(jìn)行合理的劃分不僅能滿足用戶需求，而且有利于產(chǎn)品造型的設(shè)計。

通過百分之運(yùn)算S=W×y=81.57，得出丘陵果園運(yùn)輸車設(shè)計方案1的得分為81.57。利用同樣的步驟得出方案2的得分為83.69，因此方案2為最佳方案，并且分值的指標(biāo)等級在很好與好之間，滿足了用戶需求。為了進(jìn)一步匹配子準(zhǔn)則層中的需求，對方案2進(jìn)行深化。

六、丘陵果園運(yùn)輸機(jī)方案深化

運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行時需考慮路線規(guī)劃以及裝載情況，為減少用戶的操作流程，對產(chǎn)品進(jìn)行交互界面設(shè)計。交互方式設(shè)置了兩種不同的控制模式，一是對運(yùn)輸機(jī)上面的界面進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置以滿足運(yùn)輸裝載需求；二是遠(yuǎn)程控制模式，用戶可以通過手機(jī)界面對產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時了解運(yùn)輸機(jī)的工作情況，并且可以根據(jù)后臺反饋的情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)運(yùn)輸機(jī)發(fā)生險情時，可以通過界面向用戶發(fā)出警告。因此可視化的界面操作，可以讓用戶實時了解運(yùn)輸機(jī)的工作情況，提高運(yùn)輸效率。交互界面圖如圖7所示。

產(chǎn)品整體呈現(xiàn)一個矩形的主體，前部略微傾斜，有助于提升空氣動力學(xué)性能。外觀線條流暢，給人一種堅固且高科技的感覺。頂部和側(cè)面的設(shè)計較為簡潔，顯得精致現(xiàn)代。主體的主色調(diào)是銀色和深綠色的搭配。頂部是銀灰色金屬質(zhì)感，側(cè)面有一條深綠色的流線設(shè)計，突顯產(chǎn)品的動感和科技感。綠色部分與銀色的搭配為整個外觀增添了一絲活力。底部采用了雙履帶結(jié)構(gòu)，左右兩邊各有一對黑色的履帶，具備強(qiáng)大的越野和承載能力。履帶設(shè)計寬大，配合黑色的表面材質(zhì)，顯得十分堅固和耐用，適合復(fù)雜地形的行駛。除了履帶外，產(chǎn)品前部和后部各有一個小型輪軸設(shè)計，輪軸呈現(xiàn)出堅固的機(jī)械風(fēng)格，可能輔助履帶在轉(zhuǎn)彎或平衡時的操作。頭部設(shè)計中加裝傳感器，用于感知環(huán)境，可用來輔助導(dǎo)航和檢測障礙物。側(cè)面綠色裝飾板，搭配銀色主色調(diào)，使整體看起來更有層次感。渲染效果圖如圖8所示。

結(jié)論

在我國丘陵果園運(yùn)輸機(jī)械化已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求，并且該產(chǎn)品的適應(yīng)性和安全性已成為用戶重點關(guān)注的問題。為提高丘陵果園運(yùn)輸機(jī)的適用性和安全性，從用戶需求的角度出發(fā)，集成SET、AHP和AD的理論方法，完善了設(shè)計方法流程，并且通過模糊綜合評價驗證了運(yùn)輸機(jī)的可行性。該運(yùn)輸機(jī)主要通過雙軸履帶結(jié)構(gòu)、智能控制技術(shù)以及交互界面的設(shè)計，適應(yīng)了丘陵果園的環(huán)境，滿足了用戶的運(yùn)輸需求；其中雙履帶的行走結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的越障能力。上述集成的方法流程可為其他同類產(chǎn)品的設(shè)計提供研究思路。

基金項目：省教育廳項目-哲學(xué)社會科學(xué)研究青年項目 人工智能背景下工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)模式研究與探索（21Q075）

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