基于AHP-PUGH的兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計評價研究

席銀聯(lián) 董繼先 賀雪梅

摘要：探求感性意象和兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計要素的對應(yīng)關(guān)系，以及方案評價中評價指標(biāo)的相互影響性。借助AHP法確定評價指標(biāo)，構(gòu)造矩陣，得出相對權(quán)值。再用PUGH矩陣對方案進(jìn)行篩選、評分和排序，得出最優(yōu)方案。實現(xiàn)對產(chǎn)品的綜合評價。并將產(chǎn)品方案的分析結(jié)果與相應(yīng)銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，為產(chǎn)品評價方法提供一定的依據(jù)。評價結(jié)果幫助兒童陪伴機(jī)器人造型設(shè)計系統(tǒng)的建立提供理論依據(jù)，為優(yōu)選產(chǎn)品方案提供有效的決策工具。

關(guān)鍵詞：PUGH矩陣 層次分析法 兒童陪伴機(jī)器人 設(shè)計評價

中圖分類號：TB47文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）11-0054-04

一、舊城區(qū)里分公共空間概念與現(xiàn)狀

隨著工作和生活壓力的增加以及知識加速迭代，家長對孩子們的早教變得力不從心。在2019年政府工作報告中，李克強(qiáng)總理指出，要加快培育壯大包括人工智能在內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)，“人工智能”被第三次寫入政府工作報告，并且近年內(nèi)放寬二胎政策，兒童的教育市場將會越來越迅速地發(fā)展。作為當(dāng)前國內(nèi)家用智能機(jī)器人的主要方向之一，兒童智能早教機(jī)器人市場也在快速發(fā)展。與普通玩具不同的是，兒童陪伴機(jī)器人與兒童之間的互動性更完善。而如今市面中兒童陪伴機(jī)器人實現(xiàn)了從無到有并且爆發(fā)式增長。面對這么多產(chǎn)品入局，產(chǎn)品如何從充滿競爭的市場中脫穎而出，選出最好的方案以及實現(xiàn)高效的客觀評價變得至關(guān)重要。方案評價對于產(chǎn)品的方案設(shè)計中是一個重要的環(huán)節(jié)，方案評價的結(jié)果對于后面的制造和方案設(shè)計有巨大的影響。這里采用AHP與PUGH決策矩陣結(jié)合方法，對產(chǎn)品方案進(jìn)行評價。

一、兒童陪伴機(jī)器人

兒童陪伴機(jī)器人屬于服務(wù)機(jī)器人的細(xì)分領(lǐng)域，出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)時代，功能以語音交互，視頻通話與監(jiān)控體驗，兒童教育內(nèi)容和情感陪伴方面居多，突出陪伴兒童健康成長與互動教育的特點(diǎn)。具有兒童教育和陪伴角色的機(jī)器人備受家長和市場熱捧，兒童陪伴機(jī)器人具有巨大的市場空間。市面上的兒童陪伴機(jī)器人針對學(xué)前期兒童設(shè)計居多，幼兒期指，到歲的兒童，他們處于神經(jīng)系統(tǒng)不斷發(fā)育階段，是學(xué)齡前兒童提升言語思維，情感道德的重要時期。

圖1中的兒童陪伴機(jī)器人根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)分為四種，其中圖1a為不可移動式機(jī)器人，成本低，無法移動，只能放在平面上;圖1b為輪式移動機(jī)類似于車輪的驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定性高、但只能行走于室內(nèi)平坦地面;圖1c為履帶式機(jī)器人，將無限軌道卷繞在輪子上，越野機(jī)動性好，但重量重且結(jié)構(gòu)復(fù)雜;圖1d為雙足仿人型機(jī)器人，以剛性構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副聯(lián)接實現(xiàn)對身體的支撐及連續(xù)地協(xié)調(diào)運(yùn)動，各關(guān)節(jié)之間可以有一定角度的相對轉(zhuǎn)動。特點(diǎn)是能夠跨越障礙物，但成本較高且控制系統(tǒng)復(fù)雜。

二、基于AHP-PUGH優(yōu)化產(chǎn)品方案流程

（一）構(gòu)建兒童陪伴機(jī)器人方案評價指標(biāo)體系。為了使兒童陪伴機(jī)器人的方案評價得到較為客觀的結(jié)果，在該結(jié)構(gòu)模型中，數(shù)值的標(biāo)度由7位行業(yè)專家、5名專業(yè)設(shè)計師、3位兒童陪伴機(jī)器人銷售員和15名孩子家長共同完成。文中通過產(chǎn)品廣告、宣傳冊、相關(guān)文獻(xiàn)、網(wǎng)上調(diào)研和用戶訪談等途徑獲得有關(guān)兒童陪伴機(jī)器人共50個評價指標(biāo)。使用KJ法和專家小組討論篩選出13個最能代表用戶對兒童陪伴機(jī)器人評價的典型詞匯。將綜合的因素分為若干具體的層次，與此同時支配下一層因素的作用，構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型。就兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計評價A分為三方面評價指標(biāo)，分別為功能指標(biāo)B₁，色彩指標(biāo)B₂，形態(tài)指標(biāo)B₃，構(gòu)建一級評價指標(biāo)集A={B₁，B₂，B₃}構(gòu)建二級評價指標(biāo)集B₁={C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆}，B₂={C₇，C₈，C₉，C₁₀}，B₃={C₁₁，C₁₂，C₁₃}，最終得到兒童陪伴機(jī)器人的評價指標(biāo)體系，如圖2。

（二）運(yùn)用AHP確定評價指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法是20世紀(jì)70年代中期由美國運(yùn)籌學(xué)家提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)評價方法指將決策問題最佳方案的有關(guān)元素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及方案層，進(jìn)行分解、判斷與綜合，并將定性和定量結(jié)合，便于決策者之間的溝通的一種系統(tǒng)分析方法。

3.綜合排序計算：方案層各方案對目標(biāo)層的合成權(quán)重，由計算出的層次權(quán)重通過加權(quán)的方法得到，公式所得組合權(quán)向量需要檢驗其一致性，假如公式運(yùn)算所得，即可按照組合權(quán)向量計算的得分進(jìn)行排序選優(yōu)，否則需要重新構(gòu)造成對比較陣。

（三）基于PUGH矩陣的方案選擇。決策矩陣分析是由英國管理學(xué)家斯圖爾特，有提出的一種多因素輔助決策工具，因此該方法也被稱為普氏分析或者多因素輔助分析。復(fù)雜的多因素決策需要為潛在的影響因素建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型并且用高等數(shù)學(xué)的方式來分析。

1.建立PUGH矩陣：首先，列出所有的選擇項，然后列出對作出決定有重要影響的因素。其中，評價標(biāo)準(zhǔn)放在PUGH矩陣的橫行，可選擇方案放在PUGH矩陣的縱列，在若干現(xiàn)有方案中根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)挑選出一個基準(zhǔn)方案。第二步，其中，PUGH矩陣中以m為評價標(biāo)準(zhǔn)的情況下，基準(zhǔn)方案與可選擇方案n的比較值稱為P_abo+、0、一這三種元素分別代替不同的取值，比較基準(zhǔn)方案與可選擇方案，其中“+”代表可選方案優(yōu)于基準(zhǔn)方案，“S”代表可選方案相同于基準(zhǔn)方案，“-”代表可選方案劣于基準(zhǔn)方案。對基準(zhǔn)方案與可選擇方案符號進(jìn)行統(tǒng)計，之后計算出可選方案的總體得分，并對這些得分進(jìn)行從高到低統(tǒng)計排序，得出可選擇方案的排序，最終獲得最優(yōu)的方案。通過兩兩之間互相權(quán)衡對比時，獲得的不僅僅是可選擇方案中的最佳方案，還會發(fā)現(xiàn)其余可選擇方案中優(yōu)秀的方案，以便對以后的設(shè)計方案進(jìn)行完善和補(bǔ)充。通過與基準(zhǔn)方案對比獲得的綜合得分高的可選擇方案需進(jìn)行后面的評分同時進(jìn)行比較的可選擇方案不要超過20個。

三、兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品方案評價

以市面上暢銷的不同類型的兒童陪伴機(jī)器人作為待評價的產(chǎn)品方案。而如今市面中兒童陪伴機(jī)器人實現(xiàn)了從無到有并且爆發(fā)式增長。面對這么多產(chǎn)品入局，產(chǎn)品如何從充滿競爭的市場中脫穎而出，針對該問題，運(yùn)用基于AHP-PUGH的法進(jìn)行選擇最優(yōu)方案。

（一）AHP確定評價指標(biāo)的權(quán)重值。根據(jù)兒童陪伴機(jī)器人特性，通過用戶訪談對市場進(jìn)行調(diào)研，首先用AHP法對兒童陪伴機(jī)器人評價指標(biāo)中的功能因素B₁、色彩因素B₂、形態(tài)因素B₃成對比較，構(gòu)造比較矩陣并進(jìn)行一致性檢驗。對兒童陪伴機(jī)器人評價指標(biāo)中的功能因素B₁、色彩因素B₂、造型因素B₃中的各個子評價指標(biāo)B₁={C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆}，B₂={C₇，C₈，C₉，C₁₀}，B₃={C₁₁，C₁₂，C₁₃}分別進(jìn)行成對比較，計算得出權(quán)重計算。

說明當(dāng)潛在消費(fèi)者選購兒童陪伴機(jī)器人時，最為注重的是兒童陪伴機(jī)器人的功能有效，其次是兒童陪伴機(jī)器人形態(tài);而潛在消費(fèi)者最不關(guān)注的是兒童陪伴機(jī)器人的色彩。

通過功能指標(biāo)層的計算權(quán)重，可以看到對于目標(biāo)層而言，人機(jī)語音交互指標(biāo)，遠(yuǎn)高于英漢互譯，驗證調(diào)研時用戶普遍認(rèn)為與兒童互動更具有吸引力的觀點(diǎn)，說明兒童陪伴機(jī)器人的人機(jī)互動功能仍然是兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計的重中之重。排名其次的是遠(yuǎn)程親子對話，權(quán)重的計算結(jié)果與用戶調(diào)研結(jié)果吻合，說明家長在選購兒童陪伴機(jī)器人時，在功能上對于遠(yuǎn)程親子對話十分看重，說明兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計師需要在此項的設(shè)及上加強(qiáng)功能性，同時優(yōu)化用戶體驗，將遠(yuǎn)程通話，親子互動作為兒童陪伴機(jī)器人的賣點(diǎn)。在形態(tài)方面，機(jī)器人獨(dú)創(chuàng)性更有吸引力，均衡性和變化性則占比重不相上下;色彩方面，注重融合性是設(shè)計師需要認(rèn)真重視的要素。

（二）基于PUGH矩陣的兒童陪伴機(jī)器人選擇

1.產(chǎn)品方案初步篩選：對產(chǎn)品方案運(yùn)用頭腦風(fēng)暴的方法生成大量兒童陪伴機(jī)器人構(gòu)思，進(jìn)行認(rèn)真比對、全面評價和綜合，選出6們兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品方案構(gòu)建用于篩選的初步的PUGH決策矩陣，如表4。

以方案E為參考方案，通過其他可選擇方案與E方案的對比，對+、-、S進(jìn)行統(tǒng)計，從何的出不同方案的凈分?jǐn)?shù)，將A方案、B方案、C方案、D方案、F方案所得凈分?jǐn)?shù)進(jìn)行大小排序。通過排序篩選得出排名靠前的三個方案，如圖3。

2.設(shè)計方案概念評分：經(jīng)選取上述市面上三種不同類型的兒童陪伴機(jī)器人作為待評價的產(chǎn)品方案，針對兒童陪伴機(jī)器人進(jìn)行用戶訪談，對100位3到7歲之間兒童進(jìn)行調(diào)查，獲取98份有效問卷。經(jīng)過對調(diào)查結(jié)果整理，把三款兒童陪伴機(jī)器人方案在功能因素、色彩因素、形態(tài)因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，構(gòu)建評分PUGH決策矩陣，兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品方案評價結(jié)果，如表5。

（三）評價結(jié)果分析與驗證

1.結(jié)果分析

（1）通過PUGH矩陣得出，方案B阿爾法的用戶體驗得分最高，為16.41.其次是方案D優(yōu)必選為9.39.緊接著是方案E金小帥，為9.094。這三款后兩款兒童陪伴機(jī)器人，與方案B阿爾法相比存在較大的差距。

（2）從二級指標(biāo)評價中可以看出：在功能指標(biāo)上，方案B超越方案D排名第一，得益于其人機(jī)交互語音系統(tǒng)，用生動的神態(tài)類似人的行為與兒童智能對話。人機(jī)交互語音系統(tǒng)內(nèi)有可以準(zhǔn)確識別童聲的智能語音，該系統(tǒng)還能對兒童的語句進(jìn)行有趣的回應(yīng)，加上可愛呆萌的外形設(shè)計和十分?jǐn)M人的活潑性格受到兒童們的青睞。而其在遠(yuǎn)程親子對話方面也表現(xiàn)突出，家長都注重陪伴兒童的成長生活，然而往往大部分八零后家長忙于工作無法時刻陪伴孩子，而遠(yuǎn)程高清視頻填補(bǔ)這一空缺。無論何時只需家長用自己的手機(jī)就能與孩子面對面互動，同時兒童陪伴機(jī)器人還可以試試通過攝像頭記錄孩子們的成長生活。而方案D與方案E在此方面稍遜于方案B;對于形態(tài)方面，現(xiàn)在的兒童陪伴機(jī)器人都設(shè)計的較為可愛，但由于方案E與孩子交互式用到顯示屏，通過平面電子屏表現(xiàn)有趣的面部表情相比立體形象的面部表情來說稍遜，而方案A表面光滑處理，加上考慮兒童舒適抱、握的輪廓造型，讓其更安全、舒適地融入兒童的生活環(huán)境在形態(tài)方面表現(xiàn)突出。

（3）以兒童陪伴機(jī)器人為研究對象，經(jīng)實證分析發(fā)現(xiàn)，用戶與產(chǎn)品之間的交互感知是影響兒童對其的持續(xù)吸引力的重要因素，其具體表現(xiàn)在兒童與陪伴機(jī)器人的交互功能，交互形態(tài)，交互動作來保持;其次，功能與形態(tài)結(jié)合的創(chuàng)新性顯著影響兒童陪伴機(jī)器人的市場競爭力，通過挖掘新的用戶需要，減少無關(guān)的功能累加，從而提高用戶體驗。同時，越強(qiáng)的形態(tài)感知會使兒童更容易對陪伴機(jī)器人青睞。再次，色彩的搭配與易讀性結(jié)合提升產(chǎn)品易用性。

（4）總體來看，盡管產(chǎn)品出現(xiàn)在許多家庭中，但我國兒童陪伴機(jī)器人用戶購買量總體偏低，兒童使用量偏少。這是由于我國人工智能技術(shù)不夠成熟且需要高昂成本費(fèi)用，除了產(chǎn)品外形不同之外，大部分的兒童陪伴機(jī)器人的功能過于同質(zhì)化。伴隨著智能技術(shù)和硬件發(fā)展成熟的未來，產(chǎn)品成本慢慢降低，不久的將來，兒童機(jī)器人會走入千萬普通家庭的生活。

2.結(jié)果驗證：因為方法的不確定性，所以從其他角度來輔助驗證用AHP-PUGH綜合評價B、D、E方案的評價結(jié)果。從用戶購買兒童陪伴機(jī)器人途徑中選取比例最高的電子商務(wù)網(wǎng)站京東發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。從銷量數(shù)據(jù)來看，調(diào)查京東商城京東自營旗艦店如圖4.京東商城京東自營旗艦店的兒童陪伴機(jī)器人銷量大并且品牌豐富，銷售量參考2019年4月數(shù)據(jù)，如表6。

從表6的銷量排名來看，順序與AHP-PUGH綜合評價排名結(jié)果基本一致即使三個方案價格高低不一且沒有按價格順序排列，表明方案B的用戶體驗受到用戶廣泛認(rèn)可。因此從銷量的角度來看，AHP-PUGH綜合評價兒童陪伴機(jī)器人方法是可行的。同時，從已購產(chǎn)品用戶進(jìn)行驗證來看，對方案B、D、E在京東商城京東自營旗艦店好評率相互對比，好評率參考2019年4月數(shù)據(jù)，如圖5。京東商城的手機(jī)好評度來看，科大訊飛阿爾法大蛋機(jī)器人的好評度最高，為99%，其次是優(yōu)必選悟空機(jī)器人和智力快車機(jī)器人分別為98%以及97%，這和AHP-PUGH評價結(jié)果吻合。

總體上，從兩個角度好評度以及銷量對AHP-PUGH綜合評價方法進(jìn)行驗證，證實此方法是可行的。

結(jié)語

（1）兒童陪伴機(jī)器人造型影響因素較多，單一變量難以定量分析，運(yùn)用AHP-PUGH法對兒童陪伴機(jī)器人進(jìn)行評價分析以及驗證方法準(zhǔn)確性，從功能、形態(tài)以及色彩出發(fā)構(gòu)建13個子評價指標(biāo)體系。（2）為更好把握設(shè)計的方向，使方案的篩選客觀、全面、真實問題，建立AHP-PUGH綜合評價體系對兒童陪伴機(jī)器人造型設(shè)計進(jìn)行了定量評價，幫助產(chǎn)品研發(fā)過程中的準(zhǔn)確決策環(huán)節(jié)。模型中較多的評價因素參與了評判，主觀與客觀相結(jié)合使權(quán)重分配與指標(biāo)量化，評價結(jié)果更準(zhǔn)確有效。（3）此項研究中為便于對AHP-PUGH方法的效果進(jìn)行驗證，采用已上市的產(chǎn)品組成備選方案。目前設(shè)計方案的研究方法大多也依據(jù)市場已有產(chǎn)品的評價推演設(shè)計方案的決策，并得到較好的指導(dǎo)意義。