基于KE-AHP的電動(dòng)概念車模糊評(píng)價(jià)

鞠清繪，黃杰，阮景奎

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 十堰442002）

汽車造型設(shè)計(jì)依賴于設(shè)計(jì)師的主觀判斷和審美，存在模糊和不確定性因素，不能滿足消費(fèi)者們的品味、文化背景、生理和心理需求。為此，尋求高效的造型意向評(píng)價(jià)方法，是消除設(shè)計(jì)之初人為、模糊、不確定因素導(dǎo)致?lián)p失的最好方法［1］。近年來(lái)，李勇［2］等人基于現(xiàn)存的電動(dòng)汽車外觀造型特征提取，對(duì)未來(lái)純電動(dòng)汽車外觀造型的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。季曹婷［3］等人在汽車智能設(shè)計(jì)領(lǐng)域以及輔助設(shè)計(jì)高質(zhì)量汽車外觀造型的問(wèn)題上，提出個(gè)性需求驅(qū)動(dòng)的汽車造型風(fēng)格智能設(shè)計(jì)方法。盧兆麟［4］等人基于產(chǎn)品語(yǔ)義分析，通過(guò)其語(yǔ)義內(nèi)涵所反映的新能源汽車造型設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為新能源汽車造型設(shè)計(jì)提供可行的技術(shù)途徑。程永勝［5］等人基于用戶偏好，為解決汽車造型與用戶偏好之間的吸引力關(guān)系問(wèn)題，提出SUV汽車造型魅力因素研究方法。席國(guó)鋒［6］基于感性工學(xué)方法，獲取消費(fèi)者內(nèi)心對(duì)汽車車身造型的感性意向，并運(yùn)用到造型設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)的實(shí)踐中，分析車身造型特征與感性意象的關(guān)系。上述學(xué)者對(duì)于汽車造型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的研究基本圍繞用戶的感性認(rèn)知，利用消費(fèi)者直接傳遞出的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不免摻雜了主觀感情因素所帶來(lái)的判斷模糊性，造型意向分析的不全面致使汽車造型設(shè)計(jì)不能滿足大眾心理。文中提出以層次分析法、感性工學(xué)和模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的理論體系，將電動(dòng)汽車造型意向詞匯提取后進(jìn)行定性和定量分析；通過(guò)樣本收集的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，篩選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

1 評(píng)價(jià)模型建立

感性工學(xué)（kansei engineering,KE）［7-9］評(píng)價(jià)主要通過(guò)定性和定量分析，在“人的感性”和“物的特性”之間，將模糊不清、難以捕捉的感性意向轉(zhuǎn)換成定量數(shù)據(jù)［10］，并轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)要素。層次分析法（an?alytic hierarchy process,AHP）將判斷思維過(guò)程數(shù)字化，創(chuàng)建目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層，構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并通過(guò)定性過(guò)程的分析實(shí)現(xiàn)最終決策［11］。模糊綜合評(píng)價(jià)則依據(jù)隸屬度理論最終將定性問(wèn)題量化處理。結(jié)合上述方法對(duì)東風(fēng)雷諾電動(dòng)車實(shí)施評(píng)價(jià)，如圖1所示。針對(duì)品牌、功能以及外觀3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；基于感性工學(xué)利用X型圖解法將造型意向詞匯整理歸類，并篩選剔除，從而確定出目標(biāo)的意向詞匯；造型特征和意向詞匯之間的聯(lián)系由AHP原理取得，將最佳造型設(shè)計(jì)方案設(shè)定為目標(biāo)層，造型特征設(shè)定為準(zhǔn)則層，造型意向詞匯設(shè)定為子準(zhǔn)則層，形成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；最后進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，使用“優(yōu)秀、中等、良好、及格、不及格”5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，通過(guò)隸屬度函數(shù)建立模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣。

圖1 東風(fēng)雷諾電動(dòng)車造型評(píng)價(jià)模型圖

2 造型意向研究

2.1 設(shè)計(jì)方案

汽車造型設(shè)計(jì)中有一些潛在的造型邏輯規(guī)則［12］，如何實(shí)現(xiàn)整體的一致和配合至關(guān)重要，不能忽視由結(jié)構(gòu)和功能引起的區(qū)別問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員需衡量不同部分的聯(lián)系與差異，將各部分所存在差異整合歸納，從而獲得整車的統(tǒng)一性［13］。汽車不僅是交通工具，更是文化、個(gè)性的象征［14］。文中采用仿生學(xué)的設(shè)計(jì)方法，提取蟬的形態(tài)特征，設(shè)計(jì)整體汽車形態(tài)，不同造型方案如圖2所示。

圖2 東風(fēng)雷諾電動(dòng)車造型方案

方案1車型整體提取蟬的形貌特征。將蟬圓潤(rùn)的背部形象地賦予駕駛室，前后車輪位置凸起輪罩同時(shí)與駕駛室的設(shè)計(jì)相呼應(yīng)，使得整車凸顯出張揚(yáng)及霸道的外觀氣勢(shì)，整車各部分銜接處的過(guò)渡依舊圍繞著蟬的整體概念，交相呼應(yīng)，摒棄了隨意、矛盾的設(shè)計(jì)缺陷，致使方案1細(xì)節(jié)到位同時(shí)具有個(gè)性。方案2車型加入了一些富有力量感的線條，是運(yùn)動(dòng)、力量的外觀體現(xiàn)，給整車的造型線中加入了更多的直線后，汽車顯得棱角分明又不失圓潤(rùn)。直與曲的對(duì)比，方與圓的對(duì)比，更加符合形式美學(xué)。車大燈的設(shè)計(jì)也是傳承了雷諾的家族式設(shè)計(jì)—C形燈的設(shè)計(jì)元素。整體看來(lái)，方案2獨(dú)特的性能屬性較強(qiáng)烈。方案3依舊仿生蟬的形體特征，駕駛室圓潤(rùn)流暢，前后一體的設(shè)計(jì)令外觀方面兼具了空氣動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，目的是將汽車的能源消耗降到最少。車尾的設(shè)計(jì)也與前臉的設(shè)計(jì)相互呼應(yīng)，增加了汽車整體的和諧性。一體化車身的設(shè)計(jì)，牢固而不松散，使品牌形象更具安全、可靠特點(diǎn)。方案4的車頂設(shè)計(jì)延續(xù)了方案3，駕駛艙與車頂融為一體，有效地降低了行駛時(shí)的空氣阻力。輪罩賦予了汽車運(yùn)動(dòng)感和極大地張力，既透露出品牌的時(shí)尚又突出了外觀的個(gè)性。鑒于電動(dòng)車發(fā)熱量較小決定的特點(diǎn)，方案4將傳統(tǒng)汽車大大的進(jìn)氣格柵簡(jiǎn)化成了1個(gè)氣孔，直接與雷諾的車標(biāo)相互呼應(yīng)，風(fēng)格一致。

將4款電動(dòng)汽車的造型設(shè)計(jì)方案定為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)造型意向詞匯提取后，實(shí)現(xiàn)完整的評(píng)價(jià)流程。

2.2 造型意向詞匯獲取

造型意向詞匯的獲取離不開人們的感性認(rèn)知，通過(guò)客觀和感性的聯(lián)系［15］對(duì)客觀的事物作出具體評(píng)價(jià)，實(shí)際上是人們的主觀表達(dá)作用在客體事物上的結(jié)果。對(duì)于電動(dòng)汽車造型特征的感知過(guò)程，只有準(zhǔn)確把握住汽車造型所釋放出來(lái)的特征信息，才能建立用戶對(duì)產(chǎn)品的感性需求，獲取相關(guān)感性詞匯。就東風(fēng)雷諾電動(dòng)車的造型意向詞匯提取，應(yīng)立足于品牌、外觀、功能三者特征。其中，品牌特征是反應(yīng)車企市場(chǎng)影響力的重要因素，外觀特征的捕獲則反映人們對(duì)當(dāng)下潮流、環(huán)境和文化等的認(rèn)知。功能特征是用戶在使用時(shí)可明顯感覺到的直觀信息。在對(duì)雷諾電動(dòng)汽車造型意向感性詞匯的獲取，具體步驟如下：1）通過(guò)相關(guān)渠道，如廣告、書籍、網(wǎng)站、企業(yè)等收集到人們對(duì)于電動(dòng)汽車的評(píng)價(jià)詞匯100余個(gè)；2）將收集到的評(píng)價(jià)詞匯，篩選整合，即根據(jù)語(yǔ)義差分法，進(jìn)行合并、剔除、囊括最終得到有效、全面、多樣的感性詞匯；3）通過(guò)行業(yè)專家、設(shè)計(jì)師共同商榷，得到20組關(guān)于電動(dòng)汽車造型的感性詞匯，如表1所示；4）按照層次分析結(jié)構(gòu)的邏輯順序，確定作為評(píng)價(jià)細(xì)則的子準(zhǔn)則層中的造型意向詞匯，即將20組評(píng)價(jià)詞匯，通過(guò)李克特4點(diǎn)量表，制作成調(diào)查問(wèn)卷。通過(guò)20名專業(yè)的測(cè)試者進(jìn)行打分，重要性依次為不可缺少、可以保留、可缺少、不需要，記為4、3、2、1，得出20組感性匯的平均分?jǐn)?shù)，剔除掉分低的之后，得到可用作評(píng)價(jià)的具體感性詞匯，如表2所示，作為層次分析法中的子準(zhǔn)則層。

表1 電動(dòng)車造型意向詞匯匯總

表2 東風(fēng)雷諾電動(dòng)車造型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系S

3 造型評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型建立

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

確定東風(fēng)雷諾電動(dòng)汽車造型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，對(duì)各層次中各因素或指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分析，采用Saaty等［16］人提出的一致矩證法（判斷矩陣），即不把所有因素放在一起比，而是兩兩相互比較，得出層級(jí)中各指標(biāo)權(quán)重值。如目標(biāo)層與準(zhǔn)則層中的指標(biāo)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)可構(gòu)造出判斷矩陣，各指標(biāo)之間按重要性程度評(píng)定等級(jí)。同一標(biāo)準(zhǔn)下，每2個(gè)元素的對(duì)比結(jié)果構(gòu)建成用于權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)的判斷矩陣，判斷矩陣元素aij的標(biāo)定依據(jù)如表3所示。

表3 判斷矩陣標(biāo)度

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的獲取采用幾何平均法，將所求的幾何平均值歸一化后得各指標(biāo)權(quán)重。

1）判斷矩陣中每行指標(biāo)的連乘積為

2）幾何平均值為

3）結(jié)果歸一化，求得權(quán)重向量為

式中：aij為判斷矩陣中第i行第j列元素；m為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量。

通過(guò)行業(yè)相關(guān)人員，包括造型設(shè)計(jì)師、消費(fèi)者、銷售人員等，共40人，對(duì)各層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩比較進(jìn)行打分，最終求得各判斷矩陣的權(quán)重，如表4～7所示：Z權(quán)重大于另外2項(xiàng)，X3、Y4和Z3所占權(quán)重均為最大。這表明外觀依舊是決定消費(fèi)者購(gòu)買汽車的重要因素，“靠譜-危險(xiǎn)、細(xì)節(jié)-粗心、美觀-丑陋”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是對(duì)用戶購(gòu)買心理的合理把握。

表4 準(zhǔn)則層判斷矩陣及權(quán)重

表5 品牌層判斷矩陣及權(quán)重

表6 功能層判斷矩陣及權(quán)重

表7 外觀層判斷矩陣及權(quán)重

3.2 判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)是為了防止評(píng)價(jià)人員在判斷過(guò)程中邏輯失誤。一致性檢驗(yàn)步驟如下：

1）一致性指標(biāo)為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)。當(dāng)CI趨近于0時(shí)，判斷矩陣一致；當(dāng)CI越大，判斷矩陣的不一致性程度越嚴(yán)重。

2）隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，當(dāng)判斷矩陣的階數(shù)是3、4、5時(shí)對(duì)應(yīng)的RI值分別為0.58 、0.90 、1.12 。

3）一致性比率為

當(dāng)CR不大于0.1 時(shí)，說(shuō)明判斷矩陣的一致性程度很高，CI在允許范圍內(nèi)，即評(píng)價(jià)結(jié)果符合一致性檢驗(yàn)。

通過(guò)MATLAB對(duì)目標(biāo)層和準(zhǔn)則層、準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，求得各判斷矩陣的權(quán)向量和最大特征值λmax（表8）。各層級(jí)判斷矩陣的CR均不大于0.1，說(shuō)明評(píng)價(jià)是有效的。通過(guò)目標(biāo)層的權(quán)重向量對(duì)子準(zhǔn)則層各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重見表9。

表8 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

表9 評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重

3.3 模糊評(píng)價(jià)

通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)層次分析法的層級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化處理，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，最終得到4種造型設(shè)計(jì)方案的分?jǐn)?shù)。具體計(jì)算步驟如下：

1）對(duì)單個(gè)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)，確立模糊關(guān)系矩陣：

式中：ri為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊得分。歸一化處理的目的是消除量綱的影響。

2）評(píng)級(jí)取5個(gè)等級(jí)，即優(yōu)秀、中等、良好、及格和不及格，對(duì)每個(gè)等級(jí)進(jìn)行賦值，得到賦值向量：

對(duì)造型設(shè)計(jì)方案綜合打分。

3）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量，通過(guò)上述層次分析法計(jì)算得出。邀請(qǐng)行業(yè)相關(guān)人員10人對(duì)品牌、外觀、功能所屬的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí)。假定X1獲得2次“優(yōu)秀”，評(píng)級(jí)記作0.2。經(jīng)過(guò)匯總得出各方案的模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣。僅以方案1為例。

式中：R11為方案1下準(zhǔn)則層X的模糊矩陣；R21為方案1下準(zhǔn)則層Y的模糊矩陣；R31為方案1下準(zhǔn)則層Z的模糊矩陣。各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行3級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí)，將子準(zhǔn)則層權(quán)重矢量和模糊評(píng)價(jià)矩陣合成得出準(zhǔn)則層各指標(biāo)的分值權(quán)重。

即

繼而進(jìn)行2級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)，得出各方案的綜合得分權(quán)重為

最終進(jìn)行1級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算出各自得分，并進(jìn)行排名，篩選出最佳造型設(shè)計(jì)。

式中：wX為品牌層指標(biāo)權(quán)重；wY為功能層指標(biāo)權(quán)重；wZ為外觀層指標(biāo)權(quán)重；wS為準(zhǔn)則層權(quán)重；q為準(zhǔn)則層分值權(quán)重；q1，q2，q3分別為品牌、功能、外觀層分值權(quán)重；ω為設(shè)計(jì)方案綜合得分權(quán)重；P為設(shè)計(jì)方案總得分。各層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量通過(guò)表4～7得出，依次為由式（6）～（19）得出設(shè)計(jì)方案1的最終得分P1為3.573。按照同樣的計(jì)算流程，依次對(duì)方案2～4進(jìn)行評(píng)價(jià)求出綜合得分，P2～P4分別為3.699 、3.462 、3.685。由結(jié)果可得，P4最大，確定方案4是東風(fēng)雷諾電動(dòng)概念車的最佳造型設(shè)計(jì)方案。

模糊綜合評(píng)價(jià)將評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同方案上的體現(xiàn)程度，以分?jǐn)?shù)形式，量化得出，聯(lián)系感性工學(xué)和層次分析，對(duì)于最優(yōu)結(jié)果的確定有著重要意義。

4 結(jié)論

造型設(shè)計(jì)對(duì)汽車來(lái)說(shuō)十分重要，不同的造型設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)不同汽車的風(fēng)格特征，在對(duì)東風(fēng)雷諾電動(dòng)汽車進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，加入了東風(fēng)文化和中國(guó)特色。通過(guò)仿生學(xué)，依據(jù)蟬的外觀特征，提取出4種汽車造型設(shè)計(jì)方案，并使用感性工學(xué)和層次分析法最終進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。先對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，再利用模糊評(píng)價(jià)矩陣對(duì)具體方案實(shí)施權(quán)重得分，從而確定了最佳造型意向方案。結(jié)合感性工學(xué)的定性分析、層次分析法的定量分析和模糊綜合評(píng)價(jià)，能較好地解決模糊、難以量化的問(wèn)題，為此類決策問(wèn)題提供參考。