基于AHP層次分析法的智能嬰兒手推車設計研究

侯建軍，張玉春，吳麗

基于AHP層次分析法的智能嬰兒手推車設計研究

侯建軍1,2，張玉春1,2，吳麗1,2

（1.南京工程學院 藝術與設計學院，南京 211167；2.南京工程學院 文化藝術創(chuàng)意設計研究院，南京 211167）

建立智能嬰兒手推車功能需求指標體系，從而為設計智能嬰兒手推車提供理論依據和指導。通過嬰兒手推車相關文獻研究和市場產品分析，運用KJ親和圖法建立智能嬰兒手推車功能需求指標。通過問卷調查法、訪談法和AHP層次分析法計算得出各功能指標的權重值，并完成一致性檢驗。得出智能嬰兒手推車功能需求指標的目標層1個、一級指標4個和二級指標17個，其中一級指標的重要排序分別為安全性、舒適性、便捷性和智能化，監(jiān)護人對影響安全性的智能剎車輔助系統(tǒng)、防抱走、速度調節(jié)、智能助力和實時定位功能評價較高，同時希望嬰兒手推車具有智能坐姿調節(jié)、智能遮陽、智能控溫和自動搖椅等功能。最后，將研究結論和設計實踐相結合設計了一款智能嬰兒手推車，并從智能動力、智能防護、智能識別、智能安全、智能語音、APP界面等方面進行設計應用。

智能嬰兒手推車；KJ親和圖法；AHP層次分析法

隨著互聯(lián)網、大數據和人工智能等技術的不斷發(fā)展，智能技術已經逐漸進入到母嬰用品領域。市場上已出現(xiàn)的高端智能嬰兒手推車不僅從人機工程角度更加考慮嬰兒和監(jiān)護人的使用操作舒適性和安全性，同時能夠對嬰兒的生理和行為進行實時分析與判斷，并通過數據形式及時反饋給監(jiān)護人，同時可對周圍的環(huán)境自發(fā)地進行判斷和處理。

1 國內外嬰兒車相關研究

國外嬰兒車的理論研究起步較早，研究也主要針對嬰兒車的安全問題展開：FRISBEE S（2000年）和POWELL E C（2002年）研究發(fā)現(xiàn)嬰兒車的設計缺陷、產品性能和錯誤的使用方式是造成嬰兒受到傷害的主要原因[1-2]。FOWLER E（2013年）統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)1990年至2010年美國5歲及以下兒童由于手推車造成相關傷害的發(fā)生率較高，其中多數損傷在頭部（44%）或面部（43%）[3]。BIRKEN C（2015年）通過訪談法研究了父母對嬰兒車使用與孩子身體活動之間關系，發(fā)現(xiàn)便攜性、時間、距離和兒童偏好是影響嬰兒車使用的重要因素[4]。

我國有關嬰兒車的研究主要集中在從人機工程學角度討論嬰兒手推車舒適性，代表研究如李?。?010年）從人性化設計和人機工程學角度分析了嬰兒車特點，發(fā)現(xiàn)嬰兒車設計兼具感性和理性特征[5]。穆秋陽（2014年）從嬰兒生理、心理、運動能力、人機關系等進行分析，運用系統(tǒng)化和模塊化的設計方法，提出了嬰兒手推車再利用設計的具體步驟[6]。周鐸（2016年）從安全性和功能性角度研究了嬰兒車的功能和部件，利用模塊設計給予嬰兒手推車新的功能[7]。任欣禾（2017年）從嬰兒的身體尺寸、生理和心理需求、材質選擇、色彩分析等角度進行研究，為嬰兒車設計提供了強有力的支撐[8]。

綜合文獻研究發(fā)現(xiàn)，已有的嬰兒手推車研究多集中在嬰兒安全性和人機工程學應用上，對智能技術的研究應用較少，同時缺少針對智能嬰兒手推車功能層次化需求的系統(tǒng)研究。本文通過KJ法建立智能嬰兒手推車設計功能需求指標體系，運用AHP層次分析法計算得出嬰兒手推車各指標體系的重要程度排序[9-11]，為設計智能嬰兒手推車提供理論依據和參考。

2 智能嬰兒手推車層次化功能指標

2.1 基于KJ親和圖的智能嬰兒手推車功能指標建立

KJ親和圖法是將處于混亂狀態(tài)中的語言文字通過其內在相互關系加以歸納和整理，然后找出解決問題新途徑的方法[12]。

智能嬰兒手推車設計要素的選擇是一個涉及多層次、多因素、多指標等諸多因素的集合。在評價指標選擇時，通過收集相關專家和設計人員意見，借助KJ法將收集到的資料進行歸類，并對評價指標要素進行補充、篩選。通過以上分析方法，最終確定嬰兒手推車層次結構為目標層1個、一級指標4個和二級指標17個。

目標層：即該層次結構模型的總目標，為智能嬰兒手推車的層次化功能需求。

一級指標：根據KJ法提取出B1安全性（針對嬰兒）、B2舒適性（針對嬰兒）、B3便捷性（針對監(jiān)護人）、B4智能化（針對監(jiān)護人）4類設計指標要素并將其作為準則層評價要素。

二級指標：根據一級指標設計要素進行詳細劃分，通過KJ法分析和歸納篩選出C1～C17共17個二級評價指標。智能嬰兒手推車設計層次化功能指標見表1。

2.2 各指標功能描述

通過研究已有的智能技術應用，并結合現(xiàn)有智能技術對嬰兒手推車各功能的實現(xiàn)，同時便于受訪者理解各評價指標，將各功能指標詳細描述如下。

C1智能剎車輔助系統(tǒng)：智能安全芯片技術可檢測車體溜坡等異常運動，同時啟動剎車系統(tǒng)。

C2防抱走功能：指紋識別和人臉識別技術可以快速識別監(jiān)護人身份，同時座椅壓力傳感器可感知重力變化，如遇陌生人強行抱走嬰兒，系統(tǒng)會迅速發(fā)送警告信號給監(jiān)護人。

C3速度調節(jié)和智能助力功能：速度傳感器技術可感應速度變化，如嬰兒車速度過快，速度傳感器發(fā)出警示并減速；角度傳感器可檢測角度，上坡時馬達給嬰兒車傳遞動力輔助上坡。

C4實時定位功能：內部定位器技術可通過APP方式查看實時位置或行駛軌跡，在緊急情況下可以啟動一鍵報警功能。

表1 智能嬰兒手推車設計層次化功能指標

C5智能坐姿調節(jié)功能：監(jiān)護人可通過語音或APP控制車體角度和高度變化，智能改變嬰兒的不同姿勢。

C6智能遮陽功能：光線傳感器技術可檢測光線強度，當嬰兒車上的陽光強度大于預設值，遮陽棚會根據光線強度和方向調節(jié)開啟角度和遮陽面積。

C7智能控溫功能：溫度感應器技術可檢測嬰兒車內部溫度和嬰兒體溫，當溫度高出或低于預設值時會及時給監(jiān)護人發(fā)送提醒，也可智能調節(jié)車內部溫度。

C8自動搖椅功能：可智能監(jiān)測嬰兒哭聲并及時提醒監(jiān)護人，搖椅功能自動開啟以安撫嬰兒，監(jiān)護人也可用APP開啟搖椅功能。

C9顯示屏、音箱和攝像頭等功能：顯示屏可實時監(jiān)控嬰兒狀態(tài)和操作嬰兒車，音箱可播放嬰兒喜歡的音樂，攝像頭可實時監(jiān)控和記錄嬰兒成長。

C10手機APP：各操作功能不僅可在嬰兒車顯示屏上操作，還可配合手機APP功能遠程監(jiān)控和操作。

C11奶瓶加熱功能：嬰兒車內置保溫裝置可使嬰兒隨時喝上適溫奶。

C12手機充電功能：車體上設置充電孔，幫助監(jiān)護人隨時手機充電。

C13哭聲監(jiān)測功能：聲音傳感器可收集聲波檢測嬰兒哭聲，并對嬰兒情緒進行預判。

C14自動折疊功能：語音或APP操作可實現(xiàn)車體自動折疊，方便存放或搬運。

C15尿不濕監(jiān)測功能：嬰兒車坐墊上溫度和濕度的傳感器技術可感知溫濕度變化，實時提醒監(jiān)護人嬰兒尿不濕狀態(tài)。

C16早教：智能芯片技術可智能推送音樂、故事、兒歌等，促進嬰兒的大腦發(fā)育。

C17一鍵鎖車功能：監(jiān)護人可語音或APP界面控制嬰兒車的鎖車或解鎖功能。

3 AHP層次分析各功能需求要素權重

AHP層次分析法是一種將復雜問題系統(tǒng)化的方法，其基本思想是將復雜的決策問題建立層次結構模型，將評價指標進行兩兩比較和判斷，通過量化方式進行綜合評價，得出決策方案相對重要性的排序[13]。本研究在構建完成層次化功能指標體系后，通過訪談調研，運用AHP層次分析法分析智能嬰兒手推車的各功能需求指標，得出各指標權重值并完成一致性檢驗。

3.1 構造判斷矩陣并計算各指標權重

本研究選取50名有育兒經驗的父母，組成決策者，對各評價指標用1～9的比例標度進行兩兩比較，判斷矩陣A如下：

（1）

表2 智能嬰兒手推車層次化功能指標綜合權重

根據一級指標權重值可知，嬰兒手推車重要等級的排列順序分別為B1安全性、B2舒適性、B3便捷性和B4智能化，即監(jiān)護人希望把兒童的安全性和舒適性放在首位，其次是考慮操作便捷和智能化等功能。根據對二級指標的權重值可知，監(jiān)護人對影響安全性的C1智能剎車輔助系統(tǒng)、C2防抱走功能、C3速度調節(jié)和智能助力功能、C4實時定位功能評級較高，同時希望嬰兒手推車具有C5智能調節(jié)功能、C6智能遮陽功能、C7智能控溫功能和C8自動搖椅功能。與此同時，監(jiān)護人對C13哭聲監(jiān)測和C15尿不濕監(jiān)測功能等認可程度較低。

3.2 一致性檢驗

為了避免受試者主觀因素影響，對數據進行一次性檢驗，檢驗過程如下：

4 智能嬰兒手推車的設計實踐

根據智能嬰兒手推車設計要素權重分析結果，運用產品設計流程與方法，將研究結論和設計實踐相結合，針對0～18個月的嬰兒設計一款智能嬰兒手推車。該設計造型力求簡潔，具有現(xiàn)代設計美感和科技感，以嬰兒安全性和舒適性為主要功能，同時為監(jiān)護人增加便攜性和智能化的輔助功能。

4.1 智能嬰兒手推車設計效果及功能

智能嬰兒手推車設計效果及功能見圖1。

4.2 智能技術在設計中的應用

以現(xiàn)有的人工智能技術為基礎，根據嬰兒的生理和心理需求，從智能安全、智能動力、智能防護、智能識別、智能語音5個方面開展嬰兒手推車的設計實踐。

1）智能安全系統(tǒng)：智能安全系統(tǒng)包括指紋識別、人臉識別、速度識別、障礙物識別、防抱走等功能，具體功能描述如C1～C4。

2）智能動力系統(tǒng)：包括智能剎車輔助系統(tǒng)和智能助力功能。具有全自動行走和半自動行走兩種模式，全自動行走模式時，嬰兒車可以始終保持在監(jiān)護人的前方行走；半自動輔助推行模式時，當監(jiān)護人手握在把手上時，嬰兒車就會進行識別，根據監(jiān)護人的移動速度移動，見圖2。

圖1 智能嬰兒手推車設計效果及功能

圖2 全自動和半自動行走模式

3）智能防護系統(tǒng)：包括智能遮陽、智能照明和智能控溫等功能，具體功能描述如C5和C6。

4）智能識別系統(tǒng)：根據嬰兒的姿勢調整坐墊、椅背的角度，讓嬰兒更舒適，如C5。同時坐墊會檢測嬰兒的體溫、汗液，根據不同的情況調節(jié)座椅的溫度，給嬰兒提供更舒適的座椅環(huán)境，如C7。嬰兒車內部有聲音傳感器收集聲波，嬰兒哭鬧會啟動搖椅功能并播放音樂，如哭鬧不止會發(fā)警報給監(jiān)護人，如C13。智能攝像和指紋識別功能見圖3。

5）智能多媒體功能：顯示屏、音箱、攝像頭和APP等多媒體實現(xiàn)監(jiān)護人與嬰兒的互動、早教和記錄嬰兒成長的功能，如C9、C10、C16，見圖4—5。

4.3 APP界面設計

結合嬰兒手推車的各項功能設計手機APP界面，界面分為三級頁面層次，主要操作功能有監(jiān)護人信息界面、嬰兒車功能操作界面、嬰兒狀態(tài)監(jiān)控界面、智能早教和社交平臺界面等，見圖6。

4.4 智能嬰兒手推車專利保護

以上設計結構已申請國家發(fā)明專利并進入實質審查階段，發(fā)明名稱為《一種多功能嬰兒手推車》，專利號為202010482696.1。

圖3 智能攝像和指紋識別功能

圖4 四輪避震和自動調節(jié)角度和溫度功能

圖5 可自動智能開啟的遮陽棚功能

5 結語

借助KJ法將大量的嬰兒車相關文獻、市場調研和專家意見等進行歸類整理，確定智能嬰兒手推車層次化功能需求指標為目標層1個、一級指標4個和二級指標17個。通過問卷訪談和層次化分析研究發(fā)現(xiàn)，監(jiān)護人在一級指標評價中希望把兒童的安全性和舒適性放在首位，其次是考慮操作便捷和智能化等功能。同時對二級指標的智能剎車、防抱走、速度調節(jié)、智能助力和定位等功能評級較高。最后根據工業(yè)產品設計流程，結合嬰兒手推車層次化功能指標結論，設計了一款智能嬰兒手推車。該設計不僅注重嬰兒安全性和舒適性，同時為監(jiān)護人增加了便攜性和智能化的輔助功能，以最大限度滿足嬰兒和監(jiān)護人的使用需求。

[1] FRISBEE S J, HENNES H. Adult-worn Child Carriers: a Potential Risk For Injury[J]. Inj Prev, 2000, 6(2): 56-58.

[2] POWELL E C, JOVTIS E, TANZ R R. Incidence and Description of Stroller Related Injuries to Children[J]. Pediatrics, 2002, 110(5): 62.

[3] FOWLER E, KOBE C, ROBERTS K J, et al. Injuries Associated with Strollers and Carriers among Children in the United States, 1990 to 2010[J]. Academic Pediatrics, 2016, 16(8): 726-733.

[4] BIRKEN C. Parents’ Perception of Stroller Use in Young Children: a Qualitative Study[J]. BMC Public Health, 2015, 15(6): 808.

[5] 李俊. 童車設計創(chuàng)新研究——嬰兒車的設計探討[D]. 武漢: 湖北工業(yè)大學, 2010.

LI Jun. Baby Carriage Design Innovation and Research: Approach to the Design of Baby Stroller[D]. Wuhan: Hubei University of Technology, 2010.

[6] 穆秋陽. 嬰兒手推車的再利用研究與設計[D]. 天津:天津科技大學, 2014.

MU Qiu-yang. The Reuse Research and Design of Baby Stroller[D]. Tianjin: Tianjin University of Science & Technology, 2014.

[7] 周鐸. 手推嬰兒車改進設計研究[D]. 沈陽: 沈陽建筑大學, 2016.

ZHOU Yi. Improvement Design Research on the Baby Carriage[D]. Shenyang: Shenyang Jianzhu University, 2016.

[8] 任欣禾. 基于人機工程學理論的兒童出行設備研究[D]. 濟南: 齊魯工業(yè)大學, 2017.

REN Xin-he. Children Travelling Equipment Based on Ergonomics[D]. Jinan: Qilu University of Technology, 2017.

[9] 徐懸, 劉鍵, 嚴揚, 等. 智能化設計方法的發(fā)展及其理論動向[J]. 包裝工程, 2020, 41(4): 10-19.

XU Xuan, LIU Jian, YAN Yang, et al. Development and Theoretical Trend of Intelligent Design Methods[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(4): 10-19.

[10] 銀宇堃, 陳洪, 趙海英. 人工智能在藝術設計中的應用[J]. 包裝工程, 2020, 41(6): 252-261.

YIN Yu-kun, CHEN Hong, ZHAO Hai-ying. The Application of Artificial Intelligence in Art Design[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(6): 252-261.

[11] 鄭剛強, 白銘玉, 饒飛云. 工業(yè)設計視角下的高端裝備創(chuàng)新設計原理與方法探析[J]. 包裝工程, 2020, 41(12): 87-92.

ZHENG Gang-qiang, BAI Ming-yu, RAO Fei-yun. Principle and Method of High-End Equipment Innovation Design from the Perspective of Industrial Design[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(12): 87-92.

[12] 川喜田二郎. KJ法[M]. 北京: 中央公論社, 1996.

JIRO K. KJ Method[M]. Beijing: Central Commune, 1996.

[13] NADERZADEH M, ARABALIBEIK H, MONAZZAM M R, et al. Comparative Analysis of AHP-TOPSIS and Fuzzy AHP Models in Selecting Appropriate Nanocomposites for Environmental Noise Barrier Applications[J]. Fluctuation & Noise Letters, 2017, 16(4): 1-20.

The Research and Design of Smart Baby Stroller Based on Analytic Hierarchy Process

HOU Jian-jun1,2, ZHANG Yu-chun1,2, WU Li1,2

(1.College of Art and Design, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2.Cultural and Artistic Creativity Design Institute, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)

This paper aims to establish the functional requirement index system for intelligent baby stroller which provided theoretical basis and guidance for the design of smart baby stroller. Through the relevant literature research and market research methods, the functional demand index system of smart baby stroller is established by using kJ affinity graph method. Through the questionnaire survey, depth interviews and AHP analytic hierarchy process, the weight value of each functional index is calculated, and consistency inspection is completed. It is concluded that the functional requirement indexes of smart baby stroller of 1 target layer, 4 first level indexes and 17 second level indexes. The important order of the first level indexes is safety, comfort, convenience and internalization. The guardian have a high evaluation on the functions of intelligent brake assist system, prevent the baby from being carry away, speed regulation, intelligent assistance and real-time positioning and also hope have the function of intelligent sitting posture adjustment, intelligent sunshade, intelligent temperature control and automatic rocking chair. Finally, the research conclusion and design practice are combined to design a smart baby stroller.This design includes intelligent power, intelligent protection, intelligent recognition, intelligent security, intelligent voice and APP interface design.

smart baby stroller; KJ affinity graph method; analytic hierarchy process

TB472

A

1001-3563(2022)02-0050-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.02.007

2021-10-17

2020年度教育部人文社會科學青年基金項目“人工智能視域下的工業(yè)設計教育體系再構建與系統(tǒng)化發(fā)展研究”（20YJC760030）；南京工程學院教研教改重點課題（JG2019009）；南京工程學院優(yōu)質課程建設項目（YZKC2019067）；南京工程學院高等教育研究課題（2020YB26）；南京工程學院文化藝術創(chuàng)意設計研究院開放基金項目（CACD202003）；南京工程學院課程思政示范課程（KCXZ2021037）；南京工程學院“課程思政”示范專業(yè)建設點項目（SFZY2021P07）

侯建軍（1983—），女，天津人，博士，南京工程學院藝術與設計學院副教授，主要研究方向為工業(yè)設計。