基于KJ-KANO-AHP的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備交互設(shè)計(jì)研究

汪海波　鄒金枝　劉靖

關(guān)鍵詞：奶牛 發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備 KJ KANO AHP 交互設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2022）02-0128-04

引言

近年來(lái)，奶制品成為人們補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)和增強(qiáng)體質(zhì)的重要選擇，其質(zhì)量和產(chǎn)量與公眾健康密切相關(guān)，奶牛養(yǎng)殖業(yè)因此備受關(guān)注。傳統(tǒng)人工奶牛養(yǎng)殖需要大量的人力投入，養(yǎng)殖全過(guò)程都需要人工監(jiān)控和管理，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且效率較低，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖的發(fā)展需求。面對(duì)不斷增長(zhǎng)的奶牛數(shù)量，需要探索更有效的技術(shù)手段來(lái)改善現(xiàn)有的奶牛養(yǎng)殖業(yè)管理模式。

奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)在奶牛養(yǎng)殖業(yè)中占據(jù)重要地位。劉忠超等人運(yùn)用ZigBee網(wǎng)關(guān)硬件和C#技術(shù)結(jié)合以太網(wǎng)，設(shè)計(jì)了奶牛發(fā)情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端設(shè)備通過(guò)綁帶系在奶牛后腿腕部，實(shí)時(shí)獲取奶牛發(fā)情信息;譚益等人通過(guò)Storm平臺(tái)結(jié)合計(jì)步器終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)奶牛發(fā)情狀況;王少華等人通過(guò)攝像機(jī)運(yùn)用AlexNet深度學(xué)習(xí)算法獲取情信息。當(dāng)下很多學(xué)者著眼于奶牛監(jiān)測(cè)設(shè)備的硬件設(shè)施的理論研究與技術(shù)實(shí)踐中，對(duì)產(chǎn)品與人、產(chǎn)品與周圍環(huán)境之間的交互關(guān)系研究較少，這極易導(dǎo)致牧場(chǎng)管理者在使用產(chǎn)品時(shí)體驗(yàn)不佳。我們?cè)谟眉夹g(shù)了解用戶需求的同時(shí)也要考慮到用戶使用產(chǎn)品時(shí)的體驗(yàn)，以便更好地理解產(chǎn)品的使用者對(duì)于產(chǎn)品的期待點(diǎn)和厭惡點(diǎn)，這不僅可以提高用戶的工作效率，也可以提升用戶的體驗(yàn)愉悅度，使用戶在使用產(chǎn)品過(guò)程中有一個(gè)良好的用戶體驗(yàn)。本研究運(yùn)用KJ-KANO-AHP結(jié)合的方法對(duì)奶牛發(fā)情期監(jiān)測(cè)設(shè)備提出一種交互設(shè)計(jì)方案，能有效地提高牧場(chǎng)管理者的工作效率，優(yōu)化奶牛養(yǎng)殖業(yè)的智能化管理模式。

一、奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)狀

奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備是奶牛場(chǎng)的一種數(shù)字化管理設(shè)備，可以通過(guò)特定的傳感裝置實(shí)時(shí)，在線地監(jiān)測(cè)，記錄和上傳奶牛生理指標(biāo)。利用大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)奶牛進(jìn)行監(jiān)管，牧場(chǎng)管理員可以實(shí)時(shí)掌控奶牛所處的位置和及時(shí)了解奶牛的體能狀況，同時(shí)可以系統(tǒng)地對(duì)整個(gè)牛群的生理指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備按照其佩戴方式大致分為耳標(biāo)式、頸戴式、尾標(biāo)式及蹄戴式4種，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品比較分析，見表1。

無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的佩戴方式多為頸戴式，均是將核心監(jiān)測(cè)裝置穿于繩上，系在脖頸處。國(guó)外奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中除了考慮到功能還注重產(chǎn)品造型的細(xì)節(jié)處理，考慮到奶牛的舒適性及安全性，對(duì)邊緣進(jìn)行圓角處理;色彩搭配方面考慮到色彩與產(chǎn)品、環(huán)境、人之間的關(guān)系。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品在滿足功能需求的同時(shí)很少考慮到產(chǎn)品造型、色彩、細(xì)節(jié)等方面的處理。由于只考慮到需求功能因素而導(dǎo)致用戶體驗(yàn)不佳，如頸戴式奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備顯示屏和其旁邊的牛只數(shù)字編號(hào)由于重力作用會(huì)向下滑，導(dǎo)致工作人員在尋找牛只時(shí)比較困難。

國(guó)外對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的研究相對(duì)深入，出現(xiàn)了諸多如計(jì)步器、項(xiàng)圈、尾標(biāo)等傳感器產(chǎn)品和發(fā)情預(yù)測(cè)理論模型以及畜牧場(chǎng)計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)，這些產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)測(cè)奶牛發(fā)情信息。國(guó)內(nèi)對(duì)于奶牛監(jiān)測(cè)設(shè)備的研究也在逐步優(yōu)化升級(jí)，國(guó)內(nèi)某些大型奶牛場(chǎng)仍使用引進(jìn)的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備，在使用過(guò)程中，由于各國(guó)牧場(chǎng)管理者所處環(huán)境不同，其思維方式也存在差異，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)牧場(chǎng)管理者在使用產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)交互障礙;同時(shí)，進(jìn)口設(shè)備價(jià)格普遍較高，在對(duì)奶牛生產(chǎn)性能影響不大的情況下，中小規(guī)模企業(yè)傾向于選擇國(guó)產(chǎn)設(shè)備。國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格適宜，性價(jià)比高，但在使用的過(guò)程中一定程度上存在繩子磨損、斷裂、清潔困難、監(jiān)測(cè)誤差、數(shù)據(jù)不夠直觀等，在造型、細(xì)節(jié)、與體驗(yàn)方面還需進(jìn)一步設(shè)計(jì)完善。針對(duì)以上問題本文提出了基于KJ-KANO-AHP的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備交互設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)出一款符合我國(guó)牧場(chǎng)管理者使用的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備。

二、KJ-KANO-AHP模型

本研究提出KJ-KANO-AHP模型，旨在將三種傳統(tǒng)方法相結(jié)合并應(yīng)用于需求分析的不同階段，克服單一方法存在的不足之處。KJ法作為內(nèi)容歸納分析的重要工具，宜應(yīng)用于需求獲取階段，旨在梳理不同類別的需求并將重復(fù)、相似的需求進(jìn)行整合。因此，本文引入KJ法獲取奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的用戶需求要素，探究當(dāng)前奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的問題，以確保用戶需求的真實(shí)性，避免設(shè)計(jì)定位的主觀性。同時(shí)，運(yùn)用KANO模型將獲取后的用戶需求進(jìn)行屬性歸類，獲取對(duì)用戶滿意度有正向影響的重要需求，并判斷不同類型的需求指標(biāo)對(duì)用戶體驗(yàn)的影響程度。KANO問卷通過(guò)正反向問題幫助人們擺脫思維誤區(qū)，例如“無(wú)所謂”不等于“滿意”，可以更細(xì)致地挖掘功能的特征。最后，運(yùn)用AHP對(duì)歸類后的需求指標(biāo)進(jìn)行定量分析，獲取指標(biāo)的權(quán)重排序及優(yōu)先級(jí)，設(shè)計(jì)出以用戶需求為中心的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備。

三、基于KJ-KANO-AHP的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備交互設(shè)計(jì)流程

基于KJ-KANO-AHP的奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備研究將從以下步驟展開，見圖1，（1）通過(guò)KJ法確定用戶的原始需求;（2）以KANO模型為理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，確定需求指標(biāo)的類別;（3）使用層次分析法計(jì)算出需求指標(biāo)的權(quán)重及排序;（4）對(duì)重要需求指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

（一）基于KJ法的功能需求清單建立

需求清單建立的主要目的是獲取產(chǎn)品對(duì)象的功能特征。運(yùn)用KJ法獲取奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的用戶需求，具體操作分6個(gè)步驟，即確定受訪對(duì)象、確立受訪方式、確立主題、收集信息、卡片制作、卡片分類。確定受訪對(duì)象：受訪對(duì)象由40位牧場(chǎng)工作人員和10位工業(yè)設(shè)計(jì)師組成。受訪開始前將受訪者分為8組，其中六個(gè)組是6人，兩個(gè)組為了人，每組至少有一位且不超過(guò)兩位設(shè)計(jì)師，年齡、崗位相近的人盡量分在不同組，受訪分兩次進(jìn)行，每次四組，時(shí)間均為下午3：30-4：20。受訪方式：以會(huì)議形式進(jìn)行，每一組圍繞一張會(huì)議桌，提前給每位受訪者發(fā)放卡片一張。確立主題：以奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備為主題，收集奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的資料。收集信息：受訪對(duì)象在卡片上寫下所想到的任何與奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的信息，至少寫5條以上，之后收回卡片?？ㄆ谱鳎簩⑹占目ㄆM(jìn)行處理，去除重復(fù)信息，比如防水功能與被水沖不壞、數(shù)據(jù)更直觀與數(shù)據(jù)可視化等進(jìn)行信息合并，制作成獨(dú)立的卡片，每張卡片記錄一條信息;卡片分類：卡片隨機(jī)擺放，將需求相似的卡片放在一起，合并相似信息，并將其劃為一組。重新分組的卡片隨機(jī)放置，再次進(jìn)行相似信息合并，將得到一個(gè)更大的組別，重復(fù)合并次數(shù)，直至無(wú)法合并，獲取奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備用戶初始需求分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。

（二）奶牛智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能層次研究

1.設(shè)計(jì)KANO問卷：根據(jù)奶牛發(fā)情智能監(jiān)測(cè)設(shè)備需求統(tǒng)計(jì)表設(shè)計(jì)KANO問卷。問卷設(shè)計(jì)分為正反兩個(gè)問題，用于評(píng)判用戶在滿足該項(xiàng)需求和不滿足該項(xiàng)需求時(shí)的滿意程度。正向問題是測(cè)量奶牛發(fā)情智能監(jiān)測(cè)設(shè)備具有某項(xiàng)功能特征時(shí)用戶的態(tài)度，反向問題是測(cè)量奶牛發(fā)情智能監(jiān)測(cè)設(shè)備不具有某項(xiàng)功能特征時(shí)用戶的態(tài)度;通過(guò)發(fā)放問卷進(jìn)行調(diào)研，針對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的每個(gè)功能分別設(shè)計(jì)正反兩項(xiàng)問題，問題采用五級(jí)里克特量表，分別為“滿意”“理應(yīng)如此”“無(wú)所謂”“勉強(qiáng)接受”和“不滿意”。以第一項(xiàng)“布局合理”功能為例，KANO問卷表見表3。調(diào)研對(duì)象中牧場(chǎng)工作人員108人、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生27人。再根據(jù)需求評(píng)價(jià)矩陣判斷出具體需求對(duì)應(yīng)的KANO屬性。KANO需求評(píng)價(jià)矩陣見表4。其中A、O、M、I、R分別代表魅力需求、期望需求、必備需求、無(wú)差異需求和反向需求。

2.根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定需求指標(biāo)類別：?jiǎn)柧砉舶l(fā)放135份，其中有效問卷128份。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5，將比值最大的屬性作為定性依據(jù)。整理表5數(shù)據(jù)可知，必備需求包括布局合理、及時(shí)反饋、結(jié)實(shí)耐用、安全性、快速定位、智能監(jiān)測(cè)、造型簡(jiǎn)約、防水和易于清理。這類需求是奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備中最首要的，此類需求對(duì)應(yīng)基本服務(wù)，在設(shè)計(jì)中居于首要考慮位置。期望需求包括親和力、科技感、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)維護(hù)和界面美觀。此類需求與用戶滿意度顯著相關(guān)，應(yīng)盡量滿足。魅力需求包括遠(yuǎn)程操作、個(gè)性化定制和環(huán)保材料。魅力需求屬于潛在性需求，在設(shè)計(jì)中應(yīng)積極挖掘。無(wú)差異需求包括輕量化和語(yǔ)音識(shí)別。此類需求的存在與否不會(huì)影響到用戶滿意度，在設(shè)計(jì)時(shí)可不予考慮。

3.去除無(wú)差異需求：將各需求指標(biāo)進(jìn)行分類，去除無(wú)差異需求，得到的修正后的需求指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表6。

（三）奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備需求指標(biāo)權(quán)重分析

通過(guò)KANO模型對(duì)奶牛發(fā)情檢測(cè)設(shè)備的需求屬性進(jìn)行了歸類，利用層次分析法構(gòu)建需求判斷矩陣，選取參與需求分析的50人進(jìn)行指標(biāo)評(píng)價(jià)，展開對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備需求的權(quán)重分析。在評(píng)價(jià)時(shí)，采用層次分析法所提供的一致矩陣法進(jìn)行賦值，目的是減少不同屬性指標(biāo)因素比較時(shí)的困難，以提高結(jié)果的精確度。見表7。

依據(jù)奶牛智能監(jiān)測(cè)設(shè)備功能需求質(zhì)量展開的結(jié)果，由專家通過(guò)判斷矩陣對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備一級(jí)需求指標(biāo)：必備需求、期望需求、魅力需求，進(jìn)行兩兩比較，結(jié)果見表8。其中CR=0.018<0.1，一致性檢驗(yàn)通過(guò)。統(tǒng)計(jì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備需求滿意度調(diào)查問卷，運(yùn)用層次分析法分析奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的二級(jí)需求指標(biāo)，獲取權(quán)重值，具體見表9-表11。CR值分別為：0.019，0.025，0.092全部小于0.1，一致性檢驗(yàn)通過(guò)。

奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的二級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重即為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重和二級(jí)指標(biāo)權(quán)重的積，將獲得的綜合權(quán)重結(jié)果進(jìn)行排序，見表12，重要度越靠前的指標(biāo)對(duì)用戶滿意度影響越大。

根據(jù)表12的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的綜合權(quán)重優(yōu)先級(jí)排序依次為：智能監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可視化、結(jié)實(shí)耐用、安全性、界面美觀、環(huán)保材料、快速定位、自動(dòng)維護(hù)、防水、遠(yuǎn)程操作、布局合理、科技感、易于清理、及時(shí)反饋、親和力、造型簡(jiǎn)約、個(gè)性定制，可以看出必備需求的綜合權(quán)重領(lǐng)先于期望需求，同樣的期望需求綜合權(quán)重領(lǐng)先于魅力需求，這與KANO模型的屬性歸類一致。其中智能監(jiān)測(cè)、結(jié)實(shí)耐用、安全性、快速定位是必備需求且在綜合指標(biāo)中重要度較高，此類需求對(duì)用戶滿意度影響較為明顯。數(shù)據(jù)可視化、界面美觀、自動(dòng)維護(hù)的需求的存在與否不會(huì)對(duì)消費(fèi)者滿意度有明顯的影響，可根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)成本等進(jìn)行加減設(shè)計(jì)。界面美觀、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)維護(hù)是當(dāng)前智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，也是KANO屬性中的期望需求，如果能滿足此項(xiàng)功能中的任意一項(xiàng)，都可以有效提高消費(fèi)者的滿意度;對(duì)消費(fèi)者最具興奮型需求的重要度較高的指標(biāo)是環(huán)保材料，增加此類需求可以提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

四、奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備交互設(shè)計(jì)實(shí)踐

基于需求指標(biāo)綜合排序的結(jié)果，以重要度排序靠前的指標(biāo)為導(dǎo)向，結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)理論和方法，對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。首先，設(shè)計(jì)師對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)，外觀造型為項(xiàng)圈的形式，見圖2。一體化設(shè)計(jì)不僅能降低牧場(chǎng)工作人員給奶牛配帶項(xiàng)圈過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)將原來(lái)集中于奶牛頸部下方的核心裝置均分于其他部位，從而達(dá)到減輕奶牛頸部負(fù)擔(dān)，提升佩戴舒適度的目的。其次，設(shè)計(jì)師對(duì)該設(shè)備的佩戴方式予以改進(jìn)，見圖3。旋轉(zhuǎn)式的佩戴方式不僅節(jié)約了牧場(chǎng)工作人員給奶牛配戴項(xiàng)圈的時(shí)間，也可以降低操作過(guò)程中的事故風(fēng)險(xiǎn)率。此外，設(shè)計(jì)師對(duì)該設(shè)備邊角造型進(jìn)行了圓潤(rùn)處理，以達(dá)到減輕牛群佩戴時(shí)不適的目的，并提高產(chǎn)品的耐用性。最后，設(shè)計(jì)人員對(duì)該設(shè)備編號(hào)旁的LED指示燈進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，見圖2。指示燈的顏色可以預(yù)警奶牛所處的不同狀態(tài)，使牧場(chǎng)工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處于發(fā)情期或異常狀態(tài)的奶牛。

可視化設(shè)計(jì)是將數(shù)據(jù)和信息，運(yùn)用設(shè)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行直觀表現(xiàn)的一種手段。該方法可以將復(fù)雜的數(shù)字轉(zhuǎn)化成易于識(shí)別的圖形，以便于用戶快速了解相關(guān)信息。本研究從可視化設(shè)計(jì)的視角對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的用戶界面進(jìn)行了優(yōu)化，見圖4。界面中的不同色彩模塊可以指示奶牛的實(shí)時(shí)狀態(tài)。用戶可以點(diǎn)擊牛群狀態(tài)模塊進(jìn)入二級(jí)菜單，以快速了解牛群信息。同時(shí)，狀態(tài)欄中運(yùn)用曲線變化表示奶牛的實(shí)時(shí)狀況，能幫助用戶快速獲取相關(guān)信息，以提升牧場(chǎng)工作人員的管理效率。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過(guò)KJ法獲取產(chǎn)品需求并對(duì)其進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上利用KANO模型對(duì)產(chǎn)品功能需求屬性分類，運(yùn)用AHP構(gòu)建判斷矩陣，獲取對(duì)奶牛發(fā)情檢測(cè)設(shè)備交互設(shè)計(jì)重要度較高的指標(biāo)，提出奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的交互設(shè)計(jì)策略。最后從奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的智能檢測(cè)、快速定位、防水功能等方面出發(fā)，結(jié)合交互設(shè)計(jì)方法，提出奶牛發(fā)情智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的優(yōu)化方向，為奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供參考與指導(dǎo)。