基于KE和AHP理論的拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價研究

李衍豪 楊雪 祝賀 楊光輝

拖拉機駕駛室是駕駛員進行生產(chǎn)作業(yè)的主要場所，駕駛室內(nèi)的人機設(shè)計對駕駛員的工作有著至關(guān)重要的影響。本文主要探討在拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價中，提出一種基于感性工學（Kansei Engineering，KE）和層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）相結(jié)合的人機設(shè)計評價模型，以更好地評價符合需求的拖拉機駕駛室人機設(shè)計。

一、拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價模型的建立

感性工學的核心是通過對人的內(nèi)在認知情感分析，將模糊的感性需求和情感意向通過數(shù)據(jù)地表達出來。

層次分析法多應(yīng)用于多目標綜合評價，通過定性與定量相結(jié)合分析，將復雜的評價的目標分解為目標層、準則層和指標層，通過每一層權(quán)重值的計算，得到最終評價結(jié)果。兩種方法相結(jié)合能夠使拖拉機駕駛室人機設(shè)計的綜合評價更具科學性、合理性。

根據(jù)調(diào)研分析，拖拉機駕駛室的人機界面可以歸納為操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)3 個典型的人機系統(tǒng)。

二、拖拉機駕駛室人機意象評價

（一）篩選代表性樣本

收集能夠體現(xiàn)駕駛室人機界面設(shè)計的圖片，刪去其中相近的樣本，最終得到典型的拖拉機駕駛室人機設(shè)計樣本12 個。

（二）拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯的獲取

針對操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)3 個人機界面，通過調(diào)查問卷、交流訪談、網(wǎng)上搜索等方式，最終得到12 組拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯，分別是：熟知的—陌生的；多元的—單一的；整體的—分散的；有序的—混亂的；舒適的—難受的；寬大的—窄小的；美觀的—丑陋的；豪華的—廉價的；智能的—呆板的；清晰的—模糊的；明亮的—暗淡的；突出的—低調(diào)的。由此構(gòu)建語義特征集。

（三）拖拉機駕駛室人機界面意象評價指標體系

將得到的拖拉機駕駛室人機界面意象詞匯與拖拉機駕駛室人機設(shè)計樣本相結(jié)合進行打分。評價分值1～5，分值越低越代表非常不符合，分值越高越代表非常符合，形成人機界面語義調(diào)查問卷。最終得到有效調(diào)查問卷共134 份。將數(shù)值統(tǒng)計到數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析軟件中，進行統(tǒng)計。

分析的數(shù)據(jù)需要通過KMO 和Bartlett 檢驗。經(jīng)驗證，KMO 值為0.532，大于0.5，證明變量之間存在相關(guān)性；Bartlett 值接近于0，符合條件，通過檢驗。

運用主成分分析進行因子降維處理后，得到12組人機界面意象詞匯成分矩陣和具體主成分數(shù)目。在成分矩陣中，要選擇滿足特征值大于1、累計方差貢獻率大于80%這2 個標準的變量。同時成分系數(shù)值越高，對該變量的解釋能力越強。經(jīng)數(shù)據(jù)分析后按數(shù)值大小排序，成分1 中，整體的－分散的、有序的－混亂的、多元的－單一的，三個變量的系數(shù)較高；成分2 中，舒適的－難受的、豪華的－廉價的、寬大的－窄小的，三個變量的系數(shù)較高；成分3 中，清晰的－模糊的、明亮的－暗淡的、突出的－低調(diào)的，三個變量的系數(shù)較高。因此，我們確定這3 組9 個變量分別代表3 組人機界面。

根據(jù)層次分析法，構(gòu)建以拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價為目標層，以拖拉機駕駛室人機設(shè)計中的操縱系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)為準則層，以篩選出的人機界面意象詞匯作為指標層，如圖1 所示：

圖1 拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價指標體系

（四）評價指標權(quán)重的計算

確定各個指標的權(quán)重是對拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價的關(guān)鍵。邀請工業(yè)設(shè)計和農(nóng)業(yè)機械老師共19名，采取九級標度法對各項指標進行打分，構(gòu)建評價矩陣，再通過方根法計算各個指標的權(quán)重值。最終得到，B1-B3權(quán)重分別為0.63、0.26、0.11，C1-C3權(quán)重分 別 為0.26、0.64、0.10，C4-C6權(quán) 重 分 別 為0.67、0.09、0.24，C7-C9權(quán)重分別為0.26、0.10、0.64。

為保證專家評價小組在評價過程中的準確性和邏輯性，需要對結(jié)果進行一致性檢驗。

通過對目標層和準則層進行一致性檢驗，結(jié)果顯示，各指標一致性比率CR≤0.1，說明評價矩陣通過了一致性檢驗，評價結(jié)果真實可靠。

（五）模糊綜合評價

根據(jù)拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價樣本，樣本如圖2 所示。結(jié)合各項具體指標權(quán)重進行模糊綜合評價。

圖2 拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價樣本

確定5 個評價等級，分別為很好、好、較好、不好和差。對5 個評價等級根據(jù)5 級評價賦值標準，賦值向量β=（90 80 70 60 50）T，很好為90，好為80，比較好為70，不好為60，差為50。

通過各層級的評價指標權(quán)重確定各個指標權(quán)重向量。各層級的權(quán)重向量分別為：

專家評價小組對子準則層中的各個指標按照評價等級標準進行評價，統(tǒng)計各個指標收到的評價次數(shù)。根據(jù)模糊綜合評價矩陣，可計算出準則層對子準則層的評價權(quán)重向量Pi，即：Pi=WBi×Ri。

根據(jù)計算結(jié)果，建立二級評價矩陣P，并將得到的二級矩陣轉(zhuǎn)制為百分制。從而直觀地評判出不同拖拉機駕駛室人機設(shè)計的優(yōu)劣差異。

邀請13 名農(nóng)機企業(yè)專家對3 款不同的拖拉機駕駛室人機設(shè)計方案進行評價。以方案一為例，R1表示操縱系統(tǒng)評價指標B1層級下的各項具體指標的評價結(jié)果，R2表示座椅系統(tǒng)評價指標B2層級下的各項具體指標的評價結(jié)果，R3表示顯示系統(tǒng)評價指標B3層級下的各項具體指標的評價結(jié)果，具體結(jié)果計算如下。

構(gòu)建模糊綜合評價矩陣后，計算評價權(quán)重向量Pi，計算結(jié)果如下。

將評價權(quán)重向量Pi構(gòu)建為二級評價矩陣P，即：

根據(jù)二級評價矩陣，將方案一的評價結(jié)果轉(zhuǎn)制為百分制數(shù)值。

綜合評價權(quán)重向量W為：WA×P

方案一的百分制得分為：

W×β=（0.296 0.429 0.178 0.085 0.013）×（90 80 70 60 50）T=79.11

依照此方法得到方案二的百分制得分：

W×β=（0.286 0.437 0.180 0.090 0.006）×（90 80 70 60 50）T=79.06

方案三的百分制得分：

W×β=（0.386 0.392 0.193 0.020 0.006）×（90 80 70 60 50）T=81.26

根據(jù)最終得分可知方案三＞方案一＞方案二，由此可知方案三為最佳拖拉機駕駛室人機設(shè)計方案。

三、結(jié)論

將感性工學與層次分析法相結(jié)合，能夠?qū)⒂脩舻男睦矸磻?yīng)映射到產(chǎn)品設(shè)計中。針對國內(nèi)目前缺少對拖拉機駕駛室總體人機設(shè)計評價體系，創(chuàng)新性的構(gòu)建基于感性工學和層次分析法的拖拉機駕駛室人機設(shè)計評價模型，將模糊的拖拉機駕駛室人機設(shè)計語言通過數(shù)據(jù)明晰地表達出來，為今后拖拉機駕駛室人機設(shè)計提供一定的指導作用。