基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

摘" 要：為提高家庭種植機(jī)產(chǎn)品的實(shí)用性、可維護(hù)性，借助服務(wù)設(shè)計(jì)理念與方法對(duì)家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品的用戶需求進(jìn)行研究，提升用戶良好的情感體驗(yàn)和樂趣。首先通過用戶調(diào)研提取家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品的用戶需求，采用Kano模型將用戶需求進(jìn)行屬性劃分從而尋求家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)。其次結(jié)合AHP建立家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品的層次分析模型與判斷矩陣，獲取設(shè)計(jì)要素權(quán)重并進(jìn)行排序。最后參考相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果分析，開展家用魚菜共生種植機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：用戶更加關(guān)注種植機(jī)的基本功能以及產(chǎn)品帶來(lái)的體驗(yàn)。基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究為家用種植機(jī)更好地滿足用戶需求，促進(jìn)生態(tài)宜居并向著綠色化、便捷化的方向發(fā)展提供了參考。

關(guān)鍵詞：智能種植機(jī)；Kano；AHP；魚菜共生；用戶需求

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市居民對(duì)綠色食品、健康生活的需求日益增長(zhǎng)，但有限的城市土地資源無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)種植需求，通過家庭種植機(jī)可以幫助居民在家中種植蔬菜、水果等植物，增加生活樂趣和獲得感，同時(shí)解決食品安全問題[1]。然而土壤病菌、農(nóng)學(xué)知識(shí)缺乏等因素仍會(huì)影響蔬菜栽培質(zhì)量，魚菜共生系統(tǒng)為其提供了解決思路。作為一種環(huán)保、可持續(xù)的養(yǎng)殖種植方式，魚菜共生是將魚類和水生植物進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，魚的排泄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，利用植物的吸收和消化特性來(lái)清潔和改善系統(tǒng)的環(huán)境和水質(zhì)，形成生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)[2]。目前，研究者們?cè)隰~菜共生種植系統(tǒng)領(lǐng)域做了相關(guān)研究。在魚菜共生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建方面，趙立軍等主要探索了不同種類、規(guī)模和結(jié)構(gòu)的池塘、水槽和容器對(duì)魚菜共生種植系統(tǒng)的空間利用率、水循環(huán)和熱度方面的影響，并基于物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)展開魚菜共生裝置設(shè)計(jì)實(shí)踐[3]。在水質(zhì)管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，Colt J.等通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制水質(zhì)、氧氣、光強(qiáng)等參數(shù)，總結(jié)出促進(jìn)系統(tǒng)生態(tài)循環(huán)穩(wěn)定和健康的條件并優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案[4]。王佳等提出室內(nèi)酒店魚菜共生墻設(shè)計(jì)策略，采用垂直種植的方式將種植和景觀特色性相結(jié)合，兼具裝飾、觀賞意義和室內(nèi)空氣凈化作用，為室內(nèi)景觀生態(tài)產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)路徑[5]。Hsiao S.J.等基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行家庭陽(yáng)臺(tái)式魚菜共生系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并對(duì)其觀賞性和實(shí)用性進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)估[6]。從文獻(xiàn)研究來(lái)看當(dāng)今國(guó)內(nèi)外魚菜共生種植產(chǎn)品往往從技術(shù)角度出發(fā)而忽略用戶需求，以家庭為單位的魚菜共生種植產(chǎn)品也有出現(xiàn)但研究較少，家用魚菜共生種植產(chǎn)品存在智能化低、種植小白經(jīng)驗(yàn)不足、更換用水麻煩、裝飾美觀度不足等問題。為了提高產(chǎn)品的使用滿意度，結(jié)合產(chǎn)品構(gòu)成，從用戶需求的角度出發(fā)對(duì)家庭種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，運(yùn)用Kano-AHP方法構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，為設(shè)計(jì)方案提供數(shù)據(jù)及理論支撐并進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，為家庭種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新思路、提升用戶體驗(yàn)并推動(dòng)生態(tài)宜居。

一、研究方法及流程

（一）研究步驟

在分析魚菜共生種植產(chǎn)品相關(guān)研究現(xiàn)狀并闡述其現(xiàn)存問題后，研究將分析Kano-AHP模型應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及流程，如圖1所示，按照調(diào)研用戶需求并通過Kano進(jìn)行屬性細(xì)分、AHP量化用戶需求從而進(jìn)行權(quán)重排序、明確重點(diǎn)需求后開展設(shè)計(jì)驗(yàn)證等步驟展開。

（二）Kano-AHP法介紹

用戶需求是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中不可或缺的重要因素，在家庭魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品研究中，以用戶需求作為第一驅(qū)動(dòng)力，可以更好的理解用戶的心理和行為，從而設(shè)計(jì)出更加符合用戶需求的種植機(jī)產(chǎn)品。Kano模型是一種通過問卷調(diào)查及Kano結(jié)果評(píng)價(jià)表對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的各項(xiàng)屬性進(jìn)行評(píng)估的方法，有助于設(shè)計(jì)師與用戶進(jìn)行有效溝通，獲取用戶關(guān)鍵需求并作出決策從而及輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃[7]，但Kano模型依賴于大量的客觀數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不足或存在錯(cuò)誤，模型的結(jié)果就會(huì)失真，因此需要注意模型的局限性和數(shù)據(jù)的有效性，降低主觀因素的影響以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。AHP作為多屬性決策分析方法，能夠明確權(quán)重，具有較高的可信度和可解釋性[8]，但其結(jié)果的可靠性和有效性很大程度上取決于問題的結(jié)構(gòu)和模型，不同的評(píng)價(jià)因素具有不同的量化難度，可能會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確度。

AHP和Kano模型的結(jié)合可將Kano模型的主觀性降至最小，利用AHP將需求的重要性指標(biāo)量化，從而得到更具可靠性的定量分析結(jié)果。Kano-AHP模型應(yīng)用流程如圖2所示。

二、基于Kano-AHP的家用魚菜共生種植機(jī)設(shè)計(jì)流程

（一）基于Kano的用戶需求獲取及屬性劃分

1.卡諾應(yīng)用思路

首先，通過實(shí)地訪談和文獻(xiàn)參考來(lái)獲取家用魚菜共生種植機(jī)用戶需求指標(biāo)。其次，設(shè)計(jì)Kano雙因子五階李克特評(píng)分問卷邀請(qǐng)用戶填寫，從而確定各用戶需求指標(biāo)所屬Kano類別。最后，對(duì)Kano問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，將最大數(shù)值作為用戶需求分類依據(jù)。用戶需求分為基本型用戶需求屬性M；期望型用戶需求屬性O(shè)，與用戶需求滿意度呈正相關(guān)；魅力型用戶需求屬性A，一旦滿足將會(huì)大幅度提升用戶滿意度，對(duì)該類屬性需求應(yīng)重點(diǎn)考慮；無(wú)差異型用戶需求屬性I和反向型用戶需求屬性R。該種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中排除對(duì)無(wú)差異屬性和反向?qū)傩孕枨筇接慬9]。因此M、O、A出現(xiàn)頻率的大小作為確定本研究中目標(biāo)用戶對(duì)家用魚菜共生種植產(chǎn)品需求的分類結(jié)果的依據(jù)。結(jié)合Kano問卷調(diào)查結(jié)果可得到用戶需求滿意度和不滿意度，計(jì)算公式如下：

式中：S——滿意度；

D——不滿意度；

A，O，M，I——問卷中用戶對(duì)興奮需求、期望需求、基本需求、無(wú)差異需求的選擇次數(shù)。

2.用戶需求獲取及屬性劃分

通過調(diào)研獲得用戶初始需求并制作Kano雙因子五階李克特問卷，針對(duì)用戶需求進(jìn)行正反兩項(xiàng)問題的設(shè)置，即如果有此功能用戶的態(tài)度和沒有該功能用戶的態(tài)度，記錄結(jié)果時(shí)將滿意程度優(yōu)先級(jí)排序?yàn)镸gt;Ogt;Agt;Igt;R，問卷設(shè)計(jì)如表1所示。通過對(duì)用戶調(diào)研問卷數(shù)據(jù)的整理與分析，共得出18項(xiàng)用戶需求如表2所示。本次調(diào)研共發(fā)放180份問卷，回收有效問卷132份；應(yīng)用Kano結(jié)果分析表進(jìn)行用戶需求類型劃分，如表3所示。

3.Kano結(jié)果分析

基于表中的數(shù)據(jù)結(jié)果可知需求項(xiàng)目如下：基本型需求有混合種植、加水提醒、輔助投喂、易清洗、耐腐蝕；期望型需求有生物狀態(tài)監(jiān)測(cè)、殺菌消毒、外觀簡(jiǎn)約幾何、尺寸適中、線下配送服務(wù)；魅力型需求有自動(dòng)調(diào)溫、模塊化可組裝、APP交流共享、種菜養(yǎng)魚知識(shí)普及。

（二）基于AHP產(chǎn)品因子層次分析

AHP法在解決多目標(biāo)復(fù)雜決策問題的時(shí)候，將決策過程整合成一套系統(tǒng)，針對(duì)不同的問題，將總目標(biāo)分解為多個(gè)子目標(biāo)或基本準(zhǔn)則，在整體計(jì)算過程中，將多指標(biāo)分為若干層次，借助定性指標(biāo)的模糊量化方法計(jì)算出層次的單排序和總排序[10]。通過尋找各種量化變量之間的脈絡(luò)，能夠快速有效地分析出產(chǎn)品中各個(gè)數(shù)據(jù)之間的比較關(guān)系，從而明確規(guī)劃決策的方案、準(zhǔn)則、條件等，建立多層次的遞進(jìn)結(jié)構(gòu)，幫助決策者找到最適合的目標(biāo)和對(duì)問題的優(yōu)化解決方案。AHP法分為三個(gè)層級(jí)：最高級(jí)是指解決的目標(biāo)，最低級(jí)是指在決策中作出選擇的方案，中間層是面向問題的考慮因素，即決策準(zhǔn)則。所鄰近的兩個(gè)層次中頂層為決策層而底層為因素層[11]。

1.構(gòu)建用戶需求指標(biāo)層次分析結(jié)構(gòu)模型

基于AHP法構(gòu)建出層次分析模型如圖3所示。其中，家用魚菜共生種植產(chǎn)品最佳設(shè)計(jì)方案為目標(biāo)層，將必備屬性、期望屬性、魅力屬性設(shè)置為準(zhǔn)則層，并將各類屬性下的用戶需求拓展方案層，目標(biāo)層用X表示，準(zhǔn)則層中的必備屬性用M表示。其拓展出的方案層中M1表示混合種植，M2表示加水提醒，M3表示輔助投喂，M4表示易清洗，M5表示耐腐蝕。期望屬性O(shè)拓展出的方案層中O1表示生物狀態(tài)監(jiān)測(cè)，O2表示殺菌消毒，O3表示外觀簡(jiǎn)約幾何，O4代表尺寸適中。O5代表線下配送。魅力屬性A拓展出的方案層中A1代表自動(dòng)調(diào)溫，A2代表模塊化可組裝，A3表示APP交流共享，A4表示APP智能知識(shí)普及。

2.構(gòu)建基于AHP模型的判斷矩陣

制作家用魚菜共生種植產(chǎn)品用戶需求影響因子評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表，由相關(guān)專家以問卷打分的形式進(jìn)行，并通過專家提供的內(nèi)容信息判斷各指標(biāo)因素的相對(duì)重要性。本次實(shí)驗(yàn)共邀請(qǐng)10位與植物工廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)人員填寫調(diào)查問卷，分別是2位家用植物工廠研究方向教授、3位植物共廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、5位設(shè)計(jì)方向研究生。邀請(qǐng)他們按照1—9的相對(duì)尺度進(jìn)行評(píng)分，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比，然后根據(jù)群決策的方法，取其平均數(shù)作為權(quán)重計(jì)算基礎(chǔ)。判斷結(jié)果基于公式：

3.采用特征向量計(jì)算權(quán)重

采取YA-AHP軟件中特征相量法計(jì)算家用魚菜共生種植產(chǎn)品各用戶需求權(quán)重值[12]，計(jì)算得到各層級(jí)判斷矩陣及權(quán)重值，如表4—表7所示。然后將其歸一化處理，該方法可以高效判斷各項(xiàng)因子之間的矩陣和權(quán)重系數(shù)信息。

4.一致性檢驗(yàn)

為保證測(cè)試者評(píng)價(jià)思維的一致性以及判斷矩陣相容性，對(duì)判斷矩陣結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)分析，計(jì)算公式如下：

結(jié)果CR值均小于0.1，表明通過一致性檢驗(yàn)，如表8所示。最終獲得全部方案層權(quán)重排序，如表9所示，由表格數(shù)據(jù)可以看出，家庭魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品耐腐蝕、輔助投喂、加水提醒需求原則權(quán)重比較高。

三、產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）方案設(shè)計(jì)

以上述評(píng)價(jià)結(jié)果為參考依據(jù)對(duì)家用魚菜共生智能種植機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其外觀造型簡(jiǎn)約溫和且體積適中，可方便移動(dòng)并供用戶自由選擇放置于客廳、陽(yáng)臺(tái)、桌面等多處場(chǎng)景，增強(qiáng)種植體驗(yàn)和室內(nèi)裝飾性能，產(chǎn)品效果圖如圖4所示。為確保機(jī)器使用壽命長(zhǎng)和不易損壞，內(nèi)部材質(zhì)選擇有較好耐腐蝕性的鋁合金，外殼選擇易搬運(yùn)防腐蝕的塑料材質(zhì)。在功能和結(jié)構(gòu)上，底部有可移動(dòng)支腳，方便將其安置于室內(nèi)空間或陽(yáng)臺(tái)中；側(cè)部將魚糧儲(chǔ)存盒和加水口合并，達(dá)到操作簡(jiǎn)單的目的。用戶可通過手機(jī)專屬APP可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)溫、一鍵加水等功能，也可了解魚類和植物狀況并進(jìn)行投喂等遠(yuǎn)程操作。APP導(dǎo)入觀賞魚和綠植所需條件和知識(shí)信息，彌補(bǔ)城市用戶中種植小白經(jīng)驗(yàn)不足的缺陷。

家庭魚菜共生種植機(jī)通過智能化的輔助手段融合魚菜共生技術(shù)可大大降低用戶對(duì)家庭種菜和魚類飼養(yǎng)的操作難度，解決用戶外出遺忘喂養(yǎng)種植等問題，實(shí)現(xiàn)智慧型、趣味型、綠色循環(huán)的養(yǎng)魚種菜模式。

（二）設(shè)計(jì)驗(yàn)證

設(shè)計(jì)完成后，請(qǐng)參與Kano問卷調(diào)研的30位設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行滿意度評(píng)估，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表10所示。

根據(jù)滿意度評(píng)估結(jié)果，對(duì)表10的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，得出30位用戶對(duì)產(chǎn)品的加權(quán)平均值分別如下：材質(zhì)質(zhì)量4.23、操作反饋4.40、視覺效果4.20、產(chǎn)品尺寸4.47、情感體驗(yàn)4.23、APP交互4.03，表明產(chǎn)品在功能性能、外觀造型和其他服務(wù)的用戶體驗(yàn)整體處于滿意水平，顯示出用戶感需求得到較好的滿足，評(píng)估結(jié)果較為滿意。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)魚菜共生種植產(chǎn)品存在智能化低、用戶體驗(yàn)不佳等問題，研究采用融合Kano-AHP模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，使Kano和AHP優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)從而獲得更為準(zhǔn)確的用戶需求指標(biāo)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師開展以用戶需求為導(dǎo)向的家用魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。該方法能夠更精準(zhǔn)地捕捉提升用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)要素，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師更準(zhǔn)確的挖掘用戶需求來(lái)提高種植機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)家庭版魚菜共生種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新思路和借鑒，也為其他以用戶需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供借鑒意義。盡管研究填補(bǔ)了家庭魚菜共生種植機(jī)產(chǎn)品在用戶需求層面的空缺，努力滿足用戶需求，但由于現(xiàn)實(shí)條件限制，獲得的設(shè)計(jì)需求并不完全全面。未來(lái)的研究可考慮更多的因素，如用戶習(xí)慣、健康需求等，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有效的理論依據(jù)，給當(dāng)代人們提供更好的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊勤，劉大帥，王衛(wèi)星，石勐，王建偉.基于SET/TRIZ的家庭智能蔬菜種植箱創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2020（16）：170-175．

[2]劉慧，汪小旵，施印炎，李天沛，於海明，郝向澤．魚－菜共生種養(yǎng)技術(shù)模式研究現(xiàn)狀[J]．中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2022（12）：75-82．

[3]趙立軍，李強(qiáng)，陳爽，等．智能魚菜共生裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究-基于物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2021（11）：98-104．

[4]Colt J，Schuur A M，Weaver D，et al．Engineering design of aquaponics systems[J]．Reviews in Fisheries Science amp; Aquaculture，2022（1）：33-80．

[5]王佳，殷金巖，趙秀芳．垂直綠化技術(shù)在LONG-PLAN長(zhǎng)屋項(xiàng)目生態(tài)建筑的應(yīng)用探索[J]．廣東園林，2019（6）：70-75．

[6]Hsiao S J，Sung W T．Building a fish-vegetable coexistence system based on a wireless sensor network[J]．IEEE Access，2020（8）：119-131．

[7]周紅宇，王嘉倫．基于Kano-QFD的適老化衛(wèi)浴產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2023（4）：150-157．

[8]邴媛，張建敏．基于Kano模型與層次分析法的農(nóng)機(jī)造型設(shè)計(jì)研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2022（4）：149-155．

[9]趙項(xiàng)，魏峰，繆遠(yuǎn)．用戶需求驅(qū)動(dòng)下的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022（4）：194-200．

[10]蘇晨，楊圣林，許德驊，劉凱鑄，彭魏，高春虎．基于Kano/AHP-熵權(quán)法的3D打印脊柱矯形器設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2022（11）：126-132．

[11]呂中意，楊波，陳云．基于KANO-AHP-QFD的水果物流周轉(zhuǎn)箱設(shè)計(jì)研究[J]．包裝工程，2022（18）：95-103．

[12]盧穎．水下采樣機(jī)器人工業(yè)設(shè)計(jì)方案篩選系統(tǒng)研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2023（3）：127-134．

作者簡(jiǎn)介：

蘇悅，中國(guó)計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院碩士研究生。研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

胡波，中國(guó)計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院碩士研究生。研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

徐化丹，中國(guó)計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院碩士研究生。研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。