基于KANO-AHP的宠物猫陪伴机器人设计研究

魏峰　赵项

关键词：用户需求 Kano模型 层次分析法 陪伴机器人设计 工业设计

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）01-0128-04

引言

随着社会的发展，宠物受到的关注不断倍增。《2019中国宠物行业白皮书》中指出：2019年我国的宠物消费持续增长，其中养猫人数较上一年增长8.6%，数量突破6200万，占中国养宠用户人数的30.7%，以80、90、00后三个年龄段的上班族成为养猫主力军，预计2020年宠物猫喂养数量将继续呈现上升趋势。养猫用户的剧增，促进了相关产业的高速发展，其中针对宠物猫陪伴、喂食等问题的产品和机器人设计成为当今研发热点之一，杨庆从情感化理论的本能、行为、反思三个层次需求出发，充分探讨了宠物猫喂食产品的设计方向与要点，王雅伦基于产品服务设计理论，深入挖掘用户需求，通过定性与定量分析，产出一套高效合理的宠物陪伴产品和服务。目前市场已有的宠物猫陪伴机器人，可为宠物猫提供简单陪伴、喂食等功能，在智能应用、陪伴方式、猫粮洁净处理等方面的功能尚存在较大设计缺憾。为了提高用户对宠物猫陪伴机器人的使用满意度，以现代设计研究中常用的方法为基础构建出产品设计开发模型，并将其应用在宠物猫陪伴机器人探究中，开发出更符合用户需求的陪伴机器人显得十分重要。

一、基于Kano-AHP的模型构建

近年来，现代产品设计研究中常采用的设计方法有Kano模型、质量功能配置（QFD）、层次分析法（AHP）、发明问题解决理论（TRIZ）等。其中，Kano是一种[4] 典型的划分用户需求属性的方法，也可用于研究产品需求与用户满意度的相关性，例如：冯青[5] 等学者基于Kano模型准确划分出用户对应急通信车造型需求;侯科宇等人根据Kano模型将鞋类产品的风格需求进行合理分类;王新燕等学者将Kano模型用于智能花盆产品设计研究中，并依据Kano模型5个层面的属性对用户需求精准划分。AHP法则用于准确获取用户需求权重，并对用户需求的优先级进行排序，例如：薛翔等人应用AHP法构建出移动音乐App用户体验评价指标体系，并通过计算得出各项评价指标权重系数;王媚雪等学者在对自闭症儿童依恋产品进行设计与评估时，采用AHP法计算自闭症儿童在社会交往、认知和感觉障碍层面的指标权重;唐琳等学者基于AHP法将老年人健身器械造型设计需求分为不同层次，并计算得出各设计指标的权重值。

在以用户需求为驱动的设计研究中，Kano模型是挖掘用户需求、合理划分需求属性的较好方法。Kano模型主要用于划分用户需求属性，而用户需求权重是Kano模型进行属性分类后获取设计重点和设计决策的重要依据，需求权重的准确度直接影响方案设计的侧重点，在Kano的实际应用中，传统的权重运算方法如：Better-Worse满意度指数分析法、德菲法等，但它们存在较强的主观性、缺乏定性分析等弊端。此外，在后续方案设计中，对于不同层级中的用户需求孰重孰轻问题，Kano模型不能清晰呈现。AHP法这种将定性和定量相结合进行分析的多目标准则决策方法，具有客观、系统、简单实用的优势，运用AHP确定Kano中的用户需求权重，可弥补传统权重计算存在的弊端，提高用户需求类型区分度与权重准确性;将Kano用于AHP中构建层级分析模型，则可提升层级定性分析的科学性。由此可见，将Kano模型与AHP法相结合构建产品设计模型具有合理性与可行性，本研究中所構建的产品设计新型模型流程如图1所示。

该产品设计开发模型的具体流程为：（1）运用Kano理论对调研所得用户需求进行Kano问卷调查，以此进行用户需求属性划分;（2）根据Kano理论划分的用户需求构建层次分析模型，通过构建判断矩阵对用户需求指标进行权重计算，并对结果进行一致性检验。

二、基于Kano-AHP模型的宠物猫陪伴机器人设计流程

（一）基于Kano模型的宠物猫陪伴机器人用户需求属性划分

基于Kano模型对宠物猫陪伴机器人调研得到的用户需求进行属性分类，主要流程如下：

（1）通过问卷调查确定用户需求指标;（2）设计Kano问卷邀请用户填写，确定各用户需求指标所属Kano类别;（3）根据Kano结果分析表筛选出必备属性、期望属性和魅力属性的用户需求，剔除无差异属性和反向属性的用户需求。

（二）基于AHP法的用户需求权重计算

根据AHP法进行层级划分，将宠物猫陪伴机器人最佳设计方案设置为目标层，必备属性、期望属性和魅力属性作为准则层，各类属性的用户需求指标拓展至相应的子准则层，构建出层次分析模型。

基于层次分析模型，构建出科学合理的判断矩阵，将同一层次的各用户需求指标之间相互的重要程度进行比较，并运用几何平均法计算出准则层和子准则层需求指标的权重，大致运算程序如下：

1）计算每行标度乘积：

式中：n表示判断矩阵评价标度对应的阶数;RI代表平均随机一致性指标，各阶数均有相对应的数值，如表1所示;CR表示一致性比值，当CR≤0.1，表明一致性检验通过;若CR>0.1，则说明一致性检验未通过，需对判断矩阵进行检查并更正调整后再次计算分析。

（三）获取宠物猫陪伴机器人需求指标

根据宠物猫陪伴机器人用户需求权重值从高至低排序，通过综合分析，明确宠物猫陪伴机器人的用户需求的重要指标，并依此进行方案设计。

三、Kano-AHP模型在宠物猫陪伴机器人设计中的应用

（一）基于Kano模型的用户需求属性划分

1.宠物猫陪伴机器人用户需求获取：通过桌面调研以及对17位用户进行深度访谈，可得大部分养宠物猫用户作为上班族，需早出晚归，陪伴宠物猫玩耍的时间较少，导致宠物猫孤独问题越来越严重;另一方面，宠物猫的粮食不能规律投喂，对宠物猫的健康造成威胁。在对市面上宠物猫陪伴机器人进行调研发现，已有产品具有简单的陪伴、视频等功能，主要以Ebo Catpal、尼斯等品牌为主，智能化程度差异大，逗猫方式单一，造型尚不能更好地满足用户审美诉求。

经整理得出25项宠物猫陪伴机器人的原始需求项，为了初步剔除不重要的用户需求，采用李克特5级量表将原始需求邀请用户进行问卷评分，通过对60位用户初步问卷调研，筛选出19项初始用户需求，如表2所示。

2.Kano问卷设计与调查：首先根据初始用户需求设计Kano问卷，主要针对用户需求项进行正反两项问题设置，以期识别出用户需求项的属性类别，如表3所示。调研中以喂养宠物猫的群体为对象，共发放160份Kano问卷，回收有效问卷154份。

3.Kano结果评价分析表：为更好地识别用户需求，Kurt Matzler提出了一种Kano结果评价表，可根据其对用户需求项进行属性分类，如表4所示。其中，M代表必备属性，O代表期望属性，A代表魅力属性，I代表无差异属性，R代表反向属性，Q表示可疑属性。在本研究中，对必备属性、期望属性和魅力属性的需求项进行充分探讨，排除其他属性的需求。

4.用户需求属性划分：基于Kano结果评价表对19个初始需求调查结果进行统计，得出不同用户需求所属属性类型，经汇总整理后得到表5所示结果，后续研究中3项无差异属性需求不予考虑。

必备属性作为产品基础性属性，是用户认为产品必须具备的需求，若缺失此需求品质，用户满意度将大幅度下降，因此，在宠物猫陪伴机器人设计中，自动返回充电、操作简单、材料安全可靠等必备属性必须体现在产品上，目前已有的宠物猫陪伴机器人大部分满足用户该类需求项。由于对该类属性的需求项进行设计优化几乎不会影响用户满意度，因此在本次宠物猫陪伴机器人设计中，需满足必备属性的需求，但不考虑对该属性全部需求进行优化设计。

期望属性与用户满意度正相关，因此要多满足该类属性的需求，从表5中可得知期望属性的用户需求，其中，维修方便、互动表情、远程操控、自主陪玩在现有宠物猫陪伴机器人中已基本具备，但陪伴宠物猫玩耍的方式需进一步构思;造型美观在设计中应重点考虑，设计出更符合用户审美需求的宠物猫陪伴机器人。

魅力属性的需求一旦满足将会大幅度提升用户满意度，设计中应对该属性需求重点考虑。由表可得，此宠物猫陪伴机器人的魅力属性主要集中在猫粮与陪伴方面，目前市场上的产品具有部分该类属性的质量，例如：猫粮投喂、定时逗猫，但对猫粮杀菌与干燥、定时定量投喂的功能并没有很好地诠释，且缺乏陪伴与投喂结合的宠物猫陪伴机器人。如上所述的魅力需求优化后呈现在产品上，将会极大提升用户满意度。

（二）基于AHP法的用户需求权重计算分析

1.宠物猫陪伴机器人层次分析模型构建：基于Kano模型对宠物猫陪伴机器人用户需求属性分析，结合AHP法构建出层次分析模型，其中，宠物猫陪伴机器人最佳设计方案为目标层，将必备属性、期望属性、魅力属性设置为准则层，并将各类属性下的用户需求拓展至子准则层，目标层用X表示，准则层中的必备属性用M表示，其拓展出的子准则层中M1表示自动返回充电，M2表示价格便宜，M3表示操作简单，M4表示材料安全可靠，M5表示体积适中，M6表示安全可靠，以此类推，如图2所示。

2.基于AHP法的判断矩阵构建：在层次分析法权重计算中，构建科学合理的判断矩阵尤为关键，判断矩阵可将同一层次各要素之间相互的重要程度进行两两比较，判断矩阵构建如表6所示，其中，X表示进行比较的各准则层X，X，…X与目标X相比具有的重要性评价，反之则表示1/X，在此判断矩阵中比较元素Xij选用Saaty所提的1-9标度。

为确保权重的多元性与严谨性，本AHP问卷共对35名与宠物猫陪伴机器人设计与研究相关人员展开测试，其中包括陪伴机器人设计师12名、宠物猫陪伴产品设计师9名、陪伴机器人研究学者5名、机器人设计方向教授5名和机器人设计专业硕士研究生4名，并邀请他们根据权重打分标准与原则对各层级需求进行两两比较并根据标度评分。

3.宠物猫陪伴机器人需求权重计算：根据几何平均法运算步骤，计算得到各层级判断矩阵及权重值，如表7-10所示，为保证测试者评价思维的一致性以及判断矩阵相容性，对判断矩阵结果进行一致性检验分析，结果CR值均小于0.1，表明通过一致性检验，如表11所示。

為了清晰呈现期望属性与兴奋属性中的需求对用户满意度产生影响的重要程度，以进一步明确重要的用户需求，通过计算子准则层需求指标与其对应准则层需求指标的乘积，得出宠物猫陪伴机器人10个需求指标的综合权重，并对其进行排序，如表12所示。

从表中用户需求项权重计算以及综合权重结果得知，除了满足用户必备属性需求，还应高度重视魅力属性和期望属性的需求，即设计时要充分考虑定时定量投喂猫粮、猫粮除菌干燥、自主陪玩、造型美观这些重要的用户需求。

四、宠物猫陪伴机器人方案设计

（一）方案设计

基于产品设计程序和原则，通过初步构想，提出三个设计草案，如图3所示。其中，方案一重点考虑自主陪伴功能，将陪伴智能化，通过激光逗猫与视频互动的方式尽可能丰富陪伴手段;方案二将用户对猫粮的需求做了细致设计，具有猫粮洁净处理与投喂的功能，但鉴于方体造型与安全因素制约，在陪伴功能上只能以传统的发声方式解决;方案三中在以满足猫粮洁净与定时投喂的基础上，融入逗猫球与激光逗猫的陪伴方式，并以大曲面的造型设计增加外观的美感。

（二）方案优化

综合考虑造型美学、加工难度、生产成本等因素，专家以用户需求为指标通过李克特量表对各方案进行打分评估，最后选取方案三作为最佳方案进行细节优化，结合计算机辅助设计进行二维效果图表达，如图4所示，应用3D打印技术打印1：1的模型壳体，并通过烤漆等手段表达产品色彩，最后安装电机、单片机、摄像头等零部件实现基本功能，完成宠物猫陪伴机器人方案设计，如图5所示。

此宠物猫陪伴机器人与市场上已有宠物猫陪伴机器人相比，在造型上，采用大曲面与圆角设计，带给用户更柔美的意象;选用轻便安全的ABS工程塑料，并以白色为主涂装，再适量点缀上绿色，整体简洁美观;为保证体积小型化，整体尺寸控制在长约315mm、宽约258mm、高约268mm，约束尺寸的同时强化造型特征，保证其更符合工艺要求，从而降低生产加工成本。在安全上，将驱动电机、猫粮储舱等较重的零件安装在宠物猫陪伴机器人的中心底部，保证了在陪伴宠物猫玩耍时不易侧翻;将避障传感器分别置于产品四周，减少宠物猫陪伴机器人与周围物体碰撞的可能，提升产品使用安全性与稳定性。

满足用户期望属性与魅力属性的重要需求主要体现在：功能方面，通过逗猫球和红外激光两种方式陪伴宠物猫玩耍，相比传统的产品发声、滚动等互动模式更具人性化;设计定时投喂系统并安装紫外线消毒装置，定时定量投喂的同时，还具有猫粮干燥和杀菌功能，在一定程度上极大保证了宠物猫的饮食健康;与市场现有产品相比，将陪伴和喂食功能于一体进行整合创新，再加上远程视频互动等智能应用，可进一步提升该宠物猫陪伴机器人的用户体验。

结语与展望

为合理划分用户需求属性类别及准确获取用户需求重要度，尽可能提升用户满意度，本研究融合Kano模型和AHP理论构建出一种新型模型，并应用于宠物猫陪伴机器人设计中，解决了产品设计中用户需求属性划分不明确的问题，缩小了用户与专家之间设计思想的差异，促使该宠物猫陪伴机器人设计更加科学化、合理化，同时也为此类产品的设计和研发提供了新思路。在研究过程中，问卷发放数量不够丰富，以及方案评价过程中存在决策者的主观性等不够严谨的细节，后续研究中将会进一步构思，并采取合理的手段进行改善。

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