基于CHC-AHP的智慧厨房产品适老化设计原则研究

金 奕，徐娟芳，刘 征 Jin Yi &Xu Juanfang &Liu Zheng

(1.2.江南大学设计学院，江苏无锡 214122；3.中国美术学院文创设计制造业协同创新中心，浙江杭州 310002）

截至2020年底，我国60岁以上人口达2.64亿人，占全国人口的18.7%，人口老龄化趋势日益严峻。目前，居家养老仍是人口老龄化背景下我国的主要养老形式[1]。伴随科技的发展，智能家居类产品的研究，开始为更多相关人员所重视[2]。同时，厨房作为房屋中的“第二大生存场所”[3]。未来，智慧厨房产品，在智能家居设计研究中将占有较大比重。然而，当前智慧产品的科技属性未能实现与老年人认知能力的匹配，老年人在使用过程中具有一定的不适感，因此，未来智慧厨房产品在认知适老化方面的思考显得尤为重要。

1 智能厨房产品及相关问题概述

智能厨房的概念由德国海蒂诗（Hellich）公司最先提出，但尚未形成统一的定义。其宗旨是令未来用户的厨房活动，更加轻松、省力且更具人性化体验与交互性。现阶段，对于相关产品，尚缺乏统一标准，往往通过产品尺寸、收纳方式等特征进行分类[4]。

当前智能厨房产品，仍主要处于构想和实验室研究阶段。但就交互架构、多通道显控技术等方面的设想，在智能家居领域已有所应用。该类产品多以年轻人作为参考。因而，多数老年人在使用时认为其操作复杂、难以使用，更担心操作失误引发事故[5]，在认知与学习上存在困难。

通过调研相关用户，结合观察与访谈，以现代厨房为研究场景，研究老年人在使用现代厨房产品以及相关智慧产品的行为，绘制如表1所示的使用问题汇总表。

表1 老年人智慧产品使用问题汇总表

现阶段，老年人在使用现代厨房产品与智慧产品时，存在学习效率低、出错率高、无法理解操作意义等认知方面问题。未来，当面对智慧厨房产品时，上述认知问题仍会对老年人的使用行为，产生诸多影响。

此外，现阶段有关老年人认知方面的研究，主要集中于临床医学领域，用于判别老年人是否存在认知功能障碍或罹患阿尔兹海默症的可能性。该类研究主要以老年人在认知方面存在失能情况为前提，将其作为研究的绝对客体。研究智慧厨房场景下关于产品使用的认知能力时，研究对象多为相关领域范畴下认知功能健全的老年人。因此，对于该场景下的认知问题研究，其方法较之临床医学领域，应有所差异。

2 智能厨房产品使用认知要素分析

2.1 老年人新、旧产品使用行为分析

辛向阳教授认为，研究人机交互，其根本是研究用户的行为，人机交互设计，是产出合乎用户行为逻辑的设计[6]。

相较以往，智慧厨房乃至智能家居产品。将涵盖更多、更复杂的交互形式。因此相关研究需要从行为出发。针对相应行为，明确设计何种功能的用品能够解决所遇到的问题[7]。在行为研究方面，王江涛、何人可[8]通过分步骤的方式，将用户完成任务的过程划分为不同的阶段，以便更细致地展开观察与研究。其方法可为老年人在厨房环境下的行为研究提供良好参照。

同时，结合AWE2021[9]展上呈现的智能厨电行业发展趋势。在固有行为的基础上进行合理预测。绘制如图1所示的使用行为拆分图。分四个阶段，对老年人在使用新、旧厨房产品的行为细化拆分，进行横向比较。

图1 老年人新、旧厨房产品使用行为拆分

采用不同色块对固有行为和新增行为进行区分。结果表明，用户在使用智能厨电产品时，其拟新增行为主要集中在产品学习、使用阶段，以及处理突发状况阶段。具体行为表现为：学习阶段，自发对新、旧产品使用流程进行对比；操作阶段，针对新式操作的理解、选择与记忆。此外，面对简约、高集成化的面板时，对新界面功能的识别也成为认知行为的一部分。因此，上述行为均会对老年人在使用过程中的认知能力产生新的要求。

2.2 相关认知要素归纳

通过对行为的观察与预测，老年人在使用智能厨电产品时，可能会产生较多与以往相异的行为，且多数行为系受认知能力影响。需要结合相关理论，研究行为与认知之间的对应关系。

研究人员将美国心理学家雷蒙德·卡特尔（Raymond Bernard Cattell）与卡罗尔（Carol S.Dweck）就认知能力定义方面的研究进行融合，形成了涵盖认知能力范围最广的CHC理论[10-11]。该理论将人的认知能力概括为三个层级，除一般智力因素外，其余各广泛能力与狭窄能力，都与行为有较好的对应关系。同时，各因素都能够进行直接的观察或测量。

在前文分析老年人行为的基础上，结合CHC理论对该过程中的认知要素进行推测，其作用情况，如图2所示。

图2 产品学习、使用过程中认知因素作用情况

在接触新产品时，老年人首先依靠的是长期生活中形成的思维与行为[12]，是一种晶体智力的表现。在学习过程中，当产品使用方式与传统产品差异性较大、陌生操作较多时，会自发对两者的特征进行总结，该类行为属于流体智力的范畴。同时，在理解、记忆使用方法时，也会涉及对新操作存在的意义进行理解与记忆的相关行为。

此外，在使用过程中，还涉及视觉加工、决策反应、读写能力等认知因素。

3 老年人智能厨房产品认知因素评价模型构建

3.1 研究方法及流程

萨蒂（Thomas L.Saaty）教授提出的层次分析法，因在逻辑判断研究上具有极强的条理性和科学性，而被运用于众多与决策分析相关的领域中[13]。鉴于影响老年人在使用智能产品时表现的认知因素较多，可以运用层次分析法，对多种因素的重要度进行比较分析。

在先前的使用行为解构的基础上，构建层次分析模型：通过相关调研，结合产品使用者的反馈与设计领域相关人员意见，对所涉及因素进行筛选，并选取重要因素进行分层。依次计算各因素权重值，并进行排序，进而输出排序结果[14-15]。根据所得结果，针对性地提出可供设计介入的方案，并邀请相关人员，进行评价。结合层次分析结构，构建评价矩阵，运用TOPSIS对各方案的理想性进行评估，筛选最优方案。进而针对性提出相关设计原则与方法。其具体流程如图3所示。

图3 研究方法及流程图

3.2 老年人智能厨房产品认知因素评价模型

依照层次分析法的相关结构，构造如图4所视的老年人使用智慧厨房产品时，认知影响因素的层级模型。其中包含：

图4 老年人智能家居产品认知影响因素层次模型

（1）目标层：该层级有且仅有一个要素，以判断各认知因素的影响程度。

（2）准则层：在研究CHC理论中关于广泛能力研究的相关基础上，结合图1中用户学习使用相关产品的各阶段特征，从原有的10个广泛能力层级中，筛选与之相关项，并适当进行合并。最终获得：晶体—流体智力、信息处理、加工速度、记忆力四个一级判断指标。分别与上述过程中针对学习理解、识别操作、突发问题处理和记忆掌握方面的各能力需求，进行对应。

（3）指标层：结合萨蒂教授对AHP构造方式的研究[16]，在准则层的基础上进一步细分，构建指标层作为判断矩阵的二级指标。结合CHC理论的相关研究，在各广泛能力下也存在更为细致的、可供观察与测量的狭窄能力。在此基础上，同样将准侧层中的各广泛能力进行细分并适当合并，用以深入细分该过程中起作用的各认知因素。

4 数据分析

4.1 构建用户评价问卷

鉴于CHC理论中对于认知因素的描述过于专业，对于被试的可达性较弱。因而，需要对待评价指标特征进行提炼，以增强理解。选取用户在使用产品过程中的特征行为，设计相关问题，如表2所示。

表2 访谈评价问题

4.2 评价数据收集

选取20名日常在厨房场景下活动较为频繁的老年人，作为典型样本，并进行深度访谈，获取其对于各因素之间重要程度的评价。其过程如下：

①采用单独访谈的方式，以期尽可能消除个体间的相互影响。

②访谈开始前，以用户日常行为特征及问题为例，解释各认知因素的作用，确保用户在评价之前理解各层级因素的含义。评价开始后，若被试仍对目标因素存疑，仅复述先前所述内容，不进行深入描述。

③要求被试针对各层级因素两两之间的重要程度，进行重要性评价。评价标准：以二者间较难以掌握的认知因素，作为二者间较重要的认知因素。

④对数据内容进行整理，选取各项众数作为该项重要性评价的结果并输出。

过程采用萨蒂教授的1-9标度方法对各要素之间的相对重要性进行评价[17]，其标准如表3所示。

表3 判断矩阵标度

原则上,在评价过程中，不设置限时任务，以确保各被试的评价数据均在充分考虑的基础上获得。同时，若出现多众数的情况，则在该基础上求取平均数。

4.3 判断矩阵构建与权重确认

对访谈数据进行整理，收集各层级要素相互间的重要度评价数据，构建对应的判断矩阵，最终形成如表4至表8所视的判断矩阵与权重结果计算。

表4 影响因素的强度目标判断矩阵及权重

表5 晶体—流体智力准则判断矩阵及权重

表6 信息处理准则判断矩阵及权重

表7 加工速度准则判断矩阵及权重

表8 记忆能力准则判断矩阵及权重

结合图4的影响因素层次模型，用O表示目标层的最强影响因素。用Ci（i=1-4），分别表示准则层中各因素。依照此规律，用Cij（i=1-4，j=1-3），依次对指标层各相关因素进行标注。

4.4 矩阵一致性检验

此外，研究还需要对各判断矩阵结果的一致性进行检验，用CI表示判断矩阵的一致性指标，计算方法为：

其中，RI代表平均随机一致性指标，为实验测得的固定数值，各阶矩阵的平均随机一致性指标如表9所示。

表9 平均随机一致性指标表

在此基础上，依次计算上述各矩阵的一致性，若结果0≤CR≤0.1，则说明该矩阵通过一致性检验，反之，则需进行重新评价与计算。一致性检验结果如表10所示。

表10 一致性检验结果

由上表，各矩阵的一致性比CR数值均小于0.1。所以，皆通过一致性检验。

4.5 影响度排序

在通过一致性检验的基础上，对各子准则层权重进行排序。其结果将为相关产品的设计方法，提供部分认知影响因素层面的参照标准。结果如表11所示。

表11 目标权重计算排序表

观察上表，受试者普遍认为，类比演绎能力差异对学习使用产品时的影响力最大。同时，意义记忆、阅读解码乃至语音操作等，都可能对学习与使用过程有较强影响。

5 智慧厨房产品适老化设计原则

5.1 认知能力与产品功能特征模型

结合权重数据与相关经验。对前文涉及的认知因素，进行了四个层级的划分，由易到难依次为：准入层、基础层、区分层和最高层。

在此基础上，将相应的认知能力与智能厨房产品的各功能特征要素进行初步对应，对其难易程度进行评价。最终形成如表12所示的“认知—行为—产品功能”之间的映射关系模型。

表12 “认知—行为—产品功能”层级模型及难易度分析

5.2 设计与科技介入方式评估

结合实际操作问题和上述研究结果，有针对地提出三种设计介入的方式，并运用Topsis[18]对各方案的理想性进行评估。

方案一：针对学习能力不足，拟对产品的学习过程进行减负，减少信息输入，深化科技的介入程度，使机器对各种烹饪行为进行深度学习。令使用者只需完成食材的准备工作，通过较为简单的几个点触操作，便可以自动进行所有后续烹饪流程。

方案二：针对信息识别等能力不足，拟对各功能区块的触点，进行特殊化、醒目化的操作。对产品说明、操作面板等进行特殊化设计，采用更为醒目、具象化的标识设计，对老年人在操作过程中的各种行为进行引导。

方案三：针对应急处理能力不足，同时，保证全过程的高参与度与流畅性。采用记忆化、自适应化的方式，当老年人在使用相关产品时，尽可能减少陌生化操作的介入程度，保证学习和操作行为顺利进行。

邀请相同被试，采用十分制，就能否有效解决上述各认知问题，对各方案进行评价。其标准为：有效（9分～10分）、较有效（7分～8分）、一般（5分～6分）、可能无效（3分～4分）、完全无效（0分～2分）。鉴于发挥老年人主观能动性的需求，在考虑后续数据处理工作难度的基础上，该过程中允许但不提倡受试者的评价结果精确到小数点后一位。

对所得数据求取算数平均数，构建初始评价矩阵A，其结果如表13所示。

表13 初始评价矩阵A

通过如下公式，对矩阵A进行标准化处理，获得标准化矩阵Bij：

结合表11的各认知因素间权重指标，加权处理Bij，得到加权标准化矩阵Zij，令：

如表14所示，为Zij所得结果。

表14 加权标准化矩阵

在此基础上，针对上述指标，求解矩阵Zij的各正负理想解，令：

则正理想解X*为：

负理想解X-为：

因此，针对各认知因素指标Cij，矩阵Zij与之对应的各正负理想解分别为X*=(0.110,0.0387,0.0048,0.0042,0.0238,0.0155,0.0219,0.0095,0.0082,0.0030,0.0252,0.0116);X-=(0.0091,0.0156,0.0025,0.0028,0.0143,0.0 070,0.0141,0.0074,0.0040,0.0023,0.0169,0.00 62)。

随后，求解标准差，从而获取各方案和理想值之间的贴合程度，用Si*、Si-分别表示各方案与正、负理想解之间的距离：

最终，通过如下公式，获得各方案的相对贴近度指标Ci，令：

如表15所示，为经Topsis后，各方案的相对贴合度综合排序，其中，Ci的值越大，则代表该方案越理想。

表15 TOPSIS评价计算结果

根据上述结果，方案三更接近用户理想中的智慧厨房适老化模式。即通过自适应等方式，在满足科技需求的同时，尽可能减小其使用过程中的行为与过往行为的差异。

5.3 智慧厨房适老化设计原则

结合上述研究，老年人在学习使用智能厨房产品时，对部分新操作均存在一定认知问题。因此，针对以上的行为与认知能力特征，结合定量评价数据。提出相应的智能厨房产品适老化设计原则，以便产品的科技属性能更好地适配老年人的行为与认知能力。

（1）简化交互操作。如今，智能厨房产品在交互面板上多采用简洁化设计，但老年人用户在操作时，却经常无法进行正确决策。因此，对于相关功能、模式等选择操作时，应更多设计相独立、一键化的按钮，以便老年人能够更精确操作[19]。

（2）增加记忆化的操作。鉴于日常厨房中的烹饪行为存在一定的相似性，因此可考虑在设计中多进行可记忆化的操作，设备自动记录使用者的使用习惯，以简化多次使用过程中的重复性操作。

（3）考虑自适应技术在产品中的应用。评价数据显示，老年人希望对烹饪行为保有参与感。因此，可采用自适应的方式，充分发挥老年人的主观能动性，产品仅在需要或紧急情况时提供帮助。例如，针对老年人决策反应较慢的问题，可以使用自动急停功能去缓解操作上的压力，面对突发情况，先急停，再报警提示，从而减轻使用者的负担。

（4）弱化陌生化操作在智能厨房产品适老化设计中的介入程度。数据显示，老年人并不希望智能产品和如今的产品有较大的差异。新式操作为年轻人提升了产品可达性的同时，也从某种意义上增加了老年人的使用负担。因此，设计过程中，应适当弱化相关操作在产品使用过程中的介入程度。以照顾老年人在流体智力等方面的不足，选择在老年人相对熟悉的操作进行改良。

通过提出以上部分设计原则，以期能够有效推动智慧厨房产品的适老化相关设计进程[20]。

6 结语

现阶段，研究通过AHP在分析认知因素权重的基础上，进一步形成老年人在使用相关产品过程中的“认知—行为—产品功能”之间相互映射的层级模型；尝试通过TOPSIS对部分可供设计开展的方向进行评价。最终提出部分针对智能厨房产品适老化设计的原则与建议。然而，研究在样本数量、后续的原型测试等方面存在一定不足，有待后续研究继续验证。

随着科技的不断发展，当智慧厨房产品实现普及时，其结构与功能表现较之当下将会有更大的飞跃，届时需要针对老年人的认知，对智慧厨房产品在适老化方面的研究提出更为全面的设计策略。希望后续能对当前研究作进一步完善，以期提高未来智慧厨房产品在功能表现方面对老年人的可达性，为其营造更良好的烹饪体验。