基于有序LOGISTIC和模糊综合评价的公共交通工具破窗器设计研究

段霞 王坤茜 周晓璐

摘要：为公共交通破窗器提供优化设计方案。使用访谈法和问卷法确定公共交通工具破窗器的设计需求及其重要度；进行有序Logistic分析，得到影响用户满意度的关键设计需求，以此为依据进行产品设计；使用实验法验证破窗器功能模块的可行性；采用模糊综合评价对设计方案进行评估，确定优化方向，输出优化设计方案。得到公共交通破窗器优化设计方案。有序Logistic-模糊综合评价的集成运用能够筛选出关键设计需求，量化设计方案评估结果，针对性地为产品设计提出方向。该研究的评估结果与实验结果验证了该研究框架在公共交通破窗器设计中具有可行性。

关键词：有序Logistic 模糊综合评价 公共交通 破窗器 应急避险

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）16-0122-04

Abstract：To provide an optimal design scheme for public transport window breaker. Interview and questionnaire were used to determine the design requirements and importance of window breakers in public transport vehicles. Carry out ordered Logistic analysis to obtain key design requirements that affect user satisfaction，and then conduct product design according to them；Experimental method was used to verify the feasibility of the window breaker function module. Fuzzy comprehensive evaluation is used to evaluate the design scheme，determine the optimization direction，and output the optimal design scheme. To obtain an optimal design scheme of public transport window breaker. The integrated application of ordered Logistic fuzzy comprehensive evaluation can screen out the key design requirements，quantify the evaluation results of design schemes，and put forward the direction of product design. The evaluation results and experimental results of this study verify the feasibility of the research framework in the design of public transport window breakers.

Keywords：Ordered logistic regression Fuzzy comprehensive evaluation Public transport Window breaker Emergency avoidance

引言

隨着现代技术的快速更新，我国的公共交通系统变得更加强大，越来越多人针对公共交通工具安全性提出了更高需求。在全球气候变化和城市化进程双重因素影响下，城市雨洪灾害风险成为考验公共交通系统安全的一大挑战。[1]除此之外，公共交通还存在着火灾、恶性事件等安全隐患，这些安全隐患让人们逐渐关注到传统破窗器作为公共交通工具中保障安全的工具之一，存在着破窗费力、使用受空间限制等缺点，此类破窗应急产品仍需不断改善。

在公共交通破窗器的产品设计方面，张琳钊[2]等人提出了基于气体爆破动力的自动破窗装置，此装置考虑到了大客车落水的紧急情况，从破窗器的内部动力结构方面做出了创新，但在理论上的创新性不足，主要聚焦的是产品装置的研发，而忽略了设计前期以及设计评估优化阶段。在有序Logistic和模糊综合评价理论应用上，周冉[3]利用有序Logistic模型确定对社区菜市场呈现正向、负向影响的构成变量，形成了社区菜市场空间服务设计策略的可靠依据。杨琨钰[4]等人基于模糊综合评价对输出的多功能行军凳设计方案进行设计评估，从而得到了符合用户需求的最佳设计方案。两种理论虽然在设计学研究上均有应用，但还没有结合使用的案例。

本研究从设计学角度出发，聚焦公共交通破窗器安全性问题，以城市公共交通破窗器为对象，结合有序Logistic和模糊综合评价理论的优势，构建有序Logistic-模糊综合评价模型，从用户需求获取、设计评估角度尽可能消除人为误差，从而为公共交通破窗器提供优化设计方案。

基于有序Logistic-模糊综合评价的公共交通工具破窗器设计

（一）公共交通工具破窗器设计原理

1. 有序Logistic模型原理

2. 模糊综合评价原理

模糊综合评价就是借助于模糊数学这一概念为实际综合评价问题提供评价方法。作为一种综合性评价方法，模糊综合评价以模糊数学为基础，运用模糊关系合成原理，达到将一些不易定量的因素定量化的目的。[7]模糊综合评价的步骤通常包括：

（1）确定评价指标和评语集；

（2）确定权重向量矩阵A和构造权重判断矩阵R；

（3）计算权重并进行决策评价。[8]

模糊综合评价的模型表达式如下：

公式（3）中，a1，a2，...，am是为每个因素所分配的权重，rij 则表示被评价的对象从因素ui来看对于vi等级模糊子集的隶属度。bi表示被评级对象从整体上看对vj等级模糊子集的隶属程度。

3. 有序Logistic-模糊综合评价模型

根据有序Logistic模型的特点，可以利用有序Logistic模型来对各个需求重要度对用户满意度的影响进行分析，得到会对用户满意度产生显著影响的关键设计需求，以此得到各个设计需求之间的优先级，有针对性地进行破窗器的产品设计。而模糊综合评价方法能够量化设计评估的结果，使设计评估更加科学可靠。针对公共交通工具破窗器设计课题，设计小组整合了有序Logistic与模糊综合评价的关键优势，构建了如图1所示的有序Logistic-模糊综合评价模型。

（二）用户需求获取

1. 需求展开

针对用户需求，利用访谈法与问卷调查法确定乘客对于公共交通工具破窗器的需求，然后利用KJ法对用户需求进行梳理，确定了n项需求，记为，在对访谈得到的需求信息进行整理、归纳、分组、命名之后，得到了8项用户需求，将所获得的用户需求转化为产品设计要素，并按照“功能设计”“造型设计”“人机设计”三个部分整理转化出的产品设计要素，得到如表1的公共交通工具破窗器用户需求和设计要素展开表。

设计小组通过线上平台发放公共交通工具破窗器认知程度与需求调研问卷，共回收有效问卷152份。对所获问卷数据进行Cronbach信度检验，得到标准化Cronbach α系数为0.952，说明问卷的信度较高，数据可以采用。对问卷数据进行效度检验，得到KMO的值为0.908，Bartlett球形检验的结果显示，显著性P值为0.000，说明此问卷数据非常适合做因子分析。

2. 构建有序Logistic模型

问卷中针对C1-C8设置有重要程度打分题，打分规则为：1表示“非常不重要”、2表示“不重要”、3表示“中立”、4表示“重要”、 5表示“非常重要”。设计小组将收集到受访者对的C1-C8八项需求的重要程度打分作为自变量，将整体满意度这一项的打分作为因变量，构建有序Logistic模型，进行有序Logistic分析[9]。

对于所构建的模型，首先需要进行似然比卡方检验，判断模型是否构建有效。在此次分析中，似然比卡方检验结果显示显著性P值为0.000，水平上呈现显著性，拒绝原假设，说明放入的自变量具有有效性，此次所构建的模型有效。模型伪R平方值为0.154，意味着自变量能够解释因变量变化15.4%的原因。

3. 有序Logistic模型分析结果

得到有序Logistic分析结果后，通过C1-C8的P值，判断C1-C8是否具有显著性，即C1-C8是否会对用户满意度产生显著性影响。表2为有序Logistic分析结果。

从表2可知：C1、C2、C4、C7这四项因子P值均小于0.05，水平上呈现显著性，拒绝原假设，因此C1、C2、C4、C7这四项因子会对用户满意度产生显著性的影响；而C3、C5、C6、C8这四项因子P值均大于0.05，水平上不呈现显著性，不能拒绝原假设，因此C3、C5、C6、C8这四项因子不会对用户满意度产生显著性影响。

通过具有显著性的因子的OR值，可以判断因子对因变量的影响程度。根据OR值大小，可知在C1、C2、C4、C7四项需求中，按照影响程度排序，分别是C1 > C2 > C4 > C7。

由此可知，頂部冲击力大、快速破窗、危险情况检测、安全性这四项用户需求会对用户满意度产生影响，在设计时，要优先考虑这4项用户需求所对应的设计要素，即D11顶部结构、D12启动速度、D13危险情况检测、D31安全性。其余的设计要素在设计过程中可结合实际剔除。

（三）设计方案输出与实验

1. 产品设计方案：本次设计的主要内容为自动破窗器外部控制装置以及内部结构。基于有序Logistic分析结果，设计小组对转化出的设计要素进行了筛选，剔除了部分优先级靠后且实际不需要的冗余项。针对“顶部结构”与“启动速度”两项设计要素，设计小组将内部结构设计成为伸缩式动力结构，该结构包括弹射件、容置腔以及触发组件[10]。这种结构在提供足够冲击力的同时，大大节省了内部结构空间，能够实现快速弹出破窗钻头的效果。

针对“危险情况检测”这一设计要素，在内部结构设计上需要考虑碰撞传感器、温湿度传感器、水位传感器等传感装置的空间，在外观造型上也要求设置气孔用于实现检测功能。针对“安全性”这一设计要素，所设置的车距调节按钮能够保证破窗器被牢固固定在车窗上。

针对其余设计要素，设计小组剔除了“取消按钮”“配色”“材质”“尺寸大小”4项设计要素，在经过进一步的市场调研之后，加入了“破窗警示”“外观造型”“远程控制”这三项设计要素。但由于这三项设计要素的重要程度较低，因此不用过度强调这三项要素，例如在造型上，无需特别突出破窗器的造型的设计感，造型要为实现较重要的设计要素所服务。“破窗警示”与“远程控制”属于功能层次的设计要素，破窗器属于功能性较强的产品，因此将这两项纳入设计范围内，但优先级要低于“顶部结构”“启动速度”“危险情况检测”与“安全性”这4项设计要素。图2为公共交通工具破窗器设计方案一。

2. 实验验证：考虑到实际使用需求，破窗器的工作模式被设计为系统自动控制破窗模式与人工介入破窗模式[11]。在系统自动控制破窗模式下，水位传感器用于实时获取车辆状况信号并通过信号调理电路将水位信号传输到电子控制器中，如果车辆在危险阈值时间之外，系统自动破窗；人工介入破窗模式和自动破窗模式既相互关联又各自独立，如果车内乘员主动发现险情，车内乘员就会通过利用车内的手动开关，按下破窗器按钮进行手动破窗。图3为破窗器系统自动控制工作模式原理。

为了检验破窗器系统自动控制的可行性，实验小组按照所设计的系统自动控制工作模式原理，对破窗器的检测功能模块进行了实验，实验装置如图4所示。该装置包括直流升压模块、多个传感器、一键报警装置、Maga单片机、GPS模块、ESP8206物联网模块、语音合成模块、蜂鸣器、电子锁芯、手机App。在实验中，使用电子锁芯模拟破窗器的破窗装置，使用手机App模拟后台控制设备。通过对高温、高水位、高CO2浓度三种情况进行模拟，发现实验装置能够在相应条件下触发报警装置，向控制系统推送消息提醒，在规定时间内无响应时，电子锁芯自动弹出，整个过程模拟了自动破窗系统的检测与响应流程，这表明小组所设计的破窗器自动控制原理是可行的。

（四）设计评估

1. 确定模糊综合评价指标和评语集：对于所输出的方案一，采用模糊综合评价方法进行设计评估，第一步是确定评价指标和评语集。对评估对象进行解构可以确定评价指标。在用户需求获取阶段，设计小组将需求划分成为功能、造型、人机三种类型，在进行设计评估时，若只使用功能、造型、人机，并不能很好地描述所输出的设计，因此在评估阶段加入结构层面的描述，才能保证被评估对象能够得到全面的评价。

初步確定好评价指标后，评估流程如下：首先，按照功能、造型、人机、结构的分类将评估对象划分出若干个主要设计因子，然后由十名乘客组成的评估小组对每一项设计因子进行打分，生成评价矩阵，对结果进行分析，总结出需要迭代的设计因子，完成评估。

将公共交通工具破窗器设计作为评估对象进行设计因子解构，可以得到如表3所示的主要设计因子构成表，构建模糊综合评价指标集。DF={DFi}={DF1，DF2，DF3，DF4，DF5，}接下来，对得到的五个设计因子评分并构建评语集v={vi}={v1，v2，v3，v4，v5，}，其中v1为“体验很差，需改进的项为5项以上”，对应分数段0-3分；v2为“体验较差，需改进的项为两项以上”，对应分数段为4-6分；v3为“体验一般，需改进的项为1-2项”，对应分数段7-8分；v4为“体验较好，无明显需要改进的项”，对应分数段9-10分。

由于4个评语集中“一般”的权重最高，集合最大隶属度法则可以得知，最终的综合评价的结果为“7-8分”，按照评分对应标准，该设计存在1-2项需要改进的项。由权重向量矩阵A可以得出DF3与DF5这两项设计因子的权重最大，由此可确定后续设计迭代需要聚焦DF3（破窗器外观造型）与DF5（破窗器内部结构）这两项。

在破窗器内部结构方面，需要结合更多结构力学知识与安全设备安装知识来进行结构的改良设计。在破窗器外观造型方面，评估小组反馈目前破窗器设计方案在造型上不具备足够的辨识度，不能很好地起到警示的作用，在突发情况发生时，公共交通现场情况会更加复杂，处于高度紧张状态下的乘客可能无法及时找到破窗器。针对这种情况，设计小组需要结合更多产品符号学的知识，对本产品造型的警示性进行优化设计。

3.优化设计：根据评估小组的结论，最终将优化设计聚焦在破窗器内部结构与破窗器外观造型上。针对破窗器内部结构，评估小组反馈方案一内部结构分区不够清晰，对此设计小组将内部结构重新整合划分，形成破窗模块与检测控制模块。清晰的结构功能划分，可以使得后续针对不同公共交通更换不同强度的钻头变得便利。

产品是功能的载体，形态是产品与功能的中介[14]，针对破窗器外观造型，设计小组排除了所有带有“取下”“可握”产品语义的造型[15]，使用了较为圆润的外观造型，避免人为拿取，此外，为了提高警示性，方案二增加了红色的配色，红色能够引发警告、禁止等联想，能够起到强调破窗器产品功能的作用。图5为作为优化设计的方案二。

结语

本研究提出了有序Logistic-模糊综合评价的公共交通工具破窗器设计的研究方法，对公共交通安全避险产品设计具有一定的参考意义。通过有序Logistic分析，确定了用户需求以及优先级较高的设计要素，有依据地进行公共交通工具破窗器的设计，结合实验法，对破窗器的自动破窗模式进行了流程设计，输出了公共交通工具破窗器的设计方案；采用模糊综合评价方法进行评估，得到评估分数，并以此作为依据输出优化设计方案。整个设计流程将定量分析与定性分析相结合，结合使用了多种研究方法，验证了有序Logistic-模糊综合评价的研究框架在公共交通破窗器产品设计上的可行性。不足之处在于实验设计较为简易，针对各个检测危险阈值的设定比较简单，无法获取到十分准确的测试数据。对此需要通过进一步调研来优化实验流程，精确各个危险阈值的设定范围，使实验数据更加科学可靠。

基金项目：云南省大学生创新创业训练计划项目（2021106740041）。

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