角色分析與層次分析集成的產(chǎn)品改良設(shè)計方法研究

許曉云，劉亞琦，席文利

（河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

引言

角色分析法作為一種以用戶為中心的設(shè)計方法，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中，而層次分析法作為一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析法，可以對眾多需求項目分析得到直觀的權(quán)重需求。角色分析法與層次分析法的有機結(jié)合，可以形成優(yōu)勢互補，更好地應(yīng)用到設(shè)計當(dāng)中。就現(xiàn)狀看層次分析法通過對目標(biāo)決策的分析，得到客觀數(shù)據(jù)對設(shè)計方向的引導(dǎo)作用還有待加強。通過對兩種方法的整合，一種更加完善的設(shè)計方法可以對設(shè)計思路進行更加有效的指導(dǎo)。

一、關(guān)于角色分析法與層次分析法的介紹

（一）角色分析法

角色分析法是由角色與目標(biāo)導(dǎo)向分析發(fā)展而來的，是一種由 Alan Cooper于1990年提出的以用戶為中心的設(shè)計方法。其主要思路是在產(chǎn)品開發(fā)初期，根據(jù)市場分析虛構(gòu)出典型角色，使其具有某類產(chǎn)品的需求共性，再將該角色放在相應(yīng)的使用環(huán)境當(dāng)中。由角色分析法所獲得的研究數(shù)據(jù)可能是針對少量用戶的，但是少量用戶卻代表著一類人，將以用戶需求為中心做為設(shè)計原則，使設(shè)計特征滿足某一類人的需求。

（二）層次分析法

層次分析法是由美國運籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代初提出的，是一種將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，進行定性與定量分析的多目標(biāo)決策分析方法。層次分析法分析問題的思路是，將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，對同一層次的兩兩因素之間的重要程度相比較，并通過判斷結(jié)果建立矩陣，經(jīng)公式計算得出判斷矩陣的最大特征值以及對應(yīng)特征向量，最后得出各元素重要性的權(quán)重。

二、角色分析法與層次分析法結(jié)合的改進

在產(chǎn)品開發(fā)的初期階段，通過角色分析法對產(chǎn)品創(chuàng)建典型用戶，由分析結(jié)果得到典型用戶的用戶需求，然后使用層次分析法，將用戶需求進行整理分層，并建立同層元素兩兩對比判斷矩陣，通過計算得到需求權(quán)重，為設(shè)計者選擇最佳設(shè)計方案提供直觀的量化依據(jù)。

在產(chǎn)品改良設(shè)計中，對原型產(chǎn)品進行角色創(chuàng)建，使用角色分析法將產(chǎn)品的設(shè)計初衷以情景再現(xiàn)的方式展現(xiàn)到設(shè)計者面前。從產(chǎn)品出發(fā)，在對比矩陣中進行需求元素重要性對比，經(jīng)過計算可以得到產(chǎn)品的設(shè)計表達權(quán)重；從構(gòu)建的角色出發(fā)，在對比矩陣中進行需求元素重要性對比，經(jīng)過計算可以得到理想化的用戶需求權(quán)重。將產(chǎn)品原型權(quán)重和用戶需求權(quán)重進行對比，可以得到改良的方向，以具體的量化參數(shù)為設(shè)計者提供參考。

三、角色分析與層次分析相結(jié)合

提出了集成角色分析法和層次分析法的新的設(shè)計方法，具體流程可以分為4個階段：角色分析、兩次需求層次分析、權(quán)重對比得出方案、方案代入角色評估，具體如下。

（一）角色分析

對產(chǎn)品原型進行與之相應(yīng)的角色構(gòu)建，以角色為媒介，反映出產(chǎn)品需要滿足用戶哪些需求。

1.人物角色創(chuàng)建

首先采用列表法，構(gòu)建出有待完善的角色模板，人物角色構(gòu)建的要素可以有：年齡、性別、職業(yè)、收入、居住地、愛好、教育背景、購物方式等，然后根據(jù)角色模板的未完成部分，對產(chǎn)品原型進行分析，分析其使用人群、使用地點、使用方式、功能、價格等因素，完善角色模板。通過逆向推導(dǎo)，即根據(jù)未完成的角色模板，有針對性的對產(chǎn)品進行分析，所得到的角色模型更加貼近于產(chǎn)品原型。

2.用戶需求分析

根據(jù)角色構(gòu)建出使用場景，通過對使用場景的還原，分析得到角色需求，將角色使用產(chǎn)品的過程進行展開，展開范圍是：地點、用戶需要某種功能服務(wù)、用戶得到某產(chǎn)品并開啟、一段時間后對功能的需求。對選定的某一類或幾類人物角色模板在場景中的需求進行分析，不斷豐富用戶需求列表。

（二）兩次需求層次分析

1.建立AHP層次結(jié)構(gòu)

對用戶需求進行整理分層，（用yaahp制作用戶需求分層圖）這一階段屬于層次分析法中的定性分析階段，對影響目標(biāo)決策因素的多層次劃分，Saaty提出7是每個層次的因素個數(shù)的上限，即每個準(zhǔn)測層最多可以包含7個因素。（圖1）

2.構(gòu)建比較判斷矩陣

對已經(jīng)整理好的AHP多層次結(jié)構(gòu)的每一層分別建立比較判斷矩陣，即構(gòu)建所有層次的判斷矩陣，這一階段屬于層次分析法中的定量分析階段。通過相同層次中的兩兩元素相比較，將相比較的結(jié)果用相應(yīng)的數(shù)字記錄下來，該數(shù)字表示前者比后者的重要程度，用數(shù)字1-9來表示，數(shù)字越大表示重要程度越大。結(jié)構(gòu)中每一層的元素兩兩相比較，a表示某元素，下角標(biāo)表示同層哪兩個位置的元素進行的對比。見下矩陣。

AHP比較判斷矩陣

由表1矩陣比較判斷標(biāo)度表，可以從不同的心理角色角度出發(fā)得到不同判斷值，即不同的判斷矩陣。因此，分別從產(chǎn)品原型和用戶需求這兩個角度出發(fā)，可以得到不同的判斷結(jié)果。為了方便后面計算和分析工作，可以將產(chǎn)品原型矩陣命名為A1，將用戶需求矩陣命名為A2。

由于在比較判斷的時候存在一定程度的主觀性，所以得出的重要程度比較結(jié)果也帶有判斷者的主觀色彩。從不同的角度出發(fā)，可以得到不同的比較判斷矩陣，從而得到不同的權(quán)重參數(shù)數(shù)據(jù)，比較權(quán)重差異可得到從不同角度出發(fā)的需求結(jié)果差異，其差異結(jié)果的價值可以在一定程度上彌補層次分析法在主觀判斷方面的缺陷。

表1 矩陣比較判斷標(biāo)度表

3.求得權(quán)重

分別對產(chǎn)品原型比較判斷矩陣A1和用戶需求比較判斷矩陣A2，求得兩組權(quán)重向量數(shù)據(jù)。通過計算比較判斷矩陣的最大特征值以及對應(yīng)特征向量，元素對應(yīng)的特征向量即為權(quán)重，同一層的元素所得權(quán)重即為在該層中的需求重要程度數(shù)值。對于每一個成對比較判斷矩陣Z，都有特征值λ極其與之相對應(yīng)的特征向量P，滿足：

ZP = λP

根據(jù)該公式求解矩陣Z的最大特征值λmax以及與之相對應(yīng)的特征向量P，之后對特征向量P進行歸一化處理，所得到的向量Pm即為同一層中各因素的權(quán)重向量。

4.一致性檢驗

對求得的兩組比較判斷矩陣的權(quán)重數(shù)據(jù)進行一致性檢驗，需要在確定每一層權(quán)重向量時，對比較判斷矩陣進行一致性檢驗。檢驗公式為：

C.R.=C.I./R.I.

C.I.=(λmax- n)/(n-1).

若C.R＜0.1，則一致；若C.R.＞0.1，則不一致

其中，C.R.表示一致性比例，C.I.為一致性指標(biāo)，R.I.為隨機一致性指標(biāo)。R.I.的取值如表2所示。

表2 隨機一致性指標(biāo)R.I.取值參照

（三）權(quán)重對比得出方案

1.對比權(quán)重

產(chǎn)品原型的權(quán)重數(shù)據(jù)和用戶需求的權(quán)重數(shù)據(jù)有差異，其根源在于進行兩兩因素比較判斷時的心理角色不同。產(chǎn)品原型權(quán)重代表著產(chǎn)品原型的設(shè)計在用戶需求的重要性程度上的取值大小，用戶需求權(quán)重代表著角色分析得到的用戶需求在重要性程度上的取值大小，將這兩組權(quán)重數(shù)據(jù)進行對比分析，可以得到改良參數(shù)。兩組元素完全相同，將元素之間一一對應(yīng)，計算每一項元素的數(shù)值變化，并保留正負(fù)，對數(shù)據(jù)進行整理。由此得到計算公式如下：

P改良=P1- P2

其中，P1為產(chǎn)品原型的各元素權(quán)重數(shù)據(jù)組，P2為由角色分析得出的用戶需求各元素權(quán)重數(shù)據(jù)組，P1、P2分別與矩陣A1、A2相對應(yīng)。經(jīng)過計算得到的參數(shù)差值，直觀體現(xiàn)了需求元素的改良方向。

2.得出設(shè)計方案

需求權(quán)重差值給設(shè)計者提供了改良方向，以及具體到某元素改良程度的數(shù)值參考。然而這些用戶需求的改良參數(shù)依然是抽象的，要想得出具體設(shè)計方案就要將改良參數(shù)具象化，即完成將用戶的抽象需求具體到功能實現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過程，將改良參數(shù)轉(zhuǎn)化成設(shè)計方案。首先要對P改良中的數(shù)據(jù)進行權(quán)衡，有些用戶需求在必要時要舍棄，畢竟最終設(shè)計方案不能滿足所有的改良想法。對P改良進行篩選后，對改良元素具體化，可以以樹狀圖的形式對改良元素的實現(xiàn)形式進行發(fā)散思維，最后選擇較優(yōu)項目進行方案整合。由于對用戶需求元素的不同實現(xiàn)方式?jīng)]有絕對優(yōu)劣性，所以不能在樹狀圖的每個類別分支中選擇主觀最優(yōu)項，可能會造成產(chǎn)品構(gòu)成不協(xié)調(diào)，達不到理想效果，所以要選擇較優(yōu)項整合成幾種備選方案。

（四）方案代入角色評估

通過用戶需求實現(xiàn)方式的項目整合，得到了幾種設(shè)計方案，將其代入到最初設(shè)定的人物角色中，通過場景演繹檢驗所得方案是否符合角色需求。由角色對設(shè)計方案的評估分為心理層次評估和生理層次評估。心理層次評估，即設(shè)計方案在滿足用戶的情感需求方面的程度；生理層次評估，即設(shè)計方案在滿足用戶功能需求的實現(xiàn)程度。

方案的評估階段也可以使用層次分析法，將評估項目進行層次構(gòu)建，然后建立評估項目比較判斷矩陣，判斷依據(jù)是比較兩兩評估元素在滿足用戶需求上的實現(xiàn)程度，之后進行計算求得權(quán)重值，該權(quán)重值不再是元素的重要程度數(shù)值，而是元素在滿足用戶需求的實現(xiàn)程度數(shù)值。最后將各方案的評估權(quán)重數(shù)據(jù)進行比較，從而更加客觀的得到最符合用戶需求的方案，即為最佳設(shè)計方案。

四、保溫杯改良設(shè)計實例分析

以保溫杯的改良設(shè)計為例，并使用所提出的新的設(shè)計方法，對新方法的可行性進行驗證。設(shè)計過程分為：角色分析、需求層次分析、權(quán)重對比、方案評估。

（一）角色分析

1.人物角色創(chuàng)建

采用列表法，構(gòu)建出有待完善的角色模板。（表3）

然后根據(jù)表3角色模板的未完成部分，對產(chǎn)品原型進行分析，如表5，角色模板的完善部分如表4所示。

表3 有待完善的角色模板

表4 角色模板的完善部分

表5 產(chǎn)品原型分析

圖1 典型的AHP多層次結(jié)構(gòu)

圖2 效果圖

2.用戶需求分析

根據(jù)角色構(gòu)建出幾種典型使用場景，通過分析得到角色需求。（表6）

表6 一種典型使用場景分析

整理用戶需求元素，建立AHP層次需求結(jié)構(gòu)，可以使用yaahp軟件方便求權(quán)。

（二）需求層次分析

從產(chǎn)品原型的設(shè)計角度出發(fā)，構(gòu)建比較判斷矩陣A1，用戶需求層分為兩部分，即要構(gòu)建兩個矩陣C1和C2；從所構(gòu)建的角色需求的角度出發(fā)，構(gòu)建比較判斷矩陣A2，要構(gòu)建兩個矩陣C’1、C’2。C1、C2和C’1、C’2比較判斷矩陣如下所示。

在C1中，根據(jù)C.I.=(λmax- n)/(n-1)，又求得λmax=6.2073，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，則判斷結(jié)果一致，有效；在C2中，根據(jù)C.I.=(λmax- n)/(n-1)，又求得λmax=4.1763，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，則判斷結(jié)果一致，有效。

同理，在C’1中，λmax=6.4827，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，則判斷結(jié)果一致，有效；在C’2中，λmax=4.2404，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，則判斷結(jié)果一致，有效。

根據(jù)所得比較判斷矩陣，分別求出A1、A2的元素權(quán)重，通過運算得到相應(yīng)的權(quán)重數(shù)據(jù)組P1、P2。

（三）權(quán)重對比

由P改良=P1- P2得到權(quán)重差值（表7）。由圖表可知，便攜、降溫、定時為負(fù)數(shù)，即該需要是需要加強的，其它的功能的權(quán)重在方案中需要弱化。

表7 權(quán)重差值

（四）方案評估

將設(shè)計方案一一代入到角色當(dāng)中進行評估,通過場景演繹檢驗所得方案是否符合角色需求。再一次的權(quán)重層次分析得出，如下方案的權(quán)重和，即角色對設(shè)計方案的心理層次評估權(quán)重和生理層次評估權(quán)重之和，滿足用戶的情感需求以及滿足用戶功能需求的實現(xiàn)程度是最高的。由此得出最佳設(shè)計方法，改良特點為：具備了倒計時功能，可以提醒主人吃藥等事宜；具備了降溫功能，可以給過熱的水及時降溫；有指示燈帶可以顯示水溫；材質(zhì)選用了布藝，消除金屬的冰冷感，效果圖如圖2所示。

五、結(jié)語

角色分析法與層次分析法在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中都有著非常重要的作用，各有優(yōu)勢，但又都有局限性。角色分析法在產(chǎn)品設(shè)計初期可以很好地避免設(shè)計者從個人角度出發(fā)，但依舊來自主觀看法。層次分析法在解決多目標(biāo)決策問題方面，可以得出客觀的權(quán)重數(shù)據(jù)，但是其出發(fā)點仍是主觀判斷。本文通過改進角色分析法與層次分析法的集成，提出了一種新的設(shè)計方法，核心思想是利用不同角度的主觀判斷，得到主觀的客觀差異，得到客觀的分析數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)計，最后通過設(shè)計實例說明了這種思路和方法的有效性。