基于模糊Kano模型的山地苗木移栽機器人設計

伍健 張玲玉 呂云隆

關鍵詞：模糊Kano模型;山地苗木移栽機器人;產品設計

隨著城市化水平提高，農村勞動力減少和土地集約化，農業機械化的發展不可避免。在《“十三五”國家科技創新規劃》中新增智能農業裝備技術為我國“十三五”期間科技創新目標。智能農業裝備與傳統農業裝備相比，具有智能化、自動化、安全可靠、多功能通用等諸多優勢。山地苗木移栽機器人是一種新型的智能農業裝備，主要用于山地丘陵地區的苗木移栽的工作，解決了傳統的大型農業裝備無法進入山地丘陵地區的問題。在這類新型智能農業裝備的設計中，關于機械結構和控制系統等領域有較多的研究。如李曉月等人，對玉米秧苗移栽機的結構進行了設計和優化。張海蕓等人，對玉米移栽機的自動送苗裝置進行了研究。吳東志，對電子信息技術在農業機械中的應用進行研究。但是對于用戶需求的研究較少，智能農業裝備作為一種耐用的產品，缺乏人性化的設計會嚴重影響用戶的滿意度。因此，探索一種滿足用戶感性需求，提升用戶體驗的智能農業裝備設計方法是十分有研究價值的。眾多學者在用戶體驗領域，為提升用戶滿意度，運用各種科學的方法對產品設計進行了研究。耿秀麗等人，使用模糊DEMATEL方法對產品功能需求的相互影響關系進行研究，用于修正產品功能需求的初始重要度。李佳璐等人，采用模糊評價法建立了外骨骼機器人的舒適性綜合評估模型，同時運用該模型對設計進行評價，提出設計的修改意見。黃河等人，運用層次分析法確立了以感性詞匯為基礎的產品可用性多級指標模型，為產品設計與改進提供指導。基于此，文中以山地苗木移栽機器人設計為例，通過Kano模型獲取用戶需求類型，確定重點設計要素，據此進行方案，從而提出用戶滿意度高的產品外觀設計方案。

1模糊kano模型概述

Kano模型是由日本著名學者狩野紀昭（Noriaki Kano）提出的對用戶需求分類和優先排序的工具。以分析用戶需求對用戶滿意的影響為基礎，體現產品性能和用戶滿意之間的非線性關系，善于解決用戶體驗量化的問題。Kano模型在各行各業都有著廣泛地運用。黃光龍等，將kano模型與TRIZ理論結合分析用戶需求，并用于產品設計領域。孟慶良等人，將Kano模型應用于物流服務行業，發掘顧客關注的服務屬性。Sanjaykumar等人，將Kano模型與QFD進行組合分析，重新定義產品開發的方法。

根據產品屬性的不同，Kano模型將用戶需求分為5類，分別是基本型需求（Must-beQuality），期望型需求（0ne-dimensionalQuality），興奮型需求（Attractive Quality）、無差異型需求（Indifferent Quality）、反向型需求（Reverse Quality）。各需求要素與用戶滿意度關系如表1所示。

2基于模糊Kano 模型的山地苗木移栽機器人設計思路

2.1山地苗木移栽機器人的需求獲取

山地苗木移栽機器人的需求獲取通常采用Kano問卷調查法。隨著研究的深入，單一的Kano模型在用戶需求分析過程中難以精確地反映用戶的需求類型。模糊理論是美國的Zadeh教授提出，主要內容是用區間模糊數（0，0.1，0.2，…1）代替確定值0和1。將模糊理論運用于kano問卷中，將原本的單一選項變成根據感受評分（將總分1按照需求分給不同的滿意程度，如滿意0.6分，理應如此0.2分，無所謂0.2分），更符合用戶的模糊思維習慣，使得調查結果更加接近用戶的真實情況。

山地苗木移栽機器人屬于智能農業裝備的范疇，區別于傳統的農業機械，在設計中需要考慮更多的要素。針對現有苗木移栽機械的分析，結合智能化產品的用戶需求，總結出山地苗木移栽機器人的設計要點，利用q進行編號，對設計要點從正反兩個方面設置問卷的問題，并邀請用戶打分，這些問題分別是：產品具備該設計要點時用戶的滿意度和產品不具備該設計要點時用戶的滿意度。模糊Kano調查問卷調查數據如表2所示。

為了針對統計結果進行有效地分析。采用表3所示Kano問卷分析表對Kano調查問卷中的數據進行統計和對照，其中M表示基本需求，0表示期望型需求，A表示興奮性需求，I表示無差異型需求，R表示反向需求，Q表示可疑矛盾需求。

通過模糊kano模型問卷所得數據，構建模糊矩陣。以表2為例，設具備需求q1為矩陣x=[0.7 0.2 0.100]，不具備需求q1為矩陣Y=[000.20.20.6]。根據表3得出用戶需求類型矩陣：

對每一份問卷均使用以上方法計算得出結果，在“qt通過性強”的kano問卷中有205人認為該設計要點是M基本型需求，18人認為是0期望型需求，50人認為是A興奮型需求，32人認為是I無差異型需求。所以判斷，通過性強是基本型需求。同理，所有設計要點的用戶數據統計結果如表4所示。

2.2山地苗木移栽機器人的需求分析

根據表4可知，q1通過性強、q2移栽高效、q7智能識別自動避障、q8狀態顯示、q9安全可靠等設計要素屬于基本型需求，在設計中需要重點考慮，不可缺少。由于山地的特殊作業環境，只有通過性強的中小型機器人才能夠適應工作環境。機器人的主要工作是移栽苗木，高效地移栽是工作的基礎。農業機器人工作的重要前提是能夠識別工作對象及位置，所以智能識別自動避障的功能是不可缺少的。山地苗木移栽機器人工作的過程是自動的，清晰的狀態顯示讓用戶能及時觀察到機器人的工作情況，便于對設備進行檢修維護或者排除外部干擾，使山地苗木移栽機器人正常作業。

q3輕量化材料、q5穩定性強、q10裝載能力強、q11工作效率高、q12結構簡單維修方便等屬于期望型需求，在設計中完成度越高則用戶滿意度越高。山地苗木移栽機器人使用輕量化材料的前提下，可以減少自重，裝載更多的苗木作物。復雜的路況和工作環境使得山地苗木移栽機器人在行進過程中會出現顛簸，除了在結構上進行增強穩定性地改進，還需要在造型設計語言上進行表達，體現出產品在整個使用過程中的穩定性。為了靈活應對狹窄的山路，考慮到山地路面的承載能力等因素，山地苗木移栽機器人的體量不能做得很大，在有限的內部空間中，需要合理安基于排動力機構，作業機構和苗木倉的位置。使用機器人的目的是減少人力勞動，高效率是對產品期望，效率越高，用戶越滿意。用于作業的機器是需要定期修理和維護的，在滿足功能需求的前提下能做到結構簡單便于維修是能極大提升用戶滿意度的。