基于KJ-KANO-AHP的奶牛發情監測設備交互設計研究

汪海波　鄒金枝　劉靖

關鍵詞：奶牛 發情監測設備 KJ KANO AHP 交互設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）02-0128-04

引言

近年來，奶制品成為人們補充營養和增強體質的重要選擇，其質量和產量與公眾健康密切相關，奶牛養殖業因此備受關注。傳統人工奶牛養殖需要大量的人力投入，養殖全過程都需要人工監控和管理，不僅費時、費力，而且效率較低，已遠遠不能滿足當下規模化奶牛養殖的發展需求。面對不斷增長的奶牛數量，需要探索更有效的技術手段來改善現有的奶牛養殖業管理模式。

奶牛發情監測在奶牛養殖業中占據重要地位。劉忠超等人運用ZigBee網關硬件和C#技術結合以太網，設計了奶牛發情遠程監測系統，監測系統終端設備通過綁帶系在奶牛后腿腕部，實時獲取奶牛發情信息;譚益等人通過Storm平臺結合計步器終端實時監測奶牛發情狀況;王少華等人通過攝像機運用AlexNet深度學習算法獲取情信息。當下很多學者著眼于奶牛監測設備的硬件設施的理論研究與技術實踐中，對產品與人、產品與周圍環境之間的交互關系研究較少，這極易導致牧場管理者在使用產品時體驗不佳。我們在用技術了解用戶需求的同時也要考慮到用戶使用產品時的體驗，以便更好地理解產品的使用者對于產品的期待點和厭惡點，這不僅可以提高用戶的工作效率，也可以提升用戶的體驗愉悅度，使用戶在使用產品過程中有一個良好的用戶體驗。本研究運用KJ-KANO-AHP結合的方法對奶牛發情期監測設備提出一種交互設計方案，能有效地提高牧場管理者的工作效率，優化奶牛養殖業的智能化管理模式。

一、奶牛智能監測設備現狀

奶牛智能監測設備是奶牛場的一種數字化管理設備，可以通過特定的傳感裝置實時，在線地監測，記錄和上傳奶牛生理指標。利用大數據和互聯網技術對奶牛進行監管，牧場管理員可以實時掌控奶牛所處的位置和及時了解奶牛的體能狀況，同時可以系統地對整個牛群的生理指標進行實時監控。奶牛智能監測設備按照其佩戴方式大致分為耳標式、頸戴式、尾標式及蹄戴式4種，國內外產品比較分析，見表1。

無論國內還是國外，奶牛智能監測設備的佩戴方式多為頸戴式，均是將核心監測裝置穿于繩上，系在脖頸處。國外奶牛發情監測設備在設計過程中除了考慮到功能還注重產品造型的細節處理，考慮到奶牛的舒適性及安全性，對邊緣進行圓角處理;色彩搭配方面考慮到色彩與產品、環境、人之間的關系。國內的產品在滿足功能需求的同時很少考慮到產品造型、色彩、細節等方面的處理。由于只考慮到需求功能因素而導致用戶體驗不佳，如頸戴式奶牛智能監測設備顯示屏和其旁邊的牛只數字編號由于重力作用會向下滑，導致工作人員在尋找牛只時比較困難。

國外對奶牛發情監測設備的研究相對深入，出現了諸多如計步器、項圈、尾標等傳感器產品和發情預測理論模型以及畜牧場計算機管理信息系統，這些產品可以實時追蹤監測奶牛發情信息。國內對于奶牛監測設備的研究也在逐步優化升級，國內某些大型奶牛場仍使用引進的奶牛發情監測設備，在使用過程中，由于各國牧場管理者所處環境不同，其思維方式也存在差異，導致國內牧場管理者在使用產品時出現交互障礙;同時，進口設備價格普遍較高，在對奶牛生產性能影響不大的情況下，中小規模企業傾向于選擇國產設備。國產設備價格適宜，性價比高，但在使用的過程中一定程度上存在繩子磨損、斷裂、清潔困難、監測誤差、數據不夠直觀等，在造型、細節、與體驗方面還需進一步設計完善。針對以上問題本文提出了基于KJ-KANO-AHP的奶牛發情監測設備交互設計研究，設計出一款符合我國牧場管理者使用的奶牛發情監測設備。

二、KJ-KANO-AHP模型

本研究提出KJ-KANO-AHP模型，旨在將三種傳統方法相結合并應用于需求分析的不同階段，克服單一方法存在的不足之處。KJ法作為內容歸納分析的重要工具，宜應用于需求獲取階段，旨在梳理不同類別的需求并將重復、相似的需求進行整合。因此，本文引入KJ法獲取奶牛發情監測設備的用戶需求要素，探究當前奶牛發情監測設備存在的問題，以確保用戶需求的真實性，避免設計定位的主觀性。同時，運用KANO模型將獲取后的用戶需求進行屬性歸類，獲取對用戶滿意度有正向影響的重要需求，并判斷不同類型的需求指標對用戶體驗的影響程度。KANO問卷通過正反向問題幫助人們擺脫思維誤區，例如“無所謂”不等于“滿意”，可以更細致地挖掘功能的特征。最后，運用AHP對歸類后的需求指標進行定量分析，獲取指標的權重排序及優先級，設計出以用戶需求為中心的奶牛發情監測設備。

三、基于KJ-KANO-AHP的奶牛發情監測設備交互設計流程

基于KJ-KANO-AHP的奶牛發情監測設備研究將從以下步驟展開，見圖1，（1）通過KJ法確定用戶的原始需求;（2）以KANO模型為理論基礎設計調查問卷，確定需求指標的類別;（3）使用層次分析法計算出需求指標的權重及排序;（4）對重要需求指標進行設計分析。

（一）基于KJ法的功能需求清單建立

需求清單建立的主要目的是獲取產品對象的功能特征。運用KJ法獲取奶牛發情監測設備的用戶需求，具體操作分6個步驟，即確定受訪對象、確立受訪方式、確立主題、收集信息、卡片制作、卡片分類。確定受訪對象：受訪對象由40位牧場工作人員和10位工業設計師組成。受訪開始前將受訪者分為8組，其中六個組是6人，兩個組為了人，每組至少有一位且不超過兩位設計師，年齡、崗位相近的人盡量分在不同組，受訪分兩次進行，每次四組，時間均為下午3：30-4：20。受訪方式：以會議形式進行，每一組圍繞一張會議桌，提前給每位受訪者發放卡片一張。確立主題：以奶牛發情監測設備為主題，收集奶牛發情監測設備相關的資料。收集信息：受訪對象在卡片上寫下所想到的任何與奶牛發情監測設備相關的信息，至少寫5條以上，之后收回卡片。卡片制作：將收集的卡片進行處理，去除重復信息，比如防水功能與被水沖不壞、數據更直觀與數據可視化等進行信息合并，制作成獨立的卡片，每張卡片記錄一條信息;卡片分類：卡片隨機擺放，將需求相似的卡片放在一起，合并相似信息，并將其劃為一組。重新分組的卡片隨機放置，再次進行相似信息合并，將得到一個更大的組別，重復合并次數，直至無法合并，獲取奶牛發情監測設備用戶初始需求分類統計結果，見表2。

（二）奶牛智能監測系統功能層次研究

1.設計KANO問卷：根據奶牛發情智能監測設備需求統計表設計KANO問卷。問卷設計分為正反兩個問題，用于評判用戶在滿足該項需求和不滿足該項需求時的滿意程度。正向問題是測量奶牛發情智能監測設備具有某項功能特征時用戶的態度，反向問題是測量奶牛發情智能監測設備不具有某項功能特征時用戶的態度;通過發放問卷進行調研，針對奶牛發情監測設備的每個功能分別設計正反兩項問題，問題采用五級里克特量表，分別為“滿意”“理應如此”“無所謂”“勉強接受”和“不滿意”。以第一項“布局合理”功能為例，KANO問卷表見表3。調研對象中牧場工作人員108人、工業設計專業學生27人。再根據需求評價矩陣判斷出具體需求對應的KANO屬性。KANO需求評價矩陣見表4。其中A、O、M、I、R分別代表魅力需求、期望需求、必備需求、無差異需求和反向需求。

2.根據統計結果確定需求指標類別：問卷共發放135份，其中有效問卷128份。統計結果見表5，將比值最大的屬性作為定性依據。整理表5數據可知，必備需求包括布局合理、及時反饋、結實耐用、安全性、快速定位、智能監測、造型簡約、防水和易于清理。這類需求是奶牛智能監測設備中最首要的，此類需求對應基本服務，在設計中居于首要考慮位置。期望需求包括親和力、科技感、數據可視化、自動維護和界面美觀。此類需求與用戶滿意度顯著相關，應盡量滿足。魅力需求包括遠程操作、個性化定制和環保材料。魅力需求屬于潛在性需求，在設計中應積極挖掘。無差異需求包括輕量化和語音識別。此類需求的存在與否不會影響到用戶滿意度，在設計時可不予考慮。

3.去除無差異需求：將各需求指標進行分類，去除無差異需求，得到的修正后的需求指標統計結果，見表6。

（三）奶牛智能監測設備需求指標權重分析

通過KANO模型對奶牛發情檢測設備的需求屬性進行了歸類，利用層次分析法構建需求判斷矩陣，選取參與需求分析的50人進行指標評價，展開對奶牛發情監測設備需求的權重分析。在評價時，采用層次分析法所提供的一致矩陣法進行賦值，目的是減少不同屬性指標因素比較時的困難，以提高結果的精確度。見表7。

依據奶牛智能監測設備功能需求質量展開的結果，由專家通過判斷矩陣對奶牛發情監測設備一級需求指標：必備需求、期望需求、魅力需求，進行兩兩比較，結果見表8。其中CR=0.018<0.1，一致性檢驗通過。統計奶牛發情監測設備需求滿意度調查問卷，運用層次分析法分析奶牛發情監測設備的二級需求指標，獲取權重值，具體見表9-表11。CR值分別為：0.019，0.025，0.092全部小于0.1，一致性檢驗通過。

奶牛發情監測設備的二級指標綜合權重即為一級指標權重和二級指標權重的積，將獲得的綜合權重結果進行排序，見表12，重要度越靠前的指標對用戶滿意度影響越大。

根據表12的統計結果得出奶牛發情監測設備的綜合權重優先級排序依次為：智能監測、數據可視化、結實耐用、安全性、界面美觀、環保材料、快速定位、自動維護、防水、遠程操作、布局合理、科技感、易于清理、及時反饋、親和力、造型簡約、個性定制，可以看出必備需求的綜合權重領先于期望需求，同樣的期望需求綜合權重領先于魅力需求，這與KANO模型的屬性歸類一致。其中智能監測、結實耐用、安全性、快速定位是必備需求且在綜合指標中重要度較高，此類需求對用戶滿意度影響較為明顯。數據可視化、界面美觀、自動維護的需求的存在與否不會對消費者滿意度有明顯的影響，可根據產品生產成本等進行加減設計。界面美觀、數據可視化、自動維護是當前智能產品設計的趨勢，也是KANO屬性中的期望需求，如果能滿足此項功能中的任意一項，都可以有效提高消費者的滿意度;對消費者最具興奮型需求的重要度較高的指標是環保材料，增加此類需求可以提升產品競爭力。

四、奶牛發情監測設備交互設計實踐

基于需求指標綜合排序的結果，以重要度排序靠前的指標為導向，結合工業設計相關理論和方法，對奶牛發情監測設備進行了改進設計。首先，設計師對奶牛發情監測設備進行一體化的設計，外觀造型為項圈的形式，見圖2。一體化設計不僅能降低牧場工作人員給奶牛配帶項圈過程中的安全風險，同時將原來集中于奶牛頸部下方的核心裝置均分于其他部位，從而達到減輕奶牛頸部負擔，提升佩戴舒適度的目的。其次，設計師對該設備的佩戴方式予以改進，見圖3。旋轉式的佩戴方式不僅節約了牧場工作人員給奶牛配戴項圈的時間，也可以降低操作過程中的事故風險率。此外，設計師對該設備邊角造型進行了圓潤處理，以達到減輕牛群佩戴時不適的目的，并提高產品的耐用性。最后，設計人員對該設備編號旁的LED指示燈進行改進設計，見圖2。指示燈的顏色可以預警奶牛所處的不同狀態，使牧場工作人員及時發現處于發情期或異常狀態的奶牛。

可視化設計是將數據和信息，運用設計學的方法進行直觀表現的一種手段。該方法可以將復雜的數字轉化成易于識別的圖形，以便于用戶快速了解相關信息。本研究從可視化設計的視角對奶牛發情監測設備的用戶界面進行了優化，見圖4。界面中的不同色彩模塊可以指示奶牛的實時狀態。用戶可以點擊牛群狀態模塊進入二級菜單，以快速了解牛群信息。同時，狀態欄中運用曲線變化表示奶牛的實時狀況，能幫助用戶快速獲取相關信息，以提升牧場工作人員的管理效率。

結語

本文對奶牛發情監測設備進行設計研究，通過KJ法獲取產品需求并對其進行分類，在此基礎上利用KANO模型對產品功能需求屬性分類，運用AHP構建判斷矩陣，獲取對奶牛發情檢測設備交互設計重要度較高的指標，提出奶牛發情監測設備的交互設計策略。最后從奶牛發情監測設備的智能檢測、快速定位、防水功能等方面出發，結合交互設計方法，提出奶牛發情智能監測設備的優化方向，為奶牛發情監測設備的設計和研發提供參考與指導。