基于FAHP的自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)

劉玲玲 魏旭澤 陳修俊

關(guān)鍵詞：自閉癥 模糊層次分析法 智能玩具 層次分析法 模糊綜合評(píng)價(jià)法

引言

孤獨(dú)癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorders，ASD）是廣泛性發(fā)展障礙中最具有代表性的疾病，廣義上也被稱(chēng)為孤獨(dú)癥或自閉癥[1]。近年來(lái)，自閉癥患病率逐漸升高，在我國(guó)已經(jīng)成為兒童精神殘疾的最大病癥[2]。自閉癥患兒不僅給家庭帶來(lái)了巨大的精神壓力和經(jīng)濟(jì)壓力，也對(duì)患兒的身心健康以及學(xué)習(xí)生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。然而目前，醫(yī)學(xué)上還尚未研究出自閉癥的致病原因，市面上也沒(méi)有針對(duì)自閉癥治療的特效藥。但是經(jīng)國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，早期干預(yù)和訓(xùn)練能夠改善患者兒童的發(fā)育，幫助提高其后天的社會(huì)適應(yīng)能力[3]。在現(xiàn)代醫(yī)療手段作用成效甚微的情況下，如何通過(guò)設(shè)計(jì)有效的輔助治療產(chǎn)品來(lái)幫助自閉癥兒童進(jìn)行早期干預(yù)訓(xùn)練是值得重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。因此，本文將使用模糊層次分析法（FAHP）系統(tǒng)科學(xué)地設(shè)計(jì)出適合自閉癥兒童的早期治療玩具，同時(shí)為我國(guó)自閉癥領(lǐng)域智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供有效的設(shè)計(jì)模式。

一、國(guó)內(nèi)外自閉癥兒童玩具市場(chǎng)現(xiàn)狀

隨著產(chǎn)品智能化水平不斷提高，智能兒童玩具逐漸成為兒童玩具市場(chǎng)的重要組成部分，但因我國(guó)對(duì)自閉癥的研究較少，現(xiàn)在我國(guó)的市場(chǎng)上還沒(méi)有出現(xiàn)成熟的針對(duì)自閉癥兒童患者研發(fā)設(shè)計(jì)的智能玩具[4]，并且相比于國(guó)外，我國(guó)的普通智能兒童玩具在表現(xiàn)形式和功能上也差強(qiáng)人意。由于國(guó)外對(duì)于自閉癥群體的研究逐漸成熟，其市場(chǎng)上也出現(xiàn)了較多針對(duì)自閉癥兒童的智能產(chǎn)品，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，可以根據(jù)其功能性分為四類(lèi)：情緒檢測(cè)類(lèi)，即通過(guò)可佩戴的智能產(chǎn)品對(duì)兒童的心率、血氧率等生理指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合軟件、硬件，使用App進(jìn)行可視化分析，從而了解自閉癥兒童的情緒狀態(tài)，方便醫(yī)師和父母制訂或調(diào)整治療計(jì)劃；社會(huì)互動(dòng)類(lèi)，即通過(guò)提高自閉癥兒童和玩具以外的第三方參與性，為自閉癥兒童帶來(lái)更多的交流機(jī)會(huì)，從而鍛煉其社會(huì)交流的能力；感覺(jué)統(tǒng)合訓(xùn)練類(lèi)，這類(lèi)產(chǎn)品主要是通過(guò)對(duì)自閉癥兒童的聽(tīng)、視、觸覺(jué)和肢體等方面進(jìn)行刺激，提高兒童的感覺(jué)統(tǒng)合能力；認(rèn)知教育類(lèi)，即讓自閉癥兒童通過(guò)游戲或物體進(jìn)行認(rèn)知訓(xùn)練和思考訓(xùn)練，從而提高其社會(huì)認(rèn)知和明辨是非的能力。然而這些產(chǎn)品大多功能單一，外觀簡(jiǎn)單，輔助早期自閉癥治療效果有限。本研究將會(huì)以此調(diào)研結(jié)果作為重要的功能性設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立科學(xué)的設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)層級(jí)，設(shè)計(jì)出具有多功能的具有明顯輔助治療效果的智能兒童玩具。

二、自閉癥兒童智能玩具評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

（一）模糊層次分析法

層次分析法（AHP）作為數(shù)學(xué)分析方法，目的是將模糊的問(wèn)題具體化，通過(guò)多層次分解進(jìn)行定量分析，常用于受多因素影響的難以確定的決策問(wèn)題[5]。模糊層次分析法（FAHP）是由AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)合而成的，其中層次分析法主要用于建立設(shè)計(jì)指標(biāo)層級(jí)，并計(jì)算其中各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的權(quán)重，模糊綜合評(píng)價(jià)法則是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合的客觀的評(píng)價(jià)，判斷方案的好壞并尋找優(yōu)化方向[6]。

在自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)中，選用層次分析法主要是為了能夠清晰條理地分析出自閉癥兒童玩具的需求點(diǎn)，再根據(jù)需求點(diǎn)來(lái)進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。而選用模糊綜合評(píng)價(jià)法則是為了客觀驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的好壞，同時(shí)證明設(shè)計(jì)方法的可行性。基于模糊層次分析法的自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)具體流程見(jiàn)圖1。首先通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的現(xiàn)狀調(diào)研確定設(shè)計(jì)要素（設(shè)計(jì)指標(biāo)），再使用層次分析法建立設(shè)計(jì)指標(biāo)層級(jí)并確定各設(shè)計(jì)指標(biāo)的權(quán)重，再以各個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)的權(quán)重值為參考并指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案，再使用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終得出評(píng)價(jià)結(jié)果和優(yōu)化方向。

（二）建立設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)層級(jí)

1）目標(biāo)層。通常為單獨(dú)一個(gè)要素，即設(shè)計(jì)的最終目的。在本研究中為自閉癥兒童智能玩具的最佳設(shè)計(jì)方案G。

2）準(zhǔn)則層。通過(guò)對(duì)15位自閉癥兒童的父母及10位從事兒童玩具設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)師進(jìn)行調(diào)研訪談，詢(xún)問(wèn)他們對(duì)自閉癥兒童智能玩具的期望點(diǎn)并進(jìn)行記錄，最后使用KJ法對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行整理[7]，根據(jù)調(diào)研訪談的結(jié)果，自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)指標(biāo)大致可以總結(jié)為功能、審美、易用、安全四個(gè)方面，所以可以將智能玩具設(shè)計(jì)指標(biāo)的準(zhǔn)則層設(shè)為：功能性A、審美性B、易用性C、安全性D。

3）子準(zhǔn)則層。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，將準(zhǔn)則層進(jìn)行細(xì)分，產(chǎn)生子準(zhǔn)則層。功能性是具有輔助治療性質(zhì)兒童玩具的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，其功能的選用會(huì)直接影響到治療的效果，所以功能的選用應(yīng)科學(xué)有效且具有針對(duì)性。結(jié)合調(diào)研結(jié)果，針對(duì)自閉癥兒童情緒不穩(wěn)定、缺少社會(huì)交流以及認(rèn)知能力低下這一系列情況，設(shè)定功能性A包含情緒檢測(cè)功能A1、社會(huì)互動(dòng)功能A2、感覺(jué)統(tǒng)合訓(xùn)練功能A3和認(rèn)知教育功能A4。

審美性是任何產(chǎn)品都應(yīng)具備的特征，針對(duì)不同的用戶(hù)群體，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)格也會(huì)有所不同。針對(duì)自閉癥兒童這一特殊群體，則應(yīng)注重產(chǎn)品的色彩和外觀造型是否能夠吸引自閉癥兒童的注意力，能否刺激自閉癥兒童的情感，符合自閉癥兒童群體的外觀能夠帶來(lái)事半功倍的效果。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，設(shè)審美性B包含設(shè)計(jì)指標(biāo)色彩搭配B1和造型美觀B2。

針對(duì)特殊人群的產(chǎn)品，易用性是衡量該產(chǎn)品是否實(shí)用的重要依據(jù)，在設(shè)計(jì)針對(duì)自閉癥患者兒童的玩具時(shí)，應(yīng)特別注重玩具的交互方式和人機(jī)尺寸。除此之外，還應(yīng)注重玩具是否方便維修，其系統(tǒng)及內(nèi)容是否可持續(xù)更新。因此設(shè)易用性C包含設(shè)計(jì)指標(biāo)人機(jī)交互性C1、可持續(xù)性C2、人機(jī)尺寸C3。

對(duì)于兒童玩具來(lái)說(shuō)，安全性是不可忽略的一點(diǎn)，安全性D包含設(shè)計(jì)指標(biāo)材料安全D1和兒童看護(hù)D2。

由此得到自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)層級(jí)，見(jiàn)圖2。

（三）構(gòu)建判斷矩陣與權(quán)重確定

構(gòu)建判斷矩陣是層次分析法中不可或缺的一步，其目的是為了能夠在某一準(zhǔn)則層中，可以對(duì)比當(dāng)前準(zhǔn)則層各個(gè)子準(zhǔn)測(cè)之間的重要性程度[8]。在準(zhǔn)則層X(jué)和子準(zhǔn)則層各設(shè)計(jì)指標(biāo)Y之間創(chuàng)建對(duì)比關(guān)系，構(gòu)建判斷矩陣，構(gòu)建規(guī)則見(jiàn)表1。

表中，yij表示在同一準(zhǔn)則層X(jué)中，設(shè)計(jì)指標(biāo)Yi相對(duì)于指標(biāo)Yj的重要程度。為了使定性的問(wèn)題進(jìn)行量化分析，在判斷矩陣中一般使用1-9級(jí)比例標(biāo)度法來(lái)對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較[9]，確定每個(gè)指標(biāo)的重要程度。1-9級(jí)比例標(biāo)度法見(jiàn)表2。

構(gòu)建好判斷矩陣后，需要根據(jù)表中數(shù)據(jù)對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。本研究采用方根法來(lái)進(jìn)行計(jì)算[10、11]。具體過(guò)程為：

1）計(jì)算各個(gè)判斷矩陣X每行數(shù)值的乘積Xi：

讓調(diào)研對(duì)象按照1-9級(jí)比例標(biāo)度法對(duì)不同設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行打分并計(jì)算權(quán)重，目標(biāo)層及準(zhǔn)則層判斷矩陣及權(quán)重見(jiàn)表3-7。

通常，是否通過(guò)一致性檢驗(yàn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)一致性比率值CR的大小來(lái)進(jìn)行判斷的。即CR=CI/RI，其中RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，不同階數(shù)矩陣的RI值見(jiàn)表8。當(dāng)CR<0.1時(shí)，那么這個(gè)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)合格，若CR≥0.1，就需要繼續(xù)打分并對(duì)該判斷矩陣并進(jìn)行二次檢驗(yàn)，直到符合條件，即CR<0.1為止。一致性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。由表可見(jiàn)，各個(gè)準(zhǔn)則層一致性檢驗(yàn)的CR值均小于0.1，故所有數(shù)據(jù)有效。

三、設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）自閉癥兒童智能玩具設(shè)計(jì)

通過(guò)層次分析法的使用，從表3-7中可以看出，15位自閉癥兒童父母與10位兒童玩具設(shè)計(jì)師大多認(rèn)為自閉癥兒童智能玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)更注重功能性A與安全性D，其中安全的材質(zhì)D1、情緒監(jiān)控功能A1和認(rèn)知教育功能A4權(quán)重相對(duì)較高。根據(jù)調(diào)研結(jié)果指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)原則，所以本設(shè)計(jì)需要著重實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)權(quán)重大小適當(dāng)考慮其他的設(shè)計(jì)要素。為了能夠滿足自閉癥兒童的前期輔助治療，設(shè)計(jì)一款可以引導(dǎo)患者兒童進(jìn)行表達(dá)和溝通交流的輔助治療多功能玩具。根據(jù)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的結(jié)果，優(yōu)先考慮功能性和安全性，其外觀設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先服務(wù)于功能性和安全性，為了滿足情緒監(jiān)控、認(rèn)知教育以及社會(huì)互動(dòng)功能，外觀設(shè)計(jì)中應(yīng)具有揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、攝像頭以及顯示屏。由于自閉癥兒童的特殊性，所以產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)應(yīng)符合自閉癥兒童的審美和心理偏好。為了表現(xiàn)玩具的交互方式，設(shè)計(jì)中也應(yīng)加入合適的元素來(lái)引導(dǎo)交互，再考慮到自閉癥兒童總體上更偏愛(ài)冷色，其中最喜歡綠色和藍(lán)色[13]，所以采用薄荷綠色光帶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行點(diǎn)綴，既能提示操作，也使玩具更能引起自閉癥兒童的注意。考慮到自閉癥兒童多喜愛(ài)圓形的簡(jiǎn)單規(guī)則的形狀[12]，所以在玩具的造型上，形態(tài)元素多選用柔和協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)，并賦予卡通的形象。具體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖3，App界面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

在功能性方面，該智能玩具實(shí)現(xiàn)了情緒監(jiān)控、認(rèn)知教育以及社會(huì)互動(dòng)功能，它可以對(duì)患者兒童的情緒、行為進(jìn)行監(jiān)控并收集，最終反饋到App中，方便治療師及家長(zhǎng)對(duì)自閉癥兒童的治療計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，家長(zhǎng)也可以通過(guò)App遠(yuǎn)程和兒童進(jìn)行視頻交流，提高兒童的社會(huì)交往能力。由于玩具尺寸與外觀的限制，以及權(quán)重結(jié)果，所以并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)感統(tǒng)訓(xùn)練功能。在審美性方面，外觀服務(wù)于功能性與易用性，設(shè)計(jì)出卡通造型的玩具，用科學(xué)的配色和外觀吸引兒童注意。在易用性方面，兒童可以通過(guò)與玩具的手臂、耳朵觸碰的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)交互，并且頭部的屏幕可以顯示出不同的卡通表情來(lái)表達(dá)不同的情緒。玩具高185mm，可以滿足日常的大部分使用場(chǎng)景。在安全性方面，玩具整體采用一體化設(shè)計(jì)，有效防止兒童的誤食，材質(zhì)方面選用PP材質(zhì)，安全無(wú)毒。

（二）方案評(píng)價(jià)

將總目標(biāo)層最佳設(shè)計(jì)方案記為G，再根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)層級(jí)將準(zhǔn)則層的功能性A、易用性B、審美性C、安全性D設(shè)為主評(píng)價(jià)指標(biāo)集，記為G=（A，B，C，D）。再將子準(zhǔn)則層各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為次評(píng)價(jià)指標(biāo)集，記為A=（A1，A2，A3，A4）；B=（B1，B2）; C=（C1，C2，C3）; D=（D1，D2）。

采用5級(jí)李克特量表[14]設(shè)置評(píng)語(yǔ)集E={十分滿意，滿意，一般，不滿意，十分不滿意}，來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)方案的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。繼續(xù)邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)中的自閉癥兒童家長(zhǎng)和玩具設(shè)計(jì)師來(lái)對(duì)本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，各設(shè)計(jì)指標(biāo)所構(gòu)成的評(píng)價(jià)矩陣R如下所示：

由表3 - 7 權(quán)重計(jì)算的數(shù)值可以得出，準(zhǔn)則層權(quán)重向量W G =（0.329，0.258，0.114，0.299），子準(zhǔn)則層權(quán)重向量WA=（0.389，0.180，0.081，0.350），WB=（0.333，0.667），WC=（0.539，0.164，0. 297），WD=（0.667，0.333）。由此可計(jì)算得出準(zhǔn)則層各設(shè)計(jì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量：

對(duì)方案的綜合評(píng)價(jià)向量歸一化處理，得到S=（0.667 ，0.182 ，0.120 ，0.027 ，0.004 ）。因此，針對(duì)該方案的評(píng)價(jià)結(jié)果按照上文五級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果如下：十分滿意的隸屬度為0.667；滿意的隸屬度為0.182；一般的隸屬度為0.12；不滿意的隸屬度為0.027；十分不滿意的隸屬度為0.004。也就意味著對(duì)該方案十分滿意，滿意，一般，不滿意，十分不滿意的評(píng)價(jià)者分別占66.7%，18.2%，12%，2.7%和0.4%。由此可見(jiàn)該方案的總體評(píng)價(jià)為十分滿意，但是隸屬度只有66.7%，證明該方案仍有可優(yōu)化的空間。

為了能夠更直觀地看到評(píng)價(jià)者對(duì)不同層級(jí)指標(biāo)的滿意度，得出優(yōu)化方向，需要為各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值U={十分滿意，滿意，一般，不滿意，十分不滿意}=（90 ，75 ，50 ，25 ，10）。通過(guò)計(jì)算得到個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值見(jiàn)表10，從計(jì)算出的評(píng)級(jí)分值可以看出，該設(shè)計(jì)方案的情緒監(jiān)控功能，外觀形態(tài)和色彩搭配，材料安全和兒童看護(hù)這四個(gè)指標(biāo)得分較高，說(shuō)明這四個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，基本可以滿足用戶(hù)需求；感統(tǒng)訓(xùn)練功能得分最低，說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案需要在訓(xùn)練自閉癥兒童感覺(jué)統(tǒng)合能力的功能指標(biāo)上進(jìn)行優(yōu)化；其余指標(biāo)得分一般。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)自閉癥兒童的玩具設(shè)計(jì)是具有一定特殊性和綜合性的，由于受眾人群為自閉癥兒童，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更應(yīng)需要家長(zhǎng)、兒童玩具設(shè)計(jì)師和醫(yī)療專(zhuān)家的共同參與。為了能夠設(shè)計(jì)出滿足多方需求的針對(duì)自閉癥兒童的智能玩具，首先對(duì)兒童家長(zhǎng)和玩具設(shè)計(jì)師進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查尋求自閉癥兒童智能玩具的設(shè)計(jì)需求點(diǎn)，再使用層次分析法對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行分層研究，得到不同層次的設(shè)計(jì)指標(biāo)和權(quán)重，再根據(jù)權(quán)重結(jié)果進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，最后使用模糊綜合評(píng)價(jià)法來(lái)客觀的量化設(shè)計(jì)方案，得出該方案基本滿足需求但是仍然需要在功能性上進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的自閉癥兒童智能玩具的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了能夠早期干預(yù)自閉癥兒童治療的智能玩具，為針對(duì)自閉癥人群產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提參考，同時(shí)呼吁廣大群眾能夠多多關(guān)注自閉癥群體，共同構(gòu)建以人為本，和諧友愛(ài)的社會(huì)。