基于AHP-FAST-FBS方法的老年代步車設計

摘" 要：隨著老年群體在人口結構比例中不斷擴大，老年出行服務產品的開發研究具有可行性。而老年代步車的設計要素通過與AHP-FBS-FAST的創新設計方法結合，或可滿足老年群體日益增長的出行需求。首先，可引入層次分析法（AHP）對設計需求進行層次化處理和權重分配；其次，再結合FBS-FAST的設計方法對老年代步車的功能、行為和結構進行深入分析；最后，實現人群需求和產品功能結構的優化設計。這一方法優化設計流程，實現產品功能分解到產品結構的準確映射，進一步增強了設計方案的科學性和可實施性，為多維度產品設計提供了新的思路和方法，使老年人群出行更加智能化、便捷、安全。

關鍵詞：工業設計；產品設計；AHP；FAST；FBS；老年代步車

隨著電動代步車成為一種常見的交通工具，更多的不同老年人群用戶使用這一類產品，以維持社區聯系和便利出行[1]。近年來，一些研究關注老年代步車的設計和改進。趙雪芳等以用戶需求為基礎展開研究，以此來提高產品使用的安全性、舒適性[2]。陳秋君等以“積極老齡視角下”來展開課題研究，研究老年代步工具設計的可行性[3]。然而，在老年代步車設計研究中，將用戶需求和產品設計方法相結合的研究較少；李翠玉等構建了一種 FAST-FBS 集成創新設計方法，用于玻璃幕墻清潔機的設計案例中，為產品概念設計提供了科學精準的流程[4]。本研究采用AHP-FAST-FBS集成設計方法，重點將展開這一理論為老年代步車設計，提供更為科學化的設計思路，來提高人機需求和產品使用貼合度，確保使用安全，舒適[5]。

一、AHP、FAST和FBS的概述

AHP是指層次分析法（Analytic Hierarchy Process），由著名運籌學教授ThomasL.Saaty于自20世紀 70 年代提出[6]，該方法被廣泛應用于決策與工業分析等研究領域這種方法能夠將復雜的決策思維層次化，量化每個因素對結果的影響，以提高決策的準確性[7]。FAST 法，即功能分析系統技術法（Function Analysis System Technique），是一種系統化的、由上及下的產品功能條件分析方法，該方法以目標用戶需求作為出發點，通過對產品功能展開分析來建立產品功能樹，從而明確產品的主次功能，以開發出滿足用戶需求的產品[8]。FBS（Function-Behavior-Structure）提出的“功能—行為—結構”關系模型，旨在研究其三者之間逐級映射的關系。其中，F（Function）是功能層，B（Behavior）是行為層，S（Structure）是結構層[9]。

二、集成AHP-FAST-FBS方法的老年代步車設計流程

（一）AHP用戶需求層次求解

1.明確定義目標

確定需要進行決策的目標，將其清晰地定義；通過問卷訪談等方法獲取需求、建立遞階層次結構[10]。

2.建立層次結構

將目標分解為若干層次，包括目標、準則和子準則；確保層次結構的邏輯性和完備性。

3.構建判斷矩陣A

通過專家判斷或數據分析，填寫層次結構中每個元素之間的兩兩比較矩陣；，，其中

式中：n—矩陣階數；—矩陣第i行第j列的元素；其中表示元素i相對于元素j的相對重要性。

4.采用列向量平均值法計算判斷矩陣各元素的權重

求得特征向量，在計算判斷矩陣的最大特征值

（式中—向量AW的第i個元素）

（二）搭建黑箱模型

黑箱模型首先以用戶的期望需求為出發點，通過“輸入-運行-輸出”模式分析用戶的期望需求。其中，“輸入”代表用戶對產品的期望需求，“運行”則是通過對用戶期望需求進行分析，并將其轉化為產品的功能。最后，“輸出”則表明用戶期望需求如何影響產品本身的功能實現，進而促使對產品功能技術的理解，將用戶的需求要素輸入得到對產品的功能技術的理解[11]。

（三）搭建AHP-FAST-FBS的集成設計方法

根據AHP（層次分析法），可確定用戶的主要與次要需求；然后，再搭建FAST功能樹，將產品的集成功能分為基礎功能，并將基礎功能分解為數個子功能；在建立基本功能和次級功能之間的相互聯系時，需要考慮到它們之間的相互關系。其中，產品功能中滿足“功能-行為-結構”輸入FBS終端的橫向基本功能，而其他縱向子功能則用于對用戶需求的補充和后續產品形式設計。

AHP和FAST-FBS集成設計方法的整體步驟能夠幫助產品設計開發者明確把握老年代步車用戶主要需求，并將其合理映射為產品的功能結構模塊。這一過程實現了“需求分析－功能獲取－結構轉換－概念輸出”的遞進關系（如圖1），可為老年代步車設計開發者提供三者有效方法結合，從用戶需求到產品功能和結構創新的設計方案。其科學創新性可通過以下老年代步車的創新設計研究進行高效率的可行性驗證[12]。

三、基于AHP-FAST-FBS方法的老年代步車設計思路

（一）構建老年代步車用戶需求層次模型

1.調研用戶出行需求

對產品目標用戶人群采用非結構式訪談調研方式，進行了調研人群用戶的出行方式、出行習慣、出行目的、生活習慣、出行困難程度、對電動代步工具的態度和需求，以及出行產品體驗等方面的用戶調查；將調研出的有效信息進行數據統計并整理如表1。

利用圖表進行層次化展開分類用戶需求，將具有相同性較高的需求詞語歸為一類，篩選出老年群體需求較低的詞匯，最終搭建較為科學和全面的針對老年代步車用戶設計需求層次模型，分為目標層，準則層，指標層[13]（如圖2）。

2.基于老年用戶人群AHP的需求權重計算

使用AHP層次分析法對兩類老年人群分別進行權重計算，邀請了6名工業設計專業人群和4名目標用戶人群，采取1-9標度法對同一標準層的兩個因素進行比較，經過帶入AHP權重計算公式進行權重求解，得到各個準則層的判斷矩陣；分別計算出各個層次的權重值（如圖2）。

3.方案層判斷矩陣匯總結果

選取兩個目標群體用戶分別為正常老年群體和障礙老年群體來分別計算權重得出其一致性小于0.1。

公式中CI表示為判斷矩陣一致性指標；RI表示為平均隨機一致性指標，當1小于0.1時則判斷矩陣符合一致性要求且合理，否則要重新調整[4]。

（二）構建老年代步車的FAST-FBS的集成設計方法

1.產品功能要素篩選

根據以上通過AHP權重計算和各指標層的分析，得出代步車駕駛安全性與性能穩定性、座椅貼合度、操作簡易、多功能和多場景使用、智能化等關鍵參考指標。把這些關鍵需求指標輸入到老年代步車黑箱模型中，通過“輸入-運行-輸出”的模式帶入黑箱模型中求解出產品的基本方案（如圖3），再帶入集成方法流程圖中進行產品設計轉化。

在老年代步車的黑箱模型中，通過“輸入-運行-輸出”的黑箱模型流程對老年代步產品其功能符合化求解，求解得出安全防護，桌椅舒適性，性能穩定，應在產品設計中放在首要設計點考慮。

2.FAST-FBS集成設計方法分析

（1）從基本功能到子功能進行功能分解，基本功能分為安全性、服務性、使用性。首先，將這些基本分解成九個子功能，然后再執行FBS的映射，對產品實現“功能-行為-結構”的轉化。通過14個子功能通過FB映射到相應的16個行為，再通過BS映射到16個產品結構。

（2）功能分解以安全性為基本功能。通過安全性的基本功能可分解為車況路況監控、報警救援和健康監護三個次級功能。再把三個次級功能細化對應五個子功能，分別為交通警示提醒、危險檢測、危險報警、警報救援、健康檢測。在這一分解步驟中，將老年代步車這一產品的功能要素映射到行為，并把具有安全功能的行為模式映射為產品結構和模塊化組件。通過攝像頭這一模塊組件進行實時場景拍攝和系統算法處理，檢測路況危險狀況做到產品安全防護。同時，通過配置傳感器來觸發危險發生的報警救援功能。

（3）功能分解以服務性為基本功能。通過服務性的基本功能可分解為出行規劃、備忘提醒和社區社交三個次級功能。再把三個次級功能細化對應三個子功能，分別為導航功能、遺忘提醒和共享交流。在這一分解步驟中，將提取到的功能要素映射到行為，并把具有服務功能的行為模式映射為產品結構和組件。采用北斗定位技術來實現出行路程精準導航，防止老人出行方位中迷失。在產品儲物箱處安裝重力感應裝置，在下車后可以檢測儲物處是否還有遺留物品以此來提醒老人。代步車與手機智能互聯，實現使用產品用戶群體社交交流。

（4）功能分解以使用性為基本功能。通過使用性的基本功能可分解出使用便捷、智能車輛控制和人機貼合三個次級功能。再把三個次級功能細化對應六個子功能，分別為界面簡化、儲存充足、輔助駕駛、推行助力、人機尺度舒適、駕駛姿勢調節。在這一步驟中將提取到的功能要素映射到行為，并把具有使用功能的行為模式映射為產品的結構和組件。代步車系統操作簡潔和儲物空間充足，增加老年群體在使用代步工具的便捷性；采用系統計算和加裝探測器實現智能控速和智能避障，使得代步車具有輔助駕駛功能。安裝助力系統使得代步車在怠速和人力推動時有動能助力，提高使用便捷性。在代步車上安裝符合人體曲線的座椅和可調節座椅高度的配置，幫助老年人用戶更加便捷的使用。另外，安裝可調節座椅，調整更好的座椅姿勢和遠近關系，來方便老年人群用戶駕駛姿勢。

基于產品設計服務于用戶的使用體驗，對于用戶行為進行科學的量化分析[13]。在進行功能的分解和結構的映射，最終完成產品的設計化分析。

四、老年代步車設計方案呈現

通過基于AHP、FAST和FBS方法所集成的AHP-FAST-FBS設計方法，確定了老年代步車相應的產品結構模塊。首先，篩選出產品外觀造型的結構模塊，包括把手控制、轉向軸、照明大燈和警示燈、車架底盤、驅動輪、座椅和折疊靠背及護欄、升降和旋轉的支撐結構、儲物空間格。其中，轉向軸部件和車架底盤以及座椅部位組成了整體的基本機械框架結構；把手控制處控制整體車輛系統，在轉向軸和底盤交界處安裝制動系統以此方便使用，座椅和支撐結構和靠背結構安裝在與前把手距離符合位置，座椅下方設置儲物格；將代步車驅動電機、底盤傳動裝置、剎車制動系統、把手轉向裝置、代步車輪等部件有機地連接起來，使得代步車各部分構成一個整體[14]，外包裹硬質輕便的復合材料形成車身。根據目標老年用戶對產品的需求，通過FAST功能樹中得到的造型、色彩搭配、材質質感三項子功能要素，最終將功能模塊轉化為設計方案，造型效果圖如圖4所示。

基于集成設計方法，在老年代步車的設計中包括以下幾點：

（一）減輕老年代步車車身中量，選擇硬質輕便的復合材料，以保證行駛的安全性。

（二）其智能化操作系統可包含危險報警、語音提醒、健康監測、導航出行、及時制動等多種功能，以此幫助老人出行應對各種突發情況。

（三）將座椅設計成90°旋轉和升降，方便老年人上下車。

五、結語

利用AHP、FAST和FBS集成的FAST-FBS的設計方法來對老年代步車進行設計分析，基于產品設計服務于用戶的使用體驗，對用戶行為進行科學的量化分析具有重要意義。通過系統的研究和分析，可以深入探討用戶的需求和行為模式，為設計師提供可靠的數據支持，從而實現更加精準和有效的產品設計。再利用FAST-FBS設計方法概念求解，最終得到產品設計方案。這對老年代步車設計領域的理論研究進行了一定的優化和補充，同時也為其他產品的概念設計提供了新思路。但在理論和產品的研究中仍存在一定的局限性，應在下一步研究中進行深入探討研究。

參考文獻：

[1]蔡亞瀾.基于感性工學的老年代步工具情感化設計研究[D].武漢：湖北工業大學，2022.

[2]趙雪芳.基于用戶需求的城市老年電動代步車設計研究[D].鄭州：河南工業大學，2020.

[3]陳秋君.“積極老齡化”視角下低齡老年人代步工具的設計與研究[D].濟南：山東工藝美術學院，2023.

[4]李翠玉，馬鑫.基于FAST-FBS集成創新設計方法的玻璃幕墻清潔機設計[J].機械設計與研究，2023（2）：191-195+201.

[5]Jongseong Gwak，Hiroshi Yoshitake，Motoki Shino. Effects of visual factors during automated driving of mobility scooters on user comfort：An exploratory simulator study[J].Transportation Research Part F：Traffic Psychology and Behaviour，2021（81）：608-621.

[6]周紅宇，齊振.基于AHP/FAST/FBS的遙控式抹光機設計[J].機械設計，2021（8）：118-123.

[7]鄭林欣，王靜杰，沃晨雯，李熠炫，謝夢桐.基于QFD與AHP的診療床創新設計研究[J].包裝工程，2023（24）：149-156.

[8]閆杰，寧芳.基于S-BFPS模型的管道清淤機器人設計研究[J].工業設計，2023（11）：140-143.

[9]宋端樹，許艷秋，崔天琦，董貝貝.基于AHP-FAST的產品概念創新設計模式研究[J].包裝工程，2019（24）：228-234.

[10]宋博，劉永瞻.基于模塊啟發法的新產品開發方法研究與應用[J].機械設計與制造，2014（12）：13-17.

[11]周紅宇，齊振.基于AHP/FAST/FBS的遙控式抹光機設計[J].機械設計，2021（8）：118-123.

[12]蘇晨，胡王毅文，江馭鵬，夏鈺，劉凱鑄.基于SETC/FAHP/TRIZ的電動工具創新設計[J].機械設計，2023（12）：163-169.

[13]楊浩，嚴揚，胡也暢.基于駕駛操作行為分析的宜老型代步車原型設計研究[J].機械設計，2018（6）：105-112.

[14]李洋，薛強，李明真.面向輕量化目標的新能源老年代步車設計[J].機械設計，2018（1）：112-115.

作者簡介：楊恒威，西安工程大學服裝與藝術設計學院碩士研究生。研究方向：用戶界面與交互設計。

通訊作者：孫薇，西安工程大學服裝與藝術設計學院副教授。研究方向：人機交互設計。