基于AHP的智能空调改良设计应用研究

韩军　周力　刘少立

关键词：AHP 改良设计 空调 智能家居 用户需求

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）09-0138-04

引言

近年来，智能空调的发展程度相较于其使用场景和用户需求并不显著，伴随着用户需求多元化和产品功能场景化，传统的空调功能已无法满足智能空调的功能需求。如今空调的智能化仍然停留在远程操作的阶段，而对于其人机交互、学习成本、任务路径等方面缺乏系统的思考[1]。真正的智能空调不应仅仅停留在实现通信连接，而应该在人机交互层面进行更深入地研究。人性化的设计不仅重视用户的物质需求，更强调用户心理层面的满足。优秀的设计就是更加符合人的物质需求和心理需求，这也是设计师在产品设计过程中的出发点[2]。

在新冠疫情对日常生活的影响与日俱增的形势下，设计师也应当通过室内外的规划布局、产品设计、交互体验来解读如今的家居生活，通过设计的手段做到平疫结合，从功能的角度使空调对居家隔离和居家防治起到积极作用[3]。从智能家居产品的发展趋势来看，智能空调应该在传统功能实现的基础上推动进阶功能需求细分并加以满足，提出更切实可行的评价标准来对于设计提出指导性建议，从具体功能的用户体验出发探索智能空调的改良设计方法。

一、 智能空调概述

（一）空调功能发展简介

1902年，Willis H.Carrier发明了世界上第一台现代空调系统，并用于印刷厂的温度控制;1919年，位于布鲁克林的Abraham & Straus商店成为第一家使用舒适空调的大型商店;1930年，出现了第一代一体窗式空调，其功能仅限于制冷且伴随严重噪音问题;1961年出现了第二代分体式空调。而在我国，伴随着我国改革开放的高速发展和社会变革，空调功能也在短短几十年里出现了快速的变化：从80年代单一的制冷制热功能，到1997年提出了针对工薪阶层的变频功能，针对2003年“非典”出现的光波杀菌功能等，2005年出现的针对消费者心理的外观设计展现出了超空调的设计趋势，即空调被赋予了超过自身基础功能的附加价值[4]。

迄今为止，智能空调已经成为智能家居系统中的重要一环，对于构建家居环境的温度和湿度具有决定性作用，但由于其在操作过程中易被忽略且无法可视化，在传统智能家居设计中的设计优先级并不突出，相较于其现实重要性是严重不匹配的。智能空调相较于传统空调，在交互方式升级的基础上，需要对其具体功能实现进行更深入的探究和细化，并且强调空调与周围环境的联结，而非作为一个孤立的产品存在于家居环境中，同时在针对环境感知的基础上及时作出调整，以用户体验为核心进行功能实现。当下的智能空调产品需要具有制冷、制热、湿度调节、空气净化等主要功能，同时可能具备香氛、音响等辅助功能，主要安装位置为家庭环境中的卧室、客厅等地点。

（二）智能空调设计简介

智能化的操作方式、功能细分程度不足，以及对于人机交互体验的关注程度不足是当下智能空调存在的主要问题，有别于电视、音响等其他智能家居产品，智能空调是家居环境中感知性较低但对于家居环境整体的影响最大的产品，也是家居环境健康的重要保证之一[5]。另辟蹊径的人机交互思考会给人带来不同的设计视野和设计策略，設计是与人密切相关的，与日常生活联系最紧密的智能家居产品设计更是如此。智能空调作为智能家居应用场景的环境塑造者，更应当注重发掘其特有的使用情景[6]。

在家居产品的设计中，外观设计往往占有重要的权重，但其家居功能的实现才是其产品属性的实现方式，这二者并非独立的，而是相互影响最终实现自身价值。本文通过分析智能空调产品的发展概况与更新模式，在智能空调的设计流程中融合了AHP层次分析法，以智能空调产品设计为案例。根据其主流价位和设计需求匹配其用户群体和目标受众，运用AHP方法进行功能需求分析与相关指标权重计算，以用户需求为导向进行客观高效的设计分析与评价，最终将产品功能体现在外观设计上，避免了盲目追求科技感的过度设计，提高智能空调设计的普适性和高效性。

二、层次分析法的评价模型

（一）层次分析法

层次分析法（AHP），是由美国运筹学家在上个世纪70年代提出的解决多个目标、方案的优化并对问题进行判断、评估和决策的一种有效方法，近年来多运用于各个学科领域，涉及范围较广[7]。AHP是对定性问题定量分析的系统分层分析方法。目标层：研究问题的主要实现目标;准则层：研究过程中根据目标问题设立多项构成要素;子准则层：将各项要素划分为多个要素水平，进而构建多层次的分析模型。

（二）智能空调用户功能需求调研

为了最大程度地保证目标调研对象的精准覆盖，本次问卷选择的调研人群除了拥有智能空调使用经验的存量用户外，同时包含部分未使用智能空调的新房购买者、高收入白领、科研工作者、设计师等潜在用户。最终对一百五十名用户进行问卷调研。问卷形式采用标准化设置，针对每项功能需求均进行了简要说明，并由用户对于问卷中的功能需求进行选择。经过克隆巴赫系数公式（1）计算后为0.859，表面问卷结果十分理想。本研究最终回收有效问卷一百四十七份。

一般来说，该系数愈高，即工具的信度愈高。在基础研究中，信度至少应达到0.80才可接受，在探索性研究中，信度只要达到0.70就可接受，介于0.7-0.98均属高信度而低于0.35则为低信度，必须予以拒绝。用户选择的主要空调功能需求如表1。

（三）构建智能空调层次分析模型

智能空调用户需求的层次分析模型如图1所示

（四）构建判断矩阵，确认权重

判断矩阵是本层中的所有判断指标，对上一层某项指标的重要度进行两两比较。并确定目标层的指标为 R，B 为本层中的因素，则根据本层中B₁，B₂，...，Bm针对 R 的重要性可以构造判断矩阵，如表2：

表中bij代表准则层中的各要素在对 R 目标层的重要性进行对比，要素Bi对比于要素Bj 的重要性评价，可表示为b_ij=B_i：B_j，则b_ji=1/b_ij，在判断矩阵中的b_ij可以用 1-9标度表及 其倒数表示，如表3所示。

对于智能空调改良设计的层次分析模型中目标层为用户需求，用A表示;准则层的评价指标分别为柔风，外观，湿度，隐私，新风，用A1、A2、A3、A4、A5代表，随机选取50名调研对象，对目标层及基准层各指标进行评定得出判断矩阵及权重，如表4所示。

为了避免决策者的主观性为结果带来较大的误差，常用CR值来检验矩阵结果一致性。当CR的指标在一定范围内时，即可以认为此次获得的结果受决策者主观因素的影响程度是可被接受的。在一般情况下，当CR的值小于0.1时，即可通过结果一致性检验，且CR的值越小说明结果一致性越好。CR值的计算公式（2）如下：

根据计算CR值为0.0037且小于0.1

其中，λ_max指的是矩阵的最大特征根，n为矩阵阶数，RI为随机一致性指标，RI在不同阶数矩阵的数值如表5：

将根据权重计算得出的关键设计要素按重要度排序，能够清楚地看出在智能空调功能需求中柔风功能是最重要的，隐私功能以及外观次之，新风功能又较空调加湿功能稍显重要，其重要性排序如表6：

（5）空调功能需求优先级层级塔建立

根据智能空调功能重要性排序建立空调功能需求优先级层级塔，如图2：

三、智能空调设计改良方法应用与验证

（一）层次分析法在设计中的应用原则

在设计实践的过程中，不同部件和功能由于其能耗、空间位置、尺寸限制等因素不可避免的会出现冲突，因此如何在不同功能和尺度间寻求平衡就成了设计师的重要职责，通过层次分析法，对空调自身的功能优先级进行梳理，对于消费者感知强烈或需求度很高的功能应该赋予更高的设计优先级，这种优先级除了体现在出现冲突时的取舍中可以保留更多的功能性，更多体现在功能对于外观的影响方面占有更高的比重，这种影响除了设计的美观程度，更多的是外观功能带给消费者的关于功能的心理暗示。

层次分析法在设计实践中的运用尤其适用于包含智能空调在内的功能型产品，所谓功能型产品是指功能结构影响外观和产品细节的一类产品，这类产品是在产品的基础上不影响产品本身的手感，达到了功能美观和实用性，新式功能型产品设计的概念是以产品功能创新和使用价值为主要设计点并以功能创新和使用者为中心的概念[8]。本文会按照层次分析法生成的功能优先级顺序详细论述不同功能对设计实践的外观和结构影响，层次分析法的介入使得这种设计实践具有更多的合理性和逻辑性。

（二）柔风功能设计实践

柔风设计是智能空调在功能实现方面最显著的应用，也是其智能性的主要体现之一，在AHP得出的层次优先级中占有最高地位，因此在以消费者体验为首要任务的设计策略中，外观和功能分布都需要以柔风功能的实现为首要目标。柔风空调在普通空调的基础上进行了设计改良，改善了传统空调冷风直吹而造成使用者患上空调病的问题，使用过程中会获得更加舒适的体验。柔风板设计通过在空调的出风口处设计柔风叶片，可以有效地将风流打散从而形成康达效应，使得风流顺着用户体表流动，避免了风流直吹带来的不适感[9]。柔风功能对于空调外观设计的影响直接体现在出风口的设计上，需要预留足够出风面积，同时保留足够的内部空间给柔风板，因此需要在底部的交互部分作出取舍，将产品中部作为人机交互界面。

（三）隐私功能设计实践

出于对用户需求满足的温感探头设置和用户隐私保护心理需求矛盾的平衡，需要将温感探头进行隐藏式设计，以保证功能实现的基

础上可以带来完全不同的视觉符号，避免用户使用过程中出现的设计误解和对应的紧张感[10]。为了实现对于温感探头的隐藏，温感传感方式可以该用红外传感以实现轻量化，例如COIN系列单片式一元红外芯或TIMO系列晶圆级卫星模组，这些方案具有輕量化、功耗低、超优性价比等优点，因此可以更好地契合消费级电子市场。同样因为具有体积小同时表面可以处理为平面的优点，可以对温感的结构设计进行更好的优化实现隐藏式设计。

（四）外观功能设计实践

在人机交互过程中，产品外观对于用户体验的感官是第一位的，用户首先会关注到产品的外观，包括产品造型和配色。智能空调作为家居产品的一部分，需要与周围的环境融为一体，成为环境的一部分，而非作为一个突兀的视觉符号提醒用户自身的存在感。在造型与认知冲突中，消费者通常倾向于选择柔和不具有攻击性的造型，并且只有在价格昂贵的高端空调上，消费者才会希望造型上具备一定的复杂性，如图3所示。与此同时，由于智能家居产品本身具备的智能感同时意味着未来感和科技感，在设计心理学中通常这些感受都与一些颜色具有隐藏的联系，包括白色和蓝色。

（五）智能空调设计方案

以改进用户的人机交互体验为目的，建立对于用户体征状态的分析，并进一步通过问卷调查分析了用户对空调造型的情感认同样本，最终的设计结果重新定义产品外观，最终以“简约”“纯色”“科技”和“未来感”的情感语义作为智能空调的造型设计语言，最终的造型设计结果如图4所示。整体颜色采用纯白FDM覆膜处理，点缀以蓝色界面细节，保证简约的同时增加科技感。

从功能反馈的结果来看，中间设置的UI界面可以覆盖当下最广泛的人机交互内容，例如左侧的状态栏显示当前工作状态，包括制热、制冷、新风、除湿等;中间的蓝色圆点可以用来展示除湿进度和当前湿度状态，使得用户对于当前湿度状态的了解可视化;柔风板采用内嵌式设计在导风板打开时才会露出，功能布置如图5和表6所示。从设计反馈的结果来看，建立健康温馨的家居环境，以及以用户体验为中心的交互设计。研究过程从提出问题到分析解决问题再到设计结果的反馈，整个空调外观与功能设计形成闭环，为智能空调的设计提供了相对完整的设计思路和实践验证。

（六）设计评价

为了验证AHP层次分析法对于智能空调产品设计的可行性，需要对用户需求满足程度进行评估并获取用户的个人反馈。此次作者邀请了由30人组成的专家小组对此设计方案的用户需求满足程度进行专业评价。为了使专家必须做出倾向性的选择，排除中立态度的可能，因此将六点量表作为评分标准。其中横轴为产品评价指标，纵轴为分值。分值1到6代表不同的态度，分为强烈赞同、中等赞同、轻微赞同、轻微不赞同、中等不赞同、强烈不赞同。评分结果见表7。

邀请上文中150名参加问卷调查的用户进行满意度回访。以净推荐值（NPS）作为产品满意度的分析指标，横轴为分值，纵轴为人数，其中用户打出的分值与用户满意程度成正相关。相关结果见表8。经统计后将数据代入公式3，得出NPS的分值为32.7，较好地满足了用户的需求，并得到了相当多用户的支持，说明AHP层次分析法导出的创新方案在用户满意度方面上有较大的突破。

结语

基于AHP层次分析法的功能改良设计方法符合系统性的创新原则，通过对智能空调的使用体验进行功能性拆分，使之从抽象的整体使用感受中脱离出来，从而帮助设计者抓住空调改良设计中的重点部分，提高改良设计的效率性和针对性。智能家居设计在目前的科学技术发展形势下已经进入到一个新的瓶颈，如何通过设计发掘新的用户需求或完善现有需求，该设计方法为这一问题提供了新的思路并指明方向。