基于AHP-PUGH的儿童陪伴机器人设计评价研究

席银联 董继先 贺雪梅

摘要：探求感性意象和儿童陪伴机器人设计要素的对应关系，以及方案评价中评价指标的相互影响性。借助AHP法确定评价指标，构造矩阵，得出相对权值。再用PUGH矩阵对方案进行筛选、评分和排序，得出最优方案。实现对产品的综合评价。并将产品方案的分析结果与相应销售数据进行验证，为产品评价方法提供一定的依据。评价结果帮助儿童陪伴机器人造型设计系统的建立提供理论依据，为优选产品方案提供有效的决策工具。

关键词：PUGH矩阵 层次分析法 儿童陪伴机器人 设计评价

中图分类号：TB47文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）11-0054-04

一、旧城区里分公共空间概念与现状

随着工作和生活压力的增加以及知识加速迭代，家长对孩子们的早教变得力不从心。在2019年政府工作报告中，李克强总理指出，要加快培育壮大包括人工智能在内的新兴产业，“人工智能”被第三次写入政府工作报告，并且近年内放宽二胎政策，儿童的教育市场将会越来越迅速地发展。作为当前国内家用智能机器人的主要方向之一，儿童智能早教机器人市场也在快速发展。与普通玩具不同的是，儿童陪伴机器人与儿童之间的互动性更完善。而如今市面中儿童陪伴机器人实现了从无到有并且爆发式增长。面对这么多产品入局，产品如何从充满竞争的市场中脱颖而出，选出最好的方案以及实现高效的客观评价变得至关重要。方案评价对于产品的方案设计中是一个重要的环节，方案评价的结果对于后面的制造和方案设计有巨大的影响。这里采用AHP与PUGH决策矩阵结合方法，对产品方案进行评价。

一、儿童陪伴机器人

儿童陪伴机器人属于服务机器人的细分领域，出现在网络时代，功能以语音交互，视频通话与监控体验，儿童教育内容和情感陪伴方面居多，突出陪伴儿童健康成长与互动教育的特点。具有儿童教育和陪伴角色的机器人备受家长和市场热捧，儿童陪伴机器人具有巨大的市场空间。市面上的儿童陪伴机器人针对学前期儿童设计居多，幼儿期指，到岁的儿童，他们处于神经系统不断发育阶段，是学龄前儿童提升言语思维，情感道德的重要时期。

图1中的儿童陪伴机器人根据机器人结构分为四种，其中图1a为不可移动式机器人，成本低，无法移动，只能放在平面上;图1b为轮式移动机类似于车轮的驱动，结构简单且稳定性高、但只能行走于室内平坦地面;图1c为履带式机器人，将无限轨道卷绕在轮子上，越野机动性好，但重量重且结构复杂;图1d为双足仿人型机器人，以刚性构件通过转动副联接实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。特点是能够跨越障碍物，但成本较高且控制系统复杂。

二、基于AHP-PUGH优化产品方案流程

（一）构建儿童陪伴机器人方案评价指标体系。为了使儿童陪伴机器人的方案评价得到较为客观的结果，在该结构模型中，数值的标度由7位行业专家、5名专业设计师、3位儿童陪伴机器人销售员和15名孩子家长共同完成。文中通过产品广告、宣传册、相关文献、网上调研和用户访谈等途径获得有关儿童陪伴机器人共50个评价指标。使用KJ法和专家小组讨论筛选出13个最能代表用户对儿童陪伴机器人评价的典型词汇。将综合的因素分为若干具体的层次，与此同时支配下一层因素的作用，构建递阶层次结构模型。就儿童陪伴机器人设计评价A分为三方面评价指标，分別为功能指标B₁，色彩指标B₂，形态指标B₃，构建一级评价指标集A={B₁，B₂，B₃}构建二级评价指标集B₁={C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆}，B₂={C₇，C₈，C₉，C₁₀}，B₃={C₁₁，C₁₂，C₁₃}，最終得到儿童陪伴机器人的评价指标体系，如图2。

（二）运用AHP确定评价指标的权重。层次分析法是20世纪70年代中期由美国运筹学家提出的一种定性与定量分析相结合的多目标评价方法指将决策问题最佳方案的有关元素分解成目标层、准则层以及方案层，进行分解、判断与综合，并将定性和定量结合，便于决策者之间的沟通的一种系统分析方法。

3.综合排序计算：方案层各方案对目标层的合成权重，由计算出的层次权重通过加权的方法得到，公式所得组合权向量需要检验其一致性，假如公式运算所得，即可按照组合权向量计算的得分进行排序选优，否则需要重新构造成对比较阵。

（三）基于PUGH矩阵的方案选择。决策矩阵分析是由英国管理学家斯图尔特，有提出的一种多因素辅助决策工具，因此该方法也被称为普氏分析或者多因素辅助分析。复杂的多因素决策需要为潜在的影响因素建立复杂的数学模型并且用高等数学的方式来分析。

1.建立PUGH矩阵：首先，列出所有的选择项，然后列出对作出决定有重要影响的因素。其中，评价标准放在PUGH矩阵的橫行，可选择方案放在PUGH矩阵的纵列，在若干现有方案中根据评价标准挑选出一个基准方案。第二步，其中，PUGH矩阵中以m为评价标准的情况下，基准方案与可选择方案n的比较值称为P_abo+、0、一这三种元素分别代替不同的取值，比较基准方案与可选择方案，其中“+”代表可选方案优于基准方案，“S”代表可选方案相同于基准方案，“-”代表可选方案劣于基准方案。对基准方案与可选择方案符号进行统计，之后计算出可选方案的总体得分，并对这些得分进行从高到低统计排序，得出可选择方案的排序，最终获得最优的方案。通过两两之间互相权衡对比时，获得的不仅仅是可选择方案中的最佳方案，还会发现其余可选择方案中优秀的方案，以便对以后的设计方案进行完善和补充。通过与基准方案对比获得的综合得分高的可选择方案需进行后面的评分同时进行比较的可选择方案不要超过20个。

三、儿童陪伴机器人产品方案评价

以市面上畅销的不同类型的儿童陪伴机器人作为待评价的产品方案。而如今市面中儿童陪伴机器人实现了从无到有并且爆发式增长。面对这么多产品入局，产品如何从充满竞争的市场中脱颖而出，针对该问题，运用基于AHP-PUGH的法进行选择最优方案。

（一）AHP确定评价指标的权重值。根据儿童陪伴机器人特性，通过用户访谈对市场进行调研，首先用AHP法对儿童陪伴机器人评价指标中的功能因素B₁、色彩因素B₂、形态因素B₃成对比较，构造比较矩阵并进行一致性检验。对儿童陪伴机器人评价指标中的功能因素B₁、色彩因素B₂、造型因素B₃中的各个子评价指标B₁={C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆}，B₂={C₇，C₈，C₉，C₁₀}，B₃={C₁₁，C₁₂，C₁₃}分別进行成对比较，计算得出权重计算。

说明当潜在消费者选购儿童陪伴机器人时，最为注重的是儿童陪伴机器人的功能有效，其次是儿童陪伴机器人形态;而潜在消费者最不关注的是儿童陪伴机器人的色彩。

通过功能指标层的计算权重，可以看到对于目标层而言，人机语音交互指标，远高于英汉互译，验证调研时用户普遍认为与儿童互动更具有吸引力的观点，说明儿童陪伴机器人的人机互动功能仍然是儿童陪伴机器人设计的重中之重。排名其次的是远程亲子对话，权重的计算结果与用户调研结果吻合，说明家长在选购儿童陪伴机器人时，在功能上对于远程亲子对话十分看重，说明儿童陪伴机器人设计师需要在此项的设及上加强功能性，同时优化用户体验，将远程通话，亲子互动作为儿童陪伴机器人的卖点。在形态方面，机器人独创性更有吸引力，均衡性和变化性则占比重不相上下;色彩方面，注重融合性是设计师需要认真重视的要素。

（二）基于PUGH矩阵的儿童陪伴机器人选择

1.产品方案初步筛选：对产品方案运用头脑风暴的方法生成大量儿童陪伴机器人构思，进行认真比对、全面评价和综合，选出6们儿童陪伴机器人产品方案构建用于筛选的初步的PUGH决策矩阵，如表4。

以方案E为参考方案，通过其他可选择方案与E方案的对比，对+、-、S进行统计，从何的出不同方案的净分数，将A方案、B方案、C方案、D方案、F方案所得净分数进行大小排序。通过排序筛选得出排名靠前的三个方案，如图3。

2.设计方案概念评分：经选取上述市面上三种不同类型的儿童陪伴机器人作为待评价的产品方案，针对儿童陪伴机器人进行用户访谈，对100位3到7岁之间儿童进行调查，获取98份有效问卷。经过对调查结果整理，把三款儿童陪伴机器人方案在功能因素、色彩因素、形态因素的数据进行统计，构建评分PUGH决策矩阵，儿童陪伴机器人产品方案评价结果，如表5。

（三）评价结果分析与验证

1.结果分析

（1）通过PUGH矩阵得出，方案B阿尔法的用户体验得分最高，为16.41.其次是方案D优必选为9.39.紧接着是方案E金小帅，为9.094。这三款后两款儿童陪伴机器人，与方案B阿尔法相比存在较大的差距。

（2）从二级指标评价中可以看出：在功能指标上，方案B超越方案D排名第一，得益于其人机交互语音系统，用生动的神态类似人的行为与儿童智能对话。人机交互语音系统内有可以准确识別童声的智能语音，该系统还能对儿童的语句进行有趣的回应，加上可爱呆萌的外形设计和十分拟人的活泼性格受到儿童们的青睐。而其在远程亲子对话方面也表现突出，家长都注重陪伴儿童的成长生活，然而往往大部分八零后家长忙于工作无法时刻陪伴孩子，而远程高清视频填补这一空缺。无论何时只需家长用自己的手机就能与孩子面对面互动，同时儿童陪伴机器人还可以试试通过摄像头记录孩子们的成长生活。而方案D与方案E在此方面稍逊于方案B;对于形态方面，现在的儿童陪伴机器人都设计的较为可爱，但由于方案E与孩子交互式用到显示屏，通过平面电子屏表现有趣的面部表情相比立体形象的面部表情来说稍逊，而方案A表面光滑处理，加上考虑儿童舒适抱、握的轮廓造型，让其更安全、舒适地融入儿童的生活环境在形态方面表现突出。

（3）以儿童陪伴机器人为研究对象，经实证分析发现，用户与产品之间的交互感知是影响儿童对其的持续吸引力的重要因素，其具体表现在儿童与陪伴机器人的交互功能，交互形态，交互动作来保持;其次，功能与形态结合的创新性显著影响儿童陪伴机器人的市场竞争力，通过挖掘新的用户需要，减少无关的功能累加，从而提高用户体验。同时，越强的形态感知会使儿童更容易对陪伴机器人青睐。再次，色彩的搭配与易读性结合提升产品易用性。

（4）总体来看，尽管产品出现在许多家庭中，但我国儿童陪伴机器人用户购买量总体偏低，儿童使用量偏少。这是由于我国人工智能技术不够成熟且需要高昂成本费用，除了产品外形不同之外，大部分的儿童陪伴机器人的功能过于同质化。伴随着智能技术和硬件发展成熟的未来，产品成本慢慢降低，不久的将来，儿童机器人会走入千万普通家庭的生活。

2.结果验证：因为方法的不确定性，所以从其他角度来辅助验证用AHP-PUGH综合评价B、D、E方案的评价结果。从用户购买儿童陪伴机器人途径中选取比例最高的电子商务网站京东发布的数据进行验证。从销量数据来看，调查京东商城京东自营旗舰店如图4.京东商城京东自营旗舰店的儿童陪伴机器人销量大并且品牌丰富，销售量参考2019年4月数据，如表6。

从表6的销量排名来看，顺序与AHP-PUGH综合评价排名结果基本一致即使三个方案价格高低不一且没有按价格顺序排列，表明方案B的用户体验受到用户广泛认可。因此从销量的角度来看，AHP-PUGH综合评价儿童陪伴机器人方法是可行的。同时，从已购产品用户进行验证来看，对方案B、D、E在京东商城京东自营旗舰店好评率相互对比，好评率参考2019年4月数据，如图5。京东商城的手机好评度来看，科大讯飞阿尔法大蛋机器人的好评度最高，为99%，其次是优必选悟空机器人和智力快车机器人分别为98%以及97%，这和AHP-PUGH评价结果吻合。

总体上，从两个角度好评度以及销量对AHP-PUGH综合评价方法进行验证，证实此方法是可行的。

结语

（1）儿童陪伴机器人造型影响因素较多，单一变量难以定量分析，运用AHP-PUGH法对儿童陪伴机器人进行评价分析以及验证方法准确性，从功能、形态以及色彩出发构建13个子评价指标体系。（2）为更好把握设计的方向，使方案的筛选客观、全面、真实问题，建立AHP-PUGH综合评价体系对儿童陪伴机器人造型设计进行了定量评价，帮助产品研发过程中的准确决策环节。模型中较多的评价因素参与了评判，主观与客观相结合使权重分配与指标量化，评价结果更准确有效。（3）此项研究中为便于对AHP-PUGH方法的效果進行验证，采用已上市的产品组成备选方案。目前设计方案的研究方法大多也依据市场已有产品的评价推演设计方案的决策，并得到较好的指导意义。