办公座椅设计方案FAHP与模糊综合评价研究

张许英龙，孔浩宇，张显权 Zhang Xuyinglong & Kong Haoyu & Zhang Xianquan

(东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040）

当今社会，办公座椅与人们的日常工作生活紧密贴合。一般情况下，一款设计合理的座椅不仅会给用户带来舒适的视觉感受，还会给用户带来良好的使用体验[1]。目前评价座椅的指标一般包括安全性、环保性、经济性、舒适性、美观性及所用材料的合理性。座椅的设计往往充满不确定性和主观性，设计者常常根据个人的喜好突出某一方面的性能而忽略某些方面的性能。通过对一款设计产品各个方面进行客观的综合评价，探讨设计方案中存在的不足之处，并提出合理的改进意见，可以有效地提升座椅类家具的设计理念和设计水平。对家具设计方案进行主客观评价，相关学者做了很多的研究，但已有的研究大多是侧重于方案的定性评价，主观性强、缺乏客观依据，从而导致评价体系缺乏客观性和准确性。陈祖建[2]、毛轶超[3]、李森然等[4]等在家具设计方案评价中引入层次分析法（AHP），认为该方法能客观地对家具评价过程进行分析。崔晓磊[5]、李晓娜[6]、袁月等[7]将模糊综合评价法与层次分析法结合运用在家具设计方案评价中，从而证明该方法在家具设计过程的相对科学性和可行性。但以上方法在评价过程中还是存在着较大的主观性，在办公座椅综合评价问题中依然有不足之处。模糊层次分析法（FAHP）是在层次分析法的基础上改进而成，适用于指标较多且较为复杂的层次结构模型。本文使用文献法，对先前学者的研究提出改进方案，将模糊层次分析法与模糊综合评价法二者相结合的方法应用到对办公座椅类产品的评价之中。该方法可以对座椅设计方案的各个方面进行分析评价，得到准确客观的评价结果，从而提高设计方案的合理性。

1 FAHP与模糊综合评价法

AHP法与模糊综合评价法都由美国学者于上世纪60-70年代所提出。两种方法都作为评价类数学模型的基础方法为后人广泛使用[8]。AHP法在对指标较多且较为复杂的评价系统中有明显的不足。其一，在较多指标的判断情况下，专家们的意见容易造成较大的差异。通过不断地修正专家的意见，通常会导致评价结果有所偏差。其二，可能需要反复对构造的判断矩阵进行一致性检验修正，同样会导致评价结果产生偏差。FAHP法在较多的指标下于较为复杂的模型中表现优于传统的AHP法，其一，不需要对专家的意见进行不断修正，可以完全地展现专家的本质想法。其二，相对于AHP法，FAHP法优化了其繁琐的一致性检验计算步骤且更好地保留了数据的原始性。FAHP法在复杂的评价系统中相较于AHP法有更为良好的准确性与实用性。但是FAHP定量分析所占比重较轻，大多数为定性分析，主观成分大于客观，评价结果有时不易令人信服。

表1 0.1～0.9分制标度法

图1 FAHP与模糊综合评价流程图

模糊综合评价法以定性分析为基础，通过严谨精确的数学处理方式对模糊性的问题做出较为科学、恰当的定量评估，能够将复杂的数学模型问题逐步简化，化繁为简，最终完成对目标对象进行评价的目的[9]。然而，模糊综合评价法有着在对于多指标且较为复杂的评价系统中层次不够鲜明，指标不易区分的缺点。FAHP法与模糊综合评价法相结合既可以弥补各自的缺陷又可将其优势充分发挥，两种方法相辅相成，可以使得评价结果更加精确可信。以下为该评价方法采取的具体步骤[10]。

1.1 确定评价的结构模型

确定影响评价结果的因素将其组成因素集。将因素集按照评价目标划分开，分别组成评价系统中的准则层与方案层。通常用U={u1，u2，…un}表示因素集中的各因素。各因素的子集通常由Ui={ui1，ui2，…，uin}（i=1,2,…,n)表示。

1.2 确定指标权重

W=[W1,W2,…,Wn]表示各指标的权重；以Wn==[W11,W12,…,W1j]表示各指标的子指标的权重（j=1,2,3,…,n）。

（1）构造模糊判断矩阵

通常使用0.1～0.9分制标度法，通过对评价因素之间的重要程度进行两两比较的方法由专家评分的方式来构建模糊判断矩阵A=（aij）n×n。其中模糊判断矩阵满足：

模糊判断矩阵记为：

（2）一致性检验

（3）计算指标权重

1.3 综合评价

确定评语集合，用V={V1，V2，…Vm}表示。表示Vm评语集中的各评价指标。各指标所对应的各评语的隶属度为V上的集合，记为Ri：

各指标ui的模糊综合判断矩阵记为R：

最后，建立综合判断矩阵B。用模糊综合判断矩阵R与各指标权重W相乘，表达式B=WgR为。最终的评价分析结果为B={B1，B2，…Bn}。依据隶属度最大原则，选取隶属度最大的数值作为最终评价结果。

2 办公座椅FAHP-模糊综合评价模型的构建

就福建省闽北一家家具公司而言，该企业规模中等，实力雄厚，在国内东南沿海地区具有较高的知名度。最近该企业设计生产了一款办公座椅，现在需要对其进行综合评价分析（图2）。

图2 办公座椅样本图

2.1 建立评价指标和层次结构模型

依据近几年的相关研究成果，并结合座椅的舒适、安全、材料、环保、美观、经济6个一级指标和每一个一级指标所对应的20个二级指标，建立了层次结构模型（图3）[11-13]。

图3 办公座椅层次结构图

2.2 指标权重的确定

调查统计运用了Delphi调查法。采用函询调查的形式，根据具体且系统的步骤，向有关专家发送调查问卷，经过多轮征询、修改和统计，最终得出专家基本一致同意的意见，作为研究结论。这样做的好处是，专家可以对问卷中所有的问题发表自己的见解，有足够的时间进行思考，查阅信息，以及许多专家进行集体讨论，以确保专家意见完全可靠。按照这个方法，邀请了15位行业内的专家、使用者及设计师，从各个方面来评估该款座椅，保证了得到权重的准确性和全面性。对15位专家的意见进行统计，确定各指标的权重。进而建立模糊判断矩阵；

构造目标层和准则层(A-B)的模糊判断矩阵（表3）。

表3 模糊判断矩阵A-B

由公式（1）（2）得，矩阵A-B为一致矩阵且各指标权重为W=（0.1958，0.2579，0.1777，0.1465，0.1268，0.0953）。同理，可以构造准则层与方案层（B1-C、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C、B6-C）的模糊判断矩阵，并进行一致性检验且求得各指标权重。

同理，可计算出二级指标计算权重值。

依据 FAHP法计算出各指标的权重：舒适性占比25.79%，安全性占比19.58%，环保性占比17.77%，经济性占比14.65%，材料占比12.68%，美观性占比9.53%。可知座椅舒适性、安全性、环保性处于权重值前三位。当前，用户在选择座椅类家具时，舒适性是消费者关注的重点，舒适性决定座椅功能是否可以满足用户的使用需要，使用过程中是否可以减轻人体疲劳等。安全性关系到用户的使用安全，所以安全性也是需要重点考量的指标。近年来环保问题备受关注，座椅类家具是否环保同样影响消费者的安全，劣质座椅常散发有害气体且影响用户的身体健康。购买家具时，家具的环保性是消费者非常看重的问题。从环保的角度来看，设计方案要尽量使用环保材料，在产品加工过程中要提高材料的利用率，同时要注意更多的使用可循环利用的材料。美观性权重指数最低，座椅类由于受空间、经济等因素影响，更多强调的实用性与使用价值，所以人们对座椅类家具审美观关注较少。因此现阶段用户对办公座椅类家具的权重主要是：舒适性、安全性、环保性，同时也反映了用户的使用倾向，根据这一倾向进行专门的设计研究。

3 办公座椅的模糊综合评价

3.1 构建评价指标和判断矩阵的评语集

如图2所示，在20个评价指标中，其中C4座面高度、C5靠背倾角、C6座面倾角为实际测量数据。其中C4座面高度为420mm，C5靠背倾角为105°，C6座面倾角为2°。由李科特量表法，将评语的五个等级分为{好、较好、一般、较差、差}。为使这款办公座椅能得到客观的评价，本次评估邀请了10名不同背景的家具设计师及相关专家，按照评分标准对这款办公座椅进行评分。表4为评估结果。

表4 评价结果统计表

基于量表统计，得出的安全性评判矩阵如下：

与之一致的舒适性的评判矩阵为：

环保性的评判矩阵是：

经济性的评判矩阵为：

材料的评判矩阵为：

美观性的评判矩阵为：

3.2 多级模糊综合评价模型

利用指标层和准则层的权值系数，可以对该款座椅进行模糊综合评价：

则，该款办公座椅的综合评价得分为：

通过以上计算得出该款办公座椅评价结果：评语为“好”的隶属度为0.3343、“较好”为0.3513、“一般”为0.2377，“较差”为0.0586，“差”为0.0181。取隶属度数值最大的评语作为评价的最终结果，则该款办公座椅的得分在“较好”之中。

4 改善及分析

由评价结果得到，该款办公座椅总体得分“较好”，但仍存在一定的不足，通过B1～B6的评价结果以及评价集中的反馈意见，可对该款办公座椅从设计到生产全过程进行针对性的改善与优化。影响评价结果的不利因素主要有舒适性、美观性，经济性的隶属度也略低。可针对这三个指标，对该款办公座椅进行改善优化。舒适性作为评价因素中最为重要的指标，主要的目的就是为了让用户有较为优质的使用体验，使用办公座椅的同时减轻久坐带来的身体不适。其一，该款办公座椅的C4座面高度、C5靠背倾角、C6座面倾角具有普适性，但是由于用户个体之间的差异，并不能满足所有用户的使用需求。将此问题反馈给设计师，将座面高度、靠背倾角以及座面倾角设计成可调节式，尽可能满足更多用户的使用需求。其二，该设计方案比较常规，缺乏特点，建议添加一个头靠并在颈部靠背和腰部靠背上加装红外线按摩仪，可使办公人员在劳累时充分舒缓颈部和腰部的疲劳，避免办公人员肌肉损伤。在美观性层面，座椅的表现较为一般，结合FAHP法得出的结论分析，使用者更重视座椅的实用性而不是座椅的美观性，进一步看，座椅的美观性仍然缺乏创新来吸引使用者的眼球，因此如何在符合人体工效学的基础上进行美观性创新，是未来要解决的问题。将上述问题反馈给设计师，根据舒适性及美观性的评估结果，对该款办公座椅进行改善。对于经济性指标的隶属度略低的问题，可将其反馈给公司决策层，对此问题进行调查与改善优化。

5 模型验证

模型方法的验证大多情况下均采用的实践检测验证，以实际的产品为样品，让目标用户进行直接的体验，通过实践检测或观测收集数据的方法来验证模型方法预测的结果是否合理有效。康辉等[14]对古典家具设计方案进行评价，其结果通过问卷调查的方式对所提出的模型方法进行检验。

为验证FAHP与模糊评价法对办公座椅评价结果的准确性与可行性，本调查邀请了80位参与者为目标用户（50位不同行业坐姿工作者以及30位行业内专家、设计师）对产品样品进行用户体验以及产品从设计到生产的全方位了解。通过投票选定的形式对座椅的安全性、舒适性、环保性、经济性、材料、美观性的6项一级指标进行满意度打分，并对参与者进行询问与记录。规定，若参与者对6项一级指标均满意则隶属于评语“好”；若参与者对其中4～5项一级指标满意则隶属于评语“较好”；若参与者对其中3项一级指标满意则隶属于评语“一般”；参与者对其中1～2项一级指标满意则隶属于评语“较差”；若参与者对6项一级指标均不满意则隶属于评语“差”；数据统计情况表明，6项一级指标均满意的人数为29人；4～5项一级指标满意的人数为38人；3项一级指标满意的人数为11人；1～2项一级指标满意的人数为2人；6项一级指标均不满意的人数为0人。数据统计情况表明，选择座椅处于“较好”评分的人数最多，评价结果顺序与上述方法相同，从而验证了上述方法的可行及准确性。80位参与者投票结果如图4所示。

图4 用户投票统结果计表

6 结语

本文采用FAHP与模糊综合评价模型对本款办公椅进行综合评价分析。该方法利用FAHP法确定了各个指标的权重，同时表达了对家具产品赋权时人与产品之间的情感共鸣，再利用模糊综合评价法对座椅进行定量分析。与以往的主观评价相比，该方法更加科学、客观，并能及时准确地发现产品现存的不足，对其进行改进，更好地达到用户的具体要求，从而不断扩大了产品在市场上的竞争力。该方法在对某一特定产品或设计方案的综合评价及找寻不足之处尤为合适。

缺点是FAHP法中模糊判断矩阵的建立以及模糊综合评价法中评语集的确定需要专家评分，则带有一定主观因素影响。但与以往的主观评价相比，这一方法有较明显的进步。其次，该方法不适用于对多款产品或设计方案之间的优劣比较。综合来看，该方法能较好地解决模糊、难于量化和各种不确定问题，并可用于多层次多指标较为复杂的评价类模型问题。该方法可运用到相关家具产品开发研究中，对家具产品的评价和改进具有一定的借鉴作用。