基于KJ-KANO-AHP的奶牛发情监测设备交互设计研究

汪海波　邹金枝　刘靖

关键词：奶牛 发情监测设备 KJ KANO AHP 交互设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）02-0128-04

引言

近年来，奶制品成为人们补充营养和增强体质的重要选择，其质量和产量与公众健康密切相关，奶牛养殖业因此备受关注。传统人工奶牛养殖需要大量的人力投入，养殖全过程都需要人工监控和管理，不仅费时、费力，而且效率较低，已远远不能满足当下规模化奶牛养殖的发展需求。面对不断增长的奶牛数量，需要探索更有效的技术手段来改善现有的奶牛养殖业管理模式。

奶牛发情监测在奶牛养殖业中占据重要地位。刘忠超等人运用ZigBee网关硬件和C#技术结合以太网，设计了奶牛发情远程监测系统，监测系统终端设备通过绑带系在奶牛后腿腕部，实时获取奶牛发情信息;谭益等人通过Storm平台结合计步器终端实时监测奶牛发情状况;王少华等人通过摄像机运用AlexNet深度学习算法获取情信息。当下很多学者着眼于奶牛监测设备的硬件设施的理论研究与技术实践中，对产品与人、产品与周围环境之间的交互关系研究较少，这极易导致牧场管理者在使用产品时体验不佳。我们在用技术了解用户需求的同时也要考虑到用户使用产品时的体验，以便更好地理解产品的使用者对于产品的期待点和厌恶点，这不仅可以提高用户的工作效率，也可以提升用户的体验愉悦度，使用户在使用产品过程中有一个良好的用户体验。本研究运用KJ-KANO-AHP结合的方法对奶牛发情期监测设备提出一种交互设计方案，能有效地提高牧场管理者的工作效率，优化奶牛养殖业的智能化管理模式。

一、奶牛智能监测设备现状

奶牛智能监测设备是奶牛场的一种数字化管理设备，可以通过特定的传感装置实时，在线地监测，记录和上传奶牛生理指标。利用大数据和互联网技术对奶牛进行监管，牧场管理员可以实时掌控奶牛所处的位置和及时了解奶牛的体能状况，同时可以系统地对整个牛群的生理指标进行实时监控。奶牛智能监测设备按照其佩戴方式大致分为耳标式、颈戴式、尾标式及蹄戴式4种，国内外产品比较分析，见表1。

无论国内还是国外，奶牛智能监测设备的佩戴方式多为颈戴式，均是将核心监测装置穿于绳上，系在脖颈处。国外奶牛发情监测设备在设计过程中除了考虑到功能还注重产品造型的细节处理，考虑到奶牛的舒适性及安全性，对边缘进行圆角处理;色彩搭配方面考虑到色彩与产品、环境、人之间的关系。国内的产品在满足功能需求的同时很少考虑到产品造型、色彩、细节等方面的处理。由于只考虑到需求功能因素而导致用户体验不佳，如颈戴式奶牛智能监测设备显示屏和其旁边的牛只数字编号由于重力作用会向下滑，导致工作人员在寻找牛只时比较困难。

国外对奶牛发情监测设备的研究相对深入，出现了诸多如计步器、项圈、尾标等传感器产品和发情预测理论模型以及畜牧場计算机管理信息系统，这些产品可以实时追踪监测奶牛发情信息。国内对于奶牛监测设备的研究也在逐步优化升级，国内某些大型奶牛场仍使用引进的奶牛发情监测设备，在使用过程中，由于各国牧场管理者所处环境不同，其思维方式也存在差异，导致国内牧场管理者在使用产品时出现交互障碍;同时，进口设备价格普遍较高，在对奶牛生产性能影响不大的情况下，中小规模企业倾向于选择国产设备。国产设备价格适宜，性价比高，但在使用的过程中一定程度上存在绳子磨损、断裂、清洁困难、监测误差、数据不够直观等，在造型、细节、与体验方面还需进一步设计完善。针对以上问题本文提出了基于KJ-KANO-AHP的奶牛发情监测设备交互设计研究，设计出一款符合我国牧场管理者使用的奶牛发情监测设备。

二、KJ-KANO-AHP模型

本研究提出KJ-KANO-AHP模型，旨在将三种传统方法相结合并应用于需求分析的不同阶段，克服单一方法存在的不足之处。KJ法作为内容归纳分析的重要工具，宜应用于需求获取阶段，旨在梳理不同类别的需求并将重复、相似的需求进行整合。因此，本文引入KJ法获取奶牛发情监测设备的用户需求要素，探究当前奶牛发情监测设备存在的问题，以确保用户需求的真实性，避免设计定位的主观性。同时，运用KANO模型将获取后的用户需求进行属性归类，获取对用户满意度有正向影响的重要需求，并判断不同类型的需求指标对用户体验的影响程度。KANO问卷通过正反向问题帮助人们摆脱思维误区，例如“无所谓”不等于“满意”，可以更细致地挖掘功能的特征。最后，运用AHP对归类后的需求指标进行定量分析，获取指标的权重排序及优先级，设计出以用户需求为中心的奶牛发情监测设备。

三、基于KJ-KANO-AHP的奶牛发情监测设备交互设计流程

基于KJ-KANO-AHP的奶牛发情监测设备研究将从以下步骤展开，见图1，（1）通过KJ法确定用户的原始需求;（2）以KANO模型为理论基础设计调查问卷，确定需求指标的类别;（3）使用层次分析法计算出需求指标的权重及排序;（4）对重要需求指标进行设计分析。

（一）基于KJ法的功能需求清单建立

需求清单建立的主要目的是获取产品对象的功能特征。运用KJ法获取奶牛发情监测设备的用户需求，具体操作分6个步骤，即确定受访对象、确立受访方式、确立主题、收集信息、卡片制作、卡片分类。确定受访对象：受访对象由40位牧场工作人员和10位工业设计师组成。受访开始前将受访者分为8组，其中六个组是6人，两个组为了人，每组至少有一位且不超过两位设计师，年龄、岗位相近的人尽量分在不同组，受访分两次进行，每次四组，时间均为下午3：30-4：20。受访方式：以会议形式进行，每一组围绕一张会议桌，提前给每位受访者发放卡片一张。确立主题：以奶牛发情监测设备为主题，收集奶牛发情监测设备相关的资料。收集信息：受访对象在卡片上写下所想到的任何与奶牛发情监测设备相关的信息，至少写5条以上，之后收回卡片。卡片制作：将收集的卡片进行处理，去除重复信息，比如防水功能与被水冲不坏、数据更直观与数据可视化等进行信息合并，制作成独立的卡片，每张卡片记录一条信息;卡片分类：卡片随机摆放，将需求相似的卡片放在一起，合并相似信息，并将其划为一组。重新分组的卡片随机放置，再次进行相似信息合并，将得到一个更大的组别，重复合并次数，直至无法合并，获取奶牛发情监测设备用户初始需求分类统计结果，见表2。

（二）奶牛智能监测系统功能层次研究

1.设计KANO问卷：根据奶牛发情智能监测设备需求统计表设计KANO问卷。问卷设计分为正反两个问题，用于评判用户在满足该项需求和不满足该项需求时的满意程度。正向问题是测量奶牛发情智能监测设备具有某项功能特征时用户的态度，反向问题是测量奶牛发情智能监测设备不具有某项功能特征时用户的态度;通过发放问卷进行调研，针对奶牛发情监测设备的每个功能分别设计正反两项问题，问题采用五级里克特量表，分别为“满意”“理应如此”“无所谓”“勉强接受”和“不满意”。以第一项“布局合理”功能为例，KANO问卷表见表3。调研对象中牧场工作人员108人、工业设计专业学生27人。再根据需求评价矩阵判断出具体需求对应的KANO属性。KANO需求评价矩阵见表4。其中A、O、M、I、R分别代表魅力需求、期望需求、必备需求、无差异需求和反向需求。

2.根据统计结果确定需求指标类别：问卷共发放135份，其中有效问卷128份。统计结果见表5，将比值最大的属性作为定性依据。整理表5数据可知，必备需求包括布局合理、及时反馈、结实耐用、安全性、快速定位、智能监测、造型简约、防水和易于清理。这类需求是奶牛智能监测设备中最首要的，此类需求对应基本服务，在设计中居于首要考虑位置。期望需求包括亲和力、科技感、数据可视化、自动维护和界面美观。此类需求与用户满意度显著相关，应尽量满足。魅力需求包括远程操作、个性化定制和环保材料。魅力需求属于潜在性需求，在设计中应积极挖掘。无差异需求包括轻量化和语音识别。此类需求的存在与否不会影响到用户满意度，在设计时可不予考虑。

3.去除无差异需求：将各需求指标进行分类，去除无差异需求，得到的修正后的需求指标统计结果，见表6。

（三）奶牛智能监测设备需求指标权重分析

通过KANO模型对奶牛发情检测设备的需求属性进行了归类，利用层次分析法构建需求判断矩阵，选取参与需求分析的50人进行指标评价，展开对奶牛发情监测设备需求的权重分析。在评价时，采用层次分析法所提供的一致矩阵法进行赋值，目的是减少不同属性指标因素比较时的困难，以提高结果的精确度。见表7。

依据奶牛智能监测设备功能需求质量展开的结果，由专家通过判断矩阵对奶牛发情监测设备一级需求指标：必备需求、期望需求、魅力需求，进行两两比较，结果见表8。其中CR=0.018<0.1，一致性检验通过。统计奶牛发情监测设备需求满意度调查问卷，运用层次分析法分析奶牛发情监测设备的二级需求指标，获取权重值，具体见表9-表11。CR值分别为：0.019，0.025，0.092全部小于0.1，一致性檢验通过。

奶牛发情监测设备的二级指标综合权重即为一级指标权重和二级指标权重的积，将获得的综合权重结果进行排序，见表12，重要度越靠前的指标对用户满意度影响越大。

根据表12的统计结果得出奶牛发情监测设备的综合权重优先级排序依次为：智能监测、数据可视化、结实耐用、安全性、界面美观、环保材料、快速定位、自动维护、防水、远程操作、布局合理、科技感、易于清理、及时反馈、亲和力、造型简约、个性定制，可以看出必备需求的综合权重领先于期望需求，同样的期望需求综合权重领先于魅力需求，这与KANO模型的属性归类一致。其中智能监测、结实耐用、安全性、快速定位是必备需求且在综合指标中重要度较高，此类需求对用户满意度影响较为明显。数据可视化、界面美观、自动维护的需求的存在与否不会对消费者满意度有明显的影响，可根据产品生产成本等进行加减设计。界面美观、数据可视化、自动维护是当前智能产品设计的趋势，也是KANO属性中的期望需求，如果能满足此项功能中的任意一项，都可以有效提高消费者的满意度;对消费者最具兴奋型需求的重要度较高的指标是环保材料，增加此类需求可以提升产品竞争力。

四、奶牛发情监测设备交互设计实践

基于需求指标综合排序的结果，以重要度排序靠前的指标为导向，结合工业设计相关理论和方法，对奶牛发情监测设备进行了改进设计。首先，设计师对奶牛发情监测设备进行一体化的设计，外观造型为项圈的形式，见图2。一体化设计不仅能降低牧场工作人员给奶牛配带项圈过程中的安全风险，同时将原来集中于奶牛颈部下方的核心装置均分于其他部位，从而达到减轻奶牛颈部负担，提升佩戴舒适度的目的。其次，设计师对该设备的佩戴方式予以改进，见图3。旋转式的佩戴方式不仅节约了牧场工作人员给奶牛配戴项圈的时间，也可以降低操作过程中的事故风险率。此外，设计师对该设备边角造型进行了圆润处理，以达到减轻牛群佩戴时不适的目的，并提高产品的耐用性。最后，设计人员对该设备编号旁的LED指示灯进行改进设计，见图2。指示灯的颜色可以预警奶牛所处的不同状态，使牧场工作人员及时发现处于发情期或异常状态的奶牛。

可视化设计是将数据和信息，运用设计学的方法进行直观表现的一种手段。该方法可以将复杂的数字转化成易于识别的图形，以便于用户快速了解相关信息。本研究从可视化设计的视角对奶牛发情监测设备的用户界面进行了优化，见图4。界面中的不同色彩模块可以指示奶牛的实时状态。用户可以点击牛群状态模块进入二级菜单，以快速了解牛群信息。同时，状态栏中运用曲线变化表示奶牛的实时状况，能帮助用户快速获取相关信息，以提升牧场工作人员的管理效率。

结语

本文对奶牛发情监测设备进行设计研究，通过KJ法获取产品需求并对其进行分类，在此基础上利用KANO模型对产品功能需求属性分类，运用AHP构建判断矩阵，获取对奶牛发情检测设备交互设计重要度较高的指标，提出奶牛发情监测设备的交互设计策略。最后从奶牛发情监测设备的智能检测、快速定位、防水功能等方面出发，结合交互设计方法，提出奶牛发情智能监测设备的优化方向，为奶牛发情监测设备的设计和研发提供参考与指导。