本文摘要：摘要：以用戶需求為基礎(chǔ)，提出一種新型餐館服務(wù)機(jī)器人人機(jī)系統(tǒng)(HRS)模式，探討了基于質(zhì)量功能展開(QFD)理論的餐館服務(wù)機(jī)器人人因工程(HRE)設(shè)計(jì)方法。運(yùn)用抽樣調(diào)查法、問卷調(diào)查法和親和圖法(KJ)獲取關(guān)于餐館服務(wù)機(jī)器人用戶需求的層次化模型。引入粗糙層次分析
摘要：以用戶需求為基礎(chǔ)，提出一種新型餐館服務(wù)機(jī)器人人機(jī)系統(tǒng)(HRS)模式，探討了基于質(zhì)量功能展開(QFD)理論的餐館服務(wù)機(jī)器人人因工程(HRE)設(shè)計(jì)方法。運(yùn)用抽樣調(diào)查法、問卷調(diào)查法和親和圖法(KJ)獲取關(guān)于餐館服務(wù)機(jī)器人用戶需求的層次化模型。引入粗糙層次分析法(RAHP)計(jì)算各需求特征所占權(quán)重，以此分析基于QFD的餐館服務(wù)機(jī)器人HRE設(shè)計(jì)方法中的重點(diǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。將用戶重點(diǎn)需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要素，設(shè)定功能、外觀及人機(jī)的詳細(xì)質(zhì)量特征，通過構(gòu)建質(zhì)量屋對(duì)質(zhì)量功能展開研究，提出設(shè)計(jì)方案，最終運(yùn)用CATIA人機(jī)分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可用性評(píng)價(jià)及驗(yàn)證可行性。研究表明該設(shè)計(jì)方法及流程可提升餐館服務(wù)機(jī)器人的可用性，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：餐館服務(wù)機(jī)器人;人因工程設(shè)計(jì);用戶需求;質(zhì)量功能展開理論;粗糙層次分析法
機(jī)器人論文投稿刊物：《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》(雙月刊)1988年創(chuàng)刊，是公開發(fā)行的科技刊物，國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)會(huì)員單位，在國內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)，國外亦有一定的影響。本刊主要報(bào)道工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)理論、技術(shù)與應(yīng)用等方面的最新進(jìn)展情況，涵蓋面廣，集知識(shí)性與趣味性于一體，具有很強(qiáng)的技術(shù)性和可讀性。
餐飲業(yè)整體市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，促使機(jī)器人逐步從傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)向民眾日常生活。為促進(jìn)餐館服務(wù)模式的改革，服務(wù)機(jī)器人被引入餐飲行業(yè)，為現(xiàn)代化餐館提供送餐、點(diǎn)餐及娛樂等功能。其可替代人工，降低輸出成本，提升工作效率。因此將服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用于餐飲服務(wù)業(yè)具有重要意義與推廣價(jià)值[1]。國內(nèi)外對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人的研究多集中于定位與路徑規(guī)劃上，ROUSSEAU等[2]開發(fā)了一個(gè)自主機(jī)器人系統(tǒng)，并使用機(jī)載傳感器檢測附近的人及啟動(dòng)人機(jī)交互。ZHANG等[3]提出了基于深度相機(jī)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的餐館服務(wù)機(jī)器人及定位與映射系統(tǒng)(simultaneouslocalizationandmapping,SLAM)。YU等[4]闡述了3種地標(biāo)定位算法，實(shí)現(xiàn)了餐館服務(wù)機(jī)器人的粗精度定位。
上述研究對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)價(jià)值，但對(duì)人因工程(humanrobotergonomics，HRE)的研究則相對(duì)匱乏。KATO等[5]對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人人性化行為進(jìn)行建模，采取“被動(dòng)”與“積極主動(dòng)”的方法，研究機(jī)器人與用戶的交互模式。王秋惠等[6]對(duì)老齡服務(wù)機(jī)器人界面、康復(fù)機(jī)器人與陪伴機(jī)器人人機(jī)界面設(shè)計(jì)[7]進(jìn)行了深入研究。質(zhì)量功能展開(qualityfunctiondeployment,QFD)理論可用于獲取用戶的需求及重要度[8]。解決餐飲業(yè)服務(wù)系統(tǒng)所面臨問題的最有效方法是提供以用戶為中心的服務(wù)及技術(shù)資源，以滿足用戶就餐需求。本文基于QFD開展對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人HRE的設(shè)計(jì)研究，運(yùn)用粗糙層次分析法(roughanalytichierarchyprocess，RAHP)對(duì)用戶需求進(jìn)行重要度運(yùn)算，確保對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人HRE設(shè)計(jì)研究的客觀、科學(xué)及合理性[9]。依此構(gòu)建質(zhì)量屋(houseofquality，HOQ)，將用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)需求，鎖定重點(diǎn)、梳理流程，完成餐館服務(wù)機(jī)器人的實(shí)例設(shè)計(jì)。最終運(yùn)用CATIA對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行可用性評(píng)價(jià)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。
1餐館服務(wù)機(jī)器人人因工程設(shè)計(jì)流程
QFD可在餐館服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)流程中確保需求精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化成后續(xù)階段的要求[10]，其核心內(nèi)容是進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將用戶需求轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品開發(fā)各階段的目標(biāo)[11]，幫助設(shè)計(jì)人員處理問題并完成初始階段的設(shè)計(jì)任務(wù)。運(yùn)用QFD進(jìn)行用戶需求分析能夠?yàn)楫a(chǎn)品提供較精準(zhǔn)的造型、功能、結(jié)構(gòu)與人機(jī)設(shè)計(jì)要素[8]。需求分析是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過用戶需求調(diào)查獲取設(shè)計(jì)依據(jù)，確定用戶需求權(quán)重，進(jìn)而決定產(chǎn)品的功能及結(jié)構(gòu)[12]。
2用戶需求分析與轉(zhuǎn)化
2.1基于KJ法的用戶需求層次化分析
用戶對(duì)產(chǎn)品的需求可劃分為基本需求、期望需求及特殊需求[13]。市場調(diào)查、同類產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤、調(diào)查問卷、產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析等手段均可用于收集用戶需求。親和圖法(affinitydiagram)又稱KJ法、相關(guān)用戶訪談法、焦點(diǎn)小組討論法等可對(duì)已獲取的用戶需求進(jìn)行分類、篩選、歸納和補(bǔ)充，從而建立用戶需求間的層次關(guān)系[14]。通過不同渠道對(duì)餐館服務(wù)機(jī)器人樣本進(jìn)行抽樣調(diào)查，繼而多方位評(píng)價(jià)目標(biāo)產(chǎn)品，獲取問卷調(diào)查的問題所在。設(shè)定用戶群體為就餐食客，隨機(jī)調(diào)查問卷內(nèi)容為人機(jī)、外觀及功能。問卷共計(jì)發(fā)放30份，收回30份，收回率100%;男女比例為12∶18。運(yùn)用KJ法對(duì)問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類與精煉，獲得層次化結(jié)構(gòu)的用戶基本需求信息。
2.2基于RAHP法的用戶需求轉(zhuǎn)化與重要度確定
RAHP是將粗糙集理論中提出的粗糙數(shù)(roughnumber，RN)與粗糙邊界區(qū)間(roughboundaryintervals，RBI)的優(yōu)點(diǎn)融合并應(yīng)用于層次分析法之中。由于無需提供其他所需數(shù)據(jù)之外的先驗(yàn)信息，粗糙集理論可解決用戶語言不確定性等問題[15]。邀請用戶對(duì)第二層次需求重要度進(jìn)行兩兩對(duì)比，形成RAHP判斷矩陣。
3新型人機(jī)HRS模式與HOQ構(gòu)建
3.1新型人機(jī)HRS模式分析
因此應(yīng)作為餐館服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分。如何提升人機(jī)功效，需要考慮人-機(jī)-環(huán)之間的關(guān)系，分析交互體驗(yàn)感不佳的具體原因，進(jìn)而從根源提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。經(jīng)前期樣本調(diào)查得知，多數(shù)餐館服務(wù)機(jī)器人較少注重人機(jī)交互過程，而重點(diǎn)定位于點(diǎn)送餐流程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上。用戶體驗(yàn)效果不佳的原因在于，將機(jī)器人定位于“單純的機(jī)器角色”中，導(dǎo)致人機(jī)環(huán)系統(tǒng)缺乏“同理感受”，無法提供有價(jià)值的服務(wù)。新型人機(jī)系統(tǒng)(human-robotsystem,HRS)采用模糊集合的數(shù)理化形式較為直觀地展現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)三者之間的組合關(guān)系，分析餐館服務(wù)機(jī)器人在整個(gè)系統(tǒng)中的角色設(shè)定。用戶(User)、工作人員(Waiter)、服務(wù)機(jī)器人(Robot)、操作系統(tǒng)(Operate)、被控環(huán)境(Environment1)、自控環(huán)境(Environment2)作為模糊集合中的元素，組成HRS1與HRS22類模糊合集模糊子集個(gè)數(shù)為2n，此處取64個(gè)子集。根據(jù)HRS1與HRS2模糊合集分析可知，餐館服務(wù)機(jī)器人HRS改變了傳統(tǒng)人-機(jī)-環(huán)的單一組合模式，有別于傳統(tǒng)的人機(jī)系統(tǒng)(humanmachinesystem，HMS)。HRS模糊合集中元素組合模式呈現(xiàn)多元化狀態(tài)，將餐館服務(wù)機(jī)器人賦予“人類角色”特征，在不同模糊子集中扮演不同角色，總體定義為R-SRhum(humanoidservicerobotofrestaurant)。
新型HRS理論可以為后續(xù)設(shè)計(jì)提供理論支撐與輔助性的作用。HRS強(qiáng)調(diào)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采用較為主動(dòng)與積極的狀態(tài)，模擬真實(shí)服務(wù)人員提供服務(wù)，在交互界面功能的提供上更注重情感交流，使機(jī)器人具備不同于傳統(tǒng)機(jī)器的“仿人類行為”，凸顯人性化與趣味性，提升用戶體驗(yàn)。
3.2餐館服務(wù)機(jī)器人
HRE質(zhì)量屋構(gòu)建HOQ矩陣是QFD的核心體現(xiàn)[17]，由用戶需求和工程特性構(gòu)成[18]。在將用戶需求轉(zhuǎn)換為質(zhì)量特征的過程中，結(jié)合KJ法與RAHP法可有效地進(jìn)行餐館服務(wù)機(jī)器人HRE設(shè)計(jì)方法研究。R-SRhum的設(shè)計(jì)目標(biāo)是根據(jù)用戶需求提升人機(jī)效能，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，為餐館節(jié)省人力、物力，提高效率與增加收益。結(jié)合QFD理論與前期用戶分析數(shù)據(jù)規(guī)劃HOQ具體內(nèi)容，確定R-SRhum需求特征所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量特征目標(biāo)。將質(zhì)量需求作為矩陣輸入內(nèi)容，質(zhì)量特性作為其輸出結(jié)果，兩者組合形成R-SRhum的HOQ。設(shè)計(jì)特征根據(jù)用戶需求進(jìn)行篩選和制定，兩者需要存在必要的關(guān)聯(lián)性，需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)特征，需要進(jìn)行合理的推導(dǎo)，以滿足用戶重點(diǎn)需求。
例如，T1需求為造型美觀大方，進(jìn)行推導(dǎo)可以得出G4機(jī)身干凈明亮、G6機(jī)器人造型親切4設(shè)計(jì)方案與人因工程評(píng)價(jià)4.1R-SRhum人因工程設(shè)計(jì)實(shí)例依據(jù)用戶需求及提取的設(shè)計(jì)質(zhì)量特征要素重要度，對(duì)實(shí)例A1進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3所示。A1整體造型設(shè)計(jì)呈現(xiàn)流暢圓潤的形態(tài)，采用人形外觀可最大程度上體現(xiàn)其交互親和性，滿足T1，T4，T7，T9需求，實(shí)現(xiàn)G4，G6，G8的設(shè)計(jì)要素。A1整體尺寸為1300mm，餐盤距地面高度為773mm，顯示屏距地面990mm。滿足T1，T5需求，實(shí)現(xiàn)了G1，G2設(shè)計(jì)要素。尺寸參考餐館餐桌高度以及就餐用戶的視覺空間范圍及手肘高度等。國內(nèi)餐桌的形狀以方桌和圓桌為主，一般餐桌的標(biāo)準(zhǔn)高度為710～730mm，而餐椅的高度則在410～430mm，因此A1尺寸符合送餐要求。
4結(jié)束語
用戶需求為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中首要考慮的要素，通過對(duì)國內(nèi)外餐館服務(wù)機(jī)器人研究方向與發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，本文提出了新型HRS模式。從外觀、功能及人機(jī)3方面運(yùn)用抽樣和問卷調(diào)查法獲取了基礎(chǔ)用戶需求，運(yùn)用KJ法構(gòu)建用戶需求層次化模型，利用RAHP計(jì)算用戶需求重要度。將需求特征轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)要素，構(gòu)建HOQ，直觀測評(píng)工程設(shè)計(jì)中特征因素的權(quán)重。依據(jù)所獲參數(shù)并結(jié)合用戶自身特性總結(jié)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)，完成設(shè)計(jì)實(shí)例。最終運(yùn)用CATIA對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行人機(jī)工程分析，提高用戶信任度并獲取良好的用戶體驗(yàn)。總之，QFD理論可以縮短設(shè)計(jì)周期，預(yù)估R-SRhum人因工程設(shè)計(jì)前期會(huì)出現(xiàn)的問題，此設(shè)計(jì)方法及流程可有效提高R-SRhum的使用率和普適性。
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