（河北工业大学，天津 300401）
引言
角色分析法作为一种以用户为中心的设计方法，已经被越来越多地应用到产品开发当中，而层次分析法作为一种定性与定量相结合的多目标决策分析法，可以对众多需求项目分析得到直观的权重需求。角色分析法与层次分析法的有机结合，可以形成优势互补，更好地应用到设计当中。就现状看层次分析法通过对目标决策的分析，得到客观数据对设计方向的引导作用还有待加强。通过对两种方法的整合，一种更加完善的设计方法可以对设计思路进行更加有效的指导。一、关于角色分析法与层次分析法的介绍
（一）角色分析法
角色分析法是由角色与目标导向分析发展而来的，是一种由 Alan Cooper于1990年提出的以用户为中心的设计方法。其主要思路是在产品开发初期，根据市场分析虚构出典型角色，使其具有某类产品的需求共性，再将该角色放在相应的使用环境当中。由角色分析法所获得的研究数据可能是针对少量用户的，但是少量用户却代表着一类人，将以用户需求为中心做为设计原则，使设计特征满足某一类人的需求。（二）层次分析法
层次分析法是由美国运筹学家Saaty于20世纪70年代初提出的，是一种将与决策有关的因素分解成目标、准则、方案等层次，进行定性与定量分析的多目标决策分析方法。层次分析法分析问题的思路是，将复杂问题分解为若干层次和若干因素，对同一层次的两两因素之间的重要程度相比较，并通过判断结果建立矩阵，经公式计算得出判断矩阵的最大特征值以及对应特征向量，最后得出各元素重要性的权重。二、角色分析法与层次分析法结合的改进
在产品开发的初期阶段，通过角色分析法对产品创建典型用户，由分析结果得到典型用户的用户需求，然后使用层次分析法，将用户需求进行整理分层，并建立同层元素两两对比判断矩阵，通过计算得到需求权重，为设计者选择最佳设计方案提供直观的量化依据。在产品改良设计中，对原型产品进行角色创建，使用角色分析法将产品的设计初衷以情景再现的方式展现到设计者面前。从产品出发，在对比矩阵中进行需求元素重要性对比，经过计算可以得到产品的设计表达权重；从构建的角色出发，在对比矩阵中进行需求元素重要性对比，经过计算可以得到理想化的用户需求权重。将产品原型权重和用户需求权重进行对比，可以得到改良的方向，以具体的量化参数为设计者提供参考。
三、角色分析与层次分析相结合
提出了集成角色分析法和层次分析法的新的设计方法，具体流程可以分为4个阶段：角色分析、两次需求层次分析、权重对比得出方案、方案代入角色评估，具体如下。（一）角色分析
对产品原型进行与之相应的角色构建，以角色为媒介，反映出产品需要满足用户哪些需求。1.人物角色创建
首先采用列表法，构建出有待完善的角色模板，人物角色构建的要素可以有：年龄、性别、职业、收入、居住地、爱好、教育背景、购物方式等，然后根据角色模板的未完成部分，对产品原型进行分析，分析其使用人群、使用地点、使用方式、功能、价格等因素，完善角色模板。通过逆向推导，即根据未完成的角色模板，有针对性的对产品进行分析，所得到的角色模型更加贴近于产品原型。
2.用户需求分析
根据角色构建出使用场景，通过对使用场景的还原，分析得到角色需求，将角色使用产品的过程进行展开，展开范围是：地点、用户需要某种功能服务、用户得到某产品并开启、一段时间后对功能的需求。对选定的某一类或几类人物角色模板在场景中的需求进行分析，不断丰富用户需求列表。
（二）两次需求层次分析
1.建立AHP层次结构对用户需求进行整理分层，（用yaahp制作用户需求分层图）这一阶段属于层次分析法中的定性分析阶段，对影响目标决策因素的多层次划分，Saaty提出7是每个层次的因素个数的上限，即每个准测层最多可以包含7个因素。（图1）
2.构建比较判断矩阵
对已经整理好的AHP多层次结构的每一层分别建立比较判断矩阵，即构建所有层次的判断矩阵，这一阶段属于层次分析法中的定量分析阶段。通过相同层次中的两两元素相比较，将相比较的结果用相应的数字记录下来，该数字表示前者比后者的重要程度，用数字1-9来表示，数字越大表示重要程度越大。结构中每一层的元素两两相比较，a表示某元素，下角标表示同层哪两个位置的元素进行的对比。见下矩阵。
AHP比较判断矩阵
由表1矩阵比较判断标度表，可以从不同的心理角色角度出发得到不同判断值，即不同的判断矩阵。因此，分别从产品原型和用户需求这两个角度出发，可以得到不同的判断结果。为了方便后面计算和分析工作，可以将产品原型矩阵命名为A1，将用户需求矩阵命名为A2。
由于在比较判断的时候存在一定程度的主观性，所以得出的重要程度比较结果也带有判断者的主观色彩。从不同的角度出发，可以得到不同的比较判断矩阵，从而得到不同的权重参数数据，比较权重差异可得到从不同角度出发的需求结果差异，其差异结果的价值可以在一定程度上弥补层次分析法在主观判断方面的缺陷。
表1 矩阵比较判断标度表
3.求得权重
分别对产品原型比较判断矩阵A1和用户需求比较判断矩阵A2，求得两组权重向量数据。通过计算比较判断矩阵的最大特征值以及对应特征向量，元素对应的特征向量即为权重，同一层的元素所得权重即为在该层中的需求重要程度数值。对于每一个成对比较判断矩阵Z，都有特征值λ极其与之相对应的特征向量P，满足：
ZP = λP
根据该公式求解矩阵Z的最大特征值λmax以及与之相对应的特征向量P，之后对特征向量P进行归一化处理，所得到的向量Pm即为同一层中各因素的权重向量。
4.一致性检验
对求得的两组比较判断矩阵的权重数据进行一致性检验，需要在确定每一层权重向量时，对比较判断矩阵进行一致性检验。检验公式为：
C.R.=C.I./R.I.
C.I.=(λmax- n)/(n-1).
若C.R＜0.1，则一致；若C.R.＞0.1，则不一致
其中，C.R.表示一致性比例，C.I.为一致性指标，R.I.为随机一致性指标。R.I.的取值如表2所示。
表2 随机一致性指标R.I.取值参照
（三）权重对比得出方案
1.对比权重产品原型的权重数据和用户需求的权重数据有差异，其根源在于进行两两因素比较判断时的心理角色不同。产品原型权重代表着产品原型的设计在用户需求的重要性程度上的取值大小，用户需求权重代表着角色分析得到的用户需求在重要性程度上的取值大小，将这两组权重数据进行对比分析，可以得到改良参数。两组元素完全相同，将元素之间一一对应，计算每一项元素的数值变化，并保留正负，对数据进行整理。由此得到计算公式如下：
P改良=P1- P2
其中，P1为产品原型的各元素权重数据组，P2为由角色分析得出的用户需求各元素权重数据组，P1、P2分别与矩阵A1、A2相对应。经过计算得到的参数差值，直观体现了需求元素的改良方向。
2.得出设计方案
需求权重差值给设计者提供了改良方向，以及具体到某元素改良程度的数值参考。然而这些用户需求的改良参数依然是抽象的，要想得出具体设计方案就要将改良参数具象化，即完成将用户的抽象需求具体到功能实现的转化过程，将改良参数转化成设计方案。首先要对P改良中的数据进行权衡，有些用户需求在必要时要舍弃，毕竟最终设计方案不能满足所有的改良想法。对P改良进行筛选后，对改良元素具体化，可以以树状图的形式对改良元素的实现形式进行发散思维，最后选择较优项目进行方案整合。由于对用户需求元素的不同实现方式没有绝对优劣性，所以不能在树状图的每个类别分支中选择主观最优项，可能会造成产品构成不协调，达不到理想效果，所以要选择较优项整合成几种备选方案。
（四）方案代入角色评估
通过用户需求实现方式的项目整合，得到了几种设计方案，将其代入到最初设定的人物角色中，通过场景演绎检验所得方案是否符合角色需求。由角色对设计方案的评估分为心理层次评估和生理层次评估。心理层次评估，即设计方案在满足用户的情感需求方面的程度；生理层次评估，即设计方案在满足用户功能需求的实现程度。方案的评估阶段也可以使用层次分析法，将评估项目进行层次构建，然后建立评估项目比较判断矩阵，判断依据是比较两两评估元素在满足用户需求上的实现程度，之后进行计算求得权重值，该权重值不再是元素的重要程度数值，而是元素在满足用户需求的实现程度数值。最后将各方案的评估权重数据进行比较，从而更加客观的得到最符合用户需求的方案，即为最佳设计方案。
四、保温杯改良设计实例分析
以保温杯的改良设计为例，并使用所提出的新的设计方法，对新方法的可行性进行验证。设计过程分为：角色分析、需求层次分析、权重对比、方案评估。（一）角色分析
1.人物角色创建采用列表法，构建出有待完善的角色模板。（表3）
然后根据表3角色模板的未完成部分，对产品原型进行分析，如表5，角色模板的完善部分如表4所示。
表3 有待完善的角色模板
表4 角色模板的完善部分
表5 产品原型分析
图1 典型的AHP多层次结构
图2 效果图
2.用户需求分析
根据角色构建出几种典型使用场景，通过分析得到角色需求。（表6）
表6 一种典型使用场景分析
整理用户需求元素，建立AHP层次需求结构，可以使用yaahp软件方便求权。
（二）需求层次分析
从产品原型的设计角度出发，构建比较判断矩阵A1，用户需求层分为两部分，即要构建两个矩阵C1和C2；从所构建的角色需求的角度出发，构建比较判断矩阵A2，要构建两个矩阵C’1、C’2。C1、C2和C’1、C’2比较判断矩阵如下所示。在C1中，根据C.I.=(λmax- n)/(n-1)，又求得λmax=6.2073，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，则判断结果一致，有效；在C2中，根据C.I.=(λmax- n)/(n-1)，又求得λmax=4.1763，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，则判断结果一致，有效。
同理，在C’1中，λmax=6.4827，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，则判断结果一致，有效；在C’2中，λmax=4.2404，得到C.R.=C.I./R.I.＜0.1，则判断结果一致，有效。
根据所得比较判断矩阵，分别求出A1、A2的元素权重，通过运算得到相应的权重数据组P1、P2。
（三）权重对比
由P改良=P1- P2得到权重差值（表7）。由图表可知，便携、降温、定时为负数，即该需要是需要加强的，其它的功能的权重在方案中需要弱化。
表7 权重差值
（四）方案评估
将设计方案一一代入到角色当中进行评估,通过场景演绎检验所得方案是否符合角色需求。再一次的权重层次分析得出，如下方案的权重和，即角色对设计方案的心理层次评估权重和生理层次评估权重之和，满足用户的情感需求以及满足用户功能需求的实现程度是最高的。由此得出最佳设计方法，改良特点为：具备了倒计时功能，可以提醒主人吃药等事宜；具备了降温功能，可以给过热的水及时降温；有指示灯带可以显示水温；材质选用了布艺，消除金属的冰冷感，效果图如图2所示。五、结语
角色分析法与层次分析法在产品设计开发中都有着非常重要的作用，各有优势，但又都有局限性。角色分析法在产品设计初期可以很好地避免设计者从个人角度出发，但依旧来自主观看法。层次分析法在解决多目标决策问题方面，可以得出客观的权重数据，但是其出发点仍是主观判断。本文通过改进角色分析法与层次分析法的集成，提出了一种新的设计方法，核心思想是利用不同角度的主观判断，得到主观的客观差异，得到客观的分析数据指导设计，最后通过设计实例说明了这种思路和方法的有效性。
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