王媚雪，翟洪磊

基于AHP与TOPSIS法的自闭症儿童康复训练产品设计评价方法及应用

王媚雪，翟洪磊

(燕山大学艺术与设计学院，河北 秦皇岛 066004)

针对自闭症儿童康复训练产品设计方案评价的方法和流程，减小方案选择过程中人的主观性和片面性，运用层次分析法(AHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)对自闭症儿童康复训练产品进行综合评价。首先通过文献研究和专家访谈构建了康复训练产品的评价体系，其次运用AHP确定了各项评价要素的权重，然后采用专家打分的方式建立了初始评价矩阵，对矩阵进行标准化处理后获得了加权标准化矩阵，从而得出正理想解和负理想解，接着通过计算各待评价方案与理想解的距离确定最终的等级排序，最后对该方法进行了验证。基于AHP与TOPSIS法的自闭症儿童康复训练产品评价方法实现了对3款康复训练产品的优先级排序，可以减小设计方案评价的主观性和片面性，为今后自闭症儿童康复训练产品的设计评价和方案优选提供参考。

工业设计；自闭症儿童康复训练产品；逼近理想解排序法；层次分析法；设计评价

自闭症又称孤独症，是一种先天性脑发育障碍疾病。我国13亿人口中约有超过1 000万的自闭症患者，其中0~14岁的自闭症儿童人数超过200万[1]。自闭症的研究已经有70多年的历史，至今没有找到可以治愈的方法，但及时、有效的康复训练可以帮助自闭症儿童恢复基本的生活能力，所以针对自闭症儿童的康复训练就显得格外重要。具身认知理论认为，儿童时期身体的动作和形式可以影响到人的认知和心智[2]。相关研究也表明[3-5]，一定的游戏可以影响孩子的情绪，具有抗焦虑和抗抑郁的作用，减少其自伤行为。

通过对自闭症康复中心进行调研和查阅相关文献发现，目前针对自闭症干预训练的产品研究尚不成熟，市面上这类产品也基本处于空白的状态。对于自闭症儿童的干预训练都以桌面式教学为主，训练形式主要分为认知训练、感觉统合训练、精细动作训练和减压训练4类[6]。国内自闭症干预产品主要分为3种，国外进口的产品、正常儿童的玩具和教具、康复中心自行制作或在普通玩具基础上改良的产品[7]。由于国外进口的产品种类少，价格较昂贵，而且也没有达到理想的训练效果，所以在自闭症干预训练方面应用较少。自闭症康复中心自行制作的产品价格较便宜，而且可以根据自闭症儿童的症状做针对性的训练，所以得到了广泛的应用，但是该类产品在设计上比较简单，也没有一个系统性的方法来指导其进行设计。因此，本文借助层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)与逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS)分析法，建立了一种针对自闭症康复训练产品评价体系，以帮助设计师和自闭症康复中心的专家对产品实现设计评价。

1 相关研究

1.1 自闭症康复训练产品的研究现状

自闭症康复训练产品主要是指自闭症康复训练辅具和玩具等，国外针对孤独症儿童的教育康复产品研究起步较早，因此相关教育康复、训练的产品设计较为成熟，从传统的特殊玩具、教具产品，再到现在的智能交互机器人，不仅产品种类繁多，而且注重孤独症儿童的生理、心理特征，将用户需求放在第一位。Reveal是Awakes Labs公司专门为自闭症儿童设计了一款手环，可以记录自闭症儿童的运动量、心率等等，其内置的心率传感器和温度传感器可以检测到佩戴者崩溃的前兆，通过配套的APP发送到监护人的手机上，从而可以使监护人明白是哪些行为导致了行为崩溃。国外也有将体感交互技术运用到了自闭症的康复训练中，如文献[8-9]设计的“图像重叠”游戏和“形状游戏”均是根据自闭症儿童的认知和行为特点设计的游戏。当前国内市场针对于孤独症儿童康复及训练的产品设计研究尚不成熟，患儿在其康复训练过程中使用的教育辅助类产品数量较少、种类单一，但是国内也有一些学者进行了这方面的研究。周雁和宋方昊[10]基于应用行为分析法设计了一款自闭症儿童认知训练的APP；季灵芝[11]也将虚拟现实技术运用到了自闭症儿童的康复训练中。可以看到，越来越多的学者将新技术、新设备运用到自闭症儿童的康复训练中，但是却鲜有对自闭症康复训练产品设计方法的研究。

1.2 层次分析法

1971年，美国学者Scary提出了AHP，这是一种定性与定量相结合的分析方法，在该方法的评判决策过程中，逻辑判断的条理性和科学性极强，已经广泛应用于跟决策有关的各个领域中[12-13]。常瑜等[14]基于AHP和模糊综合评价相结合的方法，建立了扫地车造型设计量化评价模型。杨柳等[15]运用模糊层次分析法构建了座椅舒适度的综合评价模型，为座椅的设计评估和企业的选型提供了可量化参考的依据。可以看出，AHP可以科学地计算出各项要素的权重值，帮助设计师进行等级评价和优先次序排序。

1.3 TOPSIS分析法

TOPSIS分析法又叫做逼近理想解排序法，是一种用来解决方案多目标分析的常用方法[16]。TOPSIS分析法对原始的数据矩阵进行归一化处理后，引入正理想解与负理想解的基本概念，通过判断评价对象与正、负理想解的距离来对方案做出评价。若方案最靠近正理想解和最远离负理想解，则为最佳方案，并以此为依据对方案进行优劣排序[17]。因为TOPSIS分析法无法确定每项评价要素的权重，需事先给定所用的权重，所以引入了AHP以确定评价对象各项评价要素的权重，以做到更加科学、有效地评价。陈明和郭立新[18]采用熵权法确定各指标权重，然后再以TOPSIS法进行排序，建立了一种电动汽车动力性和经济性的综合评价模型。苏珂和王硕[19]运用BP神经网络计算出各种组合方案的得分，然后利用TOPSIS法确定综合满意度排序，最终以3D打印机造型设计为例进行了验证。

2 基于AHP与TOPSIS法的自闭症康复训练产品评价流程

通过对AHP和TOPSIS法进行文献的研究分析，建立了AHP与TOPSIS法产品评价流程，通过这种方法实现对自闭症康复训练产品的评价流程，如图1所示。

图1 基于AHP与TOPSIS法的产品评价方法流程

2.1 建立自闭症康复训练产品设计的层次分析模型

AHP模型由下到上依次为方案层、准则层、目标层。通过文献[20–23]研究、问卷调研与访谈法，确定了9个层次分析模型中准则层的要素：安全性、耐久性、环保性、互动性、操作简单、结构设计合理、娱乐性、益智性、启发性。由此得出自闭症康复训练产品设计的AHP模型，如图2所示。

图2 自闭症康复训练产品设计层次分析模型

(1) 安全性。康复训练产品的安全性分为形态和材料2方面。某些自闭症儿童在受到外部刺激后会做出过激行为，比如用物体敲打自己、撕咬产品等，因此形态上要求产品没有尖锐的棱角，将产品的形态做圆滑处理，产品需选择柔软、舒适、无毒的材料。

(2) 耐久性。自闭症儿童存在重复刻板的行为，会对产品做出拍、摔等动作，造成产品损坏，因此，与普通儿童的训练产品相比，为自闭症儿童群体设计的产品应该更具耐久性。

(3) 环保性。由于自闭症儿童特有的行为特征，经常会对产品造成破坏，而且，长时间的使用同一产品会使其失去兴趣，导致有很多产品被丢弃，为此，在产品的设计中要考虑到对周围环境的影响。

(4) 互动性。自闭症儿童存在着交流障碍和社交障碍，这是自闭症的典型特征。产品的互动性指在训练的过程中可以提供人与人之间的互动场景、团结协作，增加自闭症儿童与其他人的交流，对康复训练起到积极的作用。

(5) 操作简单。自闭症儿童的认知能力与普通儿童相比都有一定差距，因此在针对其康复训练产品的设计中，要降低操作的难度，避免因难度太高使其丧失使用的兴趣，进而达不到康复训练的目的。

(6) 结构设计合理。产品的结构设计要合理，且具有稳定性，产品的稳定性是保证功能的前提，实现康复训练的目的。同时，合理的结构设计也会增加自闭症儿童的体验性，提升其训练的兴趣。

(7) 娱乐性。自闭症儿童康复训练产品的本质是儿童玩具，在设计时要体现玩具的特性，为自闭症儿童的康复训练营造出轻松愉快的氛围，提升训练的乐趣。

(8) 益智性。自闭症儿童的认知水平与普通儿童相比存在着差距，因此在康复训练产品的设计上，要做到可以刺激儿童的大脑活动，提升自闭症儿童的认知能力。

(9) 启发性。康复训练的最终目的是将训练中提升的技能应用到日常生活中，自闭症儿童是学习的主体，在产品的设计中要注意调动其学习和训练的主动性，引导其独立思考，提升生活自理能力。

2.2 使用AHP法确定评价要素的权重

由名专家组成的决策专家集={1,2,···,S}，对各项评价要素采用1~9的评价标度对评价要素进行两两比较并进行评分，评价标度见表1。

表1 评价标度及其含义

根据表1，对项评价要素由相关专家进行两两比较并建立判断矩阵=[]·。根据判断矩阵的数据，计算出权重向量=[]1·，并计算出每一个评价要素的权重，即

2.3 一致性检验

为了使数据合理，需要对权重计算结果进行一致性检验，则有

其中，R为随机一致性检验指标，R的值见表2。C为一致性检验指标，当C=0时，可以判断具有完全的一致性；当C接近于0时，有满意的一致性；当C越大，不一致性就越严重。当C≤0.1时，可以认为判断矩阵通过一致性检验，所得到的各项评价要素的权重值符合要求。

表2 随机一致性指标

2.4 根据各项要素权重构造加权矩阵

设有个待评价方案，可以构成方案集={1,2,···,D}；有个评价要素构成的要素集={1,2,···,F}，则评价要素特征矩阵为

首先对矩阵进行标准化处理后得到标准化矩阵

加权处理后得到加权标准化矩阵

2.5 求正负理想解

令

则正理想解为

负理想解为

2.6 计算各方案到理想解的距离以及相对贴进度

各方案与正理想解+和负理想解–的距离为

计算出每个方案与理想解的相对贴进度，即

根据相对贴进度C的值进行排序，C的值越大，说明评价对象的优先程度越高，反之，则优先程度越低。

3 基于AHP与TOPSIS法的自闭症康复训练产品评价应用

选取项目组已经投放在秦皇岛某自闭症康复中心的3款自闭症康复训练产品(图3~5)，利用上述的方法对其做出方案优选排序，然后进行验证。

图3 方案A

图4 方案B

图5 方案C

3.1 确定自闭症康复训练产品评价要素

对图1准则层的9项评价要素进行正负指标分类，可知其皆为正指标，见表3。

表3 自闭症康复训练产品评价要素

3.2 使用AHP法确定各项评价要素权重

选取自闭症康复中心的5名康复专家，采用表1中的1~9评价标度对自闭症康复训练产品的9项评价要素进行两两评价并打分，取每项评价要素分数的算术平均值作为最终分数。借助matlab软件求出每项要素的权重，见表4。

根据上述的一致性检验方法对自闭症康复训练产品的各项评价要素的权重结果进行检验，由式(2)可知C＝0.0534<0.1，所以，表4为各项评价要素的权重通过了一致性检验，所得的权重值符合要求。

表4 评价要素及其权重

3.3 根据各项评价要素权重构造加权矩阵

选取自闭症康复中心的9名专家和4名设计师对上述的3款方案的9项评价要素进行评分，评分区间为0～10分(0<很差≤3，3<较差≤5，5<一般≤6，6<较好≤8，8<很好≤10)，取其算术平均数作为每项评价要素的最终得分，见表5。

表5 初始评价矩阵

根据式(4)对其进行标准化处理，建立标准化评价矩阵，见表6。

表6 标准化评价矩阵

根据表3求出的各项评价要素的权重，通过式(5)得到加权标准化矩阵，见表7。

表7 加权标准化评价矩阵

3.4 计算评价对象的正负理想解

根据式(6)~(9)求出正理想解与负理想解为

+=(0.1681，0.0465，0.0468，0.0847，0.1215，0.0688，0.0353，0.0244，0.0214)

–=(0.1464，0.0427，0.0363，0.0734，0.0980，0.0619，0.0293，0.0224，0.0193)

3.5 计算各方案的欧式距离及相对贴进度

根据式(10)~(12)计算各方案的欧式距离及相对贴进度C，见表8。

表8 欧式距离以及相对贴进度

C的值越大，说明方案与正理想解的距离越近，与负理想解的距离越远，该方案就越好。通过表8可以发现，TOPSIS分析法对自闭症康复训练产品的3款方案进行了优先级排序，方案C明显优于其他2款方案。

3.6 结果验证

为了获得科学的验证结果，选取了秦皇岛某自闭症康复中心的18名高功能自闭症儿童对其进行实验验证。使用课堂学习行为观察表，18名被试随机分成3组，每组6人，对其进行1个月的干预测试，在干预前、后分别根据课堂学习行为观察表对被试进行了研究统计，见表9~11。

表9 产品A干预后自闭症儿童行为统计表

由统计数据可知，方案C的干预效果明显优于其余2款方案，结果与运用AHP与TOPSIS组合法所得到的结果一致，证明了上述方法应用于自闭症康复训练产品的设计评价和方案选择上是可行的。

表10 产品B干预后自闭症儿童行为统计表

表11 产品C干预后自闭症儿童行为统计表

4 结束语

为了减小针对自闭症康复训练产品设计评价和方案选择中的片面性和主观性，使决策更加科学合理，基于AHP与TOPSIS分析法提出了一种针对自闭症康复训练产品的综合评价方法，建立了自闭症康复训练产品的评价要素体系，确定了各项评价要素的权重，运用AHP法与TOPSIS法对3款产品进行了排序。通过案例可以看出，运用AHP法和TOPSIS分析法对自闭症康复训练产品进行方案优选是可行的，该方法可以为不同的训练产品方案进行优先级排序，也为以后自闭症康复训练产品的设计评价和方案优选提供了参考。此外，在进行方案选择中，也存在着不足：由于自闭症儿童自身的原因，在对不同方案的每项评价要素进行评分时，是由康复中心的专家完成的，评分带有一定的人为主观性。后续将会通过进一步的研究，对评价方式做出进一步的改进，使结果更加科学合理。

[1] 张茂林, 陈琳, 王辉, 等. 国内康复机构自闭症儿童评估情况调查与分析[J]. 中国特殊教育, 2009(8): 35-38. ZHANG M L, CHEN L, WANG H, et al. An investigation into assessment of autistic children in domestic rehabilitation agencies[J]. Chinese Journal of Special Education, 2009(8): 35-38 (in Chinese).

[2] 赵寒冰. 具身认知观对特殊教育的启示[J]. 中国特殊教育, 2014(8): 26-28. ZHAO H B. Implications from embodied cognition for special education[J]. Chinese Journal of Special Education, 2014(08): 26-28 (in Chinese).

[3] BYRNE A, BYRNE D G. The effect of exercise on depression, anxiety and other mood states: a review[J]. Journal of Psychosomatic Research, 1993, 37(6): 565-574.

[4] BIANCHI-BERTHOUZE N. Understanding the role of body movement in player engagement[J]. Human Computer Interaction, 2013, 28(1): 40-75.

[5] NEELY L, RISPOLI M, CAMARGO S, et al. The effect of instructional use of an iPad® on challenging behavior and academic engagement for two students with autism[J]. Research in Autism Spectrum Disorders, 2013, 7(4): 509-516.

[6] 黄伟合. 儿童自闭症及其他发展性障碍的行为干预: 家长和专业人员的指导手册[M]. 上海: 华东师范大学出版社, 2003: 3-100. HUANG W H. Behavioral interventions in Children with autism and other developmental disorders: a handbook for parents and professionals[M]. Shanghai: East China Normal University Press, 2003: 3-100 (in Chinese).

[7] 于新宇, 陈东帆, 李睿强. 现代化技术在自闭症康复领域应用的研究综述[J]. 中国特殊教育, 2016(3): 17-22. YU X Y, CHEN D F, LI R Q. Review of the application of modern technology in autism rehabilitation[J]. Chinese Journal of Special Education, 2016(3): 17-22 (in Chinese).

[8] GARZOTTO F, GELSOMINI M, OLIVETO L, et al. Motion-based touchless interaction for ASD Children: a case study[C]//Proceedings of the 2014 International Working Conference on Advanced Visual Interfaces-AVI’14. New York: ACM Press, 2014: 117-120.

[9] BARTOLI L, GARZOTTO F, GELSOMINI M, et al. Designing and evaluating touchless playful interaction for ASD children[C]//Proceedings of the 2014 conference on Interaction design and children - IDC’14, New York: ACM Press. 2014: 17-26.

[10] 周雁, 宋方昊. 基于应用行为分析法的自闭症儿童认知训练APP设计[J]. 包装工程, 2018, 39(8): 132-139. ZHOU Y, SONG F H. Cognitive training APP for autistic children based on applied behavior analysis[J]. Packagine Engineering, 2018, 39(8): 132-139 (in Chinese).

[11] 季灵芝. 体感游戏在孤独症儿童干预中的应用[D]. 杭州: 浙江工业大学, 2016. JI L Z. The application of motion sensing games on the intervention of children with autism[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2016 (in Chinese).

[12] 张东方. 基于FAHP的立体车库人机界面可用性评价方法[J]. 机械设计, 2014, 31(4): 97-100. ZHANG D F. Usability evaluation method of human computer interface of stereoscopic garage based on FAHP[J]. Journal of Machine Design, 2014, 31(4): 97-100 (in Chinese).

[13] 龙泉. AHP-模糊综合评价法在绩效评估中的应用研究[J]. 冶金经济与管理, 2007(2): 45-48. LONG Q. Research on the application of AHP fuzzy comprehensive evaluation method in performance evaluation[J]. Metallurgical Economics and Management, 2007(2): 45-48 (in Chinese).

[14] 常瑜, 刘宝顺, 田园. 基于层次分析法的扫地车造型模糊综合评价方法及应用[J]. 机械设计, 2017, 34(3): 121-125. CHANG Y, LIU B S, TIAN Y. Method and application of fuzzy comprehensive evaluation of sweeping vehicle modeling based on AHP[J]. Journal of Machine Design, 2017, 34(3): 121-125 (in Chinese).

[15] 杨柳, 汪天雄, 张润梅, 等. 基于模糊层次分析法的智能电饭煲设计评价与应用[J]. 机械设计, 2019, 36(4): 129-133. YANG L, WANG T X, ZHANG R M, et al. Evaluation and application of intelligent rice cooker design based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(4): 129-133 (in Chinese).

[16] 孔峰. 多属性决策模型的选择反转问题研究[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2011: 1-197. KONG F. Research on selection inversion of multiple attribute decision making model[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2011: 1-197 (in Chinese).

[17] 廖炎平, 刘莉, 邢超. TOPSIS中不同规范化方法的研究[J]. 北京理工大学学报, 2012, 32(8): 871-875, 880. LIAO Y P, LIU L, XING C. Investigation of different normalization methods for TOPSIS[J]. Transaction of Beijing Institute of Technology, 2012, 32(8): 871-875, 880 (in Chinese).

[18] 陈明, 郭立新. 基于AHP-熵权-TOPSIS的电动汽车动力性经济性综合评价方法[J]. 机械设计, 2013, 30(4): 15-19. CHEN M, GUO L X. Comprehensive evaluation of power performance and energy consumption economy of battery electric vehicle based on AHP-entropy-TOPSIS[J]. Journal of Machine Design, 2013, 30(4): 15-19.

[19] 苏珂, 王硕. 产品多意象造型设计研究[J]. 机械设计, 2016, 33(3): 115-119. SU K, WANG S. Study of product modeling design with multiple images[J]. Journal of Machine Design, 2016, 33(3): 115-119 (in Chinese).

[20] 谢辰宸. 自闭症儿童康复教育参与式载体的设计研究[D]. 无锡: 江南大学, 2014. XIE C C. Research on participatory medium in Autistic children rehabilitation education[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2014 (in Chinese).

[21] 韦钰婕. 基于行为探索的自闭症儿童辅助工具设计研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017. WEI Y J. Research on auxiliary tools design based on behavioral exploration for autistic children[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2017 (in Chinese).

[22] 罗仕鉴, 应放天, 李佃军. 儿童产品设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011: 122-127. LUO S J, YING F T, LI D J. Product design for children[M]. Beijing: China Machine Press, 2011: 122-127 (in Chinese).

[23] 李玉洁. 具有辅助治疗功能的儿童玩具开发设计探讨[D]. 上海: 华东理工大学, 2014. LI Y J. The design of toys with functions of treatment for children[D]. Shanghai: East China University of Science and Technology, 2014 (in Chinese).

Evaluation method and application of rehabilitation training products for autistic children based on AHP and TOPSIS

WANG Mei-xue, ZHAI Hong-lei

(School of Art and Design, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China)

In order to study the methods and processes for evaluating the design of rehabilitation training products for autistic children and to reduce the subjectivity and one-sidedness in selecting a scheme, AHP and TOPSIS methods were used to comprehensively evaluate the rehabilitation training products for autistic children. Firstly, the evaluation system for rehabilitation training products was constructed through literature research and interviews with experts. Secondly, the AHP method was employed to determine the weight of the evaluation elements, then the experts’ scoring method was utilized to establish an initial evaluation matrix. After standardizing the processing of matrix, we obtained weighted normalization matrix, which led to the positive ideal solution and negative ideal solution. Then the final ranking was in the manner of calculating the distance between each solution to be evaluated and the ideal solution. Finally, this method was verified. Based on the AHP and TOPSIS methods, the evaluation method for autistic children's rehabilitation training products realized the prioritization of 3 rehabilitation training products, which can reduce the subjectivity and one-sidedness in the evaluation of the design plan and will be conducive to the future rehabilitation training products for autistic children. The method provides experience for design evaluation and program optimization of rehabilitation products for autistic children in the future.

industrial design; rehabilitation training products for autistic children; technique for order preference by similarity to ideal solution; analytic hierarchy process; design evaluation

TP 472

10.11996/JG.j.2095-302X.2020030453

A

2095-302X(2020)03-0453-08

2019-12-04；

2020-02-29

秦皇岛市科学技术研究与发展计划项目(201703A264)

王媚雪(1977-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，副教授，学士，硕士生导师。主要研究方向为产品创新设计。E-mail：276590670@qq.com