基于AHP-TRIZ的消防机器人概念设计研究

Research on the Conceptual Design of Firefighting Robot Based on AHP-TRIZ

摘要: 消防机器人在消防救援工作中的应用日益受到关注，探索消防机器人概念设计新方法具有极为重要的现实价值。本文提出一种基于AHP层次分析法和TRIZ发明问题解决理论的消防机器人概念设计方法，通过调研问卷获取用户需求，运用AHP确定各指标的权重，建立多因素的评价指标体系，同时针对消防机器人设计中存在的矛盾和问题，运用TRIZ理论的创新原理和方法进行求解，最终从效能、人机、技术、外型四方面形成消防机器人概念设计方案。该方法为消防机器人的系统化创新设计提供了可借鉴的流程与思路，有助于推动消防机器人技术的优化与发展。

Abstract: The application of fire robots in fire rescue work has attracted increasing attention, and it is of great practical value to explore new methods of conceptual design of fire fighting robots. This paper proposes a conceptual design method of fire protection robot based on AHP analytic hierarchy process and TRIZ invention problem solving theory, obtains user needs through survey questionnaires, uses AHP to determine the weight of each index, establishes a multi-factor evaluation index system, and uses the innovative principles and methods of TRIZ theory to solve the contradictions and problems existing in the design of fire fighting robots, and finally forms a conceptual design scheme of fire fighting robot from four aspects: efficiency, man-machine, technology and appearance. This method provides a reference process and ideas for the systematic innovative design of fire fighting robots, and helps to promote the optimization and development of fire robot technology.

1. 引言

消防机器人作为一种新型的消防救援装备，具有在危险环境中替代消防员执行任务、降低人员伤亡和财产损失的优势。随着城市化进程的加速和各类火灾事故的频繁发生，消防机器人的重要性愈发显著，社会各界对消防安全的重视程度不断提高[1]。因此，探索新的设计方法和理论，提高消防机器人的设计质量和创新水平具有重要的现实意义。

国外开展消防机器人的研究相对较早，部分发达国家如美国、日本、德国等贡献较为突出，日本从上世纪80年代开始研制消防机器人，还组建了包括空中监视、地面勘察等部门的机器人消防部队；美国则侧重智能多功能人形消防机器人研发，其设计聚焦救援、灭火等复合功能，多应用于军事领域，注重自主决策与多任务集成能力；欧洲消防机器人发展呈现多样化趋势，在移动机构、感知系统等设计上探索差异化技术路径。国内对于消防机器人的研究具有起步晚、进步快的特点。1995年我国研制出第一台消防灭火机器人，2002年国家863项目“履带式、轮式消防灭火机器人”研制成功并通过验收。随后，众多消防机器人企业纷纷成立[2]。

在消防机器人的设计开发方面，众多国内的专家学者从多个不同角度对消防机器人进行了深入的研究和探讨。唐汇泽等[3]针对检测火灾隐患及控制火源的需求，研发了消防机器人自主寻找火源与智能灭火技术，在人工操作的基础之上增加自主避障、自动决策并将数据同步至后台的功能，设计出一种智能节能型消防侦察机器人，并通过实验对该技术进行有效性验证。朱波等[4]从研发角度考虑，结合实际工程项目，研究消防机器人灭火救援应用及发展现状，并分析了其中的一些研发技术应用内容。沙敏等[5]分析了消防灭火机器人操作台功能的具体需求，结合人机工程学等相关学科知识进行操作台的构建，采用校核表评价法对操作台进行评价。高磊滔、张学东[6]面向用户的情感需求，借助感性工学的研究方法对用户的情感需求进行量化分析，根据分析结果为消防机器人的外观造型制定新的设计策略，旨在使消防机器人的造型更具情感关怀并满足用户的情感诉求。

总体而言，国内外研究虽在技术应用与功能实现上积累了经验，但在设计方法层面仍存在不足：现有研究多聚焦单一功能或技术指标优化，缺乏对多维度需求的系统整合与权重分配，因此，探索融合多因素评价与创新问题解决理论的设计方法，对推动消防机器人技术升级具有重要意义。

AHP是一种将复杂问题分解为多个层次和因素，并进行定量分析和决策的方法。TRIZ是一套基于创新规律和原理的方法，能够有效地解决设计中的矛盾和问题。将AHP与TRIZ相结合，可以充分发挥两者的优势，为消防机器人的概念设计提供科学、系统的方法和指导。

2. 基于AHP-TRIZ的产品创新设计流程

本文结合AHP-TRIZ的消防机器人创新设计流程，可将其划分为三个连贯且互为依托的阶段：需求获取、需求转化以及创意方案输出。首先，需明确消防机器人的潜在用户群体，通过问卷调查、用户访谈等多种方式，全面收集并整理设计需求。在此基础上，通过AHP分析确定消防机器人的需求权重，明确设计重点和目标，并运用1~9标度法，对收集到的需求进行细致且客观的验证；其次，将获取的需求因素与TRIZ矛盾矩阵理论相融合，建立矛盾矩阵，基于TRIZ理论中针对可能恶化参数的解决原理，提出多个概念设计方案，深入分析并提炼出设计原理；最后，对各方案进行评价和筛选，确定最优方案，将这一设计方案巧妙地应用于概念设计中，为消防机器人的创新设计提供坚实的理论与实践基础。

3. 消防机器人的用户需求获取及因素分析

3.1. 场景及人群分析

借助用户访谈、调研问卷以及文献分析等手段，对消防机器人使用场景以及相关人群的剖析，其中，调研对象涵盖了消防人员、工厂企业员工、社区居民以及公共场所管理人员等，梳理出用户对于消防机器人的设计需求词汇，依据相关因素进行深入的分析[7]。通过用户访谈，能够直接获取用户对于消防机器人在实际使用中的直观感受和具体需求；通过调研问卷则可以大规模收集不同用户群体的意见，为全面了解需求提供数据支持。

3.2. 构建消防机器人需求指标体系

本研究针对用户对消防机器人的设计需求，提炼出19个设计要素，其中包括：环境感知与监测、高效灭火、通信与数据传输、灵活移动与越障、自主导航与智能决策、救援辅助、信息反馈清晰、人机尺寸匹配、操作便利性和舒适性、便于维护和故障诊断、灵活性强、精准定位与导航、耐高温、续航持久、智能感知与识别、安全稳定性、CMF、直观易识别、造型仿生[8]。

Figure 1. Firefighting robot design demand factors

图1. 消防机器人设计需求因素

通过相关的分析，可以把这些设计要素归纳为4类，即效能因素、人机因素、技术因素和外型因素。效能因素，即消防机器人应具备的一系列基本灭火救援功能，从而提高设备的响应速度和灭火效率；人机因素，即消防机器人在救援过程中，需要精准测量和分析救援人员及被救援人员的身体尺寸数据，优化人机尺寸匹配程度，信息反馈清晰易理解，兼具操作的便利性和舒适性，并且便于维护和故障诊断；技术因素，即提高灭火救援工作持续性和效果的指标参数，包括灵活性强、精准定位与导航、安全稳定性、耐高温等；外型因素，即消防机器人在救援过程中的识别特征，包括色彩、材料和表面处理工艺(CMF)、直观易操作、造型仿生等，综合考虑用户角度、材料质感和触觉感受等。对以上19个设计需求要素进行分析，如图1所示。

3.3. 利用和积法构建判断矩阵

判断矩阵作为从定性分析转向定量分析的关键步骤，其构建方式是对同一层次的各因素进行两两对比，以此确定它们相对于上一层次某一因素的重要程度差异，再依据特定的比率标度，将这种相对重要性的定性描述转化为具体的量化数值。简单来说，判断矩阵所呈现的，是在考量上一层次某个因素的前提下，本层次各因素之间相互比较得出的相对重要程度的量化结果。和积法是层次分析法(AHP)中计算判断矩阵特征向量的常用方法。设此判断矩阵为(Bmn)，计算该判断矩阵特征向量的具体步骤如下：

对此判断矩阵进行归一化处理：

${\beta }_{ij}=\frac{b_{ij}}{{{\displaystyle \sum }}_{k=1}^n{b}_{ij}}\left(i=1,2,\cdots ,n\right)$ (1)

将处理后的判断矩阵按行相加：

${\phi }_1={\displaystyle \sum }_{j=1}^n{\beta }_{ij}\left(i=1,2,\cdots ,n\right)$ (2)

将求和后的向量除以n得到权重向量，即：

${\omega }_i=\frac{{\phi }_i}{n}$ (3)

计算最大特征根为：

${\lambda }_{\max }=\frac{1}{n}{\displaystyle \sum }_{i=1}^n\frac{{\left(B\omega \right)}_i}{{\omega }_i}$ (4)

其中，${\left(B\omega \right)}_i$ 表示向量$B\omega$ 的第i个分量。

为了满足判断矩阵的一致性要求，使研究结果更加科学合理，则需进行一致性检验，求出一致性比率C.R.值，公式中的C.I.为判断矩阵一致性指标，用来检查数据之间是否具备合理性，如果能通过检验，则表明该判断矩阵是有效的，具有解释意义。

当C.R.小于0.1时，判定判断矩阵的一致性得到认可；当C.R.大于0.1时，需要对判断矩阵进行适当修改[9]。判断矩阵的标度方法，见表1；使用1~9标度对判断矩阵进行一致性检验，见表2；记为R.I.。此时：

$\text{C}\text{.R}\text{.}=\frac{\text{C}\text{.I}\text{.}}{\text{R}\text{.I}\text{.}}$ (5)

针于n阶矩阵，要求独立、重复$n\left(n-1\right)/2$ 次地从1~9等自然数中随机选取数值。

指数标度判断矩阵的C.I.为：

$\text{C}\text{.I}\text{.}=\frac{{\lambda }_{\text{max}}-n}{n-1}$ (6)

查找对应的R.I.。

Table 1. Scale method for judging matrices

表1. 判断矩阵的标度方法

A相对B的重要程度赋值	含义
1	要素A与B同等重要
3	要素A略重要于B
5	要素A明显重要于B
7	要素A强烈重要于B
9	要素A极端重要于B
2, 4, 6, 8	上述两相邻判断的中间值

Table 2. 1~9 consistency index of the scale judgment matrix

表2. 1~9标度判断矩阵的一致性指标

阶数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R.I.	0	0	0.53	0.88	1.11	1.25	1.34	1.40	1.45	1.49

构建准则层与指标层的判断矩阵，邀请10位相关专家对每个项目进行评分，计算每项的算术平均值，从而获取各层级指标权重。参与AHP权重判定的10位专家涵盖消防实践、机器人技术、工业设计等领域：包括熟悉消防机器人实战需求的消防救援一线人员，从事智能装备设计研究的高校相关专业教授，参与多款消防机器人研发的企业资深工程师，以及专注人机交互设计的学者。多元背景确保对各指标权重的判定兼顾实践合理性与学术严谨性，为分析结果提供科学支撑。

目标层(A)对应的准则层(B₁、B₂、B₃、B₄)的权重值分别为0.5265，0.1633，0.2309，0.0792。其中最大特征根为4.106，根据R.I表查到对应的R.I值为0.882，因此C.R. = C.I./R.I. = 0.04 < 0.1，一般情况下，当CR < 0.1，表示该判断矩阵具有较为满意的一致性，因此本矩阵通过一致性检验。准则层的判断结果，见表3。

Table 3. The index criterion layer judges the results

表3. 指标准则层判断结果

准则层	效能因素	人机因素	技术因素	外型因素	特征向量	权重值
效能因素	1	3	3	6	2.711	0.52651
人机因素	0.333	1	0.5	2	0.841	0.16333
技术因素	0.333	2	1	3	1.189	0.23092
外型因素	0.166	0.5	0.333	1	0.408	0.07924

运用相同的计算方式对其他各层判断矩阵进行计算，得出一致性检验结果。在计算出所有各层因素的单排序权重值后，经由上下层权重值的合成，实现对所有需求因素权重值的汇总，进而得出层次总排序，具体内容见下表4。通过表4层次总排序结果可知，在效能因素中，B₁C₁、B₁C₂、B₁C₃、B₁C₅权重值相对较大；在人机因素中，B₂C₄权重值相对较大；在技术因素中，B₃C₆权重值相对较大；在外型因素中，B₄C₂、B₄C₃权重值相对较大。因此，具有相对较高的权重的因素如下：环境感知与监测、高效灭火、通信与数据传输、自主导航与智能决策、便于维护和故障诊断、安全稳定性、直观易识别、造型仿生等，这些对主数据管理项目影响较大，因此需要对这些设计因素进行重点管理。

Table 4. Summary ranking table of demand factors

表4. 需求因素总排序表

准则层	准则层权重	指标层	指标层权重
B1	0.5265	B1C1	0.2766
		B1C2	0.07
		B1C3	0.0846
		B1C4	0.0134
		B1C5	0.0637
		B1C6	0.0182
B2	0.1633	B2C1	0.0154
		B2C2	0.0247
		B2C3	0.0326
		B2C4	0.0906
B3	0.2309	B3C1	0.0297
		B3C2	0.0153
		B3C3	0.0221
		B3C4	0.0416
		B3C5	0.0126
		B3C6	0.1096
B4	0.0792	B4C1	0.0129
		B4C2	0.0235
		B4C3	0.0428

4. TRIZ矛盾矩阵理论运用于消防机器人设计

4.1. 构建功能矛盾矩阵

在消防机器人的设计和开发中，运用层次分析法对各层指标的权重进行了核算，得出结论：首先需侧重产品效能因素的创新，并确立主要设计元素和需求元素的矛盾，从而搭建矛盾矩阵。其中，重点改进问题包括：环境感知与监测、高效灭火、通信与数据传输、自主导航与智能决策、便于维护和故障诊断、安全稳定性、直观易识别、造型仿生等。

4.2. 冲突描述与TRIZ原理转化

通过上述流程获取了具有权威性的消防机器人产品核心改进要素，接着对B₁C₁-B₂C₄、B₁C₅-B₂C₄、B₁C₂-B₄C₂这三对负相关关系加以剖析，明确消防机器人的技术冲突，并将其特性转化为TRIZ问题，可知消防机器人的技术要求当中存在1对强负相关和2对一般负相关，分别是环境感知与监测和便于维护和故障诊断、自主导航与智能决策和便于维护和故障诊断、高效灭火和直观易识别。

在对应的冲突阐述里，为更精准地明确技术系统有待改进的特性，针对上述负相关矛盾能够具体划分成：效能因素的设计——环境感知与监测、高效灭火、自主导航与智能决策、通信与数据传输的问题；人机因素的设计——消防机器人维护和故障诊断的问题；技术因素的设计——包括续航能力不足，影响安全稳定性的问题；外型因素的设计——消防机器人外观的直观易识别问题。

针对上述系统中提及的消防机器人欲改进的参数以及随之恶化的参数，通过在阿奇舒勒矛盾矩阵中进行查找，获取与消防机器人相关的原理序号，进而推导出消防机器人的设计方向。效能因素的设计可用的发明原理有NO.6、NO.15、NO.5、NO.23、NO.9、NO.24；人机因素的设计可用的发明原理有NO.3、NO.12、NO.22、NO.25、NO.34；技术因素的设计可用的发明原理有NO.11、NO.21、NO.25、NO.26、NO.27；外型因素的设计可用的发明原理有NO.1、NO.17、NO.28、NO.32。

4.3. 消防机器人救援装备设计

4.3.1. 效能因素设计的发明原理

在消防机器人的效能设计中，解决环境感知与监测能力受限的问题时，可用的发明原理为多用性和动态特征；解决自主导航与智能决策有待提高的问题时，可用的发明原理为组合和反馈；解决通信与数据传输不稳定的问题时，可用的发明原理为预先反作用和中介物。

1) 针对环境感知与监测能力受限的问题

6-多用性。此原理指使事物或者事物的某一部分实现多项功能，通过使产品具有多种功能来提高产品的价值，以消除对其他物体或系统的需求，使产品在竞争中更具优势，或是将多种具有相关性的功能组合于一个产品上，从而降低总体成本，方便使用。

15-动态特性。此原理是将原有的系统设计划分为部分具有可调节性或者可自适应的特性，以此来达成最佳的性能表现，包括3个措施：① 把物体进行分割，让其各个部分能够改变相互之间的位置关系。② 倘若一个物体整体处于静止状态，使其能够移动或者具有可动性。③ 对物体或者环境的性能进行调整，令其在工作的各个阶段都能处于最优状态。

解决方案：在消防机器人的创新设计中，开发具有多种环境适应模式的消防机器人，例如既能适应高温又能适应低温、既能在干燥环境工作又能在潮湿环境工作的功能。为消防机器人设计可调节的防护装置或自适应的环境感知系统，使其能根据不同的环境条件进行自我调整和优化。

2) 针于自主导航与智能决策有待提高的问题

5-组合。此原理指把相同的物体、完成类似操作的物体予以联合起来，或者把在时间上相同或类似的操作加以归并。

23-反馈。借助引入反馈或者对已有的反馈做出改变，来优化工程系统的流程或者动作，包含2个措施：① 于系统当中引入反馈机制。② 倘若已经引入了反馈，对其规模或者作用加以改变。

解决方案：在消防机器人的创新设计中，将消防机器人的智能决策系统与人类消防员的经验数据库相合并，实现优势互补。为消防机器人建立更完善的信息反馈机制，使其能根据现场情况实时调整决策策略，不断优化灭火和救援行动。

3) 针于通信与数据传输不稳定的问题

9-预先反作用。倘若依据条件必须达成某种作用，那么应提前达成反作用。通过预先施加机械应力，用以抵消在工作状态中不期望出现的过大应力。倘若在问题的定义中需要某种相互作用，那么事先应施加反作用。

24-中介物。指通过在物体之间置入中介物，优化物体直接接触时所存在的有害状况或者不足之处，包含2个措施：① 运用中介物来达成所需的动作。② 将一物体与另一个易于去除的物体暂时相结合。

解决方案：在消防机器人的创新设计中，提前对可能出现的通信干扰进行预测和补偿，例如通过优化通信频段或采用抗干扰技术。引入中间通信设备或信号增强装置，确保机器人与指挥中心之间的稳定通信。

4.3.2. 人机因素设计的发明原理

解决消防机器人维护保养复杂的问题，用到的发明原理序号共5个，分别为3、12、22、25、34。相对应的发明原理包括局部质量、等势、变害为利、自服务、抛弃与再生。

3-局部质量。此原理体现为两个方面。一方面，使消防机器人的不同部位承担各异的功能；另一方面，最大程度地发挥其每个组成部分的作用，让物体的每一部分都具备最适合它工作的条件。该原理对问题的解决有较大贡献。

12-等势。此原理指在势能场中，防止物体相对位置出现变化。通过更改操作条件，让组件处于相同的等势面上，从而减少物体提升或下降的需求。

22-变害为利。通过让有害因素与另外的若干有害因素相互组合的办法，来消除有害因素，或是使有害因素增强到不再具有有害性的程度，进而获取有益的成果。

25-自服务。此原理有两层含义，一方面物体应当为自我服务，完成辅助和修理工作；另一方面物体应妥善利用废料，为自我的长远发展考虑。

34-抛弃与再生。此原理包含2个方面：① 去除完成任务或者后续没有利用价值的部件；② 及时修补损耗的部分。

解决方案：设计易于维护的结构，使维护操作无需复杂的工具和特殊的环境条件。让消防机器人的各组成部分各司其职，最大程度地发挥其每个组成部分的功能，通过巧妙的设计和技术应用，将火灾中的各种有害因素转化为其发挥优势和作用的有利条件，为消防救援工作带来新的机遇和可能性。

4.3.3. 技术因素设计的发明原理

解决消防机器人安全稳定性不足的问题，需要用到的发明原理共5个，序号分别是11、21、25、26、27，它们相对应的发明原理分别为预先防范、快速、自服务、复制、廉价替代品。

11-预先防范。巧妙地利用事情发生的时间先后顺序，未雨绸缪，提前详细地准备好切实有效的应急措施，为后续可能发生的紧急情况做好充足准备。

21-快速。充分借助所具备的显著速度优势，争分夺秒、一气呵成地快速完成那些必要的有害操作，进而有效达成预期的目的。

25-自服务。此原理有两层含义，一方面物体应当为自我服务，完成辅助和修理工作；另一方面物体应妥善利用废料，为自我的长远发展考虑。借助自服务原理可以为消防机器人配备能量回收系统，将运动过程中的能量回收并储存，提高能源利用效率。

26-复制。指的是使用物质的复制品代替物质执行所需要的功能。借助复制原理可以开发可快速更换的电池模块或备用能源系统，实现不间断作业。

27-廉价替代品。用低价易得的产品替代高价不便的产品。

解决方案：在考虑到消防现场往往情况复杂多变导致消防机器人在执行任务时的行驶速度受到限制，努力提升无人机在低空飞行时侦察效果，并及时对相关信息进行传输，让地面上的消防机器人能够提前配备好应急设施，以便在发生紧急情况时能够迅速投入使用。通过使用无人探测机与地面消防机器人相互配合，既提高了救援效率，又确保了救援工作的安全性，为我国消防事业的发展提供有力支持。

4.3.4. 外型因素设计的发明原理

解决消防机器人外型设计不易识别的问题，用到的发明原理序号共4个，分别是1、17、28、32，它们相对应的发明原理分别为分割、空间维数变化、机械系统替代、颜色改变。

1-分割。将整个消防机器人依据其功能特性、结构组成以及运行原理等多个维度，合理地划分为不同部分，方便各部分装配。

17-空间维数改变。把当前处于低维度空间或者处于静止状态的消防机器人，通过特定的技术手段和创新的设计理念，转变为在高维度空间中能够移动或者固定的消防机器人，或者对其现有的结构进行优化与革新。

28-机械系统替代。以功能强大的视觉系统、反应迅速的听觉系统、分辨精准的味觉系统或感知灵敏的嗅觉系统，来有效替代现有的机械系统，或者用动态关系取代静态关系，以结构化数据替换非结构化数据等。

32-颜色改变。涵盖对机器人或环境的颜色、透明度和可见性的更改，利用色彩添加剂去观察不易被观察到的部分。

解决方案：在消防场景中，由于环境的复杂性，为了使消防机器人能够被迅速且容易地识别，在设计时特意选择非常显眼的颜色，比如鲜红色，机器人的功能部件则配合以深沉的黑色，对比色彩搭配不仅让机器人看起来更加威猛有力，同时也有效地增加了各个部件之间的视觉分割感，有助于快速识别各个部分的功能。选用磨砂效果的高质感涂层，能够有效反射火焰和烟雾中的光线，减少镜面反射带来的眩光，还能增加机器人的表面摩擦力，提高其在复杂地形中的抓地力，确保其在极端环境下的稳定性和可靠性。

4.4. 消防机器人概念设计方案呈现

根据上述AHP-TRIZ理论模型，分别从效能、人机、技术、外型4个角度出发，进而对消防机器人进行概念设计。总体设计如图2所示。

1) 在效能因素的设计中，配备高性能的电动或燃油引擎，确保机器人在各种复杂地形中都能迅速移动，快速抵达火灾现场。提供高效的灭火装置例如先进的高压水枪或干粉喷射系统，能够根据火势大小和类型自动调整灭火剂量和方式。装备高精度的传感器，如温度、烟雾和气体探测器，实时收集火情数据，并通过智能算法快速判断火源位置、火势蔓延趋势等，为灭火策略提供准确依据。具备稳定、高速的数据传输能力，将现场数据实时回传至指挥中心，实现与其他消防设备和指挥系统的协同作战[10]。在保证操作人员能够远程控制机器人的基础上，赋予机器人一定的自主决策能力，借助无人机来实现日常巡航的功能，以取代大型的救援设备，由无人机针对事故地点展开拍摄工作，传输有关信息，火速到达救援现场，从而完成救援工作。具体各功能部件设计如图3所示。

2) 在人机因素的设计中，应为操作人员提供简洁、易懂的控制面板或移动终端应用，显示关键信息，如机器人状态、环境数据和灭火进度等。考虑操作人员的工作环境和疲劳程度，设计符合人体工程学的操作座椅和手柄，减少长时间操作带来的身体不适。

3) 在技术因素的设计时，应融合GPS、激光雷达、视觉识别等技术，使机器人能够在复杂的建筑内部和火灾环境中精准定位和自主导航，避免迷路和碰撞。选用能够承受高温、火焰、化学腐蚀等恶劣环境的材料制造机器人的外壳和关键部件，延长使用寿命。通过实时感知周围环境，机器人能够自动避开障碍物，规划最优的灭火路径，提高工作效率[11]。采用大容量的电池或高效的能源供应系统，保证机器人在一次任务中有足够的工作时间，减少因能源不足而导致的任务中断。

4) 在外型因素的设计时，应设计合理的机身尺寸和形状，便于在狭窄的通道和空间中灵活移动，不受空间限制。采用鲜明的颜色，如红色、黄色，并配有警示灯和反光标识，确保在火灾现场的可见性，提高安全性。采用流线型设计，减少风阻和水流阻力，提高机器人在行动和灭火过程中的效率。如图4所示。采用模块化设计，便于对机器人的各个部件进行快速更换和维修，降低维护成本和时间。

Figure 2. Overall design of firefighting robots

图2. 消防机器人总体设计

Figure 3. Functional parts of firefighting robots

图3. 消防机器人各功能部件

Figure 4. Firefighting robot and firefighters

图4. 消防机器人与消防员

5. 结语

随着大众对火灾防范意识的增强，消防场景中人员安全的重要性愈发显著。此设计围绕消防机器人的效能、人机、技术、外型4个方面展开需求剖析，借助层次分析法、1~9标度法，TRIZ理论对消防机器人的设计需求进行深入的定量分析，确保设计流程更加科学、合理，同时为消防机器人的设计提供明确的需求分析依据，从而设计出更加符合实际需求的消防机器人。

不过，其中存在着一些较为显著的不足之处：在项目开展的前期阶段，尽管进行了细致的调研分析，并构建了规范的判断矩阵，然而，这种方式仍然无法从根本上完全消除判断矩阵内部元素设定过程中所不可避免的主观性，消防机器人所涉及的设计要素也呈现出极为繁杂的特点。因此，在划分需求层次时，必须真正做到全面并且清晰明确的分类，进而成功构建起一套科学合理的需求体系。

NOTES

^*通讯作者。