基于AD與TRIZ的病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人功能集成設(shè)計(jì)

石元伍 齊廉恒美

引言

隨著人們收入水平的提高和對(duì)自身健康的重視，應(yīng)用于醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的服務(wù)機(jī)器人數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，目前主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、慢性病跟蹤治療、前臺(tái)問(wèn)診、復(fù)健等領(lǐng)域，是一種智能程度較高的機(jī)器人。由于醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人可代替人做一些重復(fù)的工作，一定程度上減輕了醫(yī)務(wù)人員的負(fù)擔(dān)，且緩解了人力資源相對(duì)缺乏的事實(shí)，所以配合醫(yī)療服務(wù)產(chǎn)業(yè)運(yùn)作的機(jī)器人有長(zhǎng)足的發(fā)展?jié)摿?。但是醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人作為醫(yī)療工作中不可或缺的存在，還有待改進(jìn)和發(fā)展，使護(hù)理工作更具有針對(duì)性。為研究出適用于病區(qū)、功能更實(shí)用、服務(wù)更精準(zhǔn)高效的病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人，集成AD與TRIZ方法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。首先對(duì)特定人群與環(huán)境進(jìn)行調(diào)研分析，確定用戶域需求，以用戶需求作為出發(fā)點(diǎn)，生成具體功能需求。設(shè)計(jì)過(guò)程中將結(jié)合AD與TRIZ的集成方法來(lái)更好地解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，最終運(yùn)用信息公理評(píng)價(jià)最優(yōu)方案并使用Rhino三維軟件完成病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人概念設(shè)計(jì)方案。

一、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人

（一）現(xiàn)狀分析：隨著科學(xué)理論和工程技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)也獲得了快速的進(jìn)步。從傳統(tǒng)的醫(yī)療系統(tǒng)過(guò)渡到以現(xiàn)代服務(wù)為理念的智能醫(yī)療系統(tǒng)也是大勢(shì)所趨。醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人包羅萬(wàn)象，除了手術(shù)用機(jī)器人之外，還有用于生理組織樣本分析、看護(hù)、復(fù)健、送餐等方面的服務(wù)型機(jī)器人。研究醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人，不僅是為了適當(dāng)減輕護(hù)理成本，也是為了能不斷提升人們的醫(yī)療服務(wù)體驗(yàn)。所謂服務(wù)是“以自立及提升生活質(zhì)量為目標(biāo)的一種協(xié)助手段”所以巡護(hù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)該注意到這一點(diǎn)。隨著人們觀念的變化和可支配收入的提高，對(duì)醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的要求也逐漸提高，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人將會(huì)被更多人接受。且目前一系列扶持政策的出臺(tái)和技術(shù)成本的降低，正是研究醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的契機(jī)。

（二）市場(chǎng)分析：我國(guó)醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人發(fā)展雖處在景氣周期，但在發(fā)展過(guò)程中，與其他生產(chǎn)制造行業(yè)類似，市場(chǎng)發(fā)展比較緩慢。醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人雖然在理論研究上得到了很大進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用中，還屬于較低智能活動(dòng)水平，功能單一，操作復(fù)雜。（如圖1）所示，當(dāng)前市面上的服務(wù)機(jī)器人在醫(yī)療護(hù)理任務(wù)中，還存在以下問(wèn)題：（1）信息交互程度低;（2）造型生硬;（3）服務(wù)功能不全面，使用場(chǎng)所沒(méi)有針對(duì)性;（4）操作使用復(fù)雜目不協(xié)調(diào)。

上述產(chǎn)品在功能、造型上存在的問(wèn)題，使得其給用戶帶來(lái)了交互程度低，功能不全面、操作復(fù)雜、外觀語(yǔ)言乏味等不良體驗(yàn)。為了設(shè)計(jì)出更適用于病區(qū)環(huán)境，更好服務(wù)住院病人的巡護(hù)機(jī)器人，結(jié)合了AD與TRIZ理論方法更好地解決功能矛盾等問(wèn)題，對(duì)病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人需求進(jìn)行調(diào)研分析，功能上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

二、病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)分析

（一）需求分析：根據(jù)調(diào)研可知等級(jí)醫(yī)院管理制度將醫(yī)院分成一、二、三級(jí)，其中三級(jí)醫(yī)院中又分為甲、乙、丙、特，其中特水平最好。特、甲醫(yī)院的技術(shù)水平比較權(quán)威，除了提供社區(qū)宣傳、康復(fù)保健、疾病預(yù)防外還能提供較為全面的病患護(hù)理工作、甚至病人出院后的跟蹤回訪活動(dòng)等。問(wèn)卷調(diào)查也在特等和甲等醫(yī)院中展開(kāi)，隨機(jī)選取武漢市符合條件的四家醫(yī)院，對(duì)住院病房的患者進(jìn)行生理上和心理上的了解，并列出（如表1）所示表格。

從表中可知，隨著人們對(duì)自身健康和醫(yī)療服務(wù)升級(jí)的重視，住院病人對(duì)就醫(yī)體驗(yàn)的要求也逐漸提高。在生理需求方面，患者普遍對(duì)病房環(huán)境、空氣、設(shè)施、醫(yī)療護(hù)理等有明顯需求;心理需求方面，不同年齡、性別、文化的病人都希望醫(yī)護(hù)人員態(tài)度和藹，增加醫(yī)患溝通，這表明了病人對(duì)心理護(hù)理與服務(wù)態(tài)度的迫切需求，部分病人還希望出院后能與主治醫(yī)生保持聯(lián)系，盡早康復(fù)。

（二）需求排序：由此可見(jiàn)，在醫(yī)療資源短缺的情況下，病區(qū)需要一臺(tái)巡護(hù)機(jī)器人來(lái)幫助提升工作效率，并提升患者的就醫(yī)體驗(yàn)。有一個(gè)舒適的治病環(huán)境和良好的醫(yī)護(hù)秩序，能使病人更好地適應(yīng)病程，也增強(qiáng)了早日康復(fù)的信心。整理資料后，將所得結(jié)果按照需求迫切程度排序（如表2）所示。

三、結(jié)合AD與TRIZ的集成方法

（一）集成方法介紹：設(shè)計(jì)方法是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中比較重要的一環(huán)，是支撐產(chǎn)品創(chuàng)新的核心。公理設(shè)計(jì)是現(xiàn)階段研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)理論，它的主要目的是給設(shè)計(jì)者提供正確的思路，并作出相對(duì)正確的決策。NamP.Suh教授于1990年提出的這種設(shè)計(jì)決策方法，使設(shè)計(jì)者可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行把控。在研究用戶需求并進(jìn)行分析后，能有效減短設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤的迭代過(guò)程，基于AD原理，可以更直觀地審視整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，及時(shí)修改設(shè)計(jì)中處理不足的地方，并逐漸細(xì)化后續(xù)方案，為整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程提供了基礎(chǔ)性框架。

TRIZ理論是一套獨(dú)具特色的強(qiáng)大工具包，特別是在形成思路和解決問(wèn)題的部分，給予設(shè)計(jì)者的支持遠(yuǎn)超于頭腦風(fēng)暴等傳統(tǒng)方法。通過(guò)TRIZ可以了解到以往科技與工程方面的成果，它可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)者改善當(dāng)前的系統(tǒng)和程序，消除這個(gè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，幫助找到相應(yīng)的概念，深入理解需求，激發(fā)新的創(chuàng)意，用以發(fā)展下一代系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)最具創(chuàng)造性的解決方案。

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，將不同的設(shè)計(jì)理論合并有助于提高設(shè)計(jì)效率，從而產(chǎn)生產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)，研究新的設(shè)計(jì)模型也是現(xiàn)階段設(shè)計(jì)理論研究的發(fā)展方向。AD的優(yōu)點(diǎn)是在每一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行映射，對(duì)流程進(jìn)行科學(xué)分解。AD雖然有助于構(gòu)建設(shè)計(jì)者的整體邏輯框架，但設(shè)計(jì)者總是靠主觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷設(shè)計(jì)，所以難以具體到設(shè)計(jì)中的矛盾問(wèn)題。因此需要結(jié)合TRIZ理論來(lái)解決問(wèn)題。但TRIZ理論不能最終評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案，還需用AD中信息最小公理選擇最佳方案。AD與TRIZ理論互補(bǔ)的理論方法使設(shè)計(jì)方案更具有創(chuàng)造性，使設(shè)計(jì)者沿著一個(gè)清晰的路徑?jīng)Q速解決問(wèn)題，具有一定的科學(xué)意義。

（二）概念設(shè)計(jì)流程模型：基于以上集成方法，將流程模型分為四個(gè)部分：（1）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題階段，先進(jìn)行背景研究和調(diào)研分析得到大致方向，并初步對(duì)用戶需求排序，分析當(dāng)前的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人作為產(chǎn)品有哪些問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行描述和分析。（2）分析問(wèn)題階段，進(jìn)一步確定用戶需求和功能需求，根據(jù)公理設(shè)計(jì)中“域”的概念，將用戶域與需求域進(jìn)行需求對(duì)照，找出基本功能和重要功能，并進(jìn)一步分析矛盾類型。（3）問(wèn)題解決階段，運(yùn)用TRIZ矩陣對(duì)應(yīng)發(fā)明原理逐個(gè)解決設(shè)計(jì)問(wèn)題。（4）方案設(shè)計(jì)階段，利用三維模型創(chuàng)建出設(shè)計(jì)方案，繼續(xù)結(jié)合AD中最小信息含量公理對(duì)方案進(jìn)行選擇，完成效果方案。方法流程模型（如圖2）所示。

四、病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)案例

（一）病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人問(wèn)題描述與分析：在一個(gè)醫(yī)生數(shù)量有限，新興疾病不斷和超級(jí)細(xì)菌頻生的世界里，醫(yī)療保健不僅是社會(huì)、個(gè)人者B關(guān)注的問(wèn)題，也是科學(xué)界關(guān)注的重要領(lǐng)域，用機(jī)器代替人工完成一些重復(fù)任務(wù)是當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展的必然選擇。

（1）問(wèn)題描述。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)研和醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的現(xiàn)狀研究，可了解到當(dāng)前的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人其主要問(wèn)題集中在：功能系統(tǒng)不全面、人機(jī)交互體驗(yàn)差、健康數(shù)據(jù)管理亂、造型呆板不美觀、使用過(guò)程人性化程度低這些方面。在發(fā)展優(yōu)化功能的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中，現(xiàn)有的醫(yī)院模塊化病區(qū)管理需要機(jī)器人在相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境中發(fā)揮更多的作用。針對(duì)這樣的人群需求及任務(wù)功能，需要設(shè)計(jì)師綜合目前醫(yī)院使用環(huán)境需要及醫(yī)療服務(wù)機(jī)器產(chǎn)品本身不足的情況下綜合考慮設(shè)計(jì)。

（2）問(wèn)題分析。—方面，隨著人們生活水準(zhǔn)的提高和醫(yī)療衛(wèi)生體系的發(fā)展，社會(huì)對(duì)醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，像其他服務(wù)行業(yè)—樣也需要體驗(yàn)升級(jí)。另—方面，隨著醫(yī)療資源的短缺，借助外部條件來(lái)緩解就醫(yī)壓力的需求也越來(lái)越明顯。通過(guò)有針對(duì)性地分析當(dāng)前醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)可知，其具體功能需要針對(duì)醫(yī)院環(huán)境的實(shí)際情況做出改變，進(jìn)一步體現(xiàn)在藥物運(yùn)送、預(yù)防交叉感染、醫(yī)患溝通這幾個(gè)功能要素上。只有找出迫切的需求矛盾加以解決，才能更好地為使用人群提供完善的醫(yī)療服務(wù)，真正向“智能醫(yī)療”時(shí)代邁進(jìn)。（如表3）為當(dāng)前市場(chǎng)上醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人存在的問(wèn)題情況，可發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中忽略了患者的心理和生理需求，主要存在功能不夠完善，操作不易等問(wèn)題。

（二）沖突確定與解決方式：病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人作為一款服務(wù)于病區(qū)環(huán)境的產(chǎn)品，存在一定的特殊性，在滿足照護(hù)病患需求的同時(shí)，也要提高醫(yī)務(wù)工作者的工作效率，所以具體功能還需進(jìn)一步明確。通過(guò)前期的背景調(diào)研和列舉當(dāng)前醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人出現(xiàn)的問(wèn)題，將用戶需求域與功能需求域進(jìn)行映射，下一步用矛盾矩陣解決映射過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，最后運(yùn)用信息公理選擇設(shè)計(jì)方案。（如表4）為用戶需求與功能需求對(duì)照。

在列出用戶需求與功能需求后，將CA1～CA6的實(shí)際需求情況繼續(xù)進(jìn)行分類整理，為后期更好地解決矛盾提供鋪墊。其中，F(xiàn)R6為期望性需求，為整個(gè)功能設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此不作為具體設(shè)計(jì)內(nèi)容考慮，但在設(shè)計(jì)結(jié)果的篩選上可作為設(shè)計(jì)信息量進(jìn)行考慮。FR1與巡護(hù)機(jī)器人物流運(yùn)送功能設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，F(xiàn)R2與保持病房空氣潔凈功能設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，F(xiàn)R3和FR4可歸于信息可視化功能設(shè)計(jì)，F(xiàn)R5歸于造型色彩設(shè)計(jì)問(wèn)題。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)前的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人除基本的藥物配送外，信息可視化，空氣潔凈，造型情感化是改進(jìn)的關(guān)鍵因素。由于使用者主要是病患，在操作方面要簡(jiǎn)單，尤其體現(xiàn)在交互界面上。上述問(wèn)題將轉(zhuǎn)化為39個(gè)通用工程參數(shù)（如表5）所示。

在40條發(fā)明原理中，選取第10，15，17，28，32條發(fā)明原理，具體解釋（如表6）所示。根據(jù)預(yù)處理原理，針對(duì)定時(shí)巡視病房，藥品分發(fā)等，提高了醫(yī)院工作效率。根據(jù)動(dòng)態(tài)和另外的維度原理加入空氣凈化功能部分。根據(jù)替代機(jī)械系統(tǒng)原理，由于使用者主要為住院病人，操作簡(jiǎn)單非常重要?？捎谜Z(yǔ)音或手邊按鍵得方式來(lái)呼喚機(jī)器人，增大屏幕交互部分，使患者可以用指紋或就醫(yī)卡查看自己的身體報(bào)告或取藥，來(lái)達(dá)到信息可視化功能，使操作簡(jiǎn)單。數(shù)據(jù)可視化就是利用直觀的圖形化形式來(lái)快速向使用者傳達(dá)有效的信息，具有設(shè)計(jì)感的數(shù)據(jù)信息可以幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)結(jié)果、提升用戶體驗(yàn)。根據(jù)改變顏色原理，可將機(jī)器人外觀顏色作適當(dāng)處理，醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為工業(yè)設(shè)計(jì)的一部分，與一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同，更需要體貼用戶的心理方面，注意他們的感情變化。由于醫(yī)療服務(wù)面向醫(yī)護(hù)人員和病患兩個(gè)用戶群體，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，既需要考慮實(shí)際操作時(shí)的容易操作、容易理解，在外觀設(shè)計(jì)上也需要隨時(shí)向病患傳達(dá)可靠、安全、心里舒適的情感，緩解患者在治療過(guò)程中的心理壓力，從而使病患積極面對(duì)治療。

（三）方案設(shè)計(jì)與篩選：通過(guò)分析需求域向功能域映射過(guò)程，根據(jù)公理設(shè)計(jì)中信息最小公理對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行以下定性描述：（1）巡護(hù)機(jī)器人應(yīng)以配送病人每日需要的藥物為基礎(chǔ)功能;（2）在機(jī)器后箱體部位增加凈化空氣功能，除了保持病房空間內(nèi)空氣的潔凈度，也極大降低了病菌交叉感染的可能性。（3）交互界面應(yīng)做到信息可視化，操作簡(jiǎn)單，使患者直觀地了解自己的就醫(yī)情況，并能方便接受巡視查房;（4）外觀造型上應(yīng)符合醫(yī)療環(huán)境，適當(dāng)改變功能分區(qū)的色彩。根據(jù)以上定性描述，設(shè)計(jì)出（如圖3）所示的兩種方案。方案2在整體設(shè)計(jì)上將多個(gè)功能進(jìn)行了集成化處理，既增加了空氣凈化功能，信息可視化的交互方式也更加直觀。病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人的服務(wù)人群是住院患者，他們?cè)诳祻?fù)治療的同時(shí)在心理上也需要理解和安慰。在集成功能時(shí)，在保障功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)在造型上應(yīng)該傳達(dá)出一定的親和力，外觀應(yīng)該類人形且較圓潤(rùn)。保證外形設(shè)計(jì)中沒(méi)有無(wú)用結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一定要基于實(shí)際功能。以白色為主要顏色，機(jī)體兩側(cè)及輪子部分配有光圈燈飾，向使用者傳達(dá)出簡(jiǎn)潔可靠的信息，消除機(jī)械感。通過(guò)比對(duì)方案1，保證了功能的獨(dú)立性，信息量最小，所以方案2為最優(yōu)選擇。

結(jié)語(yǔ)

基于AD與TRIZ的集成方法，在理論上上能做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有利于提升設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)出病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人，驗(yàn)證了集成方法的可行性，為以后類似的設(shè)計(jì)提供了一定的方法依據(jù)。設(shè)計(jì)的核心永遠(yuǎn)都是以人為本，只有注重需求的設(shè)計(jì)才是好設(shè)計(jì)，在醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)中用戶的心理感受和體驗(yàn)尤為重要。醫(yī)療健康領(lǐng)域是最注重人文關(guān)懷的行業(yè)之一，如何提升用戶體驗(yàn)成了人們?cè)缛者~入智能醫(yī)療環(huán)境要直面的問(wèn)題。通過(guò)巡護(hù)機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提升了患者的就醫(yī)體驗(yàn)，也是邁入智能醫(yī)療時(shí)代和醫(yī)療服務(wù)升級(jí)的一種體現(xiàn)形式。

下一步研究的重點(diǎn)是對(duì)病區(qū)巡護(hù)機(jī)器人外觀造型的進(jìn)一步改進(jìn)，使其更加適應(yīng)醫(yī)療服務(wù)市場(chǎng)。文中提出的方法模型還可結(jié)合其他理論進(jìn)行驗(yàn)證，有待完善。