基于系統(tǒng)論的老年人如廁助力產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

邊佳思 胡文杰 韓志偉

摘要：本文通過(guò)系統(tǒng)論方法，結(jié)合老年人產(chǎn)品的相關(guān)文獻(xiàn)、市場(chǎng)現(xiàn)有調(diào)查，分析老年人在如廁過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)各因素之間相互的聯(lián)系，進(jìn)行有機(jī)整合，提出適合的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。該老年人如廁助力裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅提升了老人使用的舒適度及安全性，且裝置為純機(jī)械手動(dòng)結(jié)構(gòu)、裝卸簡(jiǎn)單，更具經(jīng)濟(jì)性和普適性，契臺(tái)了當(dāng)前中國(guó)家庭對(duì)老年人如廁助力裝置的需求點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)論;老年人;如廁助力產(chǎn)品;創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）04-0076-03

我國(guó)老齡化進(jìn)程加快，老年人口的比例持續(xù)增大，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到38.6%[1]。在此背景下，養(yǎng)老問(wèn)題應(yīng)得到足夠關(guān)注。衛(wèi)生間是老人經(jīng)常發(fā)生事故的地點(diǎn)，如廁又是老人在衛(wèi)生間進(jìn)行的一項(xiàng)主要活動(dòng)。圍繞該活動(dòng)，針對(duì)性地設(shè)計(jì)出符合我國(guó)家庭生活需求的老年人如廁輔助產(chǎn)品，能有效提升老人在生活中的幸福感，使其充分感受到全社會(huì)對(duì)老人群體的關(guān)懷與關(guān)注。

1 系統(tǒng)論概述

系統(tǒng)一詞源于古希臘語(yǔ)，意思是由部分組成整體。系統(tǒng)論最初的定義是相互聯(lián)系相互作用的諸元素的綜合體，但由于它涉及較多領(lǐng)域，后面對(duì)其定義也各有不同，所以出現(xiàn)了一般系統(tǒng)論來(lái)總的概述系統(tǒng)的共性，其定義為：由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體[2]。它包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能這四種概念，以及由這四種概念組成的要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三種關(guān)系，主要用于研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律。系統(tǒng)論的基本原理主要是整體性原理、相關(guān)性原理、層次性原理、目的性原理，其主要思路是把研究對(duì)象當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)中的系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系進(jìn)行分析，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的優(yōu)化。

2 老年人如廁助力產(chǎn)品的現(xiàn)狀

在老齡化程度較高的美國(guó)和日本，老年人專(zhuān)用的衛(wèi)浴產(chǎn)品已普及化，而我國(guó)由于傳統(tǒng)觀念、政策法規(guī)、市場(chǎng)導(dǎo)向等因素，針對(duì)老年人衛(wèi)浴產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展停滯不前，存在著較大空缺。針對(duì)如廁助力的產(chǎn)品，多數(shù)都是對(duì)馬桶進(jìn)行再設(shè)計(jì)，結(jié)合助力系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)以達(dá)到輔助老人起身與坐下的效果，但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高昂的馬桶與老年人的養(yǎng)老理念相矛盾，而脫離馬桶進(jìn)行設(shè)計(jì)的如廁助力裝置卻相對(duì)占少數(shù)[3]。

在老年人如廁助力裝置這方面的產(chǎn)品，市面上主要分為兩大類(lèi)，一類(lèi)需要?jiǎng)恿υ醋鳛橹?，另一?lèi)無(wú)需動(dòng)力源作為支撐。第一種如廁助力器主要通過(guò)電機(jī)推動(dòng)氣缸的方式將如廁后的老人從墊圈上緩緩抬起，如圖1所示。其優(yōu)點(diǎn)是完全由電機(jī)提供動(dòng)力，對(duì)于坐下及起身老人無(wú)需自行發(fā)力，運(yùn)行穩(wěn)定;而缺點(diǎn)是售價(jià)高、需要在浴室潮濕外接電源、容易造成損壞、不可中途停止、墊圈結(jié)構(gòu)的固定影響其他人正常使用馬桶等。第二種如廁助力器主要是一種支架結(jié)構(gòu)，老人如廁后需要自身發(fā)力并依靠支架的支撐起身，其形式主要有扶手和助力支架，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)是售價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便，不妨礙其他人正常使用馬桶;缺點(diǎn)是老人完成坐下及起身行動(dòng)需要自身發(fā)力，對(duì)膝蓋并沒(méi)有起到保護(hù)作用。

對(duì)于居家養(yǎng)老的老年人來(lái)說(shuō)，他們需要的應(yīng)該是一款安全、穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單且價(jià)格適中具有普適性的如廁助力裝置來(lái)解決他們?cè)谌鐜^(guò)程中坐下與起身困難的問(wèn)題。

3 基于系統(tǒng)論的老年人如廁助力產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義

由前文的市場(chǎng)現(xiàn)狀可知，市面上關(guān)于老年人如廁助力方面的產(chǎn)品，主要存在形式為價(jià)格昂貴的液壓式助起設(shè)備與價(jià)格低廉但安全性與穩(wěn)定性較低的輔助支架。這些產(chǎn)品中的大多數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)都只是片面地關(guān)注功能的實(shí)現(xiàn)、理想狀態(tài)下的使用體驗(yàn)等，對(duì)于產(chǎn)品的使用環(huán)境、用戶(hù)的心理需求、操作的合理性、容錯(cuò)機(jī)制等方面完全沒(méi)有考慮。所以這類(lèi)產(chǎn)品放在實(shí)際生活中使用會(huì)出現(xiàn)很多這樣那樣的問(wèn)題，市場(chǎng)反饋并不好。只有將老人如廁這一活動(dòng)置于一個(gè)系統(tǒng)中，從系統(tǒng)論的角度分析，將設(shè)計(jì)部分聯(lián)系有序集合，各部分功能相互有機(jī)整合，構(gòu)成完成特定目標(biāo)的產(chǎn)品，根據(jù)老年人的生理及心理特性，以設(shè)計(jì)出更為符合我國(guó)家庭需求的老年人如廁助力裝置，對(duì)改善老年人的如廁問(wèn)題具有一定的意義。

4 老年人如廁助力產(chǎn)品的系統(tǒng)問(wèn)題分析

“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)中產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)候除考慮產(chǎn)品本身的因素以外應(yīng)考慮更多的環(huán)境的因素、人的因素[4]。這三個(gè)因素之間是相互作用、相互依存的。在此理論基礎(chǔ)上，提取了老人在使用如廁助力裝置過(guò)程中與本設(shè)計(jì)相關(guān)的4個(gè)因素以及相互之間的3組關(guān)系，如圖3。通過(guò)分析各關(guān)系中的問(wèn)題，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)點(diǎn)，解決相應(yīng)的問(wèn)題，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)中的各個(gè)關(guān)系。協(xié)調(diào)“人——產(chǎn)品——環(huán)境”的關(guān)系是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題[5]。通過(guò)各個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，逐步推導(dǎo)出整個(gè)設(shè)計(jì)的全貌。

4.1“衛(wèi)生間——助力器”關(guān)系

衛(wèi)生間是如廁助力裝置的使用環(huán)境。衛(wèi)生間的空間尺寸、環(huán)境布局、地面平整程度等都是影響助力裝置設(shè)計(jì)的重要因素。在這一關(guān)系中最主要的問(wèn)題是助力裝置的尺寸與衛(wèi)生間空間的矛盾，所以裝置具有良好的人機(jī)體驗(yàn)以及安全穩(wěn)定的同時(shí)，裝置整體不宜過(guò)大，否則會(huì)擠占衛(wèi)生間過(guò)多的空間。裝置的安裝也應(yīng)盡量避免需要破壞墻體等操作。衛(wèi)生間環(huán)境濕滑，若助力器設(shè)計(jì)為電力驅(qū)動(dòng)的話(huà)，使用危險(xiǎn)系數(shù)比較高，且衛(wèi)生間環(huán)境對(duì)電源的供應(yīng)有限制因素。基于衛(wèi)生間環(huán)境的特點(diǎn)，選擇何種動(dòng)力源用于助力是本方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

4.2“助力器——馬桶”關(guān)系

如廁助力裝置屬于對(duì)應(yīng)馬桶這一器械的輔助使用裝置。助力裝置的設(shè)計(jì)不能影響其他不需要助力的家庭成員使用馬桶的體驗(yàn)。根據(jù)整體性原則，裝置尺寸應(yīng)適用于我國(guó)家庭中絕大多數(shù)的馬桶，滿(mǎn)足安裝后安全穩(wěn)定，具有良好的匹配關(guān)系。

4.3“助力器——老人”關(guān)系

老年人是如廁助力裝置的使用者，而且是整個(gè)“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)的核心。老年人因?yàn)槟挲g增長(zhǎng)，各生理機(jī)能發(fā)生衰退[6]。主要體現(xiàn)在：靈敏度下降、肌肉強(qiáng)度以及控制能力減弱等。老年人的心理特征隨著生理機(jī)能的衰退也發(fā)生了變化，主要體現(xiàn)在：心理安全感下降、自理與自助心更強(qiáng)等。老人使用助力裝置時(shí)生理和心理兩層面的感受，是評(píng)估老年人如廁助力裝置的一個(gè)重要指標(biāo)。

在針對(duì)老年人輔助產(chǎn)品的研究上，也應(yīng)愈發(fā)注意老年人的心理及情感，增強(qiáng)產(chǎn)品的易用性，降低產(chǎn)品的操作復(fù)雜度，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能與服務(wù)應(yīng)等位，增強(qiáng)人性化體驗(yàn)與參與感，避免使老人產(chǎn)生畏難心理[7]。從老年用戶(hù)角度出發(fā)，半自動(dòng)的輔助設(shè)備更能增強(qiáng)老年用戶(hù)的參與體驗(yàn)感，根據(jù)以上特征進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)助力裝置的可操控性，做到裝置即按即停，使裝置及時(shí)適應(yīng)老人的使用狀態(tài)。產(chǎn)品交互和諧促進(jìn)其使用自信。扶手的添加也能很好地緩解使用時(shí)的不安全感，并以此保護(hù)老人。綜合考慮，將即按即停的功能結(jié)合到扶手上，可增強(qiáng)使用過(guò)程中動(dòng)作的連貫性以及使用過(guò)程中的行為規(guī)范，減少誤操作的產(chǎn)生。

5 基于系統(tǒng)論的老年人如廁助力產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐

系統(tǒng)論分析為產(chǎn)品提供了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的對(duì)象核心，以助力器設(shè)計(jì)的整體綜合性作為出發(fā)點(diǎn)，著重考慮整體與部分之間的相互關(guān)聯(lián)和相互作用，綜合人機(jī)分析設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。助力器設(shè)計(jì)實(shí)踐分為三個(gè)方面：功能設(shè)計(jì)、人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)。

5.1功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)對(duì)象的各層子系統(tǒng)都有對(duì)應(yīng)的功能和目標(biāo)，助力設(shè)備由多個(gè)子功能組成，系統(tǒng)性設(shè)計(jì)著眼于總體的最高目的，而實(shí)現(xiàn)輔助用戶(hù)起身坐下為產(chǎn)品的最終目的功能，它的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)其他子功能的存在來(lái)實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)其不同功能所需的目的功能與手段功能關(guān)系如圖4表示。

將設(shè)計(jì)對(duì)象局部細(xì)分，明確表現(xiàn)出如廁助力設(shè)備的結(jié)構(gòu)功能，從功能定義出發(fā)[6]，明確設(shè)計(jì)思路，利用5W2H提問(wèn)法自檢完成設(shè)計(jì)過(guò)程。產(chǎn)品功能定義見(jiàn)表1。對(duì)各部分功能定義進(jìn)行局部設(shè)計(jì)。

5.1.1升降機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)升降可通過(guò)制動(dòng)電機(jī)和升降桿、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或齒輪輪系機(jī)構(gòu)來(lái)完成。為保證良好的升降動(dòng)作和功用及可控的上升角度，綜合產(chǎn)品的一般價(jià)值，選擇用齒輪和導(dǎo)軌的嚙合來(lái)解決馬桶坐墊的上升與下降問(wèn)題。內(nèi)齒輪半徑不變，通過(guò)調(diào)整主動(dòng)輪的大小與桿長(zhǎng)度，使坐墊中點(diǎn)處上升至適宜的高度及傾斜角度。設(shè)置了三個(gè)齒輪構(gòu)成傳動(dòng)輪系，三個(gè)齒輪的作用分別是：齒輪1與杠桿構(gòu)成主動(dòng)件，齒輪23傳遞動(dòng)力，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，如圖5。

5.1.2儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)

此裝置的輸出力，即坐墊上抬支撐力需要足夠大，將用戶(hù)支撐升起，需要儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)作用放大而省力。利用彈簧儲(chǔ)能，當(dāng)用戶(hù)坐下時(shí)，重力所做的功被儲(chǔ)存下來(lái)轉(zhuǎn)換為老人起身時(shí)將其抬起的部分能量，使老人省力。老人坐下時(shí)，坐墊下降帶動(dòng)齒輪及壓桿對(duì)彈簧進(jìn)行拉伸，既可以對(duì)坐下的動(dòng)作進(jìn)行減速緩沖，也能夠?qū)⒛芰績(jī)?chǔ)存下來(lái)。當(dāng)用戶(hù)準(zhǔn)備起身時(shí)，彈簧又能夠回彈，釋放能量，加之用戶(hù)本身對(duì)扶手施加的支撐輸入力做功完成起身動(dòng)作。

5.1.3安全開(kāi)關(guān)

為使裝置達(dá)到隨按隨停的安全保護(hù)效果，在用戶(hù)支撐把手處增加了棘爪機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)，只有當(dāng)用戶(hù)下壓把手及把手處的開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)控制壓桿帶動(dòng)卡扣，使扶手解鎖，扶手得以下壓，彈簧得以回彈。此過(guò)程中，當(dāng)用戶(hù)松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，卡扣卡入齒條，裝置鎖住，導(dǎo)軌和扶手固定，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)可以在任意位置停止和起身的操作。避免了因升降速度不適宜老人的膝蓋的彎曲速率導(dǎo)致用戶(hù)失穩(wěn)情況的發(fā)生。開(kāi)關(guān)裝置圖如圖6。

5.1.4總體布置

將上述各部分功能要素進(jìn)行有機(jī)整合，構(gòu)成整體系統(tǒng)。此產(chǎn)品使用過(guò)程如下：用戶(hù)起身時(shí)按下按鈕，下壓扶手，卡鎖棘條機(jī)構(gòu)解鎖，帶動(dòng)齒輪輪系旋轉(zhuǎn)，此過(guò)程彈簧回彈，使用戶(hù)支撐力減小，坐墊得以平穩(wěn)抬起用戶(hù);用戶(hù)坐下時(shí)，按下按鈕，此過(guò)程彈簧拉伸對(duì)用戶(hù)動(dòng)作進(jìn)行緩沖，機(jī)構(gòu)圖如圖7。

5.2人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)

考慮人與產(chǎn)品之間的關(guān)系因素，通過(guò)人體工學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行因數(shù)調(diào)整，在保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能的同時(shí)更滿(mǎn)足了老年人對(duì)于更好體驗(yàn)的需求，使產(chǎn)品更富有人性化。從以身高為基準(zhǔn)的設(shè)備和用具尺寸推算刪，選取9號(hào)數(shù)據(jù)，結(jié)合身高和設(shè)備用具尺寸，進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，所取設(shè)備高度為420mm。產(chǎn)品尺寸坐墊高度符合市場(chǎng)馬桶高度，能良好契合，具體尺寸如圖8。老年人的手部力量下降，約為中等體力青年男女工作者工作時(shí)手臂力量的16%～40%在老人向下支撐過(guò)程，手臂為自然下垂?fàn)顟B(tài)，需血量和供血量相等，支撐力不考慮靜態(tài)施力對(duì)人體最大肌力的影響。根據(jù)支撐力進(jìn)行坐墊上升最適宜角度的計(jì)算與分析：若彈簧處于桿末端，彈力范圍為60N～110N，把手下壓高度h=210mm，杠桿下壓角度63°，方便老人坐下的彈力范圍60N～100N;若彈簧位于桿距離圓心1/5處，彈力范圍為300N～500N，下降高度42mm，低位F彈1=300N，高位F彈2=500N，工作伸長(zhǎng)量f=42mm。經(jīng)運(yùn)動(dòng)分析，坐墊上升角度18°，坐墊上升高度108mm，角度尺寸如圖9。

5.3外觀設(shè)計(jì)

根據(jù)相互聯(lián)系性原則設(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀，設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮產(chǎn)品與環(huán)境結(jié)合時(shí)的整體效果以及用戶(hù)的視覺(jué)感受。產(chǎn)品箱體為方形立式，邊角形態(tài)圓潤(rùn)，防止磕碰。造型簡(jiǎn)單大方，形態(tài)表現(xiàn)風(fēng)格穩(wěn)定，顏色以潔凈白色為主，飾以藍(lán)色按鈕，配色和諧不突兀，凸顯安全潔凈，給老人積極的心理暗示。箱體材質(zhì)為綜合性能良好的熱塑性塑料ABS，有強(qiáng)度高、輕便、表面光滑、易清潔處理等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品內(nèi)部棘條、齒條、桿件、開(kāi)關(guān)控制件采用減摩耐磨性好的POM聚甲醛材料。產(chǎn)品輔助馬桶使用效果圖如圖10。

6 結(jié)論

基于系統(tǒng)論設(shè)計(jì)的原則，設(shè)計(jì)出針對(duì)中國(guó)家庭的老年人如廁助力創(chuàng)新產(chǎn)品。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研，通過(guò)對(duì)老年人如廁過(guò)程中各因素之間的關(guān)系進(jìn)行分析，研究其各構(gòu)成單元的技術(shù)效應(yīng)和相互制約條件，調(diào)試其功能間的關(guān)系，從而增強(qiáng)完成裝置產(chǎn)品布置的整體性。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出設(shè)計(jì)點(diǎn)，以此引導(dǎo)設(shè)計(jì)的形成。新的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化了老年人的用戶(hù)體驗(yàn)，安全保護(hù)措施，還充分考慮到了產(chǎn)品對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性。此助力產(chǎn)品后續(xù)工作將繼續(xù)對(duì)結(jié)構(gòu)、維護(hù)、使用過(guò)程做進(jìn)一步優(yōu)化，以真正符合國(guó)內(nèi)普通家庭對(duì)于經(jīng)濟(jì)實(shí)用的老年人如廁助力產(chǎn)品的需求。

本文系長(zhǎng)江大學(xué)2019年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目基金資助（項(xiàng)目編號(hào)：2019148）。

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作者簡(jiǎn)介

邊佳思/1999年生/女/湖北武漢人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)（湖北劑州434000）

韓志偉/1999年生/男/湖北荊州人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)（湖北荊州434000）

胡文杰/1999年生/男/湖北武漢人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)（湖北荊州434000）