基于可拓學(xué)與TRIZ理論的老年人醫(yī)療床設(shè)計(jì)

■王 彬，余國偉，嚴(yán)立豐，張 揚(yáng) Wang Bin & Yu Guowei & Yan Lifeng & Zhang Yang

(1.湖南工程學(xué)院設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，湖南湘潭 411104；2.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江杭州 310020；3.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020）

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2021年公布的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)下我國老年化人口占比已達(dá)14.8%，社會老齡化的加深在一定程度上推動(dòng)養(yǎng)老上下游產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步發(fā)展，根據(jù)天眼查、企查查等官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國以養(yǎng)老服務(wù)為主營業(yè)務(wù)的相關(guān)企業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)出倍數(shù)級增長現(xiàn)象，養(yǎng)老的萬億藍(lán)海市場已然已經(jīng)得到資本市場的青睞。而老年人醫(yī)療床作為輔助老人日常活動(dòng)的產(chǎn)品，已然成為老年人群體中不可或缺的必備用品，民政部更是將“家庭養(yǎng)老床位”納入監(jiān)管，并先后在不同地區(qū)投資總計(jì)50億元來推動(dòng)“家庭養(yǎng)老床位”的改革與建設(shè)。

目前業(yè)內(nèi)學(xué)者對于醫(yī)療床的設(shè)計(jì)研究主要分為三類：一是對醫(yī)療床特定結(jié)構(gòu)或技術(shù)的改造，以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化某種特定的功能，如呂志煒[1]等人對醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)與設(shè)計(jì)；二是結(jié)合某種單一理論或方法實(shí)現(xiàn)醫(yī)療床的再設(shè)計(jì)，如周志勇[2]在感性工學(xué)的基礎(chǔ)上探索醫(yī)療床設(shè)計(jì)的新形態(tài)；三是對醫(yī)療床的造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如鄔琦姝[3]關(guān)于醫(yī)療床的造型設(shè)計(jì)研究。針對以上三類研究，其存在的問題為：需求滿足不全面、需求分析不徹底、需求確定不充分。醫(yī)療床設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，對于用戶本身及其相關(guān)需求不應(yīng)該只從單一維度進(jìn)行考慮，而應(yīng)該是多維度的知識重組與整合研究。

可拓學(xué)具有廣泛性與一般性的特點(diǎn)，TRIZ理論則實(shí)踐性較強(qiáng)，將可拓學(xué)與TRIZ理論的優(yōu)勢結(jié)合使用，不僅能夠從設(shè)計(jì)的底層邏輯去研究出關(guān)于解決痛點(diǎn)問題的一般性解法，同時(shí)結(jié)合TRIZ的實(shí)踐性，能夠讓理論層面的分析更易于落地。

1 可拓學(xué)與TRIZ理論

1.1 可拓學(xué)

可拓學(xué)[4]始于1983年我國研究員蔡文創(chuàng)立的學(xué)科，其主要運(yùn)用數(shù)學(xué)的語言、符號、數(shù)字等方式量化矛盾問題，基于具體的數(shù)量指標(biāo)，運(yùn)行一定的計(jì)算規(guī)則，以此尋找解決問題的突破口，使得原本抽象且復(fù)雜的問題邏輯化?；碚撌强赏貙W(xué)理論的邏輯細(xì)胞，其主要通過用數(shù)學(xué)語言表達(dá)的方式將所有的事情進(jìn)行數(shù)字化，規(guī)范化，以建立可拓模型。其中一般用物元M、事元A、關(guān)系元R進(jìn)行表示[5]。具體建模形式如下：

關(guān)聯(lián)函數(shù)[6]是可拓學(xué)中用以確定事物之間是否存在矛盾問題的量化計(jì)算方式，其主要通過分析事物之間的特征關(guān)系，以此來構(gòu)建相應(yīng)的函數(shù)類型，用量化數(shù)據(jù)的方式確定問題的存在性。可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)一般有三類，其中，離散型關(guān)聯(lián)函數(shù)主要針對的是對象特征是非數(shù)值的形式，一般表示為：

1.2 TRIZ理論

TRIZ理論[7]（Theory of the Solution of Inventive Problems），是根里奇·阿奇舒勒(Genrich S. Altshuler)在研究了近百萬份的專利基礎(chǔ)上總結(jié)出的用于解決工程問題的實(shí)用型理論工具。TRIZ理論的技術(shù)矛盾解決原理，其實(shí)主要是通過定義矛盾的類別，然后根據(jù)TRIZ理論所提供的不同求解工具對矛盾進(jìn)行過程求解，再根據(jù)TRIZ理論提供的發(fā)明原理，進(jìn)而確定能夠解決矛盾的發(fā)明原理，依據(jù)不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，得到一類標(biāo)準(zhǔn)解，再結(jié)合具體工程，得到初步方案。

2 醫(yī)療床用戶矛盾需求確定

2.1 用戶基本需求的獲取

2.1.1 設(shè)計(jì)KANO模型問卷

通過對當(dāng)下三甲醫(yī)院的老年人關(guān)于醫(yī)療床的調(diào)研與訪談，獲取用戶的原始目標(biāo)需求。KANO問卷調(diào)研設(shè)計(jì)時(shí)，從同一指標(biāo)的相反維度去設(shè)計(jì)[8]，即受訪者在面對同一需求時(shí)，應(yīng)回答滿足該需求及不滿足該需求時(shí)兩個(gè)維度做出回答。KANO問卷設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 KANO問卷設(shè)計(jì)

2.1.2 KANO模型問卷數(shù)據(jù)獲取

依據(jù)KANO模型設(shè)置的正反向五個(gè)回答，最終會得到5×5個(gè)問卷結(jié)果。按照正反向回答，依據(jù)KANO模型對設(shè)置的指標(biāo)需求屬性進(jìn)行分類，如表2所示，為KANO模型需求屬性分類。

表2 需求屬性分類

本次調(diào)查向滁州市第一人民醫(yī)院住院老人共發(fā)放了150份問卷，并對其進(jìn)行全部回收（表3）。本次問卷從醫(yī)療床的功能、材料、結(jié)構(gòu)、色彩、情感五個(gè)維度出發(fā)，共設(shè)置了25個(gè)需求指標(biāo)，受訪老年人分別KANO模型設(shè)置的五個(gè)選項(xiàng)中對指標(biāo)需求的正負(fù)問題進(jìn)行回答，根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算出betterworse系數(shù)值，以此來定義該項(xiàng)指標(biāo)的KANO屬性。

表3 問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.3 醫(yī)療床用戶基本需求確定

根據(jù)KANO模型問卷調(diào)查結(jié)果顯示：醫(yī)療床消費(fèi)群體的必備需求為醫(yī)療床的起背功能、曲腿功能、翻身功能、洗頭功能；全鋼管材料；不可拆卸或可替代結(jié)構(gòu)；色彩以冷色調(diào)為主；價(jià)格一般。期望需求時(shí)產(chǎn)品使用情感上的親切感與幸福感。魅力需求為助便功能、安全功能和輸液功能；材料上表現(xiàn)為鋼管與ABS材料、塑鋼、實(shí)木的組合；色彩偏向中色調(diào)與暖色調(diào)；情感傳遞傾向產(chǎn)品帶來的歸屬感與溫暖感；價(jià)格層面，更青睞低價(jià)的產(chǎn)品。考慮到醫(yī)療床消費(fèi)群體的弱勢特征，專家組決定在必備需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化魅力需求與必備需求的整合，最終確定優(yōu)化確定的需求為：功能上，保留曲腿、翻身、洗頭功能并增加助便、安全和輸液功能；結(jié)構(gòu)上為可拆卸；材料上采用鋼管與其他材料組合的方式；色彩以暖色調(diào)為主；情感體驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)歸屬感與溫暖感；價(jià)格上以低價(jià)為主。具體需求如表4所示。

2.2 醫(yī)療床用戶矛盾需求確定

2.2.1 用戶需求的可拓建模

首先，對表4的目標(biāo)需求進(jìn)行可拓建模，即：

表4 用戶需求

其次定義現(xiàn)有醫(yī)療床M2，通過對高、中、低三擋的老年人醫(yī)用護(hù)理床的網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，具體信息如表5所示：

表5 高、中、低醫(yī)療床信息

定義目標(biāo)功能需求為F1，則目標(biāo)需求問題的可拓模型為：

2.2.2 矛盾需求的確定

首先，對核問題P0建立關(guān)聯(lián)函數(shù):以最優(yōu)點(diǎn)x0=1000，正域X0=<1000,+∞> ，建立簡單關(guān)聯(lián)函數(shù)：

由此可知，當(dāng)x＜1000時(shí)，x-1000＜0，所以k（x）＜0，即問題為不相容問題。

其次，對核問題P1建立關(guān)聯(lián)函數(shù)：對歸屬感賦值<1,5>分，溫暖感賦值 <6,10>分，即目標(biāo)情感值域?yàn)?1,10>分。以最優(yōu)解x0=6，正域X0=<1,10>建立關(guān)聯(lián)函數(shù)：

根據(jù)賦值規(guī)則，其余情感賦值不屬于<1,10> ，因此可以得到k（x）＜0，問題P1為不相容問題。

■圖1 P1問題物場分析

■圖4 醫(yī)療床解決方案設(shè)計(jì)說明圖

最后，對核問題P2建立關(guān)聯(lián)函數(shù)：賦值色彩目標(biāo)需求暖色調(diào)為正域X=<2,8>，暖色調(diào)中的部分色彩為標(biāo)準(zhǔn)正域X0=<4,6>；賦值其他相關(guān)色彩為不可接受至可接受之間的過渡負(fù)域 X =<0, 2> <8, 10> ，所以X =<0, 10> , 設(shè)點(diǎn) x=9，則建立關(guān)于色彩的關(guān)聯(lián)函數(shù)為:

由上式k(x)＜0可知，問題P2也為不相容問題。

綜上所述，分析目標(biāo)需求G與現(xiàn)有條件L之間的矛盾問題，通過構(gòu)建問題關(guān)聯(lián)度函數(shù)，確認(rèn)問題為不相容問題，得到可拓問題集{p0, p1, p2} 。

3 醫(yī)療床矛盾需求的求解

3.1 技術(shù)矛盾需求求解

問題P0在于用戶期望滿足目標(biāo)功能，但由于資金限制，根據(jù)現(xiàn)場用戶調(diào)查得知又不期望價(jià)格超過1000元。但市場滿足用戶目標(biāo)功能需求的醫(yī)療床產(chǎn)品均超過1000元，因此形成功能多樣化與價(jià)格之間的矛盾問題，優(yōu)化產(chǎn)品價(jià)格成為本次問題的核心點(diǎn)。綜上分析可知，在醫(yī)療床產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)，的優(yōu)化，會導(dǎo)致價(jià)格的持續(xù)增高，即的持續(xù)惡化，由此可將與的矛盾問題轉(zhuǎn)化為TRIZ理論中技術(shù)矛盾。針對P0問題，根據(jù)TRIZ理論提供的39個(gè)工程參數(shù)，確定與分別對應(yīng)26號參數(shù)：物質(zhì)的數(shù)量，與31號參數(shù)：物體產(chǎn)生的有害因素。根據(jù)矛盾矩陣查詢26×31對應(yīng)的發(fā)明原理為:29、1、35、27，即M26-31={29 1 35 27}。根據(jù)TRIZ提供的發(fā)明原理，選用最適用解決矛盾問題的原理27，即可以對在保留醫(yī)療床功能多樣性的前提下，通過更換醫(yī)療床的組成材料一次降低成本，具體操作為，可以采用ABS材料代替床體的鋼管材料。如表6所示為解決矛盾問題發(fā)明原理。

表6 解決矛盾問題發(fā)明原理

3.2 物理矛盾需求求解

問題P2在于用戶期望獲得暖色調(diào)的醫(yī)用護(hù)理床，但實(shí)際情況是，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及材料屬性市面上醫(yī)療床的色調(diào)以冷色調(diào)為主。解決該問題在于，一是需要保證產(chǎn)品傳達(dá)出暖色調(diào)的屬性；二是需要保證不違反行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即保留冷色調(diào)。綜上，得出結(jié)論是醫(yī)療床需要同時(shí)具備兩種相反的屬性，即：暖色調(diào)與冷色調(diào)并存。該矛盾屬于物理矛盾。

針對P2問題，確定為物理矛盾問題，依據(jù)TRIZ針對物理矛盾提出的四大分離原理[9]，確定使用整體與局部原理。根據(jù)問題的核心要素，即暖色調(diào)與冷色調(diào)全部保留，則選擇整體與局部原理進(jìn)行解決，即對醫(yī)療床的色彩設(shè)計(jì)，部分采用暖色調(diào)，部分采用冷色調(diào)，采取此方案，此問題得到解決。

3.3 矛盾需求的物場分析

問題P1在于現(xiàn)有的醫(yī)療床無法滿足老年人對于情感的訴求。根據(jù)實(shí)地調(diào)研、訪談，發(fā)現(xiàn)由于子女忙于工作，老年人對于親情十分渴望。因此P1涉及到了設(shè)計(jì)師、醫(yī)療床（產(chǎn)品賦能情感化）及老年人三者之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)師需要通過醫(yī)療床完成向老年人傳遞溫暖感與歸屬感的情懷。通過分析可以利用TRIZ理論提供的物場模型[10]對其進(jìn)行分析。即S1為設(shè)計(jì)師，S2為老年人用戶，F(xiàn)為醫(yī)療床的情感賦能。根據(jù)老年人的心理需求是期望得到親人、子女的關(guān)心問候或與其相見，因此我們可以通過增加場F1的手機(jī)支架功能F2，并增加相關(guān)視訊工具F3，例如：手機(jī)、平板等。如圖1所示為P1問題的物場分析。

4 醫(yī)療床設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 醫(yī)療床設(shè)計(jì)問題解決思路

老年人醫(yī)療床的設(shè)計(jì)，應(yīng)該綜合考慮根據(jù)KANO模型獲取的目標(biāo)需求，包括功能滿足日常曲腿、翻身等需求，結(jié)構(gòu)符合可拆卸結(jié)構(gòu)，組合材料，暖色調(diào)，且富有歸屬感與溫暖感，還要價(jià)格便宜。同時(shí)，需要將TRIZ理論解決的三大矛盾問題的標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用至方案構(gòu)思之中，并結(jié)合用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，針對當(dāng)下失能老年人進(jìn)行醫(yī)療床設(shè)計(jì)。只有在滿足基本需求及基礎(chǔ)上，解決用戶矛盾問題，并結(jié)合設(shè)計(jì)方法學(xué)對醫(yī)療床進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，才能真正設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的產(chǎn)品。具體思路如圖2所示。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)解設(shè)計(jì)方案

根據(jù)KANO模型獲取的用戶需求及可拓學(xué)與TRIZ理論獲得的求解結(jié)果，首先構(gòu)思出標(biāo)準(zhǔn)解在設(shè)計(jì)方案中的體現(xiàn)，如表7所示。

表7 老年人醫(yī)療床標(biāo)準(zhǔn)解方案構(gòu)思

依據(jù)用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)[11]的原則，從產(chǎn)品的功能、材料、結(jié)構(gòu)、色彩、情感、價(jià)格六個(gè)方面，綜合考慮，進(jìn)行老年人醫(yī)療床的設(shè)計(jì)方案的推敲。方案的推進(jìn)必須滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)計(jì)指標(biāo)，且必須能夠符合解決用戶矛盾的條件，其中有一項(xiàng)不成立，則該方案不成立，繼續(xù)推敲。只有當(dāng)滿足用戶目標(biāo)需求及解決用戶目標(biāo)需求與現(xiàn)存條件之間的矛盾時(shí)，才符合基于可拓學(xué)與TRIZ理論二者方法在不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用性實(shí)踐[12]。如圖3所示為醫(yī)療床設(shè)計(jì)效果圖，如圖4所示為醫(yī)療床解決方案設(shè)計(jì)說明圖。

5 結(jié)語

通過對可拓學(xué)及TRIZ理論的體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用方法研究，確立了基于二者理論的產(chǎn)品設(shè)計(jì)新方法，并結(jié)合用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行老年人醫(yī)療床設(shè)計(jì)實(shí)踐，設(shè)計(jì)結(jié)果證明基于此方法能夠系統(tǒng)性的分析老年人關(guān)于醫(yī)療床的相關(guān)需求，并為其精準(zhǔn)解決相關(guān)矛盾需求問題。本次研究結(jié)果一方面能夠?yàn)楫?dāng)下市場的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程提供一定的借鑒意義，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序的變革；另一方面能夠?yàn)槠渌麑W(xué)科的理論研究提供“整合研究”的新思路，對其具備一定的指導(dǎo)意義。