老齡化背景下通用設計理念助推福建衛浴企業創新發展的應用研究

(廈門理工學院 福建 廈門 361000)

一、緒論

在當前企業的新產品研發中，質量不再是“符合生產者設計的產品規格”，而是越來越“滿足消費者的任何需求”(Ma et al.2007)識別和滿足不同用戶需求是產品開發初期最重要的任務。例如定制化、模塊化、系列化等都是是企業更新迭代產品維持產品生命周期的策略。近些年來，老齡化人口正在加速增長，全球范圍都越來越關注老齡化帶來的各種問題，企業在產品研發中不得不投入更多精力來了解包括老年人用戶在內的多種用戶需求。

通用設計(Universal Design)則是以滿足最大范圍的用戶群體為理念，可以應對不同客戶群的需求(CR)，起到擴大產品市場的作用，可以作為新產品研發的策略。通用設計(UD)使用一些準則來評價產品對于不同族群的可用性，在很多國家已有一定程度的應用。隨著老齡化社會程度越來越高，在產品開發過程中扮演著越來越重要的作用。通用設計概念以及原則已被普遍接受，但很難在產品設計中實施(Lin and Wu 2015)。針對高齡者的通用設計方法停留在概念階段，學者Takeo運用通用設計研究ATM(FSTJ Editorial Office and Fujitsu Ltd.)，學者Gao基于通用設計理念研究中國老人的移動社交平臺(Gao et al.2012)。UD較難實施(Daniel A.McAdams*and Vincent Kostovich)但目前缺少系統的具體的方法，如何應用UD7原則是留給設計師的問題。(Beecher and Paquet 2005;Chou 2012)事實上，殘疾人和老年人的參與在大規模生產消費品的設計過程中幾乎沒有采用(Sanford等，1998)。(Beecher and Paquet 2005)目前，該行業缺乏實施UD的足夠設計知識(Sangelkar et al.2012)

所以，要將通用設計引入企業伸長還需要有一個具體的、可操作性強的系統方法。(Singh and Tandon 2016)。以便減少產品開發的出錯，使產品滿足更廣泛用戶的需求進而有效的縮減成本。質量功能展開(QFD)是一個很好的挖掘客戶需求(CRs)并將其轉化為工程設計參數(DPs)的框架，結合創新問題解決理論(TRIZ)以及多準則決策(MCDM)技術，形成系統的方法。基于這些問題和動機，本研究的研究目的有以下兩點：

1.從理論上建立一個考慮老年人用戶的系統性的通用設計創新模型，以幫助企業提升產品研發效率。

2.在實踐上以衛浴產品為應用案例，實施具體的設計應用來驗證該模型的合理性。

二、文獻綜述

(一)人口老齡化

1.老齡化現狀

人口老齡化是全球所關注的問題。從世界范圍來看，因為全球人口的高齡化程度急劇上升，國際上的老齡化問題正在引起重視，并且可以預測到未來的老齡化帶來的問題會越來越嚴重。聯合國大會在1991年通過了《聯合國老人綱領》，提出了關于老齡化問題的五項要點。其中，在個人“獨立”的原則下，明確表示老年人應能居住在安全與舒適的環境，以及每位老年人應有權利盡可能住在家里：在“照顧”的原則下，特別強調無論住在何處，均能享有人性的尊嚴和基本的自由，包括對他們的需求和隱私權的尊重；在“尊嚴”的原則下，強調老年人活得有尊嚴和安全的權利(范雅棻 2006)。從這些相關議題要點中可發現，無論年齡、性別、種族或失能與否，老年人都應該在安全與適合的“居家環境”中，能被公平的對待。老年人隨著年齡的增長，生理感覺和身體機能會逐漸遲鈍和退化，以及伴隨而來的慢性疾病和身體老花會讓老年人在日常生活中更需要注意安全。例如跌倒就是最容易發生的危險，有關醫學報告指出，老年人最常見的跌倒場所為浴室、起居室、樓梯這三個隱藏危機的地方。所以居家環境以及相關的產品的安全與便利性將嚴重地影響老年人的生活質量。

2.福建省老齡化現狀

福建省早在1996年就已步入了老齡化社會，這比全國平均水平提早了3年。此后，福建省老齡人口增速明顯加快，老齡化形勢日趨嚴峻。據有關資料顯示，2000年福建省60歲以上老年人口為3642341人，這一數值在2010年第六次人口普查中達到4212396人，增長率為13.5%。2011-2015年，福建省60周歲以上老年人口平均每年增加17.73萬人，年均增長率為3.9%，其中80歲以上老年人口年均增長率甚至達到14.05，老齡化進程明顯加快。2016年福建省老年人口已經達到532萬人，占比13.7%。(許蓮鳳，陳平花)

為滿足老年人群的生活需求，除了完善家庭空間設備外，更應重視老年人意外受傷的預防。最常遇到問題的行為可歸納成“移動”、“入浴排泄”、“就寢休息”、“家事”、“食事”等五方面，其中。浴廁空間是高齡者最容易發生意外事件的地方。如何構筑一個安全且舒適的老齡化衛浴空間顯得越發重要，這也將會成為衛浴企業發展的重要方向。

(二)衛浴產品

根據醫學報告的調查，除了老年人在浴室跌倒與發生危險的比例最高。對身體發育尚未成熟的孩子而言，小小一間浴室是玩水的天堂，卻也更容易發生意外；滑倒撞傷、攀爬跌落、燙傷、溺水、誤食清潔劑、觸電…等，都是好發于孩童的浴室意外。另外，行動不便的孕婦、殘障人群在衛浴空間的行動帶來的安全隱患則更大(賴昱儒)。所以本研究主要針對衛浴設施產品進行研究和設計優化。

我國常見的衛浴產品主要有四大類：(1)盥洗設備：浴缸、洗臉臺、水龍頭、蓮蓬頭及化妝鏡；(2)衛生設備：即馬桶；(3)收納設備：浴柜、置物架、毛巾架、可提供暫時收放雜物的收納柜等；(4)其他：拉門、扶手或輔具設備、椅子、浴盆等

而衛浴產品與老年人的行為是密切相關的，衛浴產品的功能滿足著老年人的需求，而衛浴產品設計的優劣直接決定著老年人群體在沐浴如廁過程中的安全與便利。圖1為沐浴行為和衛浴產品之間的關聯，其中顯示人們在使用衛浴產品的過程中不僅滿足主要需求，還需要考慮更衣、閱讀等次要需求和相關需求。因此，在衛浴產品的開發中應以衛浴產品、沐浴空間、使用者三者之間的關系作為主軸，才能達到滿足老年人用戶需求的目的。本研究希望透過調查研究掌握使用者在浴廁空間中所遭遇的問題點，并利用設計來改善浴廁的環境，減少危險的發生，同時可以以作為衛浴企業的產品研發策略。

圖1 浴廁使用行為與家具需求關系 數據源：(楊松裕，1991)

(三)通用設計(Universal design)

通用設計(Universal design)概念最早是由美國教授Ron Mace于1974年的國際殘障者生活環境專家會議中所首先提出。指出通用設計最初發展是強調親近性(Accessibility)的概念，并以規則、標準、法規與程序提供社會考慮以包容殘障者，直到1990年代時，美國聯邦政府制定二項法律the Fair Housing Amendments Act與the Americans with Disabilities Act，親近性與通用設計才開始有所連結。后來，通用設計的概念發展已超越親近性設計，廣泛的包容所有人類與社會平等性，并且促進主流產品整合、環境特色與服務。通用設計定義為產品或環境設計，盡可能以最大包容性適用于全部的使用者，而不需要額外的個別設計。

從產品開發的角度看，通用設計概念可以擴大用戶群體，這是一個有效縮減產品成本的方法。通用設計(UD)的概念適用于各種領域，包括建筑，景觀和產品設計。許多企業已經認識到通用設計的優勢。UD是一種創造日常環境和產品的方法，無論年齡或能力如何，都可以在最大程度上為所有人所用，而無需改造或專門設計。它來自無障礙概念，更廣泛的無障礙運動以及適應性和輔助性技術，并力求將美學融入這些核心考慮。在實踐中，它既不是輔助技術，也不是無障礙設計的委婉語。相反，UD涉及到從可移除性的思考轉變為從消除或克服個人或特定群體的環境障礙的做法轉變為滿足所有使用者的環境需求的方式。UD被視為一種目標是高度重視多樣性和包容性，最大限度地提高產品和環境的可用性。基于通用設計的優勢，研究者一直努力開發將通用設計概念納入設計過程的可行方法。UD領域的一組專家已經制定了一套簡單的原則，可以對新的或現有的設計進行系統評估，并協助設計師和消費者了解更多可用產品和環境的特點。設計師已經熟悉了UD的統一原則，并且已經開發了許多基于這種范例的產品。然而，UD原則本質上是定性的。如何定量的評價一個產品是否屬于通用設計目前還很困難。(Chou 2012)不過“尊重每個人實現自我化”理念的UD產品市場正在快速增長。(Lin and Wu 2015,p.8)

多種理由證明，將通用設計作為21世紀住宅設計的優先考慮是可行的。目前的建筑標準已經過時，并沒有考慮不同用戶群體的個體差異，例如老年人。從高生育率和高死亡率向低生育率和低死亡率轉變意味著壽命延長，人口中老年人的比例更高。越來越多的老年人和年輕人殘疾人的存在導致了對所有人都有利的住房的更大興趣。盡管人們普遍認識到通用設計的家庭會讓每個人都受益，但很少有家庭設計和建筑專業人員將通用設計特點和產品納入家庭，很少有消費者會提出這方面的要求。(Nunn et al.2009,p.11)Gonzalez指出在設計過程的初始階段缺乏協助工業設計人員的工具。(Singh and Tandon 2016)

，衛浴企業在有限資源下，需更有效地運用擁有的資源，滿足大多數的顧客，以謀求最大的利益。通用設計的概念，不僅僅是一種對弱勢族群關懷的設計觀念，同時也是一種能滿足最大多數人需求的設計理念。

綜上所述，通用設計(Universal design)需要通過一個具體的系統性的方法來幫助在產品開發中實施。目前，通用設計在企業中的應用研究仍屬少數。本研究在調研了福建衛浴企業對通用設計的認知程度的基礎上提出通用設計的系統設計方法。

(四)質量功能展開(QFD)

在新產品開發(NPD)中，如何了解客戶需求并將其轉化為具體的工程設計參數起著非常重要的作用，質量功能展開(QFD)是其中一個有效的方法，這一種開發旨在滿足客戶的設計質量，然后將消費者需求轉化為設計目標和主要質量保證點以在整個生產階段使用的方法。

QFD中使用的主要圖表是質量屋(HoQ)。根據HoQ，客戶需求被轉化為工程特性，并隨后轉化為與制造過程相關的部件或組件特性，過程操作和生產要求。因此，客戶需求輸入的準確性對成功應用HOQ至關重要。在使用QFD之后，豐田將設計成本減半，開發時間縮短了三分之一。Marsot使用HoQ設計了一把剔骨刀。Haapalainen使用HoQ評估剪枝剪。Kuijt-evers，Morel，Eikelenberg和Vink將QFD作為一種設計方法來確保螺絲刀設計的舒適性。Lo，Tseng和Chu提出了先進的一步式QFD，用于計算機鼠標設計的概念生成。SOFRAGRAF公司已經將QFD用于手動工具，訂書機，打釘機等的設計并取得成功。在這些情況下，QFD被成功地用作說明將客戶需求轉化為產品設計特性以提高客戶滿意度的工具。

(五)發明問題解決理論(TRIZ)

TRIZ是俄文“Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch”的縮寫，其英文為Theory of Inventive Problem Solving，簡稱為”TIPS”，原意是指“發明問題解決的理論”，由前蘇聯學者Genrich Altshuller及其研究團隊所提出。Altshuller研究了全世界20萬項專利，發現各種不同領域的創新研發問題，卻存在著相同的基本問題及解決問題技巧，進而提出相同的解決方案，解決不同領域與時期所發生的問題。

Altshuller對于創意性問題矛盾沖突的解決方面提出3個步驟，其步驟內容如下列步驟一～三所示：

步驟一、分析科技系統(analyze the technical system)分析整個環境系統技術，找出影響改善系統的規格特征，例如：空調系統之物理現象因子(溫度、濕度、散熱片傳導系數)，效能提升因子(風速、熱交換器散熱面積、冷媒比熱、溫度差)等。

步驟二、描述技術矛盾(state the technical contradiction)描述出真正影響改善因素，確定技術矛盾問題所在，例如：長板凳兩腳跨距越長，承載的重量越小；反之越短承載重量越大，這表示板凳乘坐面之剛性與距離有關；另板凳乘坐面底部有加橫梁會比沒有加橫梁承載重量來的穩固，這表示剛性與補強斜柱形狀、位置也有密切關系。

步驟三、解決技術矛盾(resolve the technical contradiction)運用40個設計原則(40 design principles)及沖突矩陣(39×39contradiction matrix)。

TRIZ理論也有本身的缺陷：缺陷1：傳統TRIZ不涉及確定創新關鍵問題的方法。缺陷2：使用TRIZ解決問題，實施過程仍然需要設計師的知識，經驗和水平。傳統的TRIZ不提供替代評估的客觀方法。以整段來說明，要跟引用的區分開(Zhang et al.2014)。在本研究中，TRIZ理論將與質量功能展開(QFD)結合起來使用，各自取長補短。生成老年人衛浴產品設計的創替代方案。

(六)灰關聯分析(GRA)

灰色系統理論(Grey System theory)已被廣泛應用于處理沒有足夠的信息或未知的信息。灰色系統理論主要在提供系統解決(分析)潛在和復雜的理論，技術，概念和想法。灰色關系空間(GRS)和灰色生成空間(GGS)是灰色系統理論的基本內容和主題。基于GRS和GGS，灰色系統理論中的灰色關系分析(GRA)已被廣泛應用于分析多元數據的決策。GRA通過表示為參考序列的理想標準接近程度來排列表示為比較序列的替代物。也是影響序列灰關聯度排序結果的最重要因素。鄧聚龍教授自從于1982年發表了灰色系統理論，經過了許多學者的不懈耕耘和開拓，使得灰色系統理論更加的完善，并已成功的應用于數十個領域中，如：醫學、教育、管理、運動、決策等方面。

本研究主要依據灰關聯分析，利用序列間的灰關聯度值大小加以排序，以進行優先級排序。此部分的計算將用于對通用設計衛浴產品替代方案進行量化評估，獲取最優方案。

三、老齡化背景下通用設計系統方法模型的建立

在文獻綜述中顯示通用設計概念雖然是擴大企業用戶群體和有效縮減成本的方法，但在企業實際應用中卻難以實施。原因是在于通用設計概念仍體現在抽象的概念和定性的原則上，沒有系統性的量化的方法以在工業生產中實施。質量功能展開(QFD)、創造性解決問題理論(TRIZ)以及灰色理論中的灰關聯分析(GRA)在產品開發管理、產品創新和多準則決策中都是可行性很強的具體方法。本研究在進行文獻綜述以后總結了這些方法各自的優缺點，將他們的優勢結合在一起形成了一個綜合了多種研究方法的通用設計創新方法——通用設計創新模型(UDIM)，目的是將通用設計概念更具體的應用在企業產品開發設計中，本課題的階段性成果《老齡化背景下通用設計的系統方法研究》嘗試展示了該方法的詳細操作步驟，本文在文獻回顧和此階段性成果的基礎上進一步完善了該方法，強化了其中的邏輯關系和針對性。并將其以圖表的方式構建成一個基于通用設計的產品創新模型圖。如圖2所示：

圖2 通用設計創新模型(UDIM)(本研究繪制)

該模型主要分為四大步驟：

(1)確定通用客戶需求(UCRs)

(2)建立QFD的HOQ圖表，用以確定創新的關鍵問題。

(3)使用TRIZ主要工具和矛盾分析來生成創新的設計方案。

(4)應用灰關聯分析法(GRA)進行方案評估并選擇最佳設計方案。

本研究將以這個綜合了多種研究方法的模型作為后續研究的主線。

四、通用設計創新模型(UDIM)在衛浴產品中的應用

根據上述研究方法，本研究以福建省老年人群作為研究對象，以衛浴產品作為產品設計范圍，整個研究過程經過了調查、分析、應用和評估階段。從整體上應用了UDIM模型的可行性。整個研究結果如下：

(一)衛浴產品的通用用戶需求調查

本研究主要以老年人作為用戶群體(UDIM模型中的PSN即需要幫助人群)為主結合普通成年人和次要人群并對其展開調研了解其需求。課題組挑選了福建省內老年人作為調研對象，主要走訪了廈門、福州、漳州、泉州、三明等地的城區與鄉村住宅與養老機構。采用訪談、觀察與問卷的方式對老年人衛浴產品需求進行調研。并使用UDIM模型中的三角驗證法(data source triangulation)結合了文獻分析用以提高資料獲取的效度，盡可能降低研究組的主觀偏見。初步獲取的通用用戶需求(UCRs)。

圖3 廈門金山養老院衛浴產品實地調研(本研究拍攝)

在獲取了初步的通用用戶需求(UCRs)之后，根據UDIM模型方法，需要對其進行分類與優化，找出其中分類的特征。本研究使用了因子分析法(FA)進行初步數據篩選和分析(表4)，并通過由教師、衛浴企業設計總監、研究人員共同組成的專家組對初次篩選的結果進行最終篩選以及因子重命名。確定了最終的老年人通用用戶需求見表1。

表1 最終的通用用戶需求UCRs列表

(二)分析用戶需求與設計參數的關聯

首先通過上述專家小組討論并結合文獻分析確定了衛浴產品的通用設計參數(UDPs)見表2。之后使用質量功能展開(QFD)中的方法繪制了老年人衛浴產品通用設計質量屋圖表(HOQ)圖4，在該質量屋圖表中“左墻”顯示了通設計需求的重要度，“天花板”顯示了通用設計參數的重要度，“房間”體現了兩者之間的關聯程度矩陣。“屋頂”則顯示了通用設計參數之間的矛盾關系。

表2 確定沐浴空間通用設計規格(UDPs)列表

表3 通用設計參數(UDPs)的負關聯對

表4 具體矛盾轉化為TRIZ遺傳矛盾

表5 通用沐浴空間TRIZ創新設計要素

圖4通用設計沐浴空間的HOQ圖

通過分析質量屋中的“屋頂”的通用設計參數，可以總結出帶有矛盾關系的參數對，如表3所示。這些矛盾對可以作為下一步TRIZ創新方案生成的依據。

(三)衛浴產品創新設計方案生成

在分析了通用用戶需求(UCRs)和通用設計參數(UDPs)之后，根據表7QFD分析中得到的矛盾對，課題組利用發明問題解決理論(TRIZ)中的矛盾矩陣和39個工程參數(見前文2-5文獻綜述)尋找解決矛盾的解決方案(見表4和表5)并設計了一系列符合老年人需求的通用設計衛浴產品方案。這些設計方案包含了表9中的創新設計特征，部分方案如圖5-圖6所示。

圖5 通用TRIZ工具設計的可伸縮花灑S5

圖6 通過TRIZ工具設計的通用浴缸S9

(四)驗證并確定最優設計方案

表5中顯示的衛浴產品設計特征共有9個，經過專家小組討論將這些設計特征組合出3個衛浴產品的組合方案。接下來對這三個組合方案進行灰關聯分析選擇最優方案。

表6 系列化通用沐浴空間創新方案

步驟1：設定設計方案和決策標準：

本研究中檢驗的通用沐浴空間設計有三個方案S={S1,S2,S3}。每個提案包含5個系列化產品建議Sm={S47，S48，S49，S57，S58，S59，S67，S68，S69}，設計評估標準由7個專業產品設計師中的焦點小組篩選出來。評估準則Q={Q1安全的、Q2平等使用、Q3舒適的、Q4節水的、Q5美觀的}。通過評估矩陣和灰色關聯分析來評估單個產品建議和系列化產品建議的優先級。

步驟2：計算每個評估標準的灰色數量權重：

表7 每個評估準則的權重

步驟3：計算每個產品設計方案的灰色數量評估

5位專業產品設計師根據5個評估準則評估3組系列化沐浴空間方案，結果如表6所示。

步驟4：計算串行化產品方案的灰數評估結果

例如S1結合S4和S7。5名專業產品設計人員分別使用灰色數量評估基于語言變量評估系列化產品方案S147。評估標準是第1步中設置的3個標準。結果如表12所示。

表8 S147的3個評估標準中的灰數

如果加上設計評估權重(wj)，可以得到S147*=[10.164,17.876]

步驟5：在每個產品方案中建立串行化產品方案的灰色評估矩陣。

計算每個單個方案的得分，建立沐浴空間系列化產品的灰評估矩陣S*如表9所示。

表9 系列產品灰色評估標準矩陣S*

步驟6：歸一化表7中的灰色評估矩陣

表10 歸一化的通用沐浴空間創新方案灰色評估矩陣S**

步驟7：用表11中的白色程序平均計算灰色數

表11 白化后的設計評估矩陣D

步驟8：灰色數字設計評估的結果

表12 評估方案排序

步驟9：生成理想的最佳目標序列

用灰關聯分析(GRA)分析了每組方案，會得到最高評估值(表12)，將其設定為最理想值，S0={0.789,0.765,0.790,0.714,0.767,0.789,0.765,0.790,0.714}

步驟10：計算灰色關系

計算3組系列方案的灰關聯，首先將替代結果初值化計算，如表13所示。

步驟11：計算序列間的灰關聯系數ξi(k)和灰關聯ri

使用公式29計算灰關聯系數ξi(k)和灰關聯ri，結果如表14所示。

表14 灰關聯系數ξi(k)和灰關聯ri

步驟12：提出灰色關聯分析的結果

最終，根據各方案與最優方案S0之間的灰關聯將優先級從大到小排列灰關聯值越高，越接近理想的方案。系列化通用沐浴空間創新方案計算結果為r3>r1>r2。即S3>S1>S2。

五、總結

老齡化程度的加劇是全球關注的問題，考慮多種用戶群體的通用設計概念不僅能滿足普通人還可以滿足老年人、特殊人群的需求，并且可以企業新產品研發中擴大市場和有效縮減成本。本研究立足我國衛浴中心的福建省以老年人用戶為主開展調研，結合文獻綜述提出并優化了一個將通用設計概念優化成系統的具體研究方法：通用設計創新模型(UDIM)以期望在衛浴企業中提高企業產品創新的效率。根據該模型，課題組實地調研了老年人用戶的需求以及了解相關衛浴企業的產品研發現狀和對通用設計概念的了解程度，進而以衛浴產品設計應用為案例對此模型進行驗證，在該模型中，不僅考慮到了老年人用戶還考慮了普通人和特殊人群的需求，該模型也同樣適用于其他產品的研發。此外，模型中的質量功能展開(QFD)、發明問題解決理論(TRIZ)和灰關聯分析(GRA)技術優勢都能較好的體現和揚長避短。在未來的研究中可考慮導入環保因素和更多產品類型的驗證，在理論上進一步完善模型，在實踐上進一步的提升在企業創新中的效率。