基于FAST 法的多關節主被動訓練儀設計

現階段，肢體功能障礙人口已經占全國總人口的6%以上，嚴重影響著患者的正常工作、生活

。不同程度的肢體損傷患者需要進行適當肢體康復訓練以防止肌肉萎縮

。運動康復作為提升人體功能水平的根本途徑，也是現代康復治療的一種重要方式

。運動康復醫療器械包括很多類型，多關節主被動康復訓練儀是一種能夠使肢體有功能性障礙的患者通過主動和被動兩種運動方式進行輔助康復的醫療設備

。目前市場上大多主被動訓練儀存在設計不合理、不能滿足用戶需求的問題。究其原因，在理論研究中，多關節主被動訓練儀大多偏向于其結構與可用性等方面，對該產品用戶需求的研究較少；在實踐中，設計師缺乏實際用戶需求反饋，在設計過程中個人主觀因素較多。因此，文章從功能需求角度出發，整合不同用戶需求進行設計創新。

1 相關理論概述

1.1 用戶需求

用戶需求作為產品設計的驅動力，貫穿于產品設計的整個過程中。早在20 世紀70 年代，日本學者Kano 提出了用以表示產品與消費者需求之間關系的KANO 模型

。國內外專家學者紛紛對用戶需求展開了不同角度的研究，Kumar 等從用戶行為角度出發，研究用戶需求

；王美清等研究了用戶需求與產品質量間的映射關系，以ANP 法確定了用戶重要度，使在產品質量間的映射更加客觀

。

產品設計的前提和基礎是充分考慮用戶的物質需求和精神需求，并分析產品的相應使用對象、使用功能和使用環境

。隨后從不同維度對產品進行全方位解析，包括形態、色彩、材質、功能等。對用戶的潛在需求進行調研以明確用戶的真實需求，并依托層次分析法對各需求進行優先級排序，劃分需求等級。

1.2 FAST 功能樹

功能系統技術法又稱FAST（Function Analysis System Technique）法，是一種具有高度邏輯層次關系的一種研究方法，采用自上而下的形式體現產品整體的功能架構。建立FAST 功能樹的基礎是先建立關于產品的黑箱，即將設計重點集中在產品功能上，無法看到內部結構的黑箱模型。一方面，各局部功能圍繞滿足整體功能展開，在質量與整體功能上嚴格服務于整體功能，保證各局部功能的高度有效性與完整性；另一方面，尋求各局部功能形成的可替代性，在滿足整體功能的前提下，降低一定的設計生產成本，建立功能與成本的良性關系

。如圖1 所示，FAST 功能樹從基本功能出發，針對每個功能提出解決方法。

2 多關節主被動訓練儀產品概述

多關節主被動訓練儀是能夠進行主、被動，上、下肢功能訓練的運動型康復醫療設備。主要包括顯示器、主機、上肢訓練部分、下肢訓練部分、腿部固定裝置（立桿、綁帶）、腳踏板、急停按鈕等。內置電機可以維持與上下肢相符的扭力，通過電機設置運動模式帶動使用者的四肢，刺激肌肉運動進行主被動訓練。多關節主被動訓練儀能夠在一定程度上刺激神經組織，促進使用者的肢體血液循環，使關節更加靈活，四肢功能更快恢復。

3 基于FAST 法的多關節主被動訓練儀設計流程

3.1 收集用戶需求

黑箱模型又稱“經驗模型”，是指根據“輸入—運行—輸出”的模式建立起難以描述事物內部運動規律的功能模型，如圖2 所示。產品功能是物質、能量、信息等物理特性間轉換的結果，把產品抽象為一個黑箱，通過聚焦黑箱模型，物質流、能量流、信息流的輸入與輸出可將設計需求有效轉化為設計技術方法。

1）人機工學角度：顯示屏采用可旋轉裝置固定；上肢訓練機構中調整手托位置與使用者的距離；主機架部分采用可升降裝置靈活調整機身高度；顯示屏采用可旋轉裝置固定；調整下肢機構中內部阻尼與外部空間布置的距離，將足托根據下肢訓練機構位置重新進行定位。

建立肢體障礙患者使用多關節主被動康復訓練儀時的黑箱，如圖3 所示。由該黑箱模型可知，利用黑箱將肢體障礙患者對多關節主被動訓練儀的需求轉換為設計中的技術要素，并將多關節主被動訓練儀的物質、能量、信息轉化為肢體障礙患者所希望的輸出。在能量流方面，多關節主被動訓練儀需要滿足患者上下肢給予的作用力，及時引導肢體的作用方向并掌握其關節活動度，因此，通過黑箱將其轉換為主被動模式、雙向運動并附有痙攣管理系統；在物質流方面，上下肢關節部位和身體作為該模型中兩個重要的物質在加工后保持不變；在信息流方面，肢體障礙患者在使用多關節主被動訓練儀時會產生多樣的需求，經過黑箱加工后需求信息反饋出來會發生變化，主要變化在改善舒適感方面起到了重要作用。由此得出，該產品設計前期的重點是信息流的加工，即整合功能、調節部件、改善其安全性和舒適性等方面。

3.2 確定需求權重

用戶需求的優先級排序是構建產品功能模型的關鍵步驟，同時也是進行多關節主被動訓練儀造型設計的重要依據。將多關節主被動訓練儀的用戶需求利用層次分析法的分析，將調研問卷設置為9 個維度，通過15 名使用者評分，根據多關節主被動訓練儀各需求指標權重，建立起判斷矩陣并計算用戶需求權重。依據重要程度將用戶需求分為關鍵需求、重要需求和一般需求三個階段，為后續多關節主被動訓練儀設計提供了方向。得出結果：在關鍵需求中，功能性占第一位，易用性權重值相對較高；在重要需求中安全防護、警示性權重值較高；在一般需求中，美觀性權重值較高。排序結果，如表2 所示。

在多關節主被動訓練儀FAST 功能樹中，將主被動訓練作為該產品的基本功能定位于功能樹中功能需求下的第一行第一列；在次級功能中，人機工學是安全需求的重要影響因素，位于第一行第二列；在舒適美觀性中需要考慮綜合因素，因此將其作為第二個次級功能，位于第一行第三列。

3.3 建立黑箱模型

對包括使用者、產品相關設計師、工程師及市場人員等在內的群體，通過采用訪談與問卷調研等方式獲得相關需求，最終篩選合并得到11 項用戶需求，對各項用戶需求進行描述，如表1 所示。

依據馬斯洛需求層次理論可知，人們在滿足低層次的需求后，便會追求更高層次的需求。在產品設計中，如何較為合理地滿足用戶各層級的需求變得至關重要。文章在對用戶的生理特征、心理特征及產品的生產條件、使用環境等方面進行詳盡分析的基礎上，結合馬斯洛需求層次論，將多關節主被動訓練儀需求分為一般需求、重要需求和關鍵需求三個層次。

無機化學是一門以實驗為入手和學習的一門課程，在理論課后要用實驗去鞏固所學習的知識，在做實驗的過程中，需要向學生灌輸認真細致的實驗態度，追求實事求是的結果。實驗可以檢驗課本所教授的知識，同時可以強化理論的學習，鞏固理論知識。

3.4 創建FAST 功能樹

根據用戶需求權重結果，將多關節主被動訓練儀需求進行分析匯總并映射到功能上，按照FAST 功能樹建立系統功能，探討多關節主被動訓練儀設計中各子功能與基本功能之間的關系，確定功能需求、安全需求、舒適美觀性作為多關節主被動訓練儀設計的主要因素。在主要因素基礎上對功能需求進行細化，從局部到整體進行設計開發，以此建立新的產品概念。得到多關節主被動訓練儀FAST 功能樹，如圖4 所示。

本次研究結果顯示，術前超聲誤診良性結節3個，誤診甲狀腺癌6個，超聲診斷甲狀腺癌的靈敏度為70%，特異度為92.5%。甲狀腺癌的聲像圖特征表現較為復雜，即便相同病理類型也會有不同的聲像圖表現，不同病理類型也會出現相同的聲像圖表現，因此甲狀腺癌的臨床診斷中，應綜合考慮超聲聲像圖表現的各項指標，這就需要從結節數量、形態、邊界、回聲強度、回聲均勻、微小鈣化、腫大淋巴結、Ⅲ型血流、囊變多個方面來進行綜合鑒別。

（1）單列“稅金及附加”總賬科目，并在“業務活動表”中單列“稅金及附加”項目，以核算、列示民非組織計提的各項流轉稅、附加稅及其他稅費。

殷明雙手緊緊扣著坑沿的泥土，雙腿懸空著，似乎都能感受到蛇信子舔著自己的鞋底了。他仰起頭，女友秦容冷冷站在坑邊望著他。扭過頭，另一邊站著自己的室友鄭云濤和向華杰，大笑著，看著他指手畫腳。他想喊救命，可是嗓子眼似乎被堵住了，一點聲音都發不出來。他的臉因為恐懼扭曲得幾乎變了形，他奮力地想爬出去，雙手卻越來越無力。終于，他滑了下來，墜向無底的深淵……

將各設計方案綜合考慮用戶需求反饋、設計可行性、生產難度、企業成本投入及社會效益等因素后，經過草圖方案推敲、三維建模及渲染得出具體設計方案（如圖5）。主要創意點為：

4 基于FAST 法的多關節主被動訓練儀設計實踐

4.1 建立設計要素矩陣

根據多關節主被動訓練儀FAST 樹中各項功能與子功能的關系，從使用功能、安全需求和舒適美觀性三個方面展開思維發散，利用頭腦風暴、創意整合等方式與現有產品實際問題相結合，充分考慮使用者的需求，針對單項功能提出技術方案，將各技術方案進行整合，得出多種整體設計方案，選取最佳方案。因此，設計要素矩陣的建立可以更方便地選取和分析最佳設計方案。多關節主被動訓練儀形態矩陣，如表3 所示。

多關節主被動訓練儀主要由顯示屏、上肢訓練機構、主機架、下肢訓練機構及底部支架五大部分組成。表3 中設計要素矩陣主要針對功能樹中該產品各級子功能提出設計方案。

4.2 多關節主被動訓練儀方案設計

通過對第1 行中的各項功能進行分解，并結合使用者的實際需求對產品進一步細化，可以得出主、被動運動是多關節主被動訓練儀正常運行的關鍵。在功能需求方面：將主動運動與被動運動作為肢體康復訓練模塊的子功能模塊。另外，設置時間和配速也是影響用戶操作精度的重要因素，因此亦歸屬在使用產品模塊中；在安全需求模塊方面：結合產品設計中的人機工學理論，分析得出防碰撞、防痙攣、急停裝置、故障警示、結構布局等關系到使用者操作安全的子功能；在產品的舒適美觀性方面：為保證使用產品的舒適性和便利性，可以根據用戶的需求分解出視覺形態、色彩感知、方便操作、互動游戲、娛樂作業和情感體驗等綜合因素作為子功能。

《烴加工》雜志近日發布了10個入圍2018年“頂級項目獎”的提名。其中，煉油項目4個，石化項目6個。“頂級項目獎”由《烴加工》每年評選，今年入圍的10個提名項目的總投資達到800億美元，舟山煉化一體化項目和遼寧石化一體化項目入圍石化項目提名。這些項目在資本投入、滿足國家和區域的市場需求以及復興煉油化工行業等方面起到了重要作用。除遼寧和舟山項目外，來自阿曼、俄羅斯、美國、沙特、埃及、尼日利亞和加拿大的煉化項目入圍。

2）形態設計方面：為用戶安全考慮以達到防碰撞的目的，在造型設計中，上肢訓練機構采用四邊形并做圓角處理，組合以穩固的方管型主機架、圓形下肢訓練機構、不易產生晃動的工字型底盤，曲線具有緩和作用，給人以親近的感覺。

3）色彩搭配角度：主體顏色選取給人安全感的白色；底座以深灰色點綴，加強該產品的穩重感；把手與足托位置選用黑色強調上下肢訓練的功能；機身裝飾用橙色能夠拉近使用者的距離，避免醫療器械的冰冷感。

5 結語

文章首先利用層次分析法將用戶需求整合得出功能需求、安全需求和舒適美觀性三個重要影響因素。然后通過建立黑箱模型，得出該產品的設計重點，利用FAST 功能樹有效地界定出該產品各功能之間的相互關系，得到多關節主被動訓練儀相關設計的可行性因素，建立設計要素矩陣。最后經過最優組合得出設計方案，驗證了該流程的可行性，從而指導了多關節主被動訓練儀設計。FAST 功能技術分析法在運動康復類產品設計中的應用，能夠充分考慮用戶的使用需求，真正從用戶角度尋找設計的出發點。從而為用戶帶來更好的使用體驗，促進康復醫療類產品的換代升級，為企業和設計師提供新的設計方向。

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