基于AHP、QFD 與AD 的居家適老座椅設計研究

戴宇軒，章彰，陳寧峰，唐琳

（1.華東理工大學，上海 200237；2.紅星美凱龍家居集團股份有限公司，上海 201106）

截至2019 年底，全國60 歲以上老年人口高達2.54 億人，約占總人口數的18.1%[1]。隨著人口老齡化加劇，設計符合老年人身心需求的家具是提高老年人居家生活質量的關鍵。目前居家養老是我國最主要的養老模式，還包括機構養老模式、混合型養老模式[2]。本研究主體為65～75 歲的老年用戶，該類用戶擁有一定的自主活動能力，身體機能正在逐步衰退，坐起過程中存在一定困難，需要借助支撐完成相關活動。相關家具最為貼近老年人的日常生活，能夠輔助完成相關活動[3]。但目前市面上的輔助座椅都過于笨重，體量感較大，機械冷冰[4]，容易引起老年人內心情緒波動，甚至產生自卑、失落或孤獨感[5]。本研究運用定量與定性相結合的方式，探索滿足人機功能顯性需求及用戶心理隱性需求的居家座椅。

1 用戶需求分析

本階段對現有適老化家具產品進行分析并查閱了相關文獻，為進一步了解目標用戶需求，研究人員前往上海桂林公園、徐匯斜土路敬老院進行實地調研。通過實地訪談目標年齡層的老年人，對市面上現有的適老化產品以及居家養老家具的使用體驗進行分析，著重觀察目標老年人與桌椅的交互關系[6]。繪制15 位老年用戶的任務畫像，并通過綜合分析上述老年用戶畫像的交互體驗感受，得到適老化座椅的用戶需求。

圖1 適老化座椅用戶需求圖Fig.1 Hierarchy diagram of target user requirements

2 基于AHP、QFD 及AD 的適老化座椅設計流程

2.1 AHP 方法概述

AHP（Analytic Hierarchy Process）最初由匹茨堡大學的美國運籌學家薩蒂教授于1971 年提出。通過將決策問題相關因素逐級分解，對相關決策進行分析[8]。在與人體相關的產品設計中，AHP 常用于構建相關因素之間的層次結構、判斷矩陣，繼而求出相應層級中各類需求因素所對應的權重，最后經過綜合分析求出總體目標的綜合權重。

2.1.1 基于AHP 的用戶需求權重分析

AHP 根據相關需求之間的重要程度，構建比較判斷矩陣并進行一致性檢驗，得出不同需求層所對應的權重值。薩蒂教授對目標用戶需求的準則層與指標層進行相互比較，提出9 個重要性等級[9]。根據指標層相對重要性程度，采用二元對比法對同一層的指標進行互相比較并賦值，相關重要性比較數值由1～9 及非零數值對應倒數組成[10]。

本文針對目標用戶需求指標設計AHP 調查問卷。邀請5 位設計相關從業人員和15 位工業設計領域專家對所整理的需求進行兩兩比較，請他們對上述適老化座椅相關需求進行對比打分，并構建相關判斷矩陣：

2.1.2 適老化座椅用戶需求權重分析

本階段通過實地用戶訪談以及對適老化產品的整理分析，收集到適老化座椅的用戶需求，運用AHP層次分析法對適老化座椅的用戶需求進行權重分析。首先邀請20 位專家對適老化座椅相關需求進行9 個重要性等級的比較評價，將評價后的結果構建相關判斷矩陣，通過歸一化處理得到適老化座椅一、二級指標，以此計算判斷矩陣用戶需求的權重值，如表2—表7 所示。

表1 判斷矩陣RI 值Tab.1 Judgment matrix RI value

表2 一級指標判斷矩陣Tab.2 Primary indicator judgment matrix

表3 外觀需求所屬二級指標判斷矩陣Tab.3 Judgment matrix for secondary indicators of appearance requirements

表4 功能需求所屬二級指標判斷矩陣Tab.4 Judgment matrix for secondary indicators of functional requirements

表5 價格需求所屬二級指標判斷矩陣Tab.5 Judgment matrix for secondary indicators of price demand

表6 操作需求所屬二級指標判斷矩陣Tab.6 Judgment matrix for secondary indicators of operation requirement

表7 心理需求所屬二級指標判斷矩陣Tab.7 Judgment matrix for secondary indicators of psychological needs

表8 最大特性值Tab.8 Maximum characteristic value

圖2 用戶需求權重優先級圖Fig.2 User demand weight priority

2.2 QFD 方法概述

日本教授赤尾洋二和水野滋于20 世紀60 年代末提出QFD（Quality Function Deployment），即質量功能展開方法。通過不斷修正，質量功能展開（QFD）能夠不斷明確顧客需求和需求的過程，并將這些需求轉化為技術特征，使每個功能領域和組織層面都能理解，從而實現對目標的改進[11]。質量屋是質量功能展開方法的核心要素，包括目標用戶需求、相關設計需求、目標用戶需求、相關設計需求的關系矩陣等[12]。本方法能夠保障最終產品滿足用戶需求。

2.2.1 基于QFD 的設計需求分析

在QFD 方法中，設計需求是構建質量屋模型的核心組成部分[13]?；谟脩粜枨蠹斑m老化座椅的產品特性，對適老化座椅的相關設計需求進行綜合分析，從外觀需求1E、功能需求2E、操作需求3E、人機關系E4四個方面分析得到適老化座椅的設計需求，適老化座椅設計需求見表9。

表9 設計需求Tab.9 Design requirements

2.2.2 適老化座椅設計需求權重分析

通過層次分析法得到的目標用戶需求權重值，建立適老化座椅設計需求質量屋，根據20 位專家小組對用戶需求(UR) 及設計需求(DR) 之間關系的分析，得出關系矩陣E，如表10 所示。

表10 目標用戶需求——設計需求關系矩陣Tab.10 Target user needs-design demand relationship matrix

將計算得出的相關設計需求重要程度經規范化后排序如圖3 所示，根據適老化座椅功能需求的優先級構建功能需求模型，主要功能需求模型由便于清理、輔助坐立、搬運便捷、坐壓分布、材料工藝、安全防護組成。

圖3 設計需求權重優先級圖Fig.3 Design requirement weight priority

2.3 AD 方法概述

AD（Axiomatic Design）由美國麻省理工學院Nam Pyo Suh 教授于1990 年在著作《The Principles of Design》中提出[14]。AD 旨在將用戶需求映射到相關域值中，通過公理化設計為設計師構建最優解。

2.3.1 基于AD 的設計參數分析

對QFD 中權重相對較高的相關設計需求進行定義并對應功能域中的功能需求(FR) ，與滿足適老化座椅具體功能需求的設計參數(DP) 構成對應物理域，繼而檢驗設計矩陣是否滿足獨立性公理[15]。

設計矩陣Gij中通常用1 或者0 表示二者之間的關聯程度，1 表示強相關，0 表示弱相關；當設計矩陣Gij為對角矩陣或者三角矩陣時，設計矩陣滿足獨立性公理，可以繼續進行設計研究；反之為一般矩陣時，則不滿足獨立性公理[16]。因此，需要對適老化座椅的功能需求與設計參數進行調整。

2.3.2 適老化座椅設計參數分析

基于質量功能展開法計算得到重要程度較高的設計需求，將其確定為適老化座椅的功能需求。針對各項適老化座椅功能需求，結合20 位專家小組的設計意見，制定出滿足相應設計需求的適老化座椅設計參數，適老化座椅功能需求與設計參數如表11 所示。

表11 適老化座椅功能需求與設計參數對照表Tab.11 Comparison table of functional requirements and design parameters for seats for the elderly

設計矩陣G為對角矩陣，屬于非耦合設計，滿足獨立性公理，故所提出的設計參數相對合理，可以為后續設計提供支撐依據。

2.3.3 適老化座椅設計最佳方案選擇

表12 各設計參數的信息量 Ii Tab.12 Amount of information of each design parameter Ii

由Ii值可知，在坐墊裝置設計參數中，防褥瘡凝膠坐墊的設計方案信息量較??；在搬運裝置設計參數中，抓握搬運裝置的設計方案信息量較少，因此防褥瘡凝膠坐墊、抓握搬運裝置的組合設計方案信息量最小，與其余設計參數結合后為最佳設計方案。

3 適老化座椅功能定位及設計實踐

3.1 產品功能概念矩陣

基于上述方法得到的設計方案，進行適老化座椅設計實踐。針對6 種設計參數，提出17 種設計功能概念結構，繼而進行產品功能概念矩陣篩選，如表13 所示。

表13 產品功能概念矩陣Tab.13 Product function concept matrix

對于適老化座椅服務居家養老模式下的老年人群體，由上述構建的產品功能概念矩陣分析可得：在半開放系統中，選取半包圍形式的結構，便于老年人對椅子進行清掃打理。老年人坐起的過程中，通常需要家屬進行攙扶，為了滿足老年人獨自坐起的需求、克服對機器的恐懼心理，舍棄了將整個座椅抬起的形式，選取了僅將坐墊抬起的設計方式。因為座椅在日常生活中存在移動需求，為實現搬運功能，因此在減輕座椅自重的同時，舍棄了傳統木制結構的抓握扶手，選取了皮質軟抓握搬運結構。膝腘窩支撐裝置舍棄復雜曲面轉折的形式，選取符合老年人坐姿形態的最簡支撐方式，滿足了老年人對于簡約生活的心理需求。防褥瘡凝膠坐墊選取了散熱性較好的凝膠材質，當老年人久坐時，凝膠坐墊分散坐壓，臀部熱量、濕氣得以及時散出，避免產生褥瘡。老年人在居家生活中，更傾向于有包裹感的居家產品，因此在防護系統的設計中，通過限制老年人橫向移動，從而實現防護安全。

3.2 適老化座椅設計方案

基于AHP、QFD、AD 方法對適老化座椅功能的篩選，結合目標用戶的需求以及專家小組的建議，完善適老化座椅的設計研究。通過與人機工程師的探討，以男性老年人群體為例，計算滿足目標人體尺寸的適老化座椅尺寸范圍[18]。其中目標老年人群體的第95 百分位數人體坐高、小腿加足高和坐姿肘高尺寸數據分別為：909 mm、432 mm、291 mm；所對應的適老化座椅靠背高度、座面高度和扶手高度尺寸范圍分別為：849～889 mm、435～458 mm、291～309 mm[19]。

繼而進行居家適老座椅的電腦3D 建模、渲染，最終設計方案如圖4、圖5 所示。

圖4 適老化座椅效果圖Fig.4 Effect picture of suitable aging seat

圖5 適老化座椅效果圖（輔助坐起）Fig.5 Effect picture of suitable seat for the elderly (assisted sitting up)

該設計方案以木材作為座椅主框架，坐、靠墊選取淺棕色絲絨布料，烘托了溫馨的生活氛圍。借助藤編半包裹圍欄，在確保透氣性的同時營造出包裹感，給老年人一種視覺和心理上的安全感，靠背貼合人體脊柱曲線，為老人的后腰提供依托，減少久坐疲勞感。座面部分的輔助起身結構為物理結構，老人準備起身時大腿前部用力，整個坐墊同時上抬，為老人起身提供助力，同時使用了防褥瘡的新型材料，在一定程度上為久坐老人減輕了褥瘡的傷病困擾。

4 結語

隨著全社會老齡化問題的出現，老年人養老已經成為眼下及將來不可規避的社會難題之一。本研究以適老化座椅為研究目標，綜合分析適老化家具市場的產品并明確設計缺口，實地訪談挖掘用戶需求，引入AHP、QFD 和AD 創新研究方法，產出設計參數，構建產品功能概念矩陣，篩選設計功能概念結構，最終得到適老化座椅設計方案。本研究借助創新理論研究方法進行適老化座椅功能篩選，最終的設計方案，為今后適老化座椅系列產品提供了一定的參考依據。由于受到客觀因素的限制，后續將在用戶訪談與專家小組測評過程中擴大人員數量，補充更多研究數據以保障結果的客觀性，增加相關坐起輔助實驗，進一步完善居家適老座椅的設計研究。