基于可拓學與TRIZ理論的老年人醫療床設計

■王 彬，余國偉，嚴立豐，張 揚 Wang Bin & Yu Guowei & Yan Lifeng & Zhang Yang

(1.湖南工程學院設計藝術學院，湖南湘潭 411104；2.杭州定川信息技術有限公司，浙江杭州 310020；3.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020）

根據國家統計局2021年公布的數據顯示，當下我國老年化人口占比已達14.8%，社會老齡化的加深在一定程度上推動養老上下游產業鏈的進一步發展，根據天眼查、企查查等官方數據統計顯示，我國以養老服務為主營業務的相關企業已經呈現出倍數級增長現象，養老的萬億藍海市場已然已經得到資本市場的青睞。而老年人醫療床作為輔助老人日常活動的產品，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“家庭養老床位”納入監管，并先后在不同地區投資總計50億元來推動“家庭養老床位”的改革與建設。

目前業內學者對于醫療床的設計研究主要分為三類：一是對醫療床特定結構或技術的改造，以實現或優化某種特定的功能，如呂志煒[1]等人對醫療床的結構進行改進與設計；二是結合某種單一理論或方法實現醫療床的再設計，如周志勇[2]在感性工學的基礎上探索醫療床設計的新形態；三是對醫療床的造型進行優化設計，如鄔琦姝[3]關于醫療床的造型設計研究。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。醫療床設計作為一項系統性工作，對于用戶本身及其相關需求不應該只從單一維度進行考慮，而應該是多維度的知識重組與整合研究。

可拓學具有廣泛性與一般性的特點，TRIZ理論則實踐性較強，將可拓學與TRIZ理論的優勢結合使用，不僅能夠從設計的底層邏輯去研究出關于解決痛點問題的一般性解法，同時結合TRIZ的實踐性，能夠讓理論層面的分析更易于落地。

1 可拓學與TRIZ理論

1.1 可拓學

可拓學[4]始于1983年我國研究員蔡文創立的學科，其主要運用數學的語言、符號、數字等方式量化矛盾問題，基于具體的數量指標，運行一定的計算規則，以此尋找解決問題的突破口，使得原本抽象且復雜的問題邏輯化。基元理論是可拓學理論的邏輯細胞，其主要通過用數學語言表達的方式將所有的事情進行數字化，規范化，以建立可拓模型。其中一般用物元M、事元A、關系元R進行表示[5]。具體建模形式如下：

關聯函數[6]是可拓學中用以確定事物之間是否存在矛盾問題的量化計算方式，其主要通過分析事物之間的特征關系，以此來構建相應的函數類型，用量化數據的方式確定問題的存在性。可拓關聯函數一般有三類，其中，離散型關聯函數主要針對的是對象特征是非數值的形式，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上總結出的用于解決工程問題的實用型理論工具。TRIZ理論的技術矛盾解決原理，其實主要是通過定義矛盾的類別，然后根據TRIZ理論所提供的不同求解工具對矛盾進行過程求解，再根據TRIZ理論提供的發明原理，進而確定能夠解決矛盾的發明原理，依據不同行業的標準，得到一類標準解，再結合具體工程，得到初步方案。

2 醫療床用戶矛盾需求確定

2.1 用戶基本需求的獲取

2.1.1 設計KANO模型問卷

通過對當下三甲醫院的老年人關于醫療床的調研與訪談，獲取用戶的原始目標需求。KANO問卷調研設計時，從同一指標的相反維度去設計[8]，即受訪者在面對同一需求時，應回答滿足該需求及不滿足該需求時兩個維度做出回答。KANO問卷設計如表1所示。

表1 KANO問卷設計

2.1.2 KANO模型問卷數據獲取

依據KANO模型設置的正反向五個回答，最終會得到5×5個問卷結果。按照正反向回答，依據KANO模型對設置的指標需求屬性進行分類，如表2所示，為KANO模型需求屬性分類。

表2 需求屬性分類

本次調查向滁州市第一人民醫院住院老人共發放了150份問卷，并對其進行全部回收（表3）。本次問卷從醫療床的功能、材料、結構、色彩、情感五個維度出發，共設置了25個需求指標，受訪老年人分別KANO模型設置的五個選項中對指標需求的正負問題進行回答，根據公式（1）和公式（2）計算出betterworse系數值，以此來定義該項指標的KANO屬性。

表3 問卷統計結果

2.1.3 醫療床用戶基本需求確定

根據KANO模型問卷調查結果顯示：醫療床消費群體的必備需求為醫療床的起背功能、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構；色彩以冷色調為主；價格一般。期望需求時產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；材料上表現為鋼管與ABS材料、塑鋼、實木的組合；色彩偏向中色調與暖色調；情感傳遞傾向產品帶來的歸屬感與溫暖感；價格層面，更青睞低價的產品。考慮到醫療床消費群體的弱勢特征，專家組決定在必備需求的基礎上，優化魅力需求與必備需求的整合，最終確定優化確定的需求為：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；結構上為可拆卸；材料上采用鋼管與其他材料組合的方式；色彩以暖色調為主；情感體驗上實現歸屬感與溫暖感；價格上以低價為主。具體需求如表4所示。

2.2 醫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的目標需求進行可拓建模，即：

表4 用戶需求

其次定義現有醫療床M2，通過對高、中、低三擋的老年人醫用護理床的網絡調研，具體信息如表5所示：

表5 高、中、低醫療床信息

定義目標功能需求為F1，則目標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建立關聯函數:以最優點x0=1000，正域X0=<1000,+∞> ，建立簡單關聯函數：

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

其次，對核問題P1建立關聯函數：對歸屬感賦值<1,5>分，溫暖感賦值 <6,10>分，即目標情感值域為<1,10>分。以最優解x0=6，正域X0=<1,10>建立關聯函數：

根據賦值規則，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 醫療床解決方案設計說明圖

最后，對核問題P2建立關聯函數：賦值色彩目標需求暖色調為正域X=<2,8>，暖色調中的部分色彩為標準正域X0=<4,6>；賦值其他相關色彩為不可接受至可接受之間的過渡負域 X =<0, 2> <8, 10> ，所以X =<0, 10> , 設點 x=9，則建立關于色彩的關聯函數為:

由上式k(x)＜0可知，問題P2也為不相容問題。

綜上所述，分析目標需求G與現有條件L之間的矛盾問題，通過構建問題關聯度函數，確認問題為不相容問題，得到可拓問題集{p0, p1, p2} 。

3 醫療床矛盾需求的求解

3.1 技術矛盾需求求解

問題P0在于用戶期望滿足目標功能，但由于資金限制，根據現場用戶調查得知又不期望價格超過1000元。但市場滿足用戶目標功能需求的醫療床產品均超過1000元，因此形成功能多樣化與價格之間的矛盾問題，優化產品價格成為本次問題的核心點。綜上分析可知，在醫療床產品系統內，的優化，會導致價格的持續增高，即的持續惡化，由此可將與的矛盾問題轉化為TRIZ理論中技術矛盾。針對P0問題，根據TRIZ理論提供的39個工程參數，確定與分別對應26號參數：物質的數量，與31號參數：物體產生的有害因素。根據矛盾矩陣查詢26×31對應的發明原理為:29、1、35、27，即M26-31={29 1 35 27}。根據TRIZ提供的發明原理，選用最適用解決矛盾問題的原理27，即可以對在保留醫療床功能多樣性的前提下，通過更換醫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明原理。

表6 解決矛盾問題發明原理

3.2 物理矛盾需求求解

問題P2在于用戶期望獲得暖色調的醫用護理床，但實際情況是，根據行業標準及材料屬性市面上醫療床的色調以冷色調為主。解決該問題在于，一是需要保證產品傳達出暖色調的屬性；二是需要保證不違反行業標準，即保留冷色調。綜上，得出結論是醫療床需要同時具備兩種相反的屬性，即：暖色調與冷色調并存。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。根據問題的核心要素，即暖色調與冷色調全部保留，則選擇整體與局部原理進行解決，即對醫療床的色彩設計，部分采用暖色調，部分采用冷色調，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在于現有的醫療床無法滿足老年人對于情感的訴求。根據實地調研、訪談，發現由于子女忙于工作，老年人對于親情十分渴望。因此P1涉及到了設計師、醫療床（產品賦能情感化）及老年人三者之間的關系，設計師需要通過醫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]對其進行分析。即S1為設計師，S2為老年人用戶，F為醫療床的情感賦能。根據老年人的心理需求是期望得到親人、子女的關心問候或與其相見，因此我們可以通過增加場F1的手機支架功能F2，并增加相關視訊工具F3，例如：手機、平板等。如圖1所示為P1問題的物場分析。

4 醫療床設計實踐

4.1 醫療床設計問題解決思路

老年人醫療床的設計，應該綜合考慮根據KANO模型獲取的目標需求，包括功能滿足日常曲腿、翻身等需求，結構符合可拆卸結構，組合材料，暖色調，且富有歸屬感與溫暖感，還要價格便宜。同時，需要將TRIZ理論解決的三大矛盾問題的標準解應用至方案構思之中，并結合用戶體驗設計的原則，針對當下失能老年人進行醫療床設計。只有在滿足基本需求及基礎上，解決用戶矛盾問題，并結合設計方法學對醫療床進行設計開發，才能真正設計出滿足用戶需求的產品。具體思路如圖2所示。

4.2 標準解設計方案

根據KANO模型獲取的用戶需求及可拓學與TRIZ理論獲得的求解結果，首先構思出標準解在設計方案中的體現，如表7所示。

表7 老年人醫療床標準解方案構思

依據用戶體驗設計[11]的原則，從產品的功能、材料、結構、色彩、情感、價格六個方面，綜合考慮，進行老年人醫療床的設計方案的推敲。方案的推進必須滿足設計計算的設計指標，且必須能夠符合解決用戶矛盾的條件，其中有一項不成立，則該方案不成立，繼續推敲。只有當滿足用戶目標需求及解決用戶目標需求與現存條件之間的矛盾時，才符合基于可拓學與TRIZ理論二者方法在不同產品設計階段的應用性實踐[12]。如圖3所示為醫療床設計效果圖，如圖4所示為醫療床解決方案設計說明圖。

5 結語

通過對可拓學及TRIZ理論的體系結構及應用方法研究，確立了基于二者理論的產品設計新方法，并結合用戶體驗設計原則，進行老年人醫療床設計實踐，設計結果證明基于此方法能夠系統性的分析老年人關于醫療床的相關需求，并為其精準解決相關矛盾需求問題。本次研究結果一方面能夠為當下市場的產品設計流程提供一定的借鑒意義，加快產品設計程序的變革；另一方面能夠為其他學科的理論研究提供“整合研究”的新思路，對其具備一定的指導意義。