邊佳思 胡文杰 韓志偉

摘要：本文通過系統(tǒng)論方法，結(jié)合老年人產(chǎn)品的相關(guān)文獻(xiàn)、市場現(xiàn)有調(diào)查，分析老年人在如廁過程中整個系統(tǒng)各因素之間相互的聯(lián)系，進(jìn)行有機(jī)整合，提出適合的創(chuàng)新設(shè)計方案。該老年人如廁助力裝置創(chuàng)新設(shè)計不僅提升了老人使用的舒適度及安全性，且裝置為純機(jī)械手動結(jié)構(gòu)、裝卸簡單，更具經(jīng)濟(jì)性和普適性，契臺了當(dāng)前中國家庭對老年人如廁助力裝置的需求點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)論;老年人;如廁助力產(chǎn)品;創(chuàng)新設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）04-0076-03

我國老齡化進(jìn)程加快，老年人口的比例持續(xù)增大，預(yù)計到2050年將達(dá)到38.6%[1]。在此背景下，養(yǎng)老問題應(yīng)得到足夠關(guān)注。衛(wèi)生間是老人經(jīng)常發(fā)生事故的地點(diǎn)，如廁又是老人在衛(wèi)生間進(jìn)行的一項主要活動。圍繞該活動，針對性地設(shè)計出符合我國家庭生活需求的老年人如廁輔助產(chǎn)品，能有效提升老人在生活中的幸福感，使其充分感受到全社會對老人群體的關(guān)懷與關(guān)注。

1 系統(tǒng)論概述

系統(tǒng)一詞源于古希臘語，意思是由部分組成整體。系統(tǒng)論最初的定義是相互聯(lián)系相互作用的諸元素的綜合體，但由于它涉及較多領(lǐng)域，后面對其定義也各有不同，所以出現(xiàn)了一般系統(tǒng)論來總的概述系統(tǒng)的共性，其定義為：由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體[2]。它包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能這四種概念，以及由這四種概念組成的要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三種關(guān)系，主要用于研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律。系統(tǒng)論的基本原理主要是整體性原理、相關(guān)性原理、層次性原理、目的性原理，其主要思路是把研究對象當(dāng)作一個系統(tǒng)，并對系統(tǒng)中的系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系進(jìn)行分析，以此來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的優(yōu)化。

2 老年人如廁助力產(chǎn)品的現(xiàn)狀

在老齡化程度較高的美國和日本，老年人專用的衛(wèi)浴產(chǎn)品已普及化，而我國由于傳統(tǒng)觀念、政策法規(guī)、市場導(dǎo)向等因素，針對老年人衛(wèi)浴產(chǎn)品市場的發(fā)展停滯不前，存在著較大空缺。針對如廁助力的產(chǎn)品，多數(shù)都是對馬桶進(jìn)行再設(shè)計，結(jié)合助力系統(tǒng)與數(shù)字信號傳輸技術(shù)以達(dá)到輔助老人起身與坐下的效果，但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高昂的馬桶與老年人的養(yǎng)老理念相矛盾，而脫離馬桶進(jìn)行設(shè)計的如廁助力裝置卻相對占少數(shù)[3]。

在老年人如廁助力裝置這方面的產(chǎn)品，市面上主要分為兩大類，一類需要動力源作為支撐，另一類無需動力源作為支撐。第一種如廁助力器主要通過電機(jī)推動氣缸的方式將如廁后的老人從墊圈上緩緩抬起，如圖1所示。其優(yōu)點(diǎn)是完全由電機(jī)提供動力，對于坐下及起身老人無需自行發(fā)力，運(yùn)行穩(wěn)定;而缺點(diǎn)是售價高、需要在浴室潮濕外接電源、容易造成損壞、不可中途停止、墊圈結(jié)構(gòu)的固定影響其他人正常使用馬桶等。第二種如廁助力器主要是一種支架結(jié)構(gòu)，老人如廁后需要自身發(fā)力并依靠支架的支撐起身，其形式主要有扶手和助力支架，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)是售價低、結(jié)構(gòu)簡單、移動方便，不妨礙其他人正常使用馬桶;缺點(diǎn)是老人完成坐下及起身行動需要自身發(fā)力，對膝蓋并沒有起到保護(hù)作用。

對于居家養(yǎng)老的老年人來說，他們需要的應(yīng)該是一款安全、穩(wěn)定、操作簡單且價格適中具有普適性的如廁助力裝置來解決他們在如廁過程中坐下與起身困難的問題。

3 基于系統(tǒng)論的老年人如廁助力產(chǎn)品設(shè)計的意義

由前文的市場現(xiàn)狀可知，市面上關(guān)于老年人如廁助力方面的產(chǎn)品，主要存在形式為價格昂貴的液壓式助起設(shè)備與價格低廉但安全性與穩(wěn)定性較低的輔助支架。這些產(chǎn)品中的大多數(shù)在設(shè)計時都只是片面地關(guān)注功能的實(shí)現(xiàn)、理想狀態(tài)下的使用體驗(yàn)等，對于產(chǎn)品的使用環(huán)境、用戶的心理需求、操作的合理性、容錯機(jī)制等方面完全沒有考慮。所以這類產(chǎn)品放在實(shí)際生活中使用會出現(xiàn)很多這樣那樣的問題，市場反饋并不好。只有將老人如廁這一活動置于一個系統(tǒng)中，從系統(tǒng)論的角度分析，將設(shè)計部分聯(lián)系有序集合，各部分功能相互有機(jī)整合，構(gòu)成完成特定目標(biāo)的產(chǎn)品，根據(jù)老年人的生理及心理特性，以設(shè)計出更為符合我國家庭需求的老年人如廁助力裝置，對改善老年人的如廁問題具有一定的意義。

4 老年人如廁助力產(chǎn)品的系統(tǒng)問題分析

“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)中產(chǎn)品的開發(fā)，在開發(fā)產(chǎn)品的時候除考慮產(chǎn)品本身的因素以外應(yīng)考慮更多的環(huán)境的因素、人的因素[4]。這三個因素之間是相互作用、相互依存的。在此理論基礎(chǔ)上，提取了老人在使用如廁助力裝置過程中與本設(shè)計相關(guān)的4個因素以及相互之間的3組關(guān)系，如圖3。通過分析各關(guān)系中的問題，提出相應(yīng)的設(shè)計點(diǎn)，解決相應(yīng)的問題，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)中的各個關(guān)系。協(xié)調(diào)“人——產(chǎn)品——環(huán)境”的關(guān)系是產(chǎn)品設(shè)計的核心問題[5]。通過各個設(shè)計點(diǎn)，逐步推導(dǎo)出整個設(shè)計的全貌。

4.1“衛(wèi)生間——助力器”關(guān)系

衛(wèi)生間是如廁助力裝置的使用環(huán)境。衛(wèi)生間的空間尺寸、環(huán)境布局、地面平整程度等都是影響助力裝置設(shè)計的重要因素。在這一關(guān)系中最主要的問題是助力裝置的尺寸與衛(wèi)生間空間的矛盾，所以裝置具有良好的人機(jī)體驗(yàn)以及安全穩(wěn)定的同時，裝置整體不宜過大，否則會擠占衛(wèi)生間過多的空間。裝置的安裝也應(yīng)盡量避免需要破壞墻體等操作。衛(wèi)生間環(huán)境濕滑，若助力器設(shè)計為電力驅(qū)動的話，使用危險系數(shù)比較高，且衛(wèi)生間環(huán)境對電源的供應(yīng)有限制因素?；谛l(wèi)生間環(huán)境的特點(diǎn)，選擇何種動力源用于助力是本方案設(shè)計的重點(diǎn)。

4.2“助力器——馬桶”關(guān)系

如廁助力裝置屬于對應(yīng)馬桶這一器械的輔助使用裝置。助力裝置的設(shè)計不能影響其他不需要助力的家庭成員使用馬桶的體驗(yàn)。根據(jù)整體性原則，裝置尺寸應(yīng)適用于我國家庭中絕大多數(shù)的馬桶，滿足安裝后安全穩(wěn)定，具有良好的匹配關(guān)系。

4.3“助力器——老人”關(guān)系

老年人是如廁助力裝置的使用者，而且是整個“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)的核心。老年人因?yàn)槟挲g增長，各生理機(jī)能發(fā)生衰退[6]。主要體現(xiàn)在：靈敏度下降、肌肉強(qiáng)度以及控制能力減弱等。老年人的心理特征隨著生理機(jī)能的衰退也發(fā)生了變化，主要體現(xiàn)在：心理安全感下降、自理與自助心更強(qiáng)等。老人使用助力裝置時生理和心理兩層面的感受，是評估老年人如廁助力裝置的一個重要指標(biāo)。

在針對老年人輔助產(chǎn)品的研究上，也應(yīng)愈發(fā)注意老年人的心理及情感，增強(qiáng)產(chǎn)品的易用性，降低產(chǎn)品的操作復(fù)雜度，產(chǎn)品設(shè)計的功能與服務(wù)應(yīng)等位，增強(qiáng)人性化體驗(yàn)與參與感，避免使老人產(chǎn)生畏難心理[7]。從老年用戶角度出發(fā)，半自動的輔助設(shè)備更能增強(qiáng)老年用戶的參與體驗(yàn)感，根據(jù)以上特征進(jìn)行設(shè)計考慮，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)助力裝置的可操控性，做到裝置即按即停，使裝置及時適應(yīng)老人的使用狀態(tài)。產(chǎn)品交互和諧促進(jìn)其使用自信。扶手的添加也能很好地緩解使用時的不安全感，并以此保護(hù)老人。綜合考慮，將即按即停的功能結(jié)合到扶手上，可增強(qiáng)使用過程中動作的連貫性以及使用過程中的行為規(guī)范，減少誤操作的產(chǎn)生。

5 基于系統(tǒng)論的老年人如廁助力產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實(shí)踐

系統(tǒng)論分析為產(chǎn)品提供了系統(tǒng)設(shè)計的對象核心，以助力器設(shè)計的整體綜合性作為出發(fā)點(diǎn)，著重考慮整體與部分之間的相互關(guān)聯(lián)和相互作用，綜合人機(jī)分析設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題。助力器設(shè)計實(shí)踐分為三個方面：功能設(shè)計、人機(jī)尺寸設(shè)計和造型設(shè)計。

5.1功能設(shè)計

設(shè)計對象的各層子系統(tǒng)都有對應(yīng)的功能和目標(biāo)，助力設(shè)備由多個子功能組成，系統(tǒng)性設(shè)計著眼于總體的最高目的，而實(shí)現(xiàn)輔助用戶起身坐下為產(chǎn)品的最終目的功能，它的實(shí)現(xiàn)需要通過其他子功能的存在來實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)其不同功能所需的目的功能與手段功能關(guān)系如圖4表示。

將設(shè)計對象局部細(xì)分，明確表現(xiàn)出如廁助力設(shè)備的結(jié)構(gòu)功能，從功能定義出發(fā)[6]，明確設(shè)計思路，利用5W2H提問法自檢完成設(shè)計過程。產(chǎn)品功能定義見表1。對各部分功能定義進(jìn)行局部設(shè)計。

5.1.1升降機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)升降可通過制動電機(jī)和升降桿、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或齒輪輪系機(jī)構(gòu)來完成。為保證良好的升降動作和功用及可控的上升角度，綜合產(chǎn)品的一般價值，選擇用齒輪和導(dǎo)軌的嚙合來解決馬桶坐墊的上升與下降問題。內(nèi)齒輪半徑不變，通過調(diào)整主動輪的大小與桿長度，使坐墊中點(diǎn)處上升至適宜的高度及傾斜角度。設(shè)置了三個齒輪構(gòu)成傳動輪系，三個齒輪的作用分別是：齒輪1與杠桿構(gòu)成主動件，齒輪23傳遞動力，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，如圖5。

5.1.2儲能機(jī)構(gòu)

此裝置的輸出力，即坐墊上抬支撐力需要足夠大，將用戶支撐升起，需要儲能機(jī)構(gòu)作用放大而省力。利用彈簧儲能，當(dāng)用戶坐下時，重力所做的功被儲存下來轉(zhuǎn)換為老人起身時將其抬起的部分能量，使老人省力。老人坐下時，坐墊下降帶動齒輪及壓桿對彈簧進(jìn)行拉伸，既可以對坐下的動作進(jìn)行減速緩沖，也能夠?qū)⒛芰績Υ嫦聛?。?dāng)用戶準(zhǔn)備起身時，彈簧又能夠回彈，釋放能量，加之用戶本身對扶手施加的支撐輸入力做功完成起身動作。

5.1.3安全開關(guān)

為使裝置達(dá)到隨按隨停的安全保護(hù)效果，在用戶支撐把手處增加了棘爪機(jī)構(gòu)的開關(guān)，只有當(dāng)用戶下壓把手及把手處的開關(guān)時，開關(guān)控制壓桿帶動卡扣，使扶手解鎖，扶手得以下壓，彈簧得以回彈。此過程中，當(dāng)用戶松開開關(guān)時，卡扣卡入齒條，裝置鎖住，導(dǎo)軌和扶手固定，實(shí)現(xiàn)了用戶可以在任意位置停止和起身的操作。避免了因升降速度不適宜老人的膝蓋的彎曲速率導(dǎo)致用戶失穩(wěn)情況的發(fā)生。開關(guān)裝置圖如圖6。

5.1.4總體布置

將上述各部分功能要素進(jìn)行有機(jī)整合，構(gòu)成整體系統(tǒng)。此產(chǎn)品使用過程如下：用戶起身時按下按鈕，下壓扶手，卡鎖棘條機(jī)構(gòu)解鎖，帶動齒輪輪系旋轉(zhuǎn)，此過程彈簧回彈，使用戶支撐力減小，坐墊得以平穩(wěn)抬起用戶;用戶坐下時，按下按鈕，此過程彈簧拉伸對用戶動作進(jìn)行緩沖，機(jī)構(gòu)圖如圖7。

5.2人機(jī)尺寸設(shè)計

考慮人與產(chǎn)品之間的關(guān)系因素，通過人體工學(xué)數(shù)據(jù)對裝置設(shè)計進(jìn)行因數(shù)調(diào)整，在保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能的同時更滿足了老年人對于更好體驗(yàn)的需求，使產(chǎn)品更富有人性化。從以身高為基準(zhǔn)的設(shè)備和用具尺寸推算刪，選取9號數(shù)據(jù)，結(jié)合身高和設(shè)備用具尺寸，進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，所取設(shè)備高度為420mm。產(chǎn)品尺寸坐墊高度符合市場馬桶高度，能良好契合，具體尺寸如圖8。老年人的手部力量下降，約為中等體力青年男女工作者工作時手臂力量的16%～40%在老人向下支撐過程，手臂為自然下垂?fàn)顟B(tài)，需血量和供血量相等，支撐力不考慮靜態(tài)施力對人體最大肌力的影響。根據(jù)支撐力進(jìn)行坐墊上升最適宜角度的計算與分析：若彈簧處于桿末端，彈力范圍為60N～110N，把手下壓高度h=210mm，杠桿下壓角度63°，方便老人坐下的彈力范圍60N～100N;若彈簧位于桿距離圓心1/5處，彈力范圍為300N～500N，下降高度42mm，低位F彈1=300N，高位F彈2=500N，工作伸長量f=42mm。經(jīng)運(yùn)動分析，坐墊上升角度18°，坐墊上升高度108mm，角度尺寸如圖9。

5.3外觀設(shè)計

根據(jù)相互聯(lián)系性原則設(shè)計產(chǎn)品外觀，設(shè)計時綜合考慮產(chǎn)品與環(huán)境結(jié)合時的整體效果以及用戶的視覺感受。產(chǎn)品箱體為方形立式，邊角形態(tài)圓潤，防止磕碰。造型簡單大方，形態(tài)表現(xiàn)風(fēng)格穩(wěn)定，顏色以潔凈白色為主，飾以藍(lán)色按鈕，配色和諧不突兀，凸顯安全潔凈，給老人積極的心理暗示。箱體材質(zhì)為綜合性能良好的熱塑性塑料ABS，有強(qiáng)度高、輕便、表面光滑、易清潔處理等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品內(nèi)部棘條、齒條、桿件、開關(guān)控制件采用減摩耐磨性好的POM聚甲醛材料。產(chǎn)品輔助馬桶使用效果圖如圖10。

6 結(jié)論

基于系統(tǒng)論設(shè)計的原則，設(shè)計出針對中國家庭的老年人如廁助力創(chuàng)新產(chǎn)品。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及市場現(xiàn)狀調(diào)研，通過對老年人如廁過程中各因素之間的關(guān)系進(jìn)行分析，研究其各構(gòu)成單元的技術(shù)效應(yīng)和相互制約條件，調(diào)試其功能間的關(guān)系，從而增強(qiáng)完成裝置產(chǎn)品布置的整體性。發(fā)現(xiàn)問題并提出設(shè)計點(diǎn)，以此引導(dǎo)設(shè)計的形成。新的設(shè)計方案優(yōu)化了老年人的用戶體驗(yàn)，安全保護(hù)措施，還充分考慮到了產(chǎn)品對于環(huán)境的適應(yīng)性。此助力產(chǎn)品后續(xù)工作將繼續(xù)對結(jié)構(gòu)、維護(hù)、使用過程做進(jìn)一步優(yōu)化，以真正符合國內(nèi)普通家庭對于經(jīng)濟(jì)實(shí)用的老年人如廁助力產(chǎn)品的需求。

本文系長江大學(xué)2019年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目基金資助（項目編號：2019148）。

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作者簡介

邊佳思/1999年生/女/湖北武漢人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計（湖北劑州434000）

韓志偉/1999年生/男/湖北荊州人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計（湖北荊州434000）

胡文杰/1999年生/男/湖北武漢人/本科/研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計（湖北荊州434000）