關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計；裝備創(chuàng)新設(shè)計；模糊Kano模型；優(yōu)劣解距離法；計算機(jī)輔助設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）24-0092-04

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域的新技術(shù)與科技生產(chǎn)力不斷提升。2024年，國家發(fā)布了關(guān)于加快高端醫(yī)療器械研制及示范應(yīng)用的文件，其中包含了康復(fù)輔助器具的創(chuàng)新發(fā)展和機(jī)械制造業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計研究，當(dāng)下主流的醫(yī)療床裝備產(chǎn)品作為固定資源的需求亟待優(yōu)化，搭載康復(fù)訓(xùn)練輔具產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為必然趨勢[1]。老年人由于自身的生理狀況，存在肌肉活性降低、骨骼鈣質(zhì)流失等問題，因此，他們對醫(yī)療床的康養(yǎng)需求變得更加多樣化和迫切，而現(xiàn)有的醫(yī)療床產(chǎn)品普遍存在日常功能同質(zhì)化的現(xiàn)象，其護(hù)理功能缺乏醫(yī)療特色，與輔助器具技術(shù)結(jié)合仍有待完善。

因此，為滿足老年人群使用護(hù)理床時更多的醫(yī)療和康養(yǎng)需求，護(hù)理床的功能更需要聚焦于康復(fù)方面，解決肢體康復(fù)訓(xùn)練不便、上下床困難、護(hù)欄擋板人機(jī)交互有待優(yōu)化等臥床中出現(xiàn)的問題。

目前，國內(nèi)外護(hù)理床產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域已有部分相關(guān)文獻(xiàn)研究，王彬等[2]利用可拓學(xué)與TRIZ 理論進(jìn)行醫(yī)療床設(shè)計實踐，解決了色彩與材質(zhì)優(yōu)化、置物功能改良的一系列問題；周志勇等[3] 使用感性工學(xué)相關(guān)方法設(shè)計了多功能護(hù)理床，使產(chǎn)品滿足用戶情感方面的需求；于沁淵等[4] 針對老年人身體狀況與生活行為進(jìn)行研究，設(shè)計了有效減輕照看成員勞動強(qiáng)度的康養(yǎng)護(hù)理床。醫(yī)療床產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)取得了外觀材料、情感屬性價值以及照顧行為優(yōu)化等方面的理論與應(yīng)用成果，但少有針對康復(fù)醫(yī)療的創(chuàng)新功能上的研究，尤其是腿部鍛煉困難、起身轉(zhuǎn)身的行為負(fù)擔(dān)以及扶手擋板的輔助性能較差的問題有待進(jìn)一步分析解決。為此，本文重點對老年康復(fù)輔具與醫(yī)療床設(shè)備的結(jié)合進(jìn)行功能創(chuàng)新，為用戶創(chuàng)造更多特色醫(yī)療方面的使用體驗，同時為護(hù)理裝備產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供了一種新的思路。

一、FKM與優(yōu)劣解距離法結(jié)合

在研究工具中，模糊Kano模型在傳統(tǒng)Kano模型進(jìn)行需求分類的基礎(chǔ)上引入了模糊邏輯和模糊集合理論，為設(shè)計者提供了更全面、精細(xì)的滿意度分析，優(yōu)劣解距離法（TOPSIS 法）為產(chǎn)品設(shè)計團(tuán)隊提供了有效的決策工具，支持設(shè)計者做出更加理性、可靠的決策，并推動產(chǎn)品設(shè)計的成功實施。

由于護(hù)理床用戶復(fù)雜需求的不確定性，設(shè)計者對醫(yī)護(hù)床產(chǎn)品的設(shè)計要素權(quán)衡中存在評估的片面性，研究中需要借助科學(xué)的分析模型，模糊Kano 模型應(yīng)用于現(xiàn)實生活中不確定的問題，有助于準(zhǔn)確把握關(guān)鍵特征并制訂改進(jìn)策略[5]。優(yōu)劣解距離法能夠更準(zhǔn)確地計算需求權(quán)重，避免了設(shè)計分析中的主觀性，使整個設(shè)計流程更合規(guī)且合理[6]。

本文采用了結(jié)合模糊Kano 模型與優(yōu)劣解距離法的設(shè)計方法，構(gòu)建了一種以用戶需求為導(dǎo)向的創(chuàng)新設(shè)計流程，以提升用戶滿意程度同時得出產(chǎn)品的差異設(shè)計點。首先，利用網(wǎng)絡(luò)工具提取在線數(shù)據(jù)，初步獲取用戶的需求特征，進(jìn)而通過訪談與調(diào)研手段深入捕捉老年人群的需求。其次，利用FKM 進(jìn)行需求分析，突出用戶對產(chǎn)品的關(guān)鍵需求，運用優(yōu)劣解距離法進(jìn)行功能求解。再次，使用訓(xùn)練后的AI 制圖模型輔助生成草案，參照人機(jī)關(guān)系、技術(shù)支撐等指標(biāo)轉(zhuǎn)化設(shè)計需求，實現(xiàn)將重要用戶需求融入產(chǎn)品設(shè)計中。最后，考量造型與特定功能的同時，進(jìn)行設(shè)計深化產(chǎn)出最終方案，以確保產(chǎn)品符合用戶期望。該設(shè)計流程為醫(yī)療床產(chǎn)品設(shè)計提供了有效指導(dǎo)，從而提高了產(chǎn)品的創(chuàng)新性和用戶體驗，文中所構(gòu)建的整體方法框架如圖1 所示。

二、醫(yī)療床產(chǎn)品特征分析

本次設(shè)計前期階段已進(jìn)行實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取的工具調(diào)試，利用爬蟲工具在主流的醫(yī)療床產(chǎn)品網(wǎng)站中進(jìn)行評價數(shù)據(jù)采集，并針對護(hù)理床產(chǎn)品及其搭載式輔具進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，在可用評論數(shù)據(jù)集中進(jìn)行二次人工提取與篩選，最終獲取了產(chǎn)品特征詞庫，為下一步擬定調(diào)研問卷提供了合理的信息支撐。通過實地發(fā)放調(diào)查問卷，分別針對醫(yī)療床使用人員和護(hù)理人員做不同的產(chǎn)品設(shè)計意向調(diào)研，主要面向的被護(hù)理者包含了多種身體狀況的群體，以年齡在55 到75 歲之間的康養(yǎng)中或失能老年人群為主，護(hù)理人員為全職保姆或?qū)I(yè)護(hù)工，調(diào)研問卷主要以提問受訪者對醫(yī)療床產(chǎn)品外觀、功能以及情感屬性等要素的偏好程度評分為主，共收回92 份問卷。經(jīng)過排除8 份無效問卷后，最終得到了84 份有效問卷，利用SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出問卷信度與效度良好。通過問卷調(diào)查，我們獲取了用戶對醫(yī)療床產(chǎn)品的真實需求，為后續(xù)的FKM 分析工具提供了可靠的數(shù)據(jù)。

Kano模型主要分為5 類：必備型要素M，期望型要素O，魅力型要素A，潛在型要素I，反向型要素R，同時還存在可疑型要素Q。而模糊Kano模型是對傳統(tǒng)Kano模型的擴(kuò)展，其優(yōu)化在于引入了模糊數(shù)學(xué)隸屬度理論，解決了傳統(tǒng)Kano模型在確定值0 和1 隸屬關(guān)系上難以精準(zhǔn)反映用戶真實需求的問題。

在傳統(tǒng)Kano模型中，人們在問卷調(diào)研內(nèi)給出確定性的回答，而模糊Kano模型則利用區(qū)間模糊數(shù)[0，1]，從而更符合用戶模糊思維習(xí)慣，能更準(zhǔn)確地探究用戶的猶豫心理和實際需求，如表1所示。通過將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，模糊Kano模型能夠解決用戶的需求問題以及真實體驗，為產(chǎn)品設(shè)計提供更系統(tǒng)性和準(zhǔn)確性的評估，其評估表如表2所示。

三、模糊kano模型用戶需求指標(biāo)分類

以表 1 某用戶的FKM問卷調(diào)查某一要素為例，根據(jù)該要素實現(xiàn)程度，可建立矩陣 X =[0.3 0.6 0.1 0 0]，Y=[0 0 0.1 0.3 0.6]，則生成的模糊矩陣為

針對每個用戶需求，進(jìn)行計算并統(tǒng)計匯總其在5 種類別屬性下的出現(xiàn)次數(shù)，按最高次數(shù)對應(yīng)的類別屬性確定需求的最終類別。為保證數(shù)據(jù)可信性，引入置信水平α 對統(tǒng)計結(jié)果中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。研究中采用α=0.4對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，當(dāng)α≥0.4時，Ti=（1，0，0，0，0），由此得出此例舉要素屬性為必備型要素M。

在處理出現(xiàn)次數(shù)相等的需求時，按要素屬性的優(yōu)先級順序進(jìn)行選擇，其中優(yōu)先級從高到低分別為必備型要素M、期望型要素O、魅力型要素A、潛在型要素I、反向型要素R。重復(fù)上述步驟，得到各個需求數(shù)據(jù)的屬性類別，為后續(xù)深入分析用戶需求提供了數(shù)據(jù)支撐。通過這一系列處理步驟，模糊Kano 模型能夠更精準(zhǔn)地對用戶的需求進(jìn)行分類和評價，為產(chǎn)品設(shè)計提供有力支持。

本研究邀請了7位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，? 項魅力型需求的指標(biāo)重要度進(jìn)行評分。鑒于專家加權(quán)問題的客觀性與明確性難以確定，本文默認(rèn)各位專家權(quán)重相同。根據(jù)專家評價結(jié)果，再進(jìn)一步計算規(guī)范化評價表，如表5所示。

求解正負(fù)理想解距離與結(jié)果為：

D⁺={0.357，0.892，0.542，0.383，1.015，0.350，0.571 }

D^-={0.179，0.037，0.057，0.012，0.042，0.037，0.214 }

求解7個評價數(shù)據(jù)與正向理想解的距離以及與負(fù)向理想解的距離，并求出每個指標(biāo)的相對接近度，計算結(jié)果如表6所示。

根據(jù)表6的決策結(jié)果，確認(rèn)魅力型需求的重要性進(jìn)行排序從高到低依次為：靈活性鍛煉，自動轉(zhuǎn)身，輕巧型護(hù)欄，易于起身，部件可收納，背部按摩。綜合考慮優(yōu)先級較高的用戶需求指標(biāo)，從而設(shè)計醫(yī)療床產(chǎn)品方案。

五、設(shè)計實例部分

（一）需求分析與產(chǎn)品探究

對各個魅力型屬性進(jìn)行分析，從中構(gòu)思指導(dǎo)需求要素與產(chǎn)品的匹配。在權(quán)衡不同需求在設(shè)計中所占比例的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計的發(fā)散探索，以得到最終的設(shè)計方案。

1. 在考慮靈活性鍛煉的因素時，需要參考生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)資料，解析老年群體肌肉與骨骼康復(fù)訓(xùn)練模式，以適應(yīng)不同用戶的需求和環(huán)境。同時，研究下肢運動方式與器材設(shè)計的關(guān)系，根據(jù)其結(jié)構(gòu)原理制作方案模型，用戶可以根據(jù)個性化需求調(diào)整不同模塊，從而提升產(chǎn)品的靈活性和可持續(xù)性。

2. 在自動轉(zhuǎn)身方面，可以根據(jù)人起坐的重心位置，床墊單獨拆分一個模塊，利用齒輪組機(jī)械原理方便使用者轉(zhuǎn)身下床以及靠背起身，從而提高產(chǎn)品性能和用戶體驗。

3. 在輕巧型護(hù)欄的設(shè)計中，通過使用場景規(guī)劃尺寸高度，同時處理造型的線面關(guān)系，調(diào)節(jié)點線面的角度和大小關(guān)系從而有比例地豐富具體細(xì)節(jié)，分析擋板與人的接觸，調(diào)整一定的弧度，提升產(chǎn)品的吸引力和美感。

生成式人工智能是一種基于深度學(xué)習(xí)的新興技術(shù)，可以作為一種新穎的設(shè)計輔助工具，促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的快速迭代與優(yōu)化[7]。本研究已進(jìn)行應(yīng)用于此產(chǎn)品的AI模型訓(xùn)練，基于FKM分析中的3個必備型需求作為主要因素，指定關(guān)鍵詞用于人工智能繪畫。以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的造型為前提，圍繞著色彩簡潔的繪圖意向，并同時附加便捷移動的特點描述，可以調(diào)整人工智能的參數(shù)以獲得多種醫(yī)療床產(chǎn)品方案。通過草繪造型圖作為形體參考與細(xì)節(jié)靈感補(bǔ)充，再結(jié)合場景意向圖來表達(dá)產(chǎn)品的風(fēng)格調(diào)性，部分生成結(jié)果如圖2 所示。

（二）產(chǎn)品深化推敲

根據(jù)AI 繪圖輔助思考產(chǎn)品造型確立基本框架，深入功能細(xì)節(jié)，為實現(xiàn)腿部康復(fù)的特色醫(yī)護(hù)功能，設(shè)計中分析老年群體肌肉骨骼的特性，劃分了針對髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)不同活動方式所設(shè)計的運動副機(jī)構(gòu)受力模擬，如圖3。

同時，根據(jù)受力情況將其應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)中，據(jù)此制作了一套可收納的運動裝置用于訓(xùn)練，其概念方案如圖4，腿部訓(xùn)練的部分可以結(jié)合現(xiàn)有傳感器技術(shù)，將用戶訓(xùn)練的指標(biāo)進(jìn)行信息反饋到顯示設(shè)備，為數(shù)據(jù)可視化提供可行性，用戶在停用后休息時，能夠依靠轉(zhuǎn)軸將運動模塊收納到床底部，操作流程如圖5 所示。

（三）產(chǎn)品效果展示

經(jīng)過一系列設(shè)計流程，成功將幾項整理出的關(guān)鍵要素融入產(chǎn)品中，最終設(shè)計出了一款符合多樣化需求且創(chuàng)新性突出的醫(yī)療床產(chǎn)品方案，成品展示見圖6。

在考慮自動轉(zhuǎn)身時，分析使用者在下床轉(zhuǎn)身時以臀部為受力點的情況。通過應(yīng)用一組齒輪傳動原理，機(jī)械結(jié)構(gòu)可驅(qū)動床墊上部用戶所坐的位置旋轉(zhuǎn)，從而方便護(hù)理者協(xié)助使用者實現(xiàn)上下床的轉(zhuǎn)身，原理如圖7所示。底部可以容納電機(jī)模塊，電機(jī)通過錐齒輪改變輸出方向，然后通過減速器將轉(zhuǎn)矩傳遞到旋轉(zhuǎn)底座上，進(jìn)而產(chǎn)生較大的傳動比，使得底座能夠以較緩慢的方式旋轉(zhuǎn)，依此實現(xiàn)輔助用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)身。每個模塊的設(shè)計考慮到即使其中的某些部件出現(xiàn)勞損，也容易更換零部件，以保持安全和穩(wěn)定。

針對輕巧型護(hù)欄的設(shè)計，修正AI 設(shè)計方案細(xì)節(jié)的同時劃分不同的解決方案，并根據(jù)人機(jī)關(guān)系進(jìn)行整合重組，確保曲面邊緣與直角邊能夠均勻過渡，既滿足人機(jī)抓握部分的曲線造型，又滿足底部直邊的裝配。進(jìn)而細(xì)化轉(zhuǎn)折面，使鏤空部分便于開放視野，確保擋板的造型既是一個整體又能夠拆分，使產(chǎn)品在整體感的基礎(chǔ)上避免形態(tài)的僵化，結(jié)構(gòu)如圖8所示。

結(jié)論

本文研究了醫(yī)療床產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，提出了一套完整的設(shè)計方法。首先，通過搜集護(hù)理床裝備相關(guān)數(shù)據(jù)資料和進(jìn)行用戶調(diào)研，結(jié)合多個算法模型處理調(diào)研數(shù)據(jù)，篩選出關(guān)鍵設(shè)計要素，并巧妙地將產(chǎn)品功能與使用者需求有機(jī)結(jié)合，以深入探究如何在醫(yī)療床設(shè)計中提升產(chǎn)品體驗，在此過程中，結(jié)合人工智能生成技術(shù)參與設(shè)計流程，實現(xiàn)高效設(shè)計，為設(shè)計行業(yè)提供了關(guān)于人工智能技術(shù)輔助設(shè)計的有益思考。在整理和分析前期設(shè)計要素后，得出了在使用方式上實現(xiàn)突破和改進(jìn)的方案，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證了可動式康復(fù)訓(xùn)練模塊在醫(yī)療床中的可行性，運用機(jī)械傳動的起身與轉(zhuǎn)身設(shè)計以及護(hù)欄擋板等針對性設(shè)計，最終設(shè)計出結(jié)合了特色康復(fù)功能的護(hù)理床產(chǎn)品，成為該領(lǐng)域新的創(chuàng)新點。

這一完整的設(shè)計方法滿足了護(hù)理產(chǎn)品的創(chuàng)新需求，為創(chuàng)造高效、針對性的產(chǎn)品提供了新的思路。同時，期望這一設(shè)計能夠充分利用三維技術(shù)為醫(yī)療產(chǎn)業(yè)服務(wù)，為弱勢群體提供更多關(guān)愛，創(chuàng)造出有益于人類福祉和社會的價值。