基于可拓学与TRIZ理论的老年人医疗床设计

■王 彬，余国伟，严立丰，张 扬 Wang Bin & Yu Guowei & Yan Lifeng & Zhang Yang

(1.湖南工程学院设计艺术学院，湖南湘潭 411104；2.杭州定川信息技术有限公司，浙江杭州 310020；3.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020）

根据国家统计局2021年公布的数据显示，当下我国老年化人口占比已达14.8%，社会老龄化的加深在一定程度上推动养老上下游产业链的进一步发展，根据天眼查、企查查等官方数据统计显示，我国以养老服务为主营业务的相关企业已经呈现出倍数级增长现象，养老的万亿蓝海市场已然已经得到资本市场的青睐。而老年人医疗床作为辅助老人日常活动的产品，已然成为老年人群体中不可或缺的必备用品，民政部更是将“家庭养老床位”纳入监管，并先后在不同地区投资总计50亿元来推动“家庭养老床位”的改革与建设。

目前业内学者对于医疗床的设计研究主要分为三类：一是对医疗床特定结构或技术的改造，以实现或优化某种特定的功能，如吕志炜[1]等人对医疗床的结构进行改进与设计；二是结合某种单一理论或方法实现医疗床的再设计，如周志勇[2]在感性工学的基础上探索医疗床设计的新形态；三是对医疗床的造型进行优化设计，如邬琦姝[3]关于医疗床的造型设计研究。针对以上三类研究，其存在的问题为：需求满足不全面、需求分析不彻底、需求确定不充分。医疗床设计作为一项系统性工作，对于用户本身及其相关需求不应该只从单一维度进行考虑，而应该是多维度的知识重组与整合研究。

可拓学具有广泛性与一般性的特点，TRIZ理论则实践性较强，将可拓学与TRIZ理论的优势结合使用，不仅能够从设计的底层逻辑去研究出关于解决痛点问题的一般性解法，同时结合TRIZ的实践性，能够让理论层面的分析更易于落地。

1 可拓学与TRIZ理论

1.1 可拓学

可拓学[4]始于1983年我国研究员蔡文创立的学科，其主要运用数学的语言、符号、数字等方式量化矛盾问题，基于具体的数量指标，运行一定的计算规则，以此寻找解决问题的突破口，使得原本抽象且复杂的问题逻辑化。基元理论是可拓学理论的逻辑细胞，其主要通过用数学语言表达的方式将所有的事情进行数字化，规范化，以建立可拓模型。其中一般用物元M、事元A、关系元R进行表示[5]。具体建模形式如下：

关联函数[6]是可拓学中用以确定事物之间是否存在矛盾问题的量化计算方式，其主要通过分析事物之间的特征关系，以此来构建相应的函数类型，用量化数据的方式确定问题的存在性。可拓关联函数一般有三类，其中，离散型关联函数主要针对的是对象特征是非数值的形式，一般表示为：

1.2 TRIZ理论

TRIZ理论[7]（Theory of the Solution of Inventive Problems），是根里奇·阿奇舒勒(Genrich S. Altshuler)在研究了近百万份的专利基础上总结出的用于解决工程问题的实用型理论工具。TRIZ理论的技术矛盾解决原理，其实主要是通过定义矛盾的类别，然后根据TRIZ理论所提供的不同求解工具对矛盾进行过程求解，再根据TRIZ理论提供的发明原理，进而确定能够解决矛盾的发明原理，依据不同行业的标准，得到一类标准解，再结合具体工程，得到初步方案。

2 医疗床用户矛盾需求确定

2.1 用户基本需求的获取

2.1.1 设计KANO模型问卷

通过对当下三甲医院的老年人关于医疗床的调研与访谈，获取用户的原始目标需求。KANO问卷调研设计时，从同一指标的相反维度去设计[8]，即受访者在面对同一需求时，应回答满足该需求及不满足该需求时两个维度做出回答。KANO问卷设计如表1所示。

表1 KANO问卷设计

2.1.2 KANO模型问卷数据获取

依据KANO模型设置的正反向五个回答，最终会得到5×5个问卷结果。按照正反向回答，依据KANO模型对设置的指标需求属性进行分类，如表2所示，为KANO模型需求属性分类。

表2 需求属性分类

本次调查向滁州市第一人民医院住院老人共发放了150份问卷，并对其进行全部回收（表3）。本次问卷从医疗床的功能、材料、结构、色彩、情感五个维度出发，共设置了25个需求指标，受访老年人分别KANO模型设置的五个选项中对指标需求的正负问题进行回答，根据公式（1）和公式（2）计算出betterworse系数值，以此来定义该项指标的KANO属性。

表3 问卷统计结果

2.1.3 医疗床用户基本需求确定

根据KANO模型问卷调查结果显示：医疗床消费群体的必备需求为医疗床的起背功能、曲腿功能、翻身功能、洗头功能；全钢管材料；不可拆卸或可替代结构；色彩以冷色调为主；价格一般。期望需求时产品使用情感上的亲切感与幸福感。魅力需求为助便功能、安全功能和输液功能；材料上表现为钢管与ABS材料、塑钢、实木的组合；色彩偏向中色调与暖色调；情感传递倾向产品带来的归属感与温暖感；价格层面，更青睐低价的产品。考虑到医疗床消费群体的弱势特征，专家组决定在必备需求的基础上，优化魅力需求与必备需求的整合，最终确定优化确定的需求为：功能上，保留曲腿、翻身、洗头功能并增加助便、安全和输液功能；结构上为可拆卸；材料上采用钢管与其他材料组合的方式；色彩以暖色调为主；情感体验上实现归属感与温暖感；价格上以低价为主。具体需求如表4所示。

2.2 医疗床用户矛盾需求确定

2.2.1 用户需求的可拓建模

首先，对表4的目标需求进行可拓建模，即：

表4 用户需求

其次定义现有医疗床M2，通过对高、中、低三挡的老年人医用护理床的网络调研，具体信息如表5所示：

表5 高、中、低医疗床信息

定义目标功能需求为F1，则目标需求问题的可拓模型为：

2.2.2 矛盾需求的确定

首先，对核问题P0建立关联函数:以最优点x0=1000，正域X0=<1000,+∞> ，建立简单关联函数：

由此可知，当x＜1000时，x-1000＜0，所以k（x）＜0，即问题为不相容问题。

其次，对核问题P1建立关联函数：对归属感赋值<1,5>分，温暖感赋值 <6,10>分，即目标情感值域为<1,10>分。以最优解x0=6，正域X0=<1,10>建立关联函数：

根据赋值规则，其余情感赋值不属于<1,10> ，因此可以得到k（x）＜0，问题P1为不相容问题。

■图1 P1问题物场分析

■图4 医疗床解决方案设计说明图

最后，对核问题P2建立关联函数：赋值色彩目标需求暖色调为正域X=<2,8>，暖色调中的部分色彩为标准正域X0=<4,6>；赋值其他相关色彩为不可接受至可接受之间的过渡负域 X =<0, 2> <8, 10> ，所以X =<0, 10> , 设点 x=9，则建立关于色彩的关联函数为:

由上式k(x)＜0可知，问题P2也为不相容问题。

综上所述，分析目标需求G与现有条件L之间的矛盾问题，通过构建问题关联度函数，确认问题为不相容问题，得到可拓问题集{p0, p1, p2} 。

3 医疗床矛盾需求的求解

3.1 技术矛盾需求求解

问题P0在于用户期望满足目标功能，但由于资金限制，根据现场用户调查得知又不期望价格超过1000元。但市场满足用户目标功能需求的医疗床产品均超过1000元，因此形成功能多样化与价格之间的矛盾问题，优化产品价格成为本次问题的核心点。综上分析可知，在医疗床产品系统内，的优化，会导致价格的持续增高，即的持续恶化，由此可将与的矛盾问题转化为TRIZ理论中技术矛盾。针对P0问题，根据TRIZ理论提供的39个工程参数，确定与分别对应26号参数：物质的数量，与31号参数：物体产生的有害因素。根据矛盾矩阵查询26×31对应的发明原理为:29、1、35、27，即M26-31={29 1 35 27}。根据TRIZ提供的发明原理，选用最适用解决矛盾问题的原理27，即可以对在保留医疗床功能多样性的前提下，通过更换医疗床的组成材料一次降低成本，具体操作为，可以采用ABS材料代替床体的钢管材料。如表6所示为解决矛盾问题发明原理。

表6 解决矛盾问题发明原理

3.2 物理矛盾需求求解

问题P2在于用户期望获得暖色调的医用护理床，但实际情况是，根据行业标准及材料属性市面上医疗床的色调以冷色调为主。解决该问题在于，一是需要保证产品传达出暖色调的属性；二是需要保证不违反行业标准，即保留冷色调。综上，得出结论是医疗床需要同时具备两种相反的属性，即：暖色调与冷色调并存。该矛盾属于物理矛盾。

针对P2问题，确定为物理矛盾问题，依据TRIZ针对物理矛盾提出的四大分离原理[9]，确定使用整体与局部原理。根据问题的核心要素，即暖色调与冷色调全部保留，则选择整体与局部原理进行解决，即对医疗床的色彩设计，部分采用暖色调，部分采用冷色调，采取此方案，此问题得到解决。

3.3 矛盾需求的物场分析

问题P1在于现有的医疗床无法满足老年人对于情感的诉求。根据实地调研、访谈，发现由于子女忙于工作，老年人对于亲情十分渴望。因此P1涉及到了设计师、医疗床（产品赋能情感化）及老年人三者之间的关系，设计师需要通过医疗床完成向老年人传递温暖感与归属感的情怀。通过分析可以利用TRIZ理论提供的物场模型[10]对其进行分析。即S1为设计师，S2为老年人用户，F为医疗床的情感赋能。根据老年人的心理需求是期望得到亲人、子女的关心问候或与其相见，因此我们可以通过增加场F1的手机支架功能F2，并增加相关视讯工具F3，例如：手机、平板等。如图1所示为P1问题的物场分析。

4 医疗床设计实践

4.1 医疗床设计问题解决思路

老年人医疗床的设计，应该综合考虑根据KANO模型获取的目标需求，包括功能满足日常曲腿、翻身等需求，结构符合可拆卸结构，组合材料，暖色调，且富有归属感与温暖感，还要价格便宜。同时，需要将TRIZ理论解决的三大矛盾问题的标准解应用至方案构思之中，并结合用户体验设计的原则，针对当下失能老年人进行医疗床设计。只有在满足基本需求及基础上，解决用户矛盾问题，并结合设计方法学对医疗床进行设计开发，才能真正设计出满足用户需求的产品。具体思路如图2所示。

4.2 标准解设计方案

根据KANO模型获取的用户需求及可拓学与TRIZ理论获得的求解结果，首先构思出标准解在设计方案中的体现，如表7所示。

表7 老年人医疗床标准解方案构思

依据用户体验设计[11]的原则，从产品的功能、材料、结构、色彩、情感、价格六个方面，综合考虑，进行老年人医疗床的设计方案的推敲。方案的推进必须满足设计计算的设计指标，且必须能够符合解决用户矛盾的条件，其中有一项不成立，则该方案不成立，继续推敲。只有当满足用户目标需求及解决用户目标需求与现存条件之间的矛盾时，才符合基于可拓学与TRIZ理论二者方法在不同产品设计阶段的应用性实践[12]。如图3所示为医疗床设计效果图，如图4所示为医疗床解决方案设计说明图。

5 结语

通过对可拓学及TRIZ理论的体系结构及应用方法研究，确立了基于二者理论的产品设计新方法，并结合用户体验设计原则，进行老年人医疗床设计实践，设计结果证明基于此方法能够系统性的分析老年人关于医疗床的相关需求，并为其精准解决相关矛盾需求问题。本次研究结果一方面能够为当下市场的产品设计流程提供一定的借鉴意义，加快产品设计程序的变革；另一方面能够为其他学科的理论研究提供“整合研究”的新思路，对其具备一定的指导意义。