基于FBS模型的家用上肢康復(fù)設(shè)備設(shè)計

趙琰

腦卒中患者的發(fā)病率一直居高不下，尤其是老年人群體，很大原因是患者和患者家屬對后期的康復(fù)護(hù)理知識缺乏系統(tǒng)了解，而腦卒中患者家屬在其疾病康復(fù)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Berkman認(rèn)為，疾病的康復(fù)除需要依靠患者本人，還需要依靠他們的家庭甚至整個社會。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，家屬對于延續(xù)性護(hù)理需求也比較強(qiáng)烈，對各項目的護(hù)理需求很高，特別是康復(fù)器械指導(dǎo)、康復(fù)訓(xùn)練方法和常用家庭護(hù)理技巧。因此開展針對醫(yī)療環(huán)境和家居環(huán)境下人群使用產(chǎn)品行為的差異化研究，有助于解決上述患者和家屬的延續(xù)性護(hù)理需求。

在產(chǎn)品設(shè)計中，概念設(shè)計作為設(shè)計的關(guān)鍵階段最能激發(fā)設(shè)計者的創(chuàng)造性思維。而在產(chǎn)品概念設(shè)計方法研究中，F(xiàn)BS理論是較完善的一個設(shè)計理論體系。其中最具代表性的包括有Qian等提出的“功能-行為-結(jié)構(gòu)”（FBS）設(shè)計過程模型，以及由Umeda等提出的“功能-行為-狀態(tài)”（FBS）設(shè)計過程模型。兩個模型均倡導(dǎo)功能-行為-結(jié)構(gòu)的映射，將行為作為聯(lián)系功能與結(jié)構(gòu)的橋梁，以此來獲得設(shè)計問題的解決方案。對已有的上肢康復(fù)設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計以適應(yīng)家居環(huán)境的需求，特別需要這種設(shè)計方法的指導(dǎo)與幫助。

簡介

1.當(dāng)前存在的問題

目前，在偏癱上肢康復(fù)訓(xùn)練方面，國內(nèi)外醫(yī)療界所采用的主要是康復(fù)醫(yī)生親自對患者進(jìn)行康復(fù)指導(dǎo)和訓(xùn)練，這種方法雖好，卻有很大缺陷：首先，當(dāng)患者較多時，康復(fù)訓(xùn)練師在一對多的情況下治療效率難免有所降低，以至于治療效果不夠理想；其次，因為技術(shù)差異，不能保證所有的康復(fù)訓(xùn)練師都能根據(jù)不同患者制定相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練方法；最后，人力成本的不斷提升也將近一步導(dǎo)致部分家庭困難的患者無法接受好的治療。

而康復(fù)機(jī)器人的產(chǎn)生，雖然很好的解決了上述的很多問題，但是當(dāng)前的上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，費用比較昂貴，不夠簡潔輕便，使得康復(fù)機(jī)器人的適用范圍受到了限制，不能用于家居環(huán)境的康復(fù)治療。

2.解決方案

本文擬基于FBS模型，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)、行為結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行解構(gòu)，結(jié)合家居環(huán)境下的用戶行為特點以及環(huán)境限制，提出了家居環(huán)境下的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計框架。以指導(dǎo)重新設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、安全性好、易于拆卸和存放、操作簡單、能對患者和家屬進(jìn)行示教的上肢康復(fù)機(jī)器人，為廣大患者提供足不出戶的家庭治療，減小家庭的照顧成本。

提出方法

1.FBS模型定義

Qian和GeroJ.S等人提出了基于功能（Function）、行為（Behavior）、結(jié)構(gòu)（Structure）的設(shè)計過程模型，根據(jù)人的認(rèn)知特點將概念設(shè)計過程劃分為功能建模、行為建模、結(jié)構(gòu)建模三個階段。功能-行為-結(jié)構(gòu)模型在功能層和結(jié)構(gòu)層之間引入了行為層，“功能”是設(shè)計目的表達(dá)；“行為”表示設(shè)計者用來推斷出結(jié)構(gòu)的方法，它由行為類型、行為變量和定性行為因果關(guān)系構(gòu)成；“結(jié)構(gòu)”用于定義該設(shè)計由哪些元件組成，這些元件的屬性如何，以及元件之間的關(guān)系。行為在功能和結(jié)構(gòu)之間建立起溝通的橋梁。

2.FBS模型的產(chǎn)品開發(fā)模式

FBS設(shè)計模型開發(fā)步驟：

（1）由總?cè)蝿?wù)需求確定總功能。

（2）總功能分解為子功能，功能關(guān)系將子功能聯(lián)結(jié)起來形成功能結(jié)構(gòu)。功能關(guān)系包功能間的邏輯關(guān)系和組織關(guān)系。

（3）功能映射行為，功能關(guān)系映射行為關(guān)系。行為關(guān)系將行為聯(lián)結(jié)起來形成行為結(jié)構(gòu)。行為關(guān)系中既可能包括定性的邏輯關(guān)系、組織關(guān)系、時間關(guān)系、空間關(guān)系，也可能包括定量的時間和空間關(guān)系。

（4）行為映射結(jié)構(gòu)，行為關(guān)系映射為結(jié)構(gòu)關(guān)系。結(jié)構(gòu)關(guān)系將結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)起來形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)關(guān)系中包括定量的時間和空間關(guān)系。功能關(guān)系-行為關(guān)系-結(jié)構(gòu)關(guān)系三者在設(shè)計過程保持基本邏輯和組織關(guān)系的相對穩(wěn)定，并逐步由定性關(guān)系轉(zhuǎn)化為定量的空間和時間關(guān)系。三者是功能結(jié)構(gòu)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)映射過程最穩(wěn)定的因素。在它們的約束下，功能結(jié)構(gòu)逐步向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)映射。

實例研究

1.建立基于FBS模型結(jié)構(gòu)

對家用上肢康復(fù)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，首先要依據(jù)FBS設(shè)計模型對現(xiàn)有的醫(yī)用上肢康復(fù)設(shè)備的基型功能特征進(jìn)行分解，將總功能分解為康復(fù)運動功能、控制功能、傳動功能、調(diào)節(jié)功能與移動功能五個子功能。將各個子功能依次映射為對應(yīng)的行為集合，其中康復(fù)運動功能映射為肩部康復(fù)運動與肘部康復(fù)運動，控制功能映射為開關(guān)閉合、鼠標(biāo)控制與面板操控，傳動功能映射為電機(jī)驅(qū)動與齒輪傳動，調(diào)節(jié)功能映射為長度調(diào)節(jié)與高度調(diào)節(jié)，移動功能映射為滑輪移動?；贔BS的醫(yī)用上肢康復(fù)設(shè)備功能分析如圖2所示。

2.行為變型與創(chuàng)新

行為的變型與創(chuàng)新是基于用戶在不同環(huán)境下對產(chǎn)品使用行為的差異所得出的，根據(jù)調(diào)研得到的家居及社區(qū)康復(fù)環(huán)境下的患者及患者家屬對出院后的延續(xù)性康復(fù)護(hù)理需求，如康復(fù)器械指導(dǎo)、康復(fù)訓(xùn)練方法和常用家庭護(hù)理技巧，以及醫(yī)療環(huán)境與家居環(huán)境對產(chǎn)品設(shè)計的差異性，對控制功能映射的行為進(jìn)行變型——將鼠標(biāo)控制與面板控制變型為app控制，通過app對患者康復(fù)運動的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并對患者康復(fù)狀況進(jìn)行評估；在app內(nèi)加入視頻教程，對家屬及患者進(jìn)行示教；以及在線咨詢康復(fù)科醫(yī)生相關(guān)的護(hù)理技巧等。此外，由于家居環(huán)境空間狹小，將會產(chǎn)生新的行為——拆卸、組裝與儲存。將這種行為創(chuàng)新映射為模塊化功能，形成新的子功能。

在現(xiàn)有醫(yī)療上肢康復(fù)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過行為的變型與創(chuàng)新，映射為新的產(chǎn)品功能集，繼而由功能間的關(guān)系構(gòu)成新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，設(shè)計出適用于家居環(huán)境下的上肢康復(fù)設(shè)備?；贔BS模型的家用上肢康復(fù)設(shè)備設(shè)計分析如圖3所示。

結(jié)論

針對現(xiàn)有的醫(yī)療環(huán)境下的上肢康復(fù)設(shè)備，分析了家居環(huán)境下用戶群體的需求及環(huán)境限制，基于FBS設(shè)計模型建立一種支持家用上肢康復(fù)設(shè)備設(shè)計的系統(tǒng)框架。在整個設(shè)計過程中，行為的變型與創(chuàng)新是推導(dǎo)出功能及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的關(guān)鍵因素，行為是連接功能與結(jié)構(gòu)的橋梁。本文的研究，為家居環(huán)境下的康復(fù)醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計奠定了一定的理論基礎(chǔ)，也為其他產(chǎn)品的優(yōu)化提供了一種簡便有效的設(shè)計手段。

（作者單位：浙江理工大學(xué)）