基于FBS模型的農(nóng)村介助老人多功能助行器設計研究

王圓圓　喬傲　耿美玲

關鍵詞：FBS模型;農(nóng)村介助老人;助行器設計;創(chuàng)新設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2022）02-0155-03

隨著中國進入老齡化社會，這個年齡層人群也因居住地區(qū)的差別大致劃分為兩個群體，即城市老人和農(nóng)村老人。兩個群體在生活習慣、價值觀念等有著諸多差別。由于老人的身體狀況以及需求的擴大，市場上針對老年人的助行產(chǎn)品也逐漸占據(jù)一席之地，但是經(jīng)過調研發(fā)現(xiàn)市面上的助行產(chǎn)品更適用于城市老人的生活習慣以及城市的生活環(huán)境，農(nóng)村老人的需求沒有得到重視甚至被忽略。國內高等學校相關領域的科研人員對老年人助行器設計以及設計方法進行了大量研究。王新亭在其研究課題以人機（助行器）適配為設計目標，提出了基于人體步態(tài)參數(shù)分析的動力式助行器設計方法。張俊霞等人從下肢殘障人士的出行需求出發(fā)，建立助行器三維模型與虛擬人體的約束，從而提出下肢動力式助行器的設計。但是少量研究將老年群體進行更細致的區(qū)域劃分。該研究基于FBS模型指導農(nóng)村老年人助行器設計，希望通過科學的設計方法設計出適合農(nóng)村介助老人的助行器，為現(xiàn)有老年人助行器市場提供新的設計思路，進一步改善農(nóng)村老年人的出行體驗。

1相關概念解析

1.1 FBS模型概述

FBS模型是John S.Gero等人對產(chǎn)品創(chuàng)新設計過程提出的研究方法論，該模型加強“功能—行為—結構”（Function-Behavior-Structure）三者之間的關系?！肮δ堋笔钱a(chǎn)品設計的根本，目的是為了滿足用戶需求，“行為”是實現(xiàn)功能的方式，是用戶與產(chǎn)品間的交互形式，“結構”是設計的結果，是產(chǎn)品的各個功能結構模塊，聯(lián)系三者之間的關系，為設計者創(chuàng)造更多完善、嚴謹?shù)慕鉀Q問題的方法。FBS模型的核心是將功能F映射成可以執(zhí)行其功能的行為活動，功能的主要來源是用戶需求，執(zhí)行轉化的過程是通過考慮產(chǎn)品的行為B及其結構S的基本設計步驟?！肮δ堋笔钱a(chǎn)品設計過程中滿足用戶使用需求的基本元素?！靶袨椤笔怯脩魹閷崿F(xiàn)功能所進行的與產(chǎn)品之間的交互方式?！敖Y構”是設計的結果。通過將設計過程分為“功能—行為”“行為—結構”三個層級共兩次映射向前進行設計方案推導，最終完成目標產(chǎn)品的創(chuàng)新設計。

1.2老年人助行器概述

老年人助行器是輔助老年人行走、維持身體平衡和支撐部分自身重力的工具。根據(jù)助行器動力來源以及使用方式，可以將目前已投入使用的助行器分為無動力式、動力式和功能性電刺激助行器（如圖1）。動力式包括部分穿戴式助行器、電動輪椅，以及目前還在處于研發(fā)階段的人體外骨骼系統(tǒng)等。而功能式電刺激助行器根據(jù)功能及使用方式的不同可分為矯正儀、完全植入系統(tǒng)，以及復合矯形系統(tǒng)等多種類型。

2老年人助行器設計現(xiàn)狀

通過對現(xiàn)有購物網(wǎng)站進行市場調研發(fā)現(xiàn)（如圖2），雖然現(xiàn)有市場助行架種類豐富，但是大多數(shù)產(chǎn)品功能單一、外觀樸素，同質化嚴重，無法滿足當今時代農(nóng)村老人的多樣性需求?，F(xiàn)有助行器存在以下問題：（1）產(chǎn)品外觀局限，大多是鋁合金材質，造型單一，缺乏親和力，無法滿足老年人的多樣心理需求;（2）產(chǎn)品材料上多采用不可再生材料，例如鋁合金和塑料等，回收性和可再生性低;（3）產(chǎn)品功能存在單一和復雜兩個極端，有的不能滿足老年人的基本需求，而有些助行產(chǎn)品則過于復雜，給老年人的使用帶來不便或造成某些功能的閑置。

3農(nóng)村介助老人的特征分析

3.1生理特征

農(nóng)村介助老人主要表現(xiàn)為有一定的自理能力和生活能力，但是由于腿部力量較弱，身體協(xié)調性較差，在完成日常出行等活動時需要借助一些輔助器具。處于介助狀態(tài)的農(nóng)村老年人由于運動系統(tǒng)障礙、神經(jīng)系統(tǒng)衰弱和感官系統(tǒng)退化等原因，導致反應遲鈍、行動不便，在完成日?；顒又写嬖谡系K。同時，觸覺、視覺、認知能力的下降減緩了老年人接收有效信息的速度。反應能力的減弱，在一定程度上也加大了老年人的行動障礙，使其在日常生活中的出行受到限制。

3.2心理特征

農(nóng)村介助老人從勞動工作職業(yè)生活退出之后，家庭生活成為了他們日常生活的主要內容。在社交生活上，由于自身的活動范圍大幅度減少，再加上諸如視覺、聽覺等身體感官能力下降導致的交流障礙難以融入周圍群體，使得農(nóng)村介助老人容易產(chǎn)生心理的落差感。由于老人無法獨立自主地行動，過于依賴外界使其產(chǎn)生成為親人累贅的心理感覺，跟親人的溝通交流減少，容易造成自我封閉。

此外，據(jù)調查顯示，大部分老年人由于自尊心的原因，很難平衡過渡從獨立行走到行動障礙的轉變，在行動不便的初期從心理上排斥使用助行類產(chǎn)品，這也是很多老年產(chǎn)品面臨的困境。但是出于健康和安全的考慮，介助老人又不得不使用工具來輔助行走。

李建新、李春華通過二分logistic統(tǒng)計模型分析城鄉(xiāng)老年人健康差異，數(shù)據(jù)顯示“農(nóng)村老年人ADL無障礙的比例（79.70%）高于城鎮(zhèn)老年人（75.55%），城鎮(zhèn)老年人不孤獨的比例（73.88%）高于農(nóng)村老年人（68.12%），自評健康良好的城鎮(zhèn)老年人的比例（46.93%）略大于農(nóng)村老年人的比例（44.77%）”。得出在生理健康上表現(xiàn)為農(nóng)村老年人較城鎮(zhèn)老年人健康，在心理健康上表現(xiàn)為城鎮(zhèn)老年人較農(nóng)村老年人健康的結論。

3.3生活形態(tài)特征

農(nóng)村介助老人由于生理機能衰退、行動不便等原因，逐漸從勞動職業(yè)生活中退出，其日?；顒右搽S之發(fā)生相應的改變。主要表現(xiàn)為體力勞動活動、休閑娛樂活動減少，以及生活習慣的變化等。而農(nóng)村介助老年人所處的生活居住環(huán)境也為其日?；顒釉黾恿艘欢ǖ恼系K。

第一，體力勞動減少。由于身體原因大部分介助老人已經(jīng)退出了維持家庭的農(nóng)業(yè)勞動，但是大部分老年人仍然保留土地，以小規(guī)模畜牧及種植菜蔬來實現(xiàn)自給自足，經(jīng)濟來源受到限制。數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)村60歲以上的老年人中，40%以上還在繼續(xù)工作。

第二，娛樂休閑活動減少。大部分老年人為避免麻煩會盡量減少遠距離的活動，大部分時間選擇呆在家里休息或者到鄰居家、村口聊天，偶爾去集市或商店購買必需品，高頻次的短距離出行以及低頻次的中長距離出行是主要的活動特征。

第三，在生活習慣上，農(nóng)村老年人雖然體力勞動有所減少，但大部分仍然保留小規(guī)模勞作的習慣，來減輕兒女負擔或支持家用。

第四，室外環(huán)境上，農(nóng)村道路偏狹窄，除主街道外，還有許多坑洼不平的土路，且夜間照明設施只集中在主道路。室內環(huán)境上，大部分農(nóng)村老式房屋設有門檻、臺階等，屋內的家具以低矮為主，給老人的行走、起坐造成了諸多不便。

4基于FBS模型的農(nóng)村介助老人助行器設計思路

基于介助老人的特征，將特征集合轉化為需求集合，開展功能分析和定義，形成功能集合。結合FBS模型，將功能映射到行為中，并開展結構分析和設計，完成整個設計思路。

4.1構建設計流程

根據(jù)FBS模型，建立農(nóng)村介助老人助行器的設計開發(fā)流程，模型流程如圖3所示：

1）由基本需求確定基本功能。通過文獻研究以及田野觀察了解總結農(nóng)村介助老人群體的生理、心理與居住環(huán)境特征，探索得出農(nóng)村介助老人的基本需求，由此確定產(chǎn)品的基本功能。

2）功能映射行為。將助行器的功能映射到農(nóng)村介助老人日常的基本行為中，將行為作為功能必要性和合理性檢驗的標準進行進一步的分析與判斷。

3）行為映射結構。運用經(jīng)驗設計或類比推理的方法將行為轉化為結構，根據(jù)結構分析介助老人與助行器的交互行為，并以此作為依據(jù)與上一步的預期行為進行匹配分析，最終確定結構的可行性。

4.2確定功能需求

對在農(nóng)村介助老人的特征分析中得出的需求集合進行排除與實現(xiàn)，確立FBS設計模型中的功能集合（F），為后續(xù)設計開展做準備。在從需求到功能的映射當中，對需求進行分類，總結出以下幾點：

1）基本需求：輔助行走、起立以及坐下。輔助行走要求助行器必須適應農(nóng)村的各種道路狀況，在助起坐方面應當增加助行器底座的穩(wěn)定性。

2）安全性需求：由于介助老人各項生理機能衰退，行動不便，應當將人機工程學運用到助行器當中，避免由于設計與老人身體因素相沖突而引發(fā)的事故。

3）易用性需求：設計應當與老年人的行為認知模式相符，方便老年人操作使用，避免出現(xiàn)誤操作及使用效率低下的狀況。

4）情感需求：色彩、形態(tài)以及材質的使用要符合老年人的心理特點，滿足老年人尊重與被尊重的需求。

4.3預期行為轉化

在復雜產(chǎn)品系統(tǒng)設計中，由于總功能較為復雜，可將總功能分解為多級子功能，形成功能結構圖。行為是功能與結構的橋梁，是關于實現(xiàn)原理的描述，即實現(xiàn)產(chǎn)品功能應該“怎樣做”?！肮δ堋袨椤庇成浞治鍪窃跐M足各種約束條件的前提下，生成行為解，并從原理上實現(xiàn)所提出的設計目標。

功能到預期行為的轉化如下：首先根據(jù)需求分析將功能分解成以下四部分：運動功能、調節(jié)功能、控制功能以及傳動功能，分別對應老人在不同情境下的行為。運動動能對應的是老年人的行走、起立與坐下的行為;調節(jié)功能為扶手的高度調節(jié)、使用形式變化調節(jié);控制功能為照明燈的開關、報警開關;傳動功能為太陽能驅動、電量收集。助行器功能轉化為行為如圖4所示。

4.4明確產(chǎn)品結構

在將預期行為轉化為結構時需要考慮以下幾點：（1）行為與行為的矛盾要求人們對這些結構的執(zhí)行動作加以某些限制，避免產(chǎn)生沖突;（2）一個行為可能有多個組成部分，即要將多個結構組合后合成某一功能，這要求人們要考慮用戶的行為尺度，合理分布這些結構;（3）盡可能將結構多功能化，這要求人們考慮行為之間的相似處和差異處，得出創(chuàng)新結構。

作為FBS流程模型的最后的步驟，結構設計是助行器的產(chǎn)品形態(tài)和功能實現(xiàn)方式的最重要的一環(huán)。結構設計主要是針對助行器本身的設計，由于助行器本身的復雜性，其行為與結構并非簡單的一一對應的映射關系，在此根據(jù)實現(xiàn)方式將助行器劃分為助行、助起坐、發(fā)電、儲蓄、伸縮，以及程序控制六大模塊，從行為到結構的整合映射過程如圖5所示。通過結構分析，設計出符合農(nóng)村介助老人行為習慣的結構概念，從而得到最優(yōu)方案。

5基于FBS模型的農(nóng)村介助老人助行器設計實踐

根據(jù)用戶需求，針對農(nóng)村介助老人的生活環(huán)境和產(chǎn)品功能，確定人機尺寸。人機尺寸上選取1百分位老年女性和99百分位老年男性的人機尺寸推算出產(chǎn)品各部分尺寸：助行器應在距離地面855—1105mm之間。

確定助行器的相關數(shù)據(jù)后，針對農(nóng)村介助老人的使用需求和農(nóng)村地形地貌的特點，對助行器的外觀形態(tài)和功能進行調整與改進。針對農(nóng)村介助老人的基本需求，此設計可以滿足老年人在農(nóng)村環(huán)境水泥和土地等地面獨自行走、站立的需求。

針對安全性需求，在夜晚行走時，使用者可通過手柄處的按鈕控制底部環(huán)形燈帶，提供照明。底座部分設置有可即時充電的發(fā)電設備，當使用者行走時，手杖底部按壓地面產(chǎn)生的彈力不僅可以緩沖減震，按壓的同時還能帶動助行器內的轉子轉動做切割磁感線運動，轉化為電能儲存在內置電池中，用以給環(huán)形燈帶供電。手柄側邊設置警報按鈕，在老年人需要幫助時按下按鈕，可以發(fā)出警報尋求幫助。

針對易用性需求，考慮到老年人的接受能力和操作準確度，對產(chǎn)品使用了可調節(jié)性設計。使用手柄處不同的按鈕可以調節(jié)手杖高度，同時老年人在操作后可以得到及時反饋，防止誤操作。

針對情感需求，將手柄和底座設計為穩(wěn)定的三角形，增加底座與地面接觸面積。在外形裝飾上參考農(nóng)村常見藤條編織物的造型，通過熟悉的元素降低老年人的抵觸感。主體材質選用表面噴漆處理的鋁合金，將橡膠、碳素纖維結合，增加產(chǎn)品親近感。色彩選用白色和明度較高的黃色，給使用者正面積極的心理暗示（如圖6、圖7、圖8）。

6結語

近幾年，我國人口老齡化程度還將會持續(xù)增長，農(nóng)村老年人口數(shù)量增多，這使得適合農(nóng)村老年群體的助行產(chǎn)品的需求不斷增大。在設計過程中引入FBS模型有助于人們對農(nóng)村介助老人有更明晰的認知，從而提升目標群體的使用體驗。設計過程由用戶特征得出功能需求，由功能需求轉化為行為，再將行為轉化為結構，提高了助行產(chǎn)品的實用性，可以應用于今后助行器設計的實踐中。文章系湖北省武漢工程大學校長基金項目;武漢工程大學2019年校人文社科基金項目《基于城鄉(xiāng)互動的鄉(xiāng)村設計美學實現(xiàn)路徑研究——以鄂西羊村為例》。

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