老齡化背景下運用TRIZ 理論與設計思維的智能床墊研究*

鄭茹萍，劉 旭

（河北工程大學，河北 邯鄲 056000）

據(jù)全國第七人口普查顯示，中國老齡人口達2.64 億，占比為18.7%，較2011年上漲了約5.4%。在國際通用標準中，若大于65 歲的人在總人口中占比高于7%或大于60 歲的人在總人口中占比高于7%，則說明進入了老齡化社會。據(jù)統(tǒng)計顯示，中國大于60 歲的人口在2014—2019年的漲幅約為1000 萬，并預測在2020—2040年漲幅會增至1200 萬。由此可見，中國老齡化趨勢日益明顯，失能老人身體上的缺陷使得其生活質量和幸福感降低[1]。改善失能老人的休息狀況和保障他們的身心健康已經成為重要課題。本文將運用TRIZ 發(fā)明問題解決理論與設計思維結合的方式開發(fā)設計一種新型智能床墊，來提升失能老人的自理能力和生活質量。

1 相關理論

1.1 TRIZ 發(fā)明問題解決理論

TRIZ 發(fā)明問題解決理論是由阿奇舒勒提出的，是他和弟子整理起來的一套理論體系。TRIZ 發(fā)明問題解決理論遵循技術發(fā)展規(guī)律，在多學科的基礎上建立，以自然、系統(tǒng)科學為支撐，核心是解決沖突。它可以幫助設計者高效地分析當前所遇到的問題情境，快速瞄準問題的矛盾，找出問題的本質。為問題的進一步探索指明方向，分析全面且準確。它的特點是能夠打破設計者的思維定勢，以全新的視角觀察問題，并進行分析，降低試錯成本。TRIZ 經常依賴問卷調查的方式，這就使得用戶往往不能清晰地將自己的需求表達出來。而設計思維則強調以人為本、人與自然的和諧統(tǒng)一，要設計出一款令失能老人滿意的老齡化產品就必須具備這2 種因素。

1.2 設計思維

設計思維源自美國硅谷，是按設計師的思維方式總結的。TRIZ 是解決創(chuàng)新問題的途徑，而設計思維是另一種解決方式[2]。設計思維是以人為中心，深入發(fā)掘用戶需求從而尋求突破性創(chuàng)新[3]。它不僅注重設計的外觀、性能、品質等，更重要的是注重用戶需求，它注重人的需求和感受，是一種以人為中心的設計理念。這就發(fā)揮了用戶的主觀能動性，使得設計師在設計的時候可以參考顧客的感受、行為和反饋來進行多層次的設計，不會與實際情況相背離，更加貼近顧客的生活，從而設計出更具創(chuàng)造性的產品?？梢赃\用頭腦風暴、概念可視化來分析設計中遇到的問題，核心屬性包括“溯因推理”“系統(tǒng)觀”“創(chuàng)新”等，它不僅可以加強設計實踐，還可以廣泛應用于產品開發(fā)、設計、商業(yè)創(chuàng)新發(fā)展等多個領域。

2 TRIZ 理論與設計思維綜合解決分析

在解決失能老人所面臨的起身問題方面，可以運用設計思維以人為本的思想從顧客的需求出發(fā)提出問題，挖掘用戶的實際需要，通過用戶觀察、用戶反饋之后運用TRIZ 創(chuàng)新理論分析問題的矛盾所在，從而更好地解決問題。從老人的思想出發(fā)，站在他們的角度提出問題，挖掘失能老年群體真實需求，也就是剛才所說的要具備設計思維中的“同理心”。先利用設計思維中的“同理心”提出失能老人所面臨的問題，再利用TRIZ 創(chuàng)新理論來分析并找到其解決方案。

3 基于設計思維的現(xiàn)有床墊問題分析

從設計思維角度分析失能老人使用床墊有以下幾方面的困境：①難起身。由于失能老人自理能力較差，在沒有他人幫助下很難離開床鋪，久臥更會讓他們的行動力減弱。②難保暖。電熱毯的熱量傳播是不均勻的，溫度也不能一直保持恒溫，有時高有時低。③難識路。在夜間黑暗范圍中尋找開關按鈕對于老人來說會很危險，聲控燈又容易打擾他人睡眠。④難睡安穩(wěn)。現(xiàn)有老年震動床成本低，有噪聲，不利于睡眠。⑤難保證健康。螨蟲滋生，長時間入侵會對健康造成威脅。

4 基于TRIZ 的新型智能床墊設計思路

4.1 TRIZ 分析與解決問題模型

4.1.1 難起身——具有床椅轉功能的智能床

分析問題，引入因果鏈分析。針對問題不斷提問，追根問底，直至找出問題的本質原因，主要步驟如下：①列出初始缺點。失能老人自己起身時太費力。②尋找中間缺點。老人起身時需要借助外力的直接原因是床墊沒有提供起身過程的支撐力。③確定相互關系。床墊沒有支撐力可能是由于背板部或支撐板。④重復②③兩步。建立因果鏈分析，如圖1 所示。⑤從關鍵問題出發(fā)挖掘可能存在的矛盾。矛盾是指沖突，分為技術矛盾和物理矛盾。技術矛盾是指2 個參數(shù)之間的沖突，改善其中一個參數(shù)，會使另一個參數(shù)惡化，具體步驟為，問題是什么，在因果鏈分析中找到問題切入點；現(xiàn)在有什么解決方法，目前的解決方法改善了什么參數(shù)；上述方法的缺點是什么，導致哪些參數(shù)惡化。物理矛盾為對一個過程系統(tǒng)中的同一參數(shù)有著相反的要求，是參數(shù)內部的矛盾，比如要求物體的體積既要大又要小。在這里床墊資源成為了相關資源，突破點在于床墊可以使失能老人在休息時處于起身狀態(tài)。比如床墊可以變成椅子，物理矛盾轉化為床墊一方面是床墊，床墊一方面又不是床墊，可以是椅子、沙發(fā)等。⑥確定關鍵缺點與問題。背部板不能傾斜和坐部板不能傾斜。

圖1 因果鏈分析

解決問題。該矛盾可用的發(fā)明原理為NO.2 抽取/分離原理。抽取/分離原理是把有正向作用的部分或屬性保留，把有負面作用的部分或屬性舍棄。對于床墊既應該是床墊又應該是椅子這一物理矛盾，可把臥床設計為可拆卸的，使得背板部、坐板部、腿板部使其能夠獨立改變位置，在不同的使用時間內能同時具備椅子和臥床的要求[4]。

4.1.2 難保暖——智能溫控床墊

分析問題，功能分析模型。可以識別技術系統(tǒng)和超系統(tǒng)各組件間相互作用關系的分析方法。主要步驟為：①組件層次分析；②組件間作用分析；③組件間作用分析。通過對問題的技術系統(tǒng)、超系統(tǒng)和子系統(tǒng)進行劃分，找出系統(tǒng)內組件，對有接觸的組件進行兩兩分析，分析組件功能屬性，利用規(guī)范的圖形化描述建立系統(tǒng)的功能模型。為問題分析和解決打下基礎。智能床墊的功能是提供熱量，可以將床墊看作一個功能系統(tǒng)。工程系統(tǒng)包括床網、填充物、硅膠加熱片等。超系統(tǒng)組件包括人、地面等。由此來識別組件，具體如表1 所示。

表1 智能床墊工程系統(tǒng)相互作用分析

識別并評估組件功能，如表2 所示。

表2 智能床墊系統(tǒng)的功能分析

解決問題，NO.2 抽取/分離原理。由分析可得，關鍵點在加熱環(huán)節(jié)，電熱毯熱量傳播不均勻，無法滿足恒溫需求。所以在這 里也出現(xiàn)了物理矛盾，即床墊溫度既要高又要低。利用空間分離原理的方法解決難保暖問題中溫度既要高又要低的物理矛盾。因為對于失能老人而言，對不同身體部位的溫度要求也不同，所以可在空間上將其分離。把床墊分為多個獨立部件，在不同的空間區(qū)域提供不同的舒適溫度。

4.1.3 難識路——具有起身感知功能的床墊

分析問題，物-場模型。建立在功能分析的基礎上，所有的功能都可以分為工具、工件和場，即2 種物質和1 種場，通過建立物-場模型發(fā)現(xiàn)有害作用、不足作用來判定矛盾所在。根據(jù)物-場表示的功能模型的類型就可判定矛盾所在。物-場模型分析是TRIZ 一個重要的發(fā)明創(chuàng)造問題的分析工具。一個龐大的工程系統(tǒng)可以分為多個小工程系統(tǒng)。解決黑暗中識路難關鍵是能夠自如掌控開關。最終理想解為使燈能夠在必要的時候開啟，并且提供適當?shù)墓庠础，F(xiàn)存問題實質上是不足效應物-場模型，如圖2 所示，關鍵問題是缺乏有效的場使燈光S1達到所需亮度。

圖2 理想化起夜燈光物-場分析模型

解決問題，76 個標準解?？梢赃\用完善物-場模型的方式來解決。根據(jù)76 個標準解的第6 條增加1 個附加物，如圖3 所示，針對失能老人平躺和離開床墊的重力不同，可以借助壓力傳感器來增加壓力[5]。

圖3 TRIZ 76 個標準解N0.6

4.1.4 難睡安穩(wěn)——電動擺動助眠床

分析問題，特性傳遞?；パa功能系統(tǒng)指的是優(yōu)缺點完全相反的系統(tǒng)，在傳遞時只傳遞優(yōu)點，而不是某個功能或組件。在運用特性傳遞時需要分析各個功能系統(tǒng)的優(yōu)缺點，將優(yōu)點進行傳遞。對于現(xiàn)有震動床導致老人無法睡安穩(wěn)這一問題，床墊系統(tǒng)的主要功能為勻速晃動。優(yōu)點為成本低，缺點是有噪聲。它的競爭系統(tǒng)可以是勻速搖晃的系統(tǒng)有鐘表擺動、招財貓擺手等。接下來，要尋找柔性緩沖層。

解決問題，物-場模型。目前缺乏有效的物-場模型使失能老人安穩(wěn)入睡[6]，圖4 為對失能老人睡眠有幫助的有效物-場模型，找到有效的物質S2和場F，將具有相似功能的系統(tǒng)特傳遞至床墊，比如在坐飛機時更易入睡，這是因為破壞了淋巴液的平衡。所以加入柔性緩沖層，完善物-場模型，在打開控制按鈕時有一個緩存作用，使床墊規(guī)律晃動來達到加速睡眠的效果。

圖4 失能老人難以睡覺安穩(wěn)的物-場分析模型

4.1.5 難保證健康

分析問題，特性傳遞。眾多的螨蟲容易使床墊滋生細菌，解決這一問題可以使用特性傳遞，分析問題工具來解決問題。床墊的主要功能為殺菌消毒。系統(tǒng)的優(yōu)點為成本低，缺點是細菌滋生有害健康。它的競爭系統(tǒng)可以是臭氧、蘆薈、酒精等，接下來尋找備選系統(tǒng)，為過氧化氫消毒技術。

解決問題，物-場模型。自帶殺菌功能難以實現(xiàn)的原因是缺乏完整有效的物-場模型。為使床墊自身具備殺菌功能，可運用76 個標準解的第6 條?？蓪⑨t(yī)療系統(tǒng)中等離子過氧化氫消毒技術利用特性傳遞方法傳遞到床墊系統(tǒng)中去。

4.2 最終解決方案

綜合上述分析，可以研發(fā)出一款自動起身、保持溫度、自動開燈、消除噪聲、保證健康這幾個因素于一身的新型智能床墊。

5 結語

在中國老齡化背景的大趨勢下，居家失能老人正面臨健康服務困境，本文綜合利用TRIZ 創(chuàng)新理論和設計思維融合的方法找出失能老人的真實所需，最終研究出一款具有床椅兼?zhèn)洹⒈３趾銣?、感應起身、搖擺助眠和自帶殺菌功能的智能床墊。該床墊成本低、結構簡單、操作簡便，使失能老人可以無需借助他人來實現(xiàn)自己控制。體現(xiàn)了對失能老年群體的關心和關愛，使他們減輕心理負擔。此外，將TRIZ 創(chuàng)新理論與設計思維的方法融合可以助推老齡問題解決更具人性化，增強其可實施性。