集成AHP/QFD/FBS的老年洗浴輔助設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計及評價

■黃勁松，劉 琳，李曉英

(湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計學(xué)院，湖北武漢 430000）

我國已經(jīng)進(jìn)入深度老齡社會，隨著社會發(fā)展越來越多的老年人追求更高的生活質(zhì)量，注重豐富的物質(zhì)和精神生活。抽樣調(diào)查結(jié)果顯示90.8%的老年人在獨(dú)立完成洗浴活動方面有困難，洗浴作為基本的日?；顒迂叫璧玫綆椭鶾1]。養(yǎng)老機(jī)構(gòu)環(huán)境中介助型老人所占的比例較大，介助型老人日常行為依靠拐杖、輪椅、扶手等輔助設(shè)施，其行動以及各項(xiàng)操作技能緩慢甚至笨拙[2]，提高這類老年群體的無障礙照護(hù)水平，是實(shí)現(xiàn)老年群體高質(zhì)量生活的重要指標(biāo)。

目前，我國大部分養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的適老化洗浴輔具為功能較為單一、產(chǎn)品靈活度較差的浴椅和助力輔具，適合低齡健康老人，洗浴形式為普通的花灑式淋浴，在調(diào)節(jié)水流方向和水溫方面不利于老年群體的使用。針對洗浴過程中的適老化和安全性問題，借助設(shè)計理論模型整合設(shè)計流程可以得到產(chǎn)品的最優(yōu)功能結(jié)構(gòu)配置。QFD和FBS在解決設(shè)計問題時具有各自的特點(diǎn)，本研究將兩種設(shè)計理論模型的優(yōu)勢進(jìn)行融合，以老年洗浴輔助設(shè)備為實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，得出滿足適老化、獨(dú)立性、安全性和智能化需求的設(shè)計方案，驗(yàn)證了集成AHP/QFD/FBS模型的產(chǎn)品設(shè)計方法在解決類似設(shè)計問題上的可能性。

1 AHP/QFD/FBS集成理論基礎(chǔ)

AHP將問題的因素按層級關(guān)系兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，然后求出各層次判斷矩陣的特征向量和最大特征值，計算各層次中各因素的權(quán)重[3]，將復(fù)雜的問題評價分解成量化的評價對象合集[4]。該方法定性定量結(jié)合，對問題決策有較強(qiáng)的導(dǎo)向性[5]。

QFD是一種需求分析方法，將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的質(zhì)量特性，從而幫助設(shè)計人員或工程人員更好地從事產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。根據(jù)用戶需求得出與其相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量特性，并研究用戶需求與質(zhì)量特性之間的關(guān)系,從而量化設(shè)計語言[6]。

FBS模型研究“功能—行為—結(jié)構(gòu)”三個變量之間逐級映射的關(guān)系。實(shí)施FBS模型的映射時，一個確定的功能可以推導(dǎo)相應(yīng)的行為和結(jié)構(gòu)，同理，一個確定的結(jié)構(gòu)也可以逆推出相應(yīng)的行為和功能[7]。“行為”作為聯(lián)系功能與結(jié)構(gòu)之間的紐帶，一般由用戶旅程圖來研究表現(xiàn)出預(yù)期行為。

QFD與FBS作為常用的設(shè)計理論模型，在解決設(shè)計問題時具有各自的特點(diǎn)：QFD能夠指出設(shè)計方向，但無法推導(dǎo)出具體的設(shè)計解決方法；FBS可以進(jìn)行用戶需求的轉(zhuǎn)化與映射，但在前期無法對用戶需求進(jìn)行分析。對QFD和FBS進(jìn)行融合應(yīng)用能夠更科學(xué)有效地解決設(shè)計問題[8]。

2 集成AHP/QFD/FBS模型的構(gòu)建

2.1 基于AHP的用戶需求權(quán)重分析

將調(diào)研獲取的用戶需求進(jìn)行整理分類并構(gòu)建層次判斷矩陣。用前一層次的用戶需求作為比較標(biāo)準(zhǔn)，對同一層次的各項(xiàng)用戶需求進(jìn)行兩兩比較，用aij表示用戶需求URi與URj的相對重要性。運(yùn)用層次分析法計算獲得需求權(quán)重，計算過程如下[9]：

(1)根據(jù)比較結(jié)果得到同一層次n個評價指標(biāo)的判斷矩陣。

(4)根據(jù)式④計算出最大特征根λmax。

判斷矩陣的最大特征根對應(yīng)的特征向量（歸一化后）作為因素的權(quán)重向量，其中根據(jù)式⑤計算出最大特征根λmax。

(5)為保證相對重要度打分評價的準(zhǔn)確性，應(yīng)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計算各判斷矩陣的一致性比率CR，即：

其中：CI表示一致性檢驗(yàn)的指標(biāo)；n表示為判斷矩陣A的階數(shù)；RI的取值見表1。當(dāng)計算得出的CR＜0.1時，則判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，否則應(yīng)對判斷矩陣的數(shù)值進(jìn)行修正。

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)

2.2 基于QFD的質(zhì)量特性分析

(1)根據(jù)調(diào)研獲取的用戶需求和相應(yīng)產(chǎn)品特性來分析確定產(chǎn)品的各項(xiàng)質(zhì)量特性(Quality Characteristic，QC)，設(shè)βij表示用戶需求URi與質(zhì)量特性QCj之間的相關(guān)關(guān)系大小，則質(zhì)量特性QCj的權(quán)重Qj為：

其中：i=1,2,…,n, j=1,2,…,m; m代表質(zhì)量特性的數(shù)量。Qj表示各項(xiàng)質(zhì)量特性的權(quán)重。

(2)通過計算得到質(zhì)量特性后，將結(jié)果利用公式⑨進(jìn)行歸一化處理。

其中：qj表示相對權(quán)重。

2.3 FBS映射轉(zhuǎn)化

通過FBS的“功能—行為—結(jié)構(gòu)”映射轉(zhuǎn)化，可以將QFD模型得出的質(zhì)量特性轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)特征，F(xiàn)BS模型的三個變量分別定義為：

(1)功能（Function）：由用戶需求得出的設(shè)計目標(biāo)，本文中是指應(yīng)用QFD模型得出的質(zhì)量特性。

(2)行為（Behavior）：設(shè)計對象達(dá)到設(shè)計目標(biāo)所產(chǎn)生的用戶預(yù)期行為[10]，本文通過用戶旅程圖分析用戶預(yù)期行為。

(3)結(jié)構(gòu)（Structure）：包括產(chǎn)品設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)，也包括由功能和行為映射得到結(jié)構(gòu)。

3 集成AHP/QFD/FBS的設(shè)計方法應(yīng)用實(shí)踐

3.1 老年洗浴輔助設(shè)備的用戶需求獲取

通過設(shè)計5W2H訪談問卷，對山東省寧陽縣某養(yǎng)老院進(jìn)行用戶訪談。按照各人員所占比，采訪60歲至75歲介助型老人30名及養(yǎng)老院工作人員（護(hù)工）3名。在不限制硬件產(chǎn)品和記錄洗浴過程中出現(xiàn)的任何需求的前提下，得到基于老年洗浴輔助設(shè)備的需求信息。借助親和圖法（KJ法）合并與簡化相同及相似的原始需求項(xiàng)指標(biāo)[11]，得出15項(xiàng)指標(biāo)層需求項(xiàng)，如圖1所示。

■圖1 用戶需求項(xiàng)整理

準(zhǔn)則層中，U3配置需求是指老年用戶在洗浴過程中為提高安全和健康水平配置功能元件的需求。指標(biāo)層中，U12人機(jī)尺寸舒適是指細(xì)部的尺寸設(shè)計合理，為保證老年人操作準(zhǔn)確性的指標(biāo)；U21可選擇洗浴方式是指以不同的產(chǎn)品形式適應(yīng)不同的洗浴行為特點(diǎn)，并提供可自主選擇的空間；U32包括用戶在洗浴過程中感到不適及時報警，以及氧氣濃度過低和洗浴時間過長的警示等。

3.2 用戶需求權(quán)重分析

邀請10名專家按照1-9標(biāo)度法對指標(biāo)層需求項(xiàng)進(jìn)行兩兩比較評價（1/9至1/2重要程度依次遞增，1/9表示及其不重要，1/3表示稍微不重要，1-9重要程度依次遞增，1表示同樣重要，9表示及其重要），構(gòu)造出各指標(biāo)層需求項(xiàng)的判斷矩陣。利用（3）、（4）計算各矩陣的權(quán)重wi及權(quán)重向量W，并根據(jù)式（5）計算出最大特征值λmax。準(zhǔn)則層相對目標(biāo)層的權(quán)重見表2，同理可以計算出指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的權(quán)重及排序，計算結(jié)果見表3至表6。

表2 用戶需求判斷矩陣及權(quán)重

表3 人機(jī)需求判斷矩陣及權(quán)重

表6 收納需求判斷矩陣及權(quán)重

為檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，確定權(quán)重系數(shù)的最終值[12]，由（5）、（6）計算可知，表2至表6的一致性比率CR值均小于0.1，故各判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)。

指標(biāo)層需求項(xiàng)權(quán)重排序由高到低為：U11材料安全防滑、U41方便移動和收納、U22休息支撐、U31借力輔具、U12人機(jī)尺寸舒適、U42節(jié)省空間、U24干濕分區(qū)、U34保持恒溫環(huán)境、U32出現(xiàn)異常報警功能、U21可選擇洗浴方式、U35水溫可視化調(diào)節(jié)、U33按摩功能、U23造型色彩親和、U37洗浴時間提醒、U36方便調(diào)節(jié)水流方向。由此排序可以得出用戶需求的重要程度大小，在后續(xù)設(shè)計中優(yōu)先考慮重要程度靠前的需求項(xiàng)。

經(jīng)計算，λmax=4.03，CI=0.01，RI=0.89，CR=0.013<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)（表2）。

經(jīng)計算，λmax=2，CI=0，RI=0，CR=0<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)（表3）。

經(jīng)計算，λmax=4.13，CI=0.04，RI=0.89，CR=0.05<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)（表4）。

表4 造型需求判斷矩陣及權(quán)重

經(jīng)計算，λmax=7.14，CI=0.02，RI=1.36，CR=0.017<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)（表5）。

表5 配置需求判斷矩陣及權(quán)重

經(jīng)計算，λmax=2，CI=0，RI=0，CR=0<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)（表6）。

3.3 基于QFD的產(chǎn)品質(zhì)量特性問題分析

3.3.1 用戶需求與產(chǎn)品質(zhì)量特性之間的映射

基于QFD中“需求是什么”和“怎么來滿足”的基本思想，將用戶需求轉(zhuǎn)化為老年洗浴輔助設(shè)備的質(zhì)量特性，保證產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)與用戶需求匹配一致。由圖2可知，共映射出9條質(zhì)量特性，可以得出需求項(xiàng)符合的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

■圖2 需求項(xiàng)與質(zhì)量特性之間的映射

3.3.2 HOQ模型構(gòu)建及質(zhì)量特性權(quán)重值計算

邀請10名專家對老年洗浴輔助設(shè)備用戶需求與質(zhì)量特性的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行確定，將其兩兩比較，逐一進(jìn)行打分，最終得到評價結(jié)果，并通過矩陣形式直觀表現(xiàn)出來。評價打分規(guī)則： 5分認(rèn)為“強(qiáng)”相關(guān)，用◎表示；3分認(rèn)為“中”相關(guān)，用○表示；1分認(rèn)為“弱”相關(guān)，用△表示；0分認(rèn)為無相關(guān)，用空格表示。

HOQ（質(zhì)量屋）模型可以構(gòu)建出用戶需求與質(zhì)量特性之間的關(guān)系矩陣，通過（8） 、（9）計算出各項(xiàng)質(zhì)量特性的權(quán)重并進(jìn)行排序放在HOQ模型的下方，反映了質(zhì)量特性與用戶需求的關(guān)系，即排序越靠前，其與15項(xiàng)需求項(xiàng)的關(guān)聯(lián)越緊密[13]，如圖3所示。

3.4 基于FBS的產(chǎn)品問題解決

將質(zhì)量特性權(quán)重系數(shù)均值以上的質(zhì)量特性定義為上級特性，均值以下的定義為下級特性，再將上級特性單獨(dú)計算出均值，這個均值以上的上級特性為Ⅰ級特性，以下的上級特性為Ⅱ級特性，同理可以得出Ⅲ級和Ⅳ級特性（見圖3）。將QFD得出的前三級即前8項(xiàng)關(guān)鍵質(zhì)量特性（C1地面材質(zhì)防滑性、C2功能區(qū)域收納性C3尺寸合理性、C4產(chǎn)品可調(diào)節(jié)性、C5保持支撐與平衡、C6視覺交互、C7濕區(qū)與干區(qū)隔離和C8呼救信息傳遞）作為老年洗浴輔助設(shè)備的功能庫，進(jìn)行“功能—行為—結(jié)構(gòu)”的映射?！靶袨椤笔侵竿ㄟ^用戶旅程圖得出的用戶預(yù)期行為，挖掘預(yù)期行為下的問題和設(shè)計機(jī)遇，如圖4所示。

■圖3 老年洗浴輔助設(shè)備質(zhì)量屋圖

■圖4 用戶旅程圖

介助型老人坐下與起身時動作均有不便，上身前傾易導(dǎo)致重心不穩(wěn)而摔倒；浴室內(nèi)地面濕滑是很大的安全隱患，老人一般會借助扶手或者防滑拖鞋等防止意外發(fā)生；洗浴時間過長時，老人因自身身體原因或者室內(nèi)氧氣不足會發(fā)生危險，需要及時呼救以及洗浴時間提醒；洗浴過程中人的體表溫度變化較大，老年人免疫力低下更加需要采暖功能；坐姿洗浴前提下人的靈活性和活動范圍有限，需要更方便快捷的操作。通過用戶旅程圖得到預(yù)期行為后，繼續(xù)執(zhí)行“功能—行為—結(jié)構(gòu)”的映射轉(zhuǎn)換，映射出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（Structure），映射過程如圖5所示。

■圖5 功能—行為—結(jié)構(gòu)映射

4 老年洗浴輔助設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計實(shí)踐

4.1 功能定義

老年洗浴輔助設(shè)備在功能定義上，方便行動不便的介助型老人至浴區(qū)，將載運(yùn)用戶移動部分與浴槽較巧妙地結(jié)合在一起，載運(yùn)部分與浴槽組合在一起就是一個干濕分離的浴區(qū)。解決介助型老人包括輪椅老人、助行器老人在到達(dá)浴室、起身、坐下和洗浴后離開時的安全隱患問題和監(jiān)護(hù)人員高效安全的運(yùn)轉(zhuǎn)行為，如圖6所示。

■圖6 老年洗浴輔助設(shè)備設(shè)計方案

4.2 各配置結(jié)構(gòu)說明

封閉浴區(qū)的推入式浴椅作為最主要的設(shè)計主體，同時滿足U21可選擇洗浴方式、U22休息支撐、U24干濕分區(qū)和U31借力輔具的用戶需求，利用電子封閉，保證浴槽的封閉性；采暖功能利用紅外燈泡的熱輻射來實(shí)現(xiàn)；可旋轉(zhuǎn)的橫式花灑方便用戶坐姿調(diào)節(jié)水流方向；具有手推圈的移動輪椅可以滿足老人獨(dú)立移動進(jìn)入浴區(qū)的需求；用戶在使用中右手邊的報警器連接智能終端，可以實(shí)現(xiàn)一鍵報警、氧氣濃度警示以及洗浴時間超時警報等，如圖7所示。

■圖7 老年洗浴輔助設(shè)備各配置結(jié)構(gòu)說明

4.3 不同洗浴場景切換

用戶可以根據(jù)自身需求選擇不同的洗浴模式，可旋轉(zhuǎn)的橫式花灑和注水孔結(jié)構(gòu)提供了淋浴、泡浴兩種不同的洗浴場景。用戶在淋浴場景中，水控系統(tǒng)通過橫式花灑，浴槽底部的排水閥開啟；用戶在泡浴場景中，水控系統(tǒng)經(jīng)過注水孔流入浴槽，浴槽底部的排水閥關(guān)閉。

5 設(shè)計方案模糊綜合評價

對于產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行方案評價是檢驗(yàn)設(shè)計合理性的一個重要步驟[14]，設(shè)計方案需利用模糊綜合評價法進(jìn)行綜合評價佐證其合理性。

應(yīng)用李克特量表法的評級方法，設(shè)評價等級集：T={很滿意，滿意，一般，不滿意，很不滿意}，分值分別為1至5分：5分表示很滿意，1分表示很不滿意。依據(jù)老年洗浴輔助設(shè)備的指標(biāo)層需求項(xiàng)，邀請10名專家對方案進(jìn)行評價，經(jīng)過匯總歸一化后得到各準(zhǔn)則層需求下的指標(biāo)層需求相應(yīng)的模糊綜合評價矩陣。

S1指準(zhǔn)則層人機(jī)需求下的指標(biāo)層對老年洗浴輔助設(shè)備的模糊綜合評價矩陣，同理可以得出S2、S3、S4的模糊綜合評價矩陣：

根據(jù)表2中的權(quán)重值，目標(biāo)需求層次的權(quán)重向量為WA=（0.497 0.068 0.313 0.121）；根據(jù)表3至6中的權(quán)重值，準(zhǔn)則需求層的權(quán)重向量分別是WA1=（0.667 0.333），WA2=（0.177 0.533 0.041 0.249），WA3=（0.340 0.197 0.057 0.239 0.106 0.022 0.039），WA4=（0.667 0.333）。由此可以計算出老年洗浴輔助設(shè)備準(zhǔn)則需求層4個方面的評價模型：

由上可得整體評價模型：B=WA×S=(0.4176,0.35,0.1394,0.0742,0)，對整體評價模型結(jié)果進(jìn)行歸一化處理后得到B=（0.426,0.357,0.142,0.075,0）。認(rèn)為該方案為很滿意、滿意、一般、不滿意、很不滿意的評估者分別為 42.6%、35.7%、14.2%、0.75%和0。按照最大隸屬度原則，此方案的綜合評級結(jié)果為5級，總體評價較好，但相對隸屬度較低，仍有改進(jìn)的必要[15]。

6 結(jié)語

本文以養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中針對介助型老人的老年洗浴輔助設(shè)備的設(shè)計為例，集成AHP-QFD-FBS設(shè)計理論模型得出設(shè)計方案，并利用模糊綜合評價法對設(shè)計方案的可用性進(jìn)行評價，佐證了設(shè)計方案的合理性。應(yīng)用AHP獲得用戶需求權(quán)重及排序，經(jīng)過QFD得出質(zhì)量特性，最終運(yùn)用FBS映射得出關(guān)鍵設(shè)計結(jié)構(gòu)。設(shè)計方案在創(chuàng)新性、多功能性和獨(dú)立操作性等方面提升了產(chǎn)品的整體使用效率和用戶體驗(yàn)，證明了融合的設(shè)計理論模型彌補(bǔ)單一設(shè)計理論的不足，可以為老年洗浴輔助設(shè)備的設(shè)計提供更具科學(xué)邏輯的設(shè)計流程[16-17]。但文中對智能化以及自動化洗浴的研究較少，尚需在今后的研究中進(jìn)一步完善，使老年洗浴輔助設(shè)備在使用中更高效和智能。