基于FBS模型的戶外核酸檢測裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

王書義 柳寶鉉

摘要：結(jié)合核酸檢測現(xiàn)狀提出一種檢測裝置設(shè)計(jì)思路。利用FBS（Function- Behavior-Structure）模型分析具體用戶訴求，結(jié)合理論知識與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生了核酸檢測裝置的設(shè)計(jì)思路，并構(gòu)建FBS 框架界定核酸檢測裝置的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)出滿足現(xiàn)有環(huán)境及用戶需求的核酸檢測裝置。首次將FBS 模型應(yīng)用在核酸檢測裝置的分析與設(shè)計(jì)上，為后續(xù)的相關(guān)設(shè)計(jì)研究提供一種理論與實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì) 核酸檢測裝置 FBS模型 COVID-19 用戶需求

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：J

文章編號：1003-0069（2023）20-0116-04

Abstract：Based on the current situation of nucleic acid detection，a design idea of detection device is proposed.Using the FBS（function behavior structure）model to analyze specific user demands，combined with theoretical knowledge and design experience，the design idea of nucleic acid detection device is generated， and the FBS framework is constructed to define the design principle of nucleic acid detection device.Design a nucleic acid detection device to meet the existing environment and user needs.For the first time，F(xiàn)BS model is applied to the analysis and design of nucleic acid detection device，providing a theoretical and practical reference for subsequent related design research.

Keywords：Product design Nucleic acid detection device FBS Model COVID-19 User needs

引言

2020 年初新型冠狀病毒疫情在全球范圍內(nèi)蔓延。WTO 于同年1 月12 日將其稱之為2019-ncov，ICTV 于2020 年2 月11 日將其稱之為SARS-cov-2[1]。在國內(nèi)，每每有疫情在當(dāng)?shù)乇l(fā)時(shí)，政府均會有序組織全員核酸檢測，但核酸檢測的采樣地點(diǎn)多由社區(qū)或村部提供的辦公場所臨時(shí)充當(dāng)。這種臨時(shí)提供的核酸檢測場所無法保證核酸檢測的有序進(jìn)行，并且在核酸檢測過程中會產(chǎn)生交叉感染等現(xiàn)象。

FBS 模型最早于20 世紀(jì)90 年代由Gero Js 提出了將該模型應(yīng)用在早期過程中產(chǎn)品研發(fā)的表達(dá)中[2]。Gero JS 等在2004 年4 月將FBS 模型進(jìn)行了改善，將設(shè)計(jì)要求這一思路帶入模型之中[3]。王美清等2004 年5 月份整理歸納并建立了一種新的理論模型，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量特征和用戶需求二者之間的對應(yīng)關(guān)系被發(fā)現(xiàn)和連接了[4]。2013 年5 月份，Cascini G 等于對于模型中現(xiàn)有的問題，加入了要求與需求的概念，并擴(kuò)展了FBS 模型[5]。2018 年7 月份，張青等在對目標(biāo)產(chǎn)品分析時(shí)用新的FBS 設(shè)計(jì)模型，將彈性邊界的理念加上模糊需求的概念相融合，最后利用上下文感知進(jìn)行更多的分析思考。

本文首次通過FBS 用戶需求模型探索核酸檢測過程中的用戶真實(shí)需求以及存在的問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)符合用戶需求的核酸檢測裝置以解決核酸檢測中存在的問題，并為今后的核酸檢測裝置提供一種理論與實(shí)踐方向[6]。

一、核酸檢測概要

介紹檢測方法及其特點(diǎn)，分析檢測環(huán)境與存在問題為討論用戶需求做鋪墊。

（一）檢測方法

為了判斷是否感染病毒，國際上廣泛采用的檢測方式主要有鼻咽拭子法、口咽拭子法、深咳痰液法等，如表1 所示。

（1）鼻咽拭子法：可以較長時(shí)間地在咽喉部位停留得到更加大量的樣本，且患者耐受性好。醫(yī)務(wù)人員熟悉操作后進(jìn)行手術(shù)，他們通?？梢栽跊]有麻醉的情況下取樣。采樣器暴露的風(fēng)險(xiǎn)低于口咽拭子， 因?yàn)樵诓蓸舆^程中操作者無需直視患者的口腔，患者拉下口罩僅暴露其覆蓋的鼻孔，所以基本沒有咽喉反射。有打噴嚏可能的核酸檢測者可以用肘部或紙巾遮擋，并且由于采樣器不在患者正前方，因此接觸的風(fēng)險(xiǎn)很低。

（2）口咽拭子法：操作部分與鼻咽拭子法相同?？谘适米臃ㄅc鼻咽拭子法所用的拭子可以放置保存在一支試管之中。口咽拭子法的好處為檢測的用時(shí)短，可以快速開展檢測工作。

（3）深咳痰液法：相對于口咽拭子法檢測，其發(fā)現(xiàn)RNA 的成功概率高，但并非所有患者都能產(chǎn)生痰液樣本。

如今主要的核酸采集方法為上述的3 種，但在實(shí)際生活中大多數(shù)居民在參與核酸采樣時(shí)主要使用口咽拭子法，所以本次的研究中也將重點(diǎn)關(guān)注于口咽拭子法的檢測要求和檢測條件進(jìn)行研究與分析。

（二）檢測環(huán)境與存在問題

核酸檢測在每一個(gè)步驟地區(qū)的作業(yè)中需認(rèn)真遵守檢驗(yàn)的流程來執(zhí)行，并且嚴(yán)格禁止把樣品混合進(jìn)行檢測。核酸檢測裝置的檢測環(huán)境應(yīng)向核酸檢測實(shí)驗(yàn)室看齊，但因面向全市和城鄉(xiāng)居民，所以標(biāo)準(zhǔn)稍弱于實(shí)驗(yàn)室。

（1）安全性不足。檢測環(huán)境較為簡易，易產(chǎn)生如交叉感染等問題。因此，本研究將戶外環(huán)境因素如溫度、地點(diǎn)、安全等要素加入設(shè)計(jì)考量中。（2）交互性缺失。現(xiàn)階段核酸檢測結(jié)果一般不進(jìn)行另行通知，此操作降低了核酸檢測的時(shí)效性，產(chǎn)生了諸多不穩(wěn)定因素。（3）可回收性不足。由于場地和時(shí)間準(zhǔn)備不充分，循環(huán)與衛(wèi)生系統(tǒng)考慮不夠全面。因此本研究應(yīng)將可回收性加入設(shè)計(jì)考量中。（4）便捷性不足。由于居民個(gè)人或工作原因不能在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)到指定地點(diǎn)完成核酸檢測。

根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出的存在問題為下文的設(shè)計(jì)需求及結(jié)論做出鋪墊。

（三）后續(xù)反饋

本研究將考慮核酸檢測后續(xù)反饋的問題，通過優(yōu)化交互方式等設(shè)計(jì)方法聚焦用戶需求，使檢測居民便捷高效地獲取檢測結(jié)果以完善檢測流程。

二、研究方法與流程

簡要概述FBS 模型，結(jié)合用戶實(shí)際訴求與需要，得出設(shè)計(jì)思路與流程。本研究主要利用FBS 用戶需求分析模型得出核酸檢測裝置的設(shè)計(jì)原則及使用需求與功能。

（一）FBS 模型概述

將歷年FBS 模型改動(dòng)變化整理歸納，如表2。

FBS 模型由功能-Function、行為-Behavior、結(jié)構(gòu)-Structure[7]， 以上3 個(gè)自變量構(gòu)成。當(dāng)設(shè)計(jì)活動(dòng)需要被形容講述時(shí)，此模型讓這三種變量與客觀世界、解讀世界和預(yù)期世界相關(guān)聯(lián)上。解釋，即知覺載體、感覺載體等載體之間相互聯(lián)系使得客觀世界里的變量－感官變量成為解讀世界的感覺－體驗(yàn)感覺；客觀世界里的計(jì)劃舉動(dòng)達(dá)成預(yù)期世界中的目的形態(tài)；使用聚焦的方法把解讀世界里面的感官表達(dá)變成預(yù)期世界的目的。

為了掌握產(chǎn)品的功能需求，設(shè)計(jì)師著手于調(diào)查用戶需求[8]，且將產(chǎn)品的功能需求開展剖析，從而掌握其預(yù)期行為；預(yù)期行為與結(jié)構(gòu)是主從關(guān)系，剖析結(jié)構(gòu)進(jìn)行用戶交互行為的掌握；結(jié)束時(shí)，使預(yù)期行為和實(shí)際交互行為開展關(guān)于是否配對的數(shù)值評估，以確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的準(zhǔn)確穩(wěn)定性。此評估分析作為一種快速思考過程，僅為幫助設(shè)計(jì)者回顧分析研究結(jié)果。FBS 模型的開發(fā)步驟與人類的認(rèn)知特征相互對應(yīng)，使設(shè)計(jì)研究的產(chǎn)品層次感更加富有，其結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1。

（二）基于FBS 模型的核酸檢測裝置設(shè)計(jì)需求與思路

基于FBS 模型的核酸檢測裝置（下文簡稱為核酸檢測裝置）設(shè)計(jì)思路如下：

通過文獻(xiàn)研究并結(jié)合實(shí)際生活，對檢測居民和一線醫(yī)護(hù)人員的生理以及心理需求進(jìn)行收集，根據(jù)實(shí)際地理位置，當(dāng)?shù)貧夂驕囟燃熬用衽c一線醫(yī)護(hù)人員的實(shí)際訴求，總結(jié)所需設(shè)計(jì)要素，將其可移動(dòng)性、易用性、安全性、可回收性、場地要求、設(shè)備要求、衛(wèi)生性、隔離性、交互性等多種性質(zhì)作為設(shè)計(jì)的主要思考點(diǎn)，整理出采集采樣裝置的功能需要；預(yù)期行為決定結(jié)構(gòu)，剖析結(jié)構(gòu)掌握用戶交互行為；使預(yù)期行為和實(shí)際交互行為開展關(guān)于是否配對的數(shù)值評估，以確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的準(zhǔn)確穩(wěn)定性；最后設(shè)計(jì)出基于FBS 用戶需求模型的核酸檢測裝置，為核酸檢測裝置的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐和理論參考。盡可能為一線人員和廣大居民提供更加安全、快捷的服務(wù)體驗(yàn)。

三、核酸檢測裝置FBS模型的構(gòu)建與設(shè)計(jì)需求的代入

（一）FBS 模型的構(gòu)建

FBS 模型主要通過兩個(gè)階段的相互印證與映射進(jìn)行搭建。整個(gè)過程分為分析與映射驗(yàn)證[9] 兩個(gè)階段。

FBS 模型的構(gòu)建。設(shè)計(jì)需要與現(xiàn)有的FBS 模型相融合，進(jìn)一步將FBS 模型進(jìn)行優(yōu)化改良，如圖2。

圖3 中符號分別對應(yīng)：ei- 預(yù)期世界，e －客觀世界，R －要求， i －解讀世界，N －需求，F(xiàn) －功能。

圖3 中分別闡述了需求識別與要求定義兩個(gè)過程。其中被假定為不直接發(fā)揮作用的因素是設(shè)計(jì)人員常年積攢的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等，這些因素不干擾設(shè)計(jì)的推理與進(jìn)行。

（1）分析階段

a. 對客觀世界中客戶的需求Ne 進(jìn)行分析，且歸納[10]

b. 將客觀世界中客戶的需求Ne 轉(zhuǎn)變?yōu)榻庾x世界的需求Ni

c. 將Ni 借助設(shè)計(jì)人員積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為解讀世界的要求Ri，此時(shí)Ri 為一個(gè)設(shè)計(jì)性質(zhì)的集合CRi

d. 將Ri 進(jìn)行篩選優(yōu)化，提煉出預(yù)期世界的要求Rei，即Crei

e. 將預(yù)期的要求Rei 轉(zhuǎn)化為預(yù)期世界的功能Fei 即CRei 轉(zhuǎn)變?yōu)镃Fei，輸出Fei 以供反饋階段使用，以此完成分析階段，如圖3。

（2）映射驗(yàn)證階段

a. 將客觀世界的用戶行為鏈Be 轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)期世界的用戶行為鏈Bei

b. 構(gòu)建預(yù)期世界的用戶行為Bei 到Fei 的映射即預(yù)期世界的功能鏈

c. 構(gòu)建預(yù)期世界的用戶行為到預(yù)期世界的功能Fei 到Sei 的映射， 即預(yù)期世界的功能到預(yù)期世界的設(shè)計(jì)構(gòu)架

d. 通過設(shè)計(jì)分析和反饋完善FBS 模型[11]，新的設(shè)計(jì)要求被迭代產(chǎn)生了，如圖4

（二）設(shè)計(jì)需求帶入

（1）分析疫情期間滿足檢測需求的檢測裝置Ne，并進(jìn)行歸納。將Ne 轉(zhuǎn)變?yōu)榉蠙z測需求的核酸檢測裝置，即轉(zhuǎn)變?yōu)榻庾x世界的需求Ni。

（2）首先，通過FBS 過程模型對檢測裝置的基本功能特征進(jìn)行分解，將Ni 借助設(shè)計(jì)人員積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榉显O(shè)計(jì)的檢測裝置應(yīng)具備的解讀世界的要求Ri，此時(shí)Ri 為核酸檢測裝置應(yīng)具備的性質(zhì)集合CRi。

（3）將檢測裝置應(yīng)具備的要求Ri 進(jìn)行篩選優(yōu)化，提煉出理想的檢測裝置設(shè)計(jì)要求Rei 即檢測裝置設(shè)計(jì)要求合集CRei，將預(yù)期世界的總功能要求分解確定成為可移動(dòng)性、安全性、可回收性與交互性共4 個(gè)子性質(zhì)。把符合設(shè)計(jì)的檢測裝置應(yīng)具備的要求Rei 轉(zhuǎn)化為理想檢測裝置功能Fei 即合集CRei 轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)期世界功能合集CFei，

（4）對核酸檢測裝置分析其功能，如圖5 所示。在核酸檢測的客觀需求Ne 中設(shè)計(jì)出符合抗疫需求的核酸檢測裝置Ni，經(jīng)過設(shè)計(jì)人員積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榉显O(shè)計(jì)的檢測裝置應(yīng)具備的可移動(dòng)性、隔離性、安全性、可回收性、衛(wèi)生性、交互性和易用性，然后將這些性質(zhì)進(jìn)行篩選優(yōu)化，提煉出理想設(shè)計(jì)的要求：可移動(dòng)性、安全性、可回收性和交互性。由這些設(shè)計(jì)要求得出核酸檢測裝置所需要的駕駛、保護(hù)、循環(huán)與衛(wèi)生和醫(yī)患交流與反饋功能。

四、設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）核酸檢測裝置設(shè)計(jì)構(gòu)架的搭建

依據(jù)檢測裝置的流程鏈序結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的因果關(guān)系特點(diǎn)展開分析， 從行為鏈中的末端即客觀世界檢測裝置的設(shè)備向前開始分析，同時(shí)對預(yù)期世界的設(shè)備功能實(shí)行類比，再分析檢測裝置的設(shè)備功能，最后得出檢測裝置的設(shè)計(jì)構(gòu)架，如圖6 所示。

（二）設(shè)計(jì)展示

（1）核酸檢測裝置外部設(shè)計(jì)：檢測裝置采用綠白相間配色，顏色醒目符合色彩心理學(xué)且象征著衛(wèi)生、無害、能起到一定程度的保護(hù)車身的作用。檢測裝置使用世界衛(wèi)生組織會徽作為標(biāo)志，產(chǎn)品外觀如圖7 所示。

（2）核酸檢測裝置功能設(shè)計(jì)與創(chuàng)新：根據(jù)核酸檢測裝置所需要的駕駛、保護(hù)、循環(huán)與衛(wèi)生、醫(yī)患交流與反饋功能Fei 得出的核酸檢測裝置設(shè)計(jì)架構(gòu)Sei，設(shè)計(jì)出核酸檢測裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能。

a．內(nèi)部結(jié)構(gòu)：將FBS 模型導(dǎo)入所設(shè)計(jì)的滿足可移動(dòng)性、安全性、可回收性和交互性質(zhì)Rei 的核酸檢測裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，可分為駕駛、檢測、儲存（緩沖）和更衣（潔凈）4 個(gè)區(qū)域，駕駛區(qū)域有可操作檢測裝置移動(dòng)的普通駕駛室以及安裝在頂端的可清潔能源太陽能板，檢測區(qū)域有醫(yī)護(hù)人員通道、醫(yī)護(hù)人員與檢測居民座位和身份識別系統(tǒng)， 以進(jìn)行核酸檢測和整理樣本送檢等工作。儲存緩沖區(qū)域設(shè)有功能進(jìn)一步細(xì)化的試劑儲存箱，來完成核酸檢測所需的一系列藥品及試劑的儲存與應(yīng)用工作，更衣潔凈區(qū)設(shè)有更衣室和休息座椅供醫(yī)護(hù)人員更衣和休息。

b．裝置創(chuàng)新與特色

1）以車為載體設(shè)計(jì)出核酸檢測裝置，便于在疫情期間更靈活地使用，為抵御疫情分憂。在車頂加入了太陽能板，使檢測裝置設(shè)計(jì)融入了清潔能源元素。2）醫(yī)護(hù)人員所在的工作區(qū)域，檢測居民由檢測裝置外的入口排隊(duì)進(jìn)入，就座于檢測居民座椅上，由坐于醫(yī)護(hù)人員座椅上的醫(yī)護(hù)人員對其進(jìn)行咽拭子檢測，檢測結(jié)束后檢測居民從身份識別區(qū)離開，方便醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行身份統(tǒng)計(jì)，提高檢測的工作效率。同時(shí)醫(yī)護(hù)人員將檢測試劑放入試劑儲存箱中，而后進(jìn)行下一位居民的核酸檢測。3）試劑儲存箱，檢測箱由頂蓋、檢測試劑、工具存放處、溫度顯示器和可替換儲存單位組成，不僅能加快檢測速度，還能為醫(yī)護(hù)人員的安全提供一份保障。4）由檢測裝置俯視時(shí)可以全面地看到檢測裝置的內(nèi)部構(gòu)造以及核酸檢測過程。車尾處設(shè)有更衣室， 提高了醫(yī)護(hù)人員的隱私性與安全性。根據(jù)FBS 理論模型結(jié)合用戶需求設(shè)計(jì)出的檢測裝置特色設(shè)計(jì)功能，如圖8。

結(jié)論

對于疫情期間核酸檢測流程的認(rèn)知以及要求的提高，針對疫情期間居民核酸檢測所產(chǎn)生的問題，利用了FBS（Function-Behavior- Structure）模型來解決。基于FBS 模型分析了核酸檢測的具體用戶訴求，結(jié)合先前FBS 論文中的理論知識與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生了核酸檢測裝置的設(shè)計(jì)思路，并構(gòu)建FBS 框架。將核酸檢測需求首次輸入到FBS 模型中，經(jīng)過分析與映射驗(yàn)證階段，設(shè)計(jì)出了滿足現(xiàn)有環(huán)境使用需求的核酸檢測裝置。由于是首次將FBS 模型與核酸檢測裝置相結(jié)合，故在設(shè)計(jì)流程與分析帶入方面考慮不夠全面，所設(shè)計(jì)出來的作品仍有一定的局限性。但是將FBS 模型與時(shí)俱進(jìn)地結(jié)合核酸檢測裝置這一思路值得深入研究，希望能為后續(xù)的核酸檢測裝置設(shè)計(jì)提供實(shí)踐與理論參考，盡可能為一線防疫人員和廣大居民提供更好的服務(wù)； 并為確保新冠病毒檢測工作的順利實(shí)現(xiàn)，提供一份設(shè)計(jì)力量。

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