基于FBS模型的家用上肢康復設(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護理知識缺乏系統(tǒng)了解，而腦卒中患者家屬在其疾病康復過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Berkman認為，疾病的康復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)性護理需求也比較強烈，對各項目的護理需求很高，特別是康復器械指導、康復訓練方法和常用家庭護理技巧。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。對已有的上肢康復設(shè)備進行重新設(shè)計以適應家居環(huán)境的需求，特別需要這種設(shè)計方法的指導與幫助。

簡介

1.當前存在的問題

目前，在偏癱上肢康復訓練方面，國內(nèi)外醫(yī)療界所采用的主要是康復醫(yī)生親自對患者進行康復指導和訓練，這種方法雖好，卻有很大缺陷：首先，當患者較多時，康復訓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訓練師都能根據(jù)不同患者制定相應的康復訓練方法；最后，人力成本的不斷提升也將近一步導致部分家庭困難的患者無法接受好的治療。

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

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)境下的康復醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計框架。以指導重新設(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、能對患者和家屬進行示教的上肢康復機器人，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；“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)

對家用上肢康復設(shè)備進行設(shè)計，首先要依據(jù)FBS設(shè)計模型對現(xiàn)有的醫(yī)用上肢康復設(shè)備的基型功能特征進行分解，將總功能分解為康復運動功能、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的行為集合，其中康復運動功能映射為肩部康復運動與肘部康復運動，控制功能映射為開關(guān)閉合、鼠標控制與面板操控，傳動功能映射為電機驅(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)康復環(huán)境下的患者及患者家屬對出院后的延續(xù)性康復護理需求，如康復器械指導、康復訓練方法和常用家庭護理技巧，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行變型——將鼠標控制與面板控制變型為app控制，通過app對患者康復運動的數(shù)據(jù)進行記錄并對患者康復狀況進行評估；在app內(nèi)加入視頻教程，對家屬及患者進行示教；以及在線咨詢康復科醫(yī)生相關(guān)的護理技巧等。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)境下的上肢康復設(shè)備?；贔BS模型的家用上肢康復設(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）