基于INPD與熵權法的居家適老護理床設計

陳寧峰，章彰，戴宇軒

基于INPD與熵權法的居家適老護理床設計

陳寧峰，章彰，戴宇軒

（華東理工大學，上海 200237）

在人口老齡化背景下，探索適老護理床的設計理論與方法，為居家適老護理床的設計提供新的研究方法與設計參考。運用INPD結合熵權法指導居家適老護理床設計研究，通過SET分析法，尋找設計機會點。通過對養老機構的護理人員、老年人和家屬進行問卷調查，明確老年人對護理床的需求點。將熵權法引入AHP完善定量研究，對目標用戶的需求進行權重值計算和優先級排序。通過繪制設計概念矩陣，對設計目標進行進一步深化和篩選，得出最終的設計概念。將熵權法引入AHP消除了主觀評價所帶來的影響，并且通過實際設計案例驗證了INPD與熵權法相結合的科學性、有效性和合理性，同時也為老年護理床產業提供了新的研究思路。

INPD；熵權法；AHP；護理床；居家適老

2019年我國65歲以上的老年人口為1.76億，占總人口的12.57%[1]。中國已經快速進入老齡化社會，養老已成為社會的主要問題之一。受中國傳統思想的影響，居家養老是當前中國社會最主要的養老模式。作為養老模式的文化基礎，大家對養老的觀念直接影響了養老模式的選擇[2]。雖然有近九成老年人傾向于居家養老，但是當前大部分適老化產品都難以打入家庭市場[3]。

本研究的目標用戶為60～70歲的健康老人，他們較有活力也可以獨自外出，但是身體機能卻在逐漸下降。因此，開發設計預設性養老產品成為居家養老生活質量提升的關鍵。例如，護理床是一種最常見的醫療設備，其使用者涉及老年人、家屬以及醫護人員[4]。多數老年人表示他們愿意在醫院和養老機構中使用護理床，但是很少有人愿意買回家中進行使用。如何消除目前市場上常見的護理床帶來的緊張感和嚴肅感，如何在便利老年人日常生活的同時考慮到老年人的自尊心成為了本文研究的重點。本文結合INPD和熵權法，優化AHP法（層次分析法）的主觀隨意性，并對其進行修正。運用SET的三大因素，分別為社會趨勢（Society）、經濟趨勢（Economy）以及新技術（Technology），將宏觀趨勢與微觀需求相結合，探索開發居家適老護理床的機會點，構建產品需求層次結構圖，并用熵權法對相關需求點進行權重賦值，根據權重對需求進行分層整理和排序，并通過構建產品設計概念矩陣，理解機會并將產品機會概念化，從而實現對居家適老護理床的設計。

1 研究方法概述

1.1 INPD方法

INPD（Integrated New Product Development），是卡內基梅隆大學的卡根和辛辛那提大學的佛格爾在著作《創造突破性產品》中主要研究的設計方法[5]，INPD是一種產品設計的研究方法，可以將產品開發過程中的用戶需要、要求和愿望與其他相關者利益相結合。從產品策劃到項目批準INPD程序包括4個階段：識別機會（Identifying）、理解機會（Under-standing）、基于產品機會將產品概念化（Conceptua-lizing）以及實現機會（Realizing）[6]。INPD與以往僅憑借個人經驗和主觀判斷的感性實踐方法不同，它綜合考慮了不同方面的因素，包括用戶需求、工程實踐以及市場趨勢，因此，該方法對現代設計的綜合系統規劃有著重要的指導意義。

1.2 熵權法在AHP中的應用

AHP由美國匹茨堡大學運籌學家薩蒂提出，可以把對最終決策有影響的元素拆分為不同層次，包括目標、準則、方案等，并在這一基礎上對不同層次的元素進行定量和定性分析[7]，其優點是能使不同指標的條理更加清晰。在具體的事例中會將需要評價的指標交給相關領域專家進行分析評價，同時將薩蒂提出的1—9級標度法作為評價標準，構建判斷矩陣量化指標，從而得出不同指標的重要程度。

同時，為了修正AHP法中主觀原因導致的結論偏差，本研究引入熵權法這一相對客觀的賦值方法，以期減少AHP法中主觀因素導致的權重誤差。

2 居家適老護理床產品設計研究

2.1 識別產品機會：SET因素分析

INPD的第1階段為識別機會，需要找到產品的機會缺口（Product Opportunity Gap，POG）以及做出最優的產品機會選擇。需要注意的是，在識別產品機會缺口時，需通過工程、藝術、市場等多學科思維進行綜合分析。本文將基于SET因素分析，對社會變革（S）、經濟趨勢（E）以及技術創新（T）[8]3個不同方面的因素進行綜合分析研究，見圖1。

結合現有產品的缺點，對適老化產品進行SET分析可以看出：在社會方面，現有的護理性產品大多是面向護理機構設計的，缺少居家氛圍，與此同時老年人的內心敏感，不愿自己被當成弱勢群體來對待，因此，面向居家環境的適老性護理產品成為了設計機會點；在經濟方面，一個好的適老性產品可以作為子女對父母的情感投入，同時隨著老年群體的養老收入不斷增加，老年人自身也更愿意購買合適的產品；在技術方面，更多的公司將自動化、互聯網、物聯網等技術運用到適老性產品中，不僅可以減少老年人和看護人員的使用負擔，同時也可以增加子女與父母的生活交集。

2.2 明確產品機會點：適老性護理床層次化功能指標

INPD的第2階段為明確產品機會點，通過定性和定量的方法將用戶需求轉變為產品的機會點[9]。本文結合現有的老年產品和相關研究，對上海長寧區仙霞社區的為老服務中心和上海普陀區的簡愛公益發展中心（針對輕度認知癥老年人的早期干預社區中心）進行了實地調研，與“大魚營造”負責人以及“簡愛公益”創始人進行了深入的訪談交流，明確了老年人的行為與需求，獲得了長寧區茅臺路仙霞社區10位老年人的人物畫像，并總結出了老年人對護理床的多方面需求。

通過分析用戶需求，提煉出產品功能、使用場景、操作需求、價格需求以及外觀需求5項評價標準，并從老年使用者的生理、心理、安全、行為、審美等角度進行綜合考慮。將這5個用戶總需求作為準則層（1-5），再經過詳細的調研和分析之后，得出21個具體的需求指標層（11-53），見圖2。

2.3 需求指標權重計算

居家養老是一個較為復雜的系統，不僅要考慮到老年人的行為也要尊重老年人的心理需求。本階段對各指標之間的關聯性進行分析，厘清各個需求點的相對重要程度，從而設計出符合老年人行為特征還兼顧老年人自尊心的產品。在復雜的需求評價中，結合專家和相關群體的不同意見，綜合考慮最終的需求權重[10]。

圖1 適老性產品設計SET分析

圖2 目標用戶需求層次結構圖

層次分析法是將復雜問題系統化的方法，其核心要點是將復雜的決策問題通過建立層次結構的方式進行優化，判定評價指標，并通過量化數據，對決策點進行權重排序[11]。然而，在實際操作過程中，很難完全消除評價中感性因素所導致的誤差，無法保證每次計算的判斷矩陣具有一致性[12]。因此，本文在保留專家意見的基礎上，充分挖掘用戶方（老年使用者、護工和老年人子女）的意見，采用較為客觀的熵權法對AHP法進行補充和完善，在一定程度上減輕了AHP法的主觀誤差所帶來的差異性結果。

居家養老設計需要考慮老年人當下的行為需求以及若干年后由于身體機能下降所帶來的潛在需求，因此對于專家和老年人雙方的意見都需要重視，本文對AHP法與熵權法進行了有效的結合，同時保留了專家決策的專業性以及老年群體行為的客觀性。

2.3.1 AHP層次分析主觀權重計算

AHP中構建判斷矩陣是重要的環節之一，在這一過程中會對模型中的需求點進行矩陣計算，計算不同需求點之間的權重關系[13]，見表1—6。借助薩蒂教授給出的9個重要性等級，對目標用戶需求層次結構圖中的準則層和指標層進行需求點之間的比較。一般9個重要等級的取值分別為1/9、1/7、1/5、1/3、1、3、5、7、9，也可以取這些數的倒數[14]。

表1 用戶需求下的評價指標權重

Tab.1 Evaluation index weight under user demands

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=1.12，由一致性指標公式得=0.030 3、=0.027 1<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

表2 功能需求下的評價指標權重

Tab.2 Evaluation index weight under functional demands

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=1.46，由一致性指標公式得=0.067 8、=0.046 4<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

表3 價格需求下的評價指標權重

Tab.3 Evaluation index weight under price demands

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=0.52，由一致性指標公式得=0.026 8、=0.051 6<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

表4 使用場景下的評價指標權重

Tab.4 Evaluation index weight under usage scenarios

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=0.52，由一致性指標公式得=0.002 8、=0.005 3<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

表5 操作需求下的評價指標權重

Tab.5 Evaluation index weight under operational demands

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=0.52，由一致性指標公式得=0.009 1、=0.017 6<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

表6 外觀需求下的評價指標權重

Tab.6 Evaluation index weight under appearance demands

最大特征根計算得，從隨機一致性指標參考表查得=0.52，由一致性指標公式得=0.026 8、=0.005 2<0.1，認為判斷矩陣具有一致性，權重有效。

本文選取15位專家和設計相關人員作為被試者，并向其發放調查問卷，請他們對上述適老性護理床功能性需求點結果進行評估打分，構建的判斷矩陣如下：

(1)

將矩陣的每個數值進行歸一化處理：

(2)

將矩陣歸一化處理，所得矩陣每行相加：

(3)

(

i

=1,2,…,

n

) (4)

為了確定判斷矩陣是否滿足一定的合理性，需要計算一致性指標：。通過計算一致性比例來檢驗一致性，其中可查閱AHP中的隨機一致性指標參考表獲得，若，則判斷矩陣滿足一致性，權重有效。

2.3.2 基于熵權法的客觀權重計算

在信息論中，熵是對不確定性的一種度量參考。不確定性越大，熵值越大，所包含的信息量越大；不確定性越小，熵值越小，所包含的信息量越小[15]。根據熵的相關特性，可以用熵的值來判斷某一個指標的離散程度，若權重值越大，則對綜合評價的影響也越大[16]。因此，本文將熵權法的客觀權重計算與AHP主觀權重相結合，對原有權重進行修正，提出一種基于老年人、家屬以及護工評價改進的熵權法。

對個用戶、個評價指標進行權重計算，得到數據矩陣：

(5)

(6)

計算第項指標的熵值：

(7)

求得各指標的客觀權重

(8)

將老年人、家屬以及護工人員對各需求點的評分建立指標層以及準則層的初始矩陣。將老年人對于居家適老護理床的調查問卷發放給老年人、家屬以及護工人員，共收到33份有效的調查問卷。使用Matlab軟件進行計算，根據式（5）—（8）得出各指標的權重，見表7。

2.3.3 主客觀綜合權重計算

通過對主觀權重和客觀權重的合成計算得到最終的綜合權重，最后的需求權重值：

(9)

最終的主客觀綜合權重計算公式為：

(10)

最后將AHP以及熵權法所得權重代入主客觀綜合權重計算公式中，得出每一個指標的綜合權重值，計算結果見圖3。

當總需求權重經過熵權法修正后，所得到的結果相較于單一的AHP法更貼近實際的情況，且更貼近用戶的需求，見圖4。

通過對最終的綜合權重值進行排序可知，護理床的設計需求點有以下幾個方面：在功能上，以輔助進食、安全護欄、床頭燈、輔助躺倒為主；價格適中；定位在家庭使用；操作上撇棄傳統護理床復雜的操作，盡可能便捷省力；造型色彩上選用材質溫和的木材，顏色以暖色調為主，以圓潤的圓角造型來減少老年人的心理負擔。

表7 熵權法下的客觀權重值

Tab.7 Objective weight value via entropy weight method

圖3 綜合權重值

3 居家適老護理床功能定位及設計

3.1 產品概念矩陣

根據以上研究結果，本階段進行居家適老護理床的產品設計。前期對現有的護理床進行市場調研，并詢問專家、養老社區志愿者與護工的相關情況。根據4種功能需求，提出11種設計概念并構建設計概念矩陣，見圖5。

綜上，考慮到護理床的使用環境以室內居家環境為主，相對來說空間較為有限，因此，餐桌板的設計選用了可以同時滿足老年人、護工和家屬進行操作的多功能移動桌板，并且舍棄了傳統功能單一的移動桌板以及可能會出現意外情況的折疊升降桌板。安全護欄的設計拋棄了可能會給老人帶來心理負擔的包裹式護欄，選用了固定護欄或折疊護欄。材質選用了較為適合居家氛圍的木材。老人起夜的問題也需要格外重視，在半夜昏暗的環境下起夜，老人最容易出現摔倒的情況，因此在床頭燈上選用了隱藏燈帶的間接燈光，舍棄了臺燈之類的直接燈光。在輔助躺倒的功能上考慮到老年人的自尊心理，舍棄了輔助機器人，選用了具有升降和輔助翻身功能的電動模塊設計。

圖4 AHP權重與引入熵權法修正后權重雷達圖

3.2 居家適老護理床設計方案

INPD的最后一個階段是實現產品機會。根據對老年人行為和心理的分析，結合專家、護理人員和家屬的建議，進行居家適老護理床的設計實踐，通過3D建模和后期渲染，得出最終的設計方案，見圖6—8。

本設計方案選用木材作為視覺的主要可見部分，床墊選用了灰白色的珊瑚絨，更加貼近居家場景的氛圍，能讓不太接受醫用護理床的老年人感到親近。在床的側邊和尾部設計了扶手，便于老年人起身和下床，同時也很好地與床體本身融合在一起，進一步考慮到了老年人的生理和心理需求。在床頭和床底設計了智能感應夜燈，在深夜監測到老年人下床時便會自動開啟，且該光源不會直射老年人的眼睛。多功能的餐桌板方便護理人員看護老人。護理床具有電動抬起和輔助躺倒功能，減少了老年人在躺倒和起床過程中可能會產生的肌體損傷，保護了老年人的身體。

圖5 設計概念矩陣

圖6 居家適老護理床效果圖（夜間效果）

圖7 居家適老護理床效果圖（抬起效果）

圖8 居家適老護理床效果圖（輔助躺倒）

4 結語

在居家養老的社會背景下，本研究以適老護理床為研究對象，將INPD、AHP和熵權法作為設計創新方法，通過社會、經濟、技術（SET）分析發現產品機會，并通過實地調研與訪談得出用戶需求層次結構，再將熵權法引入AHP完善研究過程，進一步減少了主觀判斷對最終設計的影響。通過構建設計概念矩陣，對設計目標進行篩選，從而得出最終的產品設計。本研究過程及結論對未來設計護理床產品具有一定的參考價值。然而，由于研究中樣本數量及問卷數量有限，后續將擴大樣本數量和范圍，以此進一步保證實驗數據的客觀性。

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Design of Aging Care Bed Based on INPD and Entropy Weight Method

CHEN Ning-feng, ZHANG Zhang, DAI Yu-xuan

(East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

Under the background of population aging, this paper aims to explore the design theory and method of nursing bed suitable for the elderly, and therefore provide new research methods and design references for the design of nursing bed suitable for the elderly at home. INPD was combined with entropy weight method to guide the design research of home-friendly nursing bed for the elderly and design opportunities were found through SET analysis method. Concretely speaking, a questionnaire survey was conducted among nursing staff, the elderly and their family members in nursing homes to define the needs of the elderly for nursing beds. The entropy weight method was introduced into AHP to improve the quantitative research and calculate the weight value and prioritize the needs of target users. By drawing the design concept matrix, the design objectives were further deepened and screened, and the final design concept was obtained. The introduction of entropy weight method into AHP eliminates the influence of subjective evaluation, and the scientificity, effectiveness and rationality of the combination of INPD and entropy weight method are verified through practical design cases, which provide new research opportunities for the elderly care bed industry thus.

INPD; entropy method; AHP; nursing bed; home care for the aged

TB472

A

1001-3563(2022)14-0107-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.14.012

2022–02–05

2020年上海市浦江人才計劃（2020PJC026）；華東理工大學設計與藝術研究所科研基地專項基金；2019年上海市設計學Ⅳ類高峰學科專項研究基金（DA19306）；上海市未來夢想公益基金會項目

陳寧峰（1998—），男，碩士生，主攻工業設計。

章彰（1986—），女，博士，副教授，主要研究方向為家具設計。

責任編輯：馬夢遙