基于FBS模型的戶外核酸檢測裝置創新設計研究

王書義 柳寶鉉

摘要：結合核酸檢測現狀提出一種檢測裝置設計思路。利用FBS（Function- Behavior-Structure）模型分析具體用戶訴求，結合理論知識與設計經驗，產生了核酸檢測裝置的設計思路，并構建FBS 框架界定核酸檢測裝置的設計原則。設計出滿足現有環境及用戶需求的核酸檢測裝置。首次將FBS 模型應用在核酸檢測裝置的分析與設計上，為后續的相關設計研究提供一種理論與實踐參考。

關鍵詞：產品設計 核酸檢測裝置 FBS模型 COVID-19 用戶需求

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：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，FBS 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，每每有疫情在當地爆發時，政府均會有序組織全員核酸檢測，但核酸檢測的采樣地點多由社區或村部提供的辦公場所臨時充當。這種臨時提供的核酸檢測場所無法保證核酸檢測的有序進行，并且在核酸檢測過程中會產生交叉感染等現象。

FBS 模型最早于20 世紀90 年代由Gero Js 提出了將該模型應用在早期過程中產品研發的表達中[2]。Gero JS 等在2004 年4 月將FBS 模型進行了改善，將設計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，產品設計質量特征和用戶需求二者之間的對應關系被發現和連接了[4]。2013 年5 月份，Cascini G 等于對于模型中現有的問題，加入了要求與需求的概念，并擴展了FBS 模型[5]。2018 年7 月份，張青等在對目標產品分析時用新的FBS 設計模型，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需求以及存在的問題，進而設計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踐方向[6]。

一、核酸檢測概要

介紹檢測方法及其特點，分析檢測環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。醫務人員熟悉操作后進行手術，他們通常可以在沒有麻醉的情況下取樣。采樣器暴露的風險低于口咽拭子， 因為在采樣過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，因此接觸的風險很低。

（2）口咽拭子法：操作部分與鼻咽拭子法相同。口咽拭子法與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，其發現RNA 的成功概率高，但并非所有患者都能產生痰液樣本。

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

（二）檢測環境與存在問題

核酸檢測在每一個步驟地區的作業中需認真遵守檢驗的流程來執行，并且嚴格禁止把樣品混合進行檢測。核酸檢測裝置的檢測環境應向核酸檢測實驗室看齊，但因面向全市和城鄉居民，所以標準稍弱于實驗室。

（1）安全性不足。檢測環境較為簡易，易產生如交叉感染等問題。因此，本研究將戶外環境因素如溫度、地點、安全等要素加入設計考量中。（2）交互性缺失。現階段核酸檢測結果一般不進行另行通知，此操作降低了核酸檢測的時效性，產生了諸多不穩定因素。（3）可回收性不足。由于場地和時間準備不充分，循環與衛生系統考慮不夠全面。因此本研究應將可回收性加入設計考量中。（4）便捷性不足。由于居民個人或工作原因不能在規定的時間范圍內到指定地點完成核酸檢測。

根據以上發現并總結出的存在問題為下文的設計需求及結論做出鋪墊。

（三）后續反饋

本研究將考慮核酸檢測后續反饋的問題，通過優化交互方式等設計方法聚焦用戶需求，使檢測居民便捷高效地獲取檢測結果以完善檢測流程。

二、研究方法與流程

簡要概述FBS 模型，結合用戶實際訴求與需要，得出設計思路與流程。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計原則及使用需求與功能。

（一）FBS 模型概述

將歷年FBS 模型改動變化整理歸納，如表2。

FBS 模型由功能-Function、行為-Behavior、結構-Structure[7]， 以上3 個自變量構成。當設計活動需要被形容講述時，此模型讓這三種變量與客觀世界、解讀世界和預期世界相關聯上。解釋，即知覺載體、感覺載體等載體之間相互聯系使得客觀世界里的變量－感官變量成為解讀世界的感覺－體驗感覺；客觀世界里的計劃舉動達成預期世界中的目的形態；使用聚焦的方法把解讀世界里面的感官表達變成預期世界的目的。

為了掌握產品的功能需求，設計師著手于調查用戶需求[8]，且將產品的功能需求開展剖析，從而掌握其預期行為；預期行為與結構是主從關系，剖析結構進行用戶交互行為的掌握；結束時，使預期行為和實際交互行為開展關于是否配對的數值評估，以確認整體結構具有優良的準確穩定性。此評估分析作為一種快速思考過程，僅為幫助設計者回顧分析研究結果。FBS 模型的開發步驟與人類的認知特征相互對應，使設計研究的產品層次感更加富有，其結構示意圖，如圖1。

（二）基于FBS 模型的核酸檢測裝置設計需求與思路

基于FBS 模型的核酸檢測裝置（下文簡稱為核酸檢測裝置）設計思路如下：

通過文獻研究并結合實際生活，對檢測居民和一線醫護人員的生理以及心理需求進行收集，根據實際地理位置，當地氣候溫度及居民與一線醫護人員的實際訴求，總結所需設計要素，將其可移動性、易用性、安全性、可回收性、場地要求、設備要求、衛生性、隔離性、交互性等多種性質作為設計的主要思考點，整理出采集采樣裝置的功能需要；預期行為決定結構，剖析結構掌握用戶交互行為；使預期行為和實際交互行為開展關于是否配對的數值評估，以確認整體結構具有優良的準確穩定性；最后設計出基于FBS 用戶需求模型的核酸檢測裝置，為核酸檢測裝置的設計提供實踐和理論參考。盡可能為一線人員和廣大居民提供更加安全、快捷的服務體驗。

三、核酸檢測裝置FBS模型的構建與設計需求的代入

（一）FBS 模型的構建

FBS 模型主要通過兩個階段的相互印證與映射進行搭建。整個過程分為分析與映射驗證[9] 兩個階段。

FBS 模型的構建。設計需要與現有的FBS 模型相融合，進一步將FBS 模型進行優化改良，如圖2。

圖3 中符號分別對應：ei- 預期世界，e －客觀世界，R －要求， i －解讀世界，N －需求，F －功能。

圖3 中分別闡述了需求識別與要求定義兩個過程。其中被假定為不直接發揮作用的因素是設計人員常年積攢的設計經驗等，這些因素不干擾設計的推理與進行。

（1）分析階段

a. 對客觀世界中客戶的需求Ne 進行分析，且歸納[10]

b. 將客觀世界中客戶的需求Ne 轉變為解讀世界的需求Ni

c. 將Ni 借助設計人員積累的設計經驗轉換為解讀世界的要求Ri，此時Ri 為一個設計性質的集合CRi

d. 將Ri 進行篩選優化，提煉出預期世界的要求Rei，即Crei

e. 將預期的要求Rei 轉化為預期世界的功能Fei 即CRei 轉變為CFei，輸出Fei 以供反饋階段使用，以此完成分析階段，如圖3。

（2）映射驗證階段

a. 將客觀世界的用戶行為鏈Be 轉變為預期世界的用戶行為鏈Bei

b. 構建預期世界的用戶行為Bei 到Fei 的映射即預期世界的功能鏈

c. 構建預期世界的用戶行為到預期世界的功能Fei 到Sei 的映射， 即預期世界的功能到預期世界的設計構架

d. 通過設計分析和反饋完善FBS 模型[11]，新的設計要求被迭代產生了，如圖4

（二）設計需求帶入

（1）分析疫情期間滿足檢測需求的檢測裝置Ne，并進行歸納。將Ne 轉變為符合檢測需求的核酸檢測裝置，即轉變為解讀世界的需求Ni。

（2）首先，通過FBS 過程模型對檢測裝置的基本功能特征進行分解，將Ni 借助設計人員積累的設計經驗轉變為符合設計的檢測裝置應具備的解讀世界的要求Ri，此時Ri 為核酸檢測裝置應具備的性質集合CRi。

（3）將檢測裝置應具備的要求Ri 進行篩選優化，提煉出理想的檢測裝置設計要求Rei 即檢測裝置設計要求合集CRei，將預期世界的總功能要求分解確定成為可移動性、安全性、可回收性與交互性共4 個子性質。把符合設計的檢測裝置應具備的要求Rei 轉化為理想檢測裝置功能Fei 即合集CRei 轉變為預期世界功能合集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 中設計出符合抗疫需求的核酸檢測裝置Ni，經過設計人員積累的設計經驗轉變為符合設計的檢測裝置應具備的可移動性、隔離性、安全性、可回收性、衛生性、交互性和易用性，然后將這些性質進行篩選優化，提煉出理想設計的要求：可移動性、安全性、可回收性和交互性。由這些設計要求得出核酸檢測裝置所需要的駕駛、保護、循環與衛生和醫患交流與反饋功能。

四、設計實踐

（一）核酸檢測裝置設計構架的搭建

依據檢測裝置的流程鏈序結構和對應的因果關系特點展開分析， 從行為鏈中的末端即客觀世界檢測裝置的設備向前開始分析，同時對預期世界的設備功能實行類比，再分析檢測裝置的設備功能，最后得出檢測裝置的設計構架，如圖6 所示。

（二）設計展示

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

（2）核酸檢測裝置功能設計與創新：根據核酸檢測裝置所需要的駕駛、保護、循環與衛生、醫患交流與反饋功能Fei 得出的核酸檢測裝置設計架構Sei，設計出核酸檢測裝置的內部結構與功能。

a．內部結構：將FBS 模型導入所設計的滿足可移動性、安全性、可回收性和交互性質Rei 的核酸檢測裝置的內部結構中，可分為駕駛、檢測、儲存（緩沖）和更衣（潔凈）4 個區域，駕駛區域有可操作檢測裝置移動的普通駕駛室以及安裝在頂端的可清潔能源太陽能板，檢測區域有醫護人員通道、醫護人員與檢測居民座位和身份識別系統， 以進行核酸檢測和整理樣本送檢等工作。儲存緩沖區域設有功能進一步細化的試劑儲存箱，來完成核酸檢測所需的一系列藥品及試劑的儲存與應用工作，更衣潔凈區設有更衣室和休息座椅供醫護人員更衣和休息。

b．裝置創新與特色

1）以車為載體設計出核酸檢測裝置，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，使檢測裝置設計融入了清潔能源元素。2）醫護人員所在的工作區域，檢測居民由檢測裝置外的入口排隊進入，就座于檢測居民座椅上，由坐于醫護人員座椅上的醫護人員對其進行咽拭子檢測，檢測結束后檢測居民從身份識別區離開，方便醫務人員進行身份統計，提高檢測的工作效率。同時醫護人員將檢測試劑放入試劑儲存箱中，而后進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，還能為醫護人員的安全提供一份保障。4）由檢測裝置俯視時可以全面地看到檢測裝置的內部構造以及核酸檢測過程。車尾處設有更衣室， 提高了醫護人員的隱私性與安全性。根據FBS 理論模型結合用戶需求設計出的檢測裝置特色設計功能，如圖8。

結論

對于疫情期間核酸檢測流程的認知以及要求的提高，針對疫情期間居民核酸檢測所產生的問題，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，結合先前FBS 論文中的理論知識與設計經驗，產生了核酸檢測裝置的設計思路，并構建FBS 框架。將核酸檢測需求首次輸入到FBS 模型中，經過分析與映射驗證階段，設計出了滿足現有環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合，故在設計流程與分析帶入方面考慮不夠全面，所設計出來的作品仍有一定的局限性。但是將FBS 模型與時俱進地結合核酸檢測裝置這一思路值得深入研究，希望能為后續的核酸檢測裝置設計提供實踐與理論參考，盡可能為一線防疫人員和廣大居民提供更好的服務； 并為確保新冠病毒檢測工作的順利實現，提供一份設計力量。

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