特种功能纺织产品的设计评价模型研究

邓咏梅， 易洁伦， 郭绮莲， 黄小珍

(1．西安工程大学服装与艺术设计学院， 陕西 西安 710048；2．香港理工大学纺织与制衣学系，香港 红磡；3．香港大学玛丽医院，香港 港岛)

0 引言

特种功能纺织产品是以纺织品为主要材料，满足人类特殊防护作用、超强性能和特别功效需求的产品，其作用在于提高工作能力、增强劳动效率和提高劳动安全性、增强人类抵抗突发灾害的能力、促进伤病患者的医疗和康复效果、提高特殊人群的生存生活能力、扩展人类的活动领域、改善人民大众的生活质量和满足其多层次多方位需要等等.与常规的纺织产品——服装服饰相比，特种功能产品具有以下特性：(1)针对性.以其突出的功用满足特定使用对象在特殊场合的需要；(2)综合性.既具有特殊的功能又具有普通服装服饰品的常规性能；(3)前瞻性.特种功能产品是在生产力和社会发展水平达到一定阶段，人类对自身的保护和发展有了新的认识和诉求后产生的新需求.其将隐性需求转化为显性需求，进而产生产品开发蓝图，往往依赖于专业的研究人员和团队；(4)集成性.其研发建立在多学科交叉的基础上，汇集多学科的最新研究成果，体现研发团体的集体智慧.目前，我国纺织类特种功能产品的研发尚处于初级阶段，研发水平和规模远远落后于需求，且缺乏系统性和理论性，这一现状体现了我国距纺织服装强国还有相当大的距离.

产品评价是产品研发的关键环节之一，众多纺织产品研发者在研发实践中对产品评价方法的建立进行了尝试.除主观产品评价方法外，逐项对比法[1]、加权积分法[2]、加权和值法[3]等定量化产品评价方法被建立，但这些方法存在比较方案个数受限、评价标准缺乏系统性、各评价标准缺乏重要性判别、描述评价标准的评价指标缺乏全面性和科学性、测试指标无量纲化方法且缺乏科学依据等缺陷.因此，应在系统分析特种功能纺织产品构成因素和解析产品设计评价行为的内在结构与数学特征的基础上，进行产品设计评价方法的数学模型构建.

1 特种功能纺织产品设计评价模型的建立

1.1 产品设计评价标准体系的构建

特种功能纺织产品的设计要求具有典型的复合性，代表本产品特点的特殊功能性是产品评价标准体系的首要组成部分.与此同时，作为以纺织品为主要材料的功能产品，使用时通常与人体贴身或近身，因此舒适性和安全性是产品评价标准体系的重要组成部分.此外，代表产品内在品质和经济性的耐用性也常常是评价标准体系中的组成部分.因此，特种功能纺织产品的评价标准是一个体系，产品评价模型中设定参数i(i=1, …,n)，用以表征特种功能产品的多样性标准要求.

在产品研发中，多种要求必须在一个产品方案中得到满足.然而，产品的某些性能之间常具有关联性，有的甚至是相互对立的，因此很难在一个方案中使各项性能都达到最佳程度.产品评价模型中设定权重系数ai，旨在标定各标准在整个评价标准体系中的重要性等级，以求达到产品整体最佳.

特种功能纺织产品各标准的权重系数通过专家问卷调查来确定.专家包括同类产品的熟练使用者、纺织专家和功能产品设计专家等.调查问卷设计常采用李克特量表.

(1)

其中：ai— 标准i的权重系数 (i= 1, ...,n)；j— 李克特量表的级数 (j= 1, ...,k)；xj— 选择级数j的专家人数；mi— 参与调研标准i的专家人数.

1.2 产品评价标准的表征

产品的定性化设计标准需要用可测定的指标来表征，以客观而精确地衡量产品的性能.产品的某些使用性能往往是多个基本性能的反映，故纺织产品的服用及其他性能多数为综合测试的指标[4].产品评价模型中设定参数j(j=1, …,k)，用以表征设计评价标准i需以多项测试指标的数学特性.

1.3 测试性能的评等

表征产品标准的各项指标具有不同的量纲.测试指标需进行无量纲化处理，才能在数学模型中进行运算和比较，本数学模型中的无量纲化处理采用评等法，公式(2)用以计算评等系统的各等级的上下阈值：

(2)

等级分数的分配原则如下：

原则1：测量值越高，本标准的满意度越高.分数范围从1(满意度最低)到n(满意度最高).

原则2：测量值越高，本标准的满意度越低.分数范围从1(满意度最低)到n(满意度最高).

原则3：满意或不满意本标准.分数值只有 1(不满意)或n(满意).

1.4 产品设计评价数学模型的构建

基于上述对产品设计评价模型的参数和数学结构分析，本文所构建的产品设计评价数学模型如下：

(3)

其中：y— 产品的加权总分；i— 评价产品性能的标准项目 (i= 1, …,n)；j— 表征标准i的测试指标项目 (j= 1, …,k)；ai— 标准i的权重系数；xij— 标准i的第j项测试指标的测试值.

2 数学模型的实践性检验

2.1 医用眼罩的应用背景和现存问题

大约50%～60%的足月新生儿会在刚出生的几天患上黄疸病，其主要治疗手段为光线疗法[5].为保护新生儿视网膜不被治疗用强光所损伤，眼罩在光疗中被广泛采用，而现有眼罩存在擦伤眼周和引起眼睛发炎、佩戴时容易移位、眼罩尺码不能覆盖所有新生儿等不足.因此研究开发安全、遮光效率高、舒适和号型齐备的新眼罩成为新生儿黄疸病临床治疗的迫切要求.其中，眼罩材料是整个设计开发的基础和难点，其设计评价采用了上述设计评价模型.

2.2 医用眼罩材料的研发

眼罩既要满足阻挡主要分布在400～500 nm 波长范围强光的要求，还要满足安全、舒适、易于卫生查验、方便操作、外观美观等方面的要求.前期研究显示，颜色对织物阻光能力的影响很大，因此医用眼罩材料设计成具有不同色彩的3层复合材料，浅色的外层材料起到美观和标识眼罩尺码的作用；黑色的中层材料主要起阻光作用；白色的里层材料既避免了染色对婴儿皮肤的不良影响，又便于医护人员检查眼罩的卫生状况.

经过对18种基础织物的前期评价，织物OK-1、OK-2、 MW-3和 MW-4被选为复合材料的备测材料.4种织物的规格描述如表1所示.4种备选织物组合成6种复合织物(C1～C6)，其组合情况如表2所示.

表1 医用眼罩备选材料的规格

表2 医用眼罩复合材料的构成

2.3 评价标准及其权重系数的确定

8位香港大学附属玛丽医院新生儿特护病房主管黄疸病治疗的医护人员和4位香港理工大学纺织与制衣学系的纺织服装研发专家受邀参加了测定医用眼罩材料设计的评价标准体系及其权重系数的问卷调查.问卷调查采用7级李克特量表设计法.调查结果显示，医用眼罩的评价标准包括光阻挡性、手感、通透性、安全性和结构特点等5项.表3显示了医用眼罩材料设计的评价标准、相应的权重系数、表征指标和测试方法/测试标准以及测试值的分等原则.

表3 医用眼罩材料设计的评价标准、各标准的权重系数、表征指标和测试方法/标准

2.4 评价结果及讨论

6种新研发的复合织物(C1～C6)和目前玛丽医院使用的眼罩材料(EP1)进行了表3所示各项指标的测试.表4总结了7种布样的各指标的测试值及其相对应的等级值，采用上述研究的评价模型计算出每种布样的加权总分.结果显示，4种新研制的复合材料C1、C2、C3 和C5其得分分别为6.62、6.89、6.90和6.02，均高于现用眼罩材料EP1的得分5.97，其中C3获得了最高分值6.90.因此，新研发的复合织物C1、C2、C3 和C5的综合性能均优于现有眼罩的材料，其中由50%棉/50%莫代尔混纺纬平针织物为里层、100%棉1/2 斜纹为中层、100%棉纬平针为外层构成的3层复合材料C3最好地满足了医用眼罩的各项要求.C3将被推荐为研制新医用眼罩的使用材料.

表4 设计复合材料和现存眼罩用料的综合评价结果

以上研究显示，设计标准要求的产品性能结构在本产品设计评价数学模型中得到了系统化的体现，清晰地揭示了各种产品性能对产品总评价的贡献，基于各性能的定量测量结果而被分配的产品性能分值及其数学运算有效地模拟了设计者或评价者的产品综合评价行为.定量化的评价结果使得多项产品方案评优具有良好的可操作性，尤其为判断新设计产品是否较现存产品整体优良提供了行之有效的评价方法，也为产品的进一步整体优化提供了理论指导.

3 结束语

本文在建立产品设计标准体系及其权重系数的基础上，根据产品内在特质科学而全面地确定了表征各项产品设计标准的测试指标，以均值-方差法进行测试指标的无量纲化，建立了以加权总分评价产品方案优劣的数学模型.产品研发实例证明本数学模型有效地揭示了特种功能纺织产品性能的数学结构，定量化的评价结论使本模型在实际应用中具有良好的操作性.本研究结果为特殊功能纺织产品的设计和评价行为提供了理论依据，对产品的优化设计有指导作用.

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