老龄化背景下通用设计理念助推福建卫浴企业创新发展的应用研究

(厦门理工学院 福建 厦门 361000)

一、绪论

在当前企业的新产品研发中，质量不再是“符合生产者设计的产品规格”，而是越来越“满足消费者的任何需求”(Ma et al.2007)识别和满足不同用户需求是产品开发初期最重要的任务。例如定制化、模块化、系列化等都是是企业更新迭代产品维持产品生命周期的策略。近些年来，老龄化人口正在加速增长，全球范围都越来越关注老龄化带来的各种问题，企业在产品研发中不得不投入更多精力来了解包括老年人用户在内的多种用户需求。

通用设计(Universal Design)则是以满足最大范围的用户群体为理念，可以应对不同客户群的需求(CR)，起到扩大产品市场的作用，可以作为新产品研发的策略。通用设计(UD)使用一些准则来评价产品对于不同族群的可用性，在很多国家已有一定程度的应用。随着老龄化社会程度越来越高，在产品开发过程中扮演着越来越重要的作用。通用设计概念以及原则已被普遍接受，但很难在产品设计中实施(Lin and Wu 2015)。针对高龄者的通用设计方法停留在概念阶段，学者Takeo运用通用设计研究ATM(FSTJ Editorial Office and Fujitsu Ltd.)，学者Gao基于通用设计理念研究中国老人的移动社交平台(Gao et al.2012)。UD较难实施(Daniel A.McAdams*and Vincent Kostovich)但目前缺少系统的具体的方法，如何应用UD7原则是留给设计师的问题。(Beecher and Paquet 2005;Chou 2012)事实上，残疾人和老年人的参与在大规模生产消费品的设计过程中几乎没有采用(Sanford等，1998)。(Beecher and Paquet 2005)目前，该行业缺乏实施UD的足够设计知识(Sangelkar et al.2012)

所以，要将通用设计引入企业伸长还需要有一个具体的、可操作性强的系统方法。(Singh and Tandon 2016)。以便减少产品开发的出错，使产品满足更广泛用户的需求进而有效的缩减成本。质量功能展开(QFD)是一个很好的挖掘客户需求(CRs)并将其转化为工程设计参数(DPs)的框架，结合创新问题解决理论(TRIZ)以及多准则决策(MCDM)技术，形成系统的方法。基于这些问题和动机，本研究的研究目的有以下两点：

1.从理论上建立一个考虑老年人用户的系统性的通用设计创新模型，以帮助企业提升产品研发效率。

2.在实践上以卫浴产品为应用案例，实施具体的设计应用来验证该模型的合理性。

二、文献综述

(一)人口老龄化

1.老龄化现状

人口老龄化是全球所关注的问题。从世界范围来看，因为全球人口的高龄化程度急剧上升，国际上的老龄化问题正在引起重视，并且可以预测到未来的老龄化带来的问题会越来越严重。联合国大会在1991年通过了《联合国老人纲领》，提出了关于老龄化问题的五项要点。其中，在个人“独立”的原则下，明确表示老年人应能居住在安全与舒适的环境，以及每位老年人应有权利尽可能住在家里：在“照顾”的原则下，特别强调无论住在何处，均能享有人性的尊严和基本的自由，包括对他们的需求和隐私权的尊重；在“尊严”的原则下，强调老年人活得有尊严和安全的权利(范雅棻 2006)。从这些相关议题要点中可发现，无论年龄、性别、种族或失能与否，老年人都应该在安全与适合的“居家环境”中，能被公平的对待。老年人随着年龄的增长，生理感觉和身体机能会逐渐迟钝和退化，以及伴随而来的慢性疾病和身体老花会让老年人在日常生活中更需要注意安全。例如跌倒就是最容易发生的危险，有关医学报告指出，老年人最常見的跌倒场所为浴室、起居室、楼梯这三个隐藏危机的地方。所以居家环境以及相关的产品的安全与便利性将严重地影响老年人的生活质量。

2.福建省老龄化现状

福建省早在1996年就已步入了老龄化社会，这比全国平均水平提早了3年。此后，福建省老龄人口增速明显加快，老龄化形势日趋严峻。据有关资料显示，2000年福建省60岁以上老年人口为3642341人，这一数值在2010年第六次人口普查中达到4212396人，增长率为13.5%。2011-2015年，福建省60周岁以上老年人口平均每年增加17.73万人，年均增长率为3.9%，其中80岁以上老年人口年均增长率甚至达到14.05，老龄化进程明显加快。2016年福建省老年人口已经达到532万人，占比13.7%。(许莲凤，陈平花)

为满足老年人群的生活需求，除了完善家庭空间设备外，更应重视老年人意外受伤的预防。最常遇到问题的行为可归纳成“移动”、“入浴排泄”、“就寝休息”、“家事”、“食事”等五方面，其中。浴厕空间是高龄者最容易发生意外事件的地方。如何构筑一个安全且舒适的老龄化卫浴空间显得越发重要，这也将会成为卫浴企业发展的重要方向。

(二)卫浴产品

根据医学报告的调查，除了老年人在浴室跌倒与发生危险的比例最高。对身体发育尚未成熟的孩子而言，小小一间浴室是玩水的天堂，却也更容易发生意外；滑倒撞伤、攀爬跌落、烫伤、溺水、误食清洁剂、触电…等，都是好发于孩童的浴室意外。另外，行动不便的孕妇、残障人群在卫浴空间的行动带来的安全隐患则更大(賴昱儒)。所以本研究主要针对卫浴设施产品进行研究和设计优化。

我国常见的卫浴产品主要有四大类：(1)盥洗设备：浴缸、洗脸台、水龙头、莲蓬头及化妆镜；(2)卫生设备：即马桶；(3)收纳设备：浴柜、置物架、毛巾架、可提供暂时收放杂物的收纳柜等；(4)其他：拉门、扶手或辅具设备、椅子、浴盆等

而卫浴产品与老年人的行为是密切相关的，卫浴产品的功能满足着老年人的需求，而卫浴产品设计的优劣直接决定着老年人群体在沐浴如厕过程中的安全与便利。图1为沐浴行为和卫浴产品之间的关联，其中显示人们在使用卫浴产品的过程中不仅满足主要需求，还需要考虑更衣、阅读等次要需求和相关需求。因此，在卫浴产品的开发中应以卫浴产品、沐浴空间、使用者三者之间的关系作为主轴，才能达到满足老年人用户需求的目的。本研究希望透过调查研究掌握使用者在浴厕空间中所遭遇的问题点，并利用设计来改善浴厕的环境，减少危险的发生，同时可以以作为卫浴企业的产品研发策略。

图1 浴厕使用行为与家具需求关系 数据源：(楊松裕，1991)

(三)通用设计(Universal design)

通用设计(Universal design)概念最早是由美国教授Ron Mace于1974年的国际残障者生活环境专家会议中所首先提出。指出通用设计最初发展是强调亲近性(Accessibility)的概念，并以规则、标准、法规与程序提供社会考虑以包容残障者，直到1990年代时，美国联邦政府制定二项法律the Fair Housing Amendments Act与the Americans with Disabilities Act，亲近性与通用设计才开始有所连结。后来，通用设计的概念发展已超越亲近性设计，广泛的包容所有人类与社会平等性，并且促进主流产品整合、环境特色与服务。通用设计定义为产品或环境设计，尽可能以最大包容性适用于全部的使用者，而不需要额外的个别设计。

从产品开发的角度看，通用设计概念可以扩大用户群体，这是一个有效缩减产品成本的方法。通用设计(UD)的概念适用于各种领域，包括建筑，景观和产品设计。许多企业已经认识到通用设计的优势。UD是一种创造日常环境和产品的方法，无论年龄或能力如何，都可以在最大程度上为所有人所用，而无需改造或专门设计。它来自无障碍概念，更广泛的无障碍运动以及适应性和辅助性技术，并力求将美学融入这些核心考虑。在实践中，它既不是辅助技术，也不是无障碍设计的委婉语。相反，UD涉及到从可移除性的思考转变为从消除或克服个人或特定群体的环境障碍的做法转变为满足所有使用者的环境需求的方式。UD被视为一种目标是高度重视多样性和包容性，最大限度地提高产品和环境的可用性。基于通用设计的优势，研究者一直努力开发将通用设计概念纳入设计过程的可行方法。UD领域的一组专家已经制定了一套简单的原则，可以对新的或现有的设计进行系统评估，并协助设计师和消费者了解更多可用产品和环境的特点。设计师已经熟悉了UD的统一原则，并且已经开发了许多基于这种范例的产品。然而，UD原则本质上是定性的。如何定量的评价一个产品是否属于通用设计目前还很困难。(Chou 2012)不过“尊重每个人实现自我化”理念的UD产品市场正在快速增长。(Lin and Wu 2015,p.8)

多种理由证明，将通用设计作为21世纪住宅设计的优先考虑是可行的。目前的建筑标准已经过时，并没有考虑不同用户群体的个体差异，例如老年人。从高生育率和高死亡率向低生育率和低死亡率转变意味着寿命延长，人口中老年人的比例更高。越来越多的老年人和年轻人残疾人的存在导致了对所有人都有利的住房的更大兴趣。尽管人们普遍认识到通用设计的家庭会让每个人都受益，但很少有家庭设计和建筑专业人员将通用设计特点和产品纳入家庭，很少有消费者会提出这方面的要求。(Nunn et al.2009,p.11)Gonzalez指出在设计过程的初始阶段缺乏协助工业设计人员的工具。(Singh and Tandon 2016)

，卫浴企业在有限资源下，需更有效地运用拥有的资源，满足大多数的顾客，以谋求最大的利益。通用设计的概念，不仅仅是一种对弱势族群关怀的设计观念，同时也是一种能满足最大多数人需求的设计理念。

综上所述，通用设计(Universal design)需要通过一个具体的系统性的方法来帮助在产品开发中实施。目前，通用设计在企业中的应用研究仍属少数。本研究在调研了福建卫浴企业对通用设计的认知程度的基础上提出通用设计的系统设计方法。

(四)质量功能展开(QFD)

在新产品开发(NPD)中，如何了解客户需求并将其转化为具体的工程设计参数起着非常重要的作用，质量功能展开(QFD)是其中一个有效的方法，这一种开发旨在满足客户的设计质量，然后将消费者需求转化为设计目标和主要质量保证点以在整个生产阶段使用的方法。

QFD中使用的主要图表是质量屋(HoQ)。根据HoQ，客户需求被转化为工程特性，并随后转化为与制造过程相关的部件或组件特性，过程操作和生产要求。因此，客户需求输入的准确性对成功应用HOQ至关重要。在使用QFD之后，丰田将设计成本减半，开发时间缩短了三分之一。Marsot使用HoQ设计了一把剔骨刀。Haapalainen使用HoQ评估剪枝剪。Kuijt-evers，Morel，Eikelenberg和Vink将QFD作为一种设计方法来确保螺丝刀设计的舒适性。Lo，Tseng和Chu提出了先进的一步式QFD，用于计算机鼠标设计的概念生成。SOFRAGRAF公司已经将QFD用于手动工具，订书机，打钉机等的设计并取得成功。在这些情况下，QFD被成功地用作说明将客户需求转化为产品设计特性以提高客户满意度的工具。

(五)发明问题解决理论(TRIZ)

TRIZ是俄文“Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch”的缩写，其英文为Theory of Inventive Problem Solving，简称为”TIPS”，原意是指“发明问题解决的理论”，由前苏聯学者Genrich Altshuller及其研究团队所提出。Altshuller研究了全世界20万项专利，发现各种不同領域的创新研发问题，却存在着相同的基本问题及解决问题技巧，进而提出相同的解决方案，解决不同領域与时期所发生的问题。

Altshuller对于创意性问题矛盾冲突的解决方面提出3个步骤，其步骤内容如下列步骤一～三所示：

步骤一、分析科技系统(analyze the technical system)分析整个环境系统技术，找出影响改善系统的规格特征，例如：空调系统之物理现象因子(温度、湿度、散热片传导系數)，效能提升因子(风速、热交换器散热面积、冷媒比热、温度差)等。

步骤二、描述技术矛盾(state the technical contradiction)描述出真正影响改善因素，确定技术矛盾问题所在，例如：长板凳兩脚跨距越长，承载的重量越小；反之越短承载重量越大，这表示板凳乘坐面之刚性与距離有关；另板凳乘坐面底部有加横梁会比没有加横梁承载重量來的稳固，这表示刚性与补强斜柱形狀、位置也有密切关系。

步骤三、解决技术矛盾(resolve the technical contradiction)运用40个设计原则(40 design principles)及冲突矩阵(39×39contradiction matrix)。

TRIZ理论也有本身的缺陷：缺陷1：传统TRIZ不涉及确定创新关键问题的方法。缺陷2：使用TRIZ解决问题，实施过程仍然需要设计师的知识，经验和水平。传统的TRIZ不提供替代评估的客观方法。以整段来说明，要跟引用的区分开(Zhang et al.2014)。在本研究中，TRIZ理论将与质量功能展开(QFD)结合起来使用，各自取长补短。生成老年人卫浴产品设计的创替代方案。

(六)灰关联分析(GRA)

灰色系统理论(Grey System theory)已被广泛应用于处理没有足够的信息或未知的信息。灰色系统理论主要在提供系统解决(分析)潜在和复杂的理论，技术，概念和想法。灰色关系空间(GRS)和灰色生成空间(GGS)是灰色系统理论的基本内容和主题。基于GRS和GGS，灰色系统理论中的灰色关系分析(GRA)已被广泛应用于分析多元数据的决策。GRA通过表示为参考序列的理想标准接近程度来排列表示为比较序列的替代物。也是影响序列灰关联度排序结果的最重要因素。邓聚龙教授自从于1982年发表了灰色系统理论，经过了许多学者的不懈耕耘和开拓，使得灰色系统理论更加的完善，并已成功的应用于数十个领域中，如：医学、教育、管理、运动、决策等方面。

本研究主要依据灰关联分析，利用序列间的灰关联度值大小加以排序，以进行优先级排序。此部分的计算将用于对通用设计卫浴产品替代方案进行量化评估，获取最优方案。

三、老龄化背景下通用设计系统方法模型的建立

在文献综述中显示通用设计概念虽然是扩大企业用户群体和有效缩减成本的方法，但在企业实际应用中却难以实施。原因是在于通用设计概念仍体现在抽象的概念和定性的原则上，没有系统性的量化的方法以在工业生产中实施。质量功能展开(QFD)、创造性解决问题理论(TRIZ)以及灰色理论中的灰关联分析(GRA)在产品开发管理、产品创新和多准则决策中都是可行性很强的具体方法。本研究在进行文献综述以后总结了这些方法各自的优缺点，将他们的优势结合在一起形成了一个综合了多种研究方法的通用设计创新方法——通用设计创新模型(UDIM)，目的是将通用设计概念更具体的应用在企业产品开发设计中，本课题的阶段性成果《老龄化背景下通用设计的系统方法研究》尝试展示了该方法的详细操作步骤，本文在文献回顾和此阶段性成果的基础上进一步完善了该方法，强化了其中的逻辑关系和针对性。并将其以图表的方式构建成一个基于通用设计的产品创新模型图。如图2所示：

图2 通用设计创新模型(UDIM)(本研究绘制)

该模型主要分为四大步骤：

(1)确定通用客户需求(UCRs)

(2)建立QFD的HOQ图表，用以确定创新的关键问题。

(3)使用TRIZ主要工具和矛盾分析来生成创新的设计方案。

(4)应用灰关联分析法(GRA)进行方案评估并选择最佳设计方案。

本研究将以这个综合了多种研究方法的模型作为后续研究的主线。

四、通用设计创新模型(UDIM)在卫浴产品中的应用

根据上述研究方法，本研究以福建省老年人群作为研究对象，以卫浴产品作为产品设计范围，整个研究过程经过了调查、分析、应用和评估阶段。从整体上应用了UDIM模型的可行性。整个研究结果如下：

(一)卫浴产品的通用用户需求调查

本研究主要以老年人作为用户群体(UDIM模型中的PSN即需要帮助人群)为主结合普通成年人和次要人群并对其展开调研了解其需求。课题组挑选了福建省内老年人作为调研对象，主要走访了厦门、福州、漳州、泉州、三明等地的城区与乡村住宅与养老机构。采用访谈、观察与问卷的方式对老年人卫浴产品需求进行调研。并使用UDIM模型中的三角验证法(data source triangulation)结合了文献分析用以提高资料获取的效度，尽可能降低研究组的主观偏见。初步获取的通用用户需求(UCRs)。

图3 厦门金山养老院卫浴产品实地调研(本研究拍摄)

在获取了初步的通用用户需求(UCRs)之后，根据UDIM模型方法，需要对其进行分类与优化，找出其中分类的特征。本研究使用了因子分析法(FA)进行初步数据筛选和分析(表4)，并通过由教师、卫浴企业设计总监、研究人员共同组成的专家组对初次筛选的结果进行最终筛选以及因子重命名。确定了最终的老年人通用用户需求见表1。

表1 最终的通用用户需求UCRs列表

(二)分析用户需求与设计参数的关联

首先通过上述专家小组讨论并结合文献分析确定了卫浴产品的通用设计参数(UDPs)见表2。之后使用质量功能展开(QFD)中的方法绘制了老年人卫浴产品通用设计质量屋图表(HOQ)图4，在该质量屋图表中“左墙”显示了通设计需求的重要度，“天花板”显示了通用设计参数的重要度，“房间”体现了两者之间的关联程度矩阵。“屋顶”则显示了通用设计参数之间的矛盾关系。

表2 确定沐浴空间通用设计规格(UDPs)列表

表3 通用设计参数(UDPs)的负关联对

表4 具体矛盾转化为TRIZ遗传矛盾

表5 通用沐浴空间TRIZ创新设计要素

图4通用设计沐浴空间的HOQ图

通过分析质量屋中的“屋顶”的通用设计参数，可以总结出带有矛盾关系的参数对，如表3所示。这些矛盾对可以作为下一步TRIZ创新方案生成的依据。

(三)卫浴产品创新设计方案生成

在分析了通用用户需求(UCRs)和通用设计参数(UDPs)之后，根据表7QFD分析中得到的矛盾对，课题组利用发明问题解决理论(TRIZ)中的矛盾矩阵和39个工程参数(见前文2-5文献综述)寻找解决矛盾的解决方案(见表4和表5)并设计了一系列符合老年人需求的通用设计卫浴产品方案。这些设计方案包含了表9中的创新设计特征，部分方案如图5-图6所示。

图5 通用TRIZ工具设计的可伸缩花洒S5

图6 通过TRIZ工具设计的通用浴缸S9

(四)验证并确定最优设计方案

表5中显示的卫浴产品设计特征共有9个，经过专家小组讨论将这些设计特征组合出3个卫浴产品的组合方案。接下来对这三个组合方案进行灰关联分析选择最优方案。

表6 系列化通用沐浴空间创新方案

步骤1：设定设计方案和决策标准：

本研究中检验的通用沐浴空间设计有三个方案S={S1,S2,S3}。每个提案包含5个系列化产品建议Sm={S47，S48，S49，S57，S58，S59，S67，S68，S69}，设计评估标准由7个专业产品设计师中的焦点小组筛选出来。评估准则Q={Q1安全的、Q2平等使用、Q3舒适的、Q4节水的、Q5美观的}。通过评估矩阵和灰色关联分析来评估单个产品建议和系列化产品建议的优先级。

步骤2：计算每个评估标准的灰色数量权重：

表7 每个评估准则的权重

步骤3：计算每个产品设计方案的灰色数量评估

5位专业产品设计师根据5个评估准则评估3组系列化沐浴空间方案，结果如表6所示。

步骤4：计算串行化产品方案的灰数评估结果

例如S1结合S4和S7。5名专业产品设计人员分别使用灰色数量评估基于语言变量评估系列化产品方案S147。评估标准是第1步中设置的3个标准。结果如表12所示。

表8 S147的3个评估标准中的灰数

如果加上设计评估权重(wj)，可以得到S147*=[10.164,17.876]

步骤5：在每个产品方案中建立串行化产品方案的灰色评估矩阵。

计算每个单个方案的得分，建立沐浴空间系列化产品的灰评估矩阵S*如表9所示。

表9 系列产品灰色评估标准矩阵S*

步骤6：归一化表7中的灰色评估矩阵

表10 归一化的通用沐浴空间创新方案灰色评估矩阵S**

步骤7：用表11中的白色程序平均计算灰色数

表11 白化后的设计评估矩阵D

步骤8：灰色数字设计评估的结果

表12 评估方案排序

步骤9：生成理想的最佳目标序列

用灰关联分析(GRA)分析了每组方案，会得到最高评估值(表12)，将其设定为最理想值，S0={0.789,0.765,0.790,0.714,0.767,0.789,0.765,0.790,0.714}

步骤10：计算灰色关系

计算3组系列方案的灰关联，首先将替代结果初值化计算，如表13所示。

步骤11：计算序列间的灰关联系数ξi(k)和灰关联ri

使用公式29计算灰关联系数ξi(k)和灰关联ri，结果如表14所示。

表14 灰关联系数ξi(k)和灰关联ri

步骤12：提出灰色关联分析的结果

最终，根据各方案与最优方案S0之间的灰关联将优先级从大到小排列灰关联值越高，越接近理想的方案。系列化通用沐浴空间创新方案计算结果为r3>r1>r2。即S3>S1>S2。

五、总结

老龄化程度的加剧是全球关注的问题，考虑多种用户群体的通用设计概念不仅能满足普通人还可以满足老年人、特殊人群的需求，并且可以企业新产品研发中扩大市场和有效缩减成本。本研究立足我国卫浴中心的福建省以老年人用户为主开展调研，结合文献综述提出并优化了一个将通用设计概念优化成系统的具体研究方法：通用设计创新模型(UDIM)以期望在卫浴企业中提高企业产品创新的效率。根据该模型，课题组实地调研了老年人用户的需求以及了解相关卫浴企业的产品研发现状和对通用设计概念的了解程度，进而以卫浴产品设计应用为案例对此模型进行验证，在该模型中，不仅考虑到了老年人用户还考虑了普通人和特殊人群的需求，该模型也同样适用于其他产品的研发。此外，模型中的质量功能展开(QFD)、发明问题解决理论(TRIZ)和灰关联分析(GRA)技术优势都能较好的体现和扬长避短。在未来的研究中可考虑导入环保因素和更多产品类型的验证，在理论上进一步完善模型，在实践上进一步的提升在企业创新中的效率。