“米兰设计周高校设计展”|优秀论文鉴赏第38辑

引言

“2023 年开始我国将迎来退休高峰。”中央财经大学经济学院教授兰日旭在接受中国经济时报记者采访时表示，社会“抚养比”进一步压缩，参保缴费压力和养老金发放压力进一步增大。早在 2013 年，《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》就提出“要研究制定渐进式延迟退休年龄政策”。党中央、中国共产党委员会和国务院，一直高度重视养老产业发展。二零一七年年初，发布了《“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划》，该计划明确指出，向老年人提供养老服务的制度必须在家庭中建立，必须得到社区的支持，必须得到机构的补充，必须与医疗保健相结合。我国社会正面临着人口老龄化问题是史无前例及其大规模趋势的问题，这种趋势破坏了我国人口自然增长的平衡状况，是不利于我国社会良性发展的状态。

国外方面，国际上通常把 60 岁以上的人口占总人口比例达到10%，或 65 岁以上人口占 总人口的比重达到 7%作为国家和地区进入老龄化的标准。以此为标准，我国自 2000 年已进入老龄化社会，以 65 岁及以上占总人口比例的数据为参考，此指标从 2002 年的 7.3%上涨至 2012 年的 9.4%。2012 年我国 65 岁以上的老年人口已达到 1.27 亿人，且每年仍以 800 万人的速度增加。有关专家预计，到 2050 年，我国老龄人口将达到总人口数的三分之一。面对巨大的退休金缺口，法国政府有两个选择：一是放弃现有退休制度，转而采用美国、英国式的资本型退休制度。二是改革现有退休制度，延长人们的工作年限、推迟退休年龄，同时增加退休分摊金缴纳比例。现实是，现在不到 60 岁的居民都渴望早点退休。”48 岁的阿莉娜是医院的清洁工，她担心再干16 年，肯定会落下长期疾病。63 岁的吉拉尔是在政府部门工作的维修工，因关节疾病，他觉得自己再干下去已经很吃力。日本方面的老年人护理服务，大多是由行政部门和其指定的社会福利法人提供。老年人的服务机构包括养老金、社会保障、保健和各种保险。二十一世纪的社区援助使经济上有利的法人、非政府组织和其他组织能够进行干预，成为主要的市场来源。政府的工作人员定期访问相关的的家庭，有医疗和医疗知识的专业人员将需要照顾的老年人分为 1~5 个不同的级别，并按照政府规定的级别提供服务。1997 年，美国政府发起了一项综合保健方案，旨在定期评估老年人的健康状况，并制定最适当的健康管理方案，以此提供饮食建议、护理评估和药品的使用。具体而言国外学者主要通过服务需求与技术手段的结合，提出满足老年人健康管理需求的服务解决方案。首先，中国是老龄人口规模最大的国家。据全国老龄办最新数据，截至 2017年底，我国 60 岁及以上老年人口有 2.41 亿人，占总人口的 17.3%。其次，中国是老龄化速度最快的国家。从成年型社会到老龄化社会，法国用了115 年，美国用了60 年，日本也用了30 多年，而中国只用了18 年。目前中国每年老年人口的增长率在3.5%左右。第三，中国应对老龄化挑战最严峻。发达国家在进入老龄化社会时，人均 GDP 在 5000-10000 美元之间，而这个数据在1999年底的中国仅为 850 美元。这正是中国人“未富先老”说法的由来。国内外科学家在健康管 理研究方面取得了一些成就，例如技术应用、方法体系构建等，但是老年人作为一个具体的研究对象，在服务模式和服务设计研究中相对较少。日本通过实施各种促进老年人再就业的政策、搭建老年人再就业平台以及进行文化建设等措施，有效缓解了老龄化带来的负面影响。[1]

当今世界技术下，老龄化的问题越来越受到人们的注意，医疗水平的提升和康复医疗的 发展已经迫在眉睫，人们普遍寿命的增长伴随着老龄化增加医疗康复领域外骨骼将会迎来一 个小的爆发期。伴随消失的人口红利，它将促进工业领域外骨骼在现实中的应用，初步阶段体现于帮助工人减轻负重、提升工作效率、提升力量等方面。这次课题就是立志于符合社会发展趋势，解决将出现在医疗领域与工业领域的问题做出相符合社会未来发展的产品，是一项利民益民的产品。

产品建构设计的符号学路径也叫SAPAD，英文全称为 Semiotics Approach of Product  Architecture Design，此模型由中国胡飞教授与美国 Sato 教授合作共同研发的数据模型， 以用户为导向的产品设计方法、为解决世界实际问题提供的模式基础。SAPAD 是基于产品符号学理论，此模型可以从用户的行为开始，逐层进行分析演算，然后进行集群分析和重新设计，最后得出用户的真实需求。SAPAD 模型的运用已经在诸多相关产业得到应正其确实可行。层次分析法英文简称为 AHP，此方法是一种定性和定量分析程序的层级分析法，决策方法，它很具有普遍性、层次性、系统性等其他特征。最近几年，层次分析法(AHP)在设计和创新领域得到了广泛的关注和应用。尤其是王美雪教授、翟红雷教授等人提出了基于AHP 和 TOPSIS 的结合，为闭症儿童康复训练提出设想，并对产品解决方案进行了优化选择的论文中对 AHP 方法进行了全新的诠释。

1.SAPAD-AHP 方法研究过程描述

1.1 SAPAD 与 AHP 方法介绍

中国胡飞教授与美国 Keiichi Sato 教授于 2011 年合作研发了 SAPAD 模型，全称为符 号学路径下的产品构建。与其他产品设计的方法和思维相比，SAPAD 模型不是单纯的产品设计的物理逻辑问题，于单纯设计方法和工具相比，SAPAD 模型的特殊之处在于用户行为在意义维度中惊醒剖析。此设计方法可以对设计的核需求进行精准挖掘，尤其是挖掘那些平常不容易察觉的需求 AHP 也能精准定位，更能让产品功能与规律性交互行为更加贴近用户，这种优势是其他设计思维方法难以模仿的。其设计方法的好处。Sapad 广泛应用于服务设计和产品设计。陈教授使用 sabad 和分析程序重新设计服务模块。改善儿童口腔治疗体验论文或王炜和胡教授运用 SAPAD 将地方性情境知识活化、创造为突破性新产品论文中都是对SAPAD 模型与 AHP 模型相结合的进一步阐释和运用。胡飞教授与 Keiichi 教授于合作研发了SAPAD 模型。SAPAD 模型不是单纯的产品设计的物理逻辑问题，此设计方法可以对设计的核需求进行精准挖掘，尤其是挖掘那些平常不容易察觉的需求 AHP 也能精准定位，更能让产品功能与规律性交互行为更加贴近用户，这种优势是其他设计思维方法难以模仿的。

层次分析法英文简称为AHP，它很具有普遍性、层次性、系统性等其他特征。最近几年，层次分析法(AHP)在设计和创新领域得到了广泛的关注和应用，此方法是一种定性和定量分析程序的层级分析法，决策方法，它很具有普遍性、层次性、系统性等其他特征。最近几年，层次分析法(AHP)在设计和创新领域得到了广泛的关注和应用。尤其是王美雪教授、翟红雷教授等人提出了基于 AHP 和 TOPSIS 的结合，为闭症儿童康复训练提出设想，并对产品解决方案进行了优化选择的论文中对 AHP 方法进行了全新的诠释。AHP是一种通过定性和定量来分析的方案决策方法，具有普适性、系统化、层次化等特点。近年来，其在设计应用领域中主要体现在集成创新方面。[2]

经过不断尝试得出结论，sapad 模型和 ahp 方法的最大优点是，萨帕德模型中的集群分析方法过于主观，无法获得核心值，但AHP 使 Sapad 项目指标更加合理，不仅提高了精度，而且提高了方法的合理性和可靠性。

胡飞教授首次在其论文中把 AHP 方法与 SAPAD 模型相结合运用，极大提升了方案的可行性。此方法初衷是解决 AHP 方法虽在服务设计领域中广泛应用，但运用在产品设计的过程中对用户使用产品时的行为无法准确判断，因此导致对用户的核心需求无法准确定位，在产品的设计时对交互功能模块与结构造型的需求出现偏差理解。为了解决这个问题才想到运用 AHP 方法和 SAPAD 模型相结合来进行设计，设计流程在产品设计过程中也会得到完善。在AHP 方法的运用下可以明确客户对产品需求的关键点，使得设计中对核心需求可以集中解决，目标更加明确，在AHP 方法和 SAPAD 模型相结合的情况下设计精准性和设计效率得到进一步完善。

1.2 SAPAD 模型意义簇的建构

SAPAD 模型先对用户行为拆解，意义按层级区分为物理层、语构层、经验层、语义层、语用层和社会层面,将任务意义与这六个层级映射,就构成了行为含义的映射。[3] 

1.2.1 用户行为流程的记录与整理

采用非介入式观察法的深度采访模式，全面拍摄消费者通过外骨骼使用过程种的全部情 况。以便于更深入发现利益相关者的关键行为触点，并掌握第一手的大数据信息来为下一步的研究工作做好准备。

1.3 基于 AHP 法获取多层级核心意义簇

层次分析法,是美国运筹学家 satty 教授在 20 纪 70 年代提出的一种评价方法，它将与决策有关的系统内的元素分解成目标、准则、方案。具体计算公式如下：

设判断矩阵 B = (bij )nn，利用和积法将 B 中的元素按照列归一化：

，其中𝑖,𝑗 = 1，2，⋯，𝑛

将归一化后的矩阵同一行的各项相加，再除以 n， 得到每一个指标的权重，公式如下：

（1）

求解判断矩阵最大特征根：

（2） 

进行一致性检验：

（3）

（4）

式中 λmax 为 A 的最大特征根；IC 为一致性指标；IR为平均随机一致性指数；ICR 为随机一致性指标，若 ICR ＜0.1 则判别矩阵满足一致性校验要求，若 ICR≥0.1则需要调整判别矩阵。[4]

计算可得出，意义簇的主要意义是一个重量很大的指数。基本价值集群的计算和分析可以为后续数据的开发和研究提供支持，它比基本价值集群化更加明智、直接和科学。

1.4 确立新的功能服务模块

通过绘制基本值的集群，建立了一个基于值的集群。查看用户的关键行为，以了解用户的实际需求，然后根据用户的要求恢复产品的功能。SAPAD 框架的基础是搜索基本价值集群，通过基本价值集群重建用户行为，并优化产品功能。[5]

2.基于 SAPAD-AHP 的外骨骼设计模型

2.1 典型用户行为路径

本次课题在北京市石景山 3 个外骨骼实用地点共调查研究了17 名中老人员。本研究以石景山区 53 岁男性 c 为对象展开课题分析。

人物 c，男，53 岁，单位货物运输工人，已婚。家住北京市海淀区。有受伤的病史，而且在接受治疗后运动，耐力受到影响，而且还患有腰椎间盘突出症等慢性疾病，因此，必须长期到中医院进行针灸和膏药治疗以此缓解疼痛。

2.2 基于意义建构机械外骨骼设计研究体系

2.2.1 行为-子任务-产品的映射分析

分析机械外骨骼的行为路径，我们当每一个具体的行为名命名为任务和子任务，随后与行为的相关物去映射，以此来完成行为和对象的映射。根据机械外骨骼使用路径，显示为佩戴外骨骼、使用外骨骼和脱卸外骨骼并进行充电等，三个任务模块，及其 15个子任务。每种任务分别对应了不同的子任务。

2.2.2 行为—产品—意义的映射分析

通过深入探究，我们可以发现用户的行为背后所隐藏的意义。我们可以通过将意义划分到六个不同的层面，即物理层、语言构建层、经历层、语义层、语用层和社会层，来实现对任务的有效映射，从而实现行为-意义的关联，并留做后续使用，如表1。

表格 1 行为—产品—意义的映射分析

2.2.3聚类分析与意义簇

把数据归纳成逐个不同的簇的过程我们将其称之为聚类。其特点在于相关性较强的因素大概率都出自同一个意义簇，与之相法相关性较弱的因素，也大多数来自与不同的意义簇。随后再使用聚类分析的方法，将义层聚类分析。意义的强弱相关性按照 A～D 划分 4 个强度 级别。具体分成为 D 则不相关，C 则弱相关，B 则相关，A 则强相关。大多数情况下同一个子意义中的因素大概率相互为强相关，反之亦然，不同意义中的子意义则会是呈现出弱相关。

语意层是用户的情感体验，这里表示用户在整个健康管理过程中的感受。聚类分析得到 5 个意义簇：（1）无法便捷佩戴；（2）外骨骼造形结构问题；（3）外骨骼信息反馈不直观；（4）充电器不够人性化；（5）轻松舒适的使用体验；因此基于布尔逻辑算法的关联矩阵聚 类分析, 对经验层、语意层和语用层意义进行聚类分析。[6] 见表 2。

表格 2 语意层意义聚类

2.2.4 AHP 与核心意义簇

利用 AHP 对聚类分析得到的意义簇进行分析。将语意层代表的机械外骨骼作为目标层。将 （1）无法便捷佩戴；（2）外骨骼造型结构问题；（3）外骨骼信息反馈不直观；（4）充电 器不够人性化；（5）体验较为轻松舒适作为准则层。将（1）难以自己佩戴外骨骼；（2）无 法迅速辨别可用外骨骼；（3）上半身无法配合外骨骼用力；（4）缺少不同身体差异的调整空 间；（5）缺少提示灯光；（6）无法迅速确认电量；（7）无法让旁人了解状况；（8）外骨骼难 脱卸；（9）步骤复杂；（10）脱卸后保护功能缺失；（11）轻松舒适等，作为方案层。见表 3。

表格 3 外骨骼设计体验层次分析结构

通过专家法，利用 Saaty 标度对准则层的 6 个指标进行两两比较。见表 4。

表格4 准则层判断矩阵

第一步归一化处理，将公式 1，对判断矩阵作归一化计算。公式 2 带入归一化操作的公式 1 的具体数据，随后经过计算我们就可以得出这几项的权重值，随后必须经行一致性检验操作才可作为正确数据使用。运用公式 3 就可得出 λ max 为 5.037。取 n6，将最大特征 根的值代入到公式 4 当中随后我们可以得出 CI 也就是度量判断矩阵偏离一致性指标为 0.009，经过随后的计算可以得出 RI 值平均随机一致性指标为1.120。第三步将 CI 与 RI 代入公式 5，随后可得一致性比率 0.008，CR 值小于 0.1 证明了指标通过了 AHP 检验，权重值可以作为有效参考。随后将准则层相关的权重有大到小依次排列，可以清晰明了的看出结果。见表5。

表格 5 准则层权重分析结果

同样的方法，计算出机械外骨骼设计的方案层判断矩阵，得出 CR 值为 0.0197＜0.1， 亦可说明，方案层的的一致性检测也符合合理的数据范围，通过。见表 6。

表格 6 外骨骼体验方案层权重分析结果

2.2.5 核心意义簇与对象的映射分析

通过 AHP 得到较高权重的意义簇为：无法便捷佩戴、外骨骼造型结构问题、外骨骼信息反馈不直观、充电器不够人性化、以及希望外骨骼可调节空间大等。

最后在 Sapad 模型中，通过“基于语义的产品构建”，重新映射“多个阶段的核心语义集群-产品”。五个多阶段核心集群反馈给产品，每个核心集群对应重新组装建模结构和交 互功能模块的设计内容，最终形成全新机械外骨骼的核心意义的维度构建。

2.2.6 外骨骼产品设计方案

从行为与意义维度视角出发，进行产品关系的重新建构，将全新凝聚形成的核心设计点融入到充电桩设计实践中。以此为基准，对机械外骨骼提出了产品设计方案。

(1) 充电模块的使用流程设计：重新设计外骨骼的充电模块，设计成为一体式全自动的充电外桩。

(2) 优化外骨骼可调节功能：参考中国人平均身高体长的人机工程学，在多个关节处添加调节模块，使用者可以根据自己的身体情况和使用情况在合理的范围内调整外骨骼的尺寸和松紧度。 

(3) 产品交互模块的全新设计：对产品的交互模块进行全新设计，把交互模块集成到后腰部的背包处，既不影响使用行动，亦可以方便他人对其进行即使调整或援助。 

(4) 改良外骨骼信息反馈形式：增加多处 LED 灯条显示状态，用直观的颜色变化，及时清晰的向使用者及其旁人展示外骨骼状态和电量情况。 

(5) 外骨骼佩戴方式优化：对现有的外骨骼配搭方式进行改良，配合全新设计的充电桩使用，佩戴脱卸外骨骼自动化，充电桩增加多个保护扶手保障使用者的安全。 

以此五点为基础，设计出一款全新的机械外骨骼，经过草图的推演确定大致方向，经过 Rhino 的建模和 Keyshot 渲染，形成以下的产品效果。图 1-图 3

图片 1 RHINO 建模效果

图片 2 机械外骨骼设计细节

图片 3 机械外骨骼最终效果

3. 结论与展望 

根据如今市场上已有的机械外骨骼产品的技术和内部结构，进行外骨骼产品的创新与改良，其目的是帮助有多发性硬化症、关节炎等类的患者解决行动方面的困难和帮助高劳动工作者增强身体机能减少劳动损伤。文化创意产业的发展对于国家经济的转型和优化具有重要的推动作用。[7] 通过大量现场调研与用户访谈，对环境定位，目标用户，现有技术，材料与加工工艺等方面做出了全方位的考量与归纳，以此设计出当前最适合中国市场且符合中国人人机工程的外骨骼产品。技术创新和品牌建设犹如企业发展的"两翼"，是企业增加产品附加值、提升市场竞争力的重要途径。[8]采用钛合金作为此次加工工艺的主要材料，材料价格适中对人体无害，且符合批量化工业生产需求。 

采用 AHP 定量研究方法，找出用户的核心需求,更加客观、全面地思考问题、解决问题。通过这种方式，SAPAD 模型得到完善,并在方法层面实现创新。[9]此次研究项目的目的则是设计出能够符合使用者需求的机械外骨骼外观及其结构，以此来增强医疗的关怀人文属性帮助患者快速恢复和提供慢性病的长期辅助，或提升工作效率和降低成本。产品使用 SAPAD-AHP 模型和人机工程学，设计必须更加符合中国人的使用习性，基本值集群和非基本值集群代表用户行为背后的基本值集群，基本值集群是找到基本要求的关键因素。所以要采取更加科学理性的数据方法找到核心意义簇。AHP 的特点在于系统化、层次化和定量与定性分析相结合，从客观理性的角度相比于单纯依靠 SAPAD 模型中关联分析法所获得的指标，采取 AHP 方法计算出权重更高的指标更加好。所以在本次研究过程中我们将采取 AHP 分析法进行层次分析，分析每一个层次意义簇，从而获得权重较高的几个意义簇我们将其当作核心意义簇，为此我们要经过大量的调研考察。 

在大多数地区护理提供者仍处于起步阶段，尚未制定标准的护理模式照顾与大学合作也是大多数护理提供者寻求的新机会随着后疫情时代的到来，护理提供者现在被要求发展成为 一个多元化的空间。本此研究分析了中国医疗保健相关体系和社区家庭保健一体化的新建议和计划，以使政府相关机构能够有效地将社区保健和社会相关企业资源有效整合起来，更好地为实现老有所依的社会主义目标。得出设计权重，通过比较得出关键设计目标。[10]实践才是检验真理的唯一标准，真正与用户沟通才会发现痛点。通过学习现有的大量文籍和学术资料，调查全球现有的外骨骼公司，归纳总结优势与不足，根据当今世界成熟的技术可能结合调研，进而设计出符合该公司需求的方案，真正做出符合中国人人机工程以及使用习惯的外骨骼。从方法的角度出发，问卷用于获取通过数据实现相关需求，使初始需求更加客观。充分完善了 SAPAD 模型可能带有的主观倾向，为后续设计提供理性的参考。采用 AHP 定量研究方法，找出用户的核心需求，更加客观、全面地思考问题、解决问题。通过这种方式,SAPAD 模型得到完善，并在方法层面实现创新。