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作者:王坤池、楊惟中、阮致维(2002-11-05);徐業良(2002-11-07)

身心障礙者就業輔具設計-以「弘愛殘障服務中心」為研究對象

1.     研究背景與目的

所謂「輔具」是指“經過設計或改造的工具設備或是產品,用來增進、維持、或是改進身心障礙者的功能”。現在使用輔具的族群不再限定於身心障礙者,包括老人、慢性病患者、甚至於一般人都有機會使用適當的輔具。就一般人而言使用輔具的目的不外乎要提供工作效率、降低工作壓力、及減低生理疲勞;而就身心障礙者及老人而言則是要增生活獨立性、提高生活品質、減輕照顧者的負擔。從心理的層次看來,輔具的使用能增進使用者對於環境的控制能力增加在環境之中的互動,能增加身心障礙者的自尊心以及自我概念,同時減低照顧者的心理負擔。

近年來身心障礙者輔具設計在國內外都受到相當的重視,1988年在美國聯邦政府通過的「殘障科技法案(The Technology-Related Assistance for Individuals with Disabilities Act, PL100-407)」中即明訂,政府應提供身心障礙者需要的輔助性科技與服務,該法案中並定義“科技輔具(assistive technology device)”為

“任何產品、零件、設施,無論是商業化、改造、或特殊設計下之產物,其目的在提升、維持或增強身心障礙者功能者。”

目前全美共有超過40個國家級的研究機構投入輔助器具之相關研究,1990年全美使用輔助器具的身心障礙者人數佔總人口數5%,大約一千三百一十萬人。國內方面根據內政部「中華民國八十九年臺閩地區身心障礙者生活需求調查結果」【內政部統計處,民九十】摘要結論得知,身心障礙者使用各式輔具者約占40%,分別為生活類輔具者為25.3%,復健類輔具者22.7%,由此可知,對許多身心障礙者而言,輔助器具已是生活中不可或缺的一部分。

輔助器具的種類包羅萬象,而輔助器具的分類至今國內外似乎尚無統一的標準。國內依照內政部之分類標準,將輔具分為生活類輔具復健類輔具,而美國國家殘障與復健研究院[NIDRR, 2001]則將輔具分為高科技(High-Tech)輔具低科技(Low-Tech)輔具。低科技輔具較簡單,幾乎沒有移動的部分,如口含棒、防滑墊。高科技輔具較複雜含電子裝置,如電腦、環境控制系統。相關研究文獻中也有以輔具之功能性區分,可分為坐姿與擺位系統、控制介面、電腦輔具、電腦輸出設備、替代性溝通輔具、行動輔具、日常生活輔具、環境控制系統及感官輔具等[Cook and Hussey, 1995]

相對於一般工業產品講求標準化,並希望能自動化大量生產,輔具往往必須針對特定使用者的特定需求做設計,製造上也必須採用少量訂作的方式,設計的工作格外重要。然而輔具種類繁多,輔具設計上需要各個領域的專業知識也十分多元,在輔具設計過程中如何有系統地整合、應用相關領域知識,設計出符合使用者需求的輔具,則應是共通的要求。本文描述「弘愛殘障服務中心」身心障礙者職場輔之設計案例。

輔具設計程序除了前面討論的一般設計程序之外,一個額外、重要的元素是使用者的實際參與設計過程BuhlerSchmidt[1993]提出使用者直接參與輔助器具的設計過程如圖1所示,使用者在輔具研發、生產過程中都持續參與,提出使用上的問題、要求、與新的需求,將有助於設計者更容易了解使用者的真實需求並且提高產品的實用性。

1. 使用者直接參與輔助器具的設計過程

PoulsonRichardson[1996]提出所謂“USERfit”,以使用者為中心的輔具設計流程,如圖2所示,包括了問題定義、功能規格、製作、測試等四個階段,其中並包含了9項工作,表1中說明這個架構中9項工作的目的。

2. “USERfit”輔具設計流程

1. “USERfit”架構中9項元件的目的

USERfit 元件

目的

Environmental context

環境情況

提供一產品的高層次概要,包含像是初始發明的動機,誰會去使用,誰將會購買等等

Product environment

產品情況

簡要說明產品所能支援的環境為何?包含像是訓練、使用說明、設備、維修以及使用者支援等

User analysis

使用者分析

定義使用者的使用族群範圍並詳細的描述其屬性。例如他們目前的身體機能狀態、所受到的限制。這部分的設計分析必須包含使用者的屬性。

User activities

使用者的活動性

定義並描述使用者於從事何種活動時會使用此產品。產品設計也必須考慮到使用者的活動性。

Product analysis

產品分析

概略性的描述產品的機能與其操作特性

Product attribute matrix

產品的基礎特性

藉由使用者與活動性分析來推導出產品的功能規格與其屬性。

Requirement summary

需求總結

憑藉使用者與活動性分析以及符合使用者需求的程度來檢驗產品的設計是否合乎要求。

Design summary

設計總結

詳細說明產品的功能規格與其操作細節

Usability evaluation

實用性評估

簡要說明評估的目的, 使用的評估方式和評估的標準。同時將評估的結果加以紀錄。

近年來殘障朋友越來越活躍於各項活動中,他們利用各項輔具來克服肢體障礙的限制,解決一些日常生活的不方便。我們經由國科會北區身心障礙者科技輔具研發中心的邀請,加入為身心障礙朋友設計輔具的計畫,主要工作是幫忙台北市「弘愛殘障服務中心」,進行身心障礙者就業輔具設計。

弘愛中心是由台北市勞工局補助成立,由愛心媽媽及志工組成,目的在幫助身心有障礙的院童,協助他們從事職場上的工作,並進一步將其工作的成果與社會大眾分享。我們根據中心老師和院童的需求,完成了四項對弘愛中心身心障礙人士就業上有幫助的設計:芽菜培育設計、攪拌握盤器、菜業絞碎機、豆漿攪拌器。本文分別以上述所討論“USERfit”架構中9項元件來說明這四個身心障礙者就業輔具設計案例。

2.     芽菜培育輔具設計

每當辛勤的栽培有成果的時候,弘愛中心的所有老師和院童們總是會特別的忙碌,因為又必須加緊腳步採收培育成功的有機蔬菜。老師們總是隨侍在旁一邊輔導院童們進行採收,一方面自己本身也要加入收割的行列,收割、清洗、包裝、回收土壤、重新鋪土、播種如此的程序需一再重複。或許有機蔬菜需求的數量不多,但是仍需以更多的人力投入其中,老師們必須隨侍在側從旁協助,較危險的工作還必須親自去作。於是我們想設計一個模組化的機具,達成播種、澆水、收割等三個主要功能,讓院童方便的栽種與收成芽菜。

在這項輔具設計過程中,我們親自參訪弘愛中心三次,實際觀察使用者從事芽菜生產的過程,並利用“USERfit”架構中9項工作逐步分析這項輔具設計,如表2所示。

2. “USERfit”架構中9項元件的目的逐步分析

USERfit 元件

分析

環境情況

以身心障礙者從事芽菜栽種之個案為設計對象。

產品情況

提供使用者於栽種芽菜時使用。

使用者分析

腦性麻痺、上肢左右側機能協調性較差。

使用者的活動性

(1)   由於使用者上肢協調性較差,因此在播種時,無法把種子均勻的灑在土壤上。

(2)   使用者在澆水時,對舉起灑水器並平移澆水這個動作,顯得十分吃力。

(3)   由於使用者上肢協調性較差,因此在收割時,使用剪刀連續將芽菜剪下的動作,對他們的上肢造成很大的負荷,也使收割後的芽菜參差不齊。

產品分析

在結構上必須把三項功能結合起來而形成一個模組化設計。

產品的基礎特性

(1)   支架結構的剛性必須能夠放置數盆培養皿及水箱。

(2)   培養皿中能栽種大量的芽菜。

(3)   水箱能提供適量與穩定的水源。

(4)   每一個培養皿能栽種大量的芽菜,灑水器能提供適量的水,收割器能輕鬆方便的切斷芽菜方便收割。

需求總結

使用者單獨操作、播種輕鬆、灑水省力、收割方便。

設計總結

利用鋁矩形組成一個支架,可將數盆播種盤放置其中,把整個灑水系統安置在支架中。每個播種盤上放置收割器,可將芽菜簡易割下來。

實用性評估

使用者實際使用觀察是否能順利完成芽菜生產的工程。

經過分析之後,我們將此產品一功能分三個子系統:結構子系統、播種及收割子系統、及澆水子系統,其中收割及收割子系統為關鍵子系統。

(1)   結構子系統

本設計原本考慮是否能將播種、澆水、收割三項功能予以整合集中在新構想的容器內。但在考量現實面須配合弘愛舊有的使用設備後,評估將三種功能都同時集中的新設計,於製造和加工上不易施行,所以我們選擇採取以原有培養皿容器搭配收割刀具模組的使用,並於外部結構上整合灑水系統。

主體結構外型如下圖3所示,以30mm×30mm鋁擠型組合而成,結構主體大小為660mm(L)×660mm(W)×100mm(H),共分四層,並有一外加於上方的水箱。以鋁擠型建構的主體在強度上可以符合設計要求,但成品在完成後有重量過大和移動不便的缺點,所以必須在結構主體下額外增設四個滾輪來解決重量過大移動不便的問題。

3. 主體結構外觀示意圖

(2)   播種及收割子系統

4為播種及收割子系統示意圖。在培養皿內部加設一個功能為輔助收割的平板,此平板構造上經雷射加工佈滿均勻孔洞,輔助種子作適當且均勻的排列以利後續的收割動作。播種程序是將種子直接灑於輔助板上,多餘的種子撥於孔洞內則種子就會滾落到適當大小的孔洞內等待芽菜順利成長。

收割器則由兩片輔助板構成,當需要收割時,由於芽菜是順著兩片輔助板生長,每一株芽菜都通過兩層輔助板上向上生長,此時將兩片輔助版一片向左拉,另一片向右拉,形成一個剪力,使芽菜被剪斷。考慮到輔助版長期放在土壤中和形成強大的剪力,需要足夠的硬度及防止生鏽,我們以不鏽鋼板製作收割器。

4. 播種及收割子系統3D示意圖

(3)   澆水子系統

考慮栽種環境必須在使用電力困難的樓頂施作,所以水源的設計採用可拿取式外掛水箱,利用自然水壓以及連通管的原理作培養皿的澆灌。總共有三層水源控制開關,每層皆有三個控制閥作開閉動作,由於受限於自然水壓和水量兩著因素,操作過程必須僅能單層提供澆灌,其餘兩層必須關閉控制閥避免水量的分散(圖5)。最後完成之芽菜培育輔具整體產品外觀如圖6所示。

5. 管路配置示意圖

6. 產品完成圖

3.     攪拌握盆器設計

此設計案例是一上肢單邊殘障者從事烘焙工作在打蛋時,由於手的力量不夠,無法抓住不銹鋼的攪拌盆,導致打蛋時盆子會不時向左右移動,甚至會無法抓住而掉落到地上,因此需要一個固定裝置固定打蛋用的盆子。以下以一個簡單的“故事”描述所要設計輔具被使用的方式:

“身心障礙工作者打蛋時先將固定器放置好,並能方便地將不銹鋼攪拌盆於固定器中,將蛋打入攪拌盆,接著再拿起筷子或是其他工具來打蛋,打蛋過程中攪拌盆不會左右滑動,完成後能方便拿起攪拌盆進行後續烘焙工作。”

在這項簡單的輔具設計過程中,設計人員親自到需求單位瞭解、觀察了三次,並要求實際使用之身心殘障人士實際示範打蛋過程,再一次利用“USERfit”架構中9項工作逐步分析這項輔具設計,如表3所示,最後得到一個非常簡單的設計如圖8,這個裝置使用、固定都十分方便,下圓環與桌面間以及上圓環與攪拌盆間裝置防滑墊,打蛋時不會左右滑動。圖8是攪拌握盆器成品圖。

3. “USERfit”架構中9項元件的目的逐步分析

USERfit 元件

分析

環境情況

以身心障礙者從事烘焙工作之個案為設計對象。

產品情況

提供使用者於打蛋時使用。

使用者分析

上肢左右側機能協調性較差。

使用者的活動性

使用者使用不銹鋼攪拌盆打蛋時,無法順利用另一隻手固定盆子導致工作受到限制。

產品分析

防止攪拌盆於工作時隨意滑動。

產品的基礎特性

需能將攪拌盆固定且打蛋過程不致滑動。

需求總結

能使用單手打蛋、方便使用與清洗、整體重量輕、價格便宜。

設計總結

利用一支撐架固定攪拌盆,並於支撐架與攪拌盤和支撐架與桌面間裝設防滑裝置。

實用性評估

使用者實際使用觀察是否能順利完成打蛋工作。

7. 打蛋攪拌固定裝置3D示意圖

使用單位試用後也十分滿意,並要求再製作一套較小尺寸打蛋盆適用之固定器。對於這項新需求,我們在底圓環內增加了一個直徑較小的圓環,使用較小打蛋盆時不需使用另外的固定器,將固定器翻轉使用即可,也是一項設計上的創意。

8. 攪拌握盆器成品圖

4.     菜葉絞碎機設計

此設計案例是身心障礙者在處理有機肥的再次利用時所遭遇到的問題。當收割完芽菜後需再次種植時,可將一些菜葉和土壤一起攪拌,使土壤發酵產生一些有機物來提供芽菜養分,進而達到土壤的再利用(如圖9)。但對於一般身心障礙工作者在處理菜葉時,會遇到一些問題,包括物件抓取困難、力量控制不易、需細微動作配合、生產效率低。於是我們構思設計一個自動化的菜葉絞碎機,如同碎紙機般,只需將菜葉放入此機具,再由下方的抽屜拿出絞碎的葉片即可。

9 . 有機肥的發酵處理

同樣的我們用以“USERfit”架構中9項元件的目的逐步分析,如表3

3. “USERfit”架構中9項元件的目的逐步分析

USERfit 元件

分析

環境情況

以身心障礙者從事菜葉輾碎工作之個案為設計對象。

產品情況

提供使用者於絞碎大量菜葉時使用。

使用者分析

上肢活動機能協調性較差。

使用者的活動性

使用者抓取、撕裂菜葉時,由於手(指)部關節無法靈活運用,導致處理菜葉時較費時且使用者容易疲勞。

產品分析

以自動輾碎方式取代人力。

產品的基礎特性

需以自動化機械來簡化作動方式且降低使用者疲勞。

需求總結

能自動化作動、方便使用、可簡化動作並降低使用者疲勞、並兼顧安全性。

設計總結

利用二組滾輪式刀具組,透過齒輪以馬達帶動,外殼需有安全裝置,及收集菜葉之容器。

實用性評估

使用者實際使用觀察是否能順利完成輾碎菜葉之工作。

經過分析之後,我們將此產品一功能分三個子系統:動力子系統、切割輾碎子系統子系統、及結構子系統,其中切割輾碎子系統為關鍵子系統。

(1)   動力子系統

動力子系統驅動馬達選擇三相無段變速馬達,配合前端減速比60之減速器,輸出功率60W,轉速0~30rpm,輸入為110V交流電。齒輪選用模數4、齒數30齒之正齒輪,傳動方式為三正齒輪互相咬合方式傳動。

(2)   切割輾碎子系統

切割輾碎子系統刀具組設計利用多片圓盤狀之刀具,在旋轉時,靠著刀具上之刀刃及兩刀具間相互咬合所形成之拉力,對菜葉造成切割、撕扯、輾碎等作用,進而達到將菜葉確實輾碎之效果。圖10為製作完成之圓盤狀刀具,直徑125mm,厚度4mm,圓週上約有230個刀刃切口。

10. 切割輾碎子系統

(3)   結構子系統

在設計絞碎機整體結構時,利用鋁擠型模組化組立系統,如圖11所示,來作為原型製作的加工材料。以鋁擠型來作為原型製作的材料有加工容易、結構堅固、組裝容易、價格便宜。其他方便性設計包括基座底部可加裝輪子,提高機動性,方便移動機具,以利使用及收藏,抽屜式的收納容器,可方便輾碎後之菜葉收集及其利用。

    

11. 菜葉絞碎機成品圖

5.     豆漿攪拌器

此設計案例是弘愛中心老師在煮豆漿時,由於豆漿中的細粒和渣會沉澱在鍋底,所以老師必須用鍋杓不斷的攪拌著豆漿,以免豆漿因此燒焦。由於煮一鍋豆漿大約需要耗時四十分鐘,加上鍋子附近的溫度十分高,對於使用者來說要在四十分鐘內不斷攪拌實在非常困難。以下以一個簡單的“故事”描述這個輔具被使用的方式:

“使用者將豆漿、五穀等放入鍋中,將豆漿攪拌器放置好並打開開關,開小火慢煮40分鐘。煮好後將瓦斯爐和攪拌器開關關掉,把攪拌器清洗並收藏。”

在這項輔具設計過程中,我們親自參訪弘愛中心三次,實際觀察使用者烹煮豆漿的過程,同樣的我們透過“USERfit”架構中9項工作逐步分析這項輔具設計,如表5所示。

5. “USERfit”架構中9項元件的目的逐步分析

USERfit 元件

分析

環境情況

以正常人從事烘煮工作之個案為設計對象。

產品情況

提供使用者於煮豆漿時使用。

使用者分析

四肢健全的正常人。

使用者的活動性

使用者在煮豆漿時,無法承受持續長達40分鐘的攪拌及高溫。

產品分析

自動攪拌豆漿。

產品的基礎特性

可固定於不鏽鋼桌面,並藉由開關自動的旋轉,攪拌豆漿。

需求總結

自動化、方便使用與清洗、容易收藏。

設計總結

由馬達帶動前葉攪拌豆漿,並以機械手臂為支架,連接基座以固定在桌面

實用性評估

使用者實際使用觀察是否能順利完成煮豆漿。

最後得到一個簡易的設計如圖14,以一個機械手臂為支架,手臂前端有一個葉狀旋轉的攪拌器,可放到鍋底攪拌。而機械手臂下端有一個基座支撐整個機器。

14. 自動攪拌裝置成品圖

6.     結論與未來展望

上述四項設計,由我們三人分別完成,其中遭遇到相當多的問題,例如構思設計概念時要以需要者為假想,必須設身處地的想如果我是使用這項輔具的身心障礙者,我想要什麼?這樣的設計真的可以嗎?當成品製作完成後,還必須讓使用者試用並改進。

我們也曾質疑這些設計,有些只是很簡單的結構,並沒有用到高科技的產品,但有沒有複雜的高科技設計,並不重要,重要的是我們的設計是真正從使用者需求出發,成品也確實解決了身心障礙者部分問題,感覺有很大意義。我們也希望能將這份精神傳給學弟妹,繼續將我們的設計改良或設計新的輔具,給需要幫助的人,讓他們在日常生活中能達到真正的無障礙。

參考文獻

Buhler, C. and Schmidt, M., “User involvement in evaluation and assessment of assistive technology,” ECART2, Stockholm 26-28.5. 1993, 30.1.

Cook, A. M., and Hussey, S. M., Assistive Technologies: Principles and Practice, Mosby, 1995.

Cross, Nigel, Engineering Design Methods, 2ed., John Wiley & Sons, 1994.

David, P. and Simon, R., “USERfita framework for user centred design in assistive technology,” Technology and Disability, Vol. 9, Issue. 3, pp.163-171, 1998.

National Institute on Disabilities and Rehabilitation Research (NIDRR), 2001, “NIDRR's Long Range Plan - Technology for Access and Function Research,” http://www.ncddr.org/rpp/techaf/lrp_ov.html

The Technology-Related Assistance for Individuals with Disabilities Act, PL100-407, http://www.ed.gov/offices/OERI/ECI/newsletters/99spring/early5.html.

Ullman, D. G., The Mechanical Design Process, McGraw-Hill, 1992.

內政部統計處、行政院衛生署、行政院勞工委員會編著,中華民國八十九年臺閩地區身心障礙者生活需求調查報告,內政部統計處,民九十。