基于基元模型的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法與表征研究

劉玲玲 ， 薛澄岐， 李 晶， 林 麗

（1. 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)院，江蘇 南京 211189；2. 桂林理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004;3. 貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

產(chǎn)品創(chuàng)新中，產(chǎn)品概念設(shè)計階段的成本只占 產(chǎn)品總成本的5%，但卻決定著70%～80%以上的價值[1]，因而工業(yè)設(shè)計以設(shè)計定位、概念設(shè)計等為核心的產(chǎn)品開發(fā)前端過程，更成為數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)[2]。工業(yè)設(shè)計歸于分析的、半正規(guī)化和半經(jīng)驗(yàn)化，以及創(chuàng)意的生成過程無系統(tǒng)的邏輯推導(dǎo)方法，設(shè)計過程具有“黑箱”性質(zhì)，因不可被計算機(jī)識別，而與數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)脫節(jié)[3]。思維創(chuàng)新的重要任務(wù)就是如何將這種難以捕捉的心智活動轉(zhuǎn)化為易操作的設(shè)計方法[4]。

基于此，本研究借助可拓學(xué)理論，針對設(shè)計問題具備不確定的“模糊前端”(Fuzzy front-end，F(xiàn)FE)[5]的特性，定量化求解設(shè)計問題中的動態(tài)不確定性因素，建立產(chǎn)品創(chuàng)意過程的可拓機(jī)制，提出基于基元模型的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法及表征理論思想，為產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)提供有效的理論支撐。

1 產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計基元模型

1.1 基元

可拓學(xué)是基于定量和定性有機(jī)結(jié)合的科學(xué)理論[6]，以形式化、邏輯化和數(shù)學(xué)化為基礎(chǔ)，研究物、事、關(guān)系的可拓展性，建立合理有效的可拓機(jī)制，提出解決問題的基本方法以及相應(yīng)的測評策略[7]。

基元是可拓學(xué)邏輯細(xì)胞，是分析問題、解決問題的基礎(chǔ)?；饕ㄎ镌猂、事元I、關(guān)系元Q3個類別和層次，根據(jù)研究對象的屬性特征選擇相應(yīng)的基元類別和層次形式化描述核心問題[8]。

1.2 創(chuàng)意信息數(shù)據(jù)集

設(shè)基元為A，以物元R為邏輯細(xì)胞，依據(jù)可拓學(xué)物元R=（N，c，v）定義，N為事物的名稱，c為關(guān)于N的特征，v為關(guān)于c的量值。創(chuàng)意設(shè)計過程素材信息海量Rn，且每個事物Nn都具有多元特征Cn及對應(yīng)的量值Vn，由此，基于多維特征的多維基元所構(gòu)成的陣列表示為An，An稱為研究對象N的n維基元，構(gòu)成創(chuàng)意信息多維數(shù)據(jù)集。

基于上述基元模型構(gòu)建任何客觀事物同時包含定性和定量的形式化表征，奠定形象思維有序展開基礎(chǔ)。

2 產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法與表征

借助可拓學(xué)(Es)對客觀世界中的事、物和關(guān)系的最小邏輯細(xì)胞的知識表征方式，融會貫通理解可拓學(xué)發(fā)散樹“一物多征”、“一征多值”、“一值多征”等拓展分析過程[9]，結(jié)合工業(yè)設(shè)計學(xué)科屬性，提出“異特征”、“異量值”、“異規(guī)則”、“關(guān)系同構(gòu)”4個構(gòu)思方法層面，細(xì)化分物元獲取參照體系，以保證物元變換品質(zhì)，構(gòu)建產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法學(xué)。

2.1 異特征法C：一物多征

依據(jù)物元定義，R= (N,c,v)，即（物，特征，量值）。異特征法，即固定研究對象（N，如加濕器），但特征元(c,v) 靈活選定，可確立創(chuàng)意設(shè)計的切入點(diǎn)，工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域以特征Ci={外觀}改造為主。

給定特征co，若Cf(co),Cr(co),C×(co),Cz(co)分別為co的同域特征集、相關(guān)特征集、可積特征集、共軛特征集，稱CE(co)=Cf(co)∪Cr(co)∪C×(co)∪Cz(co)為特征co的可拓特征集，co∈CE(co)。

具體運(yùn)用到新產(chǎn)品開發(fā)，一物多征，從{外觀、功能、結(jié)構(gòu)、包裝、宣傳、品牌、價格、質(zhì)量}等多個屬性拓展，形成產(chǎn)品可拓特征元集Cn。以特征Ci={外觀}改造為主，工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域常規(guī)一級分特征元為Ci1={形態(tài)，色彩，材質(zhì)}，依次細(xì)分C形態(tài)={點(diǎn)，線，面，體，倒角…}，以獲取新的產(chǎn)品創(chuàng)意方案，此法較多應(yīng)用于商業(yè)款式更新，保證產(chǎn)品上市的更新?lián)Q代。

2.2 異量值法V：一征多值

依據(jù)可拓學(xué)定義，量值v，指一物關(guān)于某一特征的數(shù)量、程度、或范圍，分為數(shù)量值和非數(shù)量量值。異量值法，即固定研究對象（N，如加濕器）和特征元（C，如外觀），但V靈活變化，可形成別具一格的創(chuàng)意方案。著名英國設(shè)計師麥金托什“高直椅”為異量值法的典型應(yīng)用。

給定量值vo，若VN(vo),Vc(vo),Vr(vo),V×(vo),Vz(vo)分別為vo的同物量值集、同征量值集、相關(guān)量值集、可積量值集和共軛量值集，稱VE(vo)=VN(vo)∪Vc(vo)∪Vr(vo)∪V×(vo)∪Vz(vo)為量值vo的可拓量值集，vo∈VE(vo)。

具體到工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，有非數(shù)量值“意象”量值V1={奢華，卡通，簡約，復(fù)古…}，也有數(shù)量值“形體”量值V2={長，寬，高，比例，定位軸線，偏心距，元件布局…}。運(yùn)用強(qiáng)調(diào)與隱藏、統(tǒng)一與分離等量值變異構(gòu)思手法，打破常規(guī)形態(tài)規(guī)律，引發(fā)視覺張力。

2.3 關(guān)系同構(gòu)N：一征多物

依據(jù)可拓學(xué)定義，關(guān)系元Q描述一組物、事、人等與其他的物、事、人存在邏輯相關(guān)性。關(guān)系同構(gòu)法，即以邏輯相關(guān)性為切入點(diǎn)，提取兩組或多組具有邏輯相關(guān)性的事物Nn，分別獲取其某一特征Cn，通過設(shè)計手法組合，推進(jìn)后期產(chǎn)品語義概念置換，形成創(chuàng)意素材來源。

給定事物No，若Nc(No).Nv(No).Nr(No).N×(No)分別為No的同征事物集、同值事物集、相關(guān)事物集、可積事物集，稱NE(No)=Nc(No)∪Nv(No)∪Nr(No)∪N×(No)為事物No的可拓事物集，No∈NE(No)。

工業(yè)設(shè)計師往往確立產(chǎn)品功能意象（如加濕器的加濕），利用進(jìn)行關(guān)系同構(gòu)（如濕潤意象）發(fā)散拓展相關(guān)事物集（如嫩芽、水滴），提取事物集（如嫩芽、水滴）的特征曲線，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品物理形態(tài)，形成具有主題意義的形態(tài)方案。

2.4 異規(guī)則

產(chǎn)品除物元要素(N,c,v)以外，人機(jī)交互過程不可或缺。依據(jù)可拓學(xué)定義，物與物的相互作用稱為事，事元I=(d，b，u)即（動作，特征，量值）。動作的基本特征有：支配對象、施動對象、接受對象、時間、地點(diǎn)、程度、方式、工具等。

工業(yè)設(shè)計過程中，從使用方式[10]入手，常見產(chǎn)品使用方式In={按壓，旋扭，推拉，敲擊，踩踏，把握，撕拽，…}。另有產(chǎn)品伴隨成長型設(shè)計，產(chǎn)品隨時間變化，使用方式隨之變化，以童車最為典型。

3 創(chuàng)意設(shè)計物元變換

物元變換，物元Ro= (No,co,vo)改變?yōu)槲镌猂= (N,c,v)或若干物元R1= (N1,c1,v1),…,Rn= (Nn,cn,vn)，稱為物元Ro的變換，記作TR0=R或TR0={R1,R2,…,Rn}。

物元變換實(shí)際上是對其要素事物、特征和量值的變換或它們的組合。對n維物元R的變換，實(shí)際上是對其分物元R1,R2,…,Rn的變換。構(gòu)思新產(chǎn)品時，首先產(chǎn)品自身要素（包括自身要素和附加要素）等一一列出，如圖2所示，并找到對應(yīng)的分物元，將n維物元R的分物元重新排列

從而得到一系列的新物元R*，即TR=R*，亦即得到一系列的新產(chǎn)品N*

4 實(shí)例研究

本文提出基于基元模型的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法與表征，其流程如圖1所示。產(chǎn)品創(chuàng)意要素分為自身要素和附加要素兩大類，自身要素區(qū)分為感官要素和功能機(jī)構(gòu)要素，其中感官要素包括產(chǎn)品的形態(tài)、色彩、質(zhì)感和肌理，功能機(jī)構(gòu)要素涉及產(chǎn)品生產(chǎn)加工與制造因素。感性消費(fèi)時代來臨，產(chǎn)品附加要素以消費(fèi)者心理需求為主顯得尤為重要，本文從“情感語義、文化符號、個性需求、使用交互”4個方面細(xì)分。下面以家用加濕器設(shè)計為例，推理加濕器創(chuàng)意設(shè)計的轉(zhuǎn)化過程。

圖1 產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計及可拓表征流程

4.1 加濕器設(shè)計調(diào)研

對某滯銷產(chǎn)品家用加濕器使用人群調(diào)查，受試對象50人，均有4年以上使用加濕器經(jīng)驗(yàn)，其中，工業(yè)設(shè)計師10人、賣場銷售員5人、普通用戶35人，通過訪談和問卷，對外觀造型、使用方式、消費(fèi)者精神需求等7項(xiàng)相關(guān)要素進(jìn)行調(diào)研，得到加濕器改良方向，如表1所示。

表1 某家用加濕器改良要素列表

根據(jù)家用加濕器優(yōu)缺點(diǎn)列表可知，加濕器技術(shù)成本不高，生產(chǎn)原理簡單，操作簡易，用戶最大訴求是造型成為家居時尚擺設(shè)，故著重產(chǎn)品附加要素分物元獲取，考慮生產(chǎn)技術(shù)及現(xiàn)實(shí)條件，忽略異特征中Ci={功能，結(jié)構(gòu)，工藝…}及異規(guī)則Ii={旋，觸，按…}等使用交互方式變化。

4.2 加濕器創(chuàng)意要素表征

對原有產(chǎn)品滯銷產(chǎn)品加濕器N0，它可由物元R表征如下：

設(shè)新產(chǎn)品為N，列出N的特征元 (c1,v1),(c2,v2),…, (ck,vk) (k

本設(shè)計實(shí)例為商業(yè)改款案例，切入點(diǎn)R0={加濕器，外觀，風(fēng)格意象}，獲取側(cè)重“產(chǎn)品附加要素”分物元Ri，如表2所示，從{情感語義，文化符號，個性需求}3個方向出發(fā)，利用發(fā)散樹法，尋找滿足(ck,vk)，(風(fēng)格意象，濕潤)，(風(fēng)格意象，神秘)，(風(fēng)格意象，文化內(nèi)涵)，(風(fēng)格意象，親切)，(風(fēng)格意象，個性)…的事物Ni，即

由此得到發(fā)散事物集為{Ni},記作

N濕潤= {嫩芽破土，吐泡泡，霧，胖頭魚，竹筒，雨巷，水滴，…}

N神秘= {外星人，飛碟，沙漏，機(jī)器人，長江7號，…}

N親切= {奶茶，易拉罐，…}

N個性= {口哨,香煙,滅火器,香煙,子彈，…}

N文化= {漢服，唐裝，戴望舒《雨巷》，丁香姑娘，…}

…

列出N相應(yīng)于N0的其它特征元，設(shè)為(ck+1,vk+1),…, (cn,vn)，將由N及這些特征元構(gòu)成的物元記為

并作V2的發(fā)散量值集

綜合以上Ni={嫩芽破土，香煙，外星人，飛碟，胖頭魚，吐泡泡，漢服，唐裝，沙漏，竹筒，奶茶，滅火器，口哨，子彈，易拉罐，雨巷，丁香姑娘，…}

創(chuàng)意概念賦予實(shí)形，結(jié)合工業(yè)設(shè)計學(xué)科屬性，運(yùn)用造型手法：造型手法單元序列集為Gz={體塊改造，引入面片，重塑邊緣，調(diào)整軸線，豐富材質(zhì)，增加亮色，特征線提取，整體輪廓線提取，…}結(jié)合4個重構(gòu)手法：OT為重構(gòu)規(guī)則集，OT∈{置換，聚分，增刪，擴(kuò)縮}，本例主要采用置換手法，進(jìn)行產(chǎn)品語意概念反復(fù)置換，造型手法采用增刪。

由此，加濕器創(chuàng)意設(shè)計的基元模型A構(gòu)建如下：

美觀合理的外觀形態(tài)的形成往往需要一個或多個重構(gòu)規(guī)則相互作用，多次迭代，受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等條件的約束。

4.3 加濕器設(shè)計方案評價

以工業(yè)設(shè)計專家和熟練用戶為評價群體，優(yōu)選針對加濕器4個N1={長江7號，戴望舒《雨巷》，飛碟，滅火器}事物集拓展方案，如圖2所示，使用層次分析法，在[0,1]范圍內(nèi)給權(quán)系數(shù)ai賦值為a1=1、a2=0.9、a3=0.8、a4=0.4，同時，采用5點(diǎn)量表法對構(gòu)思新穎、造型美觀、生產(chǎn)成本、包裝運(yùn)輸?shù)汝P(guān)聯(lián)度k進(jìn)行量值測評，最后通過計算匯總，結(jié)果顯示，方案1實(shí)用性較好，方案2具有良好的概念創(chuàng)新。由此，設(shè)計師根據(jù)加濕器加工工藝等設(shè)計要求，以優(yōu)選出的設(shè)計方案為形態(tài)基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善加濕器造型。

圖2 加濕器造型創(chuàng)意方案

5 結(jié) 束 語

本文提出基于基元模型的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計方法與表征研究，首先根據(jù)可拓學(xué)基元理論構(gòu)建產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計的可拓模型，提出基于可拓模型的產(chǎn)品創(chuàng)意表征方式，明晰分物元獲取參照方法，保證產(chǎn)品創(chuàng)意物元變換品質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，采用層次分析法對產(chǎn)品設(shè)計新方案給予測評，從而得到基于產(chǎn)品概念創(chuàng)意的合理設(shè)計定位，滿足產(chǎn)品工業(yè)產(chǎn)品精神功能方面要求，最后，以家用加濕器設(shè)計實(shí)例驗(yàn)證了本方法的有效性、實(shí)用性和創(chuàng)新性。

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