基于感性工學(xué)的家用制氧機(jī)意象造型設(shè)計研究

夏言偉，湯文成，杜彥諱

(東南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189)

基于感性工學(xué)的家用制氧機(jī)意象造型設(shè)計研究

夏言偉，湯文成，杜彥諱

(東南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 211189)

分析了產(chǎn)品意象造型設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合感性工學(xué)理論，調(diào)查了用戶對家用制氧機(jī)造型的心理傾向并提出具體設(shè)計目標(biāo)，運用形態(tài)分析法提取制氧機(jī)造型特征，應(yīng)用數(shù)量化理論Ι實現(xiàn)了基于設(shè)計目標(biāo)的造型特征集與用戶感性意象相關(guān)度計算，建立了意象語意與造型特征的數(shù)學(xué)模型，并對模型進(jìn)行求解，得出設(shè)計方案。結(jié)果表明，基于用戶體驗與定量分析的設(shè)計流程與設(shè)計方法，針對性強(qiáng)，方便快捷，有助于制氧機(jī)產(chǎn)品設(shè)計流程的優(yōu)化。

感性工學(xué)；數(shù)量化理論Ⅰ；意象語意；家用制氧機(jī)；造型設(shè)計

隨著物質(zhì)財富的豐富及信息技術(shù)的進(jìn)步，人類的生活方式、價值觀念等發(fā)生了巨大改變,與人類生活密切相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計也在科技發(fā)展和社會革新的推動下不斷發(fā)展。產(chǎn)品同質(zhì)化、文化的多元一體化等改變了用戶的消費觀念，消費者更加注重心理的滿足、價值的實現(xiàn)與精神的慰藉等高層次的感性需求，個性化的消費需求不斷增強(qiáng)[1-2]。產(chǎn)品設(shè)計過程中，在滿足基本功能要求的前提下，產(chǎn)品造型引發(fā)的風(fēng)格意象與消費者情感訴求的契合程度成為關(guān)鍵因素[3]。感性工學(xué)(Kansei Engineering)是一項基于人內(nèi)心的情感訴求和對產(chǎn)品的追求的技術(shù)，通過定性和定量的研究方法，針對用戶的情感和消費需求，進(jìn)行用戶情感因素的量化、分析和設(shè)計要素的轉(zhuǎn)化[4]。在感性工學(xué)中，研究產(chǎn)品造型與感性意象關(guān)系的主要方法有數(shù)量化理論Ⅰ(Quantification Theory Type Ⅰ)、模糊邏輯法(Fuzzy Logical Method)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(Neural Networks Algorithm)、遺傳算法(Genetic Algorithm)、粗糙集分析法(Rough Set Analysis)等，其中數(shù)量化理論Ⅰ是應(yīng)用范圍最廣、實用性最強(qiáng)的方法[5]。

數(shù)量化理論隸屬于多元分析統(tǒng)計學(xué)，由東京大學(xué)林知己夫教授在20世紀(jì)50年代提出，是一種用于多元回歸和主成分分析的多變量方法。數(shù)量化理論Ⅰ通過建立一組定性變量(自變量)和一組定量變量(因變量)的對應(yīng)關(guān)系，利用多元回歸分析和數(shù)學(xué)模型，確定定性的項目組變量與定量的基準(zhǔn)變量的近似函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)對因變量的預(yù)測[6]。

在數(shù)量化理論Ⅰ中，定性變量被稱為項目(Item)，而各項目的不同取值叫做類目(Category)。當(dāng)該理論用于感性意象研究時，常將被測者對感性詞匯的評價值(Kansei Value)作為基準(zhǔn)變量，將產(chǎn)品造型(Product Attributes)作為因變量進(jìn)行預(yù)測和分析。對基于數(shù)量化理論Ⅰ的產(chǎn)品意象造型研究，國內(nèi)外學(xué)者取得了一定的成果。如Ishihara 等人的啤酒罐設(shè)計[7]、Hsiao 等人的辦公椅設(shè)計[8]、李永鋒的執(zhí)手門鎖設(shè)計[5]、蘇建寧等人的移動電話設(shè)計[9]等。本文在文獻(xiàn)[5]基于數(shù)量化理論Ⅰ的產(chǎn)品意象造型設(shè)計研究的基礎(chǔ)上，通過分析小型家用醫(yī)療器械的造型要素，對家用制氧機(jī)的造型要素進(jìn)行分離和聚類，采用定量分析的方法來探討消費者感性意象與產(chǎn)品造型要素的數(shù)量化關(guān)系，為家用醫(yī)療器械的設(shè)計提供參考。

1 產(chǎn)品意象造型設(shè)計流程

產(chǎn)品意向造型設(shè)計是以“造型”要素為對象，以人的認(rèn)知視知覺為基礎(chǔ)，采用形態(tài)分析法，將產(chǎn)品的形態(tài)分解為若干獨立設(shè)計項目(Design Items)中的設(shè)計要素(Design Elements)，再將各獨立的設(shè)計要素重新組合，最后經(jīng)過感性意象詞匯評價，對非理性的感性意象加以量化，得到較好的造型組合[10]。由于產(chǎn)品色彩因素有助于感性意象的認(rèn)知，在產(chǎn)品意象設(shè)計過程中，色彩屬性將不被考慮。該研究方法的應(yīng)用實施過程分為4個階段：第一階段是產(chǎn)品樣本與意象語意的搜集；第二階段是代表性產(chǎn)品樣本與意象語意的選擇；第三階段是產(chǎn)品造型特征集的建立；第四階段是意象語意集與造型特征集關(guān)系的分析。

本文在產(chǎn)品意象造型設(shè)計理論框架內(nèi)，以家用制氧機(jī)為研究對象，運用問卷調(diào)查、多元尺度分析、聚類分析、因子分析、語意差異法和數(shù)量化理論Ⅰ等方法，進(jìn)行前期的設(shè)計調(diào)研、代表性感性詞匯與制氧機(jī)樣本選擇、制氧機(jī)造型要素的確定、感性詞匯與造型要素數(shù)學(xué)關(guān)系模型的建立與求解，為家用制氧機(jī)等醫(yī)療器械的感性意象造型設(shè)計提供指導(dǎo)。設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 制氧機(jī)設(shè)計流程

2 感性工學(xué)實驗方法與分析

2.1實驗設(shè)計

通過前期的設(shè)計調(diào)研，在互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)雜志上初步篩選出47個造型具有代表性的制氧機(jī)圖片樣本，為避免色彩影響受測者對產(chǎn)品的評價結(jié)果，對圖片進(jìn)行去色處理，再將這些產(chǎn)品樣本按一定的方式編號，進(jìn)行產(chǎn)品造型分類設(shè)計調(diào)查。以問卷方式，對20位設(shè)計學(xué)在校學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品相似度調(diào)查，每個受測者將相似度較高的制氧機(jī)編入同一組，然后對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元尺度分析及聚類分析，最終確定具有代表性的制氧機(jī)樣本20個。部分樣本如圖2所示。

圖2 部分制氧機(jī)樣本

本研究參考了文獻(xiàn)[11]、文獻(xiàn)[12]及相關(guān)雜志和文獻(xiàn)資料，整理出246對感性意象詞對。運用KJ法，初步篩選出18對感性意象詞對，利用語意差異法，采用5階李克特量表，設(shè)計出包含上述20個樣本圖片與18對感性意象詞對的制氧機(jī)感性意象調(diào)查問卷。通過網(wǎng)絡(luò)與紙質(zhì)問卷的方式對100個受測者進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果經(jīng)整理后得出制氧機(jī)造型感性意象評價表，見表1。

表1 制氧機(jī)造型部分感性意象評價表

2.2實驗結(jié)果與分析

對各評價值及整體感覺評價詞“美觀的—不美觀的”進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析與因子分析，確定18對感性意象詞對屬于3類因子，分別為形態(tài)因子、氣質(zhì)因子以及風(fēng)格因子。根據(jù)各因子負(fù)荷值，選出“便攜的—笨重的”、“專業(yè)的—業(yè)余的”和“安全的—不安全的”3對感性評價詞對以及整體感覺評價詞對“美觀的—不美觀的”為代表性感性意象詞對。

考慮到本研究所采用的語意差異量表情緒喚醒度較高，受測者對產(chǎn)品樣本感性意象詞對的認(rèn)知偏差，因此需要對評價量表進(jìn)行信度與效度分析[13]。信度即被測數(shù)據(jù)的可靠度，是反映測量工具能否穩(wěn)定真實表達(dá)被測特征的指標(biāo)，效度則是測量工具對被測特征表達(dá)的程度[14]。經(jīng)檢驗，量表的內(nèi)部一致性系數(shù)(Cronbach)α=0.894，各因子的系數(shù)α都在80%以上，因而語意差異量表整體信度較高。而根據(jù)前述因子分析的結(jié)果，已提取3類因子的累積解釋方差達(dá)90.24%，并且所有項目的因子負(fù)荷值都在0.7以上，說明語意差異量表具有較好的結(jié)構(gòu)效度。因此，本研究采用語意差異法可以有效地匹配受測者的認(rèn)知過程與意向表達(dá)，較好地反映受測者對制氧機(jī)的感覺特性。以上分析結(jié)果充分證明，在家用制氧機(jī)設(shè)計中，應(yīng)盡量避免過分裝飾與奢華的成分，以便攜性為核心理念，同時兼顧安全性與功能性。

3 基于數(shù)量化理論Ⅰ的制氧機(jī)造型設(shè)計

3.1制氧機(jī)設(shè)計要素提取

運用形態(tài)分析法，對制氧機(jī)樣本進(jìn)行產(chǎn)品形態(tài)特征的整體和微觀歸納，確定設(shè)計項目為主體尺寸(對制氧機(jī)來說，即高度)、主體造型、底部設(shè)計、提手設(shè)計、顯示方式和尺寸比例(主體尺寸與其他輔助尺寸的比值的和，即高度/長度與高度/寬度的和)，在此基礎(chǔ)上提取制氧機(jī)設(shè)計要素，并根據(jù)設(shè)計要素確定各設(shè)計類目，見表2。

表2 制氧機(jī)設(shè)計要素分類表

3.2數(shù)學(xué)模型建立與求解

基于數(shù)量化理論Ⅰ建立數(shù)學(xué)模型，將產(chǎn)品設(shè)計項目作為項目X,將造型設(shè)計類目作為類目c。令yi為基準(zhǔn)變量y在樣本i中的測定值,δi(j,k)(i=1,…,n；j=1,…,m；k=1,…,rj)稱為第j個設(shè)計項目之k類目在樣本i中的反應(yīng)，并按式(1)取值。

(1)

由所有的δi(j,k)取值的集合可得到反應(yīng)矩陣

(2)

若假定感性意象詞對的評價值y與設(shè)計項目各類目的反應(yīng)遵從線性關(guān)系，可得如下數(shù)學(xué)模型：

(3)

式中：bjk為僅依賴于第j個設(shè)計項目之k類目的常系數(shù)；εi是樣本i的隨機(jī)誤差[15]。

(4)

求解正規(guī)方程，可得出以下預(yù)測方程：

(5)

為方便表達(dá)預(yù)測值與感性意象詞對評價值的關(guān)系，對預(yù)測方程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(6)

將感性意象詞對評價均值及各設(shè)計類目代入數(shù)學(xué)模型，數(shù)據(jù)見表3,由類目的得分可以分析出各類目對感性意象詞對的影響及影響的方向。

表3 基于數(shù)量化理論I 類的制氧機(jī)造型感性意象數(shù)據(jù)

經(jīng)計算，得出設(shè)計項目與感性意象詞對的關(guān)系模型分析結(jié)果，以“便攜的—笨重的”為例，見表4。

表4 設(shè)計項目與感性意象詞對“便攜的—笨重的”關(guān)系分析結(jié)果

(7)

3.3預(yù)測精度及各項目貢獻(xiàn)值檢驗

數(shù)量化理論Ⅰ中關(guān)于復(fù)相關(guān)系數(shù)R和項目得分范圍(Range)的定義如下:

定義1：復(fù)相關(guān)系數(shù)R。表征預(yù)測值與實測值相關(guān)性的重要統(tǒng)計量，見式(8)：

(8)

也可使用決定系數(shù)R2表示模型精度，其數(shù)值與1越接近，則表示模型精度越高。參見表4，模型中感性意象詞對“便攜的-笨重的”的決定系數(shù)R2為0.995，表示所建立的數(shù)學(xué)模型可信度很高。

定義2：項目得分范圍(Range)。衡量數(shù)學(xué)模型中各設(shè)計項目對預(yù)測值的貢獻(xiàn)的統(tǒng)計量，見式(9)：

(9)

項目得分范圍值range(j)越大，表示該設(shè)計項目對產(chǎn)品感性意象詞對的貢獻(xiàn)越大。表4中，設(shè)計項目尺寸比例(X6)的貢獻(xiàn)值最大，為1.954；底部設(shè)計(X3)的貢獻(xiàn)值最小，為0.074。設(shè)計項目對各感性意象詞對的貢獻(xiàn)值見表5。

表5 設(shè)計項目對各感性意象詞對貢獻(xiàn)值

3.4結(jié)果分析

由表5可知，尺寸比例(X6)、顯示設(shè)計(X5)、底部設(shè)計(X3)與提手設(shè)計(X4)對家用制氧機(jī)造型的設(shè)計具有直接影響，主體尺寸(X1)和主體造型(X2)的影響作用較小。而根據(jù)各類目得分，便攜性好的制氧機(jī)應(yīng)具有尺寸比例小于2.6(c61)、抽出式提手設(shè)計及LED顯示(c52)的造型特征；專業(yè)性強(qiáng)的制氧機(jī)應(yīng)具有尺寸比例小于2.6(c61)、抽出式提手設(shè)計(c43)；安全性高的制氧機(jī)應(yīng)具有LED顯示(c52)、非立柱式底部設(shè)計(c31,c33)；而整體評價美觀性最強(qiáng)的制氧機(jī)造型特征應(yīng)是非立柱式底部設(shè)計、尺寸比例小于2.6(c33,c61)。

3.5設(shè)計實踐

利用3.4節(jié)中的分析結(jié)論，設(shè)定家用制氧機(jī)的造型特征為：尺寸比例小于2.6、LED顯示屏、無滾輪或立柱底部支撐及抽出式提手。以便攜與美觀為設(shè)計核心，兼顧功能與安全，展開針對性的造型設(shè)計，部分設(shè)計方案如圖3所示。

圖3 部分設(shè)計方案

針對圖3 中的2 款家用制氧機(jī)進(jìn)行設(shè)計評價反饋，共有8名學(xué)生和2位專業(yè)人員共10 人參與了產(chǎn)品的設(shè)計調(diào)查，采用7階語意差異法，等級設(shè)定為“非常滿意、滿意、比較滿意、一般、比較不滿意、不滿意、非常不滿意”。經(jīng)統(tǒng)計，方案一的認(rèn)可率(比較滿意及以上)為90%，方案二的認(rèn)可率為70%，基本實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

4 結(jié)束語

本文從內(nèi)隱的感性意象出發(fā)，尋找用戶對家用制氧機(jī)造型的審美心理傾向，通過數(shù)量化理論Ⅰ，采用定量分析的模式，打破主觀思維設(shè)計傳統(tǒng)，挖掘造型設(shè)計的關(guān)鍵特征。在以上研究的基礎(chǔ)上，建立家用制氧機(jī)設(shè)計項目與感性意象的關(guān)系預(yù)測模型，進(jìn)行概念方案設(shè)計。

在家用制氧機(jī)造型設(shè)計中運用感性工學(xué)及數(shù)量化理論Ⅰ，有利于企業(yè)準(zhǔn)確快捷地把握用戶、市場環(huán)境，提升設(shè)計師創(chuàng)造性思維的收斂與發(fā)散速度。由于在本研究中未考慮色彩、材質(zhì)、人機(jī)交互與用戶體驗等影響用戶感性認(rèn)知的因素，下一步工作的重心將在綜合考慮各方面因素的基礎(chǔ)上，完善家用制氧機(jī)感性意向造型設(shè)計。另外，針對產(chǎn)品造型特征轉(zhuǎn)化的模糊性與不完整性，為設(shè)計人員提供基于協(xié)同設(shè)計與計算機(jī)輔助設(shè)計的支撐系統(tǒng)還有待深化研究。

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ApplicationofKanseiengineeringonformdesignofdomesticoxygeneratorimage

XIA Yanwei, TANG Wencheng, DU Yanhui

(Southeast University, Jiangsu Nanjing, 211189, China)

It analyzes the current situation and research achievement on form design of product image. Based on Kansei engineering theory, it investigates user's preference and substantial design goal of domestic oxygenator. It uses themorphological analysis method to extract the attributes of form characteristics, which can calculate the relevance with user's perception image sense on the basis of qualification theory Ι. Based on the establishment and solution of mathematical model between perceptual image sense and form attributes, it obtains the optimized concept design scheme. The result indicates that the proposed design procedure based on user experience and quantitative analysis are of relatively high convenience and pertinence, the method is conducive to the optimization of product design progress.

Kansei engineering; qualification theory Ι; image sense; domestic oxygenator; form design

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.11.004

2014-10-13

夏言偉(1990—)，男，江蘇洪澤人，東南大學(xué)碩士研究生，主要研究方向為產(chǎn)品設(shè)計及可靠性工程研究。

TB472

A

2095-509X(2014)11-0015-06