基于基因約束和可拓語(yǔ)義的直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)研究

關(guān)鍵詞：造型設(shè)計(jì)；基因；可拓語(yǔ)義；圖解思維；直飲水機(jī)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：J

文章編號(hào)：1003-0069（2024）24-0104-05

引言

直飲水機(jī)作為一種能提供高水質(zhì)飲用水的設(shè)備，滿足了人們對(duì)健康飲水的需求。傳統(tǒng)直飲水機(jī)主要以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，但隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟以及企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，賦予產(chǎn)品獨(dú)特的造型設(shè)計(jì)語(yǔ)言來塑造有辨識(shí)度的品牌形象越來越重要[1]，直飲水機(jī)外部造型的設(shè)計(jì)在企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中變得更為關(guān)鍵。另外，直飲水機(jī)行業(yè)的新生品牌面臨市場(chǎng)空間的縮減，要在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中進(jìn)一步拓展市場(chǎng)份額，需積極汲取其他企業(yè)優(yōu)秀產(chǎn)品的特征基因[2]，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)方法，融合企業(yè)的品牌理念[3]，生成初始產(chǎn)品基因。該過程對(duì)新產(chǎn)品的傳承性與創(chuàng)新性要求較高，而國(guó)內(nèi)直飲水機(jī)的設(shè)計(jì)研究主要集中在產(chǎn)品本身的性能方面和人性化設(shè)計(jì)改良方面，對(duì)造型傳承性和創(chuàng)新性方面的考量不足。

產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的傳承性要求與遺傳學(xué)基因之間有著極其相似的特征[4]。目前已有學(xué)者從產(chǎn)品基因角度對(duì)造型傳承性進(jìn)行了研究，主要集中在較成熟的品牌的迭代設(shè)計(jì)，側(cè)重設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)品家族特征的傳承性，對(duì)直飲水機(jī)傳承設(shè)計(jì)具有一定啟示。在產(chǎn)品造型創(chuàng)新性方面，可拓語(yǔ)義能夠基于形式化模型來探討事物拓展的可能性[5] 并結(jié)合圖解思維[6] 進(jìn)行圖形化表征和造型演變，可用于拓展造型思路，為造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)施過程提供了客觀有效的指導(dǎo)。

借鑒前人的研究成果，本文在產(chǎn)品基因約束的前提下，應(yīng)用可拓語(yǔ)義方法對(duì)直飲水機(jī)造型語(yǔ)言進(jìn)行傳承和創(chuàng)新，并將研究結(jié)果應(yīng)用于直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步開發(fā)直飲水機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)空間，提升企業(yè)新產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

一、相關(guān)概念及研究方法

（一）產(chǎn)品基因

在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，“基因”指的是在新產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的過程中延續(xù)，并保留某一特征造型，使新產(chǎn)品與原有產(chǎn)品之間具有相似性和一定差異性，形成一種整體感和品牌識(shí)別度[7]。

產(chǎn)品基因可以分為顯性基因和隱性基因，分別指產(chǎn)品的外顯特征和潛在的語(yǔ)義內(nèi)涵，其中外顯特征包括產(chǎn)品基本功能、形態(tài)、材質(zhì)、加工工藝、色彩等可以直觀感受到的要素，潛在的語(yǔ)義內(nèi)涵包括產(chǎn)品造型語(yǔ)義、用戶認(rèn)知、企業(yè)理念以及文化背景等可以形容產(chǎn)品風(fēng)格的要素[8]。產(chǎn)品基因的提取與分析為設(shè)計(jì)過程中確定產(chǎn)品基因約束和設(shè)計(jì)變量奠定基礎(chǔ)。

層次分析法：由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·賽蒂在20 世紀(jì)70 年代中期提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法，其實(shí)質(zhì)是試圖使人的思維條理化、層次化[9]。可用于對(duì)樣本的層次化分組實(shí)驗(yàn)并提取影響樣本分組的顯性特征要素。

（二）可拓語(yǔ)義分析

可拓語(yǔ)義分析是基于可拓基元理論并結(jié)合圖解思維的一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[10]，通過產(chǎn)品語(yǔ)義思維與圖解思維的結(jié)合，以量化的形式呈現(xiàn)物元、事元、關(guān)系元之間的關(guān)系，解決無(wú)法規(guī)范表達(dá)的內(nèi)容[11]。本文運(yùn)用可拓語(yǔ)義分析對(duì)直飲水機(jī)隱性基因進(jìn)行提取、分析和圖解表達(dá)，并對(duì)圖解元素進(jìn)行拓展變換，為后續(xù)方案設(shè)計(jì)提供了思路。

1. 隱性基因的可拓分析方法

按照可拓學(xué)中的基元理論，為了量化描述直飲水機(jī)設(shè)計(jì)中的思維過程，將對(duì)象 O、特征 C、量值V 統(tǒng)一到一個(gè)三元組當(dāng)中[12]。在直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)過程中，其基元表達(dá)式為式（1）：

2. 隱性基因圖解元素的可拓變換方法

運(yùn)用可拓變換的方法，對(duì)隱性基因的圖解語(yǔ)義元素進(jìn)行復(fù)制、擴(kuò)縮、分解、增減變換和置換變換[13]?；疽?guī)則過程如表1所示。

二、基于基因約束和可拓語(yǔ)義的直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)流程

直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)從產(chǎn)品視角看主要包括了現(xiàn)有產(chǎn)品特征分析、用戶需求獲取分析、創(chuàng)新和傳承設(shè)計(jì)實(shí)踐等多個(gè)流程，以基因視角看主要涉及基因評(píng)估和基因優(yōu)化流程[14]。

其流程如圖1 所示，主要分為6 個(gè)步驟。1. 典型樣本確定。2. 基因約束分析。3. 直飲水機(jī)隱性基因獲取。4. 隱性基因可拓區(qū)間分析。5. 基因圖解語(yǔ)義庫(kù)構(gòu)建。6. 直飲水機(jī)方案設(shè)計(jì)及評(píng)估。

此方法旨在將現(xiàn)有產(chǎn)品中較難變化的顯性特征與用戶對(duì)直飲水機(jī)的感性需求共同融入直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出具有傳承性和創(chuàng)新性的直飲水機(jī)造型形態(tài)，形成產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，樹立品牌形象。

三、現(xiàn)有產(chǎn)品特征分析

（一）典型樣本確定

市場(chǎng)產(chǎn)品是一段時(shí)間內(nèi)用戶需求的外化，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的造型特征進(jìn)行分析有助于明確產(chǎn)品現(xiàn)有的設(shè)計(jì)約束和設(shè)計(jì)方向。通過網(wǎng)絡(luò)、雜志、企業(yè)資料查詢等渠道對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有直飲水機(jī)進(jìn)行廣泛搜集，去除相近、相似和時(shí)間較為久遠(yuǎn)的產(chǎn)品樣本，整理出市場(chǎng)上常見的直飲水機(jī)共20款。本次研究選擇包含主要產(chǎn)品信息的正面?zhèn)?5°作為研究對(duì)象。為避免顏色因素對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的干擾，對(duì)樣本進(jìn)行去色和編號(hào)，見表2。

（二）基因約束分析

根據(jù)市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品分析直飲水機(jī)主要外觀特征，如圖2。以20款直飲水機(jī)作為研究對(duì)象，通過焦點(diǎn)小組法從形態(tài)要素、尺寸與位置及基本功能和CMF 特征3 方面展開了顯性特征約束分析。

1. 形態(tài)元素權(quán)重約束：直飲水機(jī)主要形態(tài)元素包括控制面板、儲(chǔ)納柜、出水口、接水盤、側(cè)面輪廓以及移動(dòng)萬(wàn)向輪6 個(gè)要素。認(rèn)知心理學(xué)中“選擇性注意”概念指出用戶在面對(duì)產(chǎn)品時(shí)，他們的注意力是有限的。產(chǎn)品造型中的重點(diǎn)元素，如獨(dú)特的形態(tài)、對(duì)比度高的區(qū)域，可以吸引用戶的注意并幫助用戶快速獲取產(chǎn)品關(guān)鍵信息。因此，可以通過層次分析法實(shí)驗(yàn)，在層次化分析的過程中獲取人們對(duì)直飲水機(jī)形態(tài)的關(guān)注點(diǎn)，確定直飲水機(jī)各形態(tài)元素在視覺上的優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)度，明確造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)元素。

首先邀請(qǐng)12 位不同專業(yè)的人員作為被試，請(qǐng)被試根據(jù)圖片中的產(chǎn)品造型特征對(duì)樣本進(jìn)行多輪分組，在分組過程中說明每一次具體的分組原因，每組樣本個(gè)數(shù)不限。最后通過比較12 位被試分組的理由與傾向，對(duì)形態(tài)要素按照A1～A6 進(jìn)行編號(hào)，統(tǒng)計(jì)各形態(tài)要素提到的次數(shù)并計(jì)算頻率確定要素權(quán)重。

按照權(quán)重大小對(duì)影響直飲水機(jī)形態(tài)的要素排序?yàn)锳1 控制面板（100%）、A5 側(cè)面輪廓（83%）、A4 接水盤（58%）、A3 出水口（50%）、A2 儲(chǔ)納柜（42%）、A6 移動(dòng)萬(wàn)向輪（8%）。因此，直飲水機(jī)形態(tài)要素中A1 控制面板和A5 側(cè)面輪廓是造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)元素和主要變量。

2. 形態(tài)尺寸與位置約束：產(chǎn)品造型的設(shè)計(jì)過程需要考量現(xiàn)有技術(shù)和結(jié)構(gòu)對(duì)形態(tài)尺寸與位置的約束，因而與技術(shù)人員針對(duì)直飲水機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征進(jìn)行交流，參考表2 和圖2，得出其尺寸與位置方面的主要約束為：

（1）直飲水機(jī)的高度尺寸為1450mm。

（2）控制面板區(qū)域與儲(chǔ)納柜長(zhǎng)度比值＜ 1。

（3）出水口在接水盤的上方，兩者之間需留出的垂直距離≥ 290mm。

（4）出水口對(duì)稱分布。

（5）接水盤在儲(chǔ)納柜的上部放置。

（6）側(cè)面寬度小于整體機(jī)身正面寬度，整體寬度約460mm。

3. 基本功能和CMF特征約束

根據(jù)馬斯洛需求層次理論，將用戶在使用直飲水機(jī)時(shí)的需求分為生理需求、安全需求、認(rèn)知需求。直飲水機(jī)需要設(shè)置至少兩個(gè)出水口以及提供不同容器放置空間的接水盤滿足公共空間多用戶飲水的生理需求；在造型設(shè)計(jì)中可進(jìn)行圓角設(shè)計(jì)、操作提示標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)滿足用戶對(duì)使用環(huán)境和操作過程的安全性需求。

直飲水機(jī)的色彩、材質(zhì)及加工工藝（CMF）特征影響著企業(yè)利益和用戶更高層級(jí)的認(rèn)知需求，而針對(duì)各樣本的分析發(fā)現(xiàn)，直飲水機(jī)主要材料是金屬板材，其生產(chǎn)技術(shù)以鈑金折彎工藝為主，加工過程中材料厚度不變且無(wú)法制作復(fù)雜形態(tài)。其色彩受到材質(zhì)和加工工藝以及產(chǎn)品市場(chǎng)定位的影響，主要以黑白灰并輔以點(diǎn)綴色為主，呈現(xiàn)簡(jiǎn)約、大氣、可靠的產(chǎn)品風(fēng)格。因而在造型設(shè)計(jì)中應(yīng)注重CMF 特征的改變對(duì)生產(chǎn)成本和用戶認(rèn)知產(chǎn)生的負(fù)面影響。

四、用戶需求獲取分析

（一）直飲水機(jī)隱性基因獲取

從用戶感性認(rèn)知意象和品牌理念中獲取直飲水機(jī)的隱性基因。首先通過訪談法并借助品牌官網(wǎng)、相關(guān)書籍雜志等二手資料廣泛查詢和搜集直飲水機(jī)造型意象詞匯。其次，對(duì)企業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行訪談，了解到相關(guān)負(fù)責(zé)人想要傳達(dá)的品牌理念為現(xiàn)代、創(chuàng)新。最后，由2 名設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生和4位有工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員共6名設(shè)計(jì)師組成小組1，結(jié)合表2 中的直飲水機(jī)的典型樣本，以及目前直飲水機(jī)的工作特性和市場(chǎng)定位、品牌理念，最終選出5個(gè)最符合直飲水機(jī)造型風(fēng)格特征的感性詞匯作為隱性基因，即：簡(jiǎn)約、現(xiàn)代、創(chuàng)新、高端、智能。

（二）隱性基因可拓區(qū)間分析

1. 隱性基因關(guān)聯(lián)度評(píng)分。運(yùn)用語(yǔ)義差異法，將上述隱性基因和20個(gè)直飲水機(jī)樣本結(jié)合，根據(jù)Likert5 級(jí)評(píng)價(jià)量表建立樣本的語(yǔ)義差分問卷。采用線上和線下結(jié)合進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)合產(chǎn)品受眾，將問卷發(fā)放給具有直飲水機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)的公司工作人員和在校學(xué)生。請(qǐng)被試者對(duì)隱性基因與造型風(fēng)格的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行評(píng)估，共收回有效問卷25份。

歸納整理上述數(shù)據(jù)，見表3。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，對(duì)直飲水機(jī)隱性基因的可拓設(shè)計(jì)區(qū)間從大到小進(jìn)行排序和編號(hào)，依次是：S1創(chuàng)新、S2高端、S3簡(jiǎn)約、S4現(xiàn)代、S5智能。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)可拓區(qū)間較大的隱性基因充分考量。

五、創(chuàng)新和傳承設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）基因圖解語(yǔ)義庫(kù)構(gòu)建

1. 隱性基因語(yǔ)義圖形搜集和篩選。從現(xiàn)有樣本和網(wǎng)絡(luò)搜索途徑中選出與直飲水機(jī)產(chǎn)品具有相似功能、相同材料或相同加工工藝的并且隱性基因相關(guān)性較強(qiáng)的造型語(yǔ)義圖片，將選取的圖片進(jìn)一步篩選并進(jìn)行去色和重新編號(hào)。

2. 圖形分析與圖解。利用圖解思維，選取圖片中的控制面板、側(cè)面輪廓或主要幾何特征等重點(diǎn)造型要素對(duì)隱性基因進(jìn)行圖解表達(dá)和編號(hào)。

最終根據(jù)篩選和分析圖解結(jié)果構(gòu)建隱性基因可拓圖解語(yǔ)義庫(kù)，見表4。

（二）方案設(shè)計(jì)與方案評(píng)估

1. 基因圖解語(yǔ)義可拓變換。根據(jù)可拓區(qū)間排序，從表4 中選取可拓區(qū)間較大的“S1 創(chuàng)新”“S2 高端”和“S3 簡(jiǎn)約”3 個(gè)隱性基因?qū)?yīng)的圖解元素進(jìn)行可拓深度變換。從產(chǎn)品創(chuàng)新性設(shè)計(jì)出發(fā)，以形成具有差異度的控制面板和側(cè)面輪廓造型為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變換，例如：對(duì)“S1創(chuàng)新”中的S111 和S131 進(jìn)行置換變換，S141 和S142 分別進(jìn)行復(fù)制變換、“S2 高端”中的S211 和S241 進(jìn)行置換變換、“S3 簡(jiǎn)約”中的S322 進(jìn)行變換，最終產(chǎn)生的新的造型元素共同組成可拓變換造型設(shè)計(jì)元素集，編號(hào)為SF01～SF19，見表5。

2. 元素選取和方案設(shè)計(jì)

（1）元素選取。首先從產(chǎn)品創(chuàng)新性出發(fā)選取最符合描述相應(yīng)隱性基因的設(shè)計(jì)元素。邀請(qǐng)小組2 的設(shè)計(jì)師討論表5 設(shè)計(jì)元素應(yīng)用在控制面板或側(cè)面輪廓中對(duì)相應(yīng)隱性基因的描述情況，進(jìn)行初步篩選。

再?gòu)漠a(chǎn)品傳承性出發(fā)，進(jìn)一步選出符合顯性基因約束的設(shè)計(jì)元素，設(shè)定評(píng)估區(qū)間1～5分，分?jǐn)?shù)越高表明相應(yīng)設(shè)計(jì)元素越適合直飲水機(jī)的市場(chǎng)定位。由于元素SF03 應(yīng)用在控制面板部分時(shí)不能滿足多個(gè)出水口和元素SF13 應(yīng)用在側(cè)面輪廓部分時(shí)不符合尺寸與位置約束中的出水口與接水盤距離要求，元素SF17 不符合公共空間使用安全性的要求等，最終選取得分較高的，涉及控制面板和側(cè)面輪廓的圖形元素SF01，SF05，SF08，SF12，SF16進(jìn)行后續(xù)方案設(shè)計(jì)。

（2）方案設(shè)計(jì)。將選取的5 個(gè)圖形元素融入方案設(shè)計(jì)中進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，拉開差異度；對(duì)功能、CMF 特征以及尺寸與位置、形態(tài)權(quán)重值較小的顯性基因進(jìn)行產(chǎn)品的傳承性設(shè)計(jì)，不做較大改變。共得到3 款設(shè)計(jì)方案如圖3。

其中方案1選取SF01 元素，采用圓形并向上凸出的控制面板設(shè)計(jì)，見圖3（a）。方案2 選取SF12 和SF16 元素進(jìn)行側(cè)面輪廓設(shè)計(jì)，出水口側(cè)面部分參考SF16進(jìn)行斜切，增強(qiáng)用戶操作便捷性，見圖3（b）。方案3 選取SF05和SF08元素，對(duì)直飲水機(jī)上部分側(cè)面輪廓進(jìn)行了凹凸處理，同時(shí)將出水口的冷熱控制區(qū)噴涂不同于機(jī)身顏色和材質(zhì)的中性色金屬漆，見圖3（c）。

另外，上述3 款方案的接水盤都傳承了基礎(chǔ)的方形造型和金屬材質(zhì)；機(jī)身外殼在鈑金加工工藝可實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上保留圓角處理，避免磕碰風(fēng)險(xiǎn)；水龍頭與接水盤的距離都控制在290mm，儲(chǔ)納柜和移動(dòng)萬(wàn)向輪等部分傳承已有設(shè)計(jì)要素。整體方案在創(chuàng)新設(shè)計(jì)的同時(shí)，盡量避免新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)導(dǎo)致用戶識(shí)別和操作成本增加。

3. 方案評(píng)估

為進(jìn)一步檢驗(yàn)結(jié)合基因約束和可拓語(yǔ)義分析方法在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的有效性，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[9] 對(duì)上述方案進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估過程如下：

（1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)語(yǔ)集；確定評(píng)價(jià)指標(biāo)U 包括u1 造型創(chuàng)新性、u2造型傳承性、u3造型可行性，表示為U={u1、u2、u3}。設(shè)定評(píng)語(yǔ)集X={x1 差、x2 較差、x3 一般、x4較好、x5 好}，劃分為5個(gè)等級(jí)，表示為X={-2、-1、0、1、2}。

（2）確定指標(biāo)權(quán)重；根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)U 中各元素的重要程度，由小組3 人員采用1～9 標(biāo)度法進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)得到各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，見表6，表示為W={0.297，0.164，0.535}，由于方案最終要考慮落地的可能性，因而造型可行性占權(quán)重較高。

（3）確定模糊綜合判斷矩陣；設(shè)定方案綜合判斷矩陣為R，R={R1、R2、R3} 將問卷線下發(fā)放給從事設(shè)計(jì)工作的相關(guān)人員和有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的公司技術(shù)人員共20人，根據(jù)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)3 款設(shè)計(jì)方案進(jìn)行打分，共回收有效問卷20份，整理評(píng)價(jià)結(jié)果，整體方案的突破性和產(chǎn)品傳承性獲得一致肯定，計(jì)算3 款方案評(píng)分矩陣。

（4）確定綜合評(píng)價(jià)模型。設(shè)定綜合評(píng)價(jià)模型為B，3方案的評(píng)價(jià)模型表示為B={B1、B2、B3}，則各方案的綜合評(píng)價(jià)模型為：

根據(jù)方案模糊綜合評(píng)價(jià)值，方案1、方案2 和方案3 分別得分1.235、0.945、0.894 分。最終選擇方案一進(jìn)行打樣和后續(xù)生產(chǎn)。

結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合基因約束和可拓語(yǔ)義兩種分析方法的優(yōu)勢(shì)探索了直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)的方法。結(jié)果表明，對(duì)市場(chǎng)直飲水機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行基因約束分析可以更好地在直飲水機(jī)造型創(chuàng)新過程中傳承同類產(chǎn)品的主要特征并明確變換方向?；诳赏卣Z(yǔ)義分析可以幫助設(shè)計(jì)人員更有效地將用戶感性需求融入造型設(shè)計(jì)中，并生成獨(dú)特的產(chǎn)品造型元素，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)拓展造型思路。將基因約束與可拓分析結(jié)合起來，能夠有效處理直飲水機(jī)造型設(shè)計(jì)中傳承性和創(chuàng)新性的矛盾問題，為提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并進(jìn)一步拓展市場(chǎng)空間創(chuàng)造了條件。