基于可拓學的工業設計方法創新研究

王金廣，許 可

（廣東工業大學藝術設計學院，廣東廣州 510000）

基于可拓學的工業設計方法創新研究

王金廣，許 可

（廣東工業大學藝術設計學院，廣東廣州 510000）

為了解決國內工業設計方法缺乏原創性的問題，通過將可拓學創新方式與工業設計方法相結合，建立了用工業設計語言表述的可拓產品分析法與基于可拓產品分析法的可拓方案優選法模型，用于指導工業設計本土化創新。通過用本土化的設計方法指導國內工業設計創新，讓國內生產與設計企業由關注產品自身的設計創新拓展到關注產品價值鏈的設計創新，增強工業設計在國內發展的適應性，以達到提高國內設計創新效率與增加設計創新產值的目的。

工業設計；可拓學；基元；產品分析；產品價值鏈；方案優選

工業設計是以產品設計為核心的一門交叉學科，工業設計的發展關鍵在于創新，目的在于產品品質優化，讓產品更好的為人服務。工業設計要求產品既需要滿足批量化生產，有需要滿足用戶的個性化需求，所以產品設計必須實現功能、造型、結構、社會、人文、生態、美學等要素的有機統一。由于工業設計作為一門交叉學科自身具有一定的復雜性，加之國內工業設計起步較晚，所以許多企業并沒有注意到產品設計之外的品牌、市場、環境等要素，以至于工業設計的作用并沒有得到充分發揮。

工業設計的含義要求不應該僅限于與產品進行形式與屬性的設計，更應該開拓視野，統籌產品設計與生產的關系、使用者需求、消費市場與服務等多者之間的關系，加快對工業設計思維模式的轉變，形成產品價值鏈設計，即產業鏈設計的理念[1]。這就需要不斷結合我國的民族文化與現實情況進行理性的思考，進行工業設計方法的創新，從生搬硬套舶來的產品設計方法轉變為發展適應我國工業設計實踐的工業設計理論，才能讓企業更有效的統籌設計資源，尤其是充分發掘本土的優秀文化資源，進行高效的方案設計與創作，企業才能更好的受益于工業設計創新帶來的市場競爭力優勢。

1 可拓學的創新方法

可拓學（英文名為Extenics）是以廣東工業大學的蔡文研究員為首的中國學者創立的新學科。可拓學是中國學者創立的一門涉及范圍廣泛的橫斷學科，可拓學理論是一種融入了東方哲學特點的新興的創新方法理論，它用形式化模型研究事物拓展的可能性和開拓創新的規律與方法，并用于解決矛盾問題[2]，通俗地說，可拓學是研究創意產生的理論和方法?？赏貙W解決問題的工具是可拓分析和可拓變換，通過恰當的可拓分析和可拓變換，可以使不行變行，好變更好，矛盾變相容，而分析和變換的邏輯細胞在可拓學中被稱為“基元”，基元包括物元、事元、關系元以及各種復合元。

可拓學是一種國內獨創的創新方法理論，通過將可拓學的創新方法與工業設計的方法相結合，為設計創新提供本土化適用性高的結構化和形式化表達模型，為解決設計創新問題提供了系列化的可靈活操作的思維變換方法[3]。通過本土化的創新方法指導，讓設計創新變得有規律可循，讓設計師有高效適用的本土設計化方法參考，可以讓工業設計的發展更好地與國內設計環境以及國內消費市場相結合，拓寬企業的創新視野，提高企業設計創新效率，讓企業能更有效地充分發揮工業設計創新的優勢。

可拓學是一套基于數學原理的科學的系統論，但是設計師與工程師有教育背景的區別[4]，本文的創新之處還在于將可拓學的創新方法與工業設計的實際相結合，在工業設計流程中引入可拓學的創新思維，將感性的設計創新思維與可拓學理論相結合，用設計語言來表達可拓學的創新方法，形成一套設計師容易理解和實際操作的可拓的工業設計創新方法。

2 可拓的工業設計方法研究

2.1 基于可拓學思維的產品分析方法

由于產品設計過程具有半經驗化，創意的生成過程無系統的邏輯推導方法的原因，設計過程具有“黑箱”性質，要想將工業設計方法與可拓學相結合，應該優先考慮從客觀要素“產品”出發[5]，再運用可拓學的方法，將感性與理性的設計方式相結合得出實用的工業設計方法?？赏卣摰倪壿嫾毎麨榛?，要建立解決矛盾問題的可拓模型，首先必須用基元表示矛盾[6]，因此可拓論建立了物元、事元、關系元作為描述物、事和關系的基本元。物元指一物具有的特征，是描述物的基本元，一物具有多個特征，可以定義多維物元；物與物的相互作用稱為事，事以事元來描述；在大千世界中，任何物、事、人、信息、知識等與其他的物、事、人、信息、知識都有千絲萬縷的關系，而這些關系之間又有相互作用，互相影響，關系元就是用來描述這類現象的形式化工具；與多維物元同理，一物與多個物有相互作用、與多個對象具有相互關系時，亦存在多維事元和多維關系元[7]。

本文將如何對工業設計的核心對象即產品進行分析，作為可拓的工業設計方法研究的第一步，研究產品屬性是分析產品競爭力的基礎[8]，只有通過對產品的物、事、關系進行可拓的全面分析，才能方便設計師對設計對象有系統的認識，以便高效的展開進一步的設計創新工作。本研究把產品分為三個部分，分別對應基元理論中的物元、事元、關系元進行可拓分析：產品本體，產品所實現的功能，產品與人、環境的關系，這三部分層層遞進又互相關聯和影響著。首先是產品的本體，即產品與構成產品的各部分零件的集合，也就是產品的構成元，對應產品的物元；其次是產品所實現的功能，包括產品的所需實現的基礎功能，和可能實現的附加功能的集合，也就是產品的功能元，對應產品的事元；最后是產品與人、環境發生的互動關系，就是產品的人-機-環境交互元，即產品的關系元。構成元、功能元、人-機-環境元都可以是多維單元?；趯Ξa品進行以上三個部分的分解與分析，本研究提出了一種基于可拓學理論與工業設計相結合的產品設計與創新分析方法模型，本文稱之為可拓產品分析法，如圖1所示。

基于可拓產品分析法，當設計師需要對產品進行分析時，即可參照本分析法所提出的三大部分，對產品進行可拓的多向量化分析，思路清晰明了更易于設計師在設計實踐中進行操作。

2.2 產品設計參數的可拓化

根據可拓論的基元理論，以物、事或關系O為對象，c為對象特征，對象O關于特征c的量值v構成的有序三元組B=(O，c，v)稱為一維基元，當一物、事或關系有多個特征，則可定義多維物元、多維事元和多維關系元[9]。通過可拓基元論，則可應用拓展分析法、共軛分析法、可拓變換法等可拓創新方法對事物進行可拓創新。

圖1 可拓產品分析法

可拓基元論為工業產品設計創新提供了產品參數定量化的思路，為了讓設計師可以用參數化的辦法對產品進行創新設計與優化，首先就要將產品的設計點量化。結合本文提出的可拓產品分析法，可以將產品的物元、事元、關系元，也就是構成元、功能元和人-機-環境交互元，結合可拓基元的三元組方法，進行可拓參數化。由于產品設計所涉及到的產品參數構成要素眾多，類型不一，而且產品越復雜，產品的參數量就越龐大[10]，所以本參數化過程提供參數化模型的主體形式，常用參數類別，參數基本應用方向三塊主要內容，具體參數化實施過程可以參照模型主體，根據產品實際情況具體劃定產品參數類別。如圖2所示。

通過對產品的物元的參數化，將產品拓展成產品總成、模塊、零件三個層次，零件集合構成模塊集合，模塊集合構成產品總成，修改產品總體的外形、尺寸、功率等任何一個方面，都會影響到整個物元系統，反之，修改構成產品的任何一個零件，也都會對產品整體產生不同的影響。物元的參數化，為設計師對產品進行微創新、模塊化創新、結構和成本優化設計提供了量表的參考。

如圖3所示，通過對產品的事元參數化，分析產品的核心功能與可以實現的附加功能的關系，可以幫助設計師通過拓展或者精簡產品的功能，為用戶提供更實用的產品。同時通過基礎功能與附加功能的轉換，設計師可以設計出更符合用戶需求的獨立功能的產品，亦可通過增加產品的附加功能來增加產品的附加價值等。產品的事元是建立在產品的物元的基礎之上的，同時為產品的關系元提供實現基礎。

圖2 物元參數化

圖3 事元參數化

關系元是產品除去功能、形態以外，以人為本的，結合環境背景，通過交互體驗審視在產品流通與使用過程中引發的涉及安全、舒適、高效等多方面的問題的有效途徑[11]。如圖4所示，通過對產品的關系元參數化，可以有效地拓展設計師的設計思路，讓設計師更全面的看待產品，發掘發現更多的潛在用戶需求與環境需求，得到有效的設計切入點，更高效的設計出滿足用戶、企業、市場、環境的多重需求的好的產品。在關系元中，本模型的主體為人與環境的互動關系中的各項參與要素，交互關系主要由產品的物元與事元實現。

圖4 關系元參數化

將產品的設計參數化，可以使設計創新過程降低對于設計師的主觀直覺和設計經驗的依賴，讓設計師可以看到產品本身以外的東西，也就是整個產品的價值鏈所在，將產品設計創新由傳統的“外觀造型設計”，深化為工業設計的核心—可持續發展的“集合式社會系統”整合設計—“產業設計”[12]，提高了設計創新的系統性，與此同時，將產品設計進行可拓的參數化，也為將來使用計算機自動生成產品設計創新方向提供了可能。

2.3 基于可拓產品分析法的可拓方案優選法

可拓產品分析法是可拓思維指導的產品創新的第一步，通過參照本文提出的一些參數化方向對產品進行可拓分析，可以系統的得出大量的設計機會點，接下來本文將嘗試利用可拓產品分析法優化傳統的工業設計流程的部分環節。在產品設計階段，設計師提出了多種設計解決辦法或者創新方案，那設計團隊就必須去評價和篩選這些方案，所以根據前文提出的產品設計參數化概念，結合可拓產品分析法，本研究進一步提出一種的基于可拓產品分析法的設計方案優選方法。操作方法如圖5所示。

可拓方案優選法的步驟為先對方案集合進行第一階段方案評價，即方案整體效果評價，評價人員依靠主觀體驗與客觀評價指標相結合，對方案進行第一輪評估，將所有方案進行高中低多檔次的劃分，然后進入第二階段方案評價；在第二階段方案評價過程中，評價人員需要客觀的總結上一階段的評價原因，將所有方案的細分參數總結歸于高中低多檔次劃分，作為下一階段方案的優化方向、備選設計方向、最低評價閾值等；最終將高評價方案進行有參考的再優化與瑕疵篩除，輸出一套創新層度更高且經得起市場檢驗的方案。

圖5 可拓方案優選法

通過第一階段的主觀評價快速評定和第二階段的客觀分析評價相結合，本方案優選法既滿足了人的主觀判斷容差，又實現了客觀評價和給出方案優化方向，實現了主客觀判定的有機結合。設計領域新材料、新技術的應用會引起相應的人文、藝術、消費、傳統技術上的一系列變化[13]，所以在第一階段和第二階段的方案評價過程中，模型都要求要有新的信息介入作為評價參考，保證了評價團隊的評價指標與時俱進，與此同時在方案評價過程中有可能會有新的與新技術新材料有關的創新迸發而出?？赏胤桨竷炦x法還能對方案參數進行收集，歸納總結出符合不同需求的方案，例如符合概念設計競賽的方案，根據檔次差異、功能差異等設計出可以滿足不同消費群體需求的系列化產品方案等。

3 實例研究

以某不銹鋼廚餐炊具生產企業委托的鍋具設計為例，企業要求設計一套以禪道為主題的鍋具，設計師結合前期系統調研得出的禪道文化、用戶體驗與市場需求等資料，設計了多款鍋具，采用上文提出的可拓方案優選法模型對這些方案進行優化以驗證該模型的可行性。

通過第一階段評估，從產品的易用性、耐用性、清潔難易程度、新材料新技術運用、用戶使用體驗簡單模擬、消費群體定位、使用場景定位等幾個方面，對所有方案集合進行了整體效果的層次劃分。然后對第一階段評估得出的分層次方案進行第二階段評估，從產品模塊化、生產工藝、運輸成本、美學附加值、系列化可行性、深層次使用者訴求模擬、產品可替代性、產品配套銷售策略以及售后服務體系拓展可行性等方面對設計方案進行了全方面的分析，得出了最終優化方向和再設計注意事項，如圖6所示。

通過對高評價方案的設計改良，得出了最終方案，如圖7所示。該方案將材料創新與鍋具把手防燙設計相結合，同時兼顧了生產可行性和竹材的耐用性，使用了玻璃鍋蓋與竹材把手相結合的鍋蓋設計，整體滿足了禪道設計的風格需求，在改善了產品的使用體驗的同時增加了產品的美學附加值。最終方案得到了企業的好評。

圖6 方案優化與篩選流程

4 結論

圖7 最終方案

本文通過將工業設計與國人原創的可拓創新方法相結合，嘗試用可拓學的理論去解決設計過程中存在的部分過于感性化的問題，建立理性化的流程表與參數化的分析方法，并通過對鍋具方案的優選研究，驗證了本文提出的可拓分析法與可拓方案優選法模型的可行性。本文提出的可拓產品分析法可以使設計師更好的利用可拓學的思維指導設計活動，融合工業設計創新方法，有效的進行設計分析與設計優選，從而提高國內產品設計的創新效率和產品的市場競爭力。

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Industrial Design Method Innovation Research Based on Extenics

WANG Jin-guang，XU Ke
（Guangdong University of Technology，School of Art and Design，Guangzhou 510000，China）

The main purpose is to solve the problem of domestic industrial design lacks original methods.It combines Extenics innovative theory and industrial design methods.This paper puts forward a products design analysis method with Extenics based on industrial design language，based on it，has established a projects evaluation and selection method model with Extenics and uses it to guide the indigenous innovation of industrial design.By using the indigenous industrial design methods to guide domestic design innovation activities，it allows domestic production and design companies focus more on product value chain design innovation，not only in the design of the product itself.It will enhance the ability of industrial design to adapt the development of this country，and to improve the efficiency of domestic design innovation and increase the revenue from design innovation.

industrial design；Extenics;basic element；product analysis；product value chain；project optimization

TB47

：A

：1009－9492(2014)12－0023－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.006

王金廣，男，1969年生，河南人，碩士，副教授。研究領域：工業設計。已發表論文20篇。

(編輯：阮 毅)

2014－11－12