符號學在復雜機械產品功能識別設計中的應用

尹召陽 林雪 范冠霄

摘要：在復雜機械產品設計中引入符號學理論，增強零部件功能的可識別性，指導設計實踐，并且提出復雜機械零件功能識別的設計方法及評價原則。結合復雜機械產品特點，分析符號過程；深入研究復雜機械符號的表意傾向、符號類別和載體形式等設計方向；梳理設計流程并應用于設計實踐，歸納獲得符號設計的評價原則。將基本符號理論融入產品設計流程中，闡述復雜機械產品信息識別的設計原則和評價原則。文章在符號學理論的指導下，增強對產品功能識別的認識，系統地完善復雜機械產品的設計流程及原則。該研究針對機械產品結構復雜帶來的識別效率和準確性降低的痛點，提出了問題解決的方法及新思路。

關鍵詞：符號學；復雜機械產品設計；功能識別；設計方法；評價原則

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）23-0086-03

Abstract：This paper introduces the semiotics theory to complex mechanical product design to provides support for design practice with easy identification of the parts function. In addition，the design methods and evaluation principles of function recognition of complex mechanical parts are proposed.Combined with the characteristics of complex mechanical products，the symbolic process is analyzed. The design direction of complex mechanical symbols，such as ideographic tendency，symbol category and carrier form，is deeply studied. By combing the design process and applying it to design practice，the evaluation principles of symbolic design are summarized.The work clarifies the design and evaluation principles of information identification for complex mechanical products by integrating the basic symbol theory into the product design process.Under the instruction of semiotic theory，the paper increases awareness of the recognition of product function and perfects the design procedures and principles of complex mechanical products systematically. Due to the increasingly complex structure，the efficiency and accuracy of recognition in the mechanical products are reduced. The study regards it as the pain point to analyze and put forward the problem-solving methods and new solutions.

Keywords：Semiotics；Complex Mechanical Product Design；Function Recognition；Design Method；Evaluation principle

引言

復雜機械產品有大量產品功能信息需傳達給用戶，用戶如何從層疊繁復的零件中迅速、準確地區分功能從而完成操作，是目前復雜機械產品設計的一大難題[1]。本文嘗試把符號理論引入復雜機械產品設計中，從符號表意傾向、符號類別及符號表現形式3個方向探索，指導此類產品零件的功能識別設計，達到將其功能信息更好地傳遞并被有效識別的效果，完善相關領域符號設計理論及原則。

一、復雜機械產品中的符號特點

基于應用領域的差異，提煉出符號在復雜機械產品的鮮明特點，即零部件眾多且復雜，功能認知要求精度高。詳細分析功能認知即符號過程的組成環節，以設計實踐為立足點，為后續設計方向的發散提供理了論依據。

（一）復雜機械產品的符號問題

復雜機械產品如內燃機等往往包含多個子系統，各子系統必須精密配合才能正常運轉，系統精確度要求高，操作容錯率較低。受實際配套空間和結構的限制，產品設計需要控制體積大小，壓縮零部件之間的距離，這往往導致了在有限的空間中集合了多達上百的零件，復雜度高。產品自身的精密性和復雜性增加了作業難度，新用戶的作業門檻變高。

復雜機械產品需要符號表現的內容大致包括整機操作提示與警示、維護保養操作指導、需拆裝零部件操作、零部件功能區分等幾大部分。在裝配、使用、維修等產品全生命周期中，參與用戶必須識別產品功能，即認知零部件的具體用途、現有狀態和操作方式等。借助于使用保養及維修說明書等資料常受到外界條件的限制，建議處于產品鏈上游的設計師從零部件自身出發，保證產品的功能信息能夠準確、高效地傳達給包括使用者、生產者、維護者在內的用戶。

一般來說，產品零部件是“物-符號”的雙聯體，在“使用體-表意體”之間滑移。一方面可以成為完全的物，不表達意義；另一方面也可以向完全的載體符號靠攏，純為表達意義[2]。目前，復雜機械產品零件功能識別的困境之一在于零件偏向于純然之物，設計師只考慮物理層面的使用功能，忽視了零件形式的表意功能。

（二）復雜機械產品的符號過程

產品功能信息傳達過程本質上是符號過程。為解決上述困境，加大了符號在零部件的占比，首先從了解符號的構成及過程開始。符號過程包括3個環節，從發送者開始（意圖意義），通過符號信息（文本意義），到達接收者（解釋意義）（圖1.1）。映射到復雜機械產品的符號設計實踐上，即設計師（設計需求），通過設計符號（語言形式）到達用戶（知悉功能）。信息識別要求3個環節必須順利完成，才能達到傳遞信息或者意義的目的，任何一個環節的缺失都會造成功能失真或讀取失敗。[3]

第一、信息發送者是表意的來源，負責設計符號來實現意義的傳達，是整個符號過程的起點。產品設計師的意圖意義即零件的功能實現信息，如何通過符號載體正確表現出來，是這個階段最重要的課題。設計師的經驗、知識儲備、表現能力、工作狀態等主觀因素都會影響符號的表現效果。復雜機械產品的手段也受到一定客觀因素的限制，如零件的結構、功能、成本、工藝等。主客觀兩方面的因素均可能造成設計意圖表達不充分，后續解釋意義會發生變形，進而形成設計偏差。設計師必須有針對性地對這個階段進行審查，表意盡量清晰準確。

第二、發送者的設計意圖意義經過符號信息有意識地構建轉化成文本意義。符號一般不單獨出現，總是與其他符號形成組合，構成表意單元，也可稱為符號文本。復雜機械產品符號文本包含4個要素：對象、文本、媒介、符碼（圖1.2）。除了目標用戶的認知特點和規律，符號傳播所處的具體情境也會影響其解讀。對同一個符號，依據零件屬性及設計目標所需的表意傾向不同，可以偏重于表意單元中的一個或幾個要素，相應的符號外部表征有差別。

第三、接收者是符號過程的終點，產品功能信息的傳達以用戶實際獲得信息為準。符號意義被感知是第一步，復雜機械產品有太多“噪音”干擾符號傳達，因此，符號文本要有較強的表現性，設計要盡量明顯，如警示標識的黃紅黑配色顯眼——具有警示的作用（圖1.3）。接收是接收者有意向的處理，接收者會過濾感知，而接收的如果是規約性內容，在符號過程中可以使識別實現自動化、程式化，迅速跳過中間環節，從感知直接跳入解釋，如禁止觸摸、禁止踩踏等通用性標識（圖1.4）。

二、復雜機械產品符號的設計方向

在復雜機械產品中的符號特點明確后，符號趨向于從表意傾向、符號類別和載體形式等角度出發，賦予零部件可解讀的構成符號，組織設計語言，生成用戶所理解的功能表征。

（一）復雜機械產品的符號表意傾向

當設計復雜機械產品時，符號按照功能件、外觀件和標準件等零部件性質分類，其表意傾向于“因件而異”。專業性強的功能件需要重點關注對象和文本元素，少量采用符碼，而關鍵外觀部件可以運用媒介宣傳，做到有所側重，合理設計。標準件如螺栓等可識別性和用戶認知度高，功能認知的訴求可忽略不計。

a.當符號表意側重于對象時，則出現了較強的指代性。此時的符號過程明顯是以傳達某種明確意義為目的，大多是“所指優先”，符號的所指對象功能就是意義所在，也是復雜機械產品的零件設計研究的重點；

b.當符號表意側重于文本時，就出現了形式的美感。符號把解釋者的注意力引向符號文本本身，其外觀品質占據了主導地位，形式成為了繼功能之后的又一設計要素。如點線面等造型元素以及形式美法則同樣適用于機械設備類產品，并對機器美學和設計美感有較大影響；

c.當符號表意側重于媒介時，表現出較強的宣傳性，特點是占用媒介渠道。這種特點適合在復雜機械產品設計中進行品牌營銷，如在產品視覺占比大的外觀罩上鑄造公司LOGO，有利于企業品牌推廣和傳播；

d.當符號表意側重于符碼時，表現出較強的規范性。符碼是符號文本的載體，是一堆可感知的刺激。針對某個產品專門設計符碼可以精確控制文本的表意，有很強的規范性和專業性，對用戶識別要求較高，可能會提高學習成本，如復雜機械存在因行業標準、企業規范而異的操作方式，需要專門培訓及重復練習后作業。

（二）復雜機械產品的符號類別

在功能識別的符號過程中，符號分類能采用不同把表意引向某種特定對象和意義上。根據與對象的關系，符號學家皮爾斯認為符號可以分為三種：像似符號、指示符號、規約符號。將上述三種類型“盡可能均勻混合（blended as equally as possible）的符號，是最完美的符號”。因此在復雜機械產品符號設計的過程中，可以有意識地把像似、指示、規約三者結合起來。[5]

a.像似符號是指符號與對象自然而然的像似，像似性簡單直接，很容易讓人理解和聯想。發動機作為典型的復雜機械產品，其“高溫危險”警示標識（圖2.2）中用手勢圖形代表觸碰，用抽象曲線類比升騰的熱氣代表高溫，這些都是像似性符號。此種符號的設計重點在于“像似程度”，抓住了要表達信息的重點，以確保用戶可以準確理解。

b.指示符號是符號與對象因為某種關系能夠相互提示，把接收者的注意力引到對象上，強調秩序與方向，如表明進回油方向用于安裝防錯的箭頭。不同于像似性使符號表意生動直觀，指示性使對象集合井然有序。根據上述原理，產品設計師在利用指示性關系設計符號的時候，應回歸功能性，盡可能做到意義明確，避免產生歧義。

c.規約符號是靠社會約定連接符號與意義，表意準確有效。而像似性與指示性，依賴于設計者和用戶的個人理解，含義解析的準確性有待提升。規約符號表意確切的前提是使用者所屬的社會可以通用該類符號，如帶斜杠的圓環表示禁止。利用約定俗成的規約性符號，縮短解釋的過程，非常符合復雜機械產品零件信息識別對效率的要求[6]。

（三）復雜機械產品的符號載體形式

符號是被認為攜帶意義的感知。感知的載體可以是零件的顏色、形態、材質等物質形式，也可以是文字、聲、光等非物質形式，通過一種或幾種表現形式的組合表達功能意義，以發動機為例，其中各個要素所占比例如下（圖2.3）。

a.顏色作為符號載體，要減少種類，結合情景增大差異，往往多種形式結合表達功能信息。以發動機為例，零部件材質和加工工藝眾多，如風扇白、線束黑、濾罐白、油標尺黃。顏色隨應用場景不同而變化，拖拉機用整機一般噴黑漆。將特定顏色選定為符號載體需要具有一定的理據性，如設計內燃機維修保養的多色示意圖時，設計師與用戶達成共識，用黃色代表機油或燃油，藍色代表冷卻液，用白色代表氣。

b.形態是產品功能、顏色、材質的載體，是產品物理結構最終的表現形式。機械產品的零件大都秉承形式追隨功能的原則，形態與功能保持高度的一致性，造型發揮的空間并不多，如立方體、圓柱圓球、孔洞、凸臺等。從符號學的角度來講，形態也有理據性特征，例如圓柱形代表管，腔體可做混合和存貯，三角表示加筋支撐等。

c.材質和表面處理在符號載體中表現力較弱。且由于零件材質的替代性較強，具有很強的模糊性，材質模仿已經成為設計手段，不易被識別。復雜機械產品中主要的材質類型包括金屬、塑料、橡膠、玻璃等。以發動機為例，表面處理具有更強的互換性，噴漆掩蓋了大部分機械產品本身的材質屬性，塑料件可以電鍍產生不銹鋼的質感，鋁件電泳黑漆之后跟塑料接近。

d.文字是強編碼要素，使用文字表意時必須選用意義明確的、無歧義的文字來表述。在相同的語言系統中，大部分文字、數字和字母都有明確的對應性，人們從小經過語言訓練，能夠完全掌握文字與意義的對應關系，可以作為最基本的零件功能信息傳達方式。復雜機械產品自帶銘牌上，往往采用術語、數據及單位等，簡潔有力地表明內容。二維碼能降低占用的顯示面積，折疊隱藏零部件代碼、批次等信息。

e.光和聲音作符號載體時只適用于部分產品。光可以表示機器的開關狀態，通過控制光照范圍劃定作業區域，可以作為指示符號使用。存在非終端產品安裝到整車整機內部光線不足的情況，視覺傳播性差，較難建立強關聯。聲音是通過聽覺通道進行傳播，可以實現遠距離、非直線的信息傳遞。機器進入工作狀態后，零部件自身振動產生聲源，噪聲較大時使用聲音作為符號反饋，區分效果較差。

三、復雜機械產品符號的設計與評價原則

前期梳理完復雜機械產品的符號特點，明確符號學基本原理指導下的設計方向并拓展外延，優先考慮借助設計與評價原則來規范后續設計實踐，進而改進與提升基于復雜機械產品功能認知的符號設計流程。

（一）復雜機械產品符號設計原則

復雜機械產品符號設計遵循分節精細化、抓重點簡化和符號系統化等設計原則（圖3.1），輔助呈現最終效果，以提高符號設計的準確性和高效性。

1.分節精細化。符號學家索緒爾把符號看作是能指和所指的結合，能指是符號的可感知部分，所指是符號指代的東西[7]。相似零件難以區分的根源之一在于能指沒有明顯的分節，導致所指模糊不清，功能信息就無法區分。分節表示做差異處理從而形成不同層次加以區分。相似零件只有進行能指的差異化分節，才能區分傳遞的信息，而且區別越大，能指相似性越小，所指就越清晰。因此，在實際做符號設計時，首先要明確哪些功能件是需要區分的，與其他零件有什么本質上的區別。

2.抓重點簡化。符號簡化是最高效的設計手段。一個零部件往往有多個特征，如果每個特征都可以攜帶意義，則有過多的意義需要被解讀。用戶分不清信息的優先級，試圖從多個角度對物進行解讀，反而會成為表意的累贅，降低意義傳達的效率。復雜機械產品功能信息的問題在于內容被識別的過多，設計師只需要抓住重點，選取典型的品質作為符號載體，并對其夸張、放大，使之成為最顯眼的特征來表現意義，使感知特質定向匯集到真實功能含義，簡化處理使符號信息變得可讀性更高，降低認知難度和門檻。

3.符號系統化。復雜機械產品包含眾多零件，零件功能很難被少量符號全面涵蓋。可將產品視為一個系統，系統思維要求設計思考更加全面，強調各部分之間的關聯性和各元素的唯一性，整體提升符號系統的表意功能。在系統內建立相對獨立完整的規則和秩序，設計一個相對較強的編碼系統，保證文本含義的統一性，以此提高符號表意的準確性，如采用幾組數字代碼組合，在保密的同時生成完整的零部件信息，出現故障時可以直接查找零部件信息，有助于后續質量問題的處理和解決。

（二）復雜機械產品符號設計評價原則

設計評價必須抓住關鍵指標，形成具有普適性的原則，作為衡量設計好壞的標準，評價標準為準確性、高效性及系統性。

1.準確性。現代科學講求必然性，工業生產追求準確性，保證操作人員的安全，減少誤操作帶來的損失。準確性是復雜機械產品功能意義傳達的首要目標，也是系統符號設計研究的目的。復雜機械產品因其全生命周期流程的復雜程度不同，導致解讀功能的準確性存在差異。具體評價標準為是否減少符號含義的不確定性，保證整個符號過程都明確清晰。

2.高效性。在保證準確性的前提下，效率就是最關鍵的指標，尤其是接收者解讀符號的效率。批量化生產需要提高勞動節拍，前提是單位時間內裝配作業者完成更多符號過程，因此好的符號設計簡單易懂，能夠減少文化差異、教育水平差異等帶來的認知差異，讓大部分用戶都能迅速理解。

3.系統性。符號系統性對于維護保養時的功能識別起決定性作用，系統性表現好時，用戶能從整機中精準查找識別出子系統的目標件。復雜機械產品系統性的評價標準為有無強調各系統間的區別，是否達到系統最優。

四、復雜機械產品符號的設計流程

為了獲得好的符號方案，針對復雜機械產品符號的設計，以傳統產品的設計程序為基礎加以補充完善，設計師應遵循設計實踐的流程與方法（圖4.1）。

1.調研與輸入。調研內容包括用戶、使用情景及產品本身信息等。用戶和使用情景調研的目的是從外部環境的角度了解產品使用人群的文化、行為特點、應用場景和行業規范等，這些內容是復雜機械產品符號設計的前文本，約束著符號設計表現的范疇。用戶的知識儲備、認知模式、行為特點等，嚴重影響著符號的解讀。產品信息調研應具體情況具體分析，結合復雜機械產品本身品類的結構和功能特點，如實全面地收集產品信息。調研后需要根據實際完成的用戶畫像、操作流程圖等，確定符號的表達方向和側重點，建立符號設計的基礎框架。

2.構思與設計。針對前一階段信息搜集的結果，應用系統設計思維，厘清子系統之間的內在聯系及影響，構建符號系統。從符號學的角度，首先要劃分出零件識別性的整機范圍，抓住產品功能識別的側重點，保證設計全面性和準確性，然后根據零件性質及其表現特點進行能指分節，系統性地調配符號設計手段，從表意傾向、符號類型及符號形式等分層規劃。按照零部件的理據性獲取其語言表現傾向，利用規約符號等設計零部件功能語言，選擇顏色、形態、文字等符號載體形式范疇，補充強化零件的表現形式，從而提升用戶從符號獲知信息的效率。

3.方案輸出與用戶測試。在這個階段，設計師工作集中在將構思轉化為實體，落實到具體的零件設計上。因此，設計師需要合理地搭配要素，嘗試多種要素的排列組合，產生盡可能多的方案。依據前期設計和評價原則，選擇更符合要求和更具可實現性的方案細化，在發散基礎上再做收斂。后期將選定的設計方案制成手板模型，通過目標用戶測試對設計進行快速迭代升級，更好地完成零部件的符號表達任務。

結語

機械產品功能強大，結構復雜、構成精密，降低了用戶在產品全生命周期中對機械功能識別的準確率與效率。在復雜機械產品設計的過程中，引入符號學理論，嘗試從符號功能的角度拓展思路，完善設計流程和評價標準及設計流程。

本文首先從復雜機械的特點入手，具體分析符號過程的各個環節；然后闡述符號學的基本原理，詳細研究機械產品符號載體多層次可設計方向；其次，提出了復雜機械產品零件符號設計的三原則，即分節精細化、抓重點簡化、符號系統化，對應提出了復雜機械產品符號系統的評價原則，即準確性、高效性、系統性。最后從符號學視角重新看待產品設計，進一步將符號設計融入到已有的產品設計流程中。

參考文獻

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