智能輔助設計工具有效介入設計構思流程的植物角設計研究與實踐

摘要：為探究智能輔助設計工具如何有效介入設計構思，提高設計構思階段的效率以及AIGC輔助設計的可控性。提出一種“設計師＋AI”的設計構思流程模型，融合混搭法和智能輔助設計工具，系統把控方案輸出邏輯并產出大量的初步方案。通過專家評審和多主體多屬性決策兩輪收斂，將最終篩選結果的設計元素優化整合，確定最終設計方案。文章通過“設計師＋AI”構思流程的應用，提高了應用智能輔助設計工具生成創新產品設計方案的可控性。該設計構思流程的應用，有效促進設計師的創意生成，使設計范例具有動態特征，提升設計構思流程的效率和輸出質量，完善AIGC技術在產品設計構思流程中的具體應用路徑。

關鍵詞：設計構思；設計評價；生成式人工智能（AIGC）；混搭法；智能輔助設計工具

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2025）12-0096-05

引言

設計構思作為產品設計流程中的重要環節，其關鍵在于設計靈感的產生，靈感刺激可以觸發創意的產生，并為去符號化的心理表征提供錨點，從而為設計者的靈感挖掘提供重要的幫助。在設計構思階段，設計師通常需要花費大量時間和精力將收集到的設計背景、用戶需求，通過頭腦風暴、混搭法（Mashup）、草圖繪制、原型構建等方法多維發散與收斂，以探索符合用戶需求的最優解。傳統的設計構思流程因效率與表達限制，難以快速聚焦到目標方案。生成式人工智能（ArtificialIntelligenceGeneratedContent，簡稱AIGC）的出現給設計行業帶來了全新的發展契機，ChatGPT和Midjourney等智能輔助設計工具展現出強大的內容生成能力，能根據用戶的需求隨機生成大量的文本、圖像和視頻內容，給傳統設計構思帶來了巨大沖擊。越來越多的設計師和研究人員將智能輔助設計工具用于設計領域的各項研究，以期提高創意產生的效率和質量。然而，研究主要集中于智能輔助設計工具在各個離散任務中的應用，缺乏系統性的流程框架，且鮮少有學者探討關于智能輔助設計工具生成內容的評估與篩選。為提高AIGC技術在工業設計構思流程中的規范化應用，本文構建了介入AIGC技術的設計構思流程模型，以植物角設計為例，結合混搭法和智能輔助設計工具對設計方案進行多維度發散，通過專家評審和多主體多屬性決策對設計方案進行兩輪收斂，篩選出貼合用戶需求的初步方案，通過草圖方案優化尺寸與細節并完成最終原型構建。

一、AIGC技術在設計領域的應用現狀

隨著近幾年深度學習和生成式對抗網絡（GANS）等技術的突破，生成式人工智能（ArtificialIntelligenceGeneratedContent）技術迎來了跨越式的發展，成為了全球矚目的熱點?；贏IGC技術的智能輔助設計工具能夠快速的通過文本、圖像描述生成文本、圖片、視頻、音頻等多模態內容。其在設計領域已經展現出巨大的潛力，在文本構思上，ChatGPT4.0為用戶生成多方位多角度的調研材料并提供多維度的解決方案；在圖示表達上，Midjourney通過大規模的數據訓練，能生成特定的風格和美學標準的設計元素，為設計師快速提供靈感和參考。

AIGC的快速發展對設計與教育領域產生顛覆性影響，學界正逐步探索其介入設計的路徑與價值。Huang等[1]通過研究將AIGC技術應用于設計構思階段探尋學生自我效能和學習能力的影響；Zhou等[2]馮明陽等研究人工智能增強設計對于類比推理能力以及設計迭代的影響。[3]探討了在AIGC技術對于設計行業的沖擊和對設計教育的影響以及AICG如何賦能高校的設計教育的重構。隨著研究的深入，研究者將AIGC帶入設計的細分領域，探究具體的智能輔助設計工具在各個領域的應用。在工業設計的設計構思階段，Wu等[4]提出了AIGC驅動的產品配色設計方法，以家用吸塵器為例，應用ChatGPT和Midjourney完成產品色彩搭配和造型設計的研究并通過專家和消費者的評估驗證其方法的有效性。李振鵬等[5]以家庭種植產品為例，將ChatGPT與感性工學（KE）和層次分析法（AHP）結合，量化用戶感性與功能需求，構建設計輸入框架，再通過Midjourney輸出方案，提升了AIGC技術在設計產出方面的可控性與合理性。路鵬等[6]提出基于AIGC的產品造型設計與評價方法，結合ChatGPT和Midjourney，以及灰色關聯分析法（GRA）和層次分析法（AHP），通過用戶意象需求分析、造型意象轉化、定量評價等步驟，以電動摩托車和家用吸塵器為例進行案例分析，探討AIGC技術對產品造型設計的賦能作用。

總體而言，整合AI輔助工具的設計輸出過程能夠拓寬設計師的思維邊界，為設計師提供了快速生成創意的可能性。然而，在把握AI輔助工具作為設計輸出的可控性上，現有的研究成果并不理想，沒有一個較為完整的構思流程去控制智能工具的輸出邏輯。并且已有的整合AI輔助工具的設計研究對于方案的篩選和評價的探索依然較少。鑒于此，提出本文的兩個研究目標：①在運用AIGC技術設計輸出過程中，減少智能輔助設計工具生成方案的隨機性，提高AIGC輔助設計的效率。②構建AI設計方案的篩選和評估體系，形成發散收斂閉環的規范化工業設計構思流程框架。

二、介入智能輔助設計工具的設計構思流程

基于本文的研究目標提出一個整合AIGC的雙鉆模型（如圖1），通過多次發散與收斂提高設計效率與輸出質量。其中智能輔助工具的介入主要聚焦于“第二鉆”的設計構思階段，在需求轉換上借助ChatGP4.0輔助設計師將需求轉換為意向關聯物，進一步結合混搭法和Midjourney發散大量可視化的初步設計方案。最后通過專家評審和多類別評價兩輪收斂得出最優方案，并通過草圖優化細節構建最終設計方案。在設計構思階段具體應用中提出“設計師＋AI”的規范化設計構思流程模型（如圖2），整個流程以設計師為主導，把握具體需求分析和問題定義；基于AIGC技術的智能輔助設計工具輸出結構化多維度的文本分析以及大量可視化圖像輔助設計師高效完成設計方案構思設計方案構思。

用戶需求分析到產品意向轉換階段，設計師通過用戶訪談、調查問卷等實地調研以及對用戶心理行為等分析。在此調研過程中，設計師結合GPT4.0對于用戶調研階段的信息進行增補，規避個人調研信息的不足，確保調研結果的全面性。ChatGPT4.0以其高效的內容生成能力和互動性的知識的輸出，在設計調研、模擬用戶角色、創意生成等方面為設計師提供更加全面的加持。在分析總結出用戶需求的基礎上，運用Kano模型需求分類法對用戶需求進行歸類，再結合ChatGPT4.0輔助設計師將用戶的層級需求轉化為多樣化的產品主體、功能性部件、技術性部件等意向關聯物。在造型設計方案輸出階段，運用混搭法推進思維發散的廣度，并將思維串聯在一條邏輯主線上[7]。將已劃分的三類需求層次轉化為產品關聯物，進行隨機組合，形成一個混搭陣列。再將三類產品關聯物隨機組合的結構解釋成“prompt”，導入到Midjourney生成初步設計方案。值得注意的是，在使用Midjourney生成方案的過程中，用到了兩種圖片生成方法，一種是基于隨機組合結構的文本描述的文生圖功能，另一種使用了“blend”功能將不同類別關聯物的意向圖直接混搭，以圖生圖的形式輸出設計方案。設計評價與收斂階段，將大量的初步方案匯總為數據集，通過專家評審完成第一輪方案收斂。再邀請專業設計師、用戶、利益相關者等對收斂結果進行多類別多指標評估，收集形成平均化的多指標評估量表，運用熵權法和TOPSIS綜合評價法確定評價指標的權重，將多目標優化問題轉化為綜合評價值，進行優劣解的排序。方案優化與模型構建階段，在第二輪收斂結果的基礎上提取最佳造型、材質配色以及特色設計元素等特征，并通過草圖優化結構細節和人機尺寸比例，確定最終設計方案，進行模型的構建和渲染。

三、植物角造型設計應用實例

本文以中小學教室場景下的植物角設計案例，來論述整合AIGC技術設計構思流程的實際應用。植物角作為最新《中國兒童發展綱要（2021-2030）》提倡下的一類創新性產品設計，尚未在市場上普及，人們對于植物角的認知也沒有出現高度符號化。此類創新產品設計，具有很大的創意空間，在這類產品設計中介入AIGC工具能夠充分發揮AI天馬行空的創意生成能力，為植物角設計提供更加多元，富有創意的解決方案。

（一）需求分類及意向轉換

在植物角產品設計前期調研過程中，已通過多層次調研獲悉產品的設計需求。對于政策解讀，了解到中小學勞動教育在教學體系中逐漸占有重要地位，鼓勵中小學生通過種植、養殖以促進身心的健康發展。對學生、教師、家長等相關用戶群體的訪談和問卷調研，進一步了解用戶使用需求和期望。家長期望透過植物角培養孩子動手能力及勞動意識。老師希望產品與現有的空間適配，有統一的養護規范，避免教室臟亂。學生則重視產品使用體驗，是否可以DIY以彰顯班級特色。綜合整理得到植物角設計需求層級（見表1）。采用了Kano模型需求分類方法[8]，將表1中的二級需求分為三個線性需求層級：必備需求，期望需求，魅力需求（具體見表2），便于在混搭過程中能更精確的進行各需求間的搭配。其中，必備需求被認為是理所當然的功能；一元需求是用戶期望具備的功能，與用戶滿意度呈線性關系；魅力需求則是超出用戶預期的功能和特點，能夠給用戶帶來額外的價值和驚喜。

（二）結合混搭法與Midjourney的創意發散流程

基于Kano需求分類方法，在混搭的過程中，則需要將不同層級的需求轉化為不同的產品元素、功能性部件、相關技術等，再進行隨機的組合（如圖3）。在此步驟中，必備需求被轉化為具有主體基本功能的現有產品以及現有教室配套產品，例如置物架、洞洞板、講臺等。一元需求被轉化為用戶比較期望的功能性部件，例如可調節高度的支架、指導用戶操作的種植卡片等。魅力需求則轉換為讓人驚艷的功能或技術，例如自動灌溉系統、溫濕度控制系統等?；齑罘ǖ倪\用為設計構思提供突破式的創新思路，提高思維發散的廣度與靈活性，并遵循多層次需求間的相互匹配，將發散思維串聯在一條邏輯主線上。

其次，運用兩種生圖的方法將混搭法與Midjourney深度的融合（如圖4）。一種是文生圖的方法，通過對混搭法中不同需求層次之間的要素連接進行解釋，將各個元素的功能性特點轉換為文本描述，作為“prompt”導入Midjourney中生成效果圖。此方法根植于對混搭法各個需求層次之間的組合邏輯，將文本語言轉化為圖示語言，相較于單一的混搭法這種方法可以更直觀的呈現設計思維的多樣性。另一種圖生圖的方法，使用Midjourney中的“blend”功能，將混搭法中不同屬性的產品圖例進行混合，生成具有兩者混合特征的效果圖。這一方法實現了不同設計元素在視覺層面的直接融合，使其能夠快速展現多樣化的設計方案。

通過兩種生圖方式結合使用，本文創新提出基于混搭法和Midjourney結合的思維發散方法。該方法結合混搭法思維的發散性和邏輯性，以及AIGC技術在圖像生成的效率和質量等優勢，為設計師在設計構思階段拓寬思維發散的廣度提升了設計構思的效率。

（三）植物角造型方案數據集構建

在運用混搭法和Midjourney結合的兩種生圖方式引導思維發散后，匯總收集成方案數據集。數據集以必備需求轉化而來的置物架書架、洞洞板、黑板、講臺等4類產品的主體形式作為數據劃分的層次（如圖5，因數據集過大此處僅以“置物架書架”這一類數據集作為示例）。此外，新增第5類產品層次，特色模塊區（如圖6）。在運用Midjourney生成目標產品效果圖過程中，類似于產品特色功能區的此類嵌入式的局部特征形態不能夠被清晰的表達。在生圖的過程中，我們將這一類特色產品功能區單獨進行文本或者圖示的描述生成效果圖，單獨劃分為一個類別，以供清晰的展示局部功能性設計。

在目標圖像生成和收集過程中并沒有完全依照圖2中各個屬性“1+1+1”線性連接關系來生成目標圖像。根據用戶需求也會以一對多的形式，例如“置物架”加上“扶手”和“萬向輪”再加上“溫濕度控制系統”和“自動灌溉系統”等類似于把一個主體元素加上多個功能屬性以及多個技術元素混合來生成圖像。這一階段在把握整體構思邏輯的同時，存在一定的模糊性，這種模糊性反映了設計師主體在思維發散階段的靈活性以及不確定性。在這一階段設計師不僅可以按照既定的邏輯框架來發散思維，同時允許設計師根據及時的視覺反饋、情景需求、創新直覺進行超越線性連接關系的調整和再組合。

（四）方案篩選與收斂

1.初次收斂

在初步篩選中，邀請了兩位專家對方案數據集中（以圖5、6為例）的5類共124個方案進行篩選。其中一位設計專家擁有十多年的設計教育經驗，從事兒童產品設計研究。另一名設計專家擁有數十年的家具產品設計經驗，曾就職于一家具設計公司。兩位評委根據創新性、可行性、創意的質量3個指標[9]對數據集中每個方案整體評一個總分。評分采用5分制的李克特量表，最后收集專家打分的數據收集，篩選保留前30個方案（如圖7）進行下一輪收斂。

2.二次收斂

（1）數據收集

在第二次收斂過程中，邀請到設計師、用戶、利益相關者等多主體多屬性的評價者參與此次評價。在教育教學產品和兒童產品設計等多維度需求的場景下，多屬性決策參與能夠提升評價的客觀性和科學性[10]5人，中小學教師和學生家長6人。要求評價者按照規定的5個指標，。邀請評價者共15人，其中專業設計師4人，中小學學生美觀性、創新性、趣味性、功能性、成本，對30個方案分別進行評價。每個指標按10分制進行評分，便于對數據進行歸一化處理。最后將收集來的15份評分表平均化處理（見表3）。

（2）熵權

TOPSIS法評估熵權TOPSIS綜合評價法將熵權法和TOPSIS法進行結合，利用熵權法確定評價指標的權重，再通過TOPSIS綜合評價法將多目標優化問題轉化為綜合評價值，進行優劣解的排序[11]。在評價指標體系中自變量為5個評價指標。這些指標作為評價設計方案的屬性，是確定權重的數據基礎。通過選取權重計算模型，判斷不同指標的權重，綜合對比發現，一般的權重計算模型并不能準確的反映數據變化的敏感性，且賦權過程的效度和信度不高，優選熵權法賦予每個指標客觀權重。

在進行熵值法計算之前，首先對表4中的數據進行預處理。其中前四項指標屬于正向指標，直接保留原始值。成本指標屬于負向指標，需要進行指標正向化處理。將處理好的數據帶入熵值法進行計算，得出各個指標的權重系數（見表4）。根據熵值法對指標權重的劃分，構建加權矩陣，進行TOPSIS綜合評價，得出評價結果排序（見表5）。

（五）設計方案的深化

（針對本節設計方案進一步細化的說明：

1.增加用戶測試與反饋環節，將前5個方案進行回訪，與直接用戶達成共識，批注可取設計元素，注意事項等

2.突出設計亮點，設計方法創新，智能化與人性化相結合；社會價值、教育意義的延申。）

從TOPSIS綜合評價結果中篩選出最優前5個方案，通過用戶回訪與核心功能需求提取對最終方案進行深化。為確保設計方案精準匹配用戶需求，篩選最優五款方案回訪于前期調研訪談的用戶以及利益相關者等，驗證產品的可行性以及功能滿意度。在產品主體需求上基本與用戶達成共識，然而在細節設計上通過回訪提取出以下幾個問題。如低年級學生群體提出植物架高度適配性問題，建議開發層高調節裝置；家長群體聚焦安全性訴求，強調材料環保性與結構圓角處理規范；教師團隊則建議將值日牌與植物生長記錄表聯動，實現植物養護任務的自動提醒，從而促進班級勞動協作效率。

基于Kano需求層次對產品主體功能特征進行提取。在必備需求層面，提取方案S31和S15的置物架主體結構，確保基礎收納穩定性；結合方案D11的洞洞板模塊化設計，通過標準化接口實現掛件自由組合。在一元需求方面，提取方案D11的值日牌與萬向輪組件，提升使用便捷性，同時增加儲物柜模塊提升空間利用率。在魅力需求方面，提取方案T5特色菌類溫室種植箱的造型特征以及S27溫濕度控制系統等特征，構建具有環境感知能力的溫室種植單元，實現產品智能化與個性化。在細節設計方面根據回訪的用戶需求，增設層高調節裝置、增大產品圓角特征、值日牌與植物記錄表相結合。在明確細節設計以及核心功能需求的基礎上，通過草圖重構（如圖8）并產出最終方案（如圖9）。

植物角設計方案創新性地采用智能輔助設計工具與遞進式需求層次的混搭，將智能化與人性化相結合，構建兼具功能性與教育價值的多維實踐平臺。植物角不僅能強化學生責任意識與團隊協作能力培養，同時為兒童科普種養殖技術及植被物種相關知識，促進跨學科知識整合。植物角設計方案驗證了“設計師＋AI”協作模式的全面性和可行性，為未來產品創新提供一條可行的設計路徑。

結語

本文以植物角這一案例，應用混搭法與智能輔助設計工具結合的“設計師＋AI”的設計流程，聚焦于整個設計流程中的“思維發散-方案生成-評價收斂-設計定稿”的構思階段，不同屬性的混搭，碰撞出大量的初步設計方案，再經過兩輪方案的收斂，使設計方案的產出更加客觀和全面。在方案生成的過程中，創新運用了兩種生成圖像的方法，使Midjourney變得更加可控，更具備設計流程中的操作邏輯。相較于傳統的設計構思，結合混搭法和智能輔助設計工具的構思方法，很大程度上提高了設計構思的效率和質量，促進全流程設計周期的迭代。此外，在運用智能輔助設計工具生成圖像的過程中，發現這種圖像相較于傳統工具檢索而來的設計范例，具備一定的動態特征。這種動態性表現在設計師與人工智能工具交互的過程中目標圖像是可以隨時調整、快速生成，直到設計師滿意為止。這種動態特征也正是人工智能為設計行業帶來的魅力所在。

研究過程也存在一些不足之處。首先只通過一個案例來驗證所提出的設計構思框架，沒有通過橫斷面的實證研究來驗證，存在一定的局限性；其次僅以植物角這類尚未被高度符號化的創新性產品作為研究案例，對于現有產品的迭代，尚未開展類似的實驗。鑒于這兩處不足，凸顯了未來一個重要的研究方向，將致力于該方法的實證研究和普適應研究。雖然智能輔助設計工具在設計構思過程中為設計師提供了大量的靈感來源，但在現階段的設計輸出過程中仍缺少方案落地性等方面的考量，在方案的結構表達上存在明顯的錯誤，設計細節及人機尺寸也難以表達到位，在設計的關鍵環節上仍需要設計師結合自己的經驗把控和深化方案，至少在現階段這一點是AIGC無法取代的。但作為設計師本身要優化自身的核心競爭力以迎接這場數智變革，利用AIGC技術將自身從傳統的創意產出者轉變為具備系統性思考和規劃能力的綜合性人才，以推動數智時代下設計領域的高質量發展。

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