石元伍 衛(wèi)璐

摘要：為更好地繼承和發(fā)揚(yáng)同族群產(chǎn)品和參考產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，降低消毒機(jī)器人造型推敲階段的主觀性，提升產(chǎn)品造型與用戶需求的匹配程度，旨在設(shè)計(jì)一款消毒機(jī)器人為醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供一體化消毒解決方案。構(gòu)建消毒機(jī)器人風(fēng)格意象的感性詞匯資料庫確定產(chǎn)品風(fēng)格意向，并基于形狀文法進(jìn)行產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。以消毒機(jī)器人的風(fēng)格意象定位為基礎(chǔ)，從最終選擇的同族群產(chǎn)品和可參考的產(chǎn)品中提取能夠反映用戶需求的形態(tài)特征，作為形狀推演的形態(tài)元素，對消毒機(jī)器人造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終確定消毒機(jī)器人造型設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方法與產(chǎn)品方案為同類產(chǎn)品提供參考。

關(guān)鍵詞：形狀文法消毒機(jī)器人產(chǎn)品風(fēng)格意象 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

中圖分類號：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 03-0120-04

引言

伴隨著人們生活水平的日益提高，消費(fèi)者的消費(fèi)模式已然發(fā)生轉(zhuǎn)變。現(xiàn)如今讓消費(fèi)者欣然買單的不再是單一的商品，而對于商品帶來的體驗(yàn)感與場景感也是十分注重的。消費(fèi)形態(tài)的轉(zhuǎn)變使得市面上的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)從功能第一轉(zhuǎn)而傾向于情感的表達(dá)。傳達(dá)情感的有效途徑之一便是產(chǎn)品的風(fēng)格[1]。產(chǎn)品的風(fēng)格特征傳遞出產(chǎn)品隱含的社會文化信息，不僅能使人們體驗(yàn)到“物質(zhì)功能”，同時還能感受到“精神功能”[2]。由于成熟的產(chǎn)品在技術(shù)、材料、功能等方面的差異日漸縮小，生產(chǎn)者為了使自己的產(chǎn)品從市場上的眾多同類產(chǎn)品中脫穎而出，產(chǎn)品的“精神”方面便受到了更多的重視。這一變化要求設(shè)計(jì)師們準(zhǔn)確地掌握消費(fèi)者真實(shí)的感覺和期望進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師需要通過對同領(lǐng)域或與之相接近領(lǐng)域的產(chǎn)品進(jìn)行研究，傳承優(yōu)點(diǎn)，從而做到真正理解消費(fèi)者對產(chǎn)品的情感認(rèn)知并在產(chǎn)品中傳遞，以更好的滿足目標(biāo)群體的要求。

產(chǎn)品的造型是設(shè)計(jì)師與消費(fèi)者溝通的重要媒介。目前，國內(nèi)具體的輔助造型設(shè)計(jì)方法上，文獻(xiàn)較少。在輔助造型設(shè)計(jì)方法中，形狀文法是較為實(shí)用的一種。在此前基于形狀文法的研究中，重點(diǎn)關(guān)注的是目標(biāo)產(chǎn)品及其本領(lǐng)域產(chǎn)品的形態(tài)研究，而對于跨領(lǐng)域形態(tài)知識的運(yùn)用主要憑借設(shè)計(jì)人員自身累積的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有較大主觀性。如國內(nèi)學(xué)者孫志學(xué)[3]等人基于形狀文法，提出了通過感性情感、功能、技術(shù)條件的約束制定形狀推演的規(guī)則的方法，將形狀文法與感性工學(xué)、技術(shù)驅(qū)動相結(jié)合，對形狀推演的過程形成多個因素制約進(jìn)行設(shè)計(jì)。李雪瑞[4]等人基于用戶感性需求，綜合運(yùn)用多個學(xué)科的知識，如生物學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科，基于形狀文法理論開發(fā)了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)引擎，最終應(yīng)用于設(shè)計(jì)之中。李陽和許占民[5]通過風(fēng)格意向約束及尺寸、形狀、空間關(guān)系等物理約束進(jìn)行造型推演，將文法化邏輯演繹和物理約束結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

世界衛(wèi)生組織的報告顯示，由于醫(yī)院感染，世界每年有數(shù)億患者接受住院治療，醫(yī)院感染使得其治療、護(hù)理過程變得更加復(fù)雜。針對醫(yī)院內(nèi)環(huán)境問題市面上推出了消毒機(jī)器人。但目前市面上的消毒機(jī)器人外形偏向于功能因素的制約，設(shè)計(jì)感較差，而在醫(yī)院這樣一個特殊的環(huán)境里，功能因素固然是首位，但產(chǎn)品的“精神”方面也是不容小覷的。因此企業(yè)在注重產(chǎn)品功能的同時，同樣需要賦予產(chǎn)品以特殊形態(tài)與風(fēng)格意象，提升產(chǎn)品的造型和醫(yī)院內(nèi)用戶需求的匹配程度?；谝陨涎芯?，本文提出引入形狀文法，從消毒機(jī)器人本族群和參考產(chǎn)品中提取能夠滿足用戶需求的形態(tài)，作為形狀推演的形態(tài)元素，優(yōu)化消毒機(jī)器人的造型。

一、研究方法

（1）采集并篩選出能夠表達(dá)產(chǎn)品風(fēng)格的意象詞匯，根據(jù)使用環(huán)境確定目標(biāo)人群，并通過問卷、實(shí)地訪談等掌握目標(biāo)人群的真實(shí)感受以及對產(chǎn)品的期望，從而確定產(chǎn)品風(fēng)格意象。

（2）根據(jù)產(chǎn)品的風(fēng)格意象定位，選擇合適的目標(biāo)產(chǎn)品的同族產(chǎn)品，構(gòu)建相同族群產(chǎn)品集Rf，并選擇具有相同選擇與目標(biāo)產(chǎn)品意象定位一致、功能上相關(guān)性較高的非同族群產(chǎn)品，構(gòu)建其他可參考產(chǎn)品集Rrt。

（3）由經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師分析同族群產(chǎn)品集和其他可參考產(chǎn)品集的形態(tài)，并提取與目標(biāo)產(chǎn)品風(fēng)格意象定位一致的形態(tài)要素。

（4）對上一階段所提取的形態(tài)元素進(jìn)行分析，通過形狀文法關(guān)系與規(guī)則來描述設(shè)計(jì)的空間組織或形態(tài)組成，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景對產(chǎn)品的要求，對尺寸進(jìn)行約束，構(gòu)造產(chǎn)品外觀空間。

（5）有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師在眾多設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行初步篩選，方案從造型美感、風(fēng)格意象等方面進(jìn)行評價后選出最終方案進(jìn)行三維模型構(gòu)建與渲染。

二、產(chǎn)品研究與形態(tài)推演過程

（一）消毒機(jī)器人風(fēng)格意向確立

1.消毒機(jī)器人感性意象詞匯搜集

意象詞匯表達(dá)了用戶對產(chǎn)品外觀和特征的感知，并代表了用戶的主觀感受。在設(shè)計(jì)的早期階段，應(yīng)收集盡可能多的，與產(chǎn)品有關(guān)的詞匯，以反映用戶對產(chǎn)品的看法。

感性意象詞匯搜集階段的主要工作是廣泛搜集消毒機(jī)器人的購買者、使用者等人群對于消毒機(jī)器人的感性意象。通過網(wǎng)絡(luò)、期刊、報紙等方式共獲得200個感性意象詞匯。在這一階段僅搜集與消毒機(jī)器人相關(guān)的感性表達(dá)形容詞，不作篩選。

2.感性詞匯提取

感性意象詞匯提取分為兩個階段進(jìn)行。第一階段，刪減與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不一致、生僻或語義過于相近的詞匯，得到60個與消毒機(jī)器人產(chǎn)品風(fēng)格相關(guān)的初級感性詞匯，形成30對感性詞對。

在第二階段，最終將30對詞匯分為10類，并基于K-Means聚類分析法對結(jié)果進(jìn)行分析，選取每個分類中與中心歐幾里距離最近的樣本的作為此類別中的代表詞，最終得出（如表1）中的10組最能夠精確代表使用者對消毒機(jī)器人風(fēng)格感受的感性詞對。

招聘39名被調(diào)查對象，其中用戶（醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生、護(hù)士、患者）、制造商、設(shè)計(jì)師各13名，根據(jù)非常重要、重要、較為重要、輕微重要、不重要5種偏好程度對感性詞匯進(jìn)行打分。分別記為5、4、3、2、1分。使用sPss軟件來計(jì)算結(jié)果，當(dāng)共同度不低于0.5時，則代表該詞比較理想;平均值大小和感性詞匯的重要度成正比。分析結(jié)果（如表2）。

通過感性意向詞匯分析，選取共同度和平均值大的兩組形容詞對，最終確定消毒機(jī)器人的意向定位為簡約、親近的。

（二）消毒機(jī)器人形狀文法造型設(shè)計(jì)

1.形狀文法理論

形狀文法（Shape Grammar，SG）始于1972年，最初由MIT建筑系George Stiny教授首次提出[6]。此后，國內(nèi)外眾多學(xué)者都對其有一定研究，如美國學(xué)者Kirch、國內(nèi)學(xué)者孫守遷、孫志學(xué)等。通過形狀文法既可以使產(chǎn)品按照一定的規(guī)則生成新的形狀，又產(chǎn)品不失品牌的延續(xù)性[7-8]，同時也可以衍生出新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案[9]。

形狀文法是通過計(jì)算機(jī)輔助（CAD）的方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]，可表示為：SG=（S、L、R、1），其中SG表示S經(jīng)推演規(guī)則衍生的形狀集，S是初始形狀的有限集合;L是符號的有限集合;R是推演規(guī)則的有限集合;l是用于推演的初始形狀。

2.形狀文法推演規(guī)則

（1）置換：用其他產(chǎn)品部分形態(tài)曲線替換某產(chǎn)品的現(xiàn)有形態(tài)曲線的變化，可表示為：TOS=S”，如，S={○，◇，☆），TOS ={○，◇，口）。

（2）增刪：增加或刪除初始形狀的部分或全部形態(tài)曲線，可表示為：增加.TIS=S◎Sl=S U si-sn si，如，S={○，◇，☆），Sl={○，△），則TIS={○，◇，☆，△k刪除：T25=S -51，如.s={○，◇，☆，口，△），si={○，◇，口}，則T2S={☆，△}。可以看到，對于形狀增加推理，s∩si可為空，對于刪除操作則需有Sl S。

（3）縮放：縮小或放大初始形狀的部分或全部曲線，可表示為：

當(dāng)λ>1時為擴(kuò)大變換;當(dāng)O<λ

（4）鏡像：初始形狀的部分或全部曲線延某一軸線發(fā)生翻轉(zhuǎn)，可表示為：

當(dāng)k<0時，若kx=-l，ky=l，則為S沿y軸鏡像;若kx=l，ky=-l，則為S沿x軸鏡像;其他鏡像變換可由這兩種鏡像操作得到。

（5）復(fù)制：對初始形狀曲線進(jìn)行復(fù)制、移動操作。

其中，N為復(fù)制操作次數(shù)，M為復(fù)制操作后形狀位置的變動。n≥0且n∈Z：當(dāng)n=0時，則表示形狀S未復(fù)制，僅在x，y方向的位移為mx， my。

（6）旋轉(zhuǎn)：對初始形狀進(jìn)行角度變換。

其中，e為圖形S繞坐標(biāo)軸原點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)的角度。

（7）錯切：錯切變換是改變圖形S的坐標(biāo)值的方法，在繼承原有圖形特征的同時也進(jìn)行了變化，可以表示為其中，hx，hy分別為S在x，y方向上的錯切量。（8）坐標(biāo)微調(diào)：

其中，△x，△y分別為S的坐標(biāo)變動量。

3.消毒機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路

為了明確消毒機(jī)器人的主要造型要素，邀請5名有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師對樣本進(jìn)行形態(tài)層次分析，最終將消毒機(jī)器人造型元素歸納為：頂部消毒液噴射孔、消毒劑分散裝置、升降臺、機(jī)身、手推握把、平板顯示器、運(yùn)行狀態(tài)指示燈、靜音萬向輪及剎車腳輪。由于平板顯示器、狀態(tài)運(yùn)行指示燈、靜音萬向輪及剎車腳輪、等屬于采購標(biāo)準(zhǔn)件，故在分析時不予考慮。通過形態(tài)分析法可知，在消毒機(jī)器人造型特征的層次結(jié)構(gòu)中，機(jī)身處于中間過渡層，承接消毒機(jī)器人頂部消毒液噴射孔及底部底盤，是造型信息最為豐富的一層，如Rl機(jī)身采用的是小圓角方形的設(shè)計(jì)，給人以安全的感受，R5、R6則采用的擬人形態(tài)設(shè)計(jì)，給人以親和感，R7采用的是圓柱形的機(jī)身設(shè)計(jì)，更加節(jié)省空間。擬200份問卷對醫(yī)院環(huán)境內(nèi)人群：醫(yī)生、護(hù)士、患者、患者家屬等進(jìn)行調(diào)查，實(shí)際收回問卷188份。問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果（如表3）所示。通過形態(tài)分析及問卷調(diào)查最終得知不同的機(jī)身形狀給人以不同的感受，56.8%與45.7%的醫(yī)院環(huán)境內(nèi)人群認(rèn)為機(jī)身形狀是最能夠體現(xiàn)產(chǎn)品整體簡約、親近的特性的部分，故這里以機(jī)身作為研究對象來研究消毒機(jī)器人造型風(fēng)格。

4.目標(biāo)產(chǎn)品分析

5.產(chǎn)品選取、機(jī)身形態(tài)元素分析

根據(jù)前期得出的對消毒機(jī)器人親近、簡約的意象定位，選取以下可供參考的消毒機(jī)器人同族產(chǎn)品與其他可供參考的產(chǎn)品，因空氣凈化器產(chǎn)品簡約、親和的外觀和目標(biāo)產(chǎn)品意向定位一致，且功能與目標(biāo)產(chǎn)品較為接近，因此將空氣凈化器作為可參考產(chǎn)品（如表4）。

6.產(chǎn)品形態(tài)演變過程

由曲線集合{CIC2，C2C3，C4C5，C5C6，C6C7，C7C8，C8C9，C9Cl0，ClOCll，C12Cl}構(gòu)成目標(biāo)產(chǎn)品的形狀（如圖1）所示。從（表4）的同族產(chǎn)品中選取R2，異族產(chǎn)品中選取Rr2、Rr3、Rr6作為初始形態(tài)進(jìn)行演變。對演變的尺寸進(jìn)行約束：500mm≤L（長）<675mm，600mm

在（如圖2）中，rl代表置換，r2代表增刪，r3代表縮放，r4代表鏡像，r5代表復(fù)制，r8代表坐標(biāo)微調(diào)。

7.方案生成

將形狀文法運(yùn)用于消毒機(jī)器人形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，能夠生成大量方案群，方案群包括推演過程中生成的方案及推演完成的最終方案。從生成的初步方案中篩選出4個機(jī)身組成整體消毒機(jī)器人方案，基于語義差分法從簡約、現(xiàn)代的角度對生成的4個方案進(jìn)行問卷調(diào)查，該階段邀請20位醫(yī)生、護(hù)士、患者對選出的4個樣本進(jìn)行造型意向評價，通過主觀感受的評價方式，從簡約、現(xiàn)代的角度采用7階態(tài)度量表，量表賦值為-3～3，數(shù)值3代表該樣本與風(fēng)格意向相匹配，數(shù)值O代表普通，_3則表示該樣本偏離風(fēng)格意向較遠(yuǎn)，（如表5）所示。

通過（如表5）可得出結(jié)論，四個方案中，Rl給人以更加親近、簡約的感受，R3次之。即R1>R3>R2>R4.。故對Rl進(jìn)行深入建模（如圖3）。

結(jié)論

通過深入了解目標(biāo)人群對消毒機(jī)器人產(chǎn)品風(fēng)格意象傾向后，結(jié)合分析消毒機(jī)器人外部形狀特征的基礎(chǔ)上，本文基于形狀文法，根據(jù)產(chǎn)品的意象定位，選取目標(biāo)產(chǎn)品的同族群產(chǎn)品和非同族群產(chǎn)品，并對其形態(tài)進(jìn)行分析。通過產(chǎn)品風(fēng)格意象確立、目標(biāo)產(chǎn)品分析、同類產(chǎn)品和參考產(chǎn)品形態(tài)篩選及分析、產(chǎn)品形態(tài)演變過程、最終方案生成等5個步驟來進(jìn)行論述。結(jié)果表明，該方法既能夠繼承產(chǎn)品本身的優(yōu)勢之處，同時也能夠從其他參考產(chǎn)品中獲得形態(tài)元素，結(jié)合兩者優(yōu)勢之處加以設(shè)計(jì)以做到更好地理解消費(fèi)者對于產(chǎn)品的情感認(rèn)知，并通過產(chǎn)品來滿足目標(biāo)群體的需求。為今后的產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)提供參考。.

參考文獻(xiàn)

[1]羅仕鑒，朱上上用戶的產(chǎn)品造型風(fēng)格感性認(rèn)知研究[J]包裝工程，2005 （03）：179-182

[2]王凱，孫守遷，楊穎基于風(fēng)格描述的產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)[J]包裝工程，2004 （02）：148-150

[3]孫志學(xué)，杜鶴民基于形狀文法的多因素驅(qū)動應(yīng)急通信車造型設(shè)計(jì)[J]機(jī)械設(shè)計(jì)，2014，31 （10）：97-101

[4]李雪瑞，余隋懷，初建杰，陳登凱意象驅(qū)動的產(chǎn)品形態(tài)基因網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建與應(yīng)用[J]計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2018，24 （02）：464 473

[5]李陽，許占民產(chǎn)品造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的文法化推演研究[J]機(jī)械設(shè)計(jì)，2017，34 （06）：124-128

[6]StinyGJntroduction to sbape and sbape∞mmar[J] .Environment and Plami11g and Design，1980，7 （3）：343-351

[7] Japy， CraigM Speaking the buicklanguage： capturing，understand/ng，and exploring brandidentity with shapegrarmnars[J] Design Studys， 2004， 25 （1）： 1-29

[8] MicheIJ， Caganj Capturinga rebel： modeling the harleydavidson brand througha motorcycle shape grammar[J]Researchingin Engiueering Design， 2002， 13 （3）：139 156

[9] ChaoFangliu，Hung Chjalien Renovation of form concepts1”product design： case study ofa digitalcamera[J]Journal ofScienceandEnglneering Technlogy，2005（3）：29-55

[10]孫志學(xué)，杜鶴民基于形狀文法的多因素驅(qū)動應(yīng)急通信車造型設(shè)計(jì)[J]機(jī)械設(shè)計(jì)，2014，31 （10）：97-101盧兆麟，湯文成，薛澄岐簡論形狀文法及其在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]裝飾，2010 （02）：102-103

[11]張碩基于聯(lián)合分析法的機(jī)器人頭部形態(tài)研究[J]設(shè)計(jì)，2017，30 （11）：108-109

[12]鐘煒瑯于帆，戈文電子加工放板機(jī)器人操作界面分析研究[J]設(shè)計(jì)，2017，30 （7）：136-138