王偉偉，張 陽，金秋宇，宋靜玲Wang Weiwei& Zhang Yang& Jin Qiuyu& Song Jingling

(1.陜西科技大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院，陜西西安 710021; 2.西安理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西西安 710048）

隨著人們生活水平的提高，用戶對家具產(chǎn)品的需求不僅僅停留在功能需求方面，對審美及體驗(yàn)也有了更高的要求。產(chǎn)品創(chuàng)新是家具設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展的動力，立足用戶需求的家具產(chǎn)品有利于企業(yè)在市場中獲取競爭優(yōu)勢，但現(xiàn)有家具產(chǎn)品創(chuàng)新存在需求模糊、信息繁雜及大量不確定性因素，不利于設(shè)計(jì)方案產(chǎn)出。依靠設(shè)計(jì)師主觀經(jīng)驗(yàn)推演創(chuàng)新方案往往具有不穩(wěn)定性因素，導(dǎo)致設(shè)計(jì)求解往往缺乏準(zhǔn)確性與合理性，難以滿足用戶實(shí)際情境使用需求。針對以上問題，文章從家具使用情境的角度開展研究，通過梳理情境三要素：用戶、產(chǎn)品、環(huán)境三者之間的交互關(guān)系（圖1）構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程方法，提高家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和有效性。

1 基于情境分析與FBS模型的設(shè)計(jì)方法構(gòu)建

1.1 情境分析與FBS模型方法概述

情境分析是一種設(shè)計(jì)知識表達(dá)的過程，用于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段，它要求設(shè)計(jì)師充分依據(jù)現(xiàn)有要素，發(fā)揮自身想象，將產(chǎn)品的使用者置于使用情境之中，通過探討使用情境中所存在的問題與要素，提出解決問題的方法與途徑，進(jìn)而找到產(chǎn)品概念定位和設(shè)計(jì)突破口，最終形成合理的設(shè)計(jì)方案[1]。在相關(guān)研究方面，劉曉敏等[2]在情境類比過程中發(fā)現(xiàn)拓展集成模型應(yīng)用研究，提出驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新方法。周琳瑯等[3]對文化元素與產(chǎn)品功能點(diǎn)建立連接，準(zhǔn)確把握用戶需求構(gòu)建情境整合的文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。王有遠(yuǎn)[4]等將面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的情境信息作為限制條件，提出基于情境約束條件新的知識聚類方法，有效提高了知識推送的精度。以上研究，明確了情境對創(chuàng)新活動的驅(qū)動作用，有效收斂發(fā)散的產(chǎn)品創(chuàng)新概念，但關(guān)于如何開展情境分析指導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新方法流程的研究仍較缺乏。

圖1 使用情境的構(gòu)成

圖2 流程框架圖

表1 九分制標(biāo)度及其定義

FBS(Function Behavior Structure, FBS)模型是John S.Gero等人對產(chǎn)品創(chuàng)新過程提出的研究方法論，該模型通過建立產(chǎn)品功能-行為-結(jié)構(gòu)層級映射，為模糊的設(shè)計(jì)活動提供了科學(xué)的結(jié)構(gòu)體系，為設(shè)計(jì)者創(chuàng)造更多完善、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕鉀Q問題方法[5-6]。張青等[7]通過建立Ra-FBS模型，分析用戶需求與設(shè)計(jì)過程的關(guān)系，尋找用戶需求的最優(yōu)解。周祺等[8]結(jié)合模糊KANO與FBS模型探索最優(yōu)設(shè)計(jì)要素，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的滿意系數(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用。王年文等[9]構(gòu)建基于FBS與可拓變換的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用層級映射與可拓變換擴(kuò)大了方案再設(shè)計(jì)的新思路。FBS模型通過層級映射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了功能、行為、結(jié)構(gòu)的有效轉(zhuǎn)換，為設(shè)計(jì)者提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)要素求解思路，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要工具。

1.2 情境分析與FBS模型的家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

文章運(yùn)用情境分析厘清家具設(shè)計(jì)創(chuàng)新的機(jī)會點(diǎn)，將FBS模型作為創(chuàng)意轉(zhuǎn)化的主要工具，構(gòu)建需求獲取與設(shè)計(jì)要素轉(zhuǎn)換的邏輯方法，融合情境分析與FBS模型互補(bǔ)的特性，構(gòu)建科學(xué)指導(dǎo)家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程。研究模型如圖2所示：通過用戶調(diào)研獲取家具主要設(shè)計(jì)特性，開展情境分析尋找使用情境的內(nèi)部聯(lián)系與規(guī)律，分析問題沖突，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立約束條件規(guī)約模糊的設(shè)計(jì)概念，最后利用FBS模型三種變量的層級映射落實(shí)創(chuàng)新方案，探索家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)新形勢。

步驟1，確定家具主要設(shè)計(jì)特性。用戶對家具的了解通常僅停留在使用層面，需求描述往往具有局部性與模糊性。根據(jù)問卷調(diào)查與訪談法明晰用戶對家具特性的需求，運(yùn)用AHP分析法結(jié)合專家意見對家具特性進(jìn)行層級歸類[10]，由權(quán)重排序結(jié)果得出家具主要設(shè)計(jì)特性；

步驟2，討論情境問題。因用戶認(rèn)知水平存在差異，設(shè)計(jì)研究人員需從側(cè)面引導(dǎo)用戶完整地描述使用情境的問題，應(yīng)對內(nèi)外環(huán)境特征進(jìn)行綜合考量，進(jìn)而根據(jù)問題描述分析問題沖突；

步驟3，建立設(shè)計(jì)規(guī)約。根據(jù)家具功能、外觀、體驗(yàn)三個方面，建立功能性約束、審美性約束、一致性約束的設(shè)計(jì)規(guī)約?；谠O(shè)計(jì)約束條件發(fā)散創(chuàng)新概念思路，針對情境問題尋找求解方向；

步驟4，運(yùn)用FBS模型。利用該模型層級映射的邏輯關(guān)系，逐步對期望功能、預(yù)期行為、結(jié)構(gòu)進(jìn)行層級映射，明確相關(guān)設(shè)計(jì)要素；

步驟5，輸出設(shè)計(jì)方案。對FBS模型得出的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行整合，輸出家具設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案。

2 情境分析與FBS的家具創(chuàng)新方法原理

首先開展用戶調(diào)研，目的是運(yùn)用層次分析法計(jì)算家具設(shè)計(jì)要素權(quán)重排序，明確家具主要設(shè)計(jì)特性。針對主要特性進(jìn)行情境分析，挖掘情境存在的問題及沖突，進(jìn)而建立約束條件指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化方向。最后運(yùn)用FBS模型實(shí)現(xiàn)功能與設(shè)計(jì)要素的轉(zhuǎn)換。燈具在室內(nèi)環(huán)境中是提供照明的功能設(shè)備，也是體現(xiàn)設(shè)計(jì)主題的重要角色[11]，基于此文章以臺燈使用情境為例進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。

2.1 計(jì)算家具設(shè)計(jì)要素權(quán)重

(1)本次調(diào)研對象是陜西科技大學(xué)18-26歲的在校學(xué)生，該群體在宿舍情境下日常使用臺燈頻率較高。首先對臺燈市場進(jìn)行調(diào)查，整理臺燈設(shè)計(jì)要素輸出調(diào)查問卷，選擇80位滿足條件的學(xué)生展開調(diào)研，運(yùn)用問卷調(diào)查及訪談法[12]獲取用戶對臺燈特性的看法及評價，篩除無效問卷，獲得有效問卷74份；根據(jù)AHP層次分析法對臺燈特性進(jìn)行定量分析，結(jié)合系統(tǒng)遞階層次結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)各設(shè)計(jì)要素之間的關(guān)系；建立兩兩判斷矩陣，判斷矩陣表示針對上一層次的某元素，本層次與它有關(guān)的元素之間相對重要的比較[13]，其中任何矩陣都應(yīng)該滿足：

表2 臺燈設(shè)計(jì)要素評價體系

圖3 情境分析模型框架

圖4 FBS模型輸出流程圖

表3 A-B用戶需求指標(biāo)

表4 權(quán)重分布詳細(xì)數(shù)據(jù)

表5 構(gòu)建臺燈情境分析

（2）建立評價指標(biāo)體系。將上一步收集到的用戶信息匯總，根據(jù)專家意見對調(diào)查過程中頻率較高的產(chǎn)品特性進(jìn)行分類歸納，分析各要素之間的關(guān)系，建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層的遞階層次結(jié)構(gòu)，獲得臺燈設(shè)計(jì)的評價指標(biāo)體系（表2）。

（3）建立判斷矩陣并計(jì)算，根據(jù)專家打分的形式，確定各元素之間的優(yōu)先關(guān)系，得出判斷矩陣，求解矩陣的特征值，對矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

借助Matlab進(jìn)行求解，因Matlab計(jì)算以上權(quán)重值會存在稍許誤差，為增加結(jié)果穩(wěn)定性，對算術(shù)平均法求權(quán)重，幾何平均法求權(quán)重，特征值法求和取平均值，得出目標(biāo)層與準(zhǔn)則層之間的評分分值及指標(biāo)權(quán)重，同理得出準(zhǔn)則層與方案層之間的判斷矩陣，其中中 要均<0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

2.2 建立情境分析框架

根據(jù)家具設(shè)計(jì)特性權(quán)重排序結(jié)果，對主要特性展開研究。通過發(fā)現(xiàn)并改善瓶頸要素使優(yōu)化方案效果最大化，獲取事半功倍的效用。根據(jù)情境描述獲取情境問題，分析問題沖突的相關(guān)要素，明確沖突原因。構(gòu)建約束條件收斂發(fā)散的創(chuàng)新概念，指導(dǎo)沖突的設(shè)計(jì)求解思路。該方法模型框架如圖3所示。

（1）根據(jù)AHP法權(quán)重分析結(jié)果確定家具主要設(shè)計(jì)特性MF（Main feature）。

（2）討論情境問題，結(jié)合問卷調(diào)查與訪談法引導(dǎo)用戶對情境中的主要設(shè)計(jì)特性MF1-MF7進(jìn)行描述，得到主要特性存在的問題痛點(diǎn)P={P1,P2,P3…Pn}，并匯總整理。

圖5 臺燈FBS模型

圖6 臺燈設(shè)計(jì)方案模型圖

圖7 臺燈設(shè)計(jì)方案模型圖

圖8 臺燈設(shè)計(jì)方案模型圖

圖9 臺燈設(shè)計(jì)方案模型圖

（3）明確問題沖突，分析歸納情境問題產(chǎn)生的原因。

（4）探索期望功能。從約束條件出發(fā)，求解情境問題探索期望功能。功能性約束：用戶處于不同的使用情境，對家具功能需求會產(chǎn)生差異，家具功能應(yīng)具備準(zhǔn)確性適配情境下的需求點(diǎn)。審美性約束：家具造型、色彩和材質(zhì)與用戶感知密切相關(guān)。家具外觀要對適宜的材料、形態(tài)及色彩綜合考量，貼合用戶生活情境的審美文化。一致性約束：家具設(shè)計(jì)方案需以人為本，為用戶提供良好的使用體驗(yàn)。設(shè)計(jì)語義應(yīng)符合用戶認(rèn)知習(xí)慣，降低認(rèn)知難度，使用戶能快速了解并掌握產(chǎn)品使用方法。

通過討論情境問題-確定沖突-期望功能，逐步收斂發(fā)散的設(shè)計(jì)概念，厘清思維邏輯，通過明確情境主要瓶頸要素、明確改進(jìn)什么、改成什么樣、如何改進(jìn)，探索快速高效求解的家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。

2.3 運(yùn)用FBS模型求解設(shè)計(jì)方案

創(chuàng)新設(shè)計(jì)是從抽象到具象的信息映射過程。FBS采取自上而下的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)分解模型，建立功能需求與物理結(jié)構(gòu)的求解策略，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡單化，得出創(chuàng)新方案[14]。根據(jù)臺燈FBS模型進(jìn)行搭建，分析功能、行為、結(jié)構(gòu)之間的映射關(guān)系，完成F期望功能,B預(yù)期行為,S對應(yīng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換（圖4）。將上一步獲得的期望功能導(dǎo)入FBS模型中，經(jīng)逐層映射輸出設(shè)計(jì)要素。FBS模型求解過程中約束條件將作為規(guī)約，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)要素是否輸出并保證創(chuàng)新方案滿足情境需求，進(jìn)而整合輸出家具設(shè)計(jì)求解方案[15-16]。

3 臺燈設(shè)計(jì)案例驗(yàn)證

3.1 臺燈設(shè)計(jì)要素權(quán)重排序

構(gòu)建臺燈設(shè)計(jì)目標(biāo)層與準(zhǔn)則層之間的評分分值及指標(biāo)權(quán)重A-B（表3）。同理進(jìn)一步計(jì)算出方案層對目標(biāo)層的組合權(quán)重，權(quán)重分布詳細(xì)數(shù)據(jù)如表4所示。對10個設(shè)計(jì)要素進(jìn)行排序，臺燈設(shè)計(jì)方案的影響權(quán)重從大到小依次為：便于折疊收納（32.76%）、造型形態(tài)（16.47%）、切換冷暖光源（15.12%）、無極亮度調(diào)節(jié)（10.78%）、調(diào)整燈源角度（4.92%）、外觀色彩（6.71%）、按鍵（6.69%）、表面材質(zhì)（2.72%）、點(diǎn)滑（2.72%）、旋鈕（1.11%）。

上述結(jié)果的CR值均小于0.1，通過一致性檢驗(yàn)。其中A-B層級中B2功能權(quán)重最大，產(chǎn)品功能特性應(yīng)作為主要因素，B3交互權(quán)重最小，即臺燈交互方式對用戶相對重要程度較小。因此方案層對目標(biāo)層中，用戶對便于折疊收納C7的功能特性權(quán)重最大，旋鈕交互權(quán)重最小。設(shè)計(jì)創(chuàng)新中折疊收納MF1、造型形態(tài)MF2、冷暖光源MF3、無極亮度調(diào)節(jié)MF4、燈源角度調(diào)節(jié)MF5、外觀顏色MF6、按鍵操作MF7為臺燈設(shè)計(jì)的主要特性。

3.2 臺燈使用情境分析

根據(jù)AHP法所得權(quán)重對MF1-MF7開展情境分析，引導(dǎo)用戶對主要特性進(jìn)行描述，歸納情境問題并厘清原因，得出高校住校學(xué)生的使用情境分析結(jié)果（表5）。其中MF7按鍵操作在情境調(diào)研中未出現(xiàn)相關(guān)沖突，對該特性進(jìn)行保留。

3.3 構(gòu)建臺燈的FBS模型

經(jīng)情境分析結(jié)果建立臺燈的FBS模型進(jìn)行概念與方案的轉(zhuǎn)換（圖5）。首先對期望功能(F)與預(yù)期行為（B）進(jìn)行整合，F(xiàn)1：臺燈應(yīng)具備折疊功能，解決用戶使用空間擁擠的問題。通過旋轉(zhuǎn)和彎折的結(jié)構(gòu)縮小臺燈所占空間，適應(yīng)情境需求；F2：通過旋轉(zhuǎn)、彎折、按壓燈臂的操作方式靈活調(diào)節(jié)角度，滿足多區(qū)域光照需求；F3：通過旋鈕與按鍵操作方式實(shí)現(xiàn)冷暖光切換的需求；F6：根據(jù)旋轉(zhuǎn)及按壓的操作方式實(shí)現(xiàn)便捷的無級調(diào)節(jié)模式。其中以審美性約束對F4、F5進(jìn)行求解，增加多種臺燈設(shè)計(jì)配色方案，對造型形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，提供良好的審美體驗(yàn)。

針對臺燈設(shè)計(jì)的連接結(jié)構(gòu)（S）進(jìn)行分析，根據(jù)用戶操作功能時采用的旋轉(zhuǎn)、彎折、按壓三種交互方式，得出相關(guān)結(jié)構(gòu)。B1旋轉(zhuǎn)操作與S1、S2、S3、S5、S6具有相關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)折疊收納，角度調(diào)節(jié)，無極調(diào)節(jié)，冷暖光切換；B2彎折行為與S1、S3相關(guān)，控制折疊收納與角度調(diào)節(jié)；B3按壓行為與S3、S6具有相關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)與無級調(diào)節(jié)。通過FBS模型完成期望功能、預(yù)期行為以及結(jié)構(gòu)的映射，對相關(guān)要素及操作方式逐層進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)中各要素必要性與相關(guān)性提供參考。

3.4 輸出臺燈創(chuàng)新方案

根據(jù)前期研究結(jié)果完善設(shè)計(jì)機(jī)會點(diǎn)，輸出臺燈創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案（圖6-圖9）。F1燈臂與燈桿連接處可折疊，不使用時便于收納節(jié)約空間。F2燈臂與燈桿的連接處自由調(diào)節(jié)，靈活適應(yīng)多個角度，滿足不同區(qū)域照明需求。F3底座旋鈕一鍵操作實(shí)現(xiàn)模式切換與開關(guān)，提高產(chǎn)品易用性優(yōu)化操作體驗(yàn)。F4臺燈燈臂形態(tài)運(yùn)用圓形幾何造型，提供更大范圍的光照面積，傳遞簡約輕巧的視覺感受。F5提供多種色彩材質(zhì)選擇提高臺燈與環(huán)境的適配度，提升空間審美體驗(yàn)。F6照明強(qiáng)度無極調(diào)節(jié)，通過轉(zhuǎn)動旋鈕裝置可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。另在燈座底部設(shè)置凹槽，為電源線提供收納的空間，解決學(xué)生桌面空間有限及電線繁雜的問題，同時提升臺燈整體造型的審美體驗(yàn)。

4 結(jié)語

文章構(gòu)建了情境分析與FBS模型集成的家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，減少家具創(chuàng)新過程中的模糊性、不確定性所導(dǎo)致的設(shè)計(jì)周期漫長，求解方案與用戶實(shí)際需求存在差異的問題。通過確定家具產(chǎn)品主要特性，收斂前期發(fā)散的設(shè)計(jì)思維，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，指導(dǎo)創(chuàng)新要素求解思路。針對情境需求構(gòu)建創(chuàng)新功能點(diǎn)，整合并輸出創(chuàng)新方案，運(yùn)用情境分析與FBS集成模型解決“存在的問題是什么，選擇什么方法，怎么做”的難點(diǎn)，提出了科學(xué)、合理、快速輸出的家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，并以臺燈創(chuàng)新作為案例應(yīng)用檢驗(yàn)該方法有效性，為家具創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及實(shí)踐提供參考。