池欽 朱韋龍

摘? 要：針對目前產(chǎn)品族成族過程中子代產(chǎn)品與父代產(chǎn)品的族意象風格延續(xù)性與多樣化的問題，通過族意象的泛化和聚類，以父代產(chǎn)品意象作為成族依據(jù)來定位產(chǎn)品族子代產(chǎn)品意象風格來解決。首先，確定父代產(chǎn)品的初始意象，然后大量搜集并篩選相關感性意象和產(chǎn)品樣本。其次，從語義層面提出同族、泛族和異族意象概念，利用感性意象和產(chǎn)品樣本，借助語義差分法和數(shù)量化一類方法，確定意象與樣本之間對應關系，同時利用K-means聚類對意象進行聚類數(shù)不等的兩次聚類，劃定同族、泛族和異族意象詞匯，并確定代表性意象作為目標意象。最后，結合最優(yōu)體現(xiàn)目標意象的造型組合與各目標意象表現(xiàn)最優(yōu)的樣本造型，進行產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計。利用產(chǎn)品族意象的同族、泛族和異族意象概念，作為產(chǎn)品族的成族依據(jù)，更加科學明確地定位產(chǎn)品族子代產(chǎn)品的意象風格，對于產(chǎn)品族的發(fā)展和提升產(chǎn)品族的服務質量具有理論和實踐價值。

關鍵詞：產(chǎn)品族；意象泛化；K-means聚類；感性工學；造型設計

基金項目：本文系甘肅省自然科學基金資助項目“面向大數(shù)據(jù)及多目標驅動的產(chǎn)品族造型個性化定制系統(tǒng)研究”（20JR10RA165）階段性研究成果。

隨著市場競爭日益激烈，制造商在保證大批量、低成本生產(chǎn)的同時，消費者情感需求或所謂的感性需求，已愈加成為產(chǎn)品設計最重要的問題之一[1]。多樣化、動態(tài)化的客戶需求和不確定的競爭環(huán)境已經(jīng)對可持續(xù)產(chǎn)品族形成了挑戰(zhàn)，保持產(chǎn)品族持續(xù)動態(tài)創(chuàng)新、提升自身競爭能力也是當下環(huán)境對企業(yè)提出的更高要求。產(chǎn)品族（Product family， PF）是從通用產(chǎn)品平臺開發(fā)[2]，根據(jù)客戶個性化需求進行快速開發(fā)和制造的系列產(chǎn)品，在保留同族群體的主要產(chǎn)品特征的同時，通過產(chǎn)品演進過程的突變，豐富產(chǎn)品族群造型。目前，產(chǎn)品族成族方法或以技術化、模塊化為主，或挖掘產(chǎn)品族通用造型DNA來應用于統(tǒng)一企業(yè)的不同產(chǎn)品中，使其具有統(tǒng)一的家族化特征[3]。但實際設計中，設計師們往往會從與族意象相近甚至相異的意象風格中尋找設計靈感，豐富產(chǎn)品族的造型風格，使其更具有多樣性。于是本文提出以族意象作為產(chǎn)品族的成族依據(jù)，將族意象作為主要切入點，在繼承父代產(chǎn)品族意象的同時充分挖掘與之相關、相異的意象來拓寬設計資源，更加豐富子代產(chǎn)品族的設計方向和設計目標，并據(jù)此進行產(chǎn)品族創(chuàng)新設計。

一、產(chǎn)品族創(chuàng)新設計

產(chǎn)品族設計是近年來大規(guī)模定制產(chǎn)品設計的主要手段與研究熱點，相關研究學者提出了許多方法和策略。將產(chǎn)品族的意象造型作為遺傳因子進行提取，羅仕鑒等[4]提出產(chǎn)品族設計DNA的研究方法，并以電話機產(chǎn)品族外形設計生成系統(tǒng)為例，研究了電話機外形設計的空間布局關系，設計了DNA的特征轉化，為產(chǎn)品的快速設計和知識工程提供了一定的方法學指導。該方法很好的解決了產(chǎn)品族遺傳因子的提取問題，同時將通用型基因應用于同一企業(yè)的不同系列產(chǎn)品設計中，使其具有家族化特征，但并未將其應用于產(chǎn)品族的動態(tài)演進過程中。為研究產(chǎn)品族的動態(tài)演進方法，周小舟等[5]綜合應用多種感性工學研究方法從現(xiàn)有平臺產(chǎn)品族設計中推導出可用產(chǎn)品族DNA，包括產(chǎn)品族的顯性DNA和隱性DNA，然后將歸納出的顯性及隱形遺傳因子在新一代平臺產(chǎn)品設計實踐中應用和檢驗，為產(chǎn)品族的動態(tài)演進創(chuàng)新設計提供了可行性指導。但該方法仍是以技術、結構、功能為主的顯性DNA作為主要依據(jù)，而意象風格為主的隱形DNA只是作為設計的輔助內容進行參考，子代產(chǎn)品并不能很好的繼承和發(fā)展父代的產(chǎn)品族意象風格。此外，針對模塊化產(chǎn)品族演化，MARTIN等[6]以創(chuàng)新性及多樣性作為產(chǎn)品族演進過程的主要內容，對產(chǎn)品族的演進進行模塊化的創(chuàng)新性設計；王浩倫等[7]從工程設計角度出發(fā)，針對當前產(chǎn)品族動態(tài)演進機制和系統(tǒng)化創(chuàng)新方法研究的不足，提出基于模塊化產(chǎn)品族的模塊功能、結構和特征參數(shù)三層要素合成的模塊化產(chǎn)品族結構模塊通用性指標，實現(xiàn)單個模塊通用性和模塊化產(chǎn)品族整體通用性的衡量；這兩種均是在技術層面提出產(chǎn)品族的模塊化創(chuàng)新設計方法。

綜合上述的研究現(xiàn)狀，確定本文的研究范圍是從意象風格角度挖掘父代產(chǎn)品族意象，同時充分挖掘與之相關、相異的意象來拓寬設計資源，并以此為依據(jù)進行子代產(chǎn)品族意象造型的創(chuàng)新設計。

二、基于族意象泛化的產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計

（一）產(chǎn)品族意象泛化

產(chǎn)品造型體現(xiàn)的意象屬于情感認知范疇。同時，在日益重視“以人為本”設計理念的今天，產(chǎn)品意象對于消費者情感體驗的影響以及對企業(yè)文化形象貢獻也越來越大。通常，設計師通過把握父代產(chǎn)品造型風格，結合自身創(chuàng)意思維和設計經(jīng)驗來進行新設計。如圖1所示的魅族手機系列產(chǎn)品，消費者不僅要求手機性能配置，對于產(chǎn)品造型同樣有所期待，獨樹一幟并且家族特征顯著的產(chǎn)品設計風格能夠很好提升企業(yè)識別度。

但是，有時僅僅依靠設計師憑借自身的設計思維來保證產(chǎn)品族動態(tài)演進過程中的造型風格延續(xù)性和創(chuàng)新性是不夠可靠的，如較大的設計思維差異帶來的設計產(chǎn)品族子代產(chǎn)品造型的大幅度變化，會導致產(chǎn)品族的意象風格斷層，缺乏穩(wěn)定的延續(xù)[8]；同時，進行依照父代產(chǎn)品意象造型，進行局部造型的細微創(chuàng)新，這樣雖然能在一定程度上豐富產(chǎn)品族族間的造型意象風格，但可能導致子代產(chǎn)品族的意象風格與父代太過接近，會造成創(chuàng)新性缺失。

為了解決產(chǎn)品族不能夠很好的依據(jù)意象風格成族的情況，本研究提出通過族意象泛化聚類的方法，實現(xiàn)產(chǎn)品族父代與子代之間產(chǎn)品意象風格的穩(wěn)定延續(xù)與繼承（如圖2）。在父代產(chǎn)品和初始意象詞匯選定的情況下，通過挖掘大量相關意象詞匯，對初始意象詞匯與相關意象詞匯進行聚類。根據(jù)意象詞匯聚類結果，定義與初始意象詞匯意義最為相近的詞匯為“同族”意象詞匯，意義較為相近的詞匯為“泛族”意象詞匯，意義最為疏遠的詞匯為“異族”意象詞匯，然后根據(jù)意象偏好需求確定族群意象風格，定制滿意的族群形態(tài)。

（二）基于產(chǎn)品族意象泛化的產(chǎn)品族造型設計方法研究流程

總體研究流程大體分為三大塊：首先確定父代產(chǎn)品，并確定初始意象風格，同時分別從同類產(chǎn)品、類似產(chǎn)品和不相關產(chǎn)品三個方面來收集意象詞匯，并適當篩選；然后結合收集到的同類產(chǎn)品樣本和意象詞匯制作調查問卷，并利用調研得到的數(shù)據(jù)對意象詞匯進行聚類，確定同族、泛族和異族詞匯；最后依據(jù)意象風格需求并結合感性工學的方法來對子代產(chǎn)品族進行造型設計。

基于感性工學理論[9]分析產(chǎn)品的造型需要依次從三方面入手：通過市場調研分析，獲得產(chǎn)品樣本和意象詞匯；利用形態(tài)分析法[10]，獲得樣本的造型視覺控制要素；利用數(shù)量化一類理論[11]，將消費者定性的感性認知量化，獲得目標意象風格與造型視覺控制要素間的映射關系；借助產(chǎn)品樣本和意象詞匯的調研結果，分別選取各目標意象風格下表現(xiàn)最好的代表產(chǎn)品樣本造型，結合由數(shù)量化一類得到的目標意象風格下最佳造型視覺控制要素組合，進行產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計。具體研究流程如圖3所示。

三、產(chǎn)品族意象泛化聚類

（一）初始意象詞匯的泛化

意象風格是產(chǎn)品的外在感覺，這主要通過設計師的設計策略進行塑造，以滿足消費者的風格偏好[12]。“泛化”指事物由具體、個別向一般擴大的過程[13]。感性意象詞匯的泛化，即是感性意象詞匯由具體到一般，由特指向泛指的演化過程。在根據(jù)初始意象詞匯廣泛收集相關詞匯之后，利用KJ法或聚類分析的方法來對眾多詞匯進行篩選。

對意象詞匯的泛化規(guī)則進行簡單定義：首先根據(jù)父代產(chǎn)品確定初始意象風格，然后分別從各種同類產(chǎn)品、與之功能用途相近的產(chǎn)品、與之完全無關但是熱度較高的產(chǎn)品及詞匯三個方面進行意象詞匯收集匯總。本文以勺子為例進行研究。

首先確定父代產(chǎn)品樣本（如圖4）。經(jīng)過專家討論確定其造型意象風格為“個性的”，但同時兼有“簡約的”實用風格，以該初始族意象作為設計目標進行族意象泛化設計。其勺頸位置的彎曲特征最為明顯，集中體現(xiàn)了該產(chǎn)品的個性化和實用性的特征，故將其作為父代產(chǎn)品最主要的意象特征進行延續(xù)。

然后對初始意象進行泛化。廣泛從上述三個方面對產(chǎn)品意向詞匯進行收集和篩選，同時收集勺子樣本來結合意象詞匯制作SD調查問卷。除了勺子產(chǎn)品外，從與之功能相近的廚具類產(chǎn)品以及目前設計界比較流行的造型風格中收集意象詞匯，詞匯收集結果如表1所示。

表1? 產(chǎn)品意象調查表

通過專家討論去除差異較大或相關性較差的詞匯，得到10個感性意象詞匯：“個性的”“獨特的”“古典的”“高貴的”“文藝的”“美觀的”“圓潤的”“自然的”“整體的”和“簡約的”。

（二）意象詞匯的聚類

對初始意象詞匯泛化可以得到若干與之相關的詞匯，經(jīng)過初步篩選之后需要對這些詞匯進行聚類操作。利用最經(jīng)典的K-means算法來將包括初始意象詞匯在內的所有詞匯進行聚類數(shù)不等的兩次聚類，且第二次的聚類數(shù)較第一次少一次的方法來進行詞匯族群的劃分。

由于要將詞匯最終聚為同族、泛族、異族3類，所以意象詞匯聚類的具體步驟如下：

1.在初次聚類時，將初始意象詞匯在內的全部意象詞匯聚為3類，并將離聚類中心距離最近的詞匯作為該類的代表意象詞匯，得到3個類和3個代表意象詞匯。

2.再將意象詞匯聚為2類，同樣將離聚類中心距離最小的詞匯作為該類的代表意象詞匯，得到2個類和2個代表意象詞匯。

3.對照2次聚類結果，可以得到初始意象詞匯的同族詞匯、泛族意象詞匯和異族意象詞匯。

根據(jù)K-means算法聚類原理以及意象詞匯聚類結果，確定意象詞匯的同族意象詞匯、泛族意象詞匯和異族意象詞匯，如下：

1.泛族意象詞匯

在首次聚類時，單獨聚為一類，而在第二次聚類時，與初始意象詞匯所在類同時聚為一類的詞匯，它們相互間距離更加接近，語義也更加接近，因此在聚類數(shù)減少一類的情況下將其合并為一類，于是可以將其定義為初始意象詞匯的泛族詞匯。

2.同族意象詞匯

初次聚類時，即與初始意象詞匯同聚為一類的詞匯，在語義上最為接近，則可認為這些詞匯為初始意象詞匯的同族詞匯。

3.異族意象詞匯

第一次與第二次聚類時，都未與初始意象詞匯聚為同類的詞匯，其在語義上與初始意象詞匯最為疏遠，可認為是初始意象詞匯的異族詞匯。

其中，如果出現(xiàn)第二次聚類時，初始意象詞匯所在的一類與其他兩類詞匯的距離恰巧相等的情況時，可以在詞匯泛化后利用KJ法篩選的時候，再次選取不同的意象詞匯數(shù)目來進行聚類，直至聚類成功。

同時，在將泛化的意象詞匯進行聚類分族之前，首先需要收集產(chǎn)品樣本之后結合意象詞匯制作調查問卷，根據(jù)調研數(shù)據(jù)對意象詞匯進行聚類。從各種購物網(wǎng)站和設計網(wǎng)站廣泛收集勺子圖片樣本，去除相似性較高的樣本，采用專家測評和小組討論的方法，從中篩選出最具有代表性的樣本15個，并進行去色和去品牌處理后分別編號（如表2）。

結合10個代表性意象詞匯和15個樣本，應用語義差分法[14]制作5級SD調查問卷來識別意象詞匯和族群樣本的對應關系，作為后期形態(tài)編碼和造型泛化設計的對象；邀請15名設計類專業(yè)的同學以及普通用戶填寫調查問卷，并計算意象評價均值。

根據(jù)問卷調查得到的代表性產(chǎn)品樣本與各個意象評價詞匯對應關系，將這10個詞匯分為3類進行K-means聚類，得到聚類結果：“古典的”“高貴的”“文藝的”“美觀的”為一類，其中以距離聚類中心最近的詞匯“文藝的”作為代表詞匯；“個性的”“獨特的”為一類，其中以“個性的”作為代表詞匯；“圓潤的”“自然的”“整體的”“簡約的”為一類，其中以距離聚類中心最近的詞匯“簡約的”作為代表詞匯。

然后，將這些詞匯再次進行聚類，分為2類詞匯。結果，“個性的”“獨特的”“古典的”“高貴的”“文藝的”“美觀的”為一類，其中以距離聚類中心最近的“文藝的”作為代表詞匯；“圓潤的”“自然的”“整體的”“簡約的”為一類，其中“簡約的”為代表詞匯。聚類劃分結果如圖5所示。

依據(jù)對同族詞匯、泛族詞匯和異族詞匯的定義，綜合兩次聚類的聚類結果，可以確定初始意象詞匯“個性的”的同族詞匯、泛族詞匯和異族詞匯如表3所示。

四、產(chǎn)品族意象造型分析與設計

（一）建立意象與視覺控制要素之間的映射關系

應用形態(tài)分析法對15個代表性樣本進行形態(tài)分解，分析、歸納出勺子的造型視覺控制要素（項目）及其分類，將勺子的整體分為勺頭、勺把和勺柄三個部分。同時，根據(jù)樣本勺頭造型，可分類三個類目，分別為類圓形、水滴形、不規(guī)則形；根據(jù)樣本勺把造型，可分為細長型、寬厚形以及綜合形；根據(jù)勺柄造型，可分為纖薄形、寬大形和有機形三種類目。

將15個代表性樣本勺子的三部分視覺控制要素進行量化，編寫二進制類目反應值，并結合初始產(chǎn)品族意象“個性的”，以及泛化聚類后得到的泛族意象代表性詞匯“文藝的”、異族意象代表性詞匯“簡約的”，利用數(shù)量化一類理論，進行造型意象與視覺控制要素之間的映射關系分析，得到勺子造型視覺控制要素意象分析結果。代表性樣本勺子的三部分視覺控制要素類目反應值與意象分析結果分別如表4和表5所示。

根據(jù)勺子造型視覺控制要素意象分析結果，“個性的”“文藝的”以及“簡約的”的復相關系數(shù)分別為0.7863、0.61和0.699，這表明表中數(shù)據(jù)精度較高。同時，根據(jù)數(shù)量化一類理論，偏相關系數(shù)可表示造型要素的重要性，標準系數(shù)可表示具體造型類目對意象風格的貢獻值。因此，可借助這些數(shù)據(jù)輔助設計師實現(xiàn)，在更加緊貼目標意象下，進行產(chǎn)品族意象造型設計。

同時根據(jù)表5，以偏相關系數(shù)大于0.5可認為該造型設計要素能夠體現(xiàn)意象風格，并根據(jù)標準系數(shù)絕對值大小確定該造型設計要素下最能體現(xiàn)該意象風格的造型類目?？梢源_定，在產(chǎn)品族意象，即初始意象風格“個性的”下，勺把部位的寬厚形造型以及勺柄部位的有機形造型最能體現(xiàn)其意象；在泛族意象“文藝的”下，勺柄部位的有機形造型最能體現(xiàn)其意象；在異族意象“簡約的”下，勺頭部位的類圓形造型和勺把部位的寬厚形造型，以及勺柄部位的有機形造型，最能體現(xiàn)其意象。同時，可知，在勺頭部位下，類圓形造型最能體現(xiàn)勺子的“個性的”與“簡約的”以及“文藝的”意象；在勺把部位下，寬厚形造型最能體現(xiàn)勺子的產(chǎn)品族意象以及泛族、異族意象；在勺柄部位下，有機形造型最能體現(xiàn)此三種意象。

因此，綜合上述分析，在進行勺子的產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計時，勺頭部位可選擇類圓形，勺把部位可選擇寬厚形，勺柄部位可選擇有機形，依此可以綜合體現(xiàn)產(chǎn)品族意象“個性的”，以及泛族意象“簡約的”和異族意象“文藝的”意象。

（二）產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計

根據(jù)產(chǎn)品樣本意象造型評價問卷結果，其中對于初始意象“個性的”評價最高的是樣本8，對于泛族意象“文藝的”評價最高的是樣本8，對于異族意象“簡約的”評價最高的是樣本10。結合表5中各個意象風格下最能體現(xiàn)其意象風格的勺子造型部位，將各個意象風格下的最優(yōu)產(chǎn)品樣本造型進行比較，如表6所示。

由表6可知，為了能夠同時表現(xiàn)“個性的”“文藝的”“簡約的”意象風格，可以選擇類圓形的勺頭、綜合形的勺把、有機形的勺柄組成勺子造型，或者選擇類圓形的勺頭、寬厚形的勺把、有機形的勺柄組成勺子造型。同時，根據(jù)意象詞匯與視覺控制要素映射結果，當選擇類圓形的勺頭、寬厚形的勺把和有機形的勺柄時，能夠最優(yōu)表現(xiàn)“個性的”“文藝的”“簡約的”意象風格。

因此，在進行產(chǎn)品族子代產(chǎn)品意象造型創(chuàng)新設計時，可優(yōu)先選擇設計方案一：類圓形的勺頭、寬厚形的勺把和有機形的勺柄的組合造型；同時為了豐富產(chǎn)品族意象造型，亦可選擇設計方案二：類圓形的勺頭、綜合形的勺把、有機形的勺柄進行設計。設計方案造型選擇如表7所示。

根據(jù)圖4所示的初始產(chǎn)品族父代勺子產(chǎn)品造型進行視覺控制要素類目分析，可以發(fā)現(xiàn)初始產(chǎn)品族父代勺子產(chǎn)品造型主要由水滴形勺頭、寬厚形的勺把以及寬大形的勺柄組成，另外其在勺把部位擁有一個凸形結構，使其能夠掛在杯壁上，具有實用性，并且這個特殊結構也增加了其造型的個性意象，故在子代產(chǎn)品時可予以保留。

因此，在以產(chǎn)品族意象“個性的”、泛族意象“文藝的”以及異族意象“簡約的”為目標意象的目標設計方案下，結合初始產(chǎn)品族父代勺子造型，可以優(yōu)先按照設計方案一，將勺頭更換為類圓形，勺把保持寬厚形，勺柄更換為有機形；同時，為了擴展產(chǎn)品族意象造型，亦可結合初始產(chǎn)品族父代勺子的造型，按照設計方案二，即類圓形的勺頭、綜合形的勺把、有機形的勺柄，進行造型創(chuàng)新設計。

本文選擇使用由產(chǎn)品造型部位定制系統(tǒng)[15]來進行各個造型部位的創(chuàng)新設計，利用第三部分第二節(jié)對于產(chǎn)品樣本的評價，以及參數(shù)化產(chǎn)品樣本各造型部位，作為系統(tǒng)的輸入輸出，并生成相應的造型部位設計方案。產(chǎn)品造型個性化定制系統(tǒng)如圖6所示，圖中為勺頭部位的生成設計方案。

優(yōu)先選擇設計方案一進行子代造型設計。利用產(chǎn)品造型部位定制系統(tǒng)，以目標意象為目標，生成勺頭部位的設計方案，人工選擇其中一個勺頭造型；對于勺把，保留父代造型的寬厚形，并保留父代的凸性結構功能造型；對于勺柄，由于需要設計成有機形，且有機形一般根據(jù)使用場景或表達意境而造型較為多變，故在目標意象下，人工進行勺柄設計。在各造型部位設計完成后，最后再次進行人工優(yōu)化，完成子代勺子造型設計。設計方案一設計流程如圖7所示。

同時，針對設計方案一，分別利用產(chǎn)品造型部位定制系統(tǒng)根據(jù)目標意象進行勺頭和勺把的設計，并選擇其中的一個生成方案進行造型組合。然后，人工進行設計有機形的勺柄。最后，組合各部位造型，形成完整的子代勺子造型設計，并在目標意象下，再次進行優(yōu)化。

最終，子代勺子造型設計方案設計如圖8所示。

為了驗證勺子子代產(chǎn)品造型設計方案對于產(chǎn)品族意象“個性的”以及泛族意象“文藝的”和異族意象“簡約的”表現(xiàn)程度，還有對于父代意象造型的繼承度，以5級量表制作問卷，邀請15位設計專業(yè)學生和普通消費者對設計方案進行評價，結果如表8。由表8可知，評價者對于各評價指標的評分均處于量表中較優(yōu)或優(yōu)級位置，表明設計方案很好延續(xù)了父代意象造型風格，符合設計要求。

五、結語

本研究從語義層面定義了同族、泛族、異族意象概念，實現(xiàn)了產(chǎn)品族意象風格的泛化，并結合產(chǎn)品族產(chǎn)品造型與意象風格的映射關系，完成了產(chǎn)品族意象造型創(chuàng)新設計，實現(xiàn)了產(chǎn)品族意象造型的繼承與創(chuàng)新。但是由于獲取產(chǎn)品造型與意象風格映射關系是通過問卷形式獲取，調查基數(shù)小，可能造成獲取結果的偏差，未來將進一步研究如何利用大量網(wǎng)絡上的用戶評價更加客觀地獲取產(chǎn)品造型與意象風格映射關系。

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[15]王鵬，張煒，白睿. 多意象驅動下的產(chǎn)品造型個性化定制系統(tǒng)研究[J].計算技術與自動化，2021（1）：7-14.

作者簡介：

池欽，蘭州理工大學設計藝術學院碩士研究生。研究方向：感性工學、產(chǎn)品族設計。

朱韋龍，蘭州理工大學設計藝術學院碩士研究生。研究方向：感性工學、產(chǎn)品族設計。

通訊作者：王鵬，蘭州理工大學設計藝術學院副教授。研究方向：感性工學、產(chǎn)品族設計、智能設計等。