（机械设计及理论专业论文）基于感性意象的产品族造型设计研究.pdf

硕士学位论文 摘要 在现代消费市场，不同品牌同类产品同质化趋势越加明显，仅仅依赖产品实 用功能已不足以获得消费者青睐。随着个性化、时尚化逐渐成为消费者购买产品 的关键，产品感性功能已经成为影响消费的重要因素之一。产品的外观形态直接 体现其感性因素，因此工业设计能力已成为许多企业重要竞争力之一，越来越受 到国内外研究者的重视。 本研究将以人的感性需求为出发点，基于感性工学理论，分析产品外观形态 与消费者感性意象的联系，研究将感性感觉转译为工学设计要素的方法，依据感 性意象创建产品族。 本研究分为四个阶段：一是运用感性工学方法提取样本和感性意象，运用形 态分析法分解样本的设计元素，建立“设计元素一样本形态一感性意象 的关系； 二是运用灰关联分析法辨识样本设计元素中的设计参数，确定产品族设计过程中 产品的个性参数和平台参数，得到产品族设计过程中的参数配置依据；三是运用 模糊神经网络对参数辨识结果进行验证，并预测新样本感性意象评价值，得到产 品族中各个样本评价值的预测评判机制；四是利用遗传算法实现产品形态的自动 演化和生成，结合人工评价和模糊神经网络的评判机制得到符合目标感性意象的 新形态，以此创建产品族。 选取四门轿车( 轿跑) 侧轮廓进行实例研究，结果表明该方法是合理可行的。 关键词：感性工学：产品族；参数辨识；意象预测；形态演化。 基于感性意象的产品族造型设计研究 a b s t r a c t i nm o d e mc o n s u m e rm a r k e t ，t h eh o m o g e n i z a t i o nt r e n do fd i f f e r e n tb r a n d p r o d u c t sb e c o m em o r eo b v i o u s ，s ot h ea c t u a lf u n c t i o nh a sn o te n o u g ht og a i nt h e f a v o ro fc o n s u m e r s a st h ei n d i v i d u a l i z a t i o na n dt h ef a s h i o ng r a d u a l l yb e c o m em o r e a n dm o r ei m p o r t a n ti nt h ec o n s u m p t i o na c t i v i t i e s ，e m o t i o nb e c o m e st h ek e yf a c t o rt o g a i nt h ef a v o ro fc o n s u m e r s p r o d u c tf o r md i r e c t l yr e f l e c t si t se m o t i o n a lf u n c t i o n ，s o i n d u s t r i a ld e s i g nh a sb e c o m eai m p o r t a n t c o m p e t i t i o na b i l i t ya n dg a i nm o r ea n d m o r ea t t e n t i o n i nt h i sr e s e a r c h ，e m o t i o n a lr e q u i r e m e n to fc o n s u m e ri st h es t a r t i n gp o i n t b a s e d o nk a n s e ie n g i n e e r i n g ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ep r o d u c tf o r ma n dt h e c o n s u m e r s k a n s e ii m a g ei sa n a l y z e d ，a n dh o wt ot r a n s l a t et h ek a n s e ii m a g ei n t o d e s i g ne l e m e n t si ss t u d i e d a tl a s tt h em e t h o dt oc r e a t eap r o d u c tf a m i l yb a s e do n k a n s e ii m a g ei sp r e s e n t e d t h er e s e a r c hi n c l u d e sf o u rs t a g e s f i r s t ，t h ep r o d u c ts a m p l e sa n dk a n s e ii m a g e a r eo b t a i n e db a s e do nk a n s e ie n g i n e e r i n g ，t h e d e s i g ne l e m e n t so fs a m p l e sa r e d e f i n e db a s e do nm o r p h o l o g i c a la n a l y s i s ，a n dt h ec o n t a c tm a t r i xo f d e s i g ne l e m e n t - p r o d u c tf o r m - k a n s e ii m a g e ”i ss e tu p se c o n d ，t h ed e s i g np a r a m e t e r sb a s e d o ng r a yr e l a t i o n a la n a l y s i sa r ei d e n t i f i e d ，t h ep l a t f o r mp a r a m e t e r sa n dt h ei n d i v i d u a l p a r a m e t e r sa r ed e f i n e d ，a n dt h ep a r a m e t e rc o n f i g u r a t i o nm e t h o do fp r o d u c tf a m i l y d e s i g np r o c e s si so b t a i n e d t h i r d ，t h ek a n s e ii m a g ev a l u eo fn e ws a m p l e si s p r e d i c t e dw i t ht h ef u z z yn e u r a ln e t w o r k ，a l s ot h er e s u l to fp a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o ni s v e r i f i e d t h u st h ee v a l u a t i o nm e c h a n i s mt h a tc a ne v a l u a t ee a c hs a m p l ei np r o d u c t f a m i l yi sp r e s e n t e d a tl a s t ，t h ea u t o m a t i ce v o l u t i o na n dg e n e r a t i o no fs a m p l ei s r e a l i z e dw i t hg e n e t i ca l g o r i t h m w i t ht h ea r t i f i c i a lj u d g m e n ta n dt h ee v a l u a t i o n m e c h a n i s mo ff u z z yn e u r a ln e t w o r k ，n e ws a m p l e sw h i c ha r ei na c c o r d a n c ew i t ht h e g o a lk a n s e ii m a g ea r ec r e a t e d ，a n dt h er e s u l tw i l lb eu s e dt oc o m ei n t ob e i n gt h e p r o d u c tf a m i l yb a s e do nk a n s e ii m a g e t h ec a rs i d ec o n t o u ri st a k e na sap r a c t i c ee x a m p l e t h er e s u l ts h o w st h a tt h e m e t h o disr e a s o n a b l ea n df e a s i b le k e yw o r d s ：k a n s e ie n g i n e e r i n g ；p r o d u c tf a m i l y ；p a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o n ；i m a g e p r e d i c t i o n ；m o r p h o l o g i c a le v o l u t i o n 硕十学位论文 插图索引 图2 1 人类认知与学习系统模型6 图2 2 复合式感性工学系统1 0 图3 1 产品形态和感性意象分析流程1 3 图3 2s d 调查问卷样式1 7 图5 1 三角模糊数及其隶属度3 5 图5 2 模糊神经网络结构3 6 图5 3 合理误差区间示例3 7 图5 4 网络输出节点3 9 图5 5 感性意象“动感 网络收敛过程4 2 图5 6 剔除平台参数后感性意象“动感 网络收敛过程4 4 图6 1 遗传算法操作流程4 7 图6 2 问题解空间与编码空间的映射关系4 8 图6 3 问题编码为染色体字符串一4 9 图6 4 形态演化操作界面5 2 图6 5 感性意象“动感 样本演化最终选择结果5 2 图6 6 感性意象“大气 样本演化最终选择结果一5 3 i i i 基于感性意象的产品族造型设计研究 附表索引 表3 1 代表性样本1 6 表3 2 感性形容词一1 7 表3 3 分析用感性词汇出现频率1 7 表3 4 感性意象调研结果统计1 8 表3 4 ( 续) 感性意象调研结果统计1 9 表3 5 形态学矩阵一2 0 表3 6 设计元素定性描述规则一2 1 表3 7 部分样本设计元素类目表一2 2 表4 1 原始决策矩阵2 7 表4 2 感性意象“动感灰关联度排序2 9 表4 3 感性意象“时尚 灰关联度排序3 0 表4 4 感性意象“大气 灰关联度排序3 0 表4 5 感性意象“流线灰关联度排序31 表4 6 感性意象“稳重”灰关联度排序31 表4 7 感性意象“个性一灰关联度排序3 2 表5 1 模糊系统与神经网络的特性3 4 表5 2 部分训练样本关键点坐标值3 7 表5 2 ( 续) 部分训练样本关键点坐标值3 8 表5 3 感性评价值等级与三角模糊数对应关系3 9 表5 4 参数辨识验证结果一4 3 表5 5 影响综合感性意象的平台参数及其相关节点4 4 表5 6 剔除平台参数后感性评价值误差分析4 5 表6 1 部分关键点变动范围编码5 0 表6 2 初始种群感性评价值及其编码5 1 表6 3 感性意象评价值预测结果一5 3 表6 4 产品族5 4 i v 硕士学位论文 1 1 研究目的与意义 第一章绪论 产品形态是表达产品设计思想与实现产品功能的语言和媒介，通过形态设计 不仅能够实现产品的使用功能，更能传达精神、文化等层面的意义与象征性。所 以产品形态是产品自身功能、结构、材料以及工艺技术等客观因素，与设计者和 消费者在审美、价值判断等主观因素相互作用的综合结果【l j 。 在当前的消费市场，尤其是在日用产品领域，产品的感性功能已经成为影响 消费者消费的重要因素之一【2 】。由于现代科技的系统性和复杂性，以及技术扩散 等因素的影响，一种产品的技术水平远远超出竞争对手的情况并不多见。而在成 熟的市场竞争中，不同品牌同类产品同质化趋势越加明显，仅仅依赖产品实用功 能方面的创新已不足以获得消费者青睐，在这种情况下，个性化和时尚化逐渐成 为消费者是否购买该产品的决定性因素【3 】。产品外观形态是体现感性因素最直接 的方式，产品形态意象设计已成为许多企业重要竞争力之一【4 j 。因此，优秀的产 品不仅必须具有良好的功能、界面、操作方式等技术性特征，更需考虑产品的外 观形态乃至感性因素，以满足消费者心理需求。 感性工学( k a n s e ie n g i n e e r i n g ) 中k a n s e i 一词源于日语中的7 七彳( 感性) 音译，其表达了消费者潜意识之中对产品的属性要求，这些属性包括形态、色彩、 质感、操作界面布局等。感性工学目的在于发掘消费者对产品的感觉和需求，并 据此建立一套以消费者需求为导向的新产品研发系统【5 j 。在产品设计领域，感性 工学是将人们对“物 的感性意象定量、半定量地表达出来，并与产品设计特性 相关联，以实现在产品设计中体现“人 的感性感受，设计出符合“人”感觉期 望的产品【6 】。 日本学者提出应用感性工学技术将人们模糊不清的感性意象需求转化为细 部设计的要素【| 7 1 。感性意象是人对物所产生的感觉，是对物体心理上的期待感受， 是一种高度凝聚的人类情感活动。在产品形态意象设计过程中，复杂的产品形态 往往被分解成诸多设计元素，而如何辨识出当中最重要或最有影响力的设计元 素、合理配置设计资源，对新产品开发具有重大意义。为了便于描述感性意象与 造型元素之间的关系，定义对感性意象影响较大的设计元素为个性参数，对感性 意象影响较小的造型元素为平台参数【8 】。 大批量定制，目标是以大批量生产的效率和质量，设计制造满足不同客户需 求的产品1 9 。它较好地解决了“大批量 与搿定制”之间的矛盾，把两个看似矛 基于感性意象的产品族造犁设计研究 盾的生产模式有机地结合在一起【1 0 1 。在产品创新领域，产品基因1 1 1 d 2 1 和产品族 1 1 3 - 1 4 1 设计方法已经被工业界和学术界广泛认同，成为设计方法学和大规模定制 的核心内容之一。它们能够实现面向不同需求的系列化或者具有更大变形能 力的产品，以低成本和快速开发周期满足客户的个性化需求【”1 。 本研究最终目的是基于参数辨识和感性意象预测，创建反映用户感性意象的 产品族。研究过程中将着重探讨各种参数的辨识、辨识结果验证、依据辨识结果 预测新样本的感性意象评价值，并将研究成果作为产品族创建的依据。 综上所述，本研究将定位于市场，以消费者感性需求为出发点，以产品族创 建为最终目标。运用感性工学方法探讨消费者感性倾向与产品形态特征之间的联 系，并统计得出结果；基于统计结果，对产品形态进行量化，结合定性描述与定 量分析实现产品设计参数的辨识，得到产品族参数配置依据；对样本的感性意象 进行预测和评价，得到产品族样本的感性意象评判机制；对产品形态的量化数据 进行编码，实现产品形态的自动演化，并生成新的产_ 品形态；最后，对新的产品 形态进行感性意象的人工评判和计算机预测，依据感性意象创建产品族。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 感性工学 自1 9 7 0 年工学技术初次引入感性研究领域，经过4 0 余年发展，感性工学理 论体系和关键技术已有相当的发展。二十世纪九十年代，日本产业界全面导入感 性工学技术和理念，从住宅、汽车、家电产品到装饰品、办公用品等领域，都将 感性工学技术应用于新产品研发【l6 1 。首届“感性工学研讨会 于1 9 9 5 年在日本 举行，并于两年后正式成立“日本感性工学学会 1 7 1 。 在亚洲，韩国也一直关注感性工学发展与应用，现代汽车、三星电子等知名 品牌对感性工学有较为深入的研究，韩国政府在二十一世纪将“感性工学技术 全面导入产业界。在欧美地区，感性工学也有一定的研究，但还没有形成完整的 方法论【l 引。英国诺丁汉大学的人类功效学研究室是欧洲较早研究感性工学的科研 机构。和日本的汽车制造业一样，意大利的菲亚特、德国的波尔舍、美国的福特 等汽车公司都进行感性工学的研究，并将感性工学运用于新车型的设计中。 近年来，我国多所大学及科研机构也对感性工学理论进行了大量的研究，并 发表了相关论文1 1 9 1 。台湾省的相关大学进行感性工学应用于产品开发的合作研 究，并取得了显著的研究成果【2 0 】。 1 2 2 产品形态与意象分析 目前，研究产品造型与人类情感间联系的相关方法及文献较多。台湾学者陈 鸿源、张育铭曾尝试以汽车轮廓为例，运用相对坐标形态定义与多变量统计分析 2 硕士学位论文 的方式理清对象特征与其影响力之间的关系【2 1 1 ；苏建宁等运用数量化一类理论， 在定性层面上探讨产品造型设计要素与人心理感性意象之间的关系【2 2 】；苏建宁、 范跃飞等运用神经网络于定量层面预测不同高脚杯形态相应的感性评价值t 2 3 1 ； 江平宇等应用多元回归方程，分析手机设计过程中平台参数和个性参数的识别， 并取得一定成果8 1 ；y a n g c h e n gl i n 、h s i n h s il a i 等以模糊系统为理论基础，通 过模糊规则的推导分析手机造型、设计元素及感性评价间的相关性【2 4 1 。 灰关联分析法逐渐成为设计领域开展有效多属性决策的方法之一，相对已有 方法，灰关联分析法研究人类感性认知方面具有独特优势【2 卯。本研究运用灰关 联分析评比产品感性设计时造型元素的优先度，协助设计者分析造型元素与意象 之间的相关性，理清哪些造型特征设计符合感性意象需求，最终确定能辅助设计 者进行决策的关键性造型要素。 1 2 3 产品族 大规模定制生产的思想是：以大规模生产的成本和速度为客户定制个性化多 样化的产品，根据定制水平，定制可分为完全标准化、模块标准化、定制标准化、 模块化定制和完全定制【2 6 1 。产品族设计是大批量定制的核心内容和重要支持手 段，其基本思想是以产品平台战略为指导，针对细分市场中不同客户群的需求， 进行产品平台和基于产品平台的相关系列产品设计，以低成本和快速开发满足客 户的个性化需求【1 4 1 。 产品族设计理论主要包括以下内容：一是面向变形的设计方法【2 7 】；二是基于 核心平台的设计方法1 2 $ - 2 9 】。m e y e r 和u t t e r b a c k 对产品平台和产品族进行了如下的 定义【3 0 】：产品平台是产品族的基础，是能够被某一系列产品共享的、可重用的 模块集合，一般具有相对稳定的结构。一个有效的产品平台是产品族的核心，是 产品族内相关系列产品的基础，它具有产品族内所有产品的共性特征。以产品平 台为基础，通过添加不同的个性模块，能够生成满足不同个性化需求的产品。 目前，产品族研究大多数表现在产品功能、行为和结构等层面，集中在产品 零件级和大规模定制生产领域【3 1 1 。在工业设计方面，罗仕鉴等提出产品族设计 d n a 的研究方法，并以电话机产品族外形设计生成系统为例，研究了电话机外 形设计的空间布局关系，以及设计d n a 的特征转化，为产品的快速设计和知识工 程提供了一定的方法学指导【3 2 1 ；k o hh 、h as 、k i mt 等提出以设计d n a 的方法来 增加产品设计系统对用户需求的适应性，以及管理各种日益变化的设计知识，并 以汽车自动换档变速器智能设计系统为例进行了验证1 3 3 - 3 4 1 。k a r j a l a i n e n t m 以 沃尔沃汽车、诺基亚的产品d n a 为例，对从品牌认知到产品造型的关系进行了 研究【3 5 1 。s u s a n s ，m u s t a f a u 以索尼随身听产品为对象，研究索尼为适应美国 的市场需要，建立产品的快速模型来协调各个设计部门，进而管理产品族的过程 3 基于感性意象的产品族造型设计研究 1 3 6 。乐万德、余隋怀、王可等定义了产品族多视图结构模型，包括通用结构视 图、控制结构视图和存储结构视图，并以手机的产品族设计实例进行了验证【， 。 张凌浩运用生物科学中的遗传与变异理论，分析了产品形象延续与更新之间的关 联，并为产品形象创新与品牌提升的设计过程提供了一种新的参考方法【3 引。 已有文献主要集中讨论了产品族的设计层面，对设计研究起到了一定的推动 作用，但是也存在一些不足：首先，缺乏对产品族设计与人们认知意象之间转化 的研究，不能表达产品族设计元素与人们感性意象、审美之间的映射，这是本研 究中所关注的重点问题；其次对产品族设计如何体现品牌特征之间的关系缺乏研 究。 1 3 文章结构 对本研究各章节内容简述如下： 第一章：绪论。简述课题的研究目的及意义，对国内外感性工学、产品形态 与意象研究、产品族理念研究现状进行综述。 第二章：感性研究基础。论述形态认知，阐释形态与功能的内在关联；简述 感性及感性工学的概念与内涵，感性工学的发展与研究现状及六种实现方法；简 述产品族研究涉及的方法。 第三章：产品形态和感性意象分析。依据感性工学方法得到代表性的产品样 本以及能够反应其感性意象的形容词汇，据此制作调研问卷，收集并分析调研结 果；对产品进行形态分析，设计元素分解、归类和定性描述；最终得出适用于计 算机处理的数据结构。 第四章：产品设计参数辨识。运用灰关度分析的方法处理所得数据结构，依 据灰关联度排序辨识产品的平台参数和个性参数。 第五章：感性意象评价预测。建立和训练模糊神经网络，用该网络验证参数 辨识结果的准确性，并预测新样本感性意象值。 第六章：产品族创建。基于已有样本和参数辨识结果，运用遗传算进行形态 演化，生成新的产品形态；结合人工评判和网络预测分析产品形态的感性意象； 并按照感性意象进行形态筛选，并据此创建产品族。 总结与展望。说明了该方法在运行中的研究成果及其不足之处，并对日后研 究方向给出了建议。 4 硕士学位论文 第二章感性研究理论基础 本章主要阐述感性研究的理论知识，包括产品形态、感性认知、感性工学的概念、 方法、分类等，以及基于感性的产品族构建的基本步骤和方法。 2 1 形态及认知 2 1 1 形态 形态指事物在一定条件下某种内容的表现形式，同时具有空间、时间的概念 及特征3 9 1 。“形 与“态 密不可分，“形 指物体处于一定时间、视觉角度、环 境条件中所体现出的轮廓尺度和外貌特征，即物体客观、具体、理性、静态的物 质存在；“态则是指物体于不同层次、角度的“形 的总和，是物体存在的现 实状态，也是对物体整体、动态的感知和主观意识的把握，具有较强的时间感和 非稳定性，并富有个性、生命力和精神意义f 4 0 j 。简而言之，形态是物体外形和神 态的结合。 2 1 2 认知的特点 人类的认知过程具有模糊性及学习能力，本研究选用的研究方法也主要针对 人类认知的这两个特点。 1 认知的模糊性 知识是人类在认识客观世界过程中所形成的关于客观世界及人类自身的主 观映象。模糊性是人在认识客观世界的思维反映中形成的，它反映了人类对客观 世界认知程度的判决特征。从信息加工的角度看，认知结构的知识获取不仅依靠 推理，而且依靠充满各种模糊性特征认知思维方法。 人对客观事物认知的思维反映，具有层次特征。而认知思维方法，存在着不 同程度的内隐性或显现不同层次的模糊性。 形象思维过程并不呈线性，而是立体的，思维面较宽，主体想象力强，使得 有些抽象的想象只有自己能够“意会，而难以向他人表达清楚，存在一定的泛 模糊性。在直觉思维和创造性思维中，充满了泛模糊性的人类的直觉、灵感、顿 悟的意象思维，也充满了“只可意会，不可言传”的意会思维【4 l 】。 2 学习能力 学习是人和动物在生活过程中通过获得经验而产生的行为或行为潜能相对 持久的适应性变化。动物和人的生活都离不开学习，学习是动物和人与环境保持 平衡、维持生存和发展所必需的条件，也是适应环境的手段。如图2 1 所示，为 人类认知与学习系统模型： 基于感性意象的产品族造型设计研究 图2 1 人类认知与学习系统模型 任何学习活动，即使是最简单的学习也不是靠单个细胞的活动，而是靠大量 神经元的综合活动，这些神经元之间构成复杂的关系网络。 2 1 - 3 产品形态与功能 工业设计初期，设计师均是将产品的功能和技术放在首位。当产品功能发展 到一定阶段并逐渐成熟时，产品功能就会成为消费者对产品的基本要求，而不是 促使消费者购买的主要因素。丰富的产品形态迎合人们的消费需求取向，让消费 者拥有独特的差异性感受，可以说，外观形态已经成为产品成功的决定性因素之 一。但是，并不是单纯地关注形态设计就能抓住消费者，如前所述，消费者选中 某一产品的前提是其具有强大的功能，而优越的外观形态设计使功能良好的产品 更具附加价值及市场竞争力。 依据产品形态设计的观点，形态设计目的在于使产品实现某种功能，让使用 者依据本身直观感觉使用产品【4 2 1 。产品形态伴随其功能而产生，同时功能也伴随 其形态而实现。产品形态所具有的行为功能可以作为产品基本功能实现的参考； 理解产品基本功能并进行相关结构分析，是形态设计的重要依据，二者是相辅相 成的依附关系【4 3 1 。 6 2 2 感性工学 2 2 1 感性 “感性 ，应辞苑中解释为“感觉能力、直观力和感受性，是人感受事物 的能力，即基于人类身体感觉而产生的情感冲动和欲求。从专业术语出处来看， “感性工学 中的“感性 一词来源于日语，与“感性 相对应的英语词汇“k a n s e i 也是日语“夕七彳一的音译。日本学者长町三生教授提出：“感性是人对事物所 持有的感觉或意象，是对事物心理上的期待感受，可以解释为感觉、感知、印象 等人们对产品所有情绪的体现 。 2 2 2 感性工学的概念及内涵 2 0 世纪中后期，经济全球化和文化多样化促使社会、文化、市场及消费模 式等发生剧烈变革。感性工学正是在该时代背景下生产力发展与社会进步的必然 产物。 1 感性工学的概念 1 9 7 0 年，广岛大学工学部首次将人类感性分析引入工学研究。为感性工学 发展做出卓越贡献的长町三生教授当时参与一个被称为“情绪工学 ( e m o t i o n t e c h n o l o g y ，又称“感应工学 、“诱导工学”) 的研究。该研究旨在将人的情绪 作为住宅的设计因素之一，研究怎样将人的感性需求转译为具体实物。 1 9 8 6 年，日本马自达集团前社长山本健一先生于美国密歇根大学发表题为 汽车文化论的演讲，首次提出“感性工学 这一概念。1 9 8 8 年举行的第十 届国际人机工程学会议正式确立“感性工学一一词，其英语表达为“k a n s e i e n g i n e e r i n g ”。广岛大学的长町三生教授其研究主要应用于产业领域，因此以其 为代表的学派被称为“技术派一，而筑波大学原田昭教授则侧重于感性工学理论 的研究，以其为代表的学派被称为“感觉派 。19 9 0 年至19 9 8 年间，日本政府 下拨大量科研经费用于“感性信息处理的信息学和心理学研究 ，1 9 9 2 年，日本 政府将“感性工学 列为国家重点科技，感性工学的学科体系开始逐步建立【1 7 1 。 由于感性工学的基本概念、研究方法、理论体系、技术规范和标准还处于不 断完善阶段，各个国家及地区对其命名存在多样性，但其理论体系和研究方法基 本一致】。现有著作及文献资料中对于感性工学的定义主要来自日本研究者。比 如： 感性工学研究领域的领军人物一一长町三生教授所下定义为：“感性工学是 一种以消费者为导向的产品研发技术；一种将消费者对产品所产生的感觉或意象 予以转化为设计要素的技术。 日本材料工学研究联络委员会则给出如下定义：“感性工学解析人类感性， 并有效结合商品化技术在商品诸多特性中实现感性的要素。 7 基于感性意象的产品族造型设计研究 虽然各定义有所差异，但是都强调了一点，即感性工学应用工学技术将人类 对于产品的感性需求转化为产品的设计要素。 结合课题研究方向，本研究对于感性工学的理解为：感性工学是一种以消费 者感性需求为导向的产品研发技术，其应用工学方法研究人的感性需求，并量化 人感性需求信息与产品设计要素之间的关系。感性工学以严谨的工学知识为理论 基础，以工学技术方法中理性的定量研究方法为主导，将人的感性需求转化为产 品的设计要素。 2 感性工学的内涵 感性工学综合诸如产品语意学、认知心理学、统计学、美学、人机工程学等 学科，是一种将人类情感转译为产品属性的理论【4 5 】。 ( 1 ) 感性工学一一一种产品研发方法论 作为一种产品研发方法，感性工学主要研究人对物的感性意象，将消费者对 现有的或待研发的产品的感性意象转译为设计要素或设计参数。一般按以下步骤 进行操作【6 j ： 以工学方法将人的感性意象予以量化； 应用统计学方法寻求人的感性意象与工学研究中常用物理量之间的函数 关系； 通过上述函数关系分析产品各个设计元素所对应的感性意象，作为产品研 发的参考数据； 应用上述所得数据研发一种符合消费者感性意象的产品。 ( 2 ) 感性工学一一一种人因探讨技术 传统的产品研发虽然也关注人的需求，但其大多局限于人对产品功能的需 求，轻视或忽略了其对产品的感性需求。而感性工学则是在使产品功能满足需求 的同时，对人的感性需求进行更深层次的研究，探讨产品属性与人感性需求之间 的匹配关系【l6 】。与传统的产品研发方式相比，感性工学更多的关注来自人本身对 产品的感受与需求，真正做到以人为本，以人为中心。 ( 3 ) 感性工学一一一种评价方法 人很难准确描述对事物的感觉与思想，精确定量人的感觉则更为困难。对于 消费者来说，用适当的词汇或语句表达自己的感性意象并不是一件易事。同样， 设计师也很难理清产品的哪些属性会引起消费者哪种感觉，以及人们的感觉如何 随着这些属性的改变而改变。 感性工学可以帮助消费者表达自身的感性意象，借助先进的工具与技术发掘 消费者潜意识中的情感。另一方面，对于设计师来说，使其能够方便地捕捉消费 者对产品的潜在感觉与需求，以此作为产品的研发方向，针对消费者不同的感性 需求设计产品。可以说，感性工学是设计师获取消费者感性意象的一种有效方法。 8 硕士学位论文 换言之，它使得设计师与消费者能够直接对话交流，提供了一种消费者对于产品 属性的感性评价方法。 3 感性工学的应用 感性工学理念提出后，日本学者逐渐开始感性工学的研究。作为交叉学科， 感性工学相对于其它学科更为复杂，使得研究机构和企业之间的合作进一步加 深。许多企业将感性工学的研究成果应用于产品研发，并取得了良好的销售业绩。 至今，感性工学已成功地应用于许多产业和领域。 ( 1 ) 汽车设计。汽车产业是感性工学最先开始应用的领域。马自达是最先在 汽车设计过程中进行感性分析的汽车公司，随后，日产、本田、丰田和三菱等汽 车公司都开始了感性工学的研究与应用。日本及英国的一些高校与企业合作应用 感性工学对汽车外观、内饰、仪表及方向盘等元素进行设计研究。 ( 2 ) 电器设计。日本夏普公司对摄像机液晶显示屏进行感性分析和设计，瑞 士伊莱克斯对不同品牌和型号的吸尘器进行感性对比研究。另外松下、三洋o l g 和三星等都企业将感性工学应用于产品研发。 ( 3 ) 消费品设计。德国化妆品品牌“维尼亚 将感性工学应用于产品外包装 设计。日本的研究者对办公桌椅等家具进行感性评价；对牛奶瓶、啤酒瓶的外观 设计进行感性评估使其包装能够更好更直接地体现瓶中内容物的属性。 ( 4 ) 服装设计及其他领域。“华歌尔 服饰应用感性工学方法收集各地域不 同年龄段女性体型数据，把握不同消费群体的体型特征，据此不断开发出创意产 品。 另外，感性工学在机械设计、工程设计等方面也有所涉及。 2 2 3 感性工学的分类 根据应用思路和流程，可将感性工学分为以下六类【1 7 】：类目分类层级法、感 性工学系统、复合式感性工学系统、感性工学数学模型、虚拟感性工学和交互式 感性工学系统。 1 类目分类层级法 类目分类层级法( c a t e g o r yc l a s s i f i c a t i o n ) 是最简单、应用最为普遍且实施 最为快捷的方法。在明确产品策略之后，通过建立识别消费者情感需要的树状结 构，由产品概念( 第0 次元感性概念) 向下逐步展开，直到最后出现产品设计的 物理参数阶层【4 5 j 。 2 感性工学系统 感性工学系统( k a n s e ie n g i n e e r i n gs y s t e m ) 通过数学统计工具将感性与产 品特性联系起来，建立一个拥有内容丰富的感性信息数据库和正确逻辑推理功能 的专家系统，以此进行物理量和感性量之间的转译，基本的感性数据库和专家系 统已经成为工程与设计中一种通用的感性工学实施方法【l 们。一个完整的感性工学 9 基于感性意象的产品族造型设计研究 系统应该具有以下三个数据库：感性意象库( k a n s e ii m a g ed a t a b a s e ) 、知识数据 库( k n o w l e d g ed a t a b a s e ) 以及设计元素数据库( d e s i g ne l e m e n td a t a b a s e ) 。 同时，感性工学系统也是一个动态平衡的系统。根据市场变化与消费者感性 的发展，不断将新的感性数据录入数据库，同时将旧的数据进行改进等，通过此 类调整措施适应新的变化。该系统既能够帮助设计师依据消费者需求进行产品设 计，也能够帮助消费者挖掘自身感性需求以选择符合自己要求的产品。通过该系 统，设计师和消费者可以进行时时的无障碍交流，从而将消费需求快速地转化为 设计理念或产品设计元素。 3 复合式感性工学系统 感性工学系统也称为“顺向感性工学系统 ，主要作用是通过输入消费者感 性需求以得到产品设计要素。另一种称之为“逆向感性工学系统 ，通过输入产 品的设计细节来预测消费者可能产生的感性意象。该系统能够由设计师的设计方 案推导出消费者感性意象，以帮助设计师了解其所设计的产品特性以及该产品与 消费者感性意象之间的关联【拍】。顺向和逆向感性工学系统使用相同的数据库，因 此二者通常被研究者结合在一起应用，从而产生可双向转译的混成系统，即“复 合式感性工学系统( h y b r i dk a n s e ie n g i n e e r i n gs y s t e m ) 。 复合式感性工学系统不仅可以将消费者感性意象顺向地转译为产品的具体 设计细节要素，也可以逆向地对设计师的设计方案给出感性意象评判，使得产品 设计要素和感性意象之间的转译更便捷。复合式感性工学系统如图2 2 所示。 逆向感性工学系统 图2 2 复合式感性工学系统 4 感性工学数学模型 。感性工学数学模型( k a n s e ie n g i n e e r i n gm o d e l i n g ) 是基于数学函数模型建 立的模拟系统，以此寻求产品设计要素与感性需求信息之间的量化关系。 日本三洋电子的f u k u s h i m a 研究团队成功地运用f u z z yk a n s e il o g i c 理论设 计出一款智能彩色复印机【4 7 1 。该复印机首先应用三原色分析人脸色彩，再经r g b 系统对其进行处理，最终输出更漂亮、更精致的人脸。 5 虚拟感性工学 虚拟感性工学( v i r t u a lk a n s e ie n g i n e e r i n g ，v i k e ) 是一种高级计算机技术， 是感性工学系统与计算机虚拟现实系统相结合的产物，它运用虚拟现实技术呈现 1 0 硕七学位论文 设计方案，使消费者在虚拟空间中体验产品【4 8 】。虚拟感性工学在产品正式投产之 前就为设计者和消费者建立了产品感性空间。 日本松下电工与广岛大学合作将虚拟感性工学用于厨房和餐厅设计。该系统 的数据库是基于一万名日本女性感受的厨房餐厅设计图片库，用户只需通过输入 自身的生活方式、习惯以及所涉及到的感性工学词汇等信息，便可得到一个相应 的设计方案，同时，用户还可以根据需要对设计细节进行改进 1 6 1 。后来，上述系 统进一步扩展到房屋设计，称作“h o u s m a l l 。 6 交互式感性工学系统 交互式感性工学系统( c o l l a b o r a t i v ek a n s e ie n g i n e e r i n gs y s t e m ) ，是一种基 于网络的感性工学系统。网络便于用户和设计师、设计师和设计师之间进行时时 交流，大大缩短和简化了产品研发阶段的调研工作【1 6 1 。长町三生教授将其诸多优 势总结为，“方便了设计师之间的合作，加快了产品研发速度，使产品制造商和 用户之间的对话更为高效，更方便地让不同领域的参与者加入到产品设计研发的 过程中来，极大地提高了产品研发效率并且为更多的参与者提供更为丰富的灵 感。 2 3 基于感性的产品族研究 2 3 1 基于感性d n a 的产品族设计 1 产品族设计d n a 的提取【4 9 】 提取产品族设计d n a 是产品族研究的第一步。产品族d n a 类似于生物学 的d n a 概念，即：储存生物体亲子之间遗传信息的分子，保证同族生物各代在 性状上的相似性和变异性。 产品族设计d n a 较为复杂，不同种类产品d n a 各不相同。就工业设计而 言，从产品组成角度可以按照功能、结构、人机、原理、外形、色彩和材料等要 素进行划分，每一个要素又可分为若干个子要素；从产品结构层次角度可以分为 零件、部件、元件等要素。 产品设计必须找出影响产品族风格d n a 遗传和变异的设计元素，从语法层、 语义层等多个方面提取其显性和隐性特征，这是研究产品族设计d n a 的关键。 2 产品族设计d n a 的推理求解【4 9 】 对产品族设计d n a 进行推理求解，其要求是：能够对与产品族设计风格相 关的问题进行规划，形成对设计风格的提取、推理和过程控制；使新生成的子代 产品族设计风格与父代保持一定延续性。目前，有许多推理求解技术应用于c a d 系统中处理产品族设计d n a 求解问题，如遗传算法、神经网络、基于实例的推 理、基于规则的推理、基于知识的推理和感性工学推理等。 基于感性意象的产品族造型设计研究 2 3 2 基于本体的产品族设计 1 产品族建模【删 本体建模指依据用户要求，确定产品应用领域，从中提取共性需求和个性需 求，转化为产品族的设计要素，建立产品族的配置关系。 基于本体的产品族建模，必须完成产品设计领域知识的显示化、概念化、形 式化，其实质是对产品族设计领域知识的合理分类，正确表示多类型的知识组件， 并集成多种知识表达动态性、层次性、及相关领域的更深层次知识。 基于本体的产品族建模技术包括本体表达方法与c a d 建模的结合。一方面 使本体知识得到更为有效和一致性地表达；另一方面能够充分利用c a d 系统便 捷直观的人机界面，应对复杂的设计要求，例如：参数输入、交互式修改、设计 知识对模型的驱动，以及系统操作过程的提示等。 2 基于本体的产品族知识库 基于本体的产品族知识库是产品设计阶段知识和数据的集合，支持知识获 取、知识表示、知识共享和重用等过程，使设计师在设计过程中方便地得到相关 的专业技术文献、领域专家知识、工程数据标准、人机工程标准、成熟设计实例 等。 在本体知识库中，实例库存放设计实例及推理机所产生的新实例；规则库存 储进行知识推理的规则，如实例的搜索和相似算法等；约束库存放设计的各类约 束，如几何约束、产品性能参数，以及其它与产品相关的法规及各种标准；数据 库存放所有与产品族设计相关的信息，并能通过相应的软件来添加、修改和维护。 知识库中的知识数据能够被推理机所采纳，并通过系统的知识获取和学习功能， 进行添加、修改，运用于设计规划和设计评价。 2 4 本章小结 本章主要介绍感性研究的理论基础。首先，分析了人类认知模式以及形态与 功能的内在关联，然后简述感性工学理论的产生、发展和应用，以及感性工学的 分类及其具体步骤，最后介绍了基于感性的产品族设计方法。 1 2 第三章产品形态和感性意象分析 由于本研究旨在基于用户感性意象进行产品族造型设计，所以对户感性意象和产品 形态进行合理分析是研究的第一步。本章阐述产品形态和感性意象的分析过程，包括研 究用数据的收集和整理，为后续研究提供进一步分析用的数据结构。 3 1 研究流程 本章主要探讨应用感性工学理论分析产品形态与消费者感性意象之间的关 联。为此，选择产品形态和感性意象涵义都比较