基于可拓学的工业设计方法创新研究

王金广，许 可

（广东工业大学艺术设计学院，广东广州 510000）

基于可拓学的工业设计方法创新研究

王金广，许 可

（广东工业大学艺术设计学院，广东广州 510000）

为了解决国内工业设计方法缺乏原创性的问题，通过将可拓学创新方式与工业设计方法相结合，建立了用工业设计语言表述的可拓产品分析法与基于可拓产品分析法的可拓方案优选法模型，用于指导工业设计本土化创新。通过用本土化的设计方法指导国内工业设计创新，让国内生产与设计企业由关注产品自身的设计创新拓展到关注产品价值链的设计创新，增强工业设计在国内发展的适应性，以达到提高国内设计创新效率与增加设计创新产值的目的。

工业设计；可拓学；基元；产品分析；产品价值链；方案优选

工业设计是以产品设计为核心的一门交叉学科，工业设计的发展关键在于创新，目的在于产品品质优化，让产品更好的为人服务。工业设计要求产品既需要满足批量化生产，有需要满足用户的个性化需求，所以产品设计必须实现功能、造型、结构、社会、人文、生态、美学等要素的有机统一。由于工业设计作为一门交叉学科自身具有一定的复杂性，加之国内工业设计起步较晚，所以许多企业并没有注意到产品设计之外的品牌、市场、环境等要素，以至于工业设计的作用并没有得到充分发挥。

工业设计的含义要求不应该仅限于与产品进行形式与属性的设计，更应该开拓视野，统筹产品设计与生产的关系、使用者需求、消费市场与服务等多者之间的关系，加快对工业设计思维模式的转变，形成产品价值链设计，即产业链设计的理念[1]。这就需要不断结合我国的民族文化与现实情况进行理性的思考，进行工业设计方法的创新，从生搬硬套舶来的产品设计方法转变为发展适应我国工业设计实践的工业设计理论，才能让企业更有效的统筹设计资源，尤其是充分发掘本土的优秀文化资源，进行高效的方案设计与创作，企业才能更好的受益于工业设计创新带来的市场竞争力优势。

1 可拓学的创新方法

可拓学（英文名为Extenics）是以广东工业大学的蔡文研究员为首的中国学者创立的新学科。可拓学是中国学者创立的一门涉及范围广泛的横断学科，可拓学理论是一种融入了东方哲学特点的新兴的创新方法理论，它用形式化模型研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，并用于解决矛盾问题[2]，通俗地说，可拓学是研究创意产生的理论和方法。可拓学解决问题的工具是可拓分析和可拓变换，通过恰当的可拓分析和可拓变换，可以使不行变行，好变更好，矛盾变相容，而分析和变换的逻辑细胞在可拓学中被称为“基元”，基元包括物元、事元、关系元以及各种复合元。

可拓学是一种国内独创的创新方法理论，通过将可拓学的创新方法与工业设计的方法相结合，为设计创新提供本土化适用性高的结构化和形式化表达模型，为解决设计创新问题提供了系列化的可灵活操作的思维变换方法[3]。通过本土化的创新方法指导，让设计创新变得有规律可循，让设计师有高效适用的本土设计化方法参考，可以让工业设计的发展更好地与国内设计环境以及国内消费市场相结合，拓宽企业的创新视野，提高企业设计创新效率，让企业能更有效地充分发挥工业设计创新的优势。

可拓学是一套基于数学原理的科学的系统论，但是设计师与工程师有教育背景的区别[4]，本文的创新之处还在于将可拓学的创新方法与工业设计的实际相结合，在工业设计流程中引入可拓学的创新思维，将感性的设计创新思维与可拓学理论相结合，用设计语言来表达可拓学的创新方法，形成一套设计师容易理解和实际操作的可拓的工业设计创新方法。

2 可拓的工业设计方法研究

2.1 基于可拓学思维的产品分析方法

由于产品设计过程具有半经验化，创意的生成过程无系统的逻辑推导方法的原因，设计过程具有“黑箱”性质，要想将工业设计方法与可拓学相结合，应该优先考虑从客观要素“产品”出发[5]，再运用可拓学的方法，将感性与理性的设计方式相结合得出实用的工业设计方法。可拓论的逻辑细胞为基元，要建立解决矛盾问题的可拓模型，首先必须用基元表示矛盾[6]，因此可拓论建立了物元、事元、关系元作为描述物、事和关系的基本元。物元指一物具有的特征，是描述物的基本元，一物具有多个特征，可以定义多维物元；物与物的相互作用称为事，事以事元来描述；在大千世界中，任何物、事、人、信息、知识等与其他的物、事、人、信息、知识都有千丝万缕的关系，而这些关系之间又有相互作用，互相影响，关系元就是用来描述这类现象的形式化工具；与多维物元同理，一物与多个物有相互作用、与多个对象具有相互关系时，亦存在多维事元和多维关系元[7]。

本文将如何对工业设计的核心对象即产品进行分析，作为可拓的工业设计方法研究的第一步，研究产品属性是分析产品竞争力的基础[8]，只有通过对产品的物、事、关系进行可拓的全面分析，才能方便设计师对设计对象有系统的认识，以便高效的展开进一步的设计创新工作。本研究把产品分为三个部分，分别对应基元理论中的物元、事元、关系元进行可拓分析：产品本体，产品所实现的功能，产品与人、环境的关系，这三部分层层递进又互相关联和影响着。首先是产品的本体，即产品与构成产品的各部分零件的集合，也就是产品的构成元，对应产品的物元；其次是产品所实现的功能，包括产品的所需实现的基础功能，和可能实现的附加功能的集合，也就是产品的功能元，对应产品的事元；最后是产品与人、环境发生的互动关系，就是产品的人-机-环境交互元，即产品的关系元。构成元、功能元、人-机-环境元都可以是多维单元。基于对产品进行以上三个部分的分解与分析，本研究提出了一种基于可拓学理论与工业设计相结合的产品设计与创新分析方法模型，本文称之为可拓产品分析法，如图1所示。

基于可拓产品分析法，当设计师需要对产品进行分析时，即可参照本分析法所提出的三大部分，对产品进行可拓的多向量化分析，思路清晰明了更易于设计师在设计实践中进行操作。

2.2 产品设计参数的可拓化

根据可拓论的基元理论，以物、事或关系O为对象，c为对象特征，对象O关于特征c的量值v构成的有序三元组B=(O，c，v)称为一维基元，当一物、事或关系有多个特征，则可定义多维物元、多维事元和多维关系元[9]。通过可拓基元论，则可应用拓展分析法、共轭分析法、可拓变换法等可拓创新方法对事物进行可拓创新。

图1 可拓产品分析法

可拓基元论为工业产品设计创新提供了产品参数定量化的思路，为了让设计师可以用参数化的办法对产品进行创新设计与优化，首先就要将产品的设计点量化。结合本文提出的可拓产品分析法，可以将产品的物元、事元、关系元，也就是构成元、功能元和人-机-环境交互元，结合可拓基元的三元组方法，进行可拓参数化。由于产品设计所涉及到的产品参数构成要素众多，类型不一，而且产品越复杂，产品的参数量就越庞大[10]，所以本参数化过程提供参数化模型的主体形式，常用参数类别，参数基本应用方向三块主要内容，具体参数化实施过程可以参照模型主体，根据产品实际情况具体划定产品参数类别。如图2所示。

通过对产品的物元的参数化，将产品拓展成产品总成、模块、零件三个层次，零件集合构成模块集合，模块集合构成产品总成，修改产品总体的外形、尺寸、功率等任何一个方面，都会影响到整个物元系统，反之，修改构成产品的任何一个零件，也都会对产品整体产生不同的影响。物元的参数化，为设计师对产品进行微创新、模块化创新、结构和成本优化设计提供了量表的参考。

如图3所示，通过对产品的事元参数化，分析产品的核心功能与可以实现的附加功能的关系，可以帮助设计师通过拓展或者精简产品的功能，为用户提供更实用的产品。同时通过基础功能与附加功能的转换，设计师可以设计出更符合用户需求的独立功能的产品，亦可通过增加产品的附加功能来增加产品的附加价值等。产品的事元是建立在产品的物元的基础之上的，同时为产品的关系元提供实现基础。

图2 物元参数化

图3 事元参数化

关系元是产品除去功能、形态以外，以人为本的，结合环境背景，通过交互体验审视在产品流通与使用过程中引发的涉及安全、舒适、高效等多方面的问题的有效途径[11]。如图4所示，通过对产品的关系元参数化，可以有效地拓展设计师的设计思路，让设计师更全面的看待产品，发掘发现更多的潜在用户需求与环境需求，得到有效的设计切入点，更高效的设计出满足用户、企业、市场、环境的多重需求的好的产品。在关系元中，本模型的主体为人与环境的互动关系中的各项参与要素，交互关系主要由产品的物元与事元实现。

图4 关系元参数化

将产品的设计参数化，可以使设计创新过程降低对于设计师的主观直觉和设计经验的依赖，让设计师可以看到产品本身以外的东西，也就是整个产品的价值链所在，将产品设计创新由传统的“外观造型设计”，深化为工业设计的核心—可持续发展的“集合式社会系统”整合设计—“产业设计”[12]，提高了设计创新的系统性，与此同时，将产品设计进行可拓的参数化，也为将来使用计算机自动生成产品设计创新方向提供了可能。

2.3 基于可拓产品分析法的可拓方案优选法

可拓产品分析法是可拓思维指导的产品创新的第一步，通过参照本文提出的一些参数化方向对产品进行可拓分析，可以系统的得出大量的设计机会点，接下来本文将尝试利用可拓产品分析法优化传统的工业设计流程的部分环节。在产品设计阶段，设计师提出了多种设计解决办法或者创新方案，那设计团队就必须去评价和筛选这些方案，所以根据前文提出的产品设计参数化概念，结合可拓产品分析法，本研究进一步提出一种的基于可拓产品分析法的设计方案优选方法。操作方法如图5所示。

可拓方案优选法的步骤为先对方案集合进行第一阶段方案评价，即方案整体效果评价，评价人员依靠主观体验与客观评价指标相结合，对方案进行第一轮评估，将所有方案进行高中低多档次的划分，然后进入第二阶段方案评价；在第二阶段方案评价过程中，评价人员需要客观的总结上一阶段的评价原因，将所有方案的细分参数总结归于高中低多档次划分，作为下一阶段方案的优化方向、备选设计方向、最低评价阈值等；最终将高评价方案进行有参考的再优化与瑕疵筛除，输出一套创新层度更高且经得起市场检验的方案。

图5 可拓方案优选法

通过第一阶段的主观评价快速评定和第二阶段的客观分析评价相结合，本方案优选法既满足了人的主观判断容差，又实现了客观评价和给出方案优化方向，实现了主客观判定的有机结合。设计领域新材料、新技术的应用会引起相应的人文、艺术、消费、传统技术上的一系列变化[13]，所以在第一阶段和第二阶段的方案评价过程中，模型都要求要有新的信息介入作为评价参考，保证了评价团队的评价指标与时俱进，与此同时在方案评价过程中有可能会有新的与新技术新材料有关的创新迸发而出。可拓方案优选法还能对方案参数进行收集，归纳总结出符合不同需求的方案，例如符合概念设计竞赛的方案，根据档次差异、功能差异等设计出可以满足不同消费群体需求的系列化产品方案等。

3 实例研究

以某不锈钢厨餐炊具生产企业委托的锅具设计为例，企业要求设计一套以禅道为主题的锅具，设计师结合前期系统调研得出的禅道文化、用户体验与市场需求等资料，设计了多款锅具，采用上文提出的可拓方案优选法模型对这些方案进行优化以验证该模型的可行性。

通过第一阶段评估，从产品的易用性、耐用性、清洁难易程度、新材料新技术运用、用户使用体验简单模拟、消费群体定位、使用场景定位等几个方面，对所有方案集合进行了整体效果的层次划分。然后对第一阶段评估得出的分层次方案进行第二阶段评估，从产品模块化、生产工艺、运输成本、美学附加值、系列化可行性、深层次使用者诉求模拟、产品可替代性、产品配套销售策略以及售后服务体系拓展可行性等方面对设计方案进行了全方面的分析，得出了最终优化方向和再设计注意事项，如图6所示。

通过对高评价方案的设计改良，得出了最终方案，如图7所示。该方案将材料创新与锅具把手防烫设计相结合，同时兼顾了生产可行性和竹材的耐用性，使用了玻璃锅盖与竹材把手相结合的锅盖设计，整体满足了禅道设计的风格需求，在改善了产品的使用体验的同时增加了产品的美学附加值。最终方案得到了企业的好评。

图6 方案优化与筛选流程

4 结论

图7 最终方案

本文通过将工业设计与国人原创的可拓创新方法相结合，尝试用可拓学的理论去解决设计过程中存在的部分过于感性化的问题，建立理性化的流程表与参数化的分析方法，并通过对锅具方案的优选研究，验证了本文提出的可拓分析法与可拓方案优选法模型的可行性。本文提出的可拓产品分析法可以使设计师更好的利用可拓学的思维指导设计活动，融合工业设计创新方法，有效的进行设计分析与设计优选，从而提高国内产品设计的创新效率和产品的市场竞争力。

［1］柳冠中.中国工业设计产业结构机制思考［J］.设计，2010（12)：110-111.

［2］蔡文，杨春燕.可拓学的应用研究、普及与推广：综述［J］.数学的实践与认识，2010（07)：214-220.

［3］杨刚俊，余隋怀，初建杰.基于可拓学模型的产品创新设计方法［J］.包装工程，2011（18）：30-33.

［4］端文新.工业设计人才培养目标及知识、能力、素质结构研究［J］.中国轻工教育，2011（01)：37-39.

［5］刘玲玲，薛澄岐，李晶，等.基于基元模型的产品创意设计方法与表征研究［J］.图学学报，2013（03)：90-94.

［6］蔡文，杨春燕.可拓学的基础理论与方法体系［J］.科学通报，2013（13）：1190-1199.

［7］杨春燕，蔡文.可拓工程［M］.北京：科学出版社，2007.

［8］杨艳华.工业设计创新模式初探［J］.福州大学学报：哲学社会科学版，2009（01）：40-44.

［10］陈思，阎艳，上官景昌，等.基于业务本体的产品设计知识表示方法［J］.计算机集成制造系统，2011（04）：673-679.

［11］周明，薛澄岐，汤文成.基于基元模型的产品使用方式表征与重构［J］.东南大学学报：自然科学版，2011（05）：992-997.

［12］柳冠中.急需重新理解“工业设计”的“源”与“元”——由“产业链”引发的思考［J］.艺术百家，2009（01）：99-108.

［13］孟凯宁，孙虎.新材料新技术背景下的工业设计程序［J］.包装工程，2009（06）：121-123.

Industrial Design Method Innovation Research Based on Extenics

WANG Jin-guang，XU Ke
（Guangdong University of Technology，School of Art and Design，Guangzhou 510000，China）

The main purpose is to solve the problem of domestic industrial design lacks original methods.It combines Extenics innovative theory and industrial design methods.This paper puts forward a products design analysis method with Extenics based on industrial design language，based on it，has established a projects evaluation and selection method model with Extenics and uses it to guide the indigenous innovation of industrial design.By using the indigenous industrial design methods to guide domestic design innovation activities，it allows domestic production and design companies focus more on product value chain design innovation，not only in the design of the product itself.It will enhance the ability of industrial design to adapt the development of this country，and to improve the efficiency of domestic design innovation and increase the revenue from design innovation.

industrial design；Extenics;basic element；product analysis；product value chain；project optimization

TB47

：A

：1009－9492(2014)12－0023－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.006

王金广，男，1969年生，河南人，硕士，副教授。研究领域：工业设计。已发表论文20篇。

(编辑：阮 毅)

2014－11－12