基于族意象泛化的产品族设计方法研究

池钦 朱韦龙

摘  要：针对目前产品族成族过程中子代产品与父代产品的族意象风格延续性与多样化的问题，通过族意象的泛化和聚类，以父代产品意象作为成族依据来定位产品族子代产品意象风格来解决。首先，确定父代产品的初始意象，然后大量搜集并筛选相关感性意象和产品样本。其次，从语义层面提出同族、泛族和异族意象概念，利用感性意象和产品样本，借助语义差分法和数量化一类方法，确定意象与样本之间对应关系，同时利用K-means聚类对意象进行聚类数不等的两次聚类，划定同族、泛族和异族意象词汇，并确定代表性意象作为目标意象。最后，结合最优体现目标意象的造型组合与各目标意象表现最优的样本造型，进行产品族意象造型创新设计。利用产品族意象的同族、泛族和异族意象概念，作为产品族的成族依据，更加科学明确地定位产品族子代产品的意象风格，对于产品族的发展和提升产品族的服务质量具有理论和实践价值。

关键词：产品族；意象泛化；K-means聚类；感性工学；造型设计

基金项目：本文系甘肃省自然科学基金资助项目“面向大数据及多目标驱动的产品族造型个性化定制系统研究”（20JR10RA165）阶段性研究成果。

随着市场竞争日益激烈，制造商在保证大批量、低成本生产的同时，消费者情感需求或所谓的感性需求，已愈加成为产品设计最重要的问题之一[1]。多样化、动态化的客户需求和不确定的竞争环境已经对可持续产品族形成了挑战，保持产品族持续动态创新、提升自身竞争能力也是当下环境对企业提出的更高要求。产品族（Product family， PF）是从通用产品平台开发[2]，根据客户个性化需求进行快速开发和制造的系列产品，在保留同族群體的主要产品特征的同时，通过产品演进过程的突变，丰富产品族群造型。目前，产品族成族方法或以技术化、模块化为主，或挖掘产品族通用造型DNA来应用于统一企业的不同产品中，使其具有统一的家族化特征[3]。但实际设计中，设计师们往往会从与族意象相近甚至相异的意象风格中寻找设计灵感，丰富产品族的造型风格，使其更具有多样性。于是本文提出以族意象作为产品族的成族依据，将族意象作为主要切入点，在继承父代产品族意象的同时充分挖掘与之相关、相异的意象来拓宽设计资源，更加丰富子代产品族的设计方向和设计目标，并据此进行产品族创新设计。

一、产品族创新设计

产品族设计是近年来大规模定制产品设计的主要手段与研究热点，相关研究学者提出了许多方法和策略。将产品族的意象造型作为遗传因子进行提取，罗仕鉴等[4]提出产品族设计DNA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，设计了DNA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。该方法很好的解决了产品族遗传因子的提取问题，同时将通用型基因应用于同一企业的不同系列产品设计中，使其具有家族化特征，但并未将其应用于产品族的动态演进过程中。为研究产品族的动态演进方法，周小舟等[5]综合应用多种感性工学研究方法从现有平台产品族设计中推导出可用产品族DNA，包括产品族的显性DNA和隐性DNA，然后将归纳出的显性及隐形遗传因子在新一代平台产品设计实践中应用和检验，为产品族的动态演进创新设计提供了可行性指导。但该方法仍是以技术、结构、功能为主的显性DNA作为主要依据，而意象风格为主的隐形DNA只是作为设计的辅助内容进行参考，子代产品并不能很好的继承和发展父代的产品族意象风格。此外，针对模块化产品族演化，MARTIN等[6]以创新性及多样性作为产品族演进过程的主要内容，对产品族的演进进行模块化的创新性设计；王浩伦等[7]从工程设计角度出发，针对当前产品族动态演进机制和系统化创新方法研究的不足，提出基于模块化产品族的模块功能、结构和特征参数三层要素合成的模块化产品族结构模块通用性指标，实现单个模块通用性和模块化产品族整体通用性的衡量；这两种均是在技术层面提出产品族的模块化创新设计方法。

综合上述的研究现状，确定本文的研究范围是从意象风格角度挖掘父代产品族意象，同时充分挖掘与之相关、相异的意象来拓宽设计资源，并以此为依据进行子代产品族意象造型的创新设计。

二、基于族意象泛化的产品族意象造型创新设计

（一）产品族意象泛化

产品造型体现的意象属于情感认知范畴。同时，在日益重视“以人为本”设计理念的今天，产品意象对于消费者情感体验的影响以及对企业文化形象贡献也越来越大。通常，设计师通过把握父代产品造型风格，结合自身创意思维和设计经验来进行新设计。如图1所示的魅族手机系列产品，消费者不仅要求手机性能配置，对于产品造型同样有所期待，独树一帜并且家族特征显著的产品设计风格能够很好提升企业识别度。

但是，有时仅仅依靠设计师凭借自身的设计思维来保证产品族动态演进过程中的造型风格延续性和创新性是不够可靠的，如较大的设计思维差异带来的设计产品族子代产品造型的大幅度变化，会导致产品族的意象风格断层，缺乏稳定的延续[8]；同时，进行依照父代产品意象造型，进行局部造型的细微创新，这样虽然能在一定程度上丰富产品族族间的造型意象风格，但可能导致子代产品族的意象风格与父代太过接近，会造成创新性缺失。

为了解决产品族不能够很好的依据意象风格成族的情况，本研究提出通过族意象泛化聚类的方法，实现产品族父代与子代之间产品意象风格的稳定延续与继承（如图2）。在父代产品和初始意象词汇选定的情况下，通过挖掘大量相关意象词汇，对初始意象词汇与相关意象词汇进行聚类。根据意象词汇聚类结果，定义与初始意象词汇意义最为相近的词汇为“同族”意象词汇，意义较为相近的词汇为“泛族”意象词汇，意义最为疏远的词汇为“异族”意象词汇，然后根据意象偏好需求确定族群意象风格，定制满意的族群形态。

（二）基于产品族意象泛化的产品族造型设计方法研究流程

总体研究流程大体分为三大块：首先确定父代产品，并确定初始意象风格，同时分别从同类产品、类似产品和不相关产品三个方面来收集意象词汇，并适当筛选；然后结合收集到的同类产品样本和意象词汇制作调查问卷，并利用调研得到的数据对意象词汇进行聚类，确定同族、泛族和异族词汇；最后依据意象风格需求并结合感性工学的方法来对子代产品族进行造型设计。

基于感性工学理论[9]分析产品的造型需要依次从三方面入手：通过市场调研分析，获得产品样本和意象词汇；利用形态分析法[10]，获得样本的造型视觉控制要素；利用数量化一类理论[11]，将消费者定性的感性认知量化，获得目标意象风格与造型视觉控制要素间的映射关系；借助产品样本和意象词汇的调研结果，分别选取各目标意象风格下表现最好的代表产品样本造型，结合由数量化一类得到的目标意象风格下最佳造型视觉控制要素组合，进行产品族意象造型创新设计。具体研究流程如图3所示。

三、产品族意象泛化聚类

（一）初始意象词汇的泛化

意象风格是产品的外在感觉，这主要通过设计师的设计策略进行塑造，以满足消费者的风格偏好[12]。“泛化”指事物由具体、个别向一般扩大的过程[13]。感性意象词汇的泛化，即是感性意象词汇由具体到一般，由特指向泛指的演化过程。在根据初始意象词汇广泛收集相关词汇之后，利用KJ法或聚类分析的方法来对众多词汇进行筛选。

对意象词汇的泛化规则进行简单定义：首先根据父代产品确定初始意象风格，然后分别从各种同类产品、与之功能用途相近的产品、与之完全无关但是热度较高的产品及词汇三个方面进行意象词汇收集汇总。本文以勺子为例进行研究。

首先確定父代产品样本（如图4）。经过专家讨论确定其造型意象风格为“个性的”，但同时兼有“简约的”实用风格，以该初始族意象作为设计目标进行族意象泛化设计。其勺颈位置的弯曲特征最为明显，集中体现了该产品的个性化和实用性的特征，故将其作为父代产品最主要的意象特征进行延续。

然后对初始意象进行泛化。广泛从上述三个方面对产品意向词汇进行收集和筛选，同时收集勺子样本来结合意象词汇制作SD调查问卷。除了勺子产品外，从与之功能相近的厨具类产品以及目前设计界比较流行的造型风格中收集意象词汇，词汇收集结果如表1所示。

表1  产品意象调查表

通过专家讨论去除差异较大或相关性较差的词汇，得到10个感性意象词汇：“个性的”“独特的”“古典的”“高贵的”“文艺的”“美观的”“圆润的”“自然的”“整体的”和“简约的”。

（二）意象词汇的聚类

对初始意象词汇泛化可以得到若干与之相关的词汇，经过初步筛选之后需要对这些词汇进行聚类操作。利用最经典的K-means算法来将包括初始意象词汇在内的所有词汇进行聚类数不等的两次聚类，且第二次的聚类数较第一次少一次的方法来进行词汇族群的划分。

由于要将词汇最终聚为同族、泛族、异族3类，所以意象词汇聚类的具体步骤如下：

1.在初次聚类时，将初始意象词汇在内的全部意象词汇聚为3类，并将离聚类中心距离最近的词汇作为该类的代表意象词汇，得到3个类和3个代表意象词汇。

2.再将意象词汇聚为2类，同样将离聚类中心距离最小的词汇作为该类的代表意象词汇，得到2个类和2个代表意象词汇。

3.对照2次聚类结果，可以得到初始意象词汇的同族词汇、泛族意象词汇和异族意象词汇。

根据K-means算法聚类原理以及意象词汇聚类结果，确定意象词汇的同族意象词汇、泛族意象词汇和异族意象词汇，如下：

1.泛族意象词汇

在首次聚类时，单独聚为一类，而在第二次聚类时，与初始意象词汇所在类同时聚为一类的词汇，它们相互间距离更加接近，语义也更加接近，因此在聚类数减少一类的情况下将其合并为一类，于是可以将其定义为初始意象词汇的泛族词汇。

2.同族意象词汇

初次聚类时，即与初始意象词汇同聚为一类的词汇，在语义上最为接近，则可认为这些词汇为初始意象词汇的同族词汇。

3.异族意象词汇

第一次与第二次聚类时，都未与初始意象词汇聚为同类的词汇，其在语义上与初始意象词汇最为疏远，可认为是初始意象词汇的异族词汇。

其中，如果出现第二次聚类时，初始意象词汇所在的一类与其他两类词汇的距离恰巧相等的情况时，可以在词汇泛化后利用KJ法筛选的时候，再次选取不同的意象词汇数目来进行聚类，直至聚类成功。

同时，在将泛化的意象词汇进行聚类分族之前，首先需要收集产品样本之后结合意象词汇制作调查问卷，根据调研数据对意象词汇进行聚类。从各种购物网站和设计网站广泛收集勺子图片样本，去除相似性较高的样本，采用专家测评和小组讨论的方法，从中筛选出最具有代表性的样本15个，并进行去色和去品牌处理后分别编号（如表2）。

结合10个代表性意象词汇和15个样本，应用语义差分法[14]制作5级SD调查问卷来识别意象词汇和族群样本的对应关系，作为后期形态编码和造型泛化设计的对象；邀请15名设计类专业的同学以及普通用户填写调查问卷，并计算意象评价均值。

根据问卷调查得到的代表性产品样本与各个意象评价词汇对应关系，将这10个词汇分为3类进行K-means聚类，得到聚类结果：“古典的”“高贵的”“文艺的”“美观的”为一类，其中以距离聚类中心最近的词汇“文艺的”作为代表词汇；“个性的”“独特的”为一类，其中以“个性的”作为代表词汇；“圆润的”“自然的”“整体的”“简约的”为一类，其中以距离聚类中心最近的词汇“简约的”作为代表词汇。

然后，将这些词汇再次进行聚类，分为2类词汇。结果，“个性的”“独特的”“古典的”“高贵的”“文艺的”“美观的”为一类，其中以距离聚类中心最近的“文艺的”作为代表词汇；“圆润的”“自然的”“整体的”“简约的”为一类，其中“简约的”为代表词汇。聚类划分结果如图5所示。

依据对同族词汇、泛族词汇和异族词汇的定义，综合两次聚类的聚类结果，可以确定初始意象词汇“个性的”的同族词汇、泛族词汇和异族词汇如表3所示。

四、产品族意象造型分析与设计

（一）建立意象与视觉控制要素之间的映射关系

应用形态分析法对15个代表性样本进行形态分解，分析、归纳出勺子的造型视觉控制要素（项目）及其分类，将勺子的整体分为勺头、勺把和勺柄三个部分。同时，根据样本勺头造型，可分类三个类目，分别为类圆形、水滴形、不规则形；根据样本勺把造型，可分为细长型、宽厚形以及综合形；根据勺柄造型，可分为纤薄形、宽大形和有机形三种类目。

将15个代表性样本勺子的三部分视觉控制要素进行量化，编写二进制类目反应值，并结合初始产品族意象“个性的”，以及泛化聚类后得到的泛族意象代表性词汇“文艺的”、异族意象代表性词汇“简约的”，利用数量化一类理论，进行造型意象与视觉控制要素之间的映射关系分析，得到勺子造型视觉控制要素意象分析结果。代表性样本勺子的三部分视觉控制要素类目反应值与意象分析结果分别如表4和表5所示。

根据勺子造型视觉控制要素意象分析结果，“个性的”“文艺的”以及“简约的”的复相关系数分别为0.7863、0.61和0.699，这表明表中数据精度较高。同时，根据数量化一类理论，偏相关系数可表示造型要素的重要性，标准系数可表示具体造型类目对意象风格的贡献值。因此，可借助这些数据辅助设计师实现，在更加紧贴目标意象下，进行产品族意象造型设计。

同时根据表5，以偏相关系数大于0.5可认为该造型设计要素能够体现意象风格，并根据标准系数绝对值大小确定该造型设计要素下最能体现该意象风格的造型类目。可以确定，在产品族意象，即初始意象风格“个性的”下，勺把部位的宽厚形造型以及勺柄部位的有机形造型最能体现其意象；在泛族意象“文艺的”下，勺柄部位的有机形造型最能体现其意象；在异族意象“简约的”下，勺头部位的类圆形造型和勺把部位的宽厚形造型，以及勺柄部位的有机形造型，最能体现其意象。同时，可知，在勺头部位下，类圆形造型最能体现勺子的“个性的”与“简约的”以及“文艺的”意象；在勺把部位下，宽厚形造型最能体现勺子的产品族意象以及泛族、异族意象；在勺柄部位下，有机形造型最能体现此三种意象。

因此，综合上述分析，在进行勺子的产品族意象造型创新设计时，勺头部位可选择类圆形，勺把部位可选择宽厚形，勺柄部位可选择有机形，依此可以综合体现产品族意象“个性的”，以及泛族意象“简约的”和异族意象“文艺的”意象。

（二）产品族意象造型创新设计

根据产品样本意象造型评价问卷结果，其中对于初始意象“个性的”评价最高的是样本8，对于泛族意象“文艺的”评价最高的是样本8，对于异族意象“简约的”评价最高的是样本10。结合表5中各个意象风格下最能体现其意象风格的勺子造型部位，将各个意象风格下的最优产品样本造型进行比较，如表6所示。

由表6可知，为了能够同时表现“个性的”“文艺的”“简约的”意象风格，可以选择类圆形的勺头、综合形的勺把、有机形的勺柄组成勺子造型，或者选择类圆形的勺头、宽厚形的勺把、有机形的勺柄组成勺子造型。同时，根据意象词汇与视觉控制要素映射结果，当选择类圆形的勺头、宽厚形的勺把和有机形的勺柄时，能够最优表现“个性的”“文艺的”“简约的”意象风格。

因此，在进行产品族子代产品意象造型创新设计时，可优先选择设计方案一：类圆形的勺头、宽厚形的勺把和有机形的勺柄的组合造型；同时为了丰富产品族意象造型，亦可选择设计方案二：类圆形的勺头、综合形的勺把、有机形的勺柄进行设计。设计方案造型选择如表7所示。

根据图4所示的初始产品族父代勺子产品造型进行视觉控制要素类目分析，可以发现初始产品族父代勺子产品造型主要由水滴形勺头、宽厚形的勺把以及宽大形的勺柄组成，另外其在勺把部位拥有一个凸形结构，使其能够挂在杯壁上，具有实用性，并且这个特殊结构也增加了其造型的个性意象，故在子代产品时可予以保留。

因此，在以产品族意象“个性的”、泛族意象“文艺的”以及异族意象“简约的”为目标意象的目标设计方案下，结合初始产品族父代勺子造型，可以优先按照设计方案一，将勺头更换为类圆形，勺把保持宽厚形，勺柄更换为有机形；同时，为了扩展产品族意象造型，亦可结合初始产品族父代勺子的造型，按照设计方案二，即类圆形的勺头、综合形的勺把、有机形的勺柄，进行造型创新设计。

本文选择使用由产品造型部位定制系统[15]来进行各个造型部位的创新设计，利用第三部分第二节对于产品样本的评价，以及参数化产品样本各造型部位，作为系统的输入输出，并生成相应的造型部位设计方案。产品造型个性化定制系统如图6所示，图中为勺头部位的生成设计方案。

优先选择设计方案一进行子代造型设计。利用产品造型部位定制系统，以目标意象为目标，生成勺头部位的设计方案，人工选择其中一个勺头造型；对于勺把，保留父代造型的宽厚形，并保留父代的凸性结构功能造型；对于勺柄，由于需要设计成有机形，且有机形一般根据使用场景或表达意境而造型较为多变，故在目标意象下，人工进行勺柄设计。在各造型部位设计完成后，最后再次进行人工优化，完成子代勺子造型设计。设计方案一设计流程如图7所示。

同时，针对设计方案一，分别利用产品造型部位定制系统根据目标意象进行勺头和勺把的设计，并选择其中的一个生成方案进行造型组合。然后，人工进行设计有机形的勺柄。最后，组合各部位造型，形成完整的子代勺子造型设计，并在目标意象下，再次进行优化。

最终，子代勺子造型设计方案设计如圖8所示。

为了验证勺子子代产品造型设计方案对于产品族意象“个性的”以及泛族意象“文艺的”和异族意象“简约的”表现程度，还有对于父代意象造型的继承度，以5级量表制作问卷，邀请15位设计专业学生和普通消费者对设计方案进行评价，结果如表8。由表8可知，评价者对于各评价指标的评分均处于量表中较优或优级位置，表明设计方案很好延续了父代意象造型风格，符合设计要求。

五、结语

本研究从语义层面定义了同族、泛族、异族意象概念，实现了产品族意象风格的泛化，并结合产品族产品造型与意象风格的映射关系，完成了产品族意象造型创新设计，实现了产品族意象造型的继承与创新。但是由于获取产品造型与意象风格映射关系是通过问卷形式获取，调查基数小，可能造成获取结果的偏差，未来将进一步研究如何利用大量网络上的用户评价更加客观地获取产品造型与意象风格映射关系。

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作者简介：

池钦，兰州理工大学设计艺术学院硕士研究生。研究方向：感性工学、产品族设计。

朱韦龙，兰州理工大学设计艺术学院硕士研究生。研究方向：感性工学、产品族设计。

通讯作者：王鹏，兰州理工大学设计艺术学院副教授。研究方向：感性工学、产品族设计、智能设计等。