基于情景分析的智能化家具設(shè)計研究

■張宗登 劉宗明 Zhang Zongdeng & Liu Zongming

(1.2.湖南工業(yè)大學,湖南株洲 412007)

1 情景分析的特點及構(gòu)成

1.1 情景分析的特點

所謂情景分析，是指通過考慮未來事件可能發(fā)生的結(jié)果，進而預測未來可能發(fā)生事件過程的方法，屬于直觀的定性預測方法。情景分析實際上是一種設(shè)計知識表達的過程，一般用于產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，它要求設(shè)計師充分依據(jù)現(xiàn)有要素，充分發(fā)揮自身的想象力，將產(chǎn)品的使用者置于產(chǎn)品的使用情景之中，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路徑，進而找到產(chǎn)品設(shè)計的概念定位和設(shè)計突破口，最終形成合理的設(shè)計方案。

情景分析設(shè)計是人類的一種常見的智力認知活動，它主要研究如何將人類所獲取的設(shè)計知識、設(shè)計經(jīng)驗與設(shè)計靈感融入到設(shè)計創(chuàng)新活動中去。也就是說，情景分析設(shè)計是研究人類如何獲取設(shè)計知識與技巧，使設(shè)計師的想法、理念、創(chuàng)意和行為適應設(shè)計的內(nèi)外部環(huán)境因素，并獲得廣泛的設(shè)計思路和設(shè)計洞察力[1]。在概念設(shè)計過程中，情景分析設(shè)計主要有兩種知識表征方式，一是通過設(shè)計師的靈感知識進行的設(shè)計表征，這需要設(shè)計師的智慧、經(jīng)驗、靈感、頓悟、知識背景、洞察力等感知行為與要作用于解決問題的環(huán)境知識（包括問題內(nèi)部知識、領(lǐng)域關(guān)聯(lián)知識、跨領(lǐng)域問題等）共同作用，來激起設(shè)計師產(chǎn)生解決問題的創(chuàng)造性構(gòu)想，從而科學合理地表征并解決設(shè)計問題；二是設(shè)計問題所具備的詳細信息要素的表征，這主要包括對設(shè)計問題的深入理解與詳細表達、設(shè)計內(nèi)外部環(huán)境所處的各種制約因素的分析、設(shè)計方法運用的合理運用等[2]。在我們的日程生活中，由于產(chǎn)品的內(nèi)外制約要素有很多，必然存在設(shè)計情景中的某些要素不能使用特定的設(shè)計方案，如將玻璃設(shè)計成承重結(jié)構(gòu)肯定不如使用金屬更適合；將棉花做成燃料，不如將其加工成衣料更符合人的客觀實際需求；原木做成的建筑物結(jié)構(gòu)，肯定不如設(shè)計成家具更合理。

1.2 情景分析設(shè)計的構(gòu)成

在設(shè)計過程中，情景分析的核心內(nèi)容，是設(shè)計問題的知識表征方式，它要求設(shè)計師解決如何將設(shè)計知識來表征我們所要解決的設(shè)計問題。根據(jù)設(shè)計問題表達的方式不同，可以將情景設(shè)計分為設(shè)計的外部情景、內(nèi)部情景、設(shè)計子情景三種知識模塊。外部情景知識主要是由影響設(shè)計問題的外部要素所構(gòu)成，如市場、銷售、使用者等外部要素；內(nèi)部情景知識主要由設(shè)計問題的內(nèi)部要素構(gòu)成，如材性、功能等；設(shè)計子情景是將情景知識層層分級，是外部情景知識與內(nèi)部情景知識互相融合，從而提出新設(shè)計方案，解決相關(guān)設(shè)計問題。根據(jù)具體設(shè)計問題的相關(guān)知識結(jié)構(gòu)，可以將情景分析設(shè)計知識分為與人相關(guān)的設(shè)計要素、與產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計要素、與環(huán)境相關(guān)的設(shè)計要素以及三者之間相互關(guān)聯(lián)的設(shè)計要素四個部分。這四個情景知識類型共同構(gòu)成了情景設(shè)計知識信息庫，如表1所示。

由表1中可以知道，情景分析設(shè)計知識包括四個情景知識模塊，即“人”的模塊，“產(chǎn)品”模塊，“環(huán)境”模塊和人、產(chǎn)品、環(huán)境三者關(guān)聯(lián)模塊。每一個知識模塊包含著許多情景設(shè)計知識要素，這些知識要素對設(shè)計定位起著限定和指導作用，從而可以獲得產(chǎn)品的情景認識。情景知識信息庫可以分為效用知識庫，案例知識庫，專利知識庫，市場知識庫，設(shè)計知識庫等，這些知識庫是情景設(shè)計分析的紐帶和橋梁。情景分析對概念設(shè)計至關(guān)重要，它對產(chǎn)品概念設(shè)計的分析與整合，確定產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)中各項因素，將產(chǎn)品創(chuàng)新構(gòu)想具體化等分析過程，都是不可或缺的。在進行產(chǎn)品概念設(shè)計的過程中，通過產(chǎn)品的情景知識分析，可以對產(chǎn)品所處系統(tǒng)的存在方式和設(shè)計屬性進行定位。概念設(shè)計之初，通過調(diào)研資料的分析與歸類，并將其轉(zhuǎn)化為相關(guān)的情景知識，總結(jié)出各個相關(guān)情景知識要素之間的聯(lián)系，從而確立概念設(shè)計的目標范圍和設(shè)計問題。在這個過程中，情景分析主要是充分利用信息庫中的信息資源，通過對產(chǎn)品與人的交互情景分析，獲得人在一定環(huán)境中的各種需求；從人與產(chǎn)品交互情景分析中，獲得產(chǎn)品的具體設(shè)計構(gòu)思；通過對產(chǎn)品與環(huán)境的交互情景分析，獲得產(chǎn)品概念設(shè)計的各種約束條件[3]。

表1 情景分析設(shè)計知識模塊構(gòu)成

2 情景分析在智能化家具設(shè)計中應用

2.1 智能化家具情景設(shè)計知識構(gòu)成

智能化家具是指利用計算機、通訊與網(wǎng)絡(luò)、自動控制、IC卡及傳感器檢測等技術(shù)，通過適宜的結(jié)構(gòu)與接口，可模擬人的智能活動過程自動實現(xiàn)特定功能，同時與家居生活各相關(guān)子系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理使家居生活更加舒適、安全、有效的產(chǎn)品的總稱[4]。智能化家具必須具備兩個基本條件：一是具有同類傳統(tǒng)家具的基本功能；二是具有同類傳統(tǒng)家具所不擁有的特定功能，如坐具類家具的背斜角、座斜角、座高、扶手高度、靠枕的高度與角度等參數(shù)都可以隨使用者的要求而自動改變，這樣一件家具就具備了一定智能。智能化家具設(shè)計主張理性、強調(diào)功能、注重技術(shù)、追求簡潔、突出功能的智能化、便于易于使用等方面的特點。

以智能化家具設(shè)計為例，運用情景分析方法，對其進行相關(guān)概念設(shè)計。就智能化家具而言，家具是設(shè)計主體，即目標設(shè)計或者源設(shè)計，智能化是對家具功能要求的設(shè)計限定，在這里已經(jīng)對家具設(shè)計知識進行第一次的過濾。在設(shè)計過程中，家具產(chǎn)品的本體知識要素對設(shè)計實現(xiàn)具有較為重要的作用，就其結(jié)構(gòu)而言，具有以下幾個方面的知識要素：一是“智”充當了智能化家具的大腦，具有指揮功能。其主要任務(wù)是按照預先編好的程序進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計算、報警等，同時通過連接電路向系統(tǒng)各個部分發(fā)出各種控制命令，指揮整個系統(tǒng)有條不紊的工作。二是“能”即能動，通過具體的執(zhí)行元件完成各種特定功能。三是智能化家具系統(tǒng)中的“連接部位”，連接部位既包括產(chǎn)品—產(chǎn)品交互界面，又指人—產(chǎn)品交互界面，即人與家具的信息交換的界面，它是連接“智”與“能”的橋梁[5]。

智能化家具設(shè)計的核心點在“智能”上，使家具實現(xiàn)“智能”是智能化家具設(shè)計的基本目標。根據(jù)這一特點，筆者將家具本體知識模塊作為情景分析的重點，而產(chǎn)品與環(huán)境，產(chǎn)品與市場，產(chǎn)品與人等知識模塊居于家具本體知識情景分析之后，由此可以把智能化家具內(nèi)在情景知識分為家具結(jié)構(gòu)知識，家具行為知識和家具功能目標知識三個情景設(shè)計知識模塊，如圖1所示。在智能化家具情景知識分析中，結(jié)構(gòu)知識模塊主要有五個大的部分組成，即智能控制設(shè)備、智能執(zhí)行設(shè)備、傳感裝置、家具本體結(jié)構(gòu)和智能傳動機構(gòu)。如果將智能化家具比作人體，家具本體結(jié)構(gòu)與非智能家具一樣，是家具的“軀體”，用于連接和支撐其家具功能部分；傳感裝置是家具的“五官”，用來感知外界和軀體內(nèi)部的變化，準確測出其當前狀態(tài)，保證系統(tǒng)進入控制狀態(tài)；智能控制設(shè)備相當于家具的“大腦”，是智能化家具的靈魂；智能傳動機構(gòu)則類似家具的“四肢”，用于完成控制設(shè)備傳達的任務(wù)。

智能化家具行為知識模塊主要是指不同的家具結(jié)構(gòu)在“智能化”功能實現(xiàn)過程中通過何種行為發(fā)揮作用，如智能控制設(shè)備主要是按照預先編好的程序進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯處理、控制量計算等，并通過連接電路向智能系統(tǒng)的各個部分發(fā)出控制命令，指揮整個系統(tǒng)有條不紊的工作；智能執(zhí)行設(shè)備的主要行為是根據(jù)控制器發(fā)出的指令，直接控制執(zhí)行裝置工作；傳感裝置的作用是把位移、速度、力、溫度、光度等物理量和濃度、成分等化學量轉(zhuǎn)換為電信號；家具本體結(jié)構(gòu)是所有功能的支撐結(jié)構(gòu)，完成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能；智能傳動機構(gòu)主要是借助一些傳動裝置對系統(tǒng)作直接、物理性的作用，來達到系統(tǒng)所希望的狀態(tài)。

智能化家具功能目標知識主要是表征智能化家具最終所要實現(xiàn)何種智能化的目標，是概念設(shè)計思考的落腳點與歸宿所在。根據(jù)不同領(lǐng)域智能化發(fā)展的現(xiàn)狀，以及家具產(chǎn)品本身的特點，智能化家具功能目標知識模塊主要包括智能尺度參數(shù)調(diào)節(jié)，如角度調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)、長度調(diào)節(jié)、寬度調(diào)節(jié)、開合度調(diào)節(jié)、升降度調(diào)節(jié)、折疊度調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)度調(diào)節(jié)等，智能感覺系數(shù)調(diào)節(jié)，如亮度調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、感應度調(diào)節(jié)等，以及智能保護功能，如消毒、殺菌、防蟲、防蛀等。

2.2 智能化家具情景分析設(shè)計模型

筆者在前面提到，情景分析主要適用于產(chǎn)品概念設(shè)計階段，就智能化家具而言，構(gòu)建具有一般性的情景分析設(shè)計模型，對智能化家具產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新具有重要的指導作用。情景分析設(shè)計過程通過情景知識的分析來產(chǎn)生設(shè)計設(shè)想，進而通過情景知識的限定，來優(yōu)化設(shè)計概念的過程。因此情景知識是設(shè)計分析的基礎(chǔ)，設(shè)計限定所產(chǎn)生的矛盾以及設(shè)計需求所產(chǎn)生的概念是設(shè)計的關(guān)鍵，鑒于此，筆者認為基于情景分析設(shè)計的方法，智能化家具設(shè)計模型的建構(gòu)包括三個方面的內(nèi)容，一是用于情景分析的設(shè)計知識，可以分為六個部分；二是情景分析過程中通過不同的設(shè)計限定所產(chǎn)生的矛盾沖突；三是根據(jù)情景分析，設(shè)計需求所形成的設(shè)計概念或設(shè)想。矛盾沖突與設(shè)計設(shè)想之間通過互相交融，以達到設(shè)計上的平衡，進而形成合理的設(shè)計方案，如圖2所示。從圖2中可以看出，智能化家具情景分析的知識包括六個基礎(chǔ)模塊，即環(huán)境知識模塊，智能化家具知識模塊，用戶知識模塊，用戶與環(huán)境的交互知識模塊，智能化家具與環(huán)境的交互知識模塊，用戶與智能化家具的交互知識模塊。由于智能化家具的特殊性，關(guān)于智能化家具本身的知識模塊在前面已經(jīng)進行了詳細介紹。環(huán)境知識模塊主要是指智能化家具外在物質(zhì)與精神空間對設(shè)計所產(chǎn)生的影響，一般與產(chǎn)品、用戶結(jié)合起來分析。用戶知識模塊對設(shè)計概念起著的限定作用，用戶的身份、地位、認知、愛好、文化、心理、交往人群，購買力不同，對智能化家具產(chǎn)品的需求也不一樣，所形成的設(shè)計概念也存在較大的差異。

在情景分析設(shè)計過程中，用戶、環(huán)境及智能化家具三者是相互交融，不可分割的，它們互相交互的過程中，形成了三種具體的設(shè)計知識模塊。一是用戶與環(huán)境的交互知識模塊，能決定著設(shè)計概念的功能和智能化家具產(chǎn)品設(shè)計信息傳遞的是否合理。用戶與環(huán)境之間的功能活動，能更深層次的挖掘用戶的潛在，有針對性的需求；智能化家具產(chǎn)品在環(huán)境中信息傳遞的合理性，對設(shè)計概念起著重要的限定作用，不同信息傳遞方式對應不同設(shè)計概念，信息傳遞的類型也會影響設(shè)計概念的種類。同時，智能化家具材料、色彩、功能、形態(tài)、風格符號、使用、購買模式的喜好等知識因素，也受外部環(huán)境對用戶影響。由此可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)境與用戶交互知識情景分析，將某種環(huán)境下的特定事件的過程分解成了若干細節(jié)，使設(shè)計師能夠注意到用戶所沒有留意的問題，從而發(fā)現(xiàn)智能化家具設(shè)計的相關(guān)機遇與設(shè)想。二是用戶與智能化家具之間的交互知識模塊，能為設(shè)計設(shè)想或概念提供直接的目標與需求。通過用戶習慣的操作方式、使用步驟、操作的精確性、健康安全要求、信息通道匹配方式和使用者的心理模型、美學要求、情感要求等，來確定智能化家具所要具備的結(jié)構(gòu)、功能、部件設(shè)計、工藝材料、產(chǎn)品的形態(tài)語言、指示符號、界面排布等多方面的內(nèi)容。關(guān)于用戶與智能化家具交互知識模塊所涉及的知識很廣，包括人體測量學、心理學、認識學、運動學、生理學、美學、醫(yī)學和工程技術(shù)的多個領(lǐng)域。不同的知識，對設(shè)計概念起著重要的限定作用，如人體測量學通過的人體尺寸的測量，能確定人體不同部位的尺寸、運動姿勢、活動范圍、肌力等，這些知識可以決定智能化家具控制器的形狀、尺寸、操作方式、所需的驅(qū)動力等，進而決定使用者的操作方式、效率、準確性、舒適度等。三是智能化家具與環(huán)境的交互知識模塊，對設(shè)計概念的生產(chǎn)也有著重要的限定作用。就智能化家具而言，智能化產(chǎn)品系統(tǒng)必須要面對大量的周邊環(huán)境要素帶來的問題，如社會經(jīng)濟、現(xiàn)有產(chǎn)品、社會潮流、制度法規(guī)（如安全標準）、市場狀況、美學價值、技術(shù)條件限制、文化規(guī)范、品牌形象、用戶期待、產(chǎn)品所在的微觀環(huán)境要求等知識內(nèi)容，都對智能化產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思產(chǎn)生規(guī)范與限定作用。

情景知識是情景分析設(shè)計的基礎(chǔ)，在智能化家具設(shè)計過程中，通過不同模塊的情景知識以及情景知識的交互，能發(fā)現(xiàn)和挖掘不同的設(shè)計需求（需求1、需求2……需求N）；根據(jù)不同的設(shè)計需求，生成不同的設(shè)計概念或設(shè)想（設(shè)想1、設(shè)想2……設(shè)想N）；同時，不同模塊的情景知識以及情景知識的交互，又能形成不同的限定條件（限定條件1、限定條件2……限定條件N），在限定條件與設(shè)計概念的共同作用下，形成完善合理的設(shè)計方案。

3 結(jié)語

情景分析設(shè)計方法一般運用于概念設(shè)計知識的表達，是產(chǎn)品概念設(shè)計過程中比較有效的一種方法，運用情景分析能產(chǎn)生大量的設(shè)計設(shè)想與設(shè)計方案。與其他設(shè)計方法一樣，情景分析設(shè)計方法可以減少產(chǎn)品開發(fā)資源（時間、金錢等）的使用、改善產(chǎn)品功用、提高產(chǎn)品可靠性、降低產(chǎn)品生命周期成本和縮短制造周期[6]。當前，情景分析設(shè)計方法仍處于設(shè)計探索階段，有待進一步完善，通過情景分析的設(shè)計邏輯與情景知識的設(shè)計表征，來探索智能化家具的設(shè)計思路，可以大大開拓智能化家具設(shè)計的視野，獲得源源不斷的設(shè)計靈感。

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