架构导向龙池砚感性工学系统设计决策分析

陈 静，孙述平

（1.三明学院 艺术与设计学院，福建 三明 365004；2.义守大学 数位多媒体设计学系，台湾 高雄 000800）

设计一个有吸引力的产品以满足消费者的喜好是设计师最重要的事情。然而很难找到合适的设计元素来定义这种吸引人的产品。因此，有必要建立一座连接设计要素和消费者偏好的良好桥梁。实质上，消费者的偏好及产品的形式随着时间的推移会发生变化。传统的研究没有考虑到产品设计这种重要的时变性质。因此，本研究提出了架构导向感性工学系统的量化设计方法，并以将乐龙池砚为设计实例。第一阶段，利用系统架构整合感性工学层次分解法确定产品感性意象定位，用于衡量消费者对分类产品的主观偏好。第二阶段，采用专家权重法和数据包络分析CCR 模型构建定义评估产品的设计属性和设计要素类目重要度。通过考虑高权重的设计属性，可以更有效、更准确地进行方案整合。在最后阶段，借由系统架构规格描述语言将二者整合，建立基于消费者偏好的产品系统规格。通过本研究开发的系统规格，设计师也可以评估产品发展的未来方向。

一、感性工学的应用现状

在信息化时代中，感性能力已经成为一种主要的发展能力，人类社会也进入了一个注重感性的时代。一些日常用品开始趋向于感性化设计，在产品形式上也更趋于审美性、独特性和个性化表现。[1](P116-118)目前市场的主流发展趋势开始以消费者的个性化需求为导向。面对消费者的需求尤其是他们的感性需求，设计师必须洞察消费者心理，深入探索和了解他们的感觉，根据消费者的需求进行定制。[2](P57-61)在研发过程中借助感性工学的研究方法，始终坚持以人为核心，体现人的感性感受，从而设计出符合消费者感觉期望的产品。感性工学的系统化及考虑个人差别的感性评价方式，使设计师快速获得消费者对设计方案的反应，减少设计流程所耗费的时间与错误发生的概率，提升整体的设计效率。

感性工学（Kansei Engineering）简称 KE，是介于设计学、工学和其他学科之间的综合性交叉学科。它运用现代技术将消费者的感受和意象加以量化并转译成具体的设计要素[3](P20-25)，以此研发新的产品。感性工学主要研究的内容：一是根据产品的感性层面进行感性语汇分类，通过建立产品的感性结构来获取设计细节。[4](P9-10)二是感性工学专家系统与相关设计数据库的建立，包括知识库、设计色彩资料库、感性语义资料库、意象资料库等。三是感性工学建模。通过建立感性工学数学模型展现某种逻辑关系，并从感性词汇中获得人机工程学的结论。[5](P128-130)

感性工学的研究领域主要着眼于探讨人与物之间的相互关系，以工学的角度将人对产品感觉意象上的期望，利用科学方法转化为物理性设计要素与设计细节。在感性系统建立过程中，使得设计师和用户将感性加以量化呈现，辅助人们理清对产品的感性偏好，并为产品设计注入新生命。感性工学的研究方法面向不同的设计对象，其研究重点也不尽相同。第一类方法是层次分解法（Category Classification）：根据产品的感性层面进行分类，以层次递推的方法建立产品树状结构，由此获取设计细节。在层次分解之前，首先对目标市场做感性调查分析，经研究小组讨论后形成0 阶感性概念，也就是产品定位。其次对于较为抽象的0 阶感性概念，运用层次递推的方法[6](P16-16)，将用户对产品的感性认识范畴拆解为1 阶感性概念。最后由1 阶感性概念往下拆解，直到得出能体现细节设计的阶层（N 阶）为止。最终获得符合感性诉求的产品物理特性，以此作为产品开发的基础。第二类方法是建立感性工学系统，主要以建构感性词汇与设计要素的关系为目的。通过数据资料库，用户即可将自己的想法转化为实际的产品要素。以上两种方法较常用在现代产品设计的创新和研发过程中,本研究将感性工学的两种研究方法作为龙池砚规格创新设计的契入点，通过系统架构整合设计对象，使得感性工学的应用更加完整清晰。

二、架构导向系统模型

系统指的是某一群彼此互动的构件所组合而成的整合性全体。一个完整的系统规格书用来描述该系统的各种细节，包括视觉素材之间的关系、系统可操作的流程、系统运作的逻辑规则等。产品开发人员只要依照规格书内的描述便可以对产品形成一个清晰的概念。建立一套架构导向系统规格书的模型，采用结构行为合一系统架构的描述语言，其包含的六种规格设计图分别为：架构阶层图、框架图、构件操作图、构件连结图、结构行为合一图、互动流程图。[7](P28-33)架构阶层图中展现了一个系统的多层次分解与组合形式，可以将原本复杂的系统通过分解与组合变得简单明了。框架图用来解释构件组成的结构。结构行为合一图用来显示系统中各个构件之间及它们和外界环境的互动情况。互动流程图用来描述每一个系统行为在外界环境、构件与构件之间的操作互动，并且可以描述每一个操作的顺序，也能够展示每一个操作所传送或接收的资料。通过以上几种设计图来描述一个完整的系统所应具备的内容 （包括功能、构件、规则、界面配置等众多设定），可以让不同专业领域的系统开发人员透过此模型进行系统的建置，加快系统的开发。

本研究主要采用感性工学的第一类方法层次分解法和感性工学系统的建立作为架构导向感性工学系统规格的描述语言，选择消费者心理意象中对应的设计要素与感性语汇，再通过问卷与实验制作样本和语义差异量表，由被测者进行感性评价，将两者之间的关系量化为数据，最后借助专家权重法建立起符合消费者感性需求的龙池砚设计要素与感性意象空间。

三、设计决策分析

产品设计阶段是产品创新的一个非常重要的阶段。在产品设计阶段中存在着大量的决策分析问题，例如影响产品决策输入单元、产品要素组合等问题。对于尚未形成系统的产品设计中的决策分析方法研究还不多见，因此，本研究对新产品设计中的决策分析问题进行提炼，在考虑影响产品决策输入单元、产品要素组合等问题上进行系统的研究，并给出有针对性的决策分析方案：分析新产品的内涵与特点，划分新产品设计过程的不同阶段，给出了新产品设计中的三类典型决策分析问题的形式化描述；针对考虑有关影响产品决策输入单元、产品要素组合等问题,提出了专家权重法以及资料包络分析法中CCR 模型的建立方法。研究中提出的理论与方法能够有针对性地解决新产品设计决策中出现的实际问题，对新产品设计中的决策分析问题研究提供了理论方法和实际应用方面的借鉴和指导。

四、基于感性工学的龙池砚设计系统规格塑模

（一）龙池砚感性工学系统背景分析

居于闽砚之首的龙池砚因其石料来源于将乐县龙池村的龙池石而得名。2005年，龙池砚被列为福建省非物质文化遗产，但目前对于龙池砚的学术研究少之又少，对龙池砚本身的发展和如何革新也缺乏实际的方法和措施。龙池砚制作工艺因人、因地、因艺而异，尤其在设计制作方面，由于各人的理解和创新理念不同，龙池砚的制作还存在着或多或少的差异。随着时代的发展，龙池砚制作已由传统的手工艺制作向小型机械制作过渡，虽然有了一些转变更新，但是对于龙池砚的特殊制作工艺，在砚材研制领域还没有形成系统详细的工艺调查报告。[8](P2-4)因此，对其制作工艺的探索与研究，还需借助其他砚台品种的研究分析作为参考，并需要实地深入调查，获得一手资料，以实际的数据和工艺为后续的研究提供支撑。

（二）系统概要与系统目的

借助感性工学系统的构建，用系统设计规格描述龙池砚的设计行为与构件，建立一套架构导向龙池砚感性工学系统规格书的模型。系统框架分别由应用层（Application layer）、数据层（Data layer）、技术层（Technology layer）三个层级组成。（见图1）应用层的主要构件为设计对象龙池砚。数据层的主要构件为砚台感性工学数据资料库，构件下又包含六项子构件：龙池砚感性词汇的收集、龙池砚样本图片的收集、龙池砚语义意象空间的建立、龙池砚设计要素的挑选、龙池砚感性意象度调查及龙池砚设计要素和意象之间的关系。技术层中利用人工和统计两种分析行为为上述构件作出解释。先利用问卷调查收集前期所需要的龙池砚感性词汇和样本图片，经SD 语义量表筛选后确定最终样本，经由专家权重法给出龙池砚意象和设计要素间的重要度评估，借助回归分析与CCR 模型确定影响各设计要素的显著性要素类目。

在框架图中可见两种方法的融合：第一类方法侧重感性词汇的质性分析行为，第二类方法侧重数据的量化分析行为。二者结合的优势在于能够简明快速地将消费者意象空间建立起来，为后续的设计细节服务，量化的数据使得最终的设计解也有了科学依据。利用感性结合理性的设计方法，寻求不同消费群体对龙池砚创新设计的感性意象，从整体上把握龙池砚设计的未来趋势。设计师对龙池砚的功能、造型外观、材质、装饰题材和技术加工进行深入分析整合，获取数据支撑。明确龙池砚产品特征、结构及其包含的感性信息，在定量分析的模式下探索消费群体的心理感性意象，并获取产品感性意象属性。整合运用架构导向感性工学系统的方法，探讨龙池砚的创新设计在风格、形态、工艺、装饰等方面的体现，并且分析其可行性及将乐龙池砚其他性能的拓展。

为了清楚地描述龙池砚感性工学系统设计规格中每一个操作的顺序，以及构件与构件之间的操作互动。在龙池砚感性工学系统行为互动流程图及设计类目行为互动流程图中，清晰地展现了感性工学系统的整体操作流程。将设计目标——龙池砚在不同阶段的结构和行为互动联系在一起。经由目标市场分析、小组访谈得到目标定位并确立感性范畴。依层次推导，逐步得出1 次感性概念、2 次感性概念以及N 次感性概念。在质性到量化的过程中，设计师可借助数据分析软件，将消费者的感性意象逐渐转译为量化的设计细节。（见图2、图3）通过框架图及互动流程图的绘制和解读，架构导向龙池砚感性工学系统的设计规格书已然确立。使用本研究中的架构导向感性工学系统设计规格可将感性工学的第一类与第二类的设计方法整合为多观点的感性工学设计系统，并将此系统中涉及的不同学科整合在同一个轨道上，取得收敛且符合感性需求的设计方案。

图1 龙池砚感性工学系统框架图

图2 龙池砚感性工学系统行为互动流程图

图3 龙池砚感性工学系统设计类目行为互动流程图

（三）系统资料

研究需通过实验了解消费者对于砚台的意象与其形态间的关系。实验分四个阶段：第一阶段为现有龙池砚样本的形态分析，第二阶段提取龙池砚感性意象形容词语汇，第三阶段将收集的龙池砚样本进行消费者意象实验，第四阶段分析实验结果，归纳意象与形态间的关系。

1.挑选龙池砚感性意象形容词语汇

收集意象语汇形容词：首先，通过搜集前期的龙池砚样本图片、资讯及相关文献，从中选取砚台意象语汇与消费者的心理感受，并收集适合产品设计意象的语汇。将收集到的感性语汇进行词性转换，成为能够表达消费者心理感受及龙池砚风格意象的感性语汇，并进行反义词配对。本阶段初步收集来自相关砚台形态意象语汇词100 组，目的在于取得对于各类砚台的整体感觉意象。其次，为了减少受测者的负荷，进行感性词汇的筛选。经由焦点小组讨论并借助感性工学系统行为互动流程图，从100 组形容词词汇中导出40 组具有代表性的适合描述龙池砚的感性形容词。（见表1）再次将初选的40 组感性形容词制成问卷，利用专家权重法进行评估。最终将专家选取的权数进行整理并借助SPSS 进行聚类分析。选定排序较高的20 组为最适合描述砚台的语汇，如表中（※）。

表1 初选40 组感性意象词汇

为建立龙池砚形态要素与感性语汇之间的关系，按类别将形容词经过词性转换，整合成表达消费者感性需求及风格意象的语汇形容词四组：古拙文雅（4、19、2、16、11），简约禅静（5、6、17、20、7、8、14、10、9、13），飘逸灵动（3、15），精致繁缛（1、18、12）。（见图4）

图4 筛选4组代表性砚台样本图片

2.龙池砚样本的形态分析

首先，收集现有龙池砚造型图片，筛选46个龙池砚样本图片以帮助本研究确定砚台造型要素。其次，经文献解析砚台造型流变并提取砚台的轮廓DNA，尽可能以详尽的构件来表达砚台的形态。砚台形态组成的构件分为砚堂、砚边、砚侧、砚池、砚岗、砚额、砚背、砚面。整合砚台构件及其对应功能项的重要度关系，发现影响砚台盛墨、磨墨、沾墨三大基本功能的重要构件为砚堂、砚额、砚边三个部分。砚堂是砚台的核心，位于砚台中心研磨处，决定石质的好坏以及使用价值的高低。砚额是提高砚台美学观赏价值的重要部位，一般会加以纹饰、图案、铭文、雕刻等工艺处理。砚边也叫砚缘，形成砚的轮廓，起到蓄水或是蓄墨的功能，而有些名品砚台因其观赏和收藏价值可不设砚边。最后，设计师以砚台感性工学系统设计类目行为互动流程图（见图3）进行造型形态类目分析可知，对砚台造型产生重要影响的要素有形状、质感、纹彩、雕工及装饰。而每种造型要素根据消费者意象和专家重要度评估又有具体细分，基于图4中四种风格意象的划分，分别从形状、质感、纹彩、雕工等方面进行砚台不同构件的重要度评估，并以◆标记。（见表2）通过专家权重法计算可得砚台形态要素的权重评估如下：

由表3可知，对于砚堂形态要素的重要度排序依次为：质感＞形状＞雕工＞纹彩＞装饰。由表4可知，对于砚额形态要素的重要度排序依次为：雕工＞质感＞纹彩＞形状＞装饰。由表5可知，对于砚边形态要素的重要度排序依次为：形状＞纹彩＞装饰＞质感＞雕工。

同理可得其他三种意象风格形态要素的重要度排序分别为：

对于砚堂形态要素的重要度排序依次为：质感＞形状＞雕工＞纹彩＞装饰。对于砚额形态要素的重要度排序依次为：雕工＞质感＞纹彩＞形状＞装饰。对于砚边形态要素的重要度排序依次为：形状＞纹彩＞装饰＞质感＞雕工。

由上述权重分析可知不同风格意象对于砚台构件和形态要素的影响并无显著性差异。为了得到更为详细有效的设计类目与形态要素之间的关系，进一步借助CCR模型可计算出不同风格意象中各形态要素和设计类目的相关关系，并整合归纳出设计方案。

表2 四种风格意象与设计要素的对应关系

表3 砚堂形态要素的重要度分析

表4 砚额形态要素的重要度分析

表5 砚边形态要素的重要度分析

CCR 模型公式：

The mathematical equation of input-oriented CCR model of this study is programming as follows:

hk：The relative efficiency of the k-th DMU.

yrk：The r-th output item of the k-th DMU.

xik：The i-th entry of the k-th DMU.

yrj：The r-th output item of the j-th DMU.

xij：The i-th input item of the j-th DMU.

urk：The weight value of the r-th item of the kth DMU.

νik：The weight value of the i-th input of the kth DMU.

The target values(Θ)of Eq.(1),which are the efficiency value to be evaluated.In this study each input item has been set to"1".Eq.(1) has become a convenient calculation of the linear programming model.

基于上述对四种意象风格进行形状、质感、纹彩、雕工、装饰的决策分析，结果可得关于龙池砚四种风格意象的设计解的具体细节。如古拙文雅风格：（器物形）要素较具显著性，质感评估中（坚、润、键、洁）较具显著性，（自然绒花纹）较具显著性，（篆刻）较具显著性，（砚匣）较具显著性。

由表2及CCR模型公式综合可得关于龙池砚四种风格意象的设计解的具体细节。以古拙文雅风格为例解释其设计解的效果表现：在造型表现上，砚堂、砚额、砚边应以器物形（如瓶形、花形）为主；在造型细节中，应体现符合消费者对于古拙文雅的心理情感意向，线条清雅温婉、自在圆融，形态转角处能体现线面的秀润与浑朴，纹饰一般以自然绒花纹为主，雕工技法以篆刻或薄意雕展现，整体包装可以借助木制砚匣或是棉麻质感来展现其自然朴质的风格。（见图5）

图5 古拙文雅风格的龙池砚（图片来源：自制）

五、设计决策实践

在将乐龙池砚的本土创新设计中，运用传统元素的抽象化，以语意的形式与龙池砚的使用语境、功能语境相配合，引入感性工学系统方法，对设计对象龙池砚及其形态要素类目进行收集和整理分析，结合地方的生态环境和人文环境，挖掘将乐龙池砚的创新设计源泉。以龙池砚的功能、形状、质感、题材和技术加工为切入点，对龙池砚的设计要素进行系统归纳。对龙池砚的实用功能、美学功能及认知功能进行多层次分析，使传统元素的装饰与龙池砚之间产生一定的逻辑关系，从而丰富龙池砚的表现形式。利用传统的造型机制，在将乐龙池砚造型的外显层面把握形、色、材等因素，同时也强调造型的位、向、数等内构层面因素。东西交融，用西方的形式将东方的意义和精神表现出来，加强和拓展对将乐龙池砚的文化特性的理解。研究提出感性工学理念在龙池砚的传承和革新设计中的运用，把情感作为一种功能，通过对消费群体感官的把握，在研究消费者的行为和感觉的基础上，用现代设计的方法将设计作品与情感文化融合。消费群体在产品的使用过程中通过人机互动激发联想并产生共鸣，从而可以获得精神和情感上的满足。[9](P482-488)

物质功能并不等于龙池砚本身的物质属性，这些属性和人的需求联系起来才能构成产品完整的功能。龙池砚的艺术美不仅是功能性的，也是外观形式的表现。通过对设计要素的归纳总结，研究龙池砚的设计要素与消费群体之间的关系，设计师可以尝试提出将乐龙池砚创新设计的发展策略。作为一门传统造物，龙池砚的民间传统性、手工艺性、材料的珍稀性及文化艺术性都奠定了其收藏价值。这一环节中消费者导向作用甚是重大，需要认真剖析了解消费群体的特征，才可以最大化发挥龙池砚产品的市场价值。

本研究利用SBC 系统架构建立龙池砚感性工学系统规格书，结合感性工学的阶层分类法和专家系统两类方法，探讨龙池砚创新设计的可行性空间。依照架构阶层图、框架图、结构行为合一图及互动流程图等六大金律进行描述，最终产出龙池砚感性工学系统规格塑模。依照系统架构制作的规格塑模可以顺利地引导系统再造开发，提升系统造化的成功率。系统架构和感性工学的方法结合有其明显的优势，因为感性工学系统本身过于复杂，而利用系统架构中的框架图、阶层图可以将复杂的系统变得简单而易于理解。[10](P78-80)以架构为导向的感性工学系统可以借助架构的框架图清楚地归类出系统的相同属性和特性。在感性工学系统实施过程中，结合系统架构的结构行为合一图和行为互动流程图，就会把许多个别行为组合起来，进行多次不同操作触发，从而得到更清楚的顺序推导。

本研究所提出的架构导向感性工学系统规格，除了可以用于建立多观点的文房用具设计方案，对于其他涉及行为构件及注重多观点的感性工学产品，也可以本研究建立的架构导向感性工学系统来指导实施各类产品设计系统规格塑模，以取得整合性的设计方案。