符号学在复杂机械产品功能识别设计中的应用

尹召阳 林雪 范冠霄

摘要：在复杂机械产品设计中引入符号学理论，增强零部件功能的可识别性，指导设计实践，并且提出复杂机械零件功能识别的设计方法及评价原则。结合复杂机械产品特点，分析符号过程；深入研究复杂机械符号的表意倾向、符号类别和载体形式等设计方向；梳理设计流程并应用于设计实践，归纳获得符号设计的评价原则。将基本符号理论融入产品设计流程中，阐述复杂机械产品信息识别的设计原则和评价原则。文章在符号学理论的指导下，增强对产品功能识别的认识，系统地完善复杂机械产品的设计流程及原则。该研究针对机械产品结构复杂带来的识别效率和准确性降低的痛点，提出了问题解决的方法及新思路。

关键词：符号学；复杂机械产品设计；功能识别；设计方法；评价原则

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0086-03

Abstract：This paper introduces the semiotics theory to complex mechanical product design to provides support for design practice with easy identification of the parts function. In addition，the design methods and evaluation principles of function recognition of complex mechanical parts are proposed.Combined with the characteristics of complex mechanical products，the symbolic process is analyzed. The design direction of complex mechanical symbols，such as ideographic tendency，symbol category and carrier form，is deeply studied. By combing the design process and applying it to design practice，the evaluation principles of symbolic design are summarized.The work clarifies the design and evaluation principles of information identification for complex mechanical products by integrating the basic symbol theory into the product design process.Under the instruction of semiotic theory，the paper increases awareness of the recognition of product function and perfects the design procedures and principles of complex mechanical products systematically. Due to the increasingly complex structure，the efficiency and accuracy of recognition in the mechanical products are reduced. The study regards it as the pain point to analyze and put forward the problem-solving methods and new solutions.

Keywords：Semiotics；Complex Mechanical Product Design；Function Recognition；Design Method；Evaluation principle

引言

復杂机械产品有大量产品功能信息需传达给用户，用户如何从层叠繁复的零件中迅速、准确地区分功能从而完成操作，是目前复杂机械产品设计的一大难题[1]。本文尝试把符号理论引入复杂机械产品设计中，从符号表意倾向、符号类别及符号表现形式3个方向探索，指导此类产品零件的功能识别设计，达到将其功能信息更好地传递并被有效识别的效果，完善相关领域符号设计理论及原则。

一、复杂机械产品中的符号特点

基于应用领域的差异，提炼出符号在复杂机械产品的鲜明特点，即零部件众多且复杂，功能认知要求精度高。详细分析功能认知即符号过程的组成环节，以设计实践为立足点，为后续设计方向的发散提供理了论依据。

（一）复杂机械产品的符号问题

复杂机械产品如内燃机等往往包含多个子系统，各子系统必须精密配合才能正常运转，系统精确度要求高，操作容错率较低。受实际配套空间和结构的限制，产品设计需要控制体积大小，压缩零部件之间的距离，这往往导致了在有限的空间中集合了多达上百的零件，复杂度高。产品自身的精密性和复杂性增加了作业难度，新用户的作业门槛变高。

复杂机械产品需要符号表现的内容大致包括整机操作提示与警示、维护保养操作指导、需拆装零部件操作、零部件功能区分等几大部分。在装配、使用、维修等产品全生命周期中，参与用户必须识别产品功能，即认知零部件的具体用途、现有状态和操作方式等。借助于使用保养及维修说明书等资料常受到外界条件的限制，建议处于产品链上游的设计师从零部件自身出发，保证产品的功能信息能够准确、高效地传达给包括使用者、生产者、维护者在内的用户。

一般来说，产品零部件是“物-符号”的双联体，在“使用体-表意体”之间滑移。一方面可以成為完全的物，不表达意义；另一方面也可以向完全的载体符号靠拢，纯为表达意义[2]。目前，复杂机械产品零件功能识别的困境之一在于零件偏向于纯然之物，设计师只考虑物理层面的使用功能，忽视了零件形式的表意功能。

（二）复杂机械产品的符号过程

产品功能信息传达过程本质上是符号过程。为解决上述困境，加大了符号在零部件的占比，首先从了解符号的构成及过程开始。符号过程包括3个环节，从发送者开始（意图意义），通过符号信息（文本意义），到达接收者（解释意义）（图1.1）。映射到复杂机械产品的符号设计实践上，即设计师（设计需求），通过设计符号（语言形式）到达用户（知悉功能）。信息识别要求3个环节必须顺利完成，才能达到传递信息或者意义的目的，任何一个环节的缺失都会造成功能失真或读取失败。[3]

第一、信息发送者是表意的来源，负责设计符号来实现意义的传达，是整个符号过程的起点。产品设计师的意图意义即零件的功能实现信息，如何通过符号载体正确表现出来，是这个阶段最重要的课题。设计师的经验、知识储备、表现能力、工作状态等主观因素都会影响符号的表现效果。复杂机械产品的手段也受到一定客观因素的限制，如零件的结构、功能、成本、工艺等。主客观两方面的因素均可能造成设计意图表达不充分，后续解释意义会发生变形，进而形成设计偏差。设计师必须有针对性地对这个阶段进行审查，表意尽量清晰准确。

第二、发送者的设计意图意义经过符号信息有意识地构建转化成文本意义。符号一般不单独出现，总是与其他符号形成组合，构成表意单元，也可称为符号文本。复杂机械产品符号文本包含4个要素：对象、文本、媒介、符码（图1.2）。除了目标用户的认知特点和规律，符号传播所处的具体情境也会影响其解读。对同一个符号，依据零件属性及设计目标所需的表意倾向不同，可以偏重于表意单元中的一个或几个要素，相应的符号外部表征有差别。

第三、接收者是符号过程的终点，产品功能信息的传达以用户实际获得信息为准。符号意义被感知是第一步，复杂机械产品有太多“噪音”干扰符号传达，因此，符号文本要有较强的表现性，设计要尽量明显，如警示标识的黄红黑配色显眼——具有警示的作用（图1.3）。接收是接收者有意向的处理，接收者会过滤感知，而接收的如果是规约性内容，在符号过程中可以使识别实现自动化、程式化，迅速跳过中间环节，从感知直接跳入解释，如禁止触摸、禁止踩踏等通用性标识（图1.4）。

二、复杂机械产品符号的设计方向

在复杂机械产品中的符号特点明确后，符号趋向于从表意倾向、符号类别和载体形式等角度出发，赋予零部件可解读的构成符号，组织设计语言，生成用户所理解的功能表征。

（一）复杂机械产品的符号表意倾向

当设计复杂机械产品时，符号按照功能件、外观件和标准件等零部件性质分类，其表意倾向于“因件而异”。专业性强的功能件需要重点关注对象和文本元素，少量采用符码，而关键外观部件可以运用媒介宣传，做到有所侧重，合理设计。标准件如螺栓等可识别性和用户认知度高，功能认知的诉求可忽略不计。

a.当符号表意侧重于对象时，则出现了较强的指代性。此时的符号过程明显是以传达某种明确意义为目的，大多是“所指优先”，符号的所指对象功能就是意义所在，也是复杂机械产品的零件设计研究的重点；

b.当符号表意侧重于文本时，就出现了形式的美感。符号把解释者的注意力引向符号文本本身，其外观品质占据了主导地位，形式成为了继功能之后的又一设计要素。如点线面等造型元素以及形式美法则同样适用于机械设备类产品，并对机器美学和设计美感有较大影响；

c.当符号表意侧重于媒介时，表现出较强的宣传性，特点是占用媒介渠道。这种特点适合在复杂机械产品设计中进行品牌营销，如在产品视觉占比大的外观罩上铸造公司LOGO，有利于企业品牌推广和传播；

d.当符号表意侧重于符码时，表现出较强的规范性。符码是符号文本的载体，是一堆可感知的刺激。针对某个产品专门设计符码可以精确控制文本的表意，有很强的规范性和专业性，对用户识别要求较高，可能会提高学习成本，如复杂机械存在因行业标准、企业规范而异的操作方式，需要专门培训及重复练习后作业。

（二）复杂机械产品的符号类别

在功能识别的符号过程中，符号分类能采用不同把表意引向某种特定对象和意义上。根据与对象的关系，符号学家皮尔斯认为符号可以分为三种：像似符号、指示符号、规约符号。将上述三种类型“尽可能均匀混合（blended as equally as possible）的符号，是最完美的符号”。因此在复杂机械产品符号设计的过程中，可以有意识地把像似、指示、规约三者结合起来。[5]

a.像似符号是指符号与对象自然而然的像似，像似性简单直接，很容易让人理解和联想。发动机作为典型的复杂机械产品，其“高温危险”警示标识（图2.2）中用手势图形代表触碰，用抽象曲线类比升腾的热气代表高温，这些都是像似性符号。此种符号的设计重点在于“像似程度”，抓住了要表达信息的重点，以确保用户可以准确理解。

b.指示符号是符号与对象因为某种关系能够相互提示，把接收者的注意力引到对象上，强调秩序与方向，如表明进回油方向用于安装防错的箭头。不同于像似性使符号表意生动直观，指示性使对象集合井然有序。根据上述原理，产品设计师在利用指示性关系设计符号的时候，应回归功能性，尽可能做到意义明确，避免产生歧义。

c.规约符号是靠社会约定连接符号与意义，表意准确有效。而像似性与指示性，依赖于设计者和用户的个人理解，含义解析的准确性有待提升。规约符号表意确切的前提是使用者所属的社会可以通用该类符号，如带斜杠的圆环表示禁止。利用约定俗成的规约性符号，缩短解释的过程，非常符合复杂机械产品零件信息识别对效率的要求[6]。

（三）复杂机械产品的符号载体形式

符号是被认为携带意义的感知。感知的载体可以是零件的颜色、形态、材质等物质形式，也可以是文字、声、光等非物质形式，通过一种或几种表现形式的组合表达功能意义，以发动机为例，其中各个要素所占比例如下（图2.3）。

a.颜色作为符号载体，要减少种类，结合情景增大差异，往往多种形式结合表达功能信息。以发动机为例，零部件材质和加工工艺众多，如风扇白、线束黑、滤罐白、油标尺黄。颜色随应用场景不同而变化，拖拉机用整机一般喷黑漆。将特定颜色选定为符号载体需要具有一定的理据性，如设计内燃机维修保养的多色示意图时，设计师与用户达成共识，用黄色代表机油或燃油，蓝色代表冷却液，用白色代表气。

b.形态是产品功能、颜色、材质的载体，是产品物理结构最终的表现形式。机械产品的零件大都秉承形式追随功能的原则，形态与功能保持高度的一致性，造型发挥的空间并不多，如立方体、圆柱圆球、孔洞、凸台等。从符号学的角度来讲，形态也有理据性特征，例如圆柱形代表管，腔体可做混合和存贮，三角表示加筋支撑等。

c.材质和表面处理在符号载体中表现力较弱。且由于零件材质的替代性较强，具有很强的模糊性，材质模仿已经成为设计手段，不易被识别。复杂机械产品中主要的材质类型包括金属、塑料、橡胶、玻璃等。以发动机为例，表面处理具有更强的互换性，喷漆掩盖了大部分机械产品本身的材质属性，塑料件可以电镀产生不锈钢的质感，铝件电泳黑漆之后跟塑料接近。

d.文字是强编码要素，使用文字表意时必须选用意义明确的、无歧义的文字来表述。在相同的语言系统中，大部分文字、数字和字母都有明确的对应性，人们从小经过语言训练，能够完全掌握文字与意义的对应关系，可以作为最基本的零件功能信息传达方式。复杂机械产品自带铭牌上，往往采用术语、数据及单位等，简洁有力地表明内容。二维码能降低占用的显示面积，折叠隐藏零部件代码、批次等信息。

e.光和声音作符号载体时只适用于部分产品。光可以表示机器的开关状态，通过控制光照范围划定作业区域，可以作为指示符号使用。存在非终端产品安装到整车整机内部光线不足的情况，视觉传播性差，较难建立强关联。声音是通过听觉通道进行传播，可以实现远距离、非直线的信息传递。机器进入工作状态后，零部件自身振动产生声源，噪声较大时使用声音作为符号反馈，区分效果较差。

三、复杂机械产品符号的设计与评价原则

前期梳理完复杂机械产品的符号特点，明确符号学基本原理指导下的设计方向并拓展外延，优先考虑借助设计与评价原则来规范后续设计实践，进而改进与提升基于复杂机械产品功能认知的符号设计流程。

（一）复杂机械产品符号设计原则

复杂机械产品符号设计遵循分节精细化、抓重点简化和符号系统化等设计原则（图3.1），辅助呈现最终效果，以提高符号设计的准确性和高效性。

1.分节精细化。符号学家索绪尔把符号看作是能指和所指的结合，能指是符号的可感知部分，所指是符号指代的东西[7]。相似零件难以区分的根源之一在于能指没有明显的分节，导致所指模糊不清，功能信息就无法区分。分节表示做差异处理从而形成不同层次加以区分。相似零件只有进行能指的差异化分节，才能区分传递的信息，而且区别越大，能指相似性越小，所指就越清晰。因此，在实际做符号设计时，首先要明确哪些功能件是需要区分的，与其他零件有什么本质上的区别。

2.抓重点简化。符号简化是最高效的设计手段。一个零部件往往有多个特征，如果每个特征都可以携带意义，则有过多的意义需要被解读。用户分不清信息的优先级，试图从多个角度对物进行解读，反而会成为表意的累赘，降低意义传达的效率。复杂机械产品功能信息的问题在于内容被识别的过多，设计师只需要抓住重点，选取典型的品质作为符号载体，并对其夸张、放大，使之成为最显眼的特征来表现意义，使感知特质定向汇集到真实功能含义，简化处理使符号信息变得可读性更高，降低认知难度和门槛。

3.符号系统化。复杂机械产品包含众多零件，零件功能很难被少量符号全面涵盖。可将产品视为一个系统，系统思维要求设计思考更加全面，强调各部分之间的关联性和各元素的唯一性，整体提升符号系统的表意功能。在系统内建立相對独立完整的规则和秩序，设计一个相对较强的编码系统，保证文本含义的统一性，以此提高符号表意的准确性，如采用几组数字代码组合，在保密的同时生成完整的零部件信息，出现故障时可以直接查找零部件信息，有助于后续质量问题的处理和解决。

（二）复杂机械产品符号设计评价原则

设计评价必须抓住关键指标，形成具有普适性的原则，作为衡量设计好坏的标准，评价标准为准确性、高效性及系统性。

1.准确性。现代科学讲求必然性，工业生产追求准确性，保证操作人员的安全，减少误操作带来的损失。准确性是复杂机械产品功能意义传达的首要目标，也是系统符号设计研究的目的。复杂机械产品因其全生命周期流程的复杂程度不同，导致解读功能的准确性存在差异。具体评价标准为是否减少符号含义的不确定性，保证整个符号过程都明确清晰。

2.高效性。在保证准确性的前提下，效率就是最关键的指标，尤其是接收者解读符号的效率。批量化生产需要提高劳动节拍，前提是单位时间内装配作业者完成更多符号过程，因此好的符号设计简单易懂，能够减少文化差异、教育水平差异等带来的认知差异，让大部分用户都能迅速理解。

3.系统性。符号系统性对于维护保养时的功能识别起决定性作用，系统性表现好时，用户能从整机中精准查找识别出子系统的目标件。复杂机械产品系统性的评价标准为有无强调各系统间的区别，是否达到系统最优。

四、复杂机械产品符号的设计流程

为了获得好的符号方案，针对复杂机械产品符号的设计，以传统产品的设计程序为基础加以补充完善，设计师应遵循设计实践的流程与方法（图4.1）。

1.调研与输入。调研内容包括用户、使用情景及产品本身信息等。用户和使用情景调研的目的是从外部环境的角度了解产品使用人群的文化、行为特点、应用场景和行业规范等，这些内容是复杂机械产品符号设计的前文本，约束着符号设计表现的范畴。用户的知识储备、认知模式、行为特点等，严重影响着符号的解读。产品信息调研应具体情况具体分析，结合复杂机械产品本身品类的结构和功能特点，如实全面地收集产品信息。调研后需要根据实际完成的用户画像、操作流程图等，确定符号的表达方向和侧重点，建立符号设计的基础框架。

2.构思与设计。针对前一阶段信息搜集的结果，应用系统设计思维，厘清子系统之间的内在联系及影响，构建符号系统。从符号学的角度，首先要划分出零件识别性的整机范围，抓住产品功能识别的侧重点，保证设计全面性和准确性，然后根据零件性质及其表现特点进行能指分节，系统性地调配符号设计手段，从表意倾向、符号类型及符号形式等分层规划。按照零部件的理据性获取其语言表现倾向，利用规约符号等设计零部件功能语言，选择颜色、形态、文字等符号载体形式范畴，补充强化零件的表现形式，从而提升用户从符号获知信息的效率。

3.方案输出与用户测试。在这个阶段，设计师工作集中在将构思转化为实体，落实到具体的零件设计上。因此，设计师需要合理地搭配要素，尝试多种要素的排列组合，产生尽可能多的方案。依据前期设计和评价原则，选择更符合要求和更具可实现性的方案细化，在发散基础上再做收敛。后期将选定的设计方案制成手板模型，通过目标用户测试对设计进行快速迭代升级，更好地完成零部件的符号表达任务。

结语

机械产品功能强大，结构复杂、构成精密，降低了用户在产品全生命周期中对机械功能识别的准确率与效率。在复杂机械产品设计的过程中，引入符号学理论，尝试从符号功能的角度拓展思路，完善设计流程和评价标准及设计流程。

本文首先从复杂机械的特点入手，具体分析符号过程的各个环节；然后阐述符号学的基本原理，详细研究机械产品符号载体多层次可设计方向；其次，提出了复杂机械产品零件符号设计的三原则，即分节精细化、抓重点简化、符号系统化，对应提出了复杂机械产品符号系统的评价原则，即准确性、高效性、系统性。最后从符号学视角重新看待产品设计，进一步将符号设计融入到已有的产品设计流程中。

参考文献

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[6]陈浩.肖金花.高筠.产品设计符号理论与方法 [M].北京：中国建筑工业设计出版社，2005.

[7]刘和海.符号学视角下的“图像语言”研究 [D].南京师范大学，2019.

[8]吴莹，张武志，金帅华.视觉符号学语境下城市形象标志设计的方法研究[J].设计，2023，36（12）：112-115.