产品设计理论基础体系扩展研究范文

1“功能”概念内涵理清

1.1不同理解的“功能”概念对“功能”的理解多种多样，以下简单列出其中较具代表性的产品设计领域的学者各自对于“功能”的看法：Pahl和Beitz[6]、Rodenacker[9]以及Welch和Dixon[10]：将“功能”看作输入和输出的物料、能量、物料流之间的转变。以“动词+名词”表示。Chandrasekaran和Josephson[11]：认为有两种功能，从“以环境为中心”的角度看，“功能”是产品意图达到的效果。从“以产品为中心”的角度看，“功能”是产品为达到设计主观意图应有的客观内部行为。Gero和Kannengiesser[12]：将功能看作产品被设计的目的。Umeda和Tomiyama[13]：将功能看作在意图域中与现实域中行为对应的概念。Deng[14]：将“功能”看作输入和输出动作转换流之间的转变。Goel和Stroelia[15]：将“功能”看作输入和输出状态之间的转变。Stone和Wood[16]：将功能看作产品的意图行为。Lind[17]：将功能看作产品意图达到的效果……对不同研究者从不同角度对“功能”概念的这些表述进行研究，理清各种理解之间的内在关系，得出统一明晰的“功能”内涵，难度很大，需要有坚实的哲学基础。幸运的是，近十年来产品设计中“功能”概念本质这一命题引起了哲学界一部分研究者的兴趣，以Vermaas[18]为代表，对上述多种多样的“功能”内涵认识进行了一定程度的归纳总结，这使得我们可以在其基础上进行进一步研究。

1.2“功能”概念的归纳总结Vermass等[19]对设计理论领域研究者和工程师们赋予“功能”的不同涵义，初步归纳为三种典型的“功能”概念内涵的理解：（1）将功能看作产品的意图行为的行为意义功能；（2）将功能看作产品的意图效果的效果意义功能；（3）将功能看作产品的设计目的的目的意义功能。行为意义功能将功能看作是产品意图的特定物理行为。主要涵盖了将功能看作输入输出流或状态间的转变的研究者。如Pahl和Beitz[1]、Ulrich和Eppingger[2]、Otto和Wood[3]、Rodenacker[9]、Welch和Dixon[10]、Umeda和Tomiyama[13]以及Stone和Wood[16]等。例如，钢笔的行为意义功能，可描述为“要使墨水从储墨袋适量地流到笔尖”。效果意义功能将功能看作是产品行为意图达成的效果。主要涵盖的研究者为Deng[14]、Lind[17]、Kitamura等[20]以及Bell等[21]。例如，钢笔的效果意义功能可描述为“要使得在纸上留下可见痕迹”。目的意义功能将功能看作是产品被设计所要达成的目的。主要涵盖研究者为Gero[12]和Chakrabarti[22]。例如，钢笔的目的意义功能可描述为“要能写”。在将“功能”概念归纳成以上三种之后，Vermaas[23]停止了进一步将概念进行统一的深入研究。他声称由于工程实践中这三种功能概念都有各自作用，最好的方式就是接受不同意义“功能”概念的并存。然而，基础概念的模糊不清，将导致设计知识交流和设计方法推广的困难，一个明晰统一的“功能”概念的确立，对于领域体系的建立和实践应用推广是非常必要的。因此，将对以上三种意义的功能进行进一步辨析，以理清统一的“功能”概念内涵。

1.3“功能”内涵辨析首先，对行为意义功能和效果意义功能进行剖析。Chandrasekaran和Josephson[11]对功能内涵的认识同时涵盖了行为意义功能和效果意义功能两方面，并对两者间的联系进行了初步探索。其研究成果有助于理清行为意义功能和效果意义功能的内涵及边界，以寻找到两者统一的方式。Chandrasekaran和Josephson将其对行为意义功能的认识命名为“以装置为中心的功能”（Device-CentricFunction），将其对效果意义功能的认识命名为“以环境为中心的功能”（Environment-CentricFunction），做出了如下描述：“装置被使用是由于某人想要装置外的某些他想要的改变发生。这样，功能的一个中心意义就在于作为（意图）效果的功能。然而，功能也经常被描述为装置的属性或行为，而并不提及装置对外部世界造成的改变。这样，功能能够描述为一个以装置为中心或者一个以环境为中心的观点，甚至是两种观点的集合。”这里的“装置”指的即是通常意义上的所设计的物理产品，这里的“环境”指的不是自然环境而是指装置所存在的场景。从其观点可以总结得出，Chandrasekaran和Josephson以物理产品本身边界为着眼点：“以装置为中心的功能”着眼于产品边界内部，将功能看作是产品本身的属性或行为。“以环境为中心的功能”着眼于产品边界外部，将功能看作产品对其所处环境中某些部分的作用效果。Chandrasekaran和Josephson同时认识到行为意义功能和效果意义功能的存在，并认为二者在设计活动中不同阶段都有重要意义——设计人员总是先对效果意义功能进行思考，根据所得结果聚焦到产品本身对行为意义功能求解。这种从着眼系统边界角度对不同意义功能的审视，对我们辨析统一三种不同意义功能有极大的启发意义。然而，Chandrasekaran和Josephson的研究中仍存在着问题：一方面，他们的研究中两种意义功能概念始终并存没有统一，同一术语用于不同内涵必定会造成思维混乱及沟通困难。功能概念需要单一意义的涵义，同时又需要一定方式涵盖目前不同设计阶段不同意义功能的作用。另一方面，虽然他们开始从系统边界的角度思考这一问题，但并没有严格按这一角度审慎思考，“以环境为中心的功能”是产品对场景中其他物或人的作用效果，概念主体并不仅限于“产品”；如果产品不变，但作用对象的属性或能力发生变化，所谓产品将产生的效果也会变化。例如，脱离了纸，钢笔的效果意义功能描述为“要使得在纸上留下可见痕迹”也就没有意义了。因此，所谓产品的“效果意义功能”实质上并不是属于产品本身的概念，而指的是由产品与其作用对象组成的系统的意图行为。因此，所谓产品的“效果意义功能”实质上指的是产品与其作用对象组成的高一层级的系统的“行为意义功能”。同理，产品的“目的意义功能”不只与产品本身行为有关，也与使用者自身能力和所在环境特性相关。产品设计的目的就是使用者在其环境中期望的状态与其当前状态有缺口，需要产品来填补。所谓产品的目的意义功能涉及到的系统边界也不仅仅是产品本身，而是使用者及其所在环境和产品共同组成的系统。例如：如果使用者本身缺乏书写能力或者环境中缺乏书写载体，钢笔的目的意义功能描述“要能写”也就没有意义了。所以，所谓产品的“目的意义功能”实质上是使用者及其环境与产品构成的更高一层级的系统的“行为意义功能”。综上所述，对一个对象进行研究首先需要界定出对象的系统边界。所谓产品的“效果意义功能”和“目的意义功能”的对象边界都逾越了产品本身，实质上属于更高层级系统的“行为意义功能”。因此，“功能”概念统一于唯一的内涵——“行为意义功能”。Vermaas所说的设计不同阶段有不同作用的三种意义功能，是这一“功能”概念在嵌套系统体系中不同层级系统对象的体现。由此，从嵌套系统不同层级边界的角度，将产品的三种意义上的功能统一为不同层次系统的行为意义功能。

1.4“功能”概念统一及层次性“功能”概念的已经统一为行为意义功能，即“意图行为”。然而，要理清“功能”内涵，需要对上述定义进行更清晰明确的阐述。Umeda等[13]将“行为”定义为状态的时序性改变。在此吸收这一定义，将“意图行为”中所述的“行为”概念看作“一定时间内事物的状态改变”。将“功能”概念详细定义为：从初始状态到最终状态所意图的时序性状态变化。设计过程中，功能不只是产品本身的属性。在设计过程的不同阶段，功能概念的主体为不同层次上不同边界范围的系统对象。（1）目的层系统目的层系统由使用者及其环境与产品共同构成。在设计产品时，开始于最高一层为目的层，在这一层以使用者为中心，考虑的是整个目的层系统应该发生怎样的行为来让使用者达到他的意图状态，即确定目的层系统的功能。（2）效果层系统效果层系统由产品及其工作环境中的作用对象共同构成。在确定目的层系统功能后，分析使用者能力、使用者环境特性，确定为了实现目的层系统功能的效果层系统应发生的从初始状态到意图状态的变化，即确定效果层系统的功能。（3）行为层系统行为层系统即产品本身。在确定效果层系统功能后，分析产品工作环境中作用对象的特性，确定为了实现效果层系统功能的产品本身应该发生的行为，即确定行为层系统的功能。三层系统的对象边界不断缩小，从目的层系统到行为层系统的过程是一个不断聚焦的过程，下层系统功能的实现是上层系统功能的必要非充分条件。“功能”概念的统一并不意味着设计理论基础已构建完备。设计活动是从人的意图映射到现实世界的一个过程，同时涉及意图域和现实域。“功能”概念出发角度为“人希望产品做到什么行为”，存在于意图域中，仅能作为意图域的基础，不足以作为涵盖全部设计活动的基础概念。传统产品设计领域研究中一直缺乏现实域的基本概念，来与“功能”共同构成设计理论的完整概念基础。而从生态心理学引入到设计领域的概念“Affordance”为解决这一问题带来了希望。

2“Affordance”概念本体构建

2.1“Affordance”概念的起源及在设计领域的引入“Affordance”概念由生态心理学家Gibson[24]基于动词“Afford”引申创造，最初阐述为“环境对动物的Affordance就是它能提供或供给给动物什么，无论好的还是坏的。”Chemero[25]对其补充说明为“Affordance是一种动物能力和环境特性间的交互关系”；Dotov[26]将其总结为环境容许的动物的行为可能。“Affordance”概念由Norman[27]引入产品设计领域。Norman一方面吸收Gibson的“Affordance”概念内涵，将其主体从动物扩展到人，将“Affordance”看作产品能对人提供的行为可能，将其定义为“实际Affordance”（PhysicalAffordance）；另一方面，Norman认为设计过程中实际存在的行为可能与人能感知到的行为可能之间有偏差，将人所感知到的产品能对其提供的行为可能定义为“感知Affordance”（PerceivedAffordance）。需要指出的是，Norman在其早期著作中，尤其是广为流传的“Thedesignofeverydaythings”[27]（中文译名：设计心理学）中，并未对上述两者之间的区别联系做出细致说明，直接将“Affordance”指向了“感知Affordance”的内涵。这使得Norman与Gibson对于“Affordance”概念描述显得大不相同，由此造成了对“Affordance”理解的两个源头，产生了一系列混乱和分歧。当今关于“Affordance”文献中，一大部分错误地将“Affordance”几乎完全归于感知的涵义，偏离了原有的内涵，即是起源于此。之后，Norman对此也有所反思，对两种他所理解的“Affordance”的涵义与联系做出了细致说明，并且做出了呼吁：“当前设计世界中，术语Affordance的涵义已经距离它原本涵义十万八千里远了，回归到原始涵义或许会给我们带来帮助[28]”。实际Affordance（PhysicalAffordance）表述的现实域中个体在其环境中的实际行为可能；感知Affordance（PerceivedAffordance）表述的是感知域中人所感知到的个体在其环境中的行为可能。这两者都对设计过程有重要影响。使用者对产品在使用环境中感知Affordance和其实际Affordance之间的感知偏差将对产品使用产生影响，从而使得设计时不只需要考虑产品的实际Affordance，还需要考虑使用者对产品的感知Affordance。因此，意图域、现实域与感知域都是设计活动中的重要组成部分。出于研究复杂度分解的考虑，本文中仅研究设计活动中意图域与现实域两者的相互关系及基础，并据此扩展产品设计基础体系。感知域的引入并进一步扩展产品设计基础体系将是未来的工作。因此，如无特别说明，本文中“Affordance”概念均围绕源于Gibson原始涵义的“实际Affordance”来论述，对纷乱的偏向感知涵义的“Affordance”概念的各种文献不予采纳。Miaer和Fadel近年来发表了一系列文章，试图在产品设计领域建立自己的基于Affordance的设计理论，立意于得到一个系统性工程设计理论及方法的替论和方法工具，以“Affordance”替代“功能”作为产品设计领域的基础概念。目前基于Affordance的设计理论还并不成熟，更不能作为企业实践中的替代方法工具。基于Affordance的设计理论中的基础和思想却可以为产品设计领域带来有益的借鉴和启发。有研究指出，“Affordance”和“功能”两者并不冲突，各自反映了产品设计活动中的一部分基础，是兼容互补的,存在协同使用的可能[33][34]。Miaer和Fadel将“Affordance”概念的主体从原始涵义的生命体引申扩展到了非生命体的装置：不只考虑产品作为人的环境一部分时，人的环境所支持的人的行为可能；也考虑人及其他装置作为所设计装置的环境一部分时，装置的环境所支持的装置的行为可能。这种扩展工作使得设计活动中更广泛的思考要素得到了覆盖，使得“Affordance”概念作为产品设计理论现实域基础成为可能。Miaer和Fadel将“Affordance”看作“两个子系统间能够发生的潜在行为”[31]。Norman表述中将“Affordance”看作产品对人支持的行为可能。这两种看法都将“Affordance”阐述成个两个个体间的关系，错误地偏离了本应表述个体与其环境间交互关系的“Affordance”概念的原始定义。综上所述，以“实际Affordance”为概念依据，将概念主体扩展到人及非生命体的装置（或者说产品），并回归到表述个体与其环境间交互关系的内涵，本文中统一明晰的“Affordance”定义即可得到。

2.2“Affordance”概念定义及层次性引入“Affordance”作为产品设计领域中现实域的基本概念，将其定义为个体（系统）在其环境中的行为可能。结合对“行为”的“状态的时序性改变”的定义，将个体（系统）的“Affordance”详细定义为环境所容许的个体（系统）初始状态到可能的最终状态的时序性状态变化。这个概念内涵的出发角度是“环境容许发生怎样的行为”，任何个体（系统）都无法脱离其环境而存在，当个体（系统）的能力或属性确定，其环境的特性确定，那么个体（系统）所能发生的行为的范围也就确定了。而这些行为可能的集合就是个体（系统）的“Affordance”。其中既包含着设计意图对应的行为可能，也包含非意图产生的行为可能，非意图行为中还有可能包含需求者不希望发生甚至是有害的行为可能。“Affordance”概念的层次性也得到了研究者的注意。Pols[35]按照“Affordance”所涉及的行为概念范围大小提出“Affordance”的层次划分，其中包括了与功能层次类似的几个层次：（1）操作机会层（manapulationopportunity）这一层级的Affordance对应人最基本的行为，如抓、推、按等。（2）效果机会层（effectopportunity）这一层级的Affordance对应基本行为作用于对象产生的行为，如打字。（3）活动机会层（activityopportunity）这一层级Affordance对应的是更高一层级的目标为导向的行为，如写文章。可以看到，这里“Affordance”的层次性与前述“功能”的层次性相比具有极大的相似性。“活动机会层”对应“目的层”，“效果机会层”对应“效果层”，“操作机会层”对应“行为层”，在层次划分上具有高度一致性。为“Affordance”与“功能”在各层级的对应比较及协同使用打下了基础。仍然以钢笔作为例子：钢笔在行为层上的Affordance不只包括“使墨水从储墨袋适量地流到笔尖”的意图行为可能，也包括“吐墨”等非意图行为的可能。钢笔在效果层上的Affordance不只包括“使得在纸上留下可见痕迹”的意图行为可能，也包括“划破纸张”等非意图行为的可能。钢笔在目的层上的Affordance不只包括“能写”的意图行为可能，也包括“能刺伤别人”等非意图行为的可能。在“Affordance”内涵理清并被引入产品设计领域作为现实域的基本概念之后，结合“功能”作为意图域的基本概念，建立产品设计领域较完整的基础体系成为可能。在此之前，需要对“功能”和“Affordance”概念进行对比，以确定两者是否有冲突、重叠或兼容问题。并剖析“功能”和“Affordance”之间的内在联系，以基于两者更全面地描述设计活动及作为新的设计理论和方法学的基础。

3“功能”和“Affordance”对比与联系

对“功能”和“Affordance”进行对比分析，两个概念间有以下区别与联系：(1)分别存在于两个“域”“功能”存在于“意图域”，出发点是“人希望做到什么行为”，表征目的性导向的“意图行为”，独立于实际结构存在。“Affordance”存在于“现实域”，出发点是“其环境容许发生怎样的行为可能”，表征客观存在的“行为可能”，必须依存于实际结构存在。“功能”和“Affordance”之间形成反馈核查的关系，既检查功能对应的特定行为是否存在于在Affordance的可能行为集中，也检查Affordance中非意图产生的其他正面或负面的可能行为对设计任务有怎样的影响。(2)对于设计活动三层系统主体都成立当前，设计活动中的嵌套系统层次开始得到研究者的关注。而本文所论述的“功能”和“Affordance”的概念主体都可以是不同边界范围的主体。本文中主要涉及“目的层”“效果层”以及“行为层”三层系统。(3)“交互模式”是联系两个概念的关键桥梁产品结构由设计求解过程为实现“功能”而得到。产品实际结构形成后就将与其所在环境产生交互，以意图的交互方式交互时得到功能对应的特定行为；但必定同时存在其他交互方式产生非意图的行为，可能是正面的也可能是负面的。“Affordance”是可能行为的集合，当一种“交互模式”确定下来的时候，集合中的一种特定行为就确定了，若这种“交互模式”是设计意图的“交互模式”则所得的特定行为就对应于“功能”的“意图行为”。(4)都适用于广义产品范畴传统上“功能”通常指“技术功能”，近年来有研究者开始意识到产品设计中对“功能”进行广义扩展的必要性。而“Affordance”内涵中也包括着对非物理性状态变化的行为可能的支持。依据本文中对于“功能”及“Affordance”的定义，其不仅适用于物理产品，也适用于包含非物理状态变化的广义产品（如包含服务部分的产品）。(5)分别着眼于系统边界内外“功能”着眼于所研究的系统对象内部的状态变化。而“Affordance”着眼于系统对象边界外所处的与其交互的环境部分对系统的支持。两者之间有互补配合作用，使得产品场景中的参与主体和影响因素不易被遗漏。

4基于Affordance和功能的产品设计基础体系

基于以上的认识，以“功能”和“Affordance”为基本概念，可以对“功能”和“Affordance”协同使用形成的产品设计理论基础体系进行如下详细阐述：对于所设计的目标个体（系统）D来说，将其存在的世界表示为W，则世界W中除去个体（系统）的其余部分，即D在W中的补集∁WD即是D的环境E。个体（系统）可以以许多种模式与其环境发生交互，每种交互模式下环境中与个体（系统）交互的主体集合是不同的，这个集合是E的子集，将其表示为Ei(i=1,2,…,n)。则D与Ei间的这种特定交互模式是与D的能力和Ei的特性相关的一个函数，表示为Mi(D,Ei)。并且D与Ei以交互模式Mi(D,Ei)发生交互时，得到的是环境E所支持的，个体（系统）D以交互模式Mi(D,Ei)所执行的“行为”，表示为Bi。这里的“行为”指的是个体（系统）D本身从初始状态S(D)b到最终状态S(D)f的时序性状态变化。因此有如下表述关系：Bi=f(S(D)b→S(D)f)=F(D,Ei,Mi(D,Ei))。在物理世界W中，个体（系统）D与其环境E的所有可能的交互模式的集合为M(D,E)={M1(D,E1),M2(D,E2),…,Mi(D,Ei),…,Mn(D,En)}。与之相对应的，D在E中所有可能发生的行为集合称为D在E中的“Affordance”。可以表述为A,A={B1,B2,…,Bi,…,Bn}。如果产出的产品成功达到设计意图，则其中必定有特定某种交互模式Mf(D,Ef)对应于所设计的意图交互模式MI(D,EI)。那么在现实域中，D在E中按Mf(D,Ef)执行得到行为Bf。而Bf在意图域中对应的就是D被设计的意图行为，即D的“功能”，表述为F。而产品结构在客观世界存在后，必定不只产生特定意图行为Bf，同时还将按照非意图的某些交互模式与其环境中的某部分主体交互产生某些非意图行为。其中对设计场景中人的需求有影响的非意图行为需要纳入设计考虑范围，包括以Mp(D,Ep)交互模式产生的正面非意图行为Bp，以及以Mn(D,En)交互模式产生的负面非意图行为Bn。上述过程及“功能”与“Affordance”在两个域上的关系如图1所示。基于“功能”与“Affordance”协同使用的设计过程中，可以对“功能”所对应行为是否在“Affordance”范围内进行核查，并考虑正面非意图行为是否可以利用，以及负面非意图行为如何应对。由此，传统直线向前的产品设计过程转变为一个有明确理论基础的可以反馈迭代的动态过程。按照产品设计活动不同步骤所涉及系统边界的层次性进行划分，上文所述的个体（系统）D实际上可以是目的层系统So，效果层系统Se，以及行为层系统Sb。目的层系统So指的是使用者、产品和受使用者或产品作用的环境主体所构成的整个系统。效果层系统Se指的是产品和产品的作用主体所构成的整个系统。行为层系统Sb指的就是产品本身的整个系统。设计求解分析时，是从高层级到低层级，按So→Se→Sb的顺序逐级聚焦缩小未知范围；产品结构产生后，是从低层级到高层级，按Sb→Se→So的顺序逐级核查每一层的意图行为是否做到，有怎样的非意图行为产生。设计求解分析第一步以目的层系统So及其环境为对象。在目的层上，所针对的对象是由使用者、产品和与使用者期望改变的环境组成所构成的整个系统。目标是实现整个系统从初始现状到期望的未来状态的转变。约束条件是系统外整个环境对系统提供怎样的支持。在So中所需做的是：①明晰所期望的使用者及其所处环境的未来状态；②明晰使用者及其所处环境的初始现状；③明晰使用者能力，其环境对使用者的支持；④明晰使用者环境组成的特性。经此过程聚焦到实现意图所缺失的部分，也就是需要产品作用产生效果的地方。由此，按照So→Se顺序进入效果层系统的考量。效果层系统Se中，求解分析时考量的因素有：①产品；②产品的作用对象；③效果层系统初始现状；④期望的效果层系统未来状态；⑤系统外环境对系统各部分的支持可能。其中唯一未知量的是产品，通过对其他几点分析，产品本身应该产生的行为得以确定。由此，按照Se→Sb顺序进入行为系统考量，寻求产品结构的确定。行为层系统Sb中，考量的因素有：①产品结构；②产品初始现状；③期望的产品未来状态；④产品环境对产品的支持。如果产品初始状态与期望未来状态间的差值很短，则设计人员依据其经验及知识库能直接设计出具体的结构。而通常初始状态与期望未来状态的差值较长，因此需要在产品内部再逐层分解为更低层级的系统，将产品较长的状态差值分解为一小段一小段较短的状态差值，直至分解到某一小部分简单至设计人员可直觉想到具体结构。再将所得各部分方案组合起来，得到整个产品的结构。以上从最高层到最底层的整个过程从意图域出发，从“需要做什么”的角度分析得到求解结果。现实域中，任何个体都受其所在环境的制约，需要从“环境容许做什么”的角度考虑个体的行为可能（即Affordance）的范围。因此，上述在意图域中逐级向下得到产品结构后，还需要在现实域中逐级向上地核查。将每一层系统的功能与Affordance进行核查对比，每一层都可能出现以下几种情况：①意图行为不在可能行为范围里；Bf∉A；②可能行为中有预料外的有利行为Bp；③可能行为中有预料外的有害行为Bn；如果意图行为不在可能行为范围里，则表示这一层系统的结构并不能产出期望的状态变化，说明这一层系统的设计出现错误。需要从这一层级开始重新进行设计过程，或者在已有结构基础上针对现有缺失添加新的设计子任务对产品进行改造。如果在可能行为中发现预料外的有利行为Bp，则表示产品按特定交互模式MG(D,EG)产生的行为对使用者也有价值。可以考虑将该有利行为规范化为产品的另一功能。如果在可能行为中发现预料外的有害行为Bn，则表示产品按特定交互模式MB(D,EB)产生对使用者有害甚至造成危险的行为。则必须从这一层级重新进行设计以避免Bn出现，或者添加新的设计子任务来应对、限制或处理这一有害行为。逐层向上核查的过程中，不仅包括上述每一层中意图域和现实域的比较，也包括Sb→Se→So层级间状态变化的核查：①在行为层系统分解的每一部分功能都能实现，但行为层系统整体功能未实现，说明分解出错，应返回这一步迭代。②当整个行为层系统的功能达成、但效果层系统的功能并未达成时，说明对产品作用对象的特性及其环境支持分析有误，应返回这一步迭代。③当整个效果层系统的功能达成、但目的层系统的功能并未达成时，说明对使用者的需求认识或对使用者能力及其环境特性分析有误，应返回这一步迭代。每一步迭代过程，或者在已有的设计成果基础上添加设计子任务来弥补偏差，或者进行重新设计。综上所述，得到一个从目的层系统到行为层系统逐级向下分析求解，再从行为层系统到目的层系统由底向上核查验证，在意图域和现实域间迭代演进的产品设计过程（如图2）。

5手提式吸尘器实例演示

以手提式吸尘器为例，对上述“功能”和“Affordance”协同使用的由上到下再由底向上的设计过程进行直观具体的介绍。手提式吸尘器的设计来源于家居场景或车载场景下人对于自身环境中碎屑（或者说灰尘）进行移除的需求。首先按系统层级由上到下对手提式吸尘器各层级功能进行逐级求解分析：（1）目的层系统求解分析目的层系统在初始状态下包括使用者和碎屑，未来期望状态下包括人、手提式吸尘器产品，以及位移后的碎屑。目的层系统功能为完成人期望的对碎屑的移除。目的层系统环境为一般家居场景或车载场景。因此，手提式吸尘器作用对象为碎屑，使用主体为人，本身结构为未知的求解对象。因此，首先对人的能力和作用对象碎屑的特性进行分析。人需要做到的是发现碎屑，收集碎屑，转移收集后的碎屑，丢弃收集后的碎屑。碎屑一般大小为毫米至厘米级，大多处于干燥环境中，一般无毒性或腐蚀性，重量较轻，一般无磁性，受吸力后可在空中短暂漂浮。以健全的正常人为目标客户群体的情况下，人仅依靠自己能力所不能完成的是收集碎屑的环节，此即是所设计的产品应该弥补的部分。（2）效果层系统求解分析效果层系统由手提式吸尘器和碎屑共同构成。效果层系统功能即是收集、储存和释放收集后的碎屑。系统主体中碎屑已知，手提式吸尘器为待求未知部分。效果层系统环境中可获得人的能力支持和电力来源。根据所作用碎屑的特性，选择通过电能转化成风能将碎屑吸起并聚集。并由人将收集后的碎屑转移和丢弃。手提式吸尘器本身实现的部分是提供聚集方法和可释放的密闭存储空间。（3）行为层系统求解分析行为层系统由手提式吸尘器产品本身构成。行为层系统功能为提供吸力、引导通道和可释放的存储空间。为了在行为层系统的环境中实现移除碎屑的效果，手提式吸尘器本身结构需要实现吸入、引导、存储和释放的动作。从电能到风能的转换也是需要实现的动作。通过上述过程，明确了与人的目的需求相一致的手提式吸尘器结构的细分设计子任务。对每个简单的子任务进行求解，就得到了初步的手提式吸尘器主干框架。得到主干框架后，接下来需要从系统层级由下到上核查各层级功能是否在其环境容许的Affordance范围之内，以及对可能的非意图行为进行分析：（4）行为层系统Affordance核查手提式吸尘器行为层系统Affordance主要涉及的环境中的交互主体包括能量源、使用者、空气以及温度。通过手提式吸尘器行为层系统Affordance的核查，一方面可以分析手提式吸尘器本身是否能够按意图运转，另一方面可以探索手提式吸尘器本身可能发生怎样的非意图行为。家居场景或车载场景下可获得能量源为电能。电能可以转换为机械转动能，机械转动能再转换为风能。手提式吸尘器行为层系统Affordance中同时包含了转换过程中不可避免产生废热、噪声等能量的非意图行为，从而产生对其应对处理的新的设计子任务。手提式吸尘器的风能的形成及正常运转需要处于合适气体气压环境以及合适的温度环境之中。若所处环境不满足工作环境要求，则吸尘器需要实现加大功率或保温隔热等设计子任务予以应对，才能使其功能对应行为处于Affordance的可能实现范围之内。手提式吸尘器的运转还需要使用者对能量输入开关及控制的操作，以及需要使用者在释放存储部件时提供力。家居场景或车载场景下目标使用者为健全的正常人，具有上述动作的行为能力，但使用者必须按照所设计的人与物之间意图交互方式进行操作，才能实现上述行为。而Affordance中包含了按照非意图交互方式操作损坏吸尘器的行为可能。由此产生了将意图交互方式以使用说明书或教育服务的方式明确传达给使用者的新的设计子任务，以及对损坏后的吸尘器提供维修服务来应对的新的设计子任务。（5）效果层系统Affordance核查效果层系统Affordance中包括了吸尘器通过风能收集碎屑的过程中不可避免的空气和碎屑混杂的非意图行为。为应对此种非意图行为，需要在手提式吸尘器中设置滤网来实现空气与碎屑的分离，这成为吸尘器结构设计任务的重要组成部分。效果层系统Affordance由产品本身与其环境的支持作用及碎屑与碎屑环境的支持作用共同影响。首先验证当手提式吸尘器被添加作为碎屑新环境的一部分时，对碎屑的意图作用效果是否在Affordance范围之内。若答案是否定的，则需重新进行设计过程或添加设计子任务对产品进行改造。此外，吸尘器对碎屑作用的实现需要使用者携带、移动以及识别碎屑所在处并且将吸尘器对准碎屑。这一方面对吸尘器的重量和大小的设计子任务提出了要求。另一方面若目标使用者不具备以上全部能力时，还需要为产品添加新的设计子任务以弥补这些能力缺陷。例如若使用者为盲人、行动不便或无法负重人群时，则要设计的吸尘器还需要有自主识别发现灰尘和自主移动的能力。（6）目的层系统Affordance核查手提式吸尘器目的层系统功能的达成不仅与效果层系统的实现有关，也与需求者本身及其环境有关。即使效果层系统功能完全得以实现，也可能因需求者自身状态变化，或者其环境其他部分变化，或者设计者没有完全获取需求信息而导致目的层系统功能没能得以实现。效果层系统功能实现情况下的目的层系统Affordance中，目的层系统功能对应行为是否在其中尚需验证，若答案是否定的，则说明设计人员对使用者的需求认识有偏差。需要对需求重新认知后，重新进行设计过程，或基于已有产品结构添加新的设计子任务以针对现有偏差完成改造。手提式吸尘器一旦存在于使用者所处场景中，就带来了目的层系统层级的非意图行为。例如，手提式吸尘器运转可能带来的噪声，为需求者带来了对噪声进行处理或避免的应对需求，需要对应进行设计。又如，产品作为环境布局的一部分，可能带来整体美感的破坏，因此需要对产品外观美学进行设计以对此进行应对。同时，作为社交场景下可被评论的对象，可能由客人的评价为使用者带来优越感或羞愧感。因此需要对产品进行价值观引导（品牌打造等）予以应对。这些部分都属于广义上产品设计任务的组成部分。（7）设计过程迭代上述设计过程首先从上至下对产品主干结构进行初步设计，然后由底向上对每一层进行核查。核查中发现的功能未处于Affordance范围内或非意图行为需应对的情况，都将产生新的设计子任务，而对原始产品结构进行添加或更改。而每个新的设计子任务都可以按照上述从上到下再由底向上的过程进行，然后根据核查产生的设计子任务的子任务再迭代进行这一过程。经过多次迭代，直到产品能完成所有客户显性需求及基本需求并且不带来损害时，确定产品的一个初步方案。此时并不意味着设计的结束，按照上述过程从不同的求解思路产生出数个初步方案。并按照市场及公司战略的要求从中选取出理论上的最佳方案。此时依然不代表着设计的结束，上述过程中Affordance核查环节实际上是设计人员站在使用者所处环境从Affordance角度考虑的思维过程，由于人不能认知全部现实，难免会有偏差及遗漏。因此，选出的初步最佳方案后需要实际交付给使用者，在其真实使用环境中进行试用。根据实际使用环境中Affordance的核查得到未预料到的结果反馈，从而产生新的设计子任务，对产品进行调整。再迭代进行数次该过程，不断扩大使用者试用范围，最终得到调整完善的产品结构。至此，完成整个设计过程。

6总结与展望

本文首先对产品设计的基本概念进行理清，提出传统产品设计理论中仅以“功能”作为基本概念并不完备。设计过程涉及意图域与现实域，“功能”仅代表意图域的基本概念，本文中“Affordance”被吸收来作为现实域的基本概念。从系统层级的角度，将“功能”概念中的意图意义功能、效果意义功能和行为意义功能进行统一，得到“功能”概念内涵——“意图行为”。本文对“Affordance”概念做出了辨析，得到“Affordance”概念内涵——“行为可能”。对“功能”和“Affordance”对比联系后，提出“功能”和“Affordance”协同使用的扩展后的产品设计理论基础体系。以Pahl/Beitz为代表的基于功能的设计理论体系，以意图域概念“功能”为理论基础，构建了结构化的设计过程和方法，使得设计人员不必单纯依靠直觉和经验进行设计，做出了巨大贡献。但现实域基础概念的缺失，使得该理论体系对于设计活动现实域的部分不能很好的覆盖。另一方面，以Miaer/Fadel为代表的基于Affordance的设计理论体系，以“Affordance”概念为基础，但是却试图以“Affordance”代替“功能”作为基本概念，因而也造成了对于设计活动意图域不能很好覆盖的片面影响。并且对于现实域“Affordance”和感知域“感知Affordance”的内涵没能区分，这些造成了这一理论体系的局限。上述两种理论体系都基于意图域或现实域的单一基本概念，这使得两个域间的核查比对无法有效进行，因此两者都是静态的单向向前的设计过程，无法成为动态迭代演进的设计过程。即使其中部分研究者认识到设计活动需要动态迭代，但无法基于单一基础概念给出迭代的基础机制。

本文提出的“功能”和“Affordance”协同使用的扩展后的产品设计理论基础体系同时涵盖设计活动的意图域和现实域，并且具备动态迭代演进的设计过程。这一体系对设计理论与方法学向进行了多方面扩展：①设计过程可以不只考虑意图域“想要做什么”，同时考虑现实域“环境容许发生什么”。②明确了设计过程所涉及到的整个嵌套系统层级体系，通过逐层细化使得每一步设计任务清晰明确。③设计考量范围不局限于产品边界内，同时考虑使用场景中的其他交互主体及使用的人的因素。④不只考虑意图行为，还考虑到非意图的可能行为的影响。⑤通过每一层级功能和Affordance的比较核查，使得设计过程成为一个能够反馈迭代的动态演进的过程。本文介绍的是覆盖产品设计活动意图域和现实域的基础体系的构建。未来进一步的研究会将感知域中的基本概念——感知Affordance引入，建立更完备的覆盖意图域、现实域以及感知域的产品设计基础体系。以使设计理论及方法学更切合于设计实践并更具有指导意义。

作者：武春龙 纪杨建 顾新建 单位：浙江大学 机械工程学院工业工程中心