1、产品设计理论基础体系扩展研究产品设计理论基础体系扩展研究 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Beitz6、Rodenacker9以及Welch和Dixon10：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Josephson11：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Kannengies
2、ser12：将功能看作产品被设计的目的。Umeda和Tomiyama13：将功能看作在意图域中与现实域中行为对应的概念。Deng14：将“功能”看作输入和输出动作转换流之间的转变。Goel和Stroelia15：将“功能”看作输入和输出状态之间的转变。Stone和Wood16：将功能看作产品的意图行为。Lind17：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Vermaas18为代表
3、，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Beitz1、Ulrich和Eppingger2、Otto和Wood3、Rodenacker9、We
4、lch和Dixon10、Umeda和Tomiyama13以及Stone和Wood16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Deng14、Lind17、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Gero12和Chakrabarti22。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，Vermaas23停止了进一步将概念进行统一的深入研究。
5、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Josephson11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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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Gibson24基于动词“Afford”引申创造，最初阐述为“环境对动物
14、的Affordance就是它能提供或供给给动物什么，无论好的还是坏的。”Chemero25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”；Dotov26将其总结为环境容许的动物的行为可能。“Affordance”概念由Norman27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
15、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“Afford
16、ance”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Aff
17、ordance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
18、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代理论和方法工具，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3334。Miaer和Fadel将“Affordanc
19、e”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
20、“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
21、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。Pols35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
22、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
23、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
24、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
25、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
26、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）。(
27、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
28、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)bS(D)f)=F(D,Ei,Mi(D,Ei)。在物理世界W中，个体（系统）D与其环境
29、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
30、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
31、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SoSeSb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SbSeSo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
32、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：明晰所期望的使用者及其所处环境的未来状态；明晰使用者及其所处环境的初始现状；明晰使用者能力，其环境对使用者的支持；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SoSe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：产品；产品的作用对象；效果层系统初始现状；期望的效果层系统未来状态；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
33、，按照SeSb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：产品结构；产品初始现状；期望的产品未来状态；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（
