整合产品族与泛族群的汽车前脸形态演进设计

徐姝，周海海

(南京航空航天大学 机电学院，南京 210016)

0 引言

企业在进行工业设计时需要着重解决以下两个问题：一是针对产品技术日趋同质化的情况，如何赋予产品特殊形态与风格意象以塑造独特的品牌，而传统品牌如何在保持产品识别的基础上进行产品创新。二是在市场环境、社会文化背景以及消费时尚不断改变的今天，企业如何迅速作出响应，在较短的周期内产生系列化的设计方案以供优化选择。

现在国内已有学者以典型汽车形态为例，引入参数化后得到影响汽车风格的主要特征曲线[1]；浙江大学学者提出了一种以用户为中心的产品识别设计方法，从感性工学与认知心理学角度对用户、设计师、客户3者在产品形态特征与风格识别上的差异进行了研究[2]；此外，杨延璞等学者也提出了泛族群产品的理论模型[3]。

针对上述两个问题以及前人研究的基础上，就设计的延续性和创新性出发，提出一种整合产品族与泛族群的形态演进设计方法并引入大众高尔夫的案例，最终说明该方法的可行性。本文通过对大众高尔夫的特征提取获得对产品识别的贡献度大小， 结合泛族群理论对高尔夫电动汽车进行创新和演进设计。

1 产品风格定位和特征提取

产品识别设计研究一般可从两方面来进行分析，一是产品的显性特征，二是其隐性特征。显性特征是指产品的外在造型特征；隐性特征是指产品内在的风格语义层面。

1.1 感性语义筛选

将大众高尔夫汽车前脸造型进行汇总，之后从网络、平面媒体中搜集其相关的风格意象词汇，由设计师、行业人士以及相关用户组成小组进行词汇的感性意象分析， 最终选出10对感性词汇，如表1所示。

表1 大众高尔夫意象评价指标

1.2 确立研究样本

通过调研大众高尔夫在市场上的车型， 从历史维度总结前脸造型，发现大众高尔夫具有较高的造型延续性。以近年来的车型为主要研究样本，根据风格不同为前提，从58 款车型中做归类总结，相似分为一类，最终筛选出形态差异较大的9个样本，并对样本进行去色处理，尽可能降低外因对被测者的影响，得到Y1-Y9如图1所示。

图1 大众高尔夫待研究样本

1.3 意象调查实验——隐性特征提取

实验将对60 人进行问卷调查，其中包括(男女比例各一半，50%)20 名学生，20 名商务人员，10 名资深设计师，5 名销售人员，5 名其他职业；所受教育程度为研究生35位，大学生 20 位，专科 5 位；年龄分布为21-30 岁 50 位；31-40 岁 8 位；41 岁以上2位。

以大众高尔夫为例，对9 种车型进行10组指标的语义评价，实验将采用5 点量表法，量尺上每一对感性语汇之间有5 个区间，受测者通过选择区间上的数值来反映对事物的感性认识及反应强度。

问卷发放60 份回收有效问卷 58 份，通过平均法获得9 个样本与 10 组词汇间的对应数据平均值，统计结果如表 2 所示。

表2 大众高尔夫研究样本与感性语汇评价结果

为了更有效地研究感性意象，利用感性工学中的因子分析法来对9个样本的感性评价数据进行处理分析。因子分析也称因素分析，其功能在于通过找出变量间的共同潜在结构(因子)，以达到维度减缩的目的。

对上述数据进行因子分析后得出主因子，结果以特征值>1为准则所保留的两个因子共可解释88.847%总体方差。通过因子分析结果，由输出结果可以得知X1、X2、X3、X4、X8这5个标准在因子1上面的负荷量值最高；而X5、X6、X7、X9、X10这5个标准在因子2上的负荷量上最高；由此可以将因子1命名为外观与感受；可以将因子2命名为性能与实用。为下面了解消费者对于产品组合偏好做铺垫。

2 显性特征对造型风格影响程度

为了解消费者对于产品组合的偏好， 本文引入联合分析法，首先进行产品外形部件与造型特征分析，然后采用正交设计将部件与造型特征进行组合，生成一系列模拟产品。

2.1 正交设计及元素提取

根据每类部件的造型特征，理论上一共可以组合出108种前脸造型(3×2×2×3×3)缩减为16种产品组合，每一列即为该组合的产品属性，具体如表3所示。

表3 产品组合数据表

每个产品组合以卡片方式让受测者对于产品组合进行偏好顺序的排序，其次对上述表中新生成的16种汽车前脸造型绘制编号。邀请20位设计师作为受测者要求对这16 款汽车前脸进行喜好程度的排序，此部分为受测者对于前脸造型整体组合后偏好的表现。

2.2 联合分析试验和数据处理及分析

根据受测者的编号排序，其后的变量“偏好1”至“偏好16”代表受测者偏好的顺序由高至低，此时数据编辑区内所输入的数据为卡片的编号。

之后通过编辑分析语句，进行实验分析，最终通过分析法得到显性特征中各外形部件与相应的造型特征在感性意象因子1上的权重和贡献率，如图2所示，分别是各个元素的权重值以及其造型特征的贡献率。

图2 因子1下的元素造型特征贡献率和权重

从图2中可以得出结论：在所做实验的汽车前脸造型元素中，头灯组对于造型风格最为重要，占了44.971%的比率；其次雾灯，占19.570%的比率；再其次是牌照板， 占16.334%的比率；权重其中最小的是进气格栅，占9.087%。联合分析每个元素输出所有受测者对该元素的整体效用值，由表2中可以看到其中负值代表其对风格产生的效用小，负值越大代表这个造型特征对风格影响程度越小；反之亦然。同理可获得其在因子2下的贡献率和权重。将元素造型特征分别在因子1和因子2上对应的贡献率和权重整理如表4所示。 引入自变量相对重要性的相对权重估计，对因变量做回归分析，假设线性回归模型：

(1)

在式(1) 中在没有特殊情况下β0=0 ，βj为第j个元素对应造型特征的贡献率，Xj为第j个元素所占权重，c代表对应因子下的常数值。

根据以上可知，已知汽车前脸显性特征，便可以计算出实验生成汽车前脸造型在隐性特征意象上的映射分值。如卡ID-1在因子1感性意象上的映射分值为(-0.258)×44.971%+0.700×9.083%+(-0.775)×10.043%+0.775×16.334%+1.683×19.570%+9.800=10.126，说明卡ID-1所生成的方案1在因子1感性意象上的影响程度为10.126。

表4 外形元素在风格意象评价上的权重和各造型特征的贡献率

通过分析得到在产品的显性特征中，权重相对较高的元素和有较高贡献率的造型特征在风格感性意象影响程度上占主导因素，说明此类元素造型特征对产品风格意象影响大，因此可以将权重较高和贡献率起到正向作用的元素造型特征定位为主要元素以及主要造型特征；反之较低权重和贡献率起到负面作用，得分低即影响较低的定位为非主要元素以及非主要造型特征。

根据上面的正交实验和联合分析获知在大众高尔夫汽车前脸造型各元素的权重和贡献率，并对结果进行分析，获得主要元素以及主要造型特征。

3 汽车前脸形状语法规则

为了尽可能获取完整的历史车型，将其各种形态融入到语法当中，可以分两个维度来进行演变分析，一是纵向提取其主要元素的特征，做简单的形态分析；二是横向提取近代(2006年-至今)的所有车型，进行归纳总结，因为大众高尔夫车型的沿袭性较好，整体横向分析后发现有一定的规律性， 因此可以将完整前脸形态分为主要的5 种作为提取时的参考，具体如图3所示。

图3 大众高尔夫历史车型的提取

通过对历史车型演变分析就可以对基本形态元素进行提取与划分，结合按照上文中正交设计所述各元素以及造型特征，按照如此分类进行下一步的规则制定。

形状语法变换规则可以分为两类，一类是生成性规则，一类是修改性规则。对于大众高尔夫的前脸元素定义语法规则如图4 所示，其中规则1～12 为生成规则；规则12～30位修改规则。将主要对贡献度大的运用形状语法规则进行修改，对贡献度小的引入泛族群理论进行创新设计。

图4 前脸元素形状语法规则制定

4 创新产品生成

4.1 泛族群概念

产品族群内的产品集合可分为近领域产品和远领域产品，可以把产品族内的产品称为同族群产品；产品族外的产品称为异族群产品。泛族群是包含同族群产品和异族群产品。泛族群形态设计的优势是可以从其他族群的形态提取所需的产品形态，形成一定差异性情感意象和风格特征的产品形态用以满足消费者的需求。

以电动汽车为例，按照名称进行泛化， 过程如图5所示。

图5 电动汽车的泛化过程

4.2 电动汽车的造型特点

研发新能源汽车是为了解决环境污染和能源短缺问题的可行性较高的方案。与传统汽油乘用车相比，其造型有其独特特点。1)集成化：电动汽车在布置方面的变化会影响造型，尤其是平整的底盘以及进气格栅的消失或减小，能对汽车的气动阻力进行有效减小；2) 智能化：智能照明系统、夜视系统以及泊车系统都属于智能化的体现， 同时包括导航系统。对于整体车身造型分析：①车头高度。相比较于传统的汽车， 电动汽车不存在发动机舱，因此车头高度能够降低的更低，可获得更好的空气动力学性能；② 前后扰流器。加装尾翼能够对汽车的气动性能进行有效的改善，尾翼高度会对造型效果造成影响。③ 车轮以及轮腔特性。有轮腔覆盖的车轮相比于完全暴露在空气当中有着更好的气动性能。④ 车身底部离地的高度。电动汽车因为结构方面特点非常容易被做成光滑底板，所以在实际设计当中，应该对工程分析出最佳离地高度来进行对造型形式有效的结合。

4.3 电动汽车前脸形态的生成

从之前联合分析中可获知进气格栅对整个大众高尔夫前脸造型的风格意象贡献率较低，在对历史车型的分析中，也可以发现进气格栅的造型多变，其次可以对雾灯进行创新设计。而对于贡献度高的造型元素进行形状语法规则的修改，贡献度小的元素则结合泛族群概念进行创新设计。对于电动汽车前脸造型主要来自3方面约束——修改性形状语法规则、电动汽车自身的特点以及泛族群的引入。图6是根据鲨鱼的牙齿和嘴型进行对进气格栅的创新设计。

图6 电动汽车前脸造型的生成

5 结语

本文介绍了一种产品创新设计方法——整合产品族与泛族群的产品形态演进设计，在产品识别、产品功能特点、泛族特征3方面的约束下进行产品造型创新设计， 既解决了产品品牌风格的延续性和创新性之间的矛盾，同时又兼顾电动汽车自身的功能特点。最后进行了初步的造型生成实验， 验证该方法的可行性。今后可针对不同类泛族群选取进行横向比较研究。另外，目前的造型生成还是比较单调，之后可进一步研究参数化3D形状语法在造型生成的应用。

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