基于产品族设计DNA的床式熏蒸产品造型创新设计研究
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摘要：为了寻找床式熏蒸产品设计过程中的继承设计要素，降低企业产品的开发周期和生产成本，提升产品的造型特征。本文基于产品族设计DNA相关理论，提出了床式熏蒸产品造型创新设计流程。以XYZ-llC型熏蒸床造型设计为例，提取产品隐性基因与显性因素，构建了床式熏蒸床产品族造型设计模型，提取通用型DNA和可适应型DNA，推演与约束可适应型DNA的造型方案，采用模糊综合评价方法，验证了方法的可行性与有效性。
关键词：产品族设计DNA;床式熏蒸产品;造型;创新设计
中国分类号：TB472文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2020）01-0155-02
1 产品族设计DNA理论
产品族设计DNA理论在学术界与产业界的研究越来越多，产品设计迭代过程中，需要将原有的设计元素进行整合和再创造，迭代产品需要延续上一代相同的识别特征，同时保持差异性[1]。而生物体的遗传就是将带有父代遗传信息的DNA采用半保留复制的方式传给子代，DNA分子为双螺旋链式结构，通过解旋酶将初代DNA解开为两条平行双链，之后进行互补、合成产生新的双螺旋链[2]，产品族设计DNA理论模仿生物遗传学的遗传进化理论。按照遗传信息DNA遗传与变异的原则传给子代，使其更适应在变换不定的环境中生存。产业界期望品牌产品能够在市场规则的淘汰下脱颖而出，且持续占领市场份额，因此有关学者将遗传学上的遗传规律引入到工业设计的创新设计中[3]。
2 基于产品族设计DNA的床式熏蒸产品造型创新设计流程
设计师首先需要对项目产品进行市场调研，与工程师探讨实际生产过程中可能遇见的问题，弄懂产品结构原理。根据企业理念等找出企业产品的隐性基因，分解需要创新设计的产品，找出可以遗传保留的造型设计，运用形状文法修改需要進行造型创新的零部件，得到多种目标方案，然后选择最优的设计方案进行造型细化，完成效果图，提交方案。图1为本文提出的产品造型创新设计流程图。
3 基于产品族设计DNA的床式熏蒸产品造型创新设计思路
XYZ-llC型熏蒸床是一种由上床体、下床体、把手、床垫、床底、药物装置箱、企业LOGO组成的床式产品，主要用于休闲保健、康复疗养和临床治疗疾病三个方面。患者在医师的指导下平躺在床垫上，药物装置箱里面放置配好的中草药，通过装置箱下面的沸水熏蒸中药包产生中药蒸汽，从床垫上的孔进入上床体，使患者进行身体康复疗养。其中下床体起支撑作用，使人体更舒适，上床体起封闭作用，使康复效果更高效，雾化器帮助产生蒸汽让患者增加舒适体验。
3.1 提取企业产品隐性基因与构建产品族模型
通过医院调查问卷、专家咨询、企业实习，选取企业产品线中不同系列的8款具有代表性的产品作为产品族中企业基因调查、提取来源，通过20位工业设计专业学生和企业研发人员，进行头脑风暴，最终得到代表企业产品形象品牌诉求的6个主要意向词，分别是：高品质、前瞻|生、智能化、情感化、稳重、可靠。
在迭代新款产品过程中，首先需要将重新设计的产品进行竞品分析，将市面上的所有同款产品找到，企业一般都拥有竞争对手的资料，可以对接企业项目负责人，建立竞品分析表，同时根据产品族设计DNA的原理构建工业设计产品族模型，这里把床式熏蒸产品解构成部件和零件见图2，方便设计师对产品进行全方位的把控。图中所示熏蒸床外型设计DNA表示结构是产品部件与零件之间的有向图，基于有向图和生物遗传学原理分析可得，在保持部分部件一致性的前提下，通过约束的传递仅影响所关联的零部件。
3.2 提取可适应型DNA和通用型DNA
在进行产品造型的创新设计之前，设计师需要明确产品中哪些部件是采购买的标准部件，大小、尺寸、参数均不变称之为通用DNA，风格、材质不变称之为通用DNA。哪些部件是需要重新添加或删减的设计元素，形成新的设计特征，需要重新创新设计的部件，称之为可适应型DNA，包括部件的新造型、部件的开合方式等。由此可得，XYZ-IIC型熏蒸床外形产品族设计DNA的隐性基因和显性基因关系见图3。
针对XYZ-IIC型熏蒸床产品族设计DNA模型的分析以及企业实际生产能力和设计要求调整产品方案设计中的造型与色彩。根据生物遗传规律，只需要将可适应型DNA进行创新设计。通用型DNA为通用标准件，不需要进行设计。
3.3 推演与约束可适应型DNA
基于前文的分析与约束，使用长方形作为床体初始形状，利用形状文法进行产品造型的推演迭代，形状文法包括不同的推演规则：置换、增减、缩放、复制、旋转、坐标轴微调l41。由于使用者可以依据此法得出满足大量目标方案的产品形态，因此被广泛应用于工业设计领域中。在实际项目的推演过程中，需要结合产品实际尺寸对熏蒸床进行推演尺寸约束，结合目标项目将产品造型放置于二维平面坐标系中，设计师通过与企业研发、结构人员的沟通，根据项目具体内容，建立必要的约束条件。推演过程遵循既定的产品尺寸约束和空间尺寸约束，既要保证床体平衡和对称，符合正常的生产使用要求，还要保证零部件可以闭合。依据生成的设计约束规则，在犀牛、pre05.0等三维软件中可以生成产品迭代模型，然后进行替换、装配、搭配等，最后得到企业产品的目标方案，实现在原模型的基础上进行演变、迭代。
3.4 确定熏蒸床造型设计方案
通过上文的形状文法推理得到四种不同方案，但满足产品族设计DNA约束条件的推演方案见图5，由于方案数目众多且都能满足大多数人的审美，在工艺制造上没有技术难度，因此对于四种方案不能明确肯定或否定。且多种因素制约着决策过程，接下来需要进行方案筛选。本文选择模糊综合评价方法对推理生成的方案进行评价，由企业研发人员对所有方案进行投票，根据帕累托定律选取5个方案，依据床式熏蒸产品设计特点，设定评价指标为：E={e1，e2，e3，…en），（n=5）（如表1）。根据5个偏好程度，评语集为V=f十分重要，很重要，重要，一般重要，不重要）。使用专家打分法见表2，明确平躺式熏蒸床体设计各评价指标的评价权重，W={0.3，0.3，0.2，0.1，0.1），其中，评价指标中e4、e5作为基本型需求，因此专家赋予评价权重最低。
采用问卷调查方法，对某企业研发人员、生产人员、销售人员为受测者进行调研，其中被调研者年龄段在20～50岁，受测者对熏蒸床结构、功能、工艺、市场有一定了解。以方案1为例，得到打分统计表2所示。
由以上结果可知，对方案1的评价结果为：46. 7%的受测者觉得非常好，28.5%的受测者觉得很好，1 6%的受测者觉得一般，6与%的受测者觉得较差，2. 3%的人觉得很差。依次计算接下来的4个方案，得出方案4非常好的比重最高，为68.3%，因此，接下来任务就是细化方案4，得出最终设计方案如图5所示。
4 结论
本文通过产品族设计DNA理论进行企业产品的隐性基因与显性基因的产品设计部件之间的映射关系，建立实际产品尺寸约束推理条件，满足产品尺寸矫正及后期装配，梳理出适合企业研发设计的一种快速设计方法，使设计师从重复的设计试错中解脱，快速准确的把握设计方向，针对企业难以挑选目标方案的问题，应用模糊综合评价法对推理出的产品方案进行验证，快速、科学帮助企业筛选出最佳设计方案。
参考文献
[1]耿霞基于用户认知的小家电产品族特征研究[D]南京理工大学，2017
[2]刘学廷.三种特殊的DNA分子复制方式[J]中学生物教学，2014 （10）：37-38.
[3]苏建宁，刘志君，王鹏.基于感性意象的产品族造型设计方法研究进展[J]，机械设计，2017. 34 （11）：112—116
[4]朱天燕，周海海，唐敦兵等.基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态创新设计[J].机械设计与制造工程， 2019，48 （04） .12—17.
[5]姜晓波.工业设计中基于本体的产品族设计DNA[J]工业设计.2016 （07）：67-69.
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