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1“功能”概念內涵理清

1.1不同理解的“功能”概念對“功能”的理解多種多樣，以下簡單列出其中較具代表性的產品設計領域的學者各自對于“功能”的看法：Pahl和Beitz[6]、Rodenacker[9]以及Welch和Dixon[10]：將“功能”看作輸入和輸出的物料、能量、物料流之間的轉變。以“動詞+名詞”表示。Chandrasekaran和Josephson[11]：認為有兩種功能，從“以環境為中心”的角度看，“功能”是產品意圖達到的效果。從“以產品為中心”的角度看，“功能”是產品為達到設計主觀意圖應有的客觀內部行為。Gero和Kannengiesser[12]：將功能看作產品被設計的目的。Umeda和Tomiyama[13]：將功能看作在意圖域中與現實域中行為對應的概念。Deng[14]：將“功能”看作輸入和輸出動作轉換流之間的轉變。Goel和Stroelia[15]：將“功能”看作輸入和輸出狀態之間的轉變。Stone和Wood[16]：將功能看作產品的意圖行為。Lind[17]：將功能看作產品意圖達到的效果……對不同研究者從不同角度對“功能”概念的這些表述進行研究，理清各種理解之間的內在關系，得出統一明晰的“功能”內涵，難度很大，需要有堅實的哲學基礎。幸運的是，近十年來產品設計中“功能”概念本質這一命題引起了哲學界一部分研究者的興趣，以Vermaas[18]為代表，對上述多種多樣的“功能”內涵認識進行了一定程度的歸納總結，這使得我們可以在其基礎上進行進一步研究。

1.2“功能”概念的歸納總結Vermass等[19]對設計理論領域研究者和工程師們賦予“功能”的不同涵義，初步歸納為三種典型的“功能”概念內涵的理解：（1）將功能看作產品的意圖行為的行為意義功能；（2）將功能看作產品的意圖效果的效果意義功能；（3）將功能看作產品的設計目的的目的意義功能。行為意義功能將功能看作是產品意圖的特定物理行為。主要涵蓋了將功能看作輸入輸出流或狀態間的轉變的研究者。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，鋼筆的行為意義功能，可描述為“要使墨水從儲墨袋適量地流到筆尖”。效果意義功能將功能看作是產品行為意圖達成的效果。主要涵蓋的研究者為Deng[14]、Lind[17]、Kitamura等[20]以及Bell等[21]。例如，鋼筆的效果意義功能可描述為“要使得在紙上留下可見痕跡”。目的意義功能將功能看作是產品被設計所要達成的目的。主要涵蓋研究者為Gero[12]和Chakrabarti[22]。例如，鋼筆的目的意義功能可描述為“要能寫”。在將“功能”概念歸納成以上三種之后，Vermaas[23]停止了進一步將概念進行統一的深入研究。他聲稱由于工程實踐中這三種功能概念都有各自作用，最好的方式就是接受不同意義“功能”概念的并存。然而，基礎概念的模糊不清，將導致設計知識交流和設計方法推廣的困難，一個明晰統一的“功能”概念的確立，對于領域體系的建立和實踐應用推廣是非常必要的。因此，將對以上三種意義的功能進行進一步辨析，以理清統一的“功能”概念內涵。

1.3“功能”內涵辨析首先，對行為意義功能和效果意義功能進行剖析。Chandrasekaran和Josephson[11]對功能內涵的認識同時涵蓋了行為意義功能和效果意義功能兩方面，并對兩者間的聯系進行了初步探索。其研究成果有助于理清行為意義功能和效果意義功能的內涵及邊界，以尋找到兩者統一的方式。Chandrasekaran和Josephson將其對行為意義功能的認識命名為“以裝置為中心的功能”（Device-CentricFunction），將其對效果意義功能的認識命名為“以環境為中心的功能”（Environment-CentricFunction），做出了如下描述：“裝置被使用是由于某人想要裝置外的某些他想要的改變發生。這樣，功能的一個中心意義就在于作為（意圖）效果的功能。然而，功能也經常被描述為裝置的屬性或行為，而并不提及裝置對外部世界造成的改變。這樣，功能能夠描述為一個以裝置為中心或者一個以環境為中心的觀點，甚至是兩種觀點的集合。”這里的“裝置”指的即是通常意義上的所設計的物理產品，這里的“環境”指的不是自然環境而是指裝置所存在的場景。從其觀點可以總結得出，Chandrasekaran和Josephson以物理產品本身邊界為著眼點：“以裝置為中心的功能”著眼于產品邊界內部，將功能看作是產品本身的屬性或行為。“以環境為中心的功能”著眼于產品邊界外部，將功能看作產品對其所處環境中某些部分的作用效果。Chandrasekaran和Josephson同時認識到行為意義功能和效果意義功能的存在，并認為二者在設計活動中不同階段都有重要意義——設計人員總是先對效果意義功能進行思考，根據所得結果聚焦到產品本身對行為意義功能求解。這種從著眼系統邊界角度對不同意義功能的審視，對我們辨析統一三種不同意義功能有極大的啟發意義。然而，Chandrasekaran和Josephson的研究中仍存在著問題：一方面，他們的研究中兩種意義功能概念始終并存沒有統一，同一術語用于不同內涵必定會造成思維混亂及溝通困難。功能概念需要單一意義的涵義，同時又需要一定方式涵蓋目前不同設計階段不同意義功能的作用。另一方面，雖然他們開始從系統邊界的角度思考這一問題，但并沒有嚴格按這一角度審慎思考，“以環境為中心的功能”是產品對場景中其他物或人的作用效果，概念主體并不僅限于“產品”；如果產品不變，但作用對象的屬性或能力發生變化，所謂產品將產生的效果也會變化。例如，脫離了紙，鋼筆的效果意義功能描述為“要使得在紙上留下可見痕跡”也就沒有意義了。因此，所謂產品的“效果意義功能”實質上并不是屬于產品本身的概念，而指的是由產品與其作用對象組成的系統的意圖行為。因此，所謂產品的“效果意義功能”實質上指的是產品與其作用對象組成的高一層級的系統的“行為意義功能”。同理，產品的“目的意義功能”不只與產品本身行為有關，也與使用者自身能力和所在環境特性相關。產品設計的目的就是使用者在其環境中期望的狀態與其當前狀態有缺口，需要產品來填補。所謂產品的目的意義功能涉及到的系統邊界也不僅僅是產品本身，而是使用者及其所在環境和產品共同組成的系統。例如：如果使用者本身缺乏書寫能力或者環境中缺乏書寫載體，鋼筆的目的意義功能描述“要能寫”也就沒有意義了。所以，所謂產品的“目的意義功能”實質上是使用者及其環境與產品構成的更高一層級的系統的“行為意義功能”。綜上所述，對一個對象進行研究首先需要界定出對象的系統邊界。所謂產品的“效果意義功能”和“目的意義功能”的對象邊界都逾越了產品本身，實質上屬于更高層級系統的“行為意義功能”。因此，“功能”概念統一于唯一的內涵——“行為意義功能”。Vermaas所說的設計不同階段有不同作用的三種意義功能，是這一“功能”概念在嵌套系統體系中不同層級系統對象的體現。由此，從嵌套系統不同層級邊界的角度，將產品的三種意義上的功能統一為不同層次系統的行為意義功能。

1.4“功能”概念統一及層次性“功能”概念的已經統一為行為意義功能，即“意圖行為”。然而，要理清“功能”內涵，需要對上述定義進行更清晰明確的闡述。Umeda等[13]將“行為”定義為狀態的時序性改變。在此吸收這一定義，將“意圖行為”中所述的“行為”概念看作“一定時間內事物的狀態改變”。將“功能”概念詳細定義為：從初始狀態到最終狀態所意圖的時序性狀態變化。設計過程中，功能不只是產品本身的屬性。在設計過程的不同階段，功能概念的主體為不同層次上不同邊界范圍的系統對象。（1）目的層系統目的層系統由使用者及其環境與產品共同構成。在設計產品時，開始于最高一層為目的層，在這一層以使用者為中心，考慮的是整個目的層系統應該發生怎樣的行為來讓使用者達到他的意圖狀態，即確定目的層系統的功能。（2）效果層系統效果層系統由產品及其工作環境中的作用對象共同構成。在確定目的層系統功能后，分析使用者能力、使用者環境特性，確定為了實現目的層系統功能的效果層系統應發生的從初始狀態到意圖狀態的變化，即確定效果層系統的功能。（3）行為層系統行為層系統即產品本身。在確定效果層系統功能后，分析產品工作環境中作用對象的特性，確定為了實現效果層系統功能的產品本身應該發生的行為，即確定行為層系統的功能。三層系統的對象邊界不斷縮小，從目的層系統到行為層系統的過程是一個不斷聚焦的過程，下層系統功能的實現是上層系統功能的必要非充分條件。“功能”概念的統一并不意味著設計理論基礎已構建完備。設計活動是從人的意圖映射到現實世界的一個過程，同時涉及意圖域和現實域。“功能”概念出發角度為“人希望產品做到什么行為”，存在于意圖域中，僅能作為意圖域的基礎，不足以作為涵蓋全部設計活動的基礎概念。傳統產品設計領域研究中一直缺乏現實域的基本概念，來與“功能”共同構成設計理論的完整概念基礎。而從生態心理學引入到設計領域的概念“Affordance”為解決這一問題帶來了希望。

2“Affordance”概念本體構建

2.1“Affordance”概念的起源及在設計領域的引入“Affordance”概念由生態心理學家Gibson[24]基于動詞“Afford”引申創造，最初闡述為“環境對動物的Affordance就是它能提供或供給給動物什么，無論好的還是壞的。”Chemero[25]對其補充說明為“Affordance是一種動物能力和環境特性間的交互關系”；Dotov[26]將其總結為環境容許的動物的行為可能。“Affordance”概念由Norman[27]引入產品設計領域。Norman一方面吸收Gibson的“Affordance”概念內涵，將其主體從動物擴展到人，將“Affordance”看作產品能對人提供的行為可能，將其定義為“實際Affordance”（PhysicalAffordance）；另一方面，Norman認為設計過程中實際存在的行為可能與人能感知到的行為可能之間有偏差，將人所感知到的產品能對其提供的行為可能定義為“感知Affordance”（PerceivedAffordance）。需要指出的是，Norman在其早期著作中，尤其是廣為流傳的“Thedesignofeverydaythings”[27]（中文譯名：設計心理學）中，并未對上述兩者之間的區別聯系做出細致說明，直接將“Affordance”指向了“感知Affordance”的內涵。這使得Norman與Gibson對于“Affordance”概念描述顯得大不相同，由此造成了對“Affordance”理解的兩個源頭，產生了一系列混亂和分歧。當今關于“Affordance”文獻中，一大部分錯誤地將“Affordance”幾乎完全歸于感知的涵義，偏離了原有的內涵，即是起源于此。之后，Norman對此也有所反思，對兩種他所理解的“Affordance”的涵義與聯系做出了細致說明，并且做出了呼吁：“當前設計世界中，術語Affordance的涵義已經距離它原本涵義十萬八千里遠了，回歸到原始涵義或許會給我們帶來幫助[28]”。實際Affordance（PhysicalAffordance）表述的現實域中個體在其環境中的實際行為可能；感知Affordance（PerceivedAffordance）表述的是感知域中人所感知到的個體在其環境中的行為可能。這兩者都對設計過程有重要影響。使用者對產品在使用環境中感知Affordance和其實際Affordance之間的感知偏差將對產品使用產生影響，從而使得設計時不只需要考慮產品的實際Affordance，還需要考慮使用者對產品的感知Affordance。因此，意圖域、現實域與感知域都是設計活動中的重要組成部分。出于研究復雜度分解的考慮，本文中僅研究設計活動中意圖域與現實域兩者的相互關系及基礎，并據此擴展產品設計基礎體系。感知域的引入并進一步擴展產品設計基礎體系將是未來的工作。因此，如無特別說明，本文中“Affordance”概念均圍繞源于Gibson原始涵義的“實際Affordance”來論述，對紛亂的偏向感知涵義的“Affordance”概念的各種文獻不予采納。Miaer和Fadel近年來發表了一系列文章，試圖在產品設計領域建立自己的基于Affordance的設計理論，立意于得到一個系統性工程設計理論及方法的替論和方法工具，以“Affordance”替代“功能”作為產品設計領域的基礎概念。目前基于Affordance的設計理論還并不成熟，更不能作為企業實踐中的替代方法工具。基于Affordance的設計理論中的基礎和思想卻可以為產品設計領域帶來有益的借鑒和啟發。有研究指出，“Affordance”和“功能”兩者并不沖突，各自反映了產品設計活動中的一部分基礎，是兼容互補的,存在協同使用的可能[33][34]。Miaer和Fadel將“Affordance”概念的主體從原始涵義的生命體引申擴展到了非生命體的裝置：不只考慮產品作為人的環境一部分時，人的環境所支持的人的行為可能；也考慮人及其他裝置作為所設計裝置的環境一部分時，裝置的環境所支持的裝置的行為可能。這種擴展工作使得設計活動中更廣泛的思考要素得到了覆蓋，使得“Affordance”概念作為產品設計理論現實域基礎成為可能。Miaer和Fadel將“Affordance”看作“兩個子系統間能夠發生的潛在行為”[31]。Norman表述中將“Affordance”看作產品對人支持的行為可能。這兩種看法都將“Affordance”闡述成個兩個個體間的關系，錯誤地偏離了本應表述個體與其環境間交互關系的“Affordance”概念的原始定義。綜上所述，以“實際Affordance”為概念依據，將概念主體擴展到人及非生命體的裝置（或者說產品），并回歸到表述個體與其環境間交互關系的內涵，本文中統一明晰的“Affordance”定義即可得到。

2.2“Affordance”概念定義及層次性引入“Affordance”作為產品設計領域中現實域的基本概念，將其定義為個體（系統）在其環境中的行為可能。結合對“行為”的“狀態的時序性改變”的定義，將個體（系統）的“Affordance”詳細定義為環境所容許的個體（系統）初始狀態到可能的最終狀態的時序性狀態變化。這個概念內涵的出發角度是“環境容許發生怎樣的行為”，任何個體（系統）都無法脫離其環境而存在，當個體（系統）的能力或屬性確定，其環境的特性確定，那么個體（系統）所能發生的行為的范圍也就確定了。而這些行為可能的集合就是個體（系統）的“Affordance”。其中既包含著設計意圖對應的行為可能，也包含非意圖產生的行為可能，非意圖行為中還有可能包含需求者不希望發生甚至是有害的行為可能。“Affordance”概念的層次性也得到了研究者的注意。Pols[35]按照“Affordance”所涉及的行為概念范圍大小提出“Affordance”的層次劃分，其中包括了與功能層次類似的幾個層次：（1）操作機會層（manapulationopportunity）這一層級的Affordance對應人最基本的行為，如抓、推、按等。（2）效果機會層（effectopportunity）這一層級的Affordance對應基本行為作用于對象產生的行為，如打字。（3）活動機會層（activityopportunity）這一層級Affordance對應的是更高一層級的目標為導向的行為，如寫文章。可以看到，這里“Affordance”的層次性與前述“功能”的層次性相比具有極大的相似性。“活動機會層”對應“目的層”，“效果機會層”對應“效果層”，“操作機會層”對應“行為層”，在層次劃分上具有高度一致性。為“Affordance”與“功能”在各層級的對應比較及協同使用打下了基礎。仍然以鋼筆作為例子：鋼筆在行為層上的Affordance不只包括“使墨水從儲墨袋適量地流到筆尖”的意圖行為可能，也包括“吐墨”等非意圖行為的可能。鋼筆在效果層上的Affordance不只包括“使得在紙上留下可見痕跡”的意圖行為可能，也包括“劃破紙張”等非意圖行為的可能。鋼筆在目的層上的Affordance不只包括“能寫”的意圖行為可能，也包括“能刺傷別人”等非意圖行為的可能。在“Affordance”內涵理清并被引入產品設計領域作為現實域的基本概念之后，結合“功能”作為意圖域的基本概念，建立產品設計領域較完整的基礎體系成為可能。在此之前，需要對“功能”和“Affordance”概念進行對比，以確定兩者是否有沖突、重疊或兼容問題。并剖析“功能”和“Affordance”之間的內在聯系，以基于兩者更全面地描述設計活動及作為新的設計理論和方法學的基礎。

3“功能”和“Affordance”對比與聯系

對“功能”和“Affordance”進行對比分析，兩個概念間有以下區別與聯系：(1)分別存在于兩個“域”“功能”存在于“意圖域”，出發點是“人希望做到什么行為”，表征目的性導向的“意圖行為”，獨立于實際結構存在。“Affordance”存在于“現實域”，出發點是“其環境容許發生怎樣的行為可能”，表征客觀存在的“行為可能”，必須依存于實際結構存在。“功能”和“Affordance”之間形成反饋核查的關系，既檢查功能對應的特定行為是否存在于在Affordance的可能行為集中，也檢查Affordance中非意圖產生的其他正面或負面的可能行為對設計任務有怎樣的影響。(2)對于設計活動三層系統主體都成立當前，設計活動中的嵌套系統層次開始得到研究者的關注。而本文所論述的“功能”和“Affordance”的概念主體都可以是不同邊界范圍的主體。本文中主要涉及“目的層”“效果層”以及“行為層”三層系統。(3)“交互模式”是聯系兩個概念的關鍵橋梁產品結構由設計求解過程為實現“功能”而得到。產品實際結構形成后就將與其所在環境產生交互，以意圖的交互方式交互時得到功能對應的特定行為；但必定同時存在其他交互方式產生非意圖的行為，可能是正面的也可能是負面的。“Affordance”是可能行為的集合，當一種“交互模式”確定下來的時候，集合中的一種特定行為就確定了，若這種“交互模式”是設計意圖的“交互模式”則所得的特定行為就對應于“功能”的“意圖行為”。(4)都適用于廣義產品范疇傳統上“功能”通常指“技術功能”，近年來有研究者開始意識到產品設計中對“功能”進行廣義擴展的必要性。而“Affordance”內涵中也包括著對非物理性狀態變化的行為可能的支持。依據本文中對于“功能”及“Affordance”的定義，其不僅適用于物理產品，也適用于包含非物理狀態變化的廣義產品（如包含服務部分的產品）。(5)分別著眼于系統邊界內外“功能”著眼于所研究的系統對象內部的狀態變化。而“Affordance”著眼于系統對象邊界外所處的與其交互的環境部分對系統的支持。兩者之間有互補配合作用，使得產品場景中的參與主體和影響因素不易被遺漏。

4基于Affordance和功能的產品設計基礎體系

基于以上的認識，以“功能”和“Affordance”為基本概念，可以對“功能”和“Affordance”協同使用形成的產品設計理論基礎體系進行如下詳細闡述：對于所設計的目標個體（系統）D來說，將其存在的世界表示為W，則世界W中除去個體（系統）的其余部分，即D在W中的補集∁WD即是D的環境E。個體（系統）可以以許多種模式與其環境發生交互，每種交互模式下環境中與個體（系統）交互的主體集合是不同的，這個集合是E的子集，將其表示為Ei(i=1,2,…,n)。則D與Ei間的這種特定交互模式是與D的能力和Ei的特性相關的一個函數，表示為Mi(D,Ei)。并且D與Ei以交互模式Mi(D,Ei)發生交互時，得到的是環境E所支持的，個體（系統）D以交互模式Mi(D,Ei)所執行的“行為”，表示為Bi。這里的“行為”指的是個體（系統）D本身從初始狀態S(D)b到最終狀態S(D)f的時序性狀態變化。因此有如下表述關系：Bi=f(S(D)b→S(D)f)=F(D,Ei,Mi(D,Ei))。在物理世界W中，個體（系統）D與其環境E的所有可能的交互模式的集合為M(D,E)={M1(D,E1),M2(D,E2),…,Mi(D,Ei),…,Mn(D,En)}。與之相對應的，D在E中所有可能發生的行為集合稱為D在E中的“Affordance”。可以表述為A,A={B1,B2,…,Bi,…,Bn}。如果產出的產品成功達到設計意圖，則其中必定有特定某種交互模式Mf(D,Ef)對應于所設計的意圖交互模式MI(D,EI)。那么在現實域中，D在E中按Mf(D,Ef)執行得到行為Bf。而Bf在意圖域中對應的就是D被設計的意圖行為，即D的“功能”，表述為F。而產品結構在客觀世界存在后，必定不只產生特定意圖行為Bf，同時還將按照非意圖的某些交互模式與其環境中的某部分主體交互產生某些非意圖行為。其中對設計場景中人的需求有影響的非意圖行為需要納入設計考慮范圍，包括以Mp(D,Ep)交互模式產生的正面非意圖行為Bp，以及以Mn(D,En)交互模式產生的負面非意圖行為Bn。上述過程及“功能”與“Affordance”在兩個域上的關系如圖1所示。基于“功能”與“Affordance”協同使用的設計過程中，可以對“功能”所對應行為是否在“Affordance”范圍內進行核查，并考慮正面非意圖行為是否可以利用，以及負面非意圖行為如何應對。由此，傳統直線向前的產品設計過程轉變為一個有明確理論基礎的可以反饋迭代的動態過程。按照產品設計活動不同步驟所涉及系統邊界的層次性進行劃分，上文所述的個體（系統）D實際上可以是目的層系統So，效果層系統Se，以及行為層系統Sb。目的層系統So指的是使用者、產品和受使用者或產品作用的環境主體所構成的整個系統。效果層系統Se指的是產品和產品的作用主體所構成的整個系統。行為層系統Sb指的就是產品本身的整個系統。設計求解分析時，是從高層級到低層級，按So→Se→Sb的順序逐級聚焦縮小未知范圍；產品結構產生后，是從低層級到高層級，按Sb→Se→So的順序逐級核查每一層的意圖行為是否做到，有怎樣的非意圖行為產生。設計求解分析第一步以目的層系統So及其環境為對象。在目的層上，所針對的對象是由使用者、產品和與使用者期望改變的環境組成所構成的整個系統。目標是實現整個系統從初始現狀到期望的未來狀態的轉變。約束條件是系統外整個環境對系統提供怎樣的支持。在So中所需做的是：①明晰所期望的使用者及其所處環境的未來狀態；②明晰使用者及其所處環境的初始現狀；③明晰使用者能力，其環境對使用者的支持；④明晰使用者環境組成的特性。經此過程聚焦到實現意圖所缺失的部分，也就是需要產品作用產生效果的地方。由此，按照So→Se順序進入效果層系統的考量。效果層系統Se中，求解分析時考量的因素有：①產品；②產品的作用對象；③效果層系統初始現狀；④期望的效果層系統未來狀態；⑤系統外環境對系統各部分的支持可能。其中唯一未知量的是產品，通過對其他幾點分析，產品本身應該產生的行為得以確定。由此，按照Se→Sb順序進入行為系統考量，尋求產品結構的確定。行為層系統Sb中，考量的因素有：①產品結構；②產品初始現狀；③期望的產品未來狀態；④產品環境對產品的支持。如果產品初始狀態與期望未來狀態間的差值很短，則設計人員依據其經驗及知識庫能直接設計出具體的結構。而通常初始狀態與期望未來狀態的差值較長，因此需要在產品內部再逐層分解為更低層級的系統，將產品較長的狀態差值分解為一小段一小段較短的狀態差值，直至分解到某一小部分簡單至設計人員可直覺想到具體結構。再將所得各部分方案組合起來，得到整個產品的結構。以上從最高層到最底層的整個過程從意圖域出發，從“需要做什么”的角度分析得到求解結果。現實域中，任何個體都受其所在環境的制約，需要從“環境容許做什么”的角度考慮個體的行為可能（即Affordance）的范圍。因此，上述在意圖域中逐級向下得到產品結構后，還需要在現實域中逐級向上地核查。將每一層系統的功能與Affordance進行核查對比，每一層都可能出現以下幾種情況：①意圖行為不在可能行為范圍里；Bf∉A；②可能行為中有預料外的有利行為Bp；③可能行為中有預料外的有害行為Bn；如果意圖行為不在可能行為范圍里，則表示這一層系統的結構并不能產出期望的狀態變化，說明這一層系統的設計出現錯誤。需要從這一層級開始重新進行設計過程，或者在已有結構基礎上針對現有缺失添加新的設計子任務對產品進行改造。如果在可能行為中發現預料外的有利行為Bp，則表示產品按特定交互模式MG(D,EG)產生的行為對使用者也有價值。可以考慮將該有利行為規范化為產品的另一功能。如果在可能行為中發現預料外的有害行為Bn，則表示產品按特定交互模式MB(D,EB)產生對使用者有害甚至造成危險的行為。則必須從這一層級重新進行設計以避免Bn出現，或者添加新的設計子任務來應對、限制或處理這一有害行為。逐層向上核查的過程中，不僅包括上述每一層中意圖域和現實域的比較，也包括Sb→Se→So層級間狀態變化的核查：①在行為層系統分解的每一部分功能都能實現，但行為層系統整體功能未實現，說明分解出錯，應返回這一步迭代。②當整個行為層系統的功能達成、但效果層系統的功能并未達成時，說明對產品作用對象的特性及其環境支持分析有誤，應返回這一步迭代。③當整個效果層系統的功能達成、但目的層系統的功能并未達成時，說明對使用者的需求認識或對使用者能力及其環境特性分析有誤，應返回這一步迭代。每一步迭代過程，或者在已有的設計成果基礎上添加設計子任務來彌補偏差，或者進行重新設計。綜上所述，得到一個從目的層系統到行為層系統逐級向下分析求解，再從行為層系統到目的層系統由底向上核查驗證，在意圖域和現實域間迭代演進的產品設計過程（如圖2）。

5手提式吸塵器實例演示

以手提式吸塵器為例，對上述“功能”和“Affordance”協同使用的由上到下再由底向上的設計過程進行直觀具體的介紹。手提式吸塵器的設計來源于家居場景或車載場景下人對于自身環境中碎屑（或者說灰塵）進行移除的需求。首先按系統層級由上到下對手提式吸塵器各層級功能進行逐級求解分析：（1）目的層系統求解分析目的層系統在初始狀態下包括使用者和碎屑，未來期望狀態下包括人、手提式吸塵器產品，以及位移后的碎屑。目的層系統功能為完成人期望的對碎屑的移除。目的層系統環境為一般家居場景或車載場景。因此，手提式吸塵器作用對象為碎屑，使用主體為人，本身結構為未知的求解對象。因此，首先對人的能力和作用對象碎屑的特性進行分析。人需要做到的是發現碎屑，收集碎屑，轉移收集后的碎屑，丟棄收集后的碎屑。碎屑一般大小為毫米至厘米級，大多處于干燥環境中，一般無毒性或腐蝕性，重量較輕，一般無磁性，受吸力后可在空中短暫漂浮。以健全的正常人為目標客戶群體的情況下，人僅依靠自己能力所不能完成的是收集碎屑的環節，此即是所設計的產品應該彌補的部分。（2）效果層系統求解分析效果層系統由手提式吸塵器和碎屑共同構成。效果層系統功能即是收集、儲存和釋放收集后的碎屑。系統主體中碎屑已知，手提式吸塵器為待求未知部分。效果層系統環境中可獲得人的能力支持和電力來源。根據所作用碎屑的特性，選擇通過電能轉化成風能將碎屑吸起并聚集。并由人將收集后的碎屑轉移和丟棄。手提式吸塵器本身實現的部分是提供聚集方法和可釋放的密閉存儲空間。（3）行為層系統求解分析行為層系統由手提式吸塵器產品本身構成。行為層系統功能為提供吸力、引導通道和可釋放的存儲空間。為了在行為層系統的環境中實現移除碎屑的效果，手提式吸塵器本身結構需要實現吸入、引導、存儲和釋放的動作。從電能到風能的轉換也是需要實現的動作。通過上述過程，明確了與人的目的需求相一致的手提式吸塵器結構的細分設計子任務。對每個簡單的子任務進行求解，就得到了初步的手提式吸塵器主干框架。得到主干框架后，接下來需要從系統層級由下到上核查各層級功能是否在其環境容許的Affordance范圍之內，以及對可能的非意圖行為進行分析：（4）行為層系統Affordance核查手提式吸塵器行為層系統Affordance主要涉及的環境中的交互主體包括能量源、使用者、空氣以及溫度。通過手提式吸塵器行為層系統Affordance的核查，一方面可以分析手提式吸塵器本身是否能夠按意圖運轉，另一方面可以探索手提式吸塵器本身可能發生怎樣的非意圖行為。家居場景或車載場景下可獲得能量源為電能。電能可以轉換為機械轉動能，機械轉動能再轉換為風能。手提式吸塵器行為層系統Affordance中同時包含了轉換過程中不可避免產生廢熱、噪聲等能量的非意圖行為，從而產生對其應對處理的新的設計子任務。手提式吸塵器的風能的形成及正常運轉需要處于合適氣體氣壓環境以及合適的溫度環境之中。若所處環境不滿足工作環境要求，則吸塵器需要實現加大功率或保溫隔熱等設計子任務予以應對，才能使其功能對應行為處于Affordance的可能實現范圍之內。手提式吸塵器的運轉還需要使用者對能量輸入開關及控制的操作，以及需要使用者在釋放存儲部件時提供力。家居場景或車載場景下目標使用者為健全的正常人，具有上述動作的行為能力，但使用者必須按照所設計的人與物之間意圖交互方式進行操作，才能實現上述行為。而Affordance中包含了按照非意圖交互方式操作損壞吸塵器的行為可能。由此產生了將意圖交互方式以使用說明書或教育服務的方式明確傳達給使用者的新的設計子任務，以及對損壞后的吸塵器提供維修服務來應對的新的設計子任務。（5）效果層系統Affordance核查效果層系統Affordance中包括了吸塵器通過風能收集碎屑的過程中不可避免的空氣和碎屑混雜的非意圖行為。為應對此種非意圖行為，需要在手提式吸塵器中設置濾網來實現空氣與碎屑的分離，這成為吸塵器結構設計任務的重要組成部分。效果層系統Affordance由產品本身與其環境的支持作用及碎屑與碎屑環境的支持作用共同影響。首先驗證當手提式吸塵器被添加作為碎屑新環境的一部分時，對碎屑的意圖作用效果是否在Affordance范圍之內。若答案是否定的，則需重新進行設計過程或添加設計子任務對產品進行改造。此外，吸塵器對碎屑作用的實現需要使用者攜帶、移動以及識別碎屑所在處并且將吸塵器對準碎屑。這一方面對吸塵器的重量和大小的設計子任務提出了要求。另一方面若目標使用者不具備以上全部能力時，還需要為產品添加新的設計子任務以彌補這些能力缺陷。例如若使用者為盲人、行動不便或無法負重人群時，則要設計的吸塵器還需要有自主識別發現灰塵和自主移動的能力。（6）目的層系統Affordance核查手提式吸塵器目的層系統功能的達成不僅與效果層系統的實現有關，也與需求者本身及其環境有關。即使效果層系統功能完全得以實現，也可能因需求者自身狀態變化，或者其環境其他部分變化，或者設計者沒有完全獲取需求信息而導致目的層系統功能沒能得以實現。效果層系統功能實現情況下的目的層系統Affordance中，目的層系統功能對應行為是否在其中尚需驗證，若答案是否定的，則說明設計人員對使用者的需求認識有偏差。需要對需求重新認知后，重新進行設計過程，或基于已有產品結構添加新的設計子任務以針對現有偏差完成改造。手提式吸塵器一旦存在于使用者所處場景中，就帶來了目的層系統層級的非意圖行為。例如，手提式吸塵器運轉可能帶來的噪聲，為需求者帶來了對噪聲進行處理或避免的應對需求，需要對應進行設計。又如，產品作為環境布局的一部分，可能帶來整體美感的破壞，因此需要對產品外觀美學進行設計以對此進行應對。同時，作為社交場景下可被評論的對象，可能由客人的評價為使用者帶來優越感或羞愧感。因此需要對產品進行價值觀引導（品牌打造等）予以應對。這些部分都屬于廣義上產品設計任務的組成部分。（7）設計過程迭代上述設計過程首先從上至下對產品主干結構進行初步設計，然后由底向上對每一層進行核查。核查中發現的功能未處于Affordance范圍內或非意圖行為需應對的情況，都將產生新的設計子任務，而對原始產品結構進行添加或更改。而每個新的設計子任務都可以按照上述從上到下再由底向上的過程進行，然后根據核查產生的設計子任務的子任務再迭代進行這一過程。經過多次迭代，直到產品能完成所有客戶顯性需求及基本需求并且不帶來損害時，確定產品的一個初步方案。此時并不意味著設計的結束，按照上述過程從不同的求解思路產生出數個初步方案。并按照市場及公司戰略的要求從中選取出理論上的最佳方案。此時依然不代表著設計的結束，上述過程中Affordance核查環節實際上是設計人員站在使用者所處環境從Affordance角度考慮的思維過程，由于人不能認知全部現實，難免會有偏差及遺漏。因此，選出的初步最佳方案后需要實際交付給使用者，在其真實使用環境中進行試用。根據實際使用環境中Affordance的核查得到未預料到的結果反饋，從而產生新的設計子任務，對產品進行調整。再迭代進行數次該過程，不斷擴大使用者試用范圍，最終得到調整完善的產品結構。至此，完成整個設計過程。

6總結與展望

本文首先對產品設計的基本概念進行理清，提出傳統產品設計理論中僅以“功能”作為基本概念并不完備。設計過程涉及意圖域與現實域，“功能”僅代表意圖域的基本概念，本文中“Affordance”被吸收來作為現實域的基本概念。從系統層級的角度，將“功能”概念中的意圖意義功能、效果意義功能和行為意義功能進行統一，得到“功能”概念內涵——“意圖行為”。本文對“Affordance”概念做出了辨析，得到“Affordance”概念內涵——“行為可能”。對“功能”和“Affordance”對比聯系后，提出“功能”和“Affordance”協同使用的擴展后的產品設計理論基礎體系。以Pahl/Beitz為代表的基于功能的設計理論體系，以意圖域概念“功能”為理論基礎，構建了結構化的設計過程和方法，使得設計人員不必單純依靠直覺和經驗進行設計，做出了巨大貢獻。但現實域基礎概念的缺失，使得該理論體系對于設計活動現實域的部分不能很好的覆蓋。另一方面，以Miaer/Fadel為代表的基于Affordance的設計理論體系，以“Affordance”概念為基礎，但是卻試圖以“Affordance”代替“功能”作為基本概念，因而也造成了對于設計活動意圖域不能很好覆蓋的片面影響。并且對于現實域“Affordance”和感知域“感知Affordance”的內涵沒能區分，這些造成了這一理論體系的局限。上述兩種理論體系都基于意圖域或現實域的單一基本概念，這使得兩個域間的核查比對無法有效進行，因此兩者都是靜態的單向向前的設計過程，無法成為動態迭代演進的設計過程。即使其中部分研究者認識到設計活動需要動態迭代，但無法基于單一基礎概念給出迭代的基礎機制。

本文提出的“功能”和“Affordance”協同使用的擴展后的產品設計理論基礎體系同時涵蓋設計活動的意圖域和現實域，并且具備動態迭代演進的設計過程。這一體系對設計理論與方法學向進行了多方面擴展：①設計過程可以不只考慮意圖域“想要做什么”，同時考慮現實域“環境容許發生什么”。②明確了設計過程所涉及到的整個嵌套系統層級體系，通過逐層細化使得每一步設計任務清晰明確。③設計考量范圍不局限于產品邊界內，同時考慮使用場景中的其他交互主體及使用的人的因素。④不只考慮意圖行為，還考慮到非意圖的可能行為的影響。⑤通過每一層級功能和Affordance的比較核查，使得設計過程成為一個能夠反饋迭代的動態演進的過程。本文介紹的是覆蓋產品設計活動意圖域和現實域的基礎體系的構建。未來進一步的研究會將感知域中的基本概念——感知Affordance引入，建立更完備的覆蓋意圖域、現實域以及感知域的產品設計基礎體系。以使設計理論及方法學更切合于設計實踐并更具有指導意義。

作者：武春龍 紀楊建 顧新建 單位：浙江大學 機械工程學院工業工程中心