设计约束

压力。客户提出产品设计的需求是要解决他们面 ３．３ 人机约束
临的问题， 而客户自己又不能达成这个目的， 所以
工业设计涉及到自然科学、社会科学与人文学
客户需要专业设计师来达成解决问题的目的。解 科三大领域的知识。自然科学与技术是工业设计首
决客户需求和设计意愿的基本原则是深入理解客 先必须涉及的领域。从设计的结果到产品的生产，
□董建华 朱钟炎
艺术与设计 Ａｒｔｓ ＆ ｄｅｓｉｇｎ
设计约束
１ 引言
和相互依赖的关系。在产品设计过程中， 涉及大量 的变量和变量的关系， 这种关系可以通过约束的方
国 际 工 业 设 计 协 会 联 合 会 （ ＩＣＳＩＤ） 在 １９８０年 式表达出来。各种关系连接成一体， 可构成产品设
的巴黎年会上为工业设计下的修正定义：
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艺术科技 ２００７ 年第 １ 期
重 考 虑 产 品 环 境 属 性 （ 可 拆 卸 性 ， 可 回 收 性 、可 维 产品多样性， 易用性和实用性。每件产品都凝聚和
护 性 、可 重 复 利 用 性 等 ） 并 将 其 作 为 设 计 目 标 ， 在 反射了设计师主观的影子和现实环境中的无数客
满足环境目标要求的同时， 保证产品应有的功能、 观的约束。但同时不可忽视设计师的主观创造性
求 定 义 、发 展 与 配 置 产 品 功 能 、发 展 与 配 置 技 术 原
用户约束通常包括两种类型， 即： 用户体力或
理以实现预定功能、发展与配置机构与结构以实 脑力能力约束和用户经历约束。为国际市场设计
现技术原理等的求解发展阶段。产品设计过程是 时， 用户约束尤其严格， 因为未来用户在身体特征
程所遵循的基本规律。为此， 设计基本理论系统地
Ｘｐｉ∈Ｐ ｉ＝ １， ２， ３ｎ Ｘｐｉ—约束因素
研究设计过程， 定义过程作用的设计决策求解活
Ｆ（ ｘ） —目标函数 ｐ—约束系统 ｚ＞ ０
动， 约束条件及过程逼近目标解的状态， 定义过程
ｆ（ Ｘｐ１） —产品在单一约束下的操作函数
相关的基本组成成分， 给出确定各组成成分、各组
念、方式， 以引导市场， 引导消费者新的行为方式。 这是一种相对积极的设计方式， 积极地引导客户，
一般来说， 大多数的产品所表现的信息是以其 而不是一味地迎合市场。
最终必须满足的功能的形式出现的。而基于约束的 ３．２ 用户约束
产品设计方法则将它们在形式上表达成约束。为实
工业设计的目的是提升人的生存质量。因此， 产
计的关系模型。而约束的类型是多种多样的。主要
“就批量生产的工业产品而言， 凭借训练、技 关注与用户相关的约束因素， 受相关规则和标准限
术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、 制的约束因素、物理约束、环境约束因素等。
色彩、表面加工及装饰以新的品质和资格 ， 叫做工 ２．３ 设计约束模型
业设计。”
使用寿命、质量等要求。绿色设计的原则被公认为 的能量， 设计师总是期望也同时有着同样的社会
“３Ｒ ”的原则， 即Ｒ ｅｄｕｃｅ， Ｒ ｅｕｓｅ， Ｒ ｅｃｙｃｌｅ， 减 少 环 境 责任， 即通过设计师的突破传统约束的创造性设
污染、减小能源消耗， 产品和零部件的回收再生循 计， 积极地引导市场和消费者， 开发和满足潜在的
通过不同的约束参数产生新的操作函数， 多个
成成分间关系的规则、定理、原理等。约束贯穿于 操作函数求交集， 值就是最后得到的最优化设计。
设计过程的始终， 因此， 我们引入设计约束这个概 其设计实质是基于多个约束条件的裁剪设计空间，
念， 设计在约束中由最初设计师脑中模糊的臆想、 在遵守约束条件的情况下。优化设计空间的求解过
环或者重新利用。
需求。
生态约束的出发点主要是在技术层面上， 从
环境保护、节约能源的角度出发。这是“自然为本” ４ 结束语
既分散、分阶段又综合平衡的求解过程。同时 ， 设 和文化背景上相距甚远。在用户模型确立后， 才能
计过程又可表现为如图２所示：
界定明确用户约束， 明确设计产品使用对象。
（ １） 用户能力
产品设计应受人的行为与思维能力的约束。年
龄 、性 别 、身 体 特 征 和 身 体 残 疾 程 度 影 响 着 用 户 行
概念逐渐形成产品实体。
程。如果将设计过程理解成利用约束逐步缩小设计
２ 约束法则
信息空间的过程如图１所示：
２．１ 约束理论 约束是描述一组对象所必须满足的某种特定
关系。通常讲的约束是指可能限制系统的条件与 事物， 而工业设计中所讨论的约束则是使设计具 有更高性能的设计约束。 ２．２ 设计约束的定义
设计约束是指设计变量间应满足的相互制约
户的需求， 探求客户需求背后的原因， 在客户需求 必须严格地符合自然科学与技术的这种 “客体”的
的约束条件下完成设计创意。
尺度。任何违背自然客体尺度的设计构想最终都是
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无法实现的， 因而， 这些设计也是毫无意义的。人 机工程学对于产品设计的约束因素通常表现在以 下几个方面：
（ １） 物理结构约束 物理结构上的约束是指将可能的操作方法限 定在一定的范围内。物理结构约束的价值在于物 品的外部特性决定了它的操作方法， 用户不需要 经过专门的培训。如果设计人员能恰当利用这种 因素， 就能有效的控制可能的操作方法， 至少将正 确的操作方法突显出来。如果用户能够很容易地 看出并解释物理结构上的限制条件， 就可增强这 些因素的设计效果， 因为用户在进行尝试之前， 就 已经知道哪些操作行为是合理的， 这就可以避免 错误的发生。 （ ２） 语义约束 语义约束是指利用某种情况的含义来限制可 能的操作方法。语义约束依靠的是人们对情况和 外部世界的理解， 这种知识可以提供非常有效， 且 很重要的操作线索。人们在操作使用机器产品时， 依靠视觉线索理解机器产品， 每一种产品、每一个 手柄、旋 钮 、把 手 都 会 说 话 ， 它 通 过 结 构 、形 状 、颜 色 、材 料 、位 置 来 象 征 自 己 的 含 义 。 这 些 象 征 的 含 义是人们从小在大量的生活经验中学习积累起来 的， 这是每个人的知识财富， 设计者应当把这些东 西的象征含义用在机器、工具、产品设计中， 使用户 一看就明白， 不需要花费大量精力重新学习。换言 之， 产品的目的和操作方法应当不言自明， 不需要 人去解释。语义约束认为： 通过人们已经熟悉的形 状、颜色、材料、位置的组合来表示操作， 限制其他 可能操作， 并使它的操作过程符合人的行动特点。 （ ３） 文化约束 文化约束指一些已经被人接受的文化惯例也 可以用来限定物品的操作方法。每种文化都有一套 社交行为准则。在使用新机器的过程中， 所遇到的 困难也大多根植于文化因素， 因为暂时找不到一套 广为接受的文化惯例来应对新机器。从事这方面研 究的专家认为， 文化行为准则以基模的形式在人们 的头脑中得以体现， 指导人们的行为。在一些固定 的情况中， 基模会很具体。社会科学家欧文·戈夫曼 把规范行为的社会因素称为框架， 并且展示了框架 控制人类行为的过程， 即使是在一个完全陌生的情 况或文化中， 如果有人故意违反这一框架， 那就是
为能力。此外， 年龄也会影响思维能力。使用者年
图 ２ 产品设计流程
龄是影响行为的重要因素， 因为人们的认识和行为 思维能力会随年龄而变化。体力和身体尺寸也很重
而一个完整的约束系统至少要考虑以下几类 要， 其存在着很大的差异。在明确设计约束时， 还要
约束：
考虑使用者的生理缺陷。
３．１ 客户需求约束
（ ２） 用户经历
产品设计核心问题是： 在功能满足的条件下寻
工业设计的核心领域是产品设计。工业设计师 求诸多约束的有效组合。设计的生成是在给定的约
从社会、经济、技术、艺术等多种角度， 对批量生产 束条件下进行的， 从一定意义上来说， 设计就是约
的工业产品的功能、材料、构造、形态、色彩、表面处 束满足问题， 设计活动的本质是通过提取产品的有
一般来说产品设计的起点是客户需求， 只有
除了人的行动和思维能力外， 产品设计也受到
有了客户的需求， 才有设计的理由。客户的需求是 用户经历因素的限制。这包括用户的母语、阅读水
基于对现有产品状况的不满意， 或者终端用户对 平、文化背景、文化水平、以前对技术类产品的使用
于产品的不认可， 又或者客户面临的市场竞争的 经历、职业技能等。
理、装饰等要素进行综合性设计， 创造出能够满足 效约束来建立其约束模型并进行约束求解。
人们不断增长的物质需求和精神需求的新产品。
这种模型可以表达成所示：
产品设计是从市场需求映射 （ 求解） 至产品 （ 设计解） 的过程。设计基本理论研究产品设计过
ｎ
! Ｆ（ ｘ） ＝ （ Ｘｐ１） ｆ（ Ｘｐ２） …ｆ（ Ｘｐｎ） ≤ｆ（ Ｘｐｉ） ｉ＝ １
图１ 通过多个约束条件剪裁设计空间
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那么约束设计方法的关键是建立信息空间、
这种迎合市场需求而设计是一种相对消极而
约束的应用以及解决其中的可能冲突的控制策略 又不可或缺的设计方法， 但设计师同样有着其不可
等问题。
推脱的社会责任， 即设计新产品， 创造新的生活概
３ 产品设计过程的设计约束法则
艺术与设计 Ａｒｔｓ ＆ ｄｅｓｉｇｎ 自讨苦吃。所以在设计中， 可以利用文化惯例来传 达设计师的设计目的， 表达其操作方法。
（ ４） 逻辑约束 逻辑约束是指应用了自然匹配原理的约束。在 这类情形中， 物品组成部分与受其影响或对其有影 响的事物之间并无物理和文化准则可言， 而是存在 着空间或功能上的逻辑关系。如果两个开关控制两 盏电灯， 那么左边的开关就应该控制左边的灯， 右边 的开关就应该控制右边的灯， 如果电灯的排列方式 与开关的排列方式不一样， 自然匹配关系就被打乱 了。如果应用恰当的、完全的逻辑约束关系， 就能尽 量减少使用标注的必要性， 带给用户操作的便利。 （ ５） 通用设计约束 通用设计指的是所有人都适用的设计（ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｌｌ） ， 一般的设计概念， 往往是随着设计者的自 我创意或另类想法而成， 在设计者、产品、使用者的 三角关系里， 部分使用者的需求常常被忽略， 好的 设计应该要能藉由“使用”来展现出价值， 设计应该 要能满足大部分的人， 而不是小众。不能把一部分 使用者在设计的最初阶段就忽略掉， 为绝大部分人 设计就是所说的通用设计约束。 引入通用设计约束， 不仅体现了对所有人群的 关怀， 最主要是找到设计中最大的包容点， 更可以 衍生出新的市场。 ３．４ 生态约束 漫长的人类设计史特别是在与世界工业设计 史并行发展的工业时代里， 燃料汽车， 电力机械， 化 学化工与传统钢材成为人们生活、生产的主要技术 手段。这些技术手段与社会化大生产的生产方式相 结合， 在“以人为本”的口号下， 为人们创造了舒适、 方便、快捷的现代生活方式和生活环境， 但是不可 避免地也加速了对自然资源、能源的消耗和对环境 的污染， 使地球的生态平衡遭到前所未有的破坏。 另外， 工业设计的过度商业化， 使得设计成了鼓励 人们毫无节制的、肆意消费的重要媒介和催化剂， ２０世纪前期美国所倡导的 “有计划的商品废止制” 就是这种现象的极端表现。正是在这种背景下， 各 国政府和设计师们开始重新思考工业设计在新世 纪的历史使命和角色定位， 从而在设计界引起了一 种新的设计— ——绿色设计（ Ｇｒｅｅｎ Ｄｅｓｉｇｎ） 思潮， 即 对产品设计过程中引入生态约束。 生态约束主要表现在产品整个生命周期内， 着
现产品的功能， 任何基于约束的设计问题都会受到 品设计的前提必须了解消费者心理的需求， 通过这
来自设计人员不同专业上的制约（ 如工程技术人员 些心理需求的调查与预测， 归纳出产品设计的约束
提出性能参数的指标， 而工业设计人员又提出造 条件， 从而建立一个正确的设计模型。设计模型是指
型、人机工程学方面的要求） 。因此， 基于约束的设 设计师所使用的概念模型， 而用户模型是指用户在
计方法取决于产品在实现其功能的过程中所涉及 使用产品时所建立的概念模型， 设计师希望建立正
的种种信息因素， 即设计信息空间的确定。
确的设计模型与用户模型相契合。而在很多情况下，
设计产品是从市场分析始， 求得产品设计解 设计师经常误把自己当成经典Leabharlann Baidu户， 造成设计模型
的求解过程， 称为产品设计过程。过程一般遵从需 与用户模型相差别。因此要客观地了解用户约束。