陳濤，王金廣，陸定邦,＊

（1.山東科技大學(xué)藝術(shù)學(xué)院, 山東 青島 266590; 2.廣東工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，廣東 廣州 510000）

隨著全球化妝品市場的不斷發(fā)展，了解消費(fèi)者偏好并提供客制化產(chǎn)品服務(wù)對競爭格局中蓬勃發(fā)展的品牌來說變得越來越重要。品牌需要采用創(chuàng)新的包裝設(shè)計來滿足消費(fèi)者多樣化的需求，為此，包裝設(shè)計成為化妝品品牌的競爭策略之一。消費(fèi)者希望擁有獨(dú)一無二的化妝品產(chǎn)品，滿足他們的個性化需求。然而，隨著化妝品包裝樣式的多樣化發(fā)展，相應(yīng)的生產(chǎn)成本也逐漸上升，傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式已經(jīng)難以滿足消費(fèi)者不斷增加的個性化需求。將產(chǎn)品族概念引入包裝設(shè)計領(lǐng)域，可以實現(xiàn)包裝的造型、色彩、圖形和材質(zhì)等方面的模塊化配置，充分利用已有包裝的通用特征和零部件等資源，滿足客戶的個性化需求，提高產(chǎn)品吸引力。同時，這種方法還有助于減少資源浪費(fèi)、降低開發(fā)成本和周期，符合包裝設(shè)計的個性化、人性化和綠色化的發(fā)展趨勢。

1 化妝品包裝設(shè)計問題與策略

化妝品行業(yè)屬于一個競爭激烈的領(lǐng)域，而包裝設(shè)計在吸引顧客和提升銷售額方面扮演著極為重要的角色。近年來，隨著消費(fèi)者對個性化產(chǎn)品需求的不斷增長，化妝品包裝設(shè)計領(lǐng)域也在持續(xù)不斷地創(chuàng)新發(fā)展，包括引入新技術(shù)（如3D 打?。1]、采用新材料（如抗菌材料）[2]，以及提供新型服務(wù)（如可持續(xù)性服務(wù)系統(tǒng)）[3]。通過對廣州市化妝品行業(yè)的中小型企業(yè)進(jìn)行實地調(diào)查研究，筆者發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的包裝設(shè)計中的二維元素，如色彩和圖形的定制相比，更大的挑戰(zhàn)在于對包裝造型的三維定制，這牽涉到模具的開發(fā)。隨著包裝種類的不斷增加，相應(yīng)的模具開發(fā)成本也日益增加。此外，許多化妝品中小型企業(yè)在應(yīng)對市場需求變化時，往往面臨著包裝設(shè)計服務(wù)不足、成本高昂以及周期長等問題。

因此，在面對化妝品包裝多樣化需求的背景下，企業(yè)需具備快速響應(yīng)市場需求和靈活設(shè)計的能力。通過文獻(xiàn)研究與實地調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)采用產(chǎn)品族設(shè)計可以成為應(yīng)對這一問題的有效策略。產(chǎn)品族設(shè)計具備以下優(yōu)勢：首先，它能夠快速響應(yīng)多樣化需求，通過在現(xiàn)有設(shè)計框架內(nèi)調(diào)整參數(shù)值，輕松創(chuàng)建新的包裝設(shè)計，而無需從頭開始設(shè)計每個產(chǎn)品，成本相對較低[4]。其次，產(chǎn)品族設(shè)計充分利用現(xiàn)有的模塊（公模）進(jìn)行配置，可在保持品牌產(chǎn)品性能基礎(chǔ)上為不同產(chǎn)品配置個性化的包裝，從而提高客戶滿意度和忠誠度。再次，它能夠以結(jié)構(gòu)化的方式在整個包裝設(shè)計周期中進(jìn)行操作，有助于提高設(shè)計過程的可控性和效率[5]。設(shè)計師可以在已有的框架內(nèi)工作，減少了重復(fù)勞動。最后，產(chǎn)品族設(shè)計以信息集成的方式構(gòu)建產(chǎn)品族平臺，使得不同產(chǎn)品之間可以共享設(shè)計元素和資源，從而提高了產(chǎn)品配置的效率[6]。

2 基元模型化表達(dá)

基元理論采用形式化的模型語言研究事物元素拓展創(chuàng)新的方法與規(guī)律，用于處理復(fù)雜系統(tǒng)問題并尋找可行的解決方案[7]。在此理論框架下，基元模型被視為構(gòu)成基元理論的核心基礎(chǔ)，其構(gòu)建方式涵蓋了模型化與定量化的融合。一旦包裝設(shè)計問題及其需求以基元的方式進(jìn)行描述，便可以充分利用基元的可拓性，從而開辟多種設(shè)計模塊和配置路徑，為產(chǎn)品族平臺的模塊配置提供了統(tǒng)一的邏輯基礎(chǔ)。這一方法的關(guān)鍵在于基元模型的靈活性和多功能性，能夠?qū)⒊橄蟮母拍钆c具體的包裝設(shè)計需求相連接，從而使得復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計變得更具可操作性和可管理性。通過基元理論，用戶能夠更系統(tǒng)地理解問題，并更有效地尋求創(chuàng)新性的解決方案，這對于現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計和系統(tǒng)工程領(lǐng)域具有重要意義。

針對用戶需求，基元模型采用形式化的基元作為設(shè)計問題的知識表示(Knowledge Representation)。以“基元”作為描述物質(zhì)(Matter)、事件(Affair)和關(guān)系(Relation)模型的邏輯語言，通常以{Object,Characteristic,Value} 三元組形式分別表示物元M=(Om,Cm,Vm)、事元A=(Oa,Ca,Va) 和關(guān)系元R=(Or,Cr,Vr) 的概念[8]，它們構(gòu)成了基元理論的邏輯細(xì)胞，其數(shù)學(xué)形式化表達(dá)如下：

2.1 物元(matter-element)

用物元作為產(chǎn)品本身的模型化表示。以物Om為對象，Cm為特征，Om關(guān)于Cm的量值Vm構(gòu)成的有序三元組：M=(Om,Cm,Vm)作為物元的形式化表示。其中，Cm和Vm構(gòu)成的二元組(Cm,Vm)表示Om的特征元。物Om的n 個特征Cm1，Cm2，···，Cmn及Om關(guān)于Cmi(i=1, 2,···, n)對應(yīng)的量值Vmi(i =1,2 ,···, n)所構(gòu)成的陣列：

2.2 事元(affair-element)

用事元描述產(chǎn)品的功能。物與物的相互作用稱為事。把動作Oa動作的特征Ca及Oa關(guān)于Ca所取得的量值Va構(gòu)成有序三元組：A=(Oa,Ca,Va)作為事元的形式化表示。其中，Ca和Va構(gòu)成的二元組(Ca,Va)表示Oa的特征元。動作Oa的n 個特征Ca1，Ca2，···，Can和相應(yīng)的量值Va1，Va2，···，Van構(gòu)成的陣列：

2.3 關(guān)系元(relation-element)

用關(guān)系元作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型化表達(dá)。事物之間有不同的關(guān)系，這些關(guān)系之間又相互作用和影響。關(guān)系元是描述這類現(xiàn)象的形式化工具。以關(guān)系詞Or的n 個特征Cr1，Cr2，···，Crn和相應(yīng)的量值Vr1，Vr2，···，Vrn構(gòu)成的n 緯陣列：

基元模型是一種采用形式化和模型化方法進(jìn)行設(shè)計對象和問題研究的工具，旨在通過定性和定量分析，借助擴(kuò)展分析和變換組合等方法，深入探索創(chuàng)意方案。這一特性為現(xiàn)有產(chǎn)品族體系結(jié)構(gòu)的知識表示和模塊配置方法提供了一種全新的研究視角。接下來，筆者將運(yùn)用基元理論來深入分析產(chǎn)品族建模的具體技術(shù)。

3 采用基元理論的產(chǎn)品族建模機(jī)制

通常情況下，在產(chǎn)品族FBS (Function-Behavior-Structure)模型中，反映了功能域、行為域和物理域三者之間相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系[9]。功能域用于表達(dá)產(chǎn)品的總體功能以及其子功能目標(biāo)；行為域則從技術(shù)角度描述了產(chǎn)品功能的技術(shù)原理；物理域則詳細(xì)描述了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物理組件裝配模型[10]。根據(jù)設(shè)計思維的理念，進(jìn)一步引入需求域，以便描述產(chǎn)品設(shè)計前端的問題定義。這樣，就構(gòu)建了一個從需求、功能、技術(shù)和結(jié)構(gòu)四個方面的映射關(guān)系，形成了產(chǎn)品族基元模型。該模型包括需求模型、功能模型、技術(shù)模型和結(jié)構(gòu)模型（圖1）。

圖1 產(chǎn)品族基元模型及映射關(guān)系圖

3.1 產(chǎn)品族的需求模型

產(chǎn)品族需求模型的主要作用在于精確地定義客戶需求，將這些需求以規(guī)范的形式化方式描述出來，以便準(zhǔn)確地定義產(chǎn)品族。這一過程通過結(jié)合定性和定量分析，識別產(chǎn)品需求和關(guān)鍵元素，從而確定共性需求和個性需求。接著，以基元參數(shù)化的方式對需求的特征進(jìn)行量值映射，以建立所需產(chǎn)品的物元、事元和關(guān)系元，如圖2 所示。最終，通過基元的應(yīng)用，建立了產(chǎn)品族的需求模型。

圖2 產(chǎn)品族的需求模型

3.2 產(chǎn)品族的功能模型

根據(jù)需求模型（包括共性需求和個性需求），筆者進(jìn)行了質(zhì)量功能展開QFD(Quality Function Deployment)分析，以獲取所需的功能要求，并通過這一分析來映射出通用功能和獨(dú)特功能。筆者采用了基元分析方法，以形式化方式建立功能模型，包括通用功能模型與獨(dú)特功能模型（圖3）。在這一功能模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶需求，進(jìn)行進(jìn)一步的功能拓展分析，以得到通用功能模塊{Fc1,Fc2, ...,Fcn}和獨(dú)特功能模塊{Fd1,Fd2, ...,Fdn}。

圖3 產(chǎn)品族的功能模型

這一過程的核心是將客戶需求轉(zhuǎn)化為具體的功能要求，以確保產(chǎn)品能夠滿足用戶期望。首先，筆者將共性需求和個性需求結(jié)合起來，以建立一個全面的需求模型。然后，通過QFD 分析，將這些需求轉(zhuǎn)化為功能要求，優(yōu)先考慮了各項需求的重要性和關(guān)聯(lián)性。接下來，筆者采用基元分析方法，將這些功能要求形式化為功能模型。這個模型包括通用功能模型，即那些在不同產(chǎn)品中都適應(yīng)的功能，以及獨(dú)特功能模型，即那些特定于產(chǎn)品的功能。最后，在這個功能模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了具體的功能拓展，以細(xì)化通用功能模塊和獨(dú)特功能模塊。這一步驟確保了筆者對產(chǎn)品或系統(tǒng)的功能要求有了更清晰的了解，可以為后續(xù)的設(shè)計和開發(fā)工作提供指導(dǎo)。

3.3 產(chǎn)品族的技術(shù)模型

產(chǎn)品的功能實現(xiàn)需要相應(yīng)的技術(shù)支撐，功能與技術(shù)之間往往存在多元關(guān)系，例如不同的功能可能源自同一技術(shù)，或者多個技術(shù)實現(xiàn)某一特定功能等。為此，基于功能模型進(jìn)行功能與技術(shù)的關(guān)聯(lián)分析，將功能需求與技術(shù)需求進(jìn)行映射，構(gòu)建基元表示的技術(shù)模型，包括通用技術(shù)模型和獨(dú)特技術(shù)模型（圖4）。根據(jù)產(chǎn)品族屬性，技術(shù)模型是關(guān)于從功能模型到結(jié)構(gòu)模型映射過程中所使用大規(guī)模定制的原理方案。技術(shù)模型作為連接產(chǎn)品功能需求與結(jié)構(gòu)部件的橋梁，通過技術(shù)模型聚類分析（K 均值聚類算法E=∑i=1 到k∑x ∈Ci||xμi||^2），減少相應(yīng)的開發(fā)成本并提升配置效率。經(jīng)過聚類分析把相似單元聚類在同一模塊中，形成通用技術(shù)模塊{Tc1,Tc2, ...,Tcn}和獨(dú)特技術(shù)模塊{Td1,Td2, ...,Tdn}。這一過程有助于更好地管理和優(yōu)化產(chǎn)品族的技術(shù)架構(gòu)，從而滿足不同的產(chǎn)品需求。

圖4 產(chǎn)品族的技術(shù)模型

3.4 產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型

結(jié)構(gòu)模型是用于描述產(chǎn)品族可能包含的各種物理結(jié)構(gòu)和零部件之間裝配關(guān)系的關(guān)鍵工具。這一模型通過技術(shù)模型的映射而得，代表了功能模型和技術(shù)模型在物理結(jié)構(gòu)上的實際呈現(xiàn)，以最終滿足需求模型所規(guī)定的要求。結(jié)構(gòu)模型主要包括兩大類零部件，即平臺零部件{Sp1,Sp2, ...,Spn}和定制零部件{Sc1,Sc2, ...,Scn}。在產(chǎn)品的平臺配置過程中，通常會優(yōu)先考慮使用已有的平臺零部件，以提高配置的效率。然而，為了滿足特定需求，需要引入定制零部件。這些定制零部件是在已存在的平臺零部件的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展變換和個性化定制。這種基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的變化方法有助于確保各個產(chǎn)品在組合接口方面保持一致，同時又能夠以迅速且較低的成本完成產(chǎn)品族的設(shè)計（圖5）。

圖5 產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型

4 產(chǎn)品族建模開發(fā)設(shè)計流程

根據(jù)上述產(chǎn)品族模型構(gòu)建的研究，進(jìn)一步運(yùn)用產(chǎn)品族建模開發(fā)化妝品包裝設(shè)計的流程如圖6 所示。該流程分為以下步驟：

圖6 運(yùn)用產(chǎn)品族建模開發(fā)化妝品包裝設(shè)計流程

1）首先需要獲取客戶需求，并將這些需求以基元的方式進(jìn)行形式化表達(dá)，從而創(chuàng)建一個明確的需求模型。

2）基于需求模型，進(jìn)行需求到功能的映射，以獲取產(chǎn)品的功能模型。隨后，對功能模塊進(jìn)行通用性的檢索和匹配。若存在通用功能模塊可以滿足需求，那么這些模塊將被提取并進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合，從而完成產(chǎn)品的設(shè)計。若沒有通用功能模塊能夠滿足需求，那么相似功能模塊將被提取，并根據(jù)映射關(guān)系構(gòu)建技術(shù)模型。同樣，對技術(shù)模塊進(jìn)行通用性的檢索和匹配。如果發(fā)現(xiàn)通用技術(shù)模塊，同樣會將其提取并進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合，以完成產(chǎn)品的設(shè)計。

3）如果沒有通用技術(shù)模塊可以滿足需求，那么將對相似技術(shù)模塊進(jìn)行可拓變換，以獲得滿足需求的技術(shù)模塊。

4）通過組合構(gòu)成技術(shù)模塊的結(jié)構(gòu)化零部件，形成一個產(chǎn)品族設(shè)計方案，以滿足客戶的需求。這一流程的邏輯清晰，確保了在產(chǎn)品族設(shè)計過程中的連貫性和有效性（圖6）。

5 結(jié)語

本文介紹了一項面向化妝品包裝設(shè)計的產(chǎn)品族建模技術(shù)。該技術(shù)采用基元理論進(jìn)行形式化建模，以重新構(gòu)建產(chǎn)品族配置設(shè)計和流程。它開發(fā)了針對化妝品包裝的產(chǎn)品族設(shè)計需求模型、功能模型、技術(shù)模型和結(jié)構(gòu)模型?；Ｗ鳛榕渲迷O(shè)計的邏輯架構(gòu)貫穿于整個產(chǎn)品族設(shè)計流程中。在流程中，根據(jù)產(chǎn)品族建模方法進(jìn)行需求、功能、技術(shù)和結(jié)構(gòu)的模塊化映射配置。該方法以形式化和結(jié)構(gòu)化的方式充分利用了現(xiàn)有企業(yè)包裝過程中的公模和零部件，發(fā)揮了產(chǎn)品族設(shè)計模塊化配置的優(yōu)勢，從而降低了開發(fā)成本和設(shè)計周期，同時減少了資源浪費(fèi)。此外，本研究還解決了產(chǎn)品族前端客戶需求定量化缺失以及中后端模塊配置邏輯一致性的問題。通過基元建模進(jìn)行零部件配置的關(guān)聯(lián)性研究，提升了產(chǎn)品族配置設(shè)計效率。這項研究為化妝品包裝設(shè)計在產(chǎn)品族研究方面提供了新的技術(shù)方法和價值參考。