工業互聯網協同設計服務模式與用戶體驗研究

唐蕾 李娜 郭紫晶

關鍵詞：工業互聯網 協同設計 服務模式 用戶體驗

前言

近年來，全球工業互聯網平臺市場保持活躍的創新發展態勢，研究熱點由工業技術解決方案，逐漸轉向服務模式探索。基于平臺的應用服務模式創新，已成為推動我國制造業向更高水平邁進的重要途徑。然而，尚在產業爆發前期的工業互聯網平臺，面臨諸多挑戰和困難：很多平臺需要結合行業特性，解決企業生產和運營過程中遇到的實際問題，探索服務模式的具體應用路徑;尚需要定義包含豐富細節的工業互聯網應用場景，針對全鏈路服務流程中的痛點問題，開發多元化APP應用，支持企業提升制造全生命周期管理水平;亟需探索與構建基于工業互聯網的創新服務模式與商業模式，在平臺建設和市場回報之間取得平衡，支撐平臺的可持續發展。云計算、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與先進制造技術的融合，帶來生產方式的變革和制造體系的革新;然而，如果不能厘清工業互聯網技術與服務模式的關系，則不利于工業互聯網理論體系的建構和應用實踐。針對以上問題，本文通過梳理工業互聯網概念模型和發展趨勢，分析基于工業互聯網的服務設計概念、模式和價值，結合市場較為成功的應用案例，探索定義基于工業互聯網的協同創新設計服務模式。

一、工業互聯網研究概述

（一）概念模型

工業互聯網平臺鏈接工業全要素、全產業鏈、全價值鏈，實現制造業數字化、網絡化、智能化過程中，工業資源的優化配置。通過廣泛接入制造互聯資源（設備、數據、知識、企業、區域、行業資源）、互聯能力（人力、知識、流程、業績和信譽）、互聯產品（工業與生態應用APP），建構網絡空間虛擬系統，塑造互聯網、大數據、人工智能和制造業深度融合的生態體系。通過資源/能立/產品的接入和取出，支持平臺服務者、使用者和管理者的多元化服務需求如圖1。

（二）發展趨勢

在全球新一輪技術與產業革命中，工業互聯網引領制造業發展潮流，對社會經濟帶來了戰略性和全球性影響。各制造業大國均將工業互聯網作為國家戰略。美國提出《工業互聯網》《先進制造業伙伴計劃》;德國發布《工業4.0計劃》《高技術戰略2020》;中國推出《國務院關于積極推進“互聯網+”行動計劃的指導意見》《中國制造2025》;歐盟制定《歐洲2020戰略》、日本發布《機器人新戰略》。各主要工業國家以不同的演進路徑，積極發展工業互聯網技術、產業和應用，顛覆傳統工業形態，塑造全新的生產組織方式、服務模式與產業生態，鞏固制造業大國的全球領先定位。

二、服務設計與用戶體驗設計研究概述

（一）服務設計定義

服務設計在20世紀80年代，就引起了管理學領域的高度關注。設計學領域的服務設計研究可以追溯到20世紀90年代初。隨著服務設計的興起，設計對象由實體產品演化為商業或社會組織形式，反映了經濟從工業經濟到服務經濟、體驗經濟的經濟模式和價值遞進。服務設計針對供應商與對顧客本身、顧客的財務和信息進行作用的業務過程進行設計旨在使顧客的利益作為供應商的目的得以實現。

工業互聯網為用戶提供開放共享的服務平臺，支持跨地域、跨領域的協同創新。通過匯聚生產全要素資源，提供豐富的工業應用和生態應用，構建工業機理模型庫、知識庫、用例庫，服務于制造全生命周期，提升企業的研發設計、生產制造、營銷推廣、售后服務能力。

（二）服務價值

通過服務設計與工業互聯網理論的結合，指導制造業重組工業資源、設備和智能產品，優化組織協調機制與工作流程，幫助顧客實現商業利益。工業互聯網以用戶為中心，服務于制造企業用戶和產品用戶，支持工業設備、服務、產品的集成共享、優化配置和業務協同。以“3M”為商業驅動力（省錢To save money、賺錢To get money、生錢To make money），構建新的制造模式和制造生態。幫助制造企業用戶突破資源環境的局限，面向全球產業對接，按需獲取和配置制造資源;通過資源集成配置和協同創新，重塑行業邊界和產業結構。

（三）用戶體驗設計定義

“用戶體驗”來源于尼爾森諾曼集團（Nielsen Norman Group）的聯合創始人唐諾曼（Don Norman）。叔本華、尼采、狄爾泰、馬斯洛等都對“體驗”都做出過精辟的論述，構建了哲學視域下的體驗美學。約瑟夫-派恩、詹姆斯·H·吉爾摩、阿爾文托夫勒等研究者發展了體驗經濟理論。用戶體驗設計（user ExperienceDesign）（以下簡稱UED）是信息時代為創造好用、可用產品而衍生的專業學科，涵蓋人機交互、人因工程（心理學）、交互設計、視覺設計、信息架構、工業設計、音效設計諸多方面。uED以設計學、心理學、社會學為基礎，比用戶界面設計（u1）涉及更廣泛的領域，關注全鏈路服務過程中的用戶使用體驗。

三、基于工業互聯網的協同設計服務

（一）在線協同設計平臺

目前，企業普遍需投入大量資金、人力，用于組建設計部門，購買設計工具、研發軟件、硬件環境等，或購買外部設計服務機構的設計作品。各企業分批采購，議價空間小，成本高;采購資源無法進行云端共享，設計資源利用率低。制造企業產品接口不統一、產品執行標準不一致，存在產品重復開發、數據不互通等問題。

針對設計工具采購成本高、設計資源利用率低的問題，工業互聯網平臺塑造多角色共同參與的協同設計服務模式，實現設計資源優化集成、模糊設計需求的柔性處理與智能推送，促進用戶、設計師、工程師、銷售人員的協同創新。平臺匯聚設計基礎能力（設計人才、設計知識、設計流程），設計制造資源（加工設備、加工數據、工業機理模型、工業企業、工業園區、行業資源），協同設計產品（協同設計軟件、生態應用軟件），打造標準化的設計云資源池、產品池、能力池。采用先進的工業互聯網平臺架構、云計算技術，實現多源異構數據接入，海量設計數據的高并發融合處理、智能推送和快速下載，支持設計資源、能力、產品的高效率接入與取出，支持用戶的多元化、定制化設計服務需求。從微觀層面，助力制造企業開展產品創新，避免同質化市場競爭，提升產品附加價值和企業競爭力;從宏觀層面，有效緩解設計資源分布不均問題。

工業互聯網平臺在SaaS層，集成CPDM協同設計、虛擬仿真設計等豐富的云端協同設計工具，為用戶提供多元化的設計軟件租用服務。兼容不同繪圖軟件與文件格式，支持異地在線協同設計與仿真分析，達到設計過程的透明化監管，實現設計師與制造企業的異地協同作業。幫助企業縮短設計研發周期，節約軟硬件資源，降低設計過程管理成本，提高設計服務效率。

例如，在基于工業互聯網平臺開展的汽車模具設計中，PC端工程師、移動端市場人員、管理者、客戶和供應商通過平臺，開展在線溝通和協同設計。采用平臺提供的協同會議軟件，支持模具產品設計遠程研討，實現企業內外的高效設計溝通。基于三維模型審簽技術，支持用戶在簽署流程中，快速瀏覽產品BOM、結構、裝配等;使用3D注釋添加意見，提高審簽的速度?；谄脚_提供的工藝規劃服務，利用干涉功能，快速評價零部件之間存在的沖突和裝配工藝的合理性，以裝配工藝文檔或動畫的方式，供現場作業人員參考，如圖2。

（二）創新突破靈感平臺

設計師采用傳統設計模式，方案受材料、制造技術、市場局限，難以產生革新性產品創新。同時，科研院所、大型企業實驗室每年產生大量的新技術成果，如何促進設計創意與新技術的深度融合，加速科技成果產品轉化與市場推廣效率，成為企業面臨的共同挑戰。

依托工業互聯網平臺，建構創新突破靈感平臺，開放最具商業前景的非涉密技術與專利，有助于以新技術驅動設計創新，提供豐富的創意靈感來源與表現手段，實現實驗室技術的市場轉化。設計師通過平臺，搜索最新的技術成果，創造設計作品并開展在線營銷。平臺鼓勵設計機構將創新產品轉化為自主品牌，使實驗室技術得到釋放，釋放巨大的市場潛能。

例如：GE公司聯合美國創意產品社會化電商Quirky，開發突破性創新平臺lnspiration Platform Quirky。通過網絡社區，開放數千種最有前景的專利和新技術，用于開發新產品。當使用這些專利的產品上市時，GE收取授權費;每賣出一個產品，GE還可分配到部分利潤。GE將產品創意成果轉化為自主品牌，推出家庭物聯網智能設備系列產品Wink：Instantly Connected，并拓展到健康、安全、水資源等諸多領域，如圖3。GE公司基于Quirky平臺，集成社會創新資源，實現基于新技術的創新產品應用，實現巨大的市場價值。

（三）開放眾包設計平臺

在傳統的設計服務模式中，由專業設計師完成新產品設計方案，交給企業制造部門加工生產'進而由營銷人員對產品進行營銷推廣到達最終用戶，并由售后人員提供售后服務。由于設計過程采用線性服務流程，在設計階段缺少工程師和終端用戶的參與，常造成設計方案與施工工藝不符，或新產品未能充分契合用戶需求的問題，影響企業對設計研發的投入。

基于工業互聯網的眾包設計平臺服務于設計師、企業和終端用戶，塑造多方共同參與的并行設計流程，支持設計方案的眾包生產、眾籌營銷。設計師借助平臺，跨地域、跨企業尋找優質的供應商，提高手板、原型機、樣品加工質量，降低采購成本。企業通過平臺發布設計需求信息，獲取設計師資源的智能匹配和推送結果，促成設計供需的高效率撮合;并可依托平臺發布制造能力，將富余產能轉化為服務對外提供，提升制造資源的利用效率。終端用戶通過平臺發布定制需求，借助平臺提供的在線虛擬仿真，VR演示APP，深度參與設計過程，創造充分契合用戶需求的產品。同時，平臺提供設計版權保護、作品展示、線下活動等眾包設計服務，為設計成果提供傳播媒介和營銷渠道。企業通過購買斷設計版權，或與設計師按比例分成，獲取持續的銷售收益。

GE公司高度重視眾包設計，通過與麻省理工、美國國防部高級研究署合作，開展“vehicleforge.mll”項目，塑造用戶可參與的新型設計服務模式。基于該平臺，全球專家可以參與到軍用車輛、航空系統、高級醫療設備等復雜“網絡物理系統”設計中，通過全球專家群體在工業互聯網上的互動交流，在短時間內碰撞出更優秀、更可靠的產品設計，大幅縮短研發周期。vehicleforqe.mil提供巨大的工具箱，搭建強大有效、易于構建和修理的車載平臺，支持“快速、適應性強、下一代地面車輛”計劃（FANG），設計成本合理、具有創新性，又可滿足基本需求的動力傳動系統平臺，實現從單一產品到產品系統的拓展。該平臺可供數千人在線使用，提供數以千計的零件、材料和其他參數，支持隨時調用、置換與修改。vehicleforge.mil坦克設計項目對最佳設計者獎勵100萬美金，最終獲勝者為三個不同國家的人組成的設計小組，采用DARPA的vehicle FORGE在線工具，高效完成項目設計，如圖4。vehicleforge.mil FANG的系統方法在地面車輛驗證后，被廣泛應用于從手槍到飛機的所有軍備中。

GE公司還與開放式汽車制造商Local Motor合作，建設開放眾包平臺FirstBuild，塑造“用戶參與+新型工作關系+新型雇傭關系和酬勞”的全新服務體系，設計模式如圖5。采用線上線下結合的020模式，提供開放眾包設計服務。線上整合科學家、工程師、設計師，對GE的家電產品進行改良設計。線下建設FirstBuild微工廠，通過與全球領先的3D打印服務商、DIY工廠和手工藝工作室合作，整合3D打印、焊接、木工等模型制作與小批量生產商，實現原創家電設計的生產與銷售，并積極將該模式應用于其他類型的產品開發。每個產品從設計到生產、銷售的全價值鏈，均通過FirstBuild實現。基于FirstBuild，在創意者同意的前提下，設計方案采用GE商標，產品直接在GE官網上銷售，專利仍歸創意設計者所有。每賣出一件產品，設計者均可獲得相應的版稅。FirstBulld改變了傳統的‘上傳項目一尋求支持一產品投產”模式，采用“創意設計一原型制作一生產營銷”的協作與眾包平臺模式，將有設計熱情的創客、設計師、制造商、工程師聚集在一起，共同協作完成產品設計、生產和銷售。由于社區中的用戶參與了產品的創意，樂于購買其參與創造的產品，成為產品銷售訂單的重要來源。

FirstBuild平臺和全球領先的3D打印商Local Motors公司合作，在美國肯塔基州的路易斯維爾設立微工廠，對FirstBuild社群中創造的產品進行模型加工、產品測試、驗證和銷售，如圖6。使用Makerbot的3D打印機加工創意產品，縮短新產品開發周期，降低生產成本，支持協同創新+眾包生產服務模式。在中國，FirstBuild平臺通過與海爾平臺合作，充分利用中國的廉價代工資源，進一步提升生產制造能力，形成跨地域的眾包生產模式。

GE充分應用FirstBuild平臺，對內塑造了“人單合一”的企業管理模式與薪酬制度。GE內部工程師可以通過搶單跟投，成為創業合伙人，進一步激發員工的積極性與創造力。對外建設覆蓋線上、線下的市場渠道，拓展市場空間。FirstBuild塑造“用戶價值”為引領的全新商業模式，使所有開發者共同面向用戶，創造高度契合用戶需求的產品。2016年，First Build平臺聚集了10384名活躍社群用戶、近3萬名社交媒體粉絲，2017年平臺收入和利潤增長20%。

（四）開放創新設計競賽

在以往的設計競賽中，作品收集范圍和數量受限于地域和時間;作品以最終方案形式提交，缺少設計過程的呈現與交互;評選以專家評審為主，缺少終端用戶的產品評價。

針對以上問題，可基于工業互聯網平臺，舉辦開放式的設計大賽。突破地域和時間局限，面向全球收集突破方案，提升競賽組織全過程的用戶參與。在設計大賽選題階段，借助平臺搜集企業面臨的共性問題，確立符合產業發展共性需求的大賽題目，支持設計機構、高校在理解企業需求的基礎上，創造契合市場需求的設計作品。在設計作品征集階段，通過建設開放的交流社區，支持聚終端用戶、設計師、制造企業等多角色參與，促進設計過程的呈現、評價與反饋，幫助設計師基于多方評價，優化迭代設計作品。在設計評選階段，借助平臺進行作品投票，支持材料供應方、制造方、銷售方、用戶對設計作品進行評價和投票。在設計作品制造階段，支持制造企業與設計師開展供需對接、版權購買等服務。通過開放創新設計競賽組織，促進設計師與產業的深度融合，加速設計作品的市場化進程。

例如：GE全球研究中心基于工業互聯網平臺，舉辦各類創新及設計大賽，征詢最佳創意，形成GE公司技術創新的重要途徑。早在2013年，GE公司就在全球范圍內，舉力了“噴氣式發動機支架設計探索”挑戰賽。為噴射發動機征集最優支架的3D打印設計，通過開放創新設計競賽，來自56個國家的700多名參賽者進行競爭，最終獲獎設計減少了支架84%的重量，大量減少了燃油費用，為GE公司產品創新提供了有效支持。

結論

隨著工業互聯網上升為國家戰略，并被市場廣泛關注，相關論文和著作層出不窮。然而，圍繞工業互聯網服務模式，尚有很多問題需要探討，許多應用路徑等待研究和驗證。針對工業互聯網服務模式定義模糊，協同設計實踐缺少系統梳理與案例經驗總結的現狀，本文從基于工業互聯網和服務設計兩個維度，對基于工業互聯網的協同設計服務進行整體定位，其目的并非提供穩定或權威的理論框架。針對個人在從事工業互聯網應用創新過程中的困惑，結合實踐案例，探索服務設計賦能工業互聯網的實施路徑，構成本研究的主要目的。本文不倡導僅僅以云計算、物聯網等新一代信息技術驅動工業互聯網行業發展;相反，認為應采用服務設計的理念、流程和方法，創造開放共享的協同設計服務模式，驅動工業互聯網平臺架構優化和產品開發。希望文中未必成熟的觀點和筆者的探究經歷，對關注工業互聯網服務模式創新的同仁有些許啟發。