數字科技語境下產品形態及其設計研究

左鐵峰

（滁州學院 美術與設計學院，安徽 滁州 239004）

如果說互聯網時代帶來的是人與人、人與物之間的銜接和互動，那么數字化時代帶來的則更多是實體與實體、實體與虛擬、虛擬與虛擬之間的重組、結合。數字化是信息技術發展的高級階段，是數字經濟的主要驅動力，也是人類社會邁入智能化時代的核心依據。隨著新一代數字技術的迅猛發展，各行各業利用或憑借數字技術創造了越來越多新的價值，加快推動了各傳統行業的數字化轉型、變革與嬗變，也催生了一些令人耳目一新的行業及其業態。在產品形態設計領域中，一方面，數字樣機（Digital Mock-Up）、數字孿生（Digital Twin）、數字主線（Digital Thread）等數字技術已實現將初始設計構思的產品形態在虛擬空間中仿真呈現和映射表達的同時，憑據對該設計“孿生體”（虛擬的產品形態）在設計、生產、運維中所有數據的雙向、無縫式地實時分析、反饋與再造，形成了能夠覆蓋產品形態架構全生命周期的有效、高效、全新的產品形態設計手段與范式，即創成式設計（Generative Design）。而與數字樣機、數字孿生和數字主線等技術相關的CPS系統（信息物理系統，cyber physical systems的簡稱），則是通過人機交互接口及網絡實現了對產品形態從設計構思、虛擬構建及成品運行等進程間的同步交互，以遠程、可靠、安全、協作等方式操控產品形態設計的最終達成，滿足了設計效應及價值的最大化訴求。另一方面，在數字科技的加持下，作為設計對象與結果的產品形態亦出現了屬性類別和價值面向的拓展與更迭。不但具有物理、化學實體屬性的傳統物質型產品形態被賦予了新的意涵和特質，由數字科技打造的虛擬、非物質型產品形態更是展現出區別于既往認知的獨特魅力，而二者的“新面貌”必然訴諸其設計方法與策略的對應性調整和契合性嬗變，并呈現出應有的“新樣態”。

一、產品形態類型的“新界定”

依循清華大學邱松教授的觀點，基于現有科技成果及相關學術研究，形態可劃分為元形化形態與數字化形態兩個大類。其中，元形化形態是指由某種現實物理性組織構造、具有特定物理及化學屬性、存在于真實世界中的現實形態，涵蓋了自然形態與人工形態兩大類；而數字化形態則特指由計算機數字技術引發、依托數字技術生成、現身于數字虛擬世界里的非現實形態，可稱為數字形態或虛擬形態[1]。根據形態的這一分類及其意涵解析，產品形態首先應包括使用并借以一定真實物質材料及其特定加工工藝完成的現實世界中的人工形態。這類符合傳統認知意義的產品形態擁有著客觀、真切的空間幾何屬性，亦具備為我們所熟知的現實世界物質的各種特性，可稱之為現實產品形態或物質型產品形態。如聞名于世的瓦西里椅，它由電鍍鎳鋼管、皮革及其對應的彎管技術和鞣制工藝制作而成，整體尺寸79 cm×79 cm×79 cm，座面最大高度42 cm，電鍍鎳鋼管堅硬耐磨，皮革柔軟舒適，約重3 kg。其次，得益于數字科技的賦能，產品形態還應包括運用和憑據數字技術與相關手段（VR虛擬現實、AR增強現實、MR混合現實等）形成、存在于虛擬世界中，以及具有產品屬性的數字形態。數字產品形態因不具有現實、物質性的實體，可以虛擬產品形態或非物質型產品形態予以冠之。鑒于目前的實踐認知及元宇宙（Metaverse）的相關釋義，從時空性來看，這類形態是一個空間維度上虛擬而時間維度上真實的形態，它可擁有現實產品形態的空間尺度、材料質感及功能詮釋，可與現實人或虛擬人形成“全真”般的效用實施，并能與現實產品形態實現設計、生產與運維等信息的實時互動；從真實性來看，虛擬產品形態既可以是現實產品形態的數字化復制物，也可以是只屬于虛擬世界的創造物，除了能“扮演”現實產品形態的“角色”，并承擔其某種功效外，還可具備現實產品形態無法企及、超越的“本領”，如無需動力的車輛、持續變更材質的家具、隨意變形的杯子等；從獨立性來看，虛擬產品形態不僅可以與外部真實世界緊密關聯，也可以是一個存在于虛擬空間中的高度獨立體，擁有著自身特有的創造法則、運行規則和價值導向；從系統性來看，數字產品形態不但可以通過映射物質型產品形態而成為現實世界系統的“關聯成員”，還可以與網絡、硬件終端、區塊鏈及用戶等共同構建一個永續、廣覆蓋的元宇宙系統。對于具備如此特質的產品形態，相較基于自然、人文等科學（力學定律、心理學等）和現實生存、生活需求與真實材料及其工藝等因素與條件完成的物質型產品形態，單純、“有血有肉”的物質性實體已不再構成產品形態的全貌，多元、多維、虛實并存的數字產品形態亦是其重要的成員之一。由此可見，在數字科技的語境下，產品形態的界定得到了從觀念到認知、從理論到實踐、從表象到內涵等層面的突破和拓展，形成了現實、物質與虛擬、非物質兩種不同的產品形態類型，而其中的虛擬、非物質型產品形態又可依據其關聯對象與價值取向區分為現實與虛擬兩種不同的面向。以產品形態的設計成因視之，產品形態類型、面向的豐富與更動定然訴諸其設計內涵、表征以“新”的詮釋和特質[2]48。

其一，對于現實、物質型的產品形態，從稍早期的計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM），到現如今的數字主線技術、CPS系統等，數字科技的日新月異已令產品形態設計呈現出與數字技術的深度融合及耦合推進態勢，并漸趨成為廣受各方認可的常態化設計行為。循證人類科技變革的視角，相較于機械與電氣化時代，信息時代出現的“設計+數字”不但為產品形態的創設提供了更為精準、科學、有效的行為依據、構建方法與實施策略，還有利于我們對產品形態的形式、功能、材料、性能和成效等設計要素予以愈加系統、理性與客觀的分析、研判及預測，進而得到更趨理想且能面向全生命周期的設計結果。同時，“設計+數字”的作用和價值業已由先前的“單向、分散”逐步轉變為“雙向、集成”。數字科技不僅使現實、物質型產品形態的設計呈現出高效、實時與全流程的行為特質，內涵也更具數據化、精密化和高品質。而且數字科技的智能化、交互性特性更令以人為中心的設計價值追求得到了強而有力的貫徹與凸顯。如我國的殲-20戰機，數字研發技術的運用令該機型在設計的科學性、效率性及可靠性等方面都獲得了大幅提升。其中，先進的數字化控制系統、傳感系統及高度智能化的交互系統等設計構成了其戰力倍增的重要內核驅動，而其連續的曲面造型、獨特的鴨翼布局、均勻的迷彩隱身涂裝等則展現了作為五代戰機應有的“高科”表征。

其二，就面向現實產品形態創設需要的數字產品形態，因其需要與生產、供應、運維和終端間等現實要素及條件的直接“對話”，所以該類產品形態與其對應的現實形態應是一種“全真映射”關系。借鑒數字孿生的概念，現實產品形態可被稱為其對應數字產品形態的“實體孿生”。就該認識視角而言，面向現實需求的數字產品形態需具備現實產品形態所需的“一切屬性”，即二者在設計內容及相關指標訴求上“高度一致”，全要素、全真再現是其形態內涵與表征的關鍵要旨。例如，依托數字樣機技術構建的數字產品形態，它與真實物理產品之間便具有1:1的比例和精確尺寸表達，其作用在于用數字樣機驗證物理樣機的功能和性能。

其三，相較于現實產品形態及面向現實需求的數字產品形態，“專供”虛擬世界的數字產品形態則少卻來自“第一自然、第二自然”的諸多“困擾”。由于完全存在于由數字技術打造的虛擬世界之中，滿足元宇宙所需的“萬物皆備于我”的“沉浸式專屬場景”是這種產品形態創設的核心與要務。基于這一特性訴求，該類型產品形態可展現出兩種不同路線的設計價值取向：一是同現實產品形態具有全真映射與交互性的方向，通過再現或輔助再現現實世界各種“既有產品形態”，以達成用戶所需的“理想圖景”。如采用數字孿生、VR、AR等數字技術，可令用戶身著“龍袍”，端坐于“龍椅”，在恢宏的“皇宮”中，接受“群臣”的朝拜，圓一次帝王夢。二是“拋棄既有”，完全不為現實世界所“羈絆”，打造一個完全屬于用戶自我的“理想王國”，以“心有多大，世界有多寬”的豪氣，盡情放飛、馳騁。如一趟跨越時空之旅，用戶可以駕駛一種可令時間倒流的載具，而這個載具形態可以非馬、非車、非船，任由想象。

二、產品形態屬性的“新認知”

在數字科技的賦能下，對于現實物質和虛擬非物質兩種不同類型的產品形態，以及虛擬非物質型產品形態中現實與虛擬的兩種不同面向，擱置現實因素的考量，完全基于數字科技設計、生成、面向虛擬世界需求的非物質型產品形態可謂一個“全新物種”。李硯祖教授曾指出，設計是集物質與精神、科學與藝術于一體的造物活動[3]11。對于面向虛擬世界需求的非物質型產品形態，其創設雖不需要真實物質材料及其工藝的支撐，也不需要“桎梏”于力學、電力學、材料學等物質世界“定律”的束縛，但其為一定使用目的而制成的人工造物屬性和與自然物具有本質區別的“文化性”尤在。根據美國心理學家赫伯特·西蒙（Herbert Alexander Simon）的觀點，我們仍可以“人工物”視之，依舊可通過功能、目標、適應性等三個方面對其來表征、刻畫，不僅著眼于產品形態的描述性，也要著眼于其規范性[3]13。因此，無論是面向現實需求還是單純服務于虛擬世界的產品形態設計，均可理解與詮釋為人類的一項設計造物活動。如果將現實產品形態稱作人為“第二自然”中的一員，那么虛擬產品形態既可視作與“第二自然”具有交互效應與映射關聯屬性的“孿生體”，亦可認知為“專屬”于虛擬世界、人為“第三自然”的組件，即構成元宇宙的一分子。對于元宇宙，清華大學沈陽教授給出了這樣的定義：“元宇宙是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用所達成的社會形態，它基于擴展現實技術提供的沉浸式體驗，以及數字孿生技術生成現實世界的鏡像，通過區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上的密切融合，并且允許每個用戶進行內容的生產和編輯。”[4]68就目前的相關研究進程而言，元宇宙雖仍是一個不斷發展、演變的概念和構想，不同參與者會以自己的方式不斷豐富著它的含義。但在元宇宙既有的各種概念闡釋與構想描繪的社會形態中，還是存在著人類（人的虛擬替身或是虛擬人），也必然訴求能夠滿足其中人類虛擬生活、生存需要的產品及其形態，無非這種產品形態及其設計服務的人、環境及其相關系統是由數字科技虛擬的、非現實的罷了。依據技術史學者奧特加·伊·加西特（Ortega y Gasset）的技術分類，在元宇宙中，采用數字技術創建的產品形態可詮釋為一種技術形態，即產品形態的設計、構架及運維等可完全由數字技術所主導，可不再由現實人直接操控，并開始與現實人相分離，有了一定的自主性。在一定意義上，這種技術形態的自主構建方式正是人類即將邁入的智能化時代所亟待解決的關鍵問題（信息的自主上傳和獲取、基于數據的機器智能決策、智能決策的落地執行等）。因此，基于數字科技的產品形態及其設計不但為現實生產、生活所需要，更為人類未來美好的生存和發展所期許。

同時，較之面向現實需求的物質型產品形態，虛擬、非物質型產品形態也并非完全的“異類”，二者的一致性在于，均為“人的本質力量的對象化”。馬克思在《1844年經濟學哲學手稿》中曾提出，人通過創造性的實踐活動，在目的的引導下，充分調動自己的本質力量加工對象，產品就成了人的本質力量與自然物質材料的統一，成了人的本質力量的物化和確證，人可以在他所創造的產品上直觀自身[5]。因此，無論是面向現實世界的物質型產品形態還是以虛擬世界為重要價值取向的非物質型產品形態，均是人在某種目的導引、驅動下完成的創造性實踐活動，都在滿足與服務于人的某種需求、欲求的同時，彰顯著人的本質力量及其思想光輝。而就二者的差異性而言，依據李超德教授的“狹義設計學”觀點，物質型產品形態及其設計主要指向的是物理維度下現實世界人的衣食住行等物質性訴求，而人的心理與精神需求滿足也多建立在物質性需求達成的基礎上[6]。現實世界物質的物理、化學等屬性及其相關聯的環境特性（社會環境、自然環境等）既是物質型產品形態得以有效架構與功能實施的基礎，也是構成其實現創新及形成效應無法逾越的“障礙”和必須關注的對象；與之相對，非物質型的產品形態設計更多以人的思想與意識層面的需求（感悟、體驗、審美等）為標靶。雖然基于目前的科技水平及其能力，人類進入虛擬世界尚需借助一定現實的能源與物質性的設備、場景、接口等條件，但以人工智能、區塊鏈、拓展現實等為代表的數字科技才是其能否如期如質達成的主要構成要件，并成為衡量該項行為進程效果的“核心依據”。

三、產品形態設計的“新方略”

設計的形成、更替和演進總是與經濟的發展、社會的進步、技術的革新和知識的革命等這些“外部環境”之間有一種辯證的“相互作用”關系[7]。對于產品形態設計，數字科技帶來的不僅是產品形態類型的拓展與屬性的變更，也不應“停留于”其創設方式、生產加工和運維手段等“工具迭代”的認知，更不應拘泥于其設計的行為情狀、實施機理及流程形式等“表征變革”的判斷，而應理解、踐行為數字科技賦能后的重裝上陣和全新演繹，關涉到產品形態設計從構思創意、生產實施至途徑策略等一系列的內容、對象和層面。

對于產品形態設計，傳統意義上的設計靈感和創意構思既可源于主動設計理念導引下設計者思想的厚積薄發或基于職業敏感的矛盾化解，也可表現為用戶某種需求和體驗的被動式回復或響應[8]52。無論是主動還是被動式的設計緣起，對于相關矛盾、需求的化解和響應，常常都會受制于設計者專業能力或既有認知的局限，一定程度的主觀性、偏頗性甚至狹隘性往往是無法克服和有效避免的。同時，產品形態的生產加工、經營銷售及用戶端的評價反饋等，也多處于設計行為的發生之后，存在著某種事實上的信息延遲和滯后，難以形成及時、動態的設計信息交互與實時、有效的設計調整跟進。在數字科技的發展與推動下，世界已經進入信息—物理—機器—人類（Cyber-Physics-Machine-Human，CPMH）四元空間。四元空間讓共創匯聚的大數據成為無限分享、無限增值的創新資源，數字化、網絡化、智能化造就了設計制造、經營服務、消費應用的新格局[9]122。在四元空間及其新格局中，產品形態創設所需的素材原型、資源條件、實施技術及后期運維等，均呈現出前所未有的“量”和“質”的提升與飛躍。

首先，對于產品形態的設計創意構思端，蘊含豐富資源的四元空間大數據及其歸類、分析、篩選后獲得的海量“矛盾痛點”、相關條件信息及參考案例等，已令設計的創意活動不再為某個設計師的“專屬”或是某個設計團隊上演的“獨角戲”。“個體創意”正衍化為“群智創意”，而與之相對應的“個體設計”亦為“群智設計”所更替，智能設計、網絡交互設計、全球協同設計等漸趨成為設計萌發新點子、新構思與形成新舉措的新途徑和新范式[9]123。相較于傳統“點對點”“點對鏈”形成的設計創意構思，“群智創意”的代表性、可行性及典型性令其擁有著無與倫比的合力優勢、面向效應與實踐可行性。強大的數字科技可謂為產品形態設計覓得了相對精準的著力點、科學的施力方向和具有普適意義的價值圭臬，令設計及其行為的伊始便越發地呈現出理性、客觀與全面。在“群智創意”實踐中，作為直接“操刀者”的設計師，不再是集創意、構思與實施等于一身的“全能者”，而是以信息發布、資源統籌、綜合研判及決策定案等“新”的角色出現。基于數字科技的“群智創意”不但滿足了用戶對產品形態個性化、定制化的需求，更能調動、激發最大范圍“有志之士”的積極投入與廣泛參與，以“創意共塑”的途徑和方式，最大程度地提升設計創意構思的“群體認同感”。如主營創新汽車和飛行器設計研發的美國洛克公司（Local Motors），該公司突出特色便是“讓顧客自己設計生產”。這種能夠精準把握用戶多元個性需求的協作設計方式可視作“群智創意”的典型案例；而戴爾公司的Idea Storm平臺上更是聚集了全球的軟件設計愛好者，采取全程線上交互模式為其非物質型IT產品提供優秀的設計構思方案，其創意的產生、協調、優化及定案等皆來自網絡社區，成功達成了由“創意共塑”到“價值共識”的設計目標。

其次，就產品形態的設計架構生產端而言，數字孿生技術與數字主線技術可謂異軍突起、成效顯著。對于物質型產品形態，數字孿生技術可以理解為產品形態的“虛擬初創”，表現為產品形態的數字化構建與虛擬化呈現。它是通過與外界傳感器的集成，反映產品形態從微觀到宏觀的所有設計特性，展示的是產品形態設計研發階段完整的演進過程。當然，這其中也包括通過VR、AR和MR等數字技術手段虛擬獲得的產品形態生產加工系統（生產設備、生產線等）和使用運維系統（應用場景、運行條件等）。其核心目的與價值在于，讓設計者能夠在“全真、全要素”條件下相對全面、科學地審視和研判產品形態設計中存在或可能發生的各種問題，以便給予實時、有效的對策性設計調整。而作為與數字孿生技術密切關聯，并在其基礎上延伸、發展出來的數字主線技術，則是將數字孿生技術生成的產品形態全三維模型設計參數，傳遞到數字化生產線，加工制成具有現實屬性的產品形態，再通過在線的數字化檢測、評價系統，把出現的“相關問題”反饋到產品形態全三維模型的設計優化中，形成“虛擬初創”與實際生產的雙向溝通和同步交互，進而達成設計與生產各個環節的協調一致。通過數字主線技術，設計者對產品形態設計與其生產的當前及未來各項指標均能做出動態、實時的評估判斷與相應調整，進而為決策者提供覆蓋產品形態設計和生產全生命周期的信息，實現了設計與生產之間的“無縫銜接”，提高了設計的科學性與可行性，形成了設計架構與生產實施彼此耦合的智能閉環。中國最新型的055型驅逐艦、075型兩棲攻擊艦和094型核潛艇等具有高品質與高技術的形態特質，均獲益于數字孿生技術和數字主線技術賦予設計與生產的巨大效用和價值。基于數字科技，產品形態設計不再是“就設計論設計”的“一元”行為，而是一項設計端與生產端深度融合、高效協同的系統工作，系統中各要素既彼此依托貫穿，又互為條件制約，達成的是一種“群元協造”的設計樣態，遠非各行其是、各司其職式的傳統產品形態設計與制造所能媲美，彰顯的是數字科技給予現代設計產業和制造業的高度智能化、體系化魅力。就產品形態的物象及其生產屬性而言，數字孿生技術主要完成的是設計者“思維意象”的“數字物象”映射和呈現，“思維意象”是數字孿生技術的核心“復刻對象”；而數字主線技術則重在架構數字孿生技術生成的“數字物象”與其生產、運維“現實實體”間的雙向互動關系，“數字物象”及其對應的“現實實體”是該技術的重點“工作對象”。以設計程序及其表征析之，數字孿生技術與數字主線技術實現的是“思維意象”、“數字物象”及“現實實體”等幾種產品形態之間的交互轉化、調整分析與提升完善，行為涵蓋了預想構思、虛擬呈現與現實制造等產品形態設計流程，展現的是實時互動、彼此關聯、無縫高效的“閉環”設計樣態。對于非物質型產品形態，特別是虛擬面向的類型，因其不涉及物質性的現實生產，依托數字技術的“虛擬創設”即可認知為“設計生產”，所以設計者的“思維意象”與“數字物象”之間的互聯、互動便構成了其設計工作的“全貌”。

再次，產品形態能夠達成其既定的功效價值是衡量其設計品質的主要與關鍵依據之一[8]55。對于具有現實屬性的物質型產品形態，其功效價值是通過產品形態與人在物質、信息與能量交換的物理進程中得到具體昭示與體認的，而相關物理進程展開、推進及實施的成效，則在一定程度上取決于其設計品質的幾何[2]53。或可言，在產品形態達成功效價值的物理進程中，進程系統中的各個要素均可成為制約、左右其設計的關照對象和重要條件。如手機操作界面的字體需要依據用戶的視覺能力，可以進行“個性設置”；智能家居產品應能夠根據用戶“語音命令”，開展相應的“工作”；炒菜機器人會迎合不同用戶的口味，調整各種調料的用量等。上述的個性設置、語音識別與調整用量等“產品職能”均會訴求產品形態的設計給予某種內涵及形式的體現和響應。而基于數字科技的CPS系統作為計算進程和物理進程的統一體，它是集計算、通信與控制于一體的下一代智能系統。該系統可通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環，以深度融合和實時交互的方式與形式來增加或擴展相關對象功能，并憑據網絡化空間，以安全、可靠、協作等方式檢測或者控制一個物理實體[4]69。對于產品形態設計，CPS系統在對產品形態進行全程、動態、實時操控與評估中“發現”的各個維度矛盾，都可成為其設計需要面對和解決的問題或思忖的要點，進而實現能夠覆蓋產品形態全生命周期的“多維回溯+合力共建”的設計效用，形成“群維”的設計方法與策略，以設計不斷調整、演進的智能閉環方式，達成設計品質的日臻完善。相較于現實物質型產品形態，對于非物質屬性的虛擬產品形態，由于其創設與價值達成的全程均置于數字科技營造的“虛擬環境”之中，省去了外界感知、深度融合計算及相關現實因素考量等環節的“干擾”，設計工作的矛盾、問題主要見于人機互動、區塊鏈和擴展現實等技術領域，因此設計“群維共建”的回溯點和發力點雖然減少了，但工作效率卻會隨之而得到提升。

四、結語

數字科技給予產品形態及其設計的效應和價值是多視域、多渠道、全方位的。在數字技術的支撐、助力下，產品形態的類型、面向不但得到了豐富與拓展，其屬性也獲得了諸多新的詮釋與解讀。更為重要的是，基于數字科技的關聯效應，產品形態設計不僅要面臨人們思想意識、社會觀念、經濟模式以及人們具體生存、生活方式等外部宏觀與微觀條件的嬗變，更需直視因產品形態自身類別與屬性變更而引發、出現的設計維度、方法策略及價值取向等方面的契合性衍化。由數字科技發展形成的“群智創意”“群元協造”“群維共建”的“群利設計”樣態，既是一種產品形態設計及其關聯系統所有對象“利益”都能得到統籌與兼顧的設計方法，也是一種可以對目標系統及其諸要素均能達成“利益”的設計策略，是一種得益于數字科技賦能的“全新”產品形態設計樣態。對于這種“全新”設計樣態，設計的思維架構、生產物化與運維反饋等，均實現了由相對單純的現實性向虛實相融、耦合的數字化轉型。產品形態設計的數字化轉型，不只是設計者面對新科技引發人類生存條件、生活狀況嬗變所采取的積極應變舉措，更是對構建人類未來新型社會形態所做出的有效策略回應，滿足信息化及智能化時代人類高品質的生存、生活需求。