基于全生命周期理念的制造業設計轉型路徑研究

郝凝輝，劉曉天

（中央美術學院，北京 100105）

當下我國制造業急需由“高速發展”向“高質量發展”轉型[1]。工業設計是科學與藝術相結合的新興生產力，是推動產業高質量發展、提高制造業核心競爭力的重要途徑。近年來，通過設計創新促進了制造業轉型升級和高質量發展，也帶動了設計自身從理念到方法再到實現方式的持續進步，但設計能力不足仍是影響制造業轉型升級的瓶頸問題，在設計基礎研究與數據積累、設計工具與方法、設計人才培養、試驗驗證以及公共服務能力等方面仍亟待加強。通過提供覆蓋企業全生命周期的設計服務、制定提高企業創新能力的設計策略、提升企業對設計重要性的全面認知、強化創新型人才的重點培養機制，為國家設計產業政策及企業全生命周期發展戰略提供參考[2]，是制造業提質增效和高質量發展的關鍵動力。

1 工業設計賦能制造業的發展現狀

在全球化大背景下，大多數發達國家針對工業設計賦能制造業轉型升級出臺了一系列改革措施，例如美國的先進制造計劃、德國的工業4.0計劃、英國的工業2050計劃、日本的社會5.0計劃等[3]。目前，中國制造業面臨發達國家“高端回流”與發展中國家“中低端分流”的雙重擠壓，因此需迫切轉型升級[4]。2010年以來，國內有關促進、支持工業設計發展的新政策陸續提出（見表1），在《國家第十三個五年規劃綱要》中，重點提到了建立“國家工業設計研究院”，并將其作為發展工業設計的一個重要路徑[5]。這也是迄今為止，唯一一項列入國家規劃綱要的工業設計具體工作[6]。此外，工業設計作為創新的重要驅動力，可以憑借其自身優勢引導新興技術的轉型升級[7]。

表1 有關工業設計的全國性政策文件Tab.1 National policy document referring to industrial design

2 覆蓋全生命周期的設計思維

全生命周期設計是指運用系統觀、并行觀、集成觀和可持續發展思想，綜合考慮設計生命周期各階段的發展。

2.1 產品全生命周期設計價值觀

在企業設計思維指導下，企業不僅要關注自身的戰略、文化、價值、管理和運營，更要關注產品的開發、測試、生產、銷售、維護、優化以及市場競爭能力。企業的戰略決策必須要有設計思維的指導，而企業的發展道路必須要有設計方法的配合，因此，企業設計思維更有利于制造業高質量發展。全生命周期價值觀的形成為企業的體系運作、制度執行、人才培養、產品研發提供了創新意識，強化了企業發展資源的合理分配，銜接了產品全生命周期的各個制造環節[8]。

2.2 覆蓋全生命周期的企業設計思維模型

通過企業全生命周期價值觀的建立，讓生命周期設計策略作用于產品的“孵化”“成長”“成熟”“衰退”等微觀生命周期以及“企業體系及制度”的宏觀生命周期中，使工業設計在制造業全生命周期的各個階段發揮作用，將生態思維、分析思維、直覺思維與全生命周期理念相融合，通過系統設計、分析調研、設計規劃、方案實施、檢驗評估五個階段進行有效性、合意性、可行性、共情性、可靠性評估，形成企業全生命周期設計思維模型（見圖1）。系統設計要求企業具有長遠的戰略性眼光，能夠從宏觀角度對產品的設計思想、設計目標、設計環境、設計流程、設計內容、設計方法及設計質量進行全面系統的設計規劃[9]，同時能夠分析企業所面臨的困難、社會環境、國家政策、團隊構思、產品原型樣機、市場反饋等全部要素；分析調研的目的在于發現更多與問題相關的視角，探究其包含的價值和規則。從宏觀角度來看，分析調研能最大限度地減小企業與企業的差距，主動把握已知的變數，預測未來的趨勢。從微觀角度來看，分析調研能有效預測和評估產品可能出現的問題以及方案實施后的狀況[10]；設計規劃可以作用于企業戰略、計劃、文化等方面，設計規劃也體現在產品外觀、功能、使用對象、落地方式等方面；方案實施的目的是把設計創意生產出來并投入使用[11]。企業的規劃、戰略、產品和服務都需要制定具體的實施環節，這將為企業非線性設計思維提供一定的基礎，使整個開發流程井然有序；檢驗評估是指通過建立評價體系，分析產品優劣并輸出客觀的參考信息以提升判斷準確性。檢驗評估的基礎是分析與評價體系，在宏觀層面上，包含企業戰略分析模型、價值鏈模型和企業業務分析模型等。在微觀層面上，從產品的體驗、功能、質量、產能和回收等角度，檢驗評估為研發與管理團隊提供全面且精準的量化反饋。

圖1 企業全生命周期設計思維模型Fig.1 Enterprise Life-Cycle design thinking model

3 工業設計賦能制造業高質量發展策略模型

制造業全生命周期發展策略包含宏觀和微觀兩個層面，宏觀層即企業設計管理的全生命周期，微觀層即企業產品設計的全生命周期，在此基礎上可將宏觀和微觀兩個層面細分為四個環節與四個階段，宏觀層面的企業設計包含設計環節、生產環節、服務環節、管理環節，微觀層面產品設計包含“產品定義到孵化、產品設計到成長、產品成熟到上市、產品衰退到死亡”四個階段[12]。在企業全生命周期價值觀和設計思維的指導下，從人才、制度、體系、產品四個方面形成四位一體的覆蓋全生命周期的企業設計策略模型（見圖2），進而推導出制造業高質量發展的十個策略。

1）智能信息激活策略。智能信息激活策略在企業設計環節有助于形成良好的制度架構雛形。在企業設計環節中，企業需要讓數據變得可操作，需要在日益復雜的數據環境中引入物聯網設備，使企業獲得非結構化數據，進而從信息中獲取建議和見解，并在正確的時間以正確的理由和行動利用智能信息，這對于企業智能體系的建立至關重要[13]。

2）跨學科交流策略。在企業中工程小組、研討活動是傳達工業設計價值的有效方式，可以通過專家講堂的方式，讓工業設計師在講堂或者不同團隊中講解設計理念，采用頭腦風暴+workshop的焦點小組方式，邀請技術、營銷人員針對用戶需求進行討論，并總結推進方法。

3）生命周期研發策略。設計環節中的產品全生命周期分為四個階段，且每個階段的產品都對應著不同的用戶狀況、市場行情、產品目標和運營重點。

4）文化挖掘策略。企業在設計環節中經常陷入對市場風口的追逐和對產品優勢功能的過度開發中，常常忽視了對產品文化影響力的挖掘。企業從文化對設計思維的影響中可以學到：設計師需要先理解環境、行為是如何圍繞產品、系統和流程展開的，進而分析各要素之間的文化關系是如何形成的。

5）冒險試錯策略。團隊要盡力挖掘創意的深度價值并將其效益最大化，在此基礎上打造開放性試錯環境，在產品研發審核過程中，讓所有創意都展現出來并使其得到驗證的機會，企業中產品研發部門的人員應該具備跨學科的職業素養并幫助企業創造一個能夠接納不同理念的環境。

6）數字化轉型策略。通過分階段和戰略的方式，將數字技術、流程和能力在各個層次和職能上進行智能整合[14]。

7）實驗室駐扎策略。專注研發的科研團隊長期面臨高租金、物流障礙等傳統難題。隨著企業將創新思路拓展至生產層面，這些難題應被保持生產的統一性和安全性、促進制造和研究團隊合作的渴求所取代。

8）價值設計策略。為了在當今快速的產品生命周期中生存，公司需要始終如一地提供高質量的產品和服務，在整個生命周期中為客戶提供最大的總價值和最具吸引力的經濟效益。價值設計（Design to Value，DTV）是跨職能的開發過程，它通過將頂級戰略轉化為產品和服務的設計選擇以及供應鏈中的底層流程來實現最終目標。

9）躍遷設計策略。面對雙重擠壓，很多新產品的設計可以突破“調研—設計—測試—評估”的步驟，采用躍遷性設計可以突破思維上的限制，產生超過預期的收益。例如，萊克設計的桌面凈水機投入市場后便獲得成功，但是此產品并沒有經過任何前期調研，只是通過洞察用戶需求來快速瞄準“桌面”空白（見圖3）。

圖3 萊克桌面凈水機、茶藝機Fig.3 LEXY desktop water purifier, tea machine

10）差異化策略，即“差異化+另辟蹊徑+品類創新”，洞察新需求和創造不同需求是工業設計賦能制造業高質量發展的重要方式。建立產品、品牌和企業的個性是差異化策略的核心。差異化策略也意味著讓產品形成個性，進而讓消費者認為企業有個性，沒有絕對的好與不好。

4 覆蓋全生命周期的制造業設計轉型可行性路徑

4.1 數字化全生命周期轉型

以“5G+數字孿生”實現最優設計：依托5G技術和數字孿生技術，結合產品設計、戰略布局、生產規劃、數據連接等不同環節，構建覆蓋全生命周期的制造業產品數字孿生體系[15]，通過產品結構模擬仿真、產品性能模擬仿真、產品使用模擬仿真等提前預判產品的合理性，實現產品全生命周期數字化管理，縮短設計研發與生產周期，實現產品最優設計，提高產品合格率。以“大數據+云平臺”實現協同管理：建立C2B模式的產品設計開發云協同平臺，利用大數據和人工智能技術，對生產制造過程、產品質量監測、產品后期維護以及產品回收利用等環節進行橫向數據收集及分析，通過云協同平臺實現數據信息和資源共享，讓用戶、設計師、工程師等都可以在線上共享或修改解決方案，從而實現協同管理[16]。

4.2 工業設計介入產品全生命周期開發

1）通過智能可視化設計提升產品生命周期價值。互聯網產品市場競爭非常激烈，產品設計迭代快、產品生命周期短是互聯網產品的重要特征，數字世界中的智能化、可視化設計是讓產品從競品中脫穎而出的有效途徑之一。對傳統制造業產品進行工業設計賦能，增加APP、AI等的投入，尤其是增加軟件智能化設計的投入比例，可以使傳統制造業產品在競品中脫穎而出。

2）通過包容性設計提升產品在其生命周期中的競爭力。包容性設計讓產品和品牌受到更多尊重，也讓產品在橫向上增加了更多的使用場景。例如，綠米聯創的Aqara魔方控制器的六個面沒有用顏色進行區分，而是通過文字和交互方式進行區分的，這體現了對視障人群的平等關懷（見圖4）。同時，其通過攝像頭手勢識別控制全屋場景的交互方式體現了對聽障人士的平等關懷。

圖4 Aqara魔方控制器Fig.4 Aqara cube controller

3）區分線上和線下同期產品的生命周期。互聯網制造業對線上和線下兩個領域進行細分式管理，一般線上銷售造型簡約的產品，線下銷售風格化的產品。

4）設計“永恒風格”的產品以延長產品生命周期。通過“永恒風格”的工業設計實現產品的高端定位，將產品設計得既不超前也不過時，從而減緩產品被市場淘汰的速度，這種“永恒風格”的設計方法使產品生命周期大大延長。例如，奔馳在汽車設計時提出了“八年原則”，即設計的新品在上市的前四年既保持創新又不過于超前，在上市的后四年既符合大眾審美又不顯過時。

4.3 完善制造業全生命周期管理體系

1）企業設計管理體系。企業設計管理一般包含四個環節，分別為設計質量管理、設計計劃管理、設計成果管理、設計變更管理。在設計質量管理層面，應該保證管理人員能夠根據現實狀況，及時更新和修改數據庫信息內容，從而提升設計品質；在設計計劃管理層面，應該要實現在線編輯、修改、審核等功能，同時可以實時追蹤、匯總各個階段各類設計方案的實施情況，并對即將到期的工程進行預警；在設計成果管理層面，應該要確保設計成果的各個環節、數字化審查記錄和反饋記錄都能得到完全的跟蹤，從而有效地促進設計成果的審查和反饋；在設計變更管理層面，應該要保證設計變更管理的規范化、信息化、可視化，能將各種變更過程全部記錄在案，并能對歷史變更的全部內容和基礎資料進行跟蹤[17]（見圖5）。

圖5 制造業全生命周期管理體系Fig.5 Life-Cycle management system of manufacturing industry

2）用戶生命周期設計管理。在用戶生命周期管理中，首先，應以提高用戶的活躍度為目標，通過數字營銷的方法為不同用戶制訂方案，從而促進用戶的自我“復制”和傳播。其次，將用戶信息按照一定的時間順序進行排列以形成完整的圖譜，并將權重從產品導向轉變為用戶導向，強化用戶需求預測，努力使用戶參與到產品開發過程中，以提升用戶體驗。

3）數據生命周期設計管理。結合數字化設計、參數化設計與智能AI輔助設計，收集并分析用戶數據信息，掌握用戶實際需求與智能設計間的關聯并建立基于信息技術的智能化創新設計模式。

4）團隊生命周期設計管理。團隊生命周期設計管理的目的是使團隊快速并準確地捕獲集成數據、資源需求、能力和變更管理等信息。制造業設計轉型不僅涉及流程和生產力，還涉及人員，企業應該積極提供技能提升、技能再培訓和跨職能協作等機會以更好地吸引和留住人才。通過縮短制造提前期、正確的啟動管理以及改進客戶服務和復雜性管理讓用戶看到企業的能力，通過降低排放、減少浪費以及更有效的能源、水和原材料的利用，減小對環境的影響從而給企業帶來雙贏[18]。

5）全生命周期評價管理系統。對產品或服務在其整個生命周期內的潛在效益進行系統分析和評估，從而保證設計需求的全面響應并實現企業服務化轉型（見圖6）。

圖6 全生命周期評價體系Fig.6 Life-Cycle assessment system

4.4 提升制造業設計服務與體驗

1）探索覆蓋全生命周期的工業設計服務模式。構建創新設計與生產研發的融合體系，解決工業設計與制造業升級發展的融合問題，形成體系化、制度性的工業設計業態以及工業設計行業的共識[19]。基于對工業設計政策的制定與落實、工業設計推動制造業變革發展、企業對工業設計的應用等方面的研究，探尋全生命周期的信息與過程[20]，實現工業設計服務“技術”與“制造”的新途徑。通過交互工具、課堂以及實踐構建產品和社會場景，實現價值、世界、未來的深度融合[21]；運用跨學科思維和系統性思維洞察應用場景、信息特征、用戶需求等信息，提升產品的體驗性、故事性、可讀性和易讀性[22]。

2）形成大規模定制創新設計新模式。對用戶需求特征和產品結構特征進行集成化、模塊化、組件化處理[23]，通過“設計+規則+技術”的方式構建集成產品、變體產品、材質工藝、方案處理等多模態組合應用數據庫[24-25]，通過智能設計構建定制化表達的設計模式，以提升用戶需求分析的準確性并最大限度地滿足目標用戶的針對性需要。

3）構建可持續創新服務系統。制造業可持續設計服務體系是指將設計模式、組織結構、業務模式、服務模式與產品形態設計、材料工藝設計以及功能系統設計進行產業延伸融合，形成新的產業價值和產業形態，最終通過創意理念、科技創新和價值表達實現創意產品設計和服務[26-27]，形成“創意+科技+產業+服務”的多學科融合服務系統。

4.5 實現硬件、數字和服務的融合

通過“IT+智能”“智能+可持續”等方式對制造業各個圈層進行賦能，使人工智能技術更加高效、綠色、可持續化，形成智能技術、硬件和產品服務三者聯動的協同轉化實證模式。

1）建立面向智能制造的智能設計數據庫：通過用戶行為、產品功效、使用場景、終端反饋四個方面建立產品使用模型與知識庫，以解決當前制造過程中的資源配置不平衡問題。

2）構建產品智能設計范式：明確產品的功能、材質以及“故事”，以實現成本控制、縮短生產周期。通過對智能設計的層次、類型進行分析，通過知識獲取和技術應用構建工業4.0個性化、智能化和數字化的創新產品與服務模式，確立智能設計新范式。

4.6 形成制造業設計教育新范式

培養“T”型、“X”型設計人才。制造業企業的“復合型”人才不足、設計人才個人能力相對單一是限制企業創新能力的問題所在。從整體作用來看，優秀的“T”型、“X”型設計人才能夠增加企業設計部門的“綜合性”與“協調性”。從個人能力來看，優秀的“T”型、“X”型設計人才在產品全生命周期中的多個階段均能夠發揮重要作用。建立工業設計人才培養機制：企業應該從熱愛、品味和造型能力三個方面選拔工業設計師，為新入職的應屆工業設計專業畢業生制定三年職業規劃，讓工業設計師在企業有目標、有希望、有動力。同時，企業設計中心應該構建一套完整的培養體系，對工業設計師進行設計規范、設計技能、組織能力等全方位的培養，并且通過VQP（任職資格體系）進行應用場景實際考核，在實際設計項目完成后考核小組針對設計中的人機、造型、品牌等法則對設計師進行考核。建立制造業智能教學工廠：制造業企業應該積極與科研機構、高校展開“產-學-研-用”四位一體合作，打造智能教學工廠，通過工業設計項目實踐、工業制造與學術的雙向知識交互，從而構建新的人才培養機制（見圖7）。

圖7 制造業設計教育新范式Fig.7 Manufacturing design education innovation paradigm

5 結語

未來十年，中國大量企業將處于“中國制造”向“中國創造”的轉型期[28-29]，企業的發展重點也逐漸轉向通過提升創新能力以獲取更大的效益。為維系企業的競爭優勢，必須將全生命周期理念與分析思維、直覺思維、生態思維進行優勢融合，形成適用于本企業兼收并蓄、“攻守”兼備的企業設計思維和可持續的創新設計模式，從而有效提高自身的設計創新能力、設計認知能力、設計應用能力以及設計成果轉化能力。

通過對工業設計賦能制造業發展現狀的分析，以及對全生命周期理念的綜述解讀，可知企業應該構建適合自身狀況的覆蓋全生命周期的企業設計思維模型[30]，并以此為指導，梳理制造業高質量發展的設計策略模型并對覆蓋全生命周期的制造業設計轉型路徑進行探索[31]。