基于全生命周期理念的制造业设计转型路径研究

郝凝辉，刘晓天

（中央美术学院，北京 100105）

当下我国制造业急需由“高速发展”向“高质量发展”转型[1]。工业设计是科学与艺术相结合的新兴生产力，是推动产业高质量发展、提高制造业核心竞争力的重要途径。近年来，通过设计创新促进了制造业转型升级和高质量发展，也带动了设计自身从理念到方法再到实现方式的持续进步，但设计能力不足仍是影响制造业转型升级的瓶颈问题，在设计基础研究与数据积累、设计工具与方法、设计人才培养、试验验证以及公共服务能力等方面仍亟待加强。通过提供覆盖企业全生命周期的设计服务、制定提高企业创新能力的设计策略、提升企业对设计重要性的全面认知、强化创新型人才的重点培养机制，为国家设计产业政策及企业全生命周期发展战略提供参考[2]，是制造业提质增效和高质量发展的关键动力。

1 工业设计赋能制造业的发展现状

在全球化大背景下，大多数发达国家针对工业设计赋能制造业转型升级出台了一系列改革措施，例如美国的先进制造计划、德国的工业4.0计划、英国的工业2050计划、日本的社会5.0计划等[3]。目前，中国制造业面临发达国家“高端回流”与发展中国家“中低端分流”的双重挤压，因此需迫切转型升级[4]。2010年以来，国内有关促进、支持工业设计发展的新政策陆续提出（见表1），在《国家第十三个五年规划纲要》中，重点提到了建立“国家工业设计研究院”，并将其作为发展工业设计的一个重要路径[5]。这也是迄今为止，唯一一项列入国家规划纲要的工业设计具体工作[6]。此外，工业设计作为创新的重要驱动力，可以凭借其自身优势引导新兴技术的转型升级[7]。

表1 有关工业设计的全国性政策文件Tab.1 National policy document referring to industrial design

2 覆盖全生命周期的设计思维

全生命周期设计是指运用系统观、并行观、集成观和可持续发展思想，综合考虑设计生命周期各阶段的发展。

2.1 产品全生命周期设计价值观

在企业设计思维指导下，企业不仅要关注自身的战略、文化、价值、管理和运营，更要关注产品的开发、测试、生产、销售、维护、优化以及市场竞争能力。企业的战略决策必须要有设计思维的指导，而企业的发展道路必须要有设计方法的配合，因此，企业设计思维更有利于制造业高质量发展。全生命周期价值观的形成为企业的体系运作、制度执行、人才培养、产品研发提供了创新意识，强化了企业发展资源的合理分配，衔接了产品全生命周期的各个制造环节[8]。

2.2 覆盖全生命周期的企业设计思维模型

通过企业全生命周期价值观的建立，让生命周期设计策略作用于产品的“孵化”“成长”“成熟”“衰退”等微观生命周期以及“企业体系及制度”的宏观生命周期中，使工业设计在制造业全生命周期的各个阶段发挥作用，将生态思维、分析思维、直觉思维与全生命周期理念相融合，通过系统设计、分析调研、设计规划、方案实施、检验评估五个阶段进行有效性、合意性、可行性、共情性、可靠性评估，形成企业全生命周期设计思维模型（见图1）。系统设计要求企业具有长远的战略性眼光，能够从宏观角度对产品的设计思想、设计目标、设计环境、设计流程、设计内容、设计方法及设计质量进行全面系统的设计规划[9]，同时能够分析企业所面临的困难、社会环境、国家政策、团队构思、产品原型样机、市场反馈等全部要素；分析调研的目的在于发现更多与问题相关的视角，探究其包含的价值和规则。从宏观角度来看，分析调研能最大限度地减小企业与企业的差距，主动把握已知的变数，预测未来的趋势。从微观角度来看，分析调研能有效预测和评估产品可能出现的问题以及方案实施后的状况[10]；设计规划可以作用于企业战略、计划、文化等方面，设计规划也体现在产品外观、功能、使用对象、落地方式等方面；方案实施的目的是把设计创意生产出来并投入使用[11]。企业的规划、战略、产品和服务都需要制定具体的实施环节，这将为企业非线性设计思维提供一定的基础，使整个开发流程井然有序；检验评估是指通过建立评价体系，分析产品优劣并输出客观的参考信息以提升判断准确性。检验评估的基础是分析与评价体系，在宏观层面上，包含企业战略分析模型、价值链模型和企业业务分析模型等。在微观层面上，从产品的体验、功能、质量、产能和回收等角度，检验评估为研发与管理团队提供全面且精准的量化反馈。

图1 企业全生命周期设计思维模型Fig.1 Enterprise Life-Cycle design thinking model

3 工业设计赋能制造业高质量发展策略模型

制造业全生命周期发展策略包含宏观和微观两个层面，宏观层即企业设计管理的全生命周期，微观层即企业产品设计的全生命周期，在此基础上可将宏观和微观两个层面细分为四个环节与四个阶段，宏观层面的企业设计包含设计环节、生产环节、服务环节、管理环节，微观层面产品设计包含“产品定义到孵化、产品设计到成长、产品成熟到上市、产品衰退到死亡”四个阶段[12]。在企业全生命周期价值观和设计思维的指导下，从人才、制度、体系、产品四个方面形成四位一体的覆盖全生命周期的企业设计策略模型（见图2），进而推导出制造业高质量发展的十个策略。

1）智能信息激活策略。智能信息激活策略在企业设计环节有助于形成良好的制度架构雏形。在企业设计环节中，企业需要让数据变得可操作，需要在日益复杂的数据环境中引入物联网设备，使企业获得非结构化数据，进而从信息中获取建议和见解，并在正确的时间以正确的理由和行动利用智能信息，这对于企业智能体系的建立至关重要[13]。

2）跨学科交流策略。在企业中工程小组、研讨活动是传达工业设计价值的有效方式，可以通过专家讲堂的方式，让工业设计师在讲堂或者不同团队中讲解设计理念，采用头脑风暴+workshop的焦点小组方式，邀请技术、营销人员针对用户需求进行讨论，并总结推进方法。

3）生命周期研发策略。设计环节中的产品全生命周期分为四个阶段，且每个阶段的产品都对应着不同的用户状况、市场行情、产品目标和运营重点。

4）文化挖掘策略。企业在设计环节中经常陷入对市场风口的追逐和对产品优势功能的过度开发中，常常忽视了对产品文化影响力的挖掘。企业从文化对设计思维的影响中可以学到：设计师需要先理解环境、行为是如何围绕产品、系统和流程展开的，进而分析各要素之间的文化关系是如何形成的。

5）冒险试错策略。团队要尽力挖掘创意的深度价值并将其效益最大化，在此基础上打造开放性试错环境，在产品研发审核过程中，让所有创意都展现出来并使其得到验证的机会，企业中产品研发部门的人员应该具备跨学科的职业素养并帮助企业创造一个能够接纳不同理念的环境。

6）数字化转型策略。通过分阶段和战略的方式，将数字技术、流程和能力在各个层次和职能上进行智能整合[14]。

7）实验室驻扎策略。专注研发的科研团队长期面临高租金、物流障碍等传统难题。随着企业将创新思路拓展至生产层面，这些难题应被保持生产的统一性和安全性、促进制造和研究团队合作的渴求所取代。

8）价值设计策略。为了在当今快速的产品生命周期中生存，公司需要始终如一地提供高质量的产品和服务，在整个生命周期中为客户提供最大的总价值和最具吸引力的经济效益。价值设计（Design to Value，DTV）是跨职能的开发过程，它通过将顶级战略转化为产品和服务的设计选择以及供应链中的底层流程来实现最终目标。

9）跃迁设计策略。面对双重挤压，很多新产品的设计可以突破“调研—设计—测试—评估”的步骤，采用跃迁性设计可以突破思维上的限制，产生超过预期的收益。例如，莱克设计的桌面净水机投入市场后便获得成功，但是此产品并没有经过任何前期调研，只是通过洞察用户需求来快速瞄准“桌面”空白（见图3）。

图3 莱克桌面净水机、茶艺机Fig.3 LEXY desktop water purifier, tea machine

10）差异化策略，即“差异化+另辟蹊径+品类创新”，洞察新需求和创造不同需求是工业设计赋能制造业高质量发展的重要方式。建立产品、品牌和企业的个性是差异化策略的核心。差异化策略也意味着让产品形成个性，进而让消费者认为企业有个性，没有绝对的好与不好。

4 覆盖全生命周期的制造业设计转型可行性路径

4.1 数字化全生命周期转型

以“5G+数字孪生”实现最优设计：依托5G技术和数字孪生技术，结合产品设计、战略布局、生产规划、数据连接等不同环节，构建覆盖全生命周期的制造业产品数字孪生体系[15]，通过产品结构模拟仿真、产品性能模拟仿真、产品使用模拟仿真等提前预判产品的合理性，实现产品全生命周期数字化管理，缩短设计研发与生产周期，实现产品最优设计，提高产品合格率。以“大数据+云平台”实现协同管理：建立C2B模式的产品设计开发云协同平台，利用大数据和人工智能技术，对生产制造过程、产品质量监测、产品后期维护以及产品回收利用等环节进行横向数据收集及分析，通过云协同平台实现数据信息和资源共享，让用户、设计师、工程师等都可以在线上共享或修改解决方案，从而实现协同管理[16]。

4.2 工业设计介入产品全生命周期开发

1）通过智能可视化设计提升产品生命周期价值。互联网产品市场竞争非常激烈，产品设计迭代快、产品生命周期短是互联网产品的重要特征，数字世界中的智能化、可视化设计是让产品从竞品中脱颖而出的有效途径之一。对传统制造业产品进行工业设计赋能，增加APP、AI等的投入，尤其是增加软件智能化设计的投入比例，可以使传统制造业产品在竞品中脱颖而出。

2）通过包容性设计提升产品在其生命周期中的竞争力。包容性设计让产品和品牌受到更多尊重，也让产品在横向上增加了更多的使用场景。例如，绿米联创的Aqara魔方控制器的六个面没有用颜色进行区分，而是通过文字和交互方式进行区分的，这体现了对视障人群的平等关怀（见图4）。同时，其通过摄像头手势识别控制全屋场景的交互方式体现了对听障人士的平等关怀。

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

3）区分线上和线下同期产品的生命周期。互联网制造业对线上和线下两个领域进行细分式管理，一般线上销售造型简约的产品，线下销售风格化的产品。

4）设计“永恒风格”的产品以延长产品生命周期。通过“永恒风格”的工业设计实现产品的高端定位，将产品设计得既不超前也不过时，从而减缓产品被市场淘汰的速度，这种“永恒风格”的设计方法使产品生命周期大大延长。例如，奔驰在汽车设计时提出了“八年原则”，即设计的新品在上市的前四年既保持创新又不过于超前，在上市的后四年既符合大众审美又不显过时。

4.3 完善制造业全生命周期管理体系

1）企业设计管理体系。企业设计管理一般包含四个环节，分别为设计质量管理、设计计划管理、设计成果管理、设计变更管理。在设计质量管理层面，应该保证管理人员能够根据现实状况，及时更新和修改数据库信息内容，从而提升设计品质；在设计计划管理层面，应该要实现在线编辑、修改、审核等功能，同时可以实时追踪、汇总各个阶段各类设计方案的实施情况，并对即将到期的工程进行预警；在设计成果管理层面，应该要确保设计成果的各个环节、数字化审查记录和反馈记录都能得到完全的跟踪，从而有效地促进设计成果的审查和反馈；在设计变更管理层面，应该要保证设计变更管理的规范化、信息化、可视化，能将各种变更过程全部记录在案，并能对历史变更的全部内容和基础资料进行跟踪[17]（见图5）。

图5 制造业全生命周期管理体系Fig.5 Life-Cycle management system of manufacturing industry

2）用户生命周期设计管理。在用户生命周期管理中，首先，应以提高用户的活跃度为目标，通过数字营销的方法为不同用户制订方案，从而促进用户的自我“复制”和传播。其次，将用户信息按照一定的时间顺序进行排列以形成完整的图谱，并将权重从产品导向转变为用户导向，强化用户需求预测，努力使用户参与到产品开发过程中，以提升用户体验。

3）数据生命周期设计管理。结合数字化设计、参数化设计与智能AI辅助设计，收集并分析用户数据信息，掌握用户实际需求与智能设计间的关联并建立基于信息技术的智能化创新设计模式。

4）团队生命周期设计管理。团队生命周期设计管理的目的是使团队快速并准确地捕获集成数据、资源需求、能力和变更管理等信息。制造业设计转型不仅涉及流程和生产力，还涉及人员，企业应该积极提供技能提升、技能再培训和跨职能协作等机会以更好地吸引和留住人才。通过缩短制造提前期、正确的启动管理以及改进客户服务和复杂性管理让用户看到企业的能力，通过降低排放、减少浪费以及更有效的能源、水和原材料的利用，减小对环境的影响从而给企业带来双赢[18]。

5）全生命周期评价管理系统。对产品或服务在其整个生命周期内的潜在效益进行系统分析和评估，从而保证设计需求的全面响应并实现企业服务化转型（见图6）。

图6 全生命周期评价体系Fig.6 Life-Cycle assessment system

4.4 提升制造业设计服务与体验

1）探索覆盖全生命周期的工业设计服务模式。构建创新设计与生产研发的融合体系，解决工业设计与制造业升级发展的融合问题，形成体系化、制度性的工业设计业态以及工业设计行业的共识[19]。基于对工业设计政策的制定与落实、工业设计推动制造业变革发展、企业对工业设计的应用等方面的研究，探寻全生命周期的信息与过程[20]，实现工业设计服务“技术”与“制造”的新途径。通过交互工具、课堂以及实践构建产品和社会场景，实现价值、世界、未来的深度融合[21]；运用跨学科思维和系统性思维洞察应用场景、信息特征、用户需求等信息，提升产品的体验性、故事性、可读性和易读性[22]。

2）形成大规模定制创新设计新模式。对用户需求特征和产品结构特征进行集成化、模块化、组件化处理[23]，通过“设计+规则+技术”的方式构建集成产品、变体产品、材质工艺、方案处理等多模态组合应用数据库[24-25]，通过智能设计构建定制化表达的设计模式，以提升用户需求分析的准确性并最大限度地满足目标用户的针对性需要。

3）构建可持续创新服务系统。制造业可持续设计服务体系是指将设计模式、组织结构、业务模式、服务模式与产品形态设计、材料工艺设计以及功能系统设计进行产业延伸融合，形成新的产业价值和产业形态，最终通过创意理念、科技创新和价值表达实现创意产品设计和服务[26-27]，形成“创意+科技+产业+服务”的多学科融合服务系统。

4.5 实现硬件、数字和服务的融合

通过“IT+智能”“智能+可持续”等方式对制造业各个圈层进行赋能，使人工智能技术更加高效、绿色、可持续化，形成智能技术、硬件和产品服务三者联动的协同转化实证模式。

1）建立面向智能制造的智能设计数据库：通过用户行为、产品功效、使用场景、终端反馈四个方面建立产品使用模型与知识库，以解决当前制造过程中的资源配置不平衡问题。

2）构建产品智能设计范式：明确产品的功能、材质以及“故事”，以实现成本控制、缩短生产周期。通过对智能设计的层次、类型进行分析，通过知识获取和技术应用构建工业4.0个性化、智能化和数字化的创新产品与服务模式，确立智能设计新范式。

4.6 形成制造业设计教育新范式

培养“T”型、“X”型设计人才。制造业企业的“复合型”人才不足、设计人才个人能力相对单一是限制企业创新能力的问题所在。从整体作用来看，优秀的“T”型、“X”型设计人才能够增加企业设计部门的“综合性”与“协调性”。从个人能力来看，优秀的“T”型、“X”型设计人才在产品全生命周期中的多个阶段均能够发挥重要作用。建立工业设计人才培养机制：企业应该从热爱、品味和造型能力三个方面选拔工业设计师，为新入职的应届工业设计专业毕业生制定三年职业规划，让工业设计师在企业有目标、有希望、有动力。同时，企业设计中心应该构建一套完整的培养体系，对工业设计师进行设计规范、设计技能、组织能力等全方位的培养，并且通过VQP（任职资格体系）进行应用场景实际考核，在实际设计项目完成后考核小组针对设计中的人机、造型、品牌等法则对设计师进行考核。建立制造业智能教学工厂：制造业企业应该积极与科研机构、高校展开“产-学-研-用”四位一体合作，打造智能教学工厂，通过工业设计项目实践、工业制造与学术的双向知识交互，从而构建新的人才培养机制（见图7）。

图7 制造业设计教育新范式Fig.7 Manufacturing design education innovation paradigm

5 结语

未来十年，中国大量企业将处于“中国制造”向“中国创造”的转型期[28-29]，企业的发展重点也逐渐转向通过提升创新能力以获取更大的效益。为维系企业的竞争优势，必须将全生命周期理念与分析思维、直觉思维、生态思维进行优势融合，形成适用于本企业兼收并蓄、“攻守”兼备的企业设计思维和可持续的创新设计模式，从而有效提高自身的设计创新能力、设计认知能力、设计应用能力以及设计成果转化能力。

通过对工业设计赋能制造业发展现状的分析，以及对全生命周期理念的综述解读，可知企业应该构建适合自身状况的覆盖全生命周期的企业设计思维模型[30]，并以此为指导，梳理制造业高质量发展的设计策略模型并对覆盖全生命周期的制造业设计转型路径进行探索[31]。