基于工業(yè)4.0信息物理系統(tǒng)對未來設計體系的研究與思考

徐博文　丁偉　張耀尹

摘要：工業(yè)4.0這個名詞對于做產(chǎn)品設計的人來說既熟悉又陌生，而我國的“兩化融合”相信也很少有人了解。對于設計而言，技術的革新是基礎，而設計又是技術進步的重要力量之一，他們相互影響促進，推動著設計領域不斷發(fā)展與創(chuàng)新。從大數(shù)據(jù)到物理信息技術，從DIM到全息影像沉浸式體驗等等，無不向我們展示著科學技術的無窮魅力。這使我們對設計有了新的體驗和感受，這篇文章我將針對工業(yè)4.0為大家答疑解惑并提出一些個人觀點。在這個互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟快速發(fā)展的當今社會，幾乎所有的行業(yè)都在不斷迭代完善自己的標準體系，而作為互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的首要驅(qū)動力——設計行業(yè)，同樣需要一個標準。

關鍵詞：工業(yè)4.0；工業(yè)設計；體系；個性化

中圖分類號：F414 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）07-0056-02

引言

文章開始前我不得不提Jay Lee教授，他的文章給予我極大的啟發(fā)。李杰教授在信息物理技術領域有著權(quán)威地位：成立了美國第一個智能維護系統(tǒng)產(chǎn)學合作中心、任美國國家工程院制造與工程設計董事會董事并在美國自然科學基金會中擔任主管。他提出的體系一定程度上奠定了德國乃至世界工業(yè)4.0時代的基礎。Research Letters：A Cyber-Physical Systems architecture for Industry4.0-based manufacturing systems就是他在近期發(fā)表的論文，目的在于通過對現(xiàn)有技術以及當前德國工業(yè)現(xiàn)狀為當今的“工業(yè)4.0”轉(zhuǎn)變創(chuàng)立一個確實可行的“行為規(guī)范”，因為就目前來說，雖然工業(yè)4.0在不斷推進，但是并沒有一個標準來衡量要達到怎樣的程度才可以成為真正的“智能制造”。所以，這篇文章為如何實現(xiàn)工業(yè)4.0提供了一個標準，文章中的每一幅圖都圍繞著工業(yè)4.0的核心——CPS物理信息技術而展開。并且一步一步地告訴我們?nèi)绾瓮ㄟ^將簡單的傳感器與物理信息技術相結(jié)合從而實現(xiàn)這一龐大的體系。

那么工業(yè)4.0是什么？為何是工業(yè)4.0？那么“工業(yè)4.0”就等于第四次工業(yè)革命嗎？“工業(yè)4.0”的“革命性”體現(xiàn)在哪些方面？它具有哪些核心特征？那么接下來我將淺談一些有關工業(yè)4.0的個人見解，而對于德國工業(yè)4.0研究得越透徹，就對我國“兩化融合”的進一步深化越有幫助。設計創(chuàng)新是對于“兩化融合”和“工業(yè)4.0”來說既是核心又是基礎。缺少了設計的制造業(yè)轉(zhuǎn)型是不完整的，后面這句話簡單而又深刻地表明了我的觀點：With the industrial age to the information age transition，“design productivity is”increasingly views publicly accepted.

一、什么是工業(yè)4.0

可以說工業(yè)4.0是制造業(yè)在互聯(lián)時的全新形態(tài)。是由德國人提出的概念，美國同樣也有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念，中國也提出了“兩化融合”的戰(zhàn)略方針，而他們都在表達一個觀點，那就是工業(yè)未來的發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)是密不可分的。隨著時代的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等計算機新技術的發(fā)展，工業(yè)界越來越需要機器進行自我認知與自我學習，甚至自我管理，因此，工業(yè)4.0的概念就應運而生了。

其實大部分人對于工業(yè)4.0這一概念尚不明確。

第一，工業(yè)4.0并不單純指工業(yè)設計，工業(yè)設計只是解決工業(yè)4.0問題的方法之一。

第二，工業(yè)4.0這個詞并不是一個完全意義上的定義名詞，簡單地說工業(yè)4.0是德國在當前信息化智能化高度發(fā)達的大背景下所做出的一項戰(zhàn)略方針。

第三，工業(yè)4.0提出后中國計劃通過三個十年的行動綱領和路線圖，希望能夠在2045年成為制造業(yè)強國。我國出臺的相關政策是“推動工業(yè)化和信息化的深度融合發(fā)展”。

總管全局我們可以看到，工業(yè)4.0時代并不等于第四次革命，它只能算是這次革命中制造業(yè)轉(zhuǎn)型的一個方面。第四次工業(yè)革命尚未發(fā)生，但是工業(yè)4.0卻是一個確實可行的發(fā)展方向。而工業(yè)4.0作為一個概念，更像是為我們描繪出了一個理想化的世界，如果或作為一次產(chǎn)業(yè)革命而言的話，那這個概念還不夠宏觀，因為我們要考慮的不僅僅是如何更加智能地去制造一個產(chǎn)品，而是更多地關注于如何滿足人們的不同需求、如何更好地去服務用戶、如何提升產(chǎn)品的附加價值，而“產(chǎn)品”這個概念在當今的互聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)遠遠超出了他的本意。工業(yè)4.0的概念有一個重要的支撐點：將人類的天賦——“自省（Self-Aware）”賦予自動化機械，是流水線活起來，從“制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸窃臁?。工業(yè)4.0的核心是CPS（Cyber-Physical System）信息物理系統(tǒng)。不同于其他幾次工業(yè)革命的核心技術——蒸汽機、生產(chǎn)線、計算機，CPS更像是一個系統(tǒng)而不是單一的技術，其有著超強的應用性，幾乎可以覆蓋所有的行業(yè)領域，使每個行業(yè)都“活”起來。

工業(yè)4.0可以說是德國在互聯(lián)網(wǎng)這一背景下信息化與工業(yè)化結(jié)合的重要產(chǎn)物，像一個晶瑩的多面體一般折射出一個五彩斑斕的新世界，從不同的角度、不同的行業(yè)去觀察，你會得到不一樣的光彩，我們可以看到它不僅僅是簡單的物聯(lián)網(wǎng)，更是大數(shù)據(jù)，是服務設計，是轉(zhuǎn)變升級，是創(chuàng)造；工業(yè)4.0是CPS，是智能制造；而工業(yè)4.0也不僅僅是一個國家的戰(zhàn)略方針，更是腳踏實地的企業(yè)行為。從根本上來說工業(yè)4.0就是信息化高度發(fā)展的產(chǎn)物，是一種全新的生產(chǎn)模式。從德國這一戰(zhàn)略的終極目標來看，這不僅僅是一個為了技術而技術的標題，更是國家綜合國力的體現(xiàn)。從微觀的企業(yè)角度來看，它能夠提高生產(chǎn)效率，在滿足產(chǎn)品個性化需求的同時不斷更新迭代優(yōu)化產(chǎn)品，為用戶帶來更多的附加價值；而從各個行業(yè)的角度來看，工業(yè)4.0的實施能夠為我們帶來一個創(chuàng)新服務體系，在各個資源高度協(xié)作的背景下不斷地優(yōu)化資源配置和運行效率！

二、“四鏈融合。七步創(chuàng)新”

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的影響下，隨著我國信息化和工業(yè)化深度融合的推動，當今設計行業(yè)也面臨著巨大的轉(zhuǎn)變。從軟硬分離到軟硬結(jié)合；從產(chǎn)品系統(tǒng)到服務系統(tǒng)；從封閉創(chuàng)新到開放創(chuàng)新。endprint

伴隨著這些轉(zhuǎn)變，我們不得不面臨這樣一些難題：我們究竟該如何應對眼前的轉(zhuǎn)變，我們該如何適應新時代的潮流，我們又該如何實現(xiàn)自身的轉(zhuǎn)變和價值的提高呢？

這些轉(zhuǎn)變無不意味著融合，融合將是接下來各個領域所要考慮的問題。工業(yè)4.0相當于互聯(lián)網(wǎng)與流水線的融合。那么反觀工業(yè)設計這一設計專業(yè)，在信息化時代到來之際，我們能否完成這樣的轉(zhuǎn)變與融合？我們是不是同樣需要這樣的一套切實可行并且存在普遍性的理論體系來支撐我們現(xiàn)在的設計行業(yè)？答案是肯定的。

唐納德·諾曼2014年發(fā)表了一篇名為《Design X》的文章。在這篇文章中，他提出了一個非常值得人們深思的問題，不論這個國家設計實力強大與否，大家都忽略了這樣一個問題，我們的規(guī)范在哪里？唐納德諾曼，我們所熟知的《設計心理學》的作者說“設計的社會、經(jīng)濟和技術背景正在發(fā)生巨變。而設計的研究和教育做處理的知識、方法和過程還未能做出調(diào)整，充分支撐應對這種轉(zhuǎn)變”沒錯，科學技術不斷發(fā)展，我們依舊在運用過去的思維來做設計，我們的理論體系并沒有隨著時代的發(fā)展而發(fā)展。

因此我們開始著手研究，希望尋找到符合時代要求的工業(yè)設計全流程理論體系，來幫助從事工業(yè)設計行業(yè)的人更加全面地來做設計。我們需要一個全新的定義。在放任自由創(chuàng)新發(fā)展的同時接受恰到好處的規(guī)范。設計領域的專業(yè)人士也在不斷地探尋、摸索如何完善以及升華工業(yè)設計，使其能夠真正扛起工業(yè)核心驅(qū)動力的重擔。近日WDO世界設計組織公布了對工業(yè)設計的最新定義：“促進創(chuàng)新并為人們創(chuàng)造更加美好的生活，將策略性的設計過程應用于產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務及體驗。它將創(chuàng)新、技術、商業(yè)、研究及消費者緊密聯(lián)系在一起，它是一門多種學科結(jié)合的專業(yè)，能夠?qū)μ岢龅慕鉀Q方案進行可視化，分解問題，并將其作為建立更好的產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務、體驗或商業(yè)網(wǎng)絡的機會，提供新的價值以及競爭優(yōu)勢。工業(yè)設計是通過其輸出物對社會、經(jīng)濟、環(huán)境及倫理方面問題的回應，旨在創(chuàng)造一個更好的世界。”

工業(yè)設計新定義的提出恰恰與我所研究的“四鏈融合，七步創(chuàng)新”有異曲同工之妙。世界設計組織的定義是對于工業(yè)設計這一名詞給出的權(quán)威解釋，而“四鏈融合，七步創(chuàng)新”則是在工業(yè)設計領域的創(chuàng)新系統(tǒng)?！八鼘?chuàng)新、技術、商業(yè)、研究及消費者緊密聯(lián)系在一起，它是一門多種學科結(jié)合的專業(yè)”以及“將策略性的設計過程應用于產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務及體驗”兩句話為我接下來要提到的“四鏈融合，七步創(chuàng)新”提供了完美的理論支撐。從工業(yè)設計產(chǎn)生以來，設計師一直把目光聚焦在產(chǎn)品本身，在日益成熟的設計服務商業(yè)模式中做有形的設計。實際上運用我們的“design thinking”去做無形的設計將會帶來更大的價值和更加廣闊的空間。不管是產(chǎn)品還是產(chǎn)業(yè)的設計，雖然在本質(zhì)上有著巨大差異，但其實都是“設計思維”在其中發(fā)生著“化學反應”。而“四連融合，七步創(chuàng)新”正是這樣一種無形設計的高效工具。有了這種工具設計師便能夠更好地去創(chuàng)造美好事物，真正實現(xiàn)讓用戶滿意。

“四鏈融合”，我們正處在一個高度集約化的社會，設計服務行業(yè)同樣需要進一步的集約化，不同的設計行業(yè)應該更加包容開放，相互促進。四鏈融合的意義在于向我們展現(xiàn)一個整體，一個包含工業(yè)設計領域中所有行業(yè)的整體。通過歸納分類，這些行業(yè)被統(tǒng)籌為4個鏈：產(chǎn)品鏈、品牌鏈、交互鏈和服務鏈。它們都屬于統(tǒng)一的整體，相互影響并相互融合?，F(xiàn)在行業(yè)之間存在一定的阻礙，降低了工作效率。而四連融合的作用便是讓工業(yè)設計領域內(nèi)不同行業(yè)的設計師們以及客戶們能夠更好地理解自己正處在流程中的哪一個環(huán)節(jié)，更好地理解在某一環(huán)節(jié)該如何相互配合，提高工作效率優(yōu)化產(chǎn)品的設計。當今時代，一款新產(chǎn)品的成敗取決于設計思維的廣度與深度。一切資源，一切我們認為理所應當?shù)囊?guī)律都在不斷演變，不斷被打破，智能化，網(wǎng)絡化、信息化與新的銷售模式促使那些傳統(tǒng)的制造者急切地向創(chuàng)造者轉(zhuǎn)變。而工業(yè)設計在這整個轉(zhuǎn)變過程中則成為了非常重要的一環(huán)。

“七步創(chuàng)新”便是在（如圖1）中每一個鏈中細化出的七個部分，分別是洞察、定義、發(fā)現(xiàn)、設計、轉(zhuǎn)化、整合、傳播。這是對工業(yè)設計方法的高度歸納。不僅僅只是產(chǎn)品設計，因此在每一個鏈中我們都可以看到每一步的影子，每一條鏈上的每一小步，含義相同，都隸屬于各自的每一大步。而每一條鏈的七個小步有時獨立完整的體系。也就是說在“四連融合七步創(chuàng)新”的大體系之中，我們?nèi)诤纤膫€小的體系，在獨立的同時能夠通過互通協(xié)作的思維來更好地完成一個設計，而這里的設計將不再僅僅是對于一個產(chǎn)品的設計，而將是一套完整設計服務體系，將在完成產(chǎn)品設計的同時向人們呈現(xiàn)一個包括視覺傳達、交互體驗以及商業(yè)模式的完整體系。也就是說，我們將真正的做到360°的設計，從設計一個好的產(chǎn)品真正轉(zhuǎn)變到設計一個成功的產(chǎn)品，或者說是讓客戶成功！

思與悟

設計是社會進化的鏡子。在社會進化的同時，設計的角色也在發(fā)生著微妙的變化。而與此同時社會的一般規(guī)律也造就了設計師這樣一個特殊的職業(yè)，而成為商業(yè)的附庸便是設計服務不可避免的歸宿。面向未來，設計會推動社會創(chuàng)新，引領可持續(xù)的社會發(fā)展，服務設計的進化則會優(yōu)化商業(yè)系統(tǒng)，提升城市體驗，逐漸走出商業(yè)的領地。未來設計將沒有邊界，就像光芒沒有邊界，將滲透我們生活的每個角落。沒有人會拒絕好的設計人們的生活將離不開設計。未來是智慧的驅(qū)動，使設計的驅(qū)動；未來，首先要把一切非標準的變成標準，并以創(chuàng)造為中心，最后再將標準的變成個性化！endprint