智能產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程探討

宋姣 龔瑜

關(guān)鍵詞：智能產(chǎn)品;開(kāi)發(fā)流程;創(chuàng)新設(shè)計(jì);智能枕頭

1 智能產(chǎn)品概述

1988年，美國(guó)學(xué)者Ives與Vitale在“信息技術(shù)改造售后維護(hù)服務(wù)”的論文中最早提出了“智能產(chǎn)品”（IntelligentProduct）一詞，認(rèn)為基于軟件追蹤產(chǎn)品性能并提供維護(hù)服務(wù)是典型的“智能產(chǎn)品”范例[1]。2014年，Porter等人將智能產(chǎn)品概念延伸為智能互聯(lián)產(chǎn)品，指出其應(yīng)具有物理組件、智能組件（放大物理組件的能力和價(jià)值）和互聯(lián)組件（放大智能組件的能力和價(jià)值）三個(gè)核心要素，智能組件能通過(guò)互聯(lián)組件而存在于物理產(chǎn)品外部，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)價(jià)值提升[2]?；趯?duì)智能產(chǎn)品的深入研究，方毅芳等人總結(jié)出了智能產(chǎn)品所具備的以下八個(gè)特征[3]：（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)自身工作狀態(tài)、內(nèi)外環(huán)境變化的感知;（2）具備能夠進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)與監(jiān)控的相關(guān)功能;（3）能夠根據(jù)感知的信息調(diào)整運(yùn)行模式，以進(jìn)行優(yōu)化;（4）能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品部件之間的互聯(lián)互通;（5）能夠滿足產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與用戶、產(chǎn)品與系統(tǒng)之間的交互需求;（6）采集智能產(chǎn)品在使用過(guò)程中的數(shù)據(jù)與信息;（7）基于內(nèi)部組件以及系統(tǒng)交互來(lái)模擬人的思維過(guò)程和行為;（8）將產(chǎn)品與服務(wù)相結(jié)合來(lái)向用戶提供新的價(jià)值。文章將基于使用者的需求，結(jié)合智能科技產(chǎn)品的特征來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)探討。

2 智能產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的流程

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程是指企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)經(jīng)歷的從構(gòu)思到設(shè)計(jì)再到商業(yè)化的一個(gè)系列步驟及行為。針對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，Ulrich 和Eppinger 將“開(kāi)發(fā)流程”明確定義為規(guī)劃、概念發(fā)展、系統(tǒng)層級(jí)設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、測(cè)試與改進(jìn)和量產(chǎn)上市等主要階段[4]。而智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程還未有較為深入地專門(mén)研究。經(jīng)與多家高新技術(shù)企業(yè)的多次訪談得知，在研發(fā)智能產(chǎn)品時(shí)常會(huì)盡可能縮短研發(fā)周期，采用Eng 和Ozdemir 總結(jié)的一般高科技產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的架構(gòu)與流程[5] ：

1） 第一階段：概念發(fā)想（Concept Prototype）。該階段是項(xiàng)目最原始的設(shè)計(jì)概念原型階段，重點(diǎn)在于將設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)化為實(shí)體，并盡量將產(chǎn)品用簡(jiǎn)易的規(guī)格和方法實(shí)現(xiàn)所涉及到的功能。

2） 第二階段：工程技術(shù)驗(yàn)證（Engineering Validation Test）。該階段主要是將設(shè)計(jì)概念以工程方式驗(yàn)證，用以確定所選方案可以利用產(chǎn)業(yè)中現(xiàn)有資源制造出產(chǎn)品的原型。且在該階段中可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)版本，直到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性能與產(chǎn)品實(shí)際制造出來(lái)的品質(zhì)能夠匹配，方可進(jìn)入下個(gè)階段。

3） 第三階段：設(shè)計(jì)驗(yàn)證（Design Validation Test）。該階段主要包含對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)、電路板設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的驗(yàn)證，根據(jù)業(yè)界現(xiàn)有的制造資源，來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的規(guī)格是否可以被順利生產(chǎn)制造。

4） 第四階段：生產(chǎn)線驗(yàn)證（Production Validation Test）。此階段目的是在完成對(duì)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)前，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行測(cè)試，以確保最終量產(chǎn)階段的順利進(jìn)行。

5） 第五階段：量產(chǎn)（Mass Production）。當(dāng)產(chǎn)品完成了上述各階段后，就可以進(jìn)入到量產(chǎn)階段。

智能技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，智能產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈。產(chǎn)品質(zhì)量、研發(fā)與生產(chǎn)上市周期壓力也變得更大。為保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能有計(jì)劃、有控制地進(jìn)行，確保開(kāi)發(fā)規(guī)范能達(dá)到產(chǎn)品的預(yù)期要求，需要對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的許多階段進(jìn)行如上所述的各階段測(cè)試和驗(yàn)證。

3 智能枕頭設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的流程分析

本研究以一個(gè)智能枕頭的開(kāi)發(fā)作為案例，結(jié)合智能技術(shù)與電子元器件的應(yīng)用，為確?？尚行裕捎肊ng 和Ozdemir 總結(jié)的高科技產(chǎn)品研發(fā)流程。遵循從概念發(fā)想、工程技術(shù)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、生產(chǎn)線驗(yàn)證，再到量產(chǎn)的步驟來(lái)進(jìn)行。因本案例還處于創(chuàng)新的初級(jí)階段，以加之資源限制，目前聚焦于前三個(gè)階段的流程。

3.1 第一步：概念發(fā)想

本案例根據(jù)失能老人長(zhǎng)期臥床對(duì)頭部和頸部造成的問(wèn)題，進(jìn)行一款智能枕頭的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。針對(duì)年長(zhǎng)者的智能產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)該從老年人的認(rèn)知需求角度來(lái)進(jìn)行，應(yīng)該充分了解和考慮老年用戶在使用智能產(chǎn)品時(shí)認(rèn)知需求方面的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)[6]。本設(shè)計(jì)主要從按摩、熱敷和語(yǔ)音控制等幾個(gè)能夠滿足失能老人需求的方面展開(kāi)創(chuàng)意設(shè)計(jì)。用按摩旋轉(zhuǎn)頭、Arduino 開(kāi)發(fā)板、LED 燈、語(yǔ)音識(shí)別芯片等材料，經(jīng)過(guò)電路連接，再通過(guò)C 語(yǔ)言編程，用簡(jiǎn)易的規(guī)格實(shí)現(xiàn)智能枕頭中所涉及到的功能，如圖1 所示。在本階段中，主要采用了以用戶需求為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)概念，綜合考慮現(xiàn)有可行技術(shù)，并用簡(jiǎn)易原型來(lái)驗(yàn)證概念可行性。

3.2 第二步：工程技術(shù)驗(yàn)證

考慮到資金和技術(shù)的限制，采用可采購(gòu)的常規(guī)規(guī)格元器件比重新開(kāi)發(fā)特殊規(guī)格的元器件更具可行性。為了能實(shí)現(xiàn)概念原型中的功能，運(yùn)用了溫感熱敷、8D 旋轉(zhuǎn)頭按摩、智能語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)。所用到的元器件有：Android 開(kāi)發(fā)板、直流電機(jī)、8D 旋轉(zhuǎn)頭、LD3320 語(yǔ)音識(shí)別芯片、PCB 制作板、杜邦線等。

3.3 第三步：設(shè)計(jì)驗(yàn)證

在已經(jīng)過(guò)工程技術(shù)驗(yàn)證的原型基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，包含結(jié)構(gòu)/ 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)以及電子/ 程序設(shè)計(jì)等。結(jié)構(gòu)/ 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示，由多層透氣網(wǎng)格布材料包裹具有彈性的乳膠，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由底座與兩側(cè)支撐構(gòu)筑內(nèi)部空間，容納各種元器件。

設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先考慮產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸及其組裝。隨后，考慮產(chǎn)品外觀的人機(jī)工程尺寸，使其具有調(diào)整失能老人頸椎曲線的功能。因此，在設(shè)計(jì)外觀時(shí)將枕頭的曲線貼合人體正常的頸椎曲線。在確定好產(chǎn)品尺寸和外觀后，進(jìn)行產(chǎn)品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，如產(chǎn)品的材質(zhì)選擇與運(yùn)用、人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)等。如圖3所示，本智能枕頭外殼、兩側(cè)支撐以及拉伸圓形枕由乳膠材質(zhì)填充，外部采用親膚柔軟的透氣網(wǎng)格布料。最外層再用全棉材質(zhì)的布料作為枕套。在產(chǎn)品表面設(shè)計(jì)凹凸紋理用來(lái)增強(qiáng)使用者的觸感，提升感官體驗(yàn)。

在電子電路以及程序設(shè)計(jì)部分，根據(jù)元器件的規(guī)格與要求，進(jìn)行了電路連接和焊接，并用C 語(yǔ)言進(jìn)行了程序編寫(xiě)，如圖4所示。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)多種交互功能，如：智能枕的間歇功能、智能枕的節(jié)能模式、LED燈的控制、智能枕的模式轉(zhuǎn)換、智能枕的按摩轉(zhuǎn)向，以及串行通信波特率控制等。

經(jīng)上述三個(gè)方面設(shè)計(jì)驗(yàn)證，智能枕頭的開(kāi)發(fā)完成了前三階段的驗(yàn)證，這也為之后的量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。因現(xiàn)有資源條件的限制，面向生產(chǎn)的第四和第五階段還未能涉及。

4 結(jié)論

隨著信息化、智能化建設(shè)日益成熟，各類智能相關(guān)的產(chǎn)品已成為了當(dāng)前大眾生活中密不可分的重要組成。本研究以高科技產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程作為基礎(chǔ)來(lái)探討智能產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程。從概念發(fā)想、工程技術(shù)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、生產(chǎn)線驗(yàn)證再到量產(chǎn)，其中每個(gè)階段都需要反復(fù)驗(yàn)證該階段的可行性，以降低創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)因智能產(chǎn)品的創(chuàng)新涉及到軟件、硬件的共同開(kāi)發(fā)，所以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要重視跨專業(yè)的團(tuán)隊(duì)合作，采用并行工程的開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行。如在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，機(jī)構(gòu)/ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)以及電子/ 程序設(shè)計(jì)等開(kāi)發(fā)同時(shí)展開(kāi)。本研究為相關(guān)行業(yè)研發(fā)智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了新的參考與思路。限于現(xiàn)有資源的局限性，未來(lái)還將對(duì)生產(chǎn)線驗(yàn)證以及量產(chǎn)階段進(jìn)行進(jìn)一步地研究。