系統學理論下的創新產品設計論文

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1系統學理論與設計創新

系統學的基本理論是以系統論、信息論、控制論、運籌學的共同理論為基礎，綜合吸收了耗散結構理論、協同學、突變論、超循環理論等系統理論的基本思想，并不斷發展、完善。它既是方法學理論，也是一整套科學理論。系統學理論被廣泛應用在自然科學和社會科學領域。其主要作用是使人們對客觀世界形成系統的，整體的認識觀念，認識系統的規律，對客觀系統達到有效控制。其研究和工作方法是定性、定量相結合的系統方法。以系統的整體性、層次性、開放性、目的性、穩定性、突變性、自組織、相似性、不可逆性為原理［6］，以系統的結構功能相關律、信息反饋律、競爭協同律、漲落有序律、優化演化律為基本規律，系統學原理及規律對客觀世界具有普惠性，這種普惠性涵蓋了工業設計創新方法的研究［7］。設計從系統結構與結構分層認識創新，從系統的目標思考創新，從系統開放性的物質、能量、信息輸入尋找創新手段，從系統的升級與突變實現創新。設計創新的過程是改變產品的功能、技術、形態、品質、服務及用戶的過程，影響著從市場—產品創新—產品生產—市場的系統結構。在該過程中，判斷力來源于系統外部信息的綜合反饋，包括市場反饋、技術反饋、功能反饋、價格反饋、美感反饋、品質反饋、同類競爭反饋等，也來源于系統內部的構造子系統間的熵的反饋。通過反饋，控制系統內部及系統與外部競爭和協同，使系統的發展演化沿著既定的目標發展。實現系統處于不斷地演化之中的優化，從而實現耗散最小而效率最高、效益最大的過程。

2產品設計創新的系統求解

產品設計創新的過程是循環發展、螺旋上升的過程，在該過程中，需要創新的觀念、理論及工具，也需思考創新與功能、技術及文化藝術之間的問題。通過系統集成、系統協同、系統聯動，架構清晰的創新路徑，實現最終設計創新。創新是分析社會需求，提出產品設計創新問題，確定創新目標，實現產品升級的功能、技術、藝術的集成創新，需要創新思維求解、創新的技術策略求解、創新的藝術策略求解等。

2．1產品設計的思維創新

產品設計創新首先是思維創新，實現思維創新就要建立系統思維體系。從系統思維的結構分析，思維分為邏輯思維、形象思維、辯證思維、靈感思維［8］。結合線性和非線性的推理性、多向性、跨越性、綜合性鏈接，形成了創新思維。

2．2產品設計的技術創新

功能是產品設計的核心和本質，具有明確的物理和技術特征，它是設計創新的關鍵。功能具有明確的系統結構。創新的過程是完善產品的功能，首先圍繞著產品的主要功能，然后是系統分層的子功能。產品的功能依附在技術系統上，這樣，功能創新的實質即技術創新。功能創新首先要進行功能分析，分析出現問題的技術系統，列出該技術系統的所有組件；分析系統組件之間的關系，建立結構模型，將組件之間的關系轉化成功能，建立功能模型。功能的技術解決建立在資源分析、矛盾求解的基礎上。產品設計的技術創新資源包括自然資源、時間資源、空間資源、系統資源、物質資源、能量資源、信息資源等。這些資源及其派生資源、差動資源（差動物質資源、差動場資源）在設計應用時受數量、理化性能、質量、價格、范圍、對于應用的準備等因素的影響，并與相應的技術創新產生矛盾，在矛盾的過程中創新出現多種趨向。創新矛盾的多趨向性顯現了矛盾的復雜性，但矛盾的系統分層、矛盾的原理、矛盾的特性類型是有限的，在TRIZ理論體系中，解決矛盾的原理歸納為40個創新發明原理，例如：動態化原理、不對稱原理……，矛盾的特性類型歸納為39個通用工程參數，例如：物體的質量參數、壓力參數、能量參數……。設計創新的矛盾一般表現為技術矛盾，技術矛盾指一個作用同時導致有用及有害的2個結果，也指正面作用引入和負面作用消除導致的一個或幾個子系統的破壞，它一般表現在一個系統中子系統之間的矛盾。解決技術矛盾的具體措施：（1）確定主要的功能創新，通過分層列出其關鍵子系統及各種輔助功能，對待設計的功能的操作進行描述，確定系統應改善的特性、應該消除的特性，將涉及的參數按標準的39個工程參數重新描述。（2）對技術矛盾進行描述，如果某一工程參數要得到改善，將導致哪些參數惡化。（3）對技術矛盾進行另一種描述，假如降低參數惡化的程度，要改善的參數將被虛弱，或另一惡化參數的惡化程度將被加強。（4）在矛盾矩陣中由矛盾雙方確定相應的矩陣元素。（5）將這些措施確定為可用的發明原理，將原理按照40個創新發明原理重新描述，將所確定的原理應用于解決設計創新的問題，找到評價并完善的概念設計及后續的設計［9］。

2．3產品設計的系統創新

用戶在購買產品時一般關注產品的外觀、品質、功能、價格［10］，這構成了產品的高級物場系統，在這個過程中，來源于人的場是“體驗”，來源于產品的場也是“體驗”，這個體驗過程是由整體到局部的過程；由宏觀到微觀的過程；由外觀到功能的過程；由直觀感受到價值判斷的過程，它是從外觀—品質—價格—功能的過程。體驗包括空間體驗、形態體驗、材質體驗、人機體驗、技術體驗［11］、情感體驗［12］、功能體驗、價值體驗［13］。這些體驗是感性判斷到理性判斷的過程。產品的系統創新要求體現在價值、外觀、功能、技術方面，產品的系統創新分為產品的升級創新和科學技術發明原始創新兩種方式，這兩種形式的過程是相反的。產品的升級創新過程是：人—體驗—目標追求、產品—體驗、人—產品—體驗，體驗分外觀體驗、情感體驗、技術體驗、功能體驗、價值體驗等5個子系統，36個體驗要素，36個體驗要素以創新目標和價值的升級的要求進行矛盾博弈，最終實現理想的產品升級創新。蘋果iPadAir（圖4）的創新是人圍繞產品的一種體驗。體驗的目標是實現外觀簡潔、功能全面、操作方便，便于攜帶，從而使產品實現價值提升，這種目標在產品上體現出外觀與功能的矛盾，這種矛盾解決是外觀、功能、技術的系統博弈，外觀精微、功能強大需要新材料、新技術和新工藝，需要技術集成、技術控制的創新，這種創新是外觀與功能的技術進步過程。iPad產品的尺寸越縮減，性能就越難提升，越難保持電池電量的使用時間，這樣就出現了矛盾，但為使產品更輕盈、更小巧，另一方面還要使功能更強大，只能通過外觀、功能的設計來促進技術的進步，經過系統博弈，最終出現了產品創新。在外觀上，整體體積比上一代iPad減小了24％（近1/4），機身厚度僅有7．5mm。在材料上采用鋁金屬unibody一體成形，使機身在輕巧之余不失堅固，并且賦予了簡約之美。獨特的斜邊由單晶金剛石削切而成，容差控制在微米級別，從而弱化了機身邊緣的突兀感，使機身整體柔和自然。在功能與技術上，雖然產品的空間縮減，但性能倍增，核心部件采用全新的A7芯片與M7運動協處理器。為隨身方便攜帶而進行設計，采用兩條天線支持MIMO（多輸入輸出）技術。在軟硬件的協作上體現出了完美的統一，iOS7的交互界面設計簡潔直觀，方便人們簡單的使用［14］。產品原始創新的過程如下：科技原始創新—原始創新形態描述（微觀的、虛擬的、數字化的［15］……）—科技產品—外形、功能、市場—體驗—觀念（人），如圖5所示。在該過程中，技術的進步對產品形成顛覆性的影響，直接改變人的觀念，這個觀念又可作用于產品的升級創新過程，形成對工業產品設計的整體聯動效應，實現產品的不斷創新發展。

3結論

產品設計創新是復雜的系統創新，它需要有創新的觀念、理論、工具及方法體系，也需要功能創新、技術創新、藝術創新的具體對策。創新有明確的整體性、層次性、開放性、目的性、不可逆性特征，也有矛盾博弈、系統協同、系統集成、系統聯動、系統優化的創新過程。產品設計創新是功能、結構、技術、形態的內涵創新，也是從市場需求、產品設計、品質控制、銷售策略、經濟收益的整體創新。通過系統的創新方法研究，可使產品的設計理念更超前、功能更完備，技術更先進，外觀更美觀，產品更有價值，更具市場競爭力。

作者：李正軍王浩鑫艾婷婷工作單位：沈陽航空航天大學設計藝術學院