基于工业4.0信息物理系统对未来设计体系的研究与思考

    徐博文　丁伟　张耀尹

    

    摘要：工业4.0这个名词对于做产品设计的人来说既熟悉又陌生，而我国的“两化融合”相信也很少有人了解。对于设计而言，技术的革新是基础，而设计又是技术进步的重要力量之一，他们相互影响促进，推动着设计领域不断发展与创新。从大数据到物理信息技术，从DIM到全息影像沉浸式体验等等，无不向我们展示着科学技术的无穷魅力。这使我们对设计有了新的体验和感受，这篇文章我将针对工业4.0为大家答疑解惑并提出一些个人观点。在这个互联网经济快速发展的当今社会，几乎所有的行业都在不断迭代完善自己的标准体系，而作为互联网经济的首要驱动力——设计行业，同样需要一个标准。

    关键词：工业4.0；工业设计；体系；个性化

    中图分类号：F414 文献标识码：A

    文章编号：1003-0069（2017）07-0056-02

    引言

    文章开始前我不得不提Jay Lee教授，他的文章给予我极大的启发。李杰教授在信息物理技术领域有着权威地位：成立了美国第一个智能维护系统产学合作中心、任美国国家工程院制造与工程设计董事会董事并在美国自然科学基金会中担任主管。他提出的体系一定程度上奠定了德国乃至世界工业4.0时代的基础。Research Letters：A Cyber-Physical Systems architecture for Industry4.0-based manufacturing systems就是他在近期发表的论文，目的在于通过对现有技术以及当前德国工业现状为当今的“工业4.0”转变创立一个确实可行的“行为规范”，因为就目前来说，虽然工业4.0在不断推进，但是并没有一个标准来衡量要达到怎样的程度才可以成为真正的“智能制造”。所以，这篇文章为如何实现工业4.0提供了一个标准，文章中的每一幅图都围绕着工业4.0的核心——CPS物理信息技术而展开。并且一步一步地告诉我们如何通过将简单的传感器与物理信息技术相结合从而实现这一庞大的体系。

    那么工业4.0是什么？为何是工业4.0？那么“工业4.0”就等于第四次工业革命吗？“工业4.0”的“革命性”体现在哪些方面？它具有哪些核心特征？那么接下来我将浅谈一些有关工业4.0的个人见解，而对于德国工业4.0研究得越透彻，就对我国“两化融合”的进一步深化越有帮助。设计创新是对于“两化融合”和“工业4.0”来说既是核心又是基础。缺少了设计的制造业转型是不完整的，后面这句话简单而又深刻地表明了我的观点：With the industrial age to the information age transition，“design productivity is”increasingly views publicly accepted.

    一、什么是工业4.0

    可以说工业4.0是制造业在互联时的全新形态。是由德国人提出的概念，美国同样也有工业互联网的概念，中国也提出了“两化融合”的战略方针，而他们都在表达一个观点，那就是工业未来的发展与互联网是密不可分的。随着时代的发展，特别是互联网以及人工智能等计算机新技术的发展，工业界越来越需要机器进行自我认知与自我学习，甚至自我管理，因此，工业4.0的概念就应运而生了。

    其实大部分人对于工业4.0这一概念尚不明确。

    第一，工业4.0并不单纯指工业设计，工业设计只是解决工业4.0问题的方法之一。

    第二，工业4.0这个词并不是一个完全意义上的定义名词，简单地说工业4.0是德国在当前信息化智能化高度发达的大背景下所做出的一项战略方针。

    第三，工业4.0提出后中国计划通过三个十年的行动纲领和路线图，希望能够在2045年成为制造业强国。我国出台的相关政策是“推动工业化和信息化的深度融合发展”。

    总管全局我们可以看到，工业4.0时代并不等于第四次革命，它只能算是这次革命中制造业转型的一个方面。第四次工业革命尚未发生，但是工业4.0却是一个确实可行的发展方向。而工业4.0作为一个概念，更像是为我们描绘出了一个理想化的世界，如果或作为一次产业革命而言的话，那这个概念还不够宏观，因为我们要考虑的不仅仅是如何更加智能地去制造一个产品，而是更多地关注于如何满足人们的不同需求、如何更好地去服务用户、如何提升产品的附加价值，而“产品”这个概念在当今的互联网时代已经远远超出了他的本意。工业4.0的概念有一个重要的支撑点：将人类的天赋——“自省（Self-Aware）”赋予自动化机械，是流水线活起来，从“制造”转变为“智造”。工业4.0的核心是CPS（Cyber-Physical System）信息物理系统。不同于其他几次工业革命的核心技术——蒸汽机、生产线、计算机，CPS更像是一个系统而不是单一的技术，其有着超强的应用性，几乎可以覆盖所有的行业领域，使每个行业都“活”起来。

    工业4.0可以说是德国在互联网这一背景下信息化与工业化结合的重要產物，像一个晶莹的多面体一般折射出一个五彩斑斓的新世界，从不同的角度、不同的行业去观察，你会得到不一样的光彩，我们可以看到它不仅仅是简单的物联网，更是大数据，是服务设计，是转变升级，是创造；工业4.0是CPS，是智能制造；而工业4.0也不仅仅是一个国家的战略方针，更是脚踏实地的企业行为。从根本上来说工业4.0就是信息化高度发展的产物，是一种全新的生产模式。从德国这一战略的终极目标来看，这不仅仅是一个为了技术而技术的标题，更是国家综合国力的体现。从微观的企业角度来看，它能够提高生产效率，在满足产品个性化需求的同时不断更新迭代优化产品，为用户带来更多的附加价值；而从各个行业的角度来看，工业4.0的实施能够为我们带来一个创新服务体系，在各个资源高度协作的背景下不断地优化资源配置和运行效率！

    二、“四链融合。七步创新”

    在“互联网+”的影响下，随着我国信息化和工业化深度融合的推动，当今设计行业也面临着巨大的转变。从软硬分离到软硬结合；从产品系统到服务系统；从封闭创新到开放创新。

    伴随着这些转变，我们不得不面临这样一些难题：我们究竟该如何应对眼前的转变，我们该如何适应新时代的潮流，我们又该如何实现自身的转变和价值的提高呢？

    这些转变无不意味着融合，融合将是接下来各个领域所要考虑的问题。工业4.0相当于互联网与流水线的融合。那么反观工业设计这一设计专业，在信息化时代到来之际，我们能否完成这样的转变与融合？我们是不是同样需要这样的一套切实可行并且存在普遍性的理论体系来支撑我们现在的设计行业？答案是肯定的。

    唐纳德·诺曼2014年发表了一篇名为《Design X》的文章。在这篇文章中，他提出了一个非常值得人们深思的问题，不论这个国家设计实力强大与否，大家都忽略了这样一个问题，我们的规范在哪里？唐纳德诺曼，我们所熟知的《设计心理学》的作者说“设计的社会、经济和技术背景正在发生巨变。而设计的研究和教育做处理的知识、方法和过程还未能做出调整，充分支撑应对这种转变”没错，科学技术不断发展，我们依旧在运用过去的思维来做设计，我们的理论体系并没有随着时代的发展而发展。

    因此我们开始着手研究，希望寻找到符合时代要求的工业设计全流程理论体系，来帮助从事工业设计行业的人更加全面地来做设计。我们需要一个全新的定义。在放任自由创新发展的同时接受恰到好处的规范。设计领域的专业人士也在不断地探寻、摸索如何完善以及升华工业设计，使其能够真正扛起工业核心驱动力的重担。近日WDO世界设计组织公布了对工业设计的最新定义：“促进创新并为人们创造更加美好的生活，将策略性的设计过程应用于产品、系统、服务及体验。它将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，它是一门多种学科结合的专业，能够对提出的解决方案进行可视化，分解问题，并将其作为建立更好的产品、系统、服务、体验或商业网络的机会，提供新的价值以及竞争优势。工业设计是通过其输出物对社会、经济、环境及伦理方面问题的回应，旨在创造一个更好的世界。”

    工业设计新定义的提出恰恰与我所研究的“四链融合，七步创新”有异曲同工之妙。世界设计组织的定义是对于工业设计这一名词给出的权威解释，而“四链融合，七步创新”则是在工业设计领域的创新系统。“它将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，它是一门多种学科结合的专业”以及“将策略性的设计过程应用于产品、系统、服务及体验”两句话为我接下来要提到的“四链融合，七步创新”提供了完美的理论支撑。从工业设计产生以来，设计师一直把目光聚焦在产品本身，在日益成熟的设计服务商业模式中做有形的设计。实际上运用我们的“design thinking”去做无形的设计将会带来更大的价值和更加广阔的空间。不管是产品还是产业的设计，虽然在本质上有着巨大差异，但其实都是“设计思维”在其中发生着“化学反应”。而“四连融合，七步创新”正是这样一种无形设计的高效工具。有了这种工具设计师便能够更好地去创造美好事物，真正实现让用户满意。

    “四链融合”，我们正处在一个高度集约化的社会，设计服务行业同样需要进一步的集约化，不同的设计行业应该更加包容开放，相互促进。四链融合的意义在于向我们展现一个整体，一个包含工业设计领域中所有行业的整体。通过归纳分类，这些行业被统筹为4个链：产品链、品牌链、交互链和服务链。它们都属于统一的整体，相互影响并相互融合。现在行业之间存在一定的阻碍，降低了工作效率。而四连融合的作用便是让工业设计领域内不同行业的设计师们以及客户们能够更好地理解自己正处在流程中的哪一个环节，更好地理解在某一环节该如何相互配合，提高工作效率优化产品的设计。当今时代，一款新产品的成败取决于设计思维的广度与深度。一切资源，一切我们认为理所应当的规律都在不断演变，不断被打破，智能化，网络化、信息化与新的销售模式促使那些传统的制造者急切地向创造者转变。而工业设计在这整个转变过程中则成为了非常重要的一环。

    “七步创新”便是在（如图1）中每一个链中细化出的七个部分，分别是洞察、定义、发现、设计、转化、整合、传播。这是对工业设计方法的高度归纳。不仅仅只是产品设计，因此在每一个链中我们都可以看到每一步的影子，每一条链上的每一小步，含义相同，都隶属于各自的每一大步。而每一条链的七个小步有时独立完整的体系。也就是说在“四连融合七步创新”的大体系之中，我们融合四个小的体系，在独立的同时能够通过互通协作的思维来更好地完成一个设计，而这里的设計将不再仅仅是对于一个产品的设计，而将是一套完整设计服务体系，将在完成产品设计的同时向人们呈现一个包括视觉传达、交互体验以及商业模式的完整体系。也就是说，我们将真正的做到360°的设计，从设计一个好的产品真正转变到设计一个成功的产品，或者说是让客户成功！

    思与悟

    设计是社会进化的镜子。在社会进化的同时，设计的角色也在发生着微妙的变化。而与此同时社会的一般规律也造就了设计师这样一个特殊的职业，而成为商业的附庸便是设计服务不可避免的归宿。面向未来，设计会推动社会创新，引领可持续的社会发展，服务设计的进化则会优化商业系统，提升城市体验，逐渐走出商业的领地。未来设计将没有边界，就像光芒没有边界，将渗透我们生活的每个角落。没有人会拒绝好的设计人们的生活将离不开设计。未来是智慧的驱动，使设计的驱动；未来，首先要把一切非标准的变成标准，并以创造为中心，最后再将标准的变成个性化！