智能交互時代設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展路徑研究

郝凝輝，劉曉天

智能交互時代設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展路徑研究

郝凝輝，劉曉天

（中央美術學院，北京 100105）

總結智能交互時代設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的策略和路徑?；谥悄芙换r代背景，以創(chuàng)新設計思維為指導，從智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀、動態(tài)趨勢以及與創(chuàng)新設計的關聯(lián)性等方面對智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展策略及路徑進行探討。在創(chuàng)新設計思維的指導下，總結智能制造的創(chuàng)新設計模型與發(fā)展策略，以及設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑。以智能制造創(chuàng)新設計思維為指導，總結了創(chuàng)新設計流程、數(shù)字化轉型、柔性設計制造、協(xié)同集成平臺、創(chuàng)新服務系統(tǒng)以及設計教育新范式等六大設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑。

智能制造；智能化生產(chǎn)；創(chuàng)新設計；設計思維；設計方法

數(shù)字化智能交互時代，“5G+VR/AR”“5G+AI”“5G+4K”等各種新交互模式應運而生，為虛擬實驗室、智能虛擬工廠等提供了技術支持，也為智能制造的創(chuàng)新發(fā)展和數(shù)字化轉型提供了技術基礎[1]。基于技術環(huán)境的革新，各個國家紛紛以振興制造業(yè)為核心發(fā)展戰(zhàn)略，力圖通過智能制造[2]搶占全球制造業(yè)新一輪的競爭制高點。高新技術在發(fā)展中不斷與工業(yè)設計和制造技術相融合，也為智能制造高端化、智能化、綠色化發(fā)展提供了歷史機遇[3]。基于此，通過對智能交互時代智能制造設計思維進行探索，并結合智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，總結智能制造的未來發(fā)展策略和設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑。

1 智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展現(xiàn)狀及動態(tài)趨勢

智能制造涵蓋了設計、加工、裝配等環(huán)節(jié)的制造活動，目的是解決制造業(yè)發(fā)展過程中出現(xiàn)的各種資源匹配失衡的問題。2018年美國出臺了《美國先進制造業(yè)領導戰(zhàn)略》，全力支持智能制造創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建設。法國制定了“一個核心、九大支點”的戰(zhàn)略部署，旨在通過智能制造的升級推動工業(yè)發(fā)展。同時，日本發(fā)布的《日本制造白皮書》，旨在打造完整的智能制造體系，推進工業(yè)數(shù)字化進程。德國圍繞人的核心需求開展智能制造轉型升級和制造業(yè)智慧化設計，為用戶群體提供了更加全面、人性化的服務[4]。俄羅斯致力于發(fā)展智能制造體系，重點放在數(shù)字技術、創(chuàng)新領域和人才培養(yǎng)方面，采取加速高新技術發(fā)展、將數(shù)字技術應用于生產(chǎn)等措施，提高產(chǎn)品競爭力。通過對當前我國智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀以及相關文獻進行分析，可發(fā)現(xiàn)我國目前智能制造的研究領域主要包括工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與智造技術、產(chǎn)教融合、智能生產(chǎn)以及數(shù)字化轉型等方面，形成了以下六大研究熱點知識圖譜（如圖1）。

結合智能制造領域研究熱點知識圖譜對我國當前智能制造現(xiàn)狀進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，目前我國大多數(shù)智能制造行業(yè)仍然存在以下觀念：注重硬件輕視軟件，偏向制造忽視服務，追求規(guī)模不重視質(zhì)量，追求批量生產(chǎn)輕視個性化定制[5]，真正進入數(shù)字化發(fā)展階段的智能制造比重較低，大多數(shù)企業(yè)無法隨時監(jiān)控產(chǎn)品狀態(tài)、實時獲取用戶需求，從而及時地提供服務。而發(fā)展智能制造，需要企業(yè)調(diào)整組織結構、業(yè)務模式、研發(fā)設計、生產(chǎn)設備、工藝流程、產(chǎn)品架構等方面，這就導致許多企業(yè)在面對競爭激烈、利潤下降、庫存增加、壞賬飆升的環(huán)境時，智能轉型的投入就捉襟見肘。因此，面對智能交互時代智能制造的創(chuàng)新發(fā)展新需求，需要引入設計思維，從而全面提高制造業(yè)的創(chuàng)新設計能力，最終實現(xiàn)從“制造大國”向“制造強國”的轉變?；谏衔膶χ悄苤圃鞜狳c領域的分析以及智能制造的發(fā)展趨勢，可以得出創(chuàng)新設計能夠從以下四個方面推動智能制造發(fā)展：（1）發(fā)揮創(chuàng)新設計的積極引導作用，促進創(chuàng)新設計與智能制造深度融合，通過創(chuàng)新設計建立鼓勵智能制造創(chuàng)新發(fā)展的機制和戰(zhàn)略，制定相關政策措施，推動創(chuàng)新設計為智能制造和社會發(fā)展服務[6]；（2）開展校企合作，探索設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的“產(chǎn)—學—研—用”融合的人才培養(yǎng)模式；（3）設立設計研發(fā)中心，以培養(yǎng)高水平的設計人才為目標，旨在提高我國智能制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新設計水平和實用性；（4）在智能交互時代背景下，結合新興科技，打造智能制造創(chuàng)新設計教育“新門路”，為社會關鍵行業(yè)的發(fā)展服務。

未來，智能制造必然要以設計思維為指導進行頂層設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、增材制造、供應鏈管理系統(tǒng)以及自動化監(jiān)控等技術的有效整合，從而打破傳統(tǒng)制造模式，使客戶需求、產(chǎn)品生產(chǎn)、商業(yè)流程以及供應鏈體系高度融合，最終實現(xiàn)所有制造實踐的廣泛數(shù)字化，如圖2所示。

2 面向智能交互時代的智能制造設計思維模式

2.1 面向智能制造的創(chuàng)新設計思維模式

智能制造是集設計、管理、制造、服務于一體的系統(tǒng)性工程，智能交互時代的智能制造不僅需要制造活動各個環(huán)節(jié)的緊密配合，還需要將各種新的交互模式以及智能技術應用其中，從而實現(xiàn)智能制造的高效運轉和數(shù)字化管理。而設計思維作為一種共通的思維和語言，可以有效整合智能制造的各個階段，形成自上而下的系統(tǒng)化協(xié)作式智造體系，引導智能制造在不同學科領域之間協(xié)同創(chuàng)新[7]。因此，智能交互時代面向智能制造的創(chuàng)新設計思維需要以藝術、設計、科學與工程等學科知識體系為基礎，強調(diào)去中心化，鼓勵人人參與，是一種敏捷的、迭代的非線性創(chuàng)新思維，主要特征包括協(xié)作、探索、同理心、問題導向、創(chuàng)造力和持續(xù)改進等，實現(xiàn)在商業(yè)模式、用戶體驗、產(chǎn)品設計和運營四個維度上的共同協(xié)作。面向智能制造的創(chuàng)新設計思維模式比傳統(tǒng)設計思維更注重與用戶共同創(chuàng)造價值。該設計思維模式首先通過構建新的智能制造設計研發(fā)系統(tǒng)和項目實施路徑來提高產(chǎn)品性能、使用者體驗，改善工藝和復雜性管理，從而不斷提升產(chǎn)品升級及售后服務水平，實現(xiàn)預測性維修和遠程智能化全生命周期服務。在智能制造設計生產(chǎn)研發(fā)環(huán)節(jié)，注重工程師、工業(yè)設計師與制造團隊之間的密切配合，關注工作者的生產(chǎn)率和安全性，確定執(zhí)行任務的最佳途徑，硬件工程師和工業(yè)設計師一起合作改善產(chǎn)品布局和設計，以提高設計和研發(fā)效率，使設計聚焦于整個系統(tǒng)而不僅僅是離散的產(chǎn)品和服務。最后，建立新的智能制造全鏈路生態(tài)系統(tǒng)，提高協(xié)同創(chuàng)新能力[8]，在討論制造、服務和監(jiān)管事務等話題時，讓工業(yè)設計師參與其中，打造產(chǎn)品全生命周期價值鏈，實現(xiàn)智能制造創(chuàng)新設計系統(tǒng)性發(fā)展。

圖1 智能制造領域研究熱點知識圖譜

圖2 智能制造的未來設計目標和相應技術

2.2 智能制造全生命周期協(xié)同設計思維模式

從宏觀層面來看，智能制造的創(chuàng)新設計思維可以有效對智能制造的創(chuàng)新發(fā)展方向進行把控。從微觀層面來看，智能制造作為一種新型生產(chǎn)方式包含了問題發(fā)現(xiàn)、設計規(guī)劃、分析調(diào)研、試驗測試、質(zhì)量評估、綜合評價等方面。因此，需要以全生命周期協(xié)同設計思維為指導進行系統(tǒng)整合，實現(xiàn)對智能制造全流程的精準管控。智能制造全生命周期協(xié)同設計思維（如圖3）是指基于制造業(yè)全生命周期發(fā)展需求以及智能交互時代智能制造的發(fā)展趨勢，在充分考慮跨部門協(xié)同、跨企業(yè)協(xié)同、跨學科協(xié)同以及產(chǎn)品生命周期全過程所需的各種因素的基礎上，結合系統(tǒng)設計、并行設計、集成設計、協(xié)同設計，建立智能制造協(xié)同創(chuàng)新設計體系，并通過問題發(fā)現(xiàn)、設計規(guī)劃、分析調(diào)研、試驗測試、質(zhì)量評估、綜合評價六個階段，實現(xiàn)創(chuàng)新設計系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、資源配置系統(tǒng)、工藝制造系統(tǒng)等智能制造子系統(tǒng)的協(xié)同[9]，從而推動智能制造數(shù)字化、集群化、智能化發(fā)展[10]。

圖3 智能制造全生命周期協(xié)同設計思維模型

3 智能交互時代智能制造的創(chuàng)新設計模型與發(fā)展策略

3.1 智能交互時代智能制造設計創(chuàng)新模型

智能交互時代的智能制造設計創(chuàng)新主要包含智能產(chǎn)品創(chuàng)新、智能生產(chǎn)創(chuàng)新、智能服務創(chuàng)新三方面，其中涵蓋了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、云計算、應用、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品表現(xiàn)、產(chǎn)品運維、產(chǎn)品迭代、服務、銷售、品牌和交互等方面，并由此形成了智能交互時代智能制造設計創(chuàng)新模型（如圖4）。成熟的設計創(chuàng)新模型是智能制造創(chuàng)新發(fā)展的原動力[11]。企業(yè)需要從創(chuàng)新鏈的源頭著手，將知識、技術和創(chuàng)意轉化成數(shù)據(jù)、產(chǎn)品和服務，從而實現(xiàn)生產(chǎn)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新與服務創(chuàng)新的融合[12]。

1）智能生產(chǎn)創(chuàng)新是智能制造設計創(chuàng)新模型的基本層，是一種以數(shù)據(jù)為中心的設計創(chuàng)新模式[13]，其需要通過不同方式配置數(shù)據(jù)資產(chǎn)以爭取最優(yōu)價值，包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和云計算，主要載體是智能工廠。傳統(tǒng)工廠普遍具有效率低、污染大、生產(chǎn)組織架構混亂的通病，在追求清潔、高效、綠色、低碳生產(chǎn)方式的今天，采用數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術、智能化共性技術對傳統(tǒng)工廠的生產(chǎn)設備、生產(chǎn)車間、人員管理等進行全面升級改造，推動傳統(tǒng)工廠向智能工廠轉型，從而有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率，降低生產(chǎn)污染與排放，并通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、保障生產(chǎn)設備、合理完善生產(chǎn)人員調(diào)度和管理，全面提高企業(yè)市場競爭力。

2）智能產(chǎn)品創(chuàng)新是智能制造設計創(chuàng)新模型的流通層，是一種以產(chǎn)品為中心的設計創(chuàng)新模式，其需要通過優(yōu)化產(chǎn)品以創(chuàng)造價值，包含產(chǎn)品應用、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品表現(xiàn)、產(chǎn)品運維、產(chǎn)品迭代。在當前的發(fā)展趨勢下，智能制造技術發(fā)展速度飛快，推動智能產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)不斷進步，實現(xiàn)了從“數(shù)字一代”到“智能一代”的飛躍。例如，AI技術的研究與綠色應用可以使人工智能和機器人替代人類進行廢料的回收封存，進行最優(yōu)解的選擇與行動。而在創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)制造領域，借助虛擬仿真技術，也可以讓產(chǎn)品的研發(fā)應用過程更加低碳高效，實現(xiàn)以“新型技術”哺育“新型產(chǎn)業(yè)”的正向產(chǎn)業(yè)生態(tài)循環(huán)。

3）智能服務創(chuàng)新是智能制造設計創(chuàng)新模型的延展層，是一種以體驗為中心的設計創(chuàng)新模式，其需要通過不同方式讓用戶參與，從而共創(chuàng)價值。智能服務創(chuàng)新主要包含兩個方面：（1）制造業(yè)規(guī)模定制化生產(chǎn)[14]，未來的市場在互聯(lián)網(wǎng)的作用下，企業(yè)與客戶之間能夠直接就產(chǎn)品需求進行高效溝通，實現(xiàn)企業(yè)設計、生產(chǎn)、銷售、服務等活動的分解、消化，有利于生產(chǎn)資料的高效使用，從而增加產(chǎn)品的使用價值；（2）智能制造產(chǎn)業(yè)模式向服務型制造轉變[15]，高新智能技術的廣泛應用，使企業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的附加增值充滿了潛力，這無疑是巨大的商機，為制造業(yè)企業(yè)提供智能轉型方案及相關設備的服務機構將會應運而生，為產(chǎn)業(yè)鏈增添新的一環(huán)。

圖4 智能制造設計創(chuàng)新模型

3.2 宏觀層面智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展新策略

在智能制造設計創(chuàng)新模型的指導下，智能交互時代的智能制造創(chuàng)新設計發(fā)展策略可以從宏觀和微觀兩個層面進行探討。智能制造宏觀層面的創(chuàng)新設計發(fā)展策略主要包含設計環(huán)節(jié)、生產(chǎn)、服務、管理四個方面[16]。在設計環(huán)節(jié)，企業(yè)可以通過辦公場景營造策略、智能信息激活策略、跨學科交流策略、文化挖掘策略以及冒險試錯策略等幫助企業(yè)打造良好的工作環(huán)境，形成良好的制度架構，搭建企業(yè)與設計師、工程師間交流的橋梁，擴大產(chǎn)品的文化影響力，挖掘創(chuàng)意的深度價值并將其效益最大化；在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，企業(yè)可以使用CDIO本土化策略、數(shù)字化轉型策略、實驗室駐扎策略、跨學科管培策略、即時推薦策略以及價值設計策略培養(yǎng)員工的綜合設計能力，整合數(shù)字技術、流程和能力，及時洞察市場和用戶需求，為用戶提供最大的總價值和最具吸引力的經(jīng)濟效益；在服務環(huán)節(jié)，企業(yè)可以通過服務藍圖架構策略、接觸點分析策略、客戶旅程梳理策略、營銷介入的并行策略以及數(shù)字孿生策略等深入解讀用戶的體驗感受，通過精準地感知產(chǎn)品狀態(tài)并進行實時數(shù)據(jù)分析，可以最大程度地解決工業(yè)設計、制造、服務的復雜性和不確定性問題，從而實現(xiàn)科學決策；在管理環(huán)節(jié)，企業(yè)可以通過組建團隊策略、八二產(chǎn)輸策略、業(yè)務流程管理策略、知識管理策略、人才管理策略以及MVP構建策略等優(yōu)化設計團隊，提高設計團隊的工作效率，推動項目正向產(chǎn)出，打破設計約束，突破生產(chǎn)瓶頸，促使工業(yè)設計方法上升為一種指導思想，使工業(yè)設計更好地賦能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。例如，九陽作為小家電領軍企業(yè)，一直積極適應市場需求并調(diào)整企業(yè)策略。2020年，九陽電器正式開展數(shù)字化轉型，并推出了“一點兩面三端四化”運營戰(zhàn)略，計劃通過三個階段完成：消費者運營平臺的搭建、智能企劃和供應鏈智能補貨協(xié)同系統(tǒng)的構建，以及智能化決策能力的構建。

3.3 微觀層面智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展新策略

智能制造微觀層面的創(chuàng)新設計發(fā)展策略主要包括產(chǎn)品設計孵化、成長、成熟、衰退四個階段。在產(chǎn)品設計孵化階段，企業(yè)可以利用設計引領策略、價格驅(qū)動策略、高價低銷策略、低價低銷策略、并發(fā)工程策略等幫助企業(yè)最有效地打造高質(zhì)量產(chǎn)品并快速在市場立足；在產(chǎn)品設計成長階段，企業(yè)可以使用技術壁壘策略、體驗提升策略、市場細分策略、渠道拓寬策略、品牌優(yōu)先策略等快速拉開自己與競品間的產(chǎn)品差距，擴大產(chǎn)品的銷售面，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，重塑消費者對品牌的認知，提高企業(yè)產(chǎn)品在社會上的聲譽；在產(chǎn)品設計成熟階段，企業(yè)可以通過市場修正策略、特征改良策略、多元化營銷策略等手段，不斷迭代改進產(chǎn)品特色，提升使用體驗，拓展市場，增強并擴大產(chǎn)品市場份額。在產(chǎn)品設計衰退階段，企業(yè)可以采用維護策略、削減策略、撤退策略等方式，通過設計服務來減少產(chǎn)品成本，延長現(xiàn)有產(chǎn)品的壽命，開拓新領域并研發(fā)新產(chǎn)品。例如，過去的Dyson空氣凈化器都以隱藏式的數(shù)字顯示器作為唯一的界面，須通過報錯代碼提醒用戶產(chǎn)品狀態(tài)，這種設計的學習成本高，用戶無法及時明白代碼意義。新款Dyson凈化器通過增加LCD屏幕和整套視覺設計，直觀地表明產(chǎn)品狀態(tài)，給予用戶明確、優(yōu)化的操作指示（如圖5）。

圖5 Dyson空氣凈化器

4 設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑

智能交互時代對智能制造的發(fā)展提出了全新的要求。面對當前我國智能制造發(fā)展存在的問題及創(chuàng)新設計對智能制造發(fā)展的啟發(fā)，需要結合智能交互時代智能制造創(chuàng)新設計思維以及協(xié)同設計思維，以智能制造創(chuàng)新設計模型為指導，從宏觀、微觀兩個層面運用智能制造創(chuàng)新設計發(fā)展策略，構建設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑。

4.1 建立端到端的智能制造創(chuàng)新設計流程

當前，智能制造的研究重點主要集中在智能制造系統(tǒng)和技術兩方面，而企業(yè)智能設計管理問題往往被忽視。然而，智能交互時代智能制造不能僅局限于生產(chǎn)流程智能化的實現(xiàn)，還需要對企業(yè)內(nèi)部流程進行再造并實現(xiàn)企業(yè)設計管理的智能化。

1）統(tǒng)一智能制造管控流程。為了實現(xiàn)智能制造的創(chuàng)新設計與研發(fā)質(zhì)量，需要搭建水平與垂直兩套設計項目輔助管理體系，從不同的維度對智能制造過程中的設計進度與設計質(zhì)量進行管理。水平部分依靠項目經(jīng)理對進度實施跟進與把控；垂直部分通過在線評審、設計文檔等工具，輔助專業(yè)負責人把控設計質(zhì)量，通過設計管理系統(tǒng)進行自動定期的人力情況統(tǒng)計與設計在線評審。在矩陣項目組中設立設計總監(jiān)，加大設計師在項目中的話語權，定期把控設計質(zhì)量。

2）優(yōu)化智能制造管控體系。以工業(yè)設計思維為指導，結合云計算架構和平臺化設計思想，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)設計和管控體系；以服務設計理念為出發(fā)點，建立前店后廠式數(shù)字化設計體系，以實現(xiàn)前臺應用設計的敏捷化、共享化和后臺技術平臺的標準化，并通過標準化的設計組件來實現(xiàn)模塊化設計部署[17]。最后，以邏輯設計要義為核心，依據(jù)企業(yè)特有的業(yè)務模式和組織機構，構建將數(shù)據(jù)變?yōu)橘Y產(chǎn)并服務于業(yè)務的機制，建立適合自己的數(shù)據(jù)中臺，實現(xiàn)“設計+數(shù)據(jù)”雙賦能。

4.2 建構智能制造數(shù)字化轉型升級新模式

在智能交互時代，制造業(yè)可以利用數(shù)字化技術提高智能制造創(chuàng)新設計能力，并通過設計創(chuàng)新提高創(chuàng)新研發(fā)能力，從而實現(xiàn)制造業(yè)智能化、數(shù)字化、服務化轉型升級協(xié)同發(fā)展的需求，最終實現(xiàn)硬件、數(shù)字和服務元素的有機融合?；谥悄芙换r代的數(shù)字化和智能化發(fā)展趨勢，制造業(yè)在數(shù)字化轉型中，需要將設計創(chuàng)新與科技創(chuàng)新相融合，從而促進主營產(chǎn)品、業(yè)務的成功。作為一項復雜的系統(tǒng)設計工程，制造業(yè)首先需要構建宏觀層面的頂層設計戰(zhàn)略，描繪智能制造數(shù)字化愿景藍圖，將智能技術與工業(yè)設計相結合，制定具體的智能制造數(shù)字化轉型方法舉措、路徑和目標，明確項目規(guī)劃責任主體并指導實施。圍繞設備預測性維護、產(chǎn)品質(zhì)檢、人機交互、工藝參數(shù)優(yōu)化等場景，為制造業(yè)企業(yè)提供標準AI能力，助力智能制造數(shù)字化升級轉型。例如，通用電氣通過搭建自有數(shù)字孿生創(chuàng)新設計系統(tǒng)GENIX實現(xiàn)了數(shù)字化智能制造轉型。GENIX系統(tǒng)可兼容多平臺，為發(fā)電廠和發(fā)電機組提供以傳感器為源頭的數(shù)字化交互窗口，實現(xiàn)從管理人員到客戶的更高級別控制。同時，可以結合分析模型展開業(yè)務，對燃料價格和天氣狀況等不斷變化的狀況快速作出反應，提高資產(chǎn)性能、增強運營并改進能源交易決策，以創(chuàng)造額外的收入和降低成本的機會。另外，該系統(tǒng)還可以將組件與飛行員操作方式相結合進行系統(tǒng)化模擬飛行，從而提前預判飛機狀態(tài)，還可以通過對零件壽命的預測及分析，與供應鏈、機庫、燃料系統(tǒng)等進行聯(lián)動，完成航線系統(tǒng)的優(yōu)化（如圖6）。

1）建立面向智能制造的智能設計數(shù)據(jù)庫。對設計、加工、裝配等環(huán)節(jié)的制造活動進行數(shù)據(jù)采集，結合用戶行為、產(chǎn)品功效、使用場景以及終端反饋四個方面，建立產(chǎn)品設計需求模型與數(shù)據(jù)知識庫，將設計數(shù)據(jù)知識庫、動態(tài)傳感以及自主決策應用于各個制造子系統(tǒng)中，實現(xiàn)智能感知、智能決策及智能控制[18]。

2）確立產(chǎn)品智能設計范式。結合智能產(chǎn)品、智能制造、智能設計的層次與類型、智能方案設計、知識獲取和處理技術構建智能制造設計系統(tǒng)，確定智能產(chǎn)品的連接對象、功能定位、感知精度等因素[19]，實現(xiàn)對參數(shù)化設計流程的優(yōu)化，提高設計形態(tài)生成效率，確立智能設計范式（如圖7）。

3）打造智能工廠。提高制造業(yè)設計、研發(fā)和創(chuàng)新能力，建設智能辦公系統(tǒng)、智能制造單元、智慧供應鏈系統(tǒng)、智能產(chǎn)線、智能車間，對智能化信息進行可視化綜合應用，促進設計、生產(chǎn)、銷售、服務等環(huán)節(jié)的智能管控和互聯(lián)互通。

4）通過“設計+AI”構建智能制造可視化網(wǎng)絡體系。通過設計推理智能制造各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)要素之間的邏輯關系，借助在視覺信息處理方面的設計優(yōu)勢，將尖端技術、數(shù)據(jù)可視化技術及圖像信息數(shù)字化技術等進行綜合應用，構建智能制造信息可視化網(wǎng)絡體系，用“設計語言+智能創(chuàng)新技術”實現(xiàn)智能制造互聯(lián)共生。同時，在移動端、設備端和數(shù)字端上通過智能可視化方式，展現(xiàn)產(chǎn)品背后的“黑科技”，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

圖6 通用電氣數(shù)字化全生命周期轉型

4.3 培養(yǎng)智能制造行業(yè)柔性設計制造能力

在智能交互時代，智能制造產(chǎn)業(yè)想要構建較強的核心競爭力，就要通過工業(yè)設計提高小批量生產(chǎn)的能力，并通過設計管理提高智能制造供應鏈的敏捷反應能力，同時將設計思維與柔性制造方法相結合，為制造業(yè)提供強大的柔性設計制造能力：（1）機器柔性設計，通過設計需求分析，讓機器方便快捷地根據(jù)不同品類的個性設計需要調(diào)整相關參數(shù)，從而滿足生產(chǎn)需要；（2）工藝柔性設計，通過工業(yè)設計介入生產(chǎn)，使智能制造各類工藝設計流程可以在一定程度上適應原材料或零部件的變化，同時又能根據(jù)原材料和零部件的變化對工藝進行調(diào)整；（3）產(chǎn)品柔性設計，通過設計迭代思維構建智能制造產(chǎn)品柔性設計系統(tǒng)，以滿足產(chǎn)品更新迭代或新品設計研發(fā)的需要，同時新產(chǎn)品設計還可以繼承舊有產(chǎn)品的優(yōu)勢設計特性；（4）維護柔性設計，利用設計流程管理方法對智能制造產(chǎn)品設計研發(fā)及生產(chǎn)制造系統(tǒng)進行柔性設計維護，確保其高效穩(wěn)定運行；（5）生產(chǎn)能力柔性設計，通過大數(shù)據(jù)實時監(jiān)測訂單量變化，利用人工智能技術構建需求設計分析系統(tǒng)，將生產(chǎn)成本控制在可接受范圍內(nèi)；（6）運行柔性設計，根據(jù)設計管理優(yōu)化智能制造設計生產(chǎn)制造流程，通過不同的機器、材料、加工工序、工藝流程等實現(xiàn)系列產(chǎn)品設計生產(chǎn)（如圖8）。

4.4 打造智能制造創(chuàng)新設計協(xié)同集成平臺

智能交互時代智能制造創(chuàng)新設計開發(fā)的關鍵要素是集成、協(xié)作和靈活性。通過工業(yè)設計賦能構建協(xié)作集成平臺（如圖9），實現(xiàn)設計過程中功能、外形、階段等元素的有效同步，讓制造業(yè)生成集成解決方案，以更優(yōu)化的方式運營：（1）利用工業(yè)設計的跨學科屬性將參數(shù)智能計算、產(chǎn)品變型設計、工藝變型設計、虛擬樣機設計、多領域優(yōu)化設計以及智能過程控制等通過PDM系統(tǒng)集成接口整合構建成數(shù)字化虛擬設計制造集成平臺，縮短設計及制造周期；（2）通過現(xiàn)有產(chǎn)品的設計參數(shù)資料，根據(jù)軟件平臺的設計思想，對現(xiàn)有的參數(shù)進行修改，使之符合用戶的個性化設計需求，從而增強企業(yè)在市場上的主動權，并能對用戶的具體設計需求迅速作出反應。在收到用戶的訂單后，可以通過PDM系統(tǒng)的樣本庫進行查詢，如果有類似的例子，可以選擇已有的零件；如果沒有，則基于類似的案例，按照訂單需求進行智能計算，然后將計算的結果傳回系統(tǒng)平臺，通過知識管理技術的協(xié)同優(yōu)化，使設計和生產(chǎn)動態(tài)無縫連接，以完成產(chǎn)品系統(tǒng)配置、結構設計變型、多領域優(yōu)化、工藝變型設計、自動裝配、仿真測試等環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)整個設計流程的數(shù)字化；（3）根據(jù)產(chǎn)品特性對產(chǎn)品進行數(shù)字化設計，使產(chǎn)品設計與研發(fā)由文本化向數(shù)字化、高效化方向發(fā)展，提高產(chǎn)品的質(zhì)量與效率[20]。

4.5 構建智能制造創(chuàng)新服務設計系統(tǒng)

智能制造創(chuàng)新服務設計系統(tǒng)（如圖10）可讓制造業(yè)企業(yè)在檢驗階段用宏觀的系統(tǒng)思維方式結合設計思維找到產(chǎn)品薄弱點，探索新的發(fā)展機會并延長生命周期，其構建過程可以分為以下五個步驟：（1）確定產(chǎn)品創(chuàng)新服務設計系統(tǒng)的范圍，即企業(yè)設計出的產(chǎn)品和服務所要解決的問題是什么，能為用戶做什么；（2）團隊采用實地考察、用戶訪談、問卷調(diào)查等調(diào)研方式，建立當前產(chǎn)品服務的設計生態(tài)系統(tǒng)地圖，分析現(xiàn)有產(chǎn)品設計系統(tǒng)中存在的問題及其原因，在未來產(chǎn)品服務設計生態(tài)系統(tǒng)的構建中就可以針對這些痛點進行設計；（3）確定產(chǎn)品與服務的概念和設計方向，通過創(chuàng)新設計模式、商業(yè)模式、服務模式等重新設計、規(guī)劃、建立智能制造設計價值鏈和產(chǎn)品創(chuàng)新設計機制[21]；（4）構建企業(yè)內(nèi)外同創(chuàng)共享的開放式可持續(xù)設計創(chuàng)新體系。以用戶為中心，采取共創(chuàng)的設計方式，圍繞用戶體驗設計構建組織設計生態(tài)圈，同時以用戶旅程圖為依據(jù)，反復評估設計方案的影響，將設計方式由原有的設計師單一設計向蘊含群體智能的群智創(chuàng)新設計轉變[22]，實現(xiàn)體驗設計無縫化、員工模式創(chuàng)客化、組織設計無界化；（5）建立線上線下融合的設計服務平臺，讓設計師、用戶和制造企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)進行溝通和協(xié)作，提供全方位的設計服務，從而實現(xiàn)設計過程的“零距離”以及設計、生產(chǎn)和銷售的無縫銜接，能夠低成本快速滿足用戶個性化需求。例如，作為專注于研發(fā)全屋互聯(lián)網(wǎng)家電的云米，十分重視線上產(chǎn)品銷售及線下體驗店的區(qū)分和協(xié)作，在線上主推“科技潮牌”的爆款產(chǎn)品；在線下依托“大商大店”的場景體驗式門店，提供“一站式全屋智能”解決方案和交互主導的產(chǎn)品[23]。

4.6 形成智能制造設計教育新范式

1）校企聯(lián)合建立智能制造創(chuàng)新設計實驗平臺。以“創(chuàng)新設計+智慧制造”構建智能制造創(chuàng)新設計實驗平臺，結合虛擬制造、數(shù)字孿生、元宇宙等技術搭建智能制造虛擬工程實踐平臺，打造虛擬設計空間，開創(chuàng)逆向產(chǎn)品設計流程。同時，搭建跨學科、跨專業(yè)、多層次、多模式的智能制造設計實訓平臺，融合創(chuàng)意設計、概念設計、智能制造、移動服務、品牌提升等方面，形成一套覆蓋全生命周期的創(chuàng)新設計實訓體系。

2）政企校三輪驅(qū)動形成智能制造產(chǎn)教融合新模式。政府、企業(yè)和高校應該深入推進創(chuàng)新設計、數(shù)字創(chuàng)意設計和智能裝備深層次的融合發(fā)展，在設計研學、產(chǎn)業(yè)基金、平臺建設、智慧制造標準建設、品牌創(chuàng)建等方面展開合作。將智能產(chǎn)業(yè)轉型的結構性需求和教學緊密結合，共同探索和開拓產(chǎn)學研合作的新模式，通過協(xié)同創(chuàng)新設計，對全產(chǎn)業(yè)鏈進行服務，在全球范圍內(nèi)建立智能制造創(chuàng)新設計教育新生態(tài)，持續(xù)推動創(chuàng)新設計教育高質(zhì)量發(fā)展，促使設計教育轉型，培養(yǎng)復合型智能制造創(chuàng)新設計人才[24]。

圖9 虛擬設計制造協(xié)同集成平臺

圖10 智能制造創(chuàng)新服務設計系統(tǒng)

3）建立智能制造創(chuàng)新設計教育資源共享平臺。將高校的設計創(chuàng)新能力、政府宏觀調(diào)控能力與企業(yè)智能制造的生產(chǎn)實踐相結合，建立創(chuàng)新設計教育資源共享平臺，為企業(yè)智能制造提供全生命周期的設計服務，使企業(yè)能夠正確分析產(chǎn)品開發(fā)周期，合理調(diào)配資源，從而加強數(shù)字化設計、提高產(chǎn)品開發(fā)效率、提升消費者感知價值。

5 結語

如今，我國智能制造產(chǎn)業(yè)已然站在了經(jīng)濟發(fā)展方式轉變與新時期科技和產(chǎn)業(yè)革命的歷史交點，正處在增長動力轉換、發(fā)展方式轉變、經(jīng)濟結構優(yōu)化的關鍵時期[25]。為推動智能交互時代中國智能制造的創(chuàng)新發(fā)展，必須從宏觀和微觀兩個層面出發(fā)，結合創(chuàng)新設計思維和協(xié)同設計思維，實現(xiàn)制造業(yè)智能產(chǎn)品創(chuàng)新、智能生產(chǎn)創(chuàng)新、智能服務創(chuàng)新以及跨部門協(xié)同、跨企業(yè)協(xié)同、跨學科協(xié)同，從而促進中國智能制造朝信息化、智能化、集群化、數(shù)字化方向發(fā)展。

通過對智能制造的創(chuàng)新設計發(fā)展現(xiàn)狀及動態(tài)趨勢進行分析，總結出適用于智能交互時代的智能制造協(xié)同創(chuàng)新設計思維模式，并以此為指導，構建了智能制造設計創(chuàng)新模型和發(fā)展策略，探索了設計賦能智能制造創(chuàng)新發(fā)展的可行性路徑。

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Innovative Development Path of Intelligent Manufacturing Empowered by Design in the Era of Intelligent Interaction

HAO Ning-hui, LIU Xiao-tian

(Central Academy of Fine Arts, Beijing 100105, China)

The work aims to summarize the strategies and paths for the innovative development of intelligent manufacturing empowered by design in the era of intelligent interaction. Based on the background of intelligent interaction era and guided by innovative design thinking, the development strategies and paths for innovative design of intelligent manufacturing were discussed from the aspects of the development status, dynamic trend and relevance with innovative design of intelligent manufacturing. Under the guidance of innovative design thinking, the innovative design model and development strategy of intelligent manufacturing, as well as the feasible innovative development paths of intelligent manufacturing empowered by design were summarized. Guided by the innovative design thinking of intelligent manufacturing, the six feasible innovative development paths of intelligent manufacturing empowered by design are concluded, including innovative design process, digital transformation, flexible design and manufacturing, collaborative integration platform, innovative service system and new paradigm of design education.

intelligent manufacturing; intelligent production; innovative design; design thinking; design methods

TB472

A

1001-3563(2023)12-0039-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.12.004

2023–01–30

國家社科基金藝術學重大課題“信息時代智能化設計創(chuàng)新方法論研究”階段性成果（22ZD17）

郝凝輝（1980—），男，教授，博士生導師，主要研究方向為工業(yè)設計、信息交互設計。

責任編輯：馬夢遙