系统学理论下的创新产品设计论文

1系统学理论与设计创新

系统学的基本理论是以系统论、信息论、控制论、运筹学的共同理论为基础，综合吸收了耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论等系统理论的基本思想，并不断发展、完善。它既是方法学理论，也是一整套科学理论。系统学理论被广泛应用在自然科学和社会科学领域。其主要作用是使人们对客观世界形成系统的，整体的认识观念，认识系统的规律，对客观系统达到有效控制。其研究和工作方法是定性、定量相结合的系统方法。以系统的整体性、层次性、开放性、目的性、稳定性、突变性、自组织、相似性、不可逆性为原理［6］，以系统的结构功能相关律、信息反馈律、竞争协同律、涨落有序律、优化演化律为基本规律，系统学原理及规律对客观世界具有普惠性，这种普惠性涵盖了工业设计创新方法的研究［7］。设计从系统结构与结构分层认识创新，从系统的目标思考创新，从系统开放性的物质、能量、信息输入寻找创新手段，从系统的升级与突变实现创新。设计创新的过程是改变产品的功能、技术、形态、品质、服务及用户的过程，影响着从市场—产品创新—产品生产—市场的系统结构。在该过程中，判断力来源于系统外部信息的综合反馈，包括市场反馈、技术反馈、功能反馈、价格反馈、美感反馈、品质反馈、同类竞争反馈等，也来源于系统内部的构造子系统间的熵的反馈。通过反馈，控制系统内部及系统与外部竞争和协同，使系统的发展演化沿着既定的目标发展。实现系统处于不断地演化之中的优化，从而实现耗散最小而效率最高、效益最大的过程。

2产品设计创新的系统求解

产品设计创新的过程是循环发展、螺旋上升的过程，在该过程中，需要创新的观念、理论及工具，也需思考创新与功能、技术及文化艺术之间的问题。通过系统集成、系统协同、系统联动，架构清晰的创新路径，实现最终设计创新。创新是分析社会需求，提出产品设计创新问题，确定创新目标，实现产品升级的功能、技术、艺术的集成创新，需要创新思维求解、创新的技术策略求解、创新的艺术策略求解等。

2．1产品设计的思维创新

产品设计创新首先是思维创新，实现思维创新就要建立系统思维体系。从系统思维的结构分析，思维分为逻辑思维、形象思维、辩证思维、灵感思维［8］。结合线性和非线性的推理性、多向性、跨越性、综合性链接，形成了创新思维。

2．2产品设计的技术创新

功能是产品设计的核心和本质，具有明确的物理和技术特征，它是设计创新的关键。功能具有明确的系统结构。创新的过程是完善产品的功能，首先围绕着产品的主要功能，然后是系统分层的子功能。产品的功能依附在技术系统上，这样，功能创新的实质即技术创新。功能创新首先要进行功能分析，分析出现问题的技术系统，列出该技术系统的所有组件；分析系统组件之间的关系，建立结构模型，将组件之间的关系转化成功能，建立功能模型。功能的技术解决建立在资源分析、矛盾求解的基础上。产品设计的技术创新资源包括自然资源、时间资源、空间资源、系统资源、物质资源、能量资源、信息资源等。这些资源及其派生资源、差动资源（差动物质资源、差动场资源）在设计应用时受数量、理化性能、质量、价格、范围、对于应用的准备等因素的影响，并与相应的技术创新产生矛盾，在矛盾的过程中创新出现多种趋向。创新矛盾的多趋向性显现了矛盾的复杂性，但矛盾的系统分层、矛盾的原理、矛盾的特性类型是有限的，在TRIZ理论体系中，解决矛盾的原理归纳为40个创新发明原理，例如：动态化原理、不对称原理……，矛盾的特性类型归纳为39个通用工程参数，例如：物体的质量参数、压力参数、能量参数……。设计创新的矛盾一般表现为技术矛盾，技术矛盾指一个作用同时导致有用及有害的2个结果，也指正面作用引入和负面作用消除导致的一个或几个子系统的破坏，它一般表现在一个系统中子系统之间的矛盾。解决技术矛盾的具体措施：（1）确定主要的功能创新，通过分层列出其关键子系统及各种辅助功能，对待设计的功能的操作进行描述，确定系统应改善的特性、应该消除的特性，将涉及的参数按标准的39个工程参数重新描述。（2）对技术矛盾进行描述，如果某一工程参数要得到改善，将导致哪些参数恶化。（3）对技术矛盾进行另一种描述，假如降低参数恶化的程度，要改善的参数将被虚弱，或另一恶化参数的恶化程度将被加强。（4）在矛盾矩阵中由矛盾双方确定相应的矩阵元素。（5）将这些措施确定为可用的发明原理，将原理按照40个创新发明原理重新描述，将所确定的原理应用于解决设计创新的问题，找到评价并完善的概念设计及后续的设计［9］。

2．3产品设计的系统创新

用户在购买产品时一般关注产品的外观、品质、功能、价格［10］，这构成了产品的高级物场系统，在这个过程中，来源于人的场是“体验”，来源于产品的场也是“体验”，这个体验过程是由整体到局部的过程；由宏观到微观的过程；由外观到功能的过程；由直观感受到价值判断的过程，它是从外观—品质—价格—功能的过程。体验包括空间体验、形态体验、材质体验、人机体验、技术体验［11］、情感体验［12］、功能体验、价值体验［13］。这些体验是感性判断到理性判断的过程。产品的系统创新要求体现在价值、外观、功能、技术方面，产品的系统创新分为产品的升级创新和科学技术发明原始创新两种方式，这两种形式的过程是相反的。产品的升级创新过程是：人—体验—目标追求、产品—体验、人—产品—体验，体验分外观体验、情感体验、技术体验、功能体验、价值体验等5个子系统，36个体验要素，36个体验要素以创新目标和价值的升级的要求进行矛盾博弈，最终实现理想的产品升级创新。苹果iPadAir（图4）的创新是人围绕产品的一种体验。体验的目标是实现外观简洁、功能全面、操作方便，便于携带，从而使产品实现价值提升，这种目标在产品上体现出外观与功能的矛盾，这种矛盾解决是外观、功能、技术的系统博弈，外观精微、功能强大需要新材料、新技术和新工艺，需要技术集成、技术控制的创新，这种创新是外观与功能的技术进步过程。iPad产品的尺寸越缩减，性能就越难提升，越难保持电池电量的使用时间，这样就出现了矛盾，但为使产品更轻盈、更小巧，另一方面还要使功能更强大，只能通过外观、功能的设计来促进技术的进步，经过系统博弈，最终出现了产品创新。在外观上，整体体积比上一代iPad减小了24％（近1/4），机身厚度仅有7．5mm。在材料上采用铝金属unibody一体成形，使机身在轻巧之余不失坚固，并且赋予了简约之美。独特的斜边由单晶金刚石削切而成，容差控制在微米级别，从而弱化了机身边缘的突兀感，使机身整体柔和自然。在功能与技术上，虽然产品的空间缩减，但性能倍增，核心部件采用全新的A7芯片与M7运动协处理器。为随身方便携带而进行设计，采用两条天线支持MIMO（多输入输出）技术。在软硬件的协作上体现出了完美的统一，iOS7的交互界面设计简洁直观，方便人们简单的使用［14］。产品原始创新的过程如下：科技原始创新—原始创新形态描述（微观的、虚拟的、数字化的［15］……）—科技产品—外形、功能、市场—体验—观念（人），如图5所示。在该过程中，技术的进步对产品形成颠覆性的影响，直接改变人的观念，这个观念又可作用于产品的升级创新过程，形成对工业产品设计的整体联动效应，实现产品的不断创新发展。

3结论

产品设计创新是复杂的系统创新，它需要有创新的观念、理论、工具及方法体系，也需要功能创新、技术创新、艺术创新的具体对策。创新有明确的整体性、层次性、开放性、目的性、不可逆性特征，也有矛盾博弈、系统协同、系统集成、系统联动、系统优化的创新过程。产品设计创新是功能、结构、技术、形态的内涵创新，也是从市场需求、产品设计、品质控制、销售策略、经济收益的整体创新。通过系统的创新方法研究，可使产品的设计理念更超前、功能更完备，技术更先进，外观更美观，产品更有价值，更具市场竞争力。

作者：李正军王浩鑫艾婷婷工作单位：沈阳航空航天大学设计艺术学院