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设计的进化与面向未来的中国创新设计
发表时间:2015-03-09 15:21来源:《装备制造》 字体:[][][] [打印] [关闭]

    认知设计进化历程,展望知识网络时代的未来,对实施创新驱动发展战略,实现从制造大国向创造强国跨越,建设创新型国家意义重大。

        文 路甬祥

        路甬祥,中国科学院院士、中国工程院院士,流体传动与控制专家。曾任浙江大学校长、中国科学院院长、中国科学院学部主席团执行主席、全国人大常委会副委员长。  

        设计是人类对有目的创造、创新活动的预先设想、计划和策划,是具有创意的系统综合集成的创新、创造。设计也是将信息知识和技术创意转化为产品、工艺装备、经营服务的先导和准备,并决定着制造和服务的价值,是提升自主创新能力的关键环节。认知设计进化历程,展望知识网络时代的未来,对实施创新驱动发展战略,实现从制造大国向创造强国的跨越,建设创新型国家意义重大。

        文明的进化

    人类与其他动物最本质的区别是能够思维和创造,人类在劳动中设计创造了工具,创造了物质文明和多样文化并不断进化发展。人类社会文明进化的基础和核心是生产力的进化和变革。生产力的进化和变革,推动社会经济形态和生产方式的变革,并引领生活方式、价值文化、社会结构和治理方式、人与自然关系的进化。而构成生产力的基本要素是资源能源和材料、工具装备、掌握知识技能的人才和人力资源。设计创造、尤其工具装备的设计创造是信息知识和技术创意转化为生产力的关键环节,在人类进入文明时期,特别是在生产力和经济形态发展进化中发挥着基础和关键的作用。正是由于工具装备的创新和资源利用方式的进步,推动了人类从农耕自然经济经过工业经济向知识网络经济进化。

    人类依靠利用自然资源制作简单工具,创造形成了延绵几千年,以古希腊、古罗马、古埃及、古巴比伦、古印度和古中国为代表,以农业和手工业为特征的自然经济和各具特色的多源农耕文明。人们开发利用矿产资源,创造了以现代能源动力,机械化、工厂化制造,现代运载通讯等技术创新为主导,以机器大生产为特征的现代工业文明和多样文化传承与发展。始于上世纪中叶的半导体、集成电路、计算机、因特网等电子信息技术创新和应用,使人类进入了以信息化、数字化、机械电子一体化为特征的后工业时代,并开启了人类知识网络文明的序幕。纵观人类社会文明进化史,从原始蛮荒时代、农耕文明时代进化到工业文明时代,今天已经步入了主要依靠信息、知识大数据,依靠人的创意、创造、创新,通过全球网络设计制造和服务,实现以绿色低碳、科学智能、全球共创分享、可持续发展为特征的知识网络文明时代(如图一所示)。

    

    图一 文明的进化——从农耕时代到知识网络时代

    设计的进化

    设计是人类对有目的创造、创新活动的预先设想、计划和策划,是具有创意的系统综合集成创新创造。农耕时代的设计和手工业制造,适应农业自然经济和奴隶社会与封建社会的经济、社会、军事、宗教和文化等需求,创造发展了农耕文明。工业时代的设计、发明和创造,引发了第一次工业革命和第二次工业革命,导致了机械化、电气化、电子化、自动化,实现了生产力的大飞跃,适应和促进了市场经济的多样需求,创造了现代工业文明。今天和未来的设计创新,将适应和引领知识网络时代的经济社会和文化需求,促进引发新产业革命,将导致网络化、智能化、绿色低碳、全球共创分享、可持续发展。

    面向制造服务的设计致力于创新资源、能源和新材料开发利用,致力于创新交通运载、制造装备、信息通讯、农业生物、社会管理与公共服务、金融商业、生态环保、公共与国家安全等装备与服务,设计还创造宜居环境和美好生活。

    上世纪二十年代兴起的工业设计倡导技术、艺术、经济的结合,实现功能与形态、性状与价格的优化,提升产品价值和竞争力。

    设计创造推动社会文明进步,设计也随着文明进化而发展进化。设计的价值理念、方法技术、人才团队等也不断持续进化。设计是制造服务的先导和关键环节,它决定了产品的功能品质和全生命周期的经济、社会、文化和生态价值。设计创新产品、工具装备、制造方式、经营服务,不仅创造和提升价值,提升企业品牌信誉和市场竞争力,还可以创造引领新的市场和社会需求。设计不仅推动着生产和生活方式的变革,标志着物质文明进化的程度,也承载反映了社会精神文化进化的水平。设计创造美好生活、创造美好未来,促进引领着人类文明持续发展的进程。探究设计进化的历史,对于认知设计进化发展的规律,展望设计进化的未来,提升我国设计创造的能力,实施创新驱动发展战略,促进从制造大国向制造强国跨越,建设创新型国家具有十分重要的意义。

    以下我分领域详述和展望设计的进化:

    ——动力系统设计的进化。农耕时代,主要设计利用人畜力和水、风等为原动力的简单机械动力装置;工业时代,人们设计创造了蒸汽机、水轮机、汽轮机、电动机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机、风力涡轮机等动力系统;知识网络时代,人们将致力于设计创造绿色低碳、智能高效,具有可再生、可回收、可存储、可控制、可分配、自适应、分布式的能源和动力系统。

    ——设计利用材料的进化。农耕时代,主要直接利用或经简单加工的土石、竹木、帛麻丝、皮革等天然材料;工业时代,人们依靠开发利用钢铁和有色合金、无机非金属、有机合成与高分子等多样性能优良的结构材料和复合材料、以及光电子、微电子等先进功能材料等;知识网络时代,将依靠设计创造超常智能结构功能材料、绿色可再生环境友好材料、纳米和低维结构功能材料、生物和仿生材料等。

    ——设计利用资源能源的进化。农耕时代,主要依靠土壤、阳光、水、动、植物等自然资源,依靠人畜力和薪柴、水力、风力等天然能源;工业时代,主要依靠开发利用金属、非金属等矿产资源,依靠煤炭、石油、天然气等化、石能源,依靠火电、水电、核能等集中规模化发电的电力系统;知识网络时代,将转向主要依靠信息知识大数据和人的创造力,实现金属、非金属、生物质等物质资源清洁高效、循环持续利用,将转向依靠水力、风力、太阳能、生物质、海洋能、地热等分布式可再生能源为主和核能等清洁智能可持续能源体系。

    ——交通运载设计的进化。农耕时代,利用天然土路、水道,设计营造路桥、驿道、栈道、索道、运河等,主要依靠步行和人畜、风力、车舟等交通运输方式;工业时代,人们设计发展了公路、铁路、缆车索道、桥隧、运河、高速公路、油气管道、传送带、海洋、空中航道等交通网络,发明并设计创造出以蒸汽、内燃、电力为驱动的汽车、火车、轮船、飞机、运载火箭等现代运载工具;知识网络时代,人们将设计创新发展高速公路、高速轨道、陆海空天等全球综合智能交通物流网络体系。

    ——农业与生物技术产业设计的进化。农耕时代,主要依靠土地、阳光和水等自然资源,依靠简单手工工具进行漁猎、种植、养殖和农产品简单手工作坊加工等生产方式;工业时代,人们致力发展优良品种,农药、农肥等农业生产资料,设计建设水利灌溉等基础设施,提高农业生物技术产业的生产力;知识网络时代,将发展先进农业生物技术,依托网络和知识信息大数据发展农业与生物技术产业云服务体系,设计创造绿色、智能农业生物技术设施和服务体系,发展生态高效农业和生物产业。

    ——制造方式的设计进化。农耕时代,人们使用简单工具,依靠家庭作坊和手工业工场方式,设计与手工艺制作紧密结合,融为一体;工业时代,发展进化为工厂化、专业化、批量化、自动化和数字化柔性制造方式,设计与制造分离,设计工程师成为专门职业。设计服务并服从于制造,设计必须考虑制造可能性;知识网络时代,将发展进化为依托网络和知识信息大数据的全球绿色、智能制造与服务方式,设计与制造重新融合。制造者、用户、行销、运行服务者乃至第三方皆可共同参与。3D打印等技术创新,使得能创意设计出来的,几乎都能够被制造出来,设计将变得更加自由。

    ——信息通讯的设计进化。农耕时代,主要依靠结绳、刻痕、算盘等手工记事和计算,依靠烽火台、信使、驿站等通讯手段,传递的信息量少,存储能力和转输速率低,传播距离短,分享程度低;工业时代,依靠邮路、电报、电话、数字、无线,铜缆、光缆、蜂窝网、GPSGIS、因特网、物联网等信息基础设施,发展形成数字网络、快捷海量,从点到点发展到IP协议包传输等。但在控制领域,仍局限于单机局域信息和人工智能;知识网络时代,则依靠无处无时不在的无线宽带互联网、物联网和智能终端等更先进的信息基础设施,将发展成为全球智能、安全可靠、无线宽带,共创分享、多样无限的大数据,云计算、云储存和云服务系统。

    ——生态与人居环境的设计进化。农耕时代,主要利用天然材料,设计建造民居、道路、寺庙、宫殿、园林、村落、城镇等,人的生存发展方式和自然生态环境总体和谐;工业时代,利用混凝土等人造建筑材料,规划设计建造现代城市住宅、公共建筑、公园绿地和基础设施等形成现代城市,由于生产力快速发展,利用、开发、征服自然的观念滋长,生态环境受到严重破坏,受到人们的关注和重视;知识网络时代,保护修复生态环境,创造宜居环境,发展以绿色低碳、智慧和谐为特征的城镇化成为目标,生态环境和全球气候变化倍受关注,保护修复生产环境、绿色低碳、可持续发展成为设计师的基本伦理和设计的基本原则。

    ——社会管理与公共服务的设计进化。农耕时代,从原始公社氏族社会奴隶社会进化为封建国家的社会治理,取决于国家制度设计进化和公众参与方式,但总体以封闭性、局限性、保守性为特征;工业时代,进化为以市场经济为基础和民主法治的社会管理,发展进化为制度化、社会化、专业化、信息化特征;知识网络时代,进化为高度依托网络与知识信息大数据,更加自由民主、更加公平法治、更加智慧和谐的社会管理,将发展进化为更加科学民主、公平公正、普惠高效为特征的管理与服务。

    ——公共和国家安全的设计进化。农耕时代,主要关注领土、主权、财产、统治权的安全,主要依靠人力和冷兵器、城垒、沟壕等防御工事攻防;工业时代,发展进化为经济安全、资源能源安全、食品药品安全、信息安全、公共与公民安全、生态环境安全等,发展进化为机械化、装甲化、信息化,兵员和火力投送、制海空天能力等为主要标志的现代化;知识网络时代,信息网络安全成为公共与国家安全的核心和关键环节,综合国力、制度与执行力、科技创新能力、公共与国防安全基础设施和信息、海洋空天攻防能力等成为关键和战略制高点。

    随着人类社会的文明进化,设计的价值理念、方法技术、人才团队也持续进化:

    ——设计价值理念的进化。农耕时代的设计,模仿自然,注重实用功能,崇尚自然美,契合社会伦理,创造成就了农耕文明;工业时代的设计,注重功能效率,主张设计为了人,强调技艺结合,发展人机功能学,适应工业化、标准化、模块化生产,追求性价比,适应市场竞争需求,创造品牌价值,注重保护生态环境,创造了工业文明;知识网络时代的设计,融合科学技术、经济社会、人文艺术、生态环境等知识信息大数据,注重创意、创造、创新,更加重视用户体验,追求经济、社会、文化、生态综合价值,重视全球网络协同设计,追求绿色低碳、科学智慧、共创分享、可持续发展,将创造知识文明。

    ——设计方法技术的进化。农耕时代的设计,主要靠手工方法,只使用简单工具;工业时代的设计,发展了计算、平面、透视、三维等设计技法,测绘、建模、实验、仿真、CAD/ CAE/CAPP等方法,使用数据库、设计工具、计算机和软件、数字物理仿真、2D/3D打印设备等;知识网络时代的设计,依靠知识、信息大数据,云计算、虚拟现实、3D打印等,实现全球网络协同设计,发展超级计算、超级存储、3D+X演示与打印等云计算、云服务等网络设计工具软件和协同设计平台。

    ——设计人才团队的进化。农耕时代的设计者,主要靠个人天赋、爱好、学习、训练和经验,主要依靠家庭和师徒传承,工匠即设计师;工业时代的设计师与团队,依靠学校培养训练,掌握知识基础,需要技术和艺术的结合和团队合作,出现专业设计师、专业设计团队、设计公司、设计学科、设计学院、学会,协会等;知识网络时代的设计师,更需要科学技术、经济社会、人文艺术、生态环境等多方面的知识和多学科交叉融合,多样人才团队的协同与合作,基于网络大数据、云计算、云服务、3D+X打印等开放共享环境,使得人人可以参与设计、可以成为设计师。

    为了全面认知设计的价值,我们应该想一想关于设计进化中几个值得思考的问题:

    1、为什么历时数千年农耕时代的传统设计却未能导致社会生产力的根本变革?

    2、是哪类现代设计导致了第一次工业革命和第二次工业革命?

    3、设计怎样创造美好生活?怎样推进、引领了工业时代的文明进步?

    4、怎样的创新设计将可能推进、引领知识网络时代的新产业革命、发展方式转型、人类文明持续发展的进程?

    农耕时代的传统设计关注服装、器皿、傢俬、礼器、兵器等实用功能和形式美。由于材料和加工能力等局限,只能利用人力与畜力,小规模利用水力和风力,没有能够在能源动力方面取得突破。虽然在选用材料方面取得了从天然土石、竹木、纤维、皮革进化发展到制作陶瓷、玻璃、青铜、铁器等,但始终没有能在材料科学和冶金技术、能源利用和动力机械设计制造等方面取得创新突破。农耕时代更没有能在高效、精密工具装备设计制造方面取得突破。

    钢铁冶金装备的现代设计与发明为机械化、工业化提供了大规模优质金属材料的基础。是蒸汽机设计与发明实现了能源动力的变革,金属切削机床、纺织机械等工具装备和工作机械的设计与发明,突破了机械化、工业化制造,火车、轮船等设计与发明导致了交通运输能力的飞跃……由此引发了第一次工业革命,使英国崛起成为日不落帝国,也使人类进入以蒸汽为动力的机械化、工厂化、规模化生产为标志的工业时代。

    工业时代人们创造利用性能优异的合金、水泥、玻璃、陶瓷、高分子和复合材料等,设计创造了动力机械、现代运载工具和交通基础设施、现代通信工具与网络设施、科学仪器与测试设备、高效精密数控机床、先进医疗保健设备、金融商务机器、质优价廉的生活用品等,满足经济社会发展和人们生活的多样需要,改善了工作效率和生活品质。同时,人们不断创新设计理念与方法,设计创造了风格功能各异、优美舒适、环境宜人的建筑与城镇规划。上世纪二十年代兴起的工业设计,注重运用工程学、美学和经济学原理优化工业产品设计,满足用户的物质和精神需要,提升产品价值和竞争力。正是发明与创造、设计与创新,推动引领了工业文明的进程,创造了幸福美好生活。

    未来创新设计与智能制造将导致新的产业革命。如果说,工业时代的现代设计主要基于物理环境,全球知识网络时代的创新设计将基于全球信息网络 · 物理环境。未来的创新设计将导致绿色、智能、超常、全球、网络协同,个性化、定制式创造与智造。未来的创新设计将创造全新的网络智能产品、工艺装备、网络智造和新的经营服务方式。未来的设计制造将超越数字减材与增材、无机与有机、理化与生物的界限。未来的设计制造将创造清洁、分布式可再生能源为主体的可持续能源体系与智能能源和电网系统。

    人类文明和设计的进化可以综合为(图二)所示。我们可以将农耕时代的传统设计表征为设计1.0”,工业时代的现代设计表征为设计2.0”,全球知识网络时代的创新设计表征为设计3.0”。与之相应,诞生于工业时代的工业设计1.0”自然也将进化为全球知识网络时代的工业设计2.0”。它们将伴随着全球网络,科学技术、经济社会、文化艺术、生态环境等信息知识大数据等创新发展,设计价值理念、方法技术、创新设计人才团队和合作方式也将持续进化发展。

    面向未来的中国创新设计

    经过三十余年的改革开放、引进、消化、吸收、创新快速发展,2013年,中国制造已占全球制造的20%以上,居世界首位。中国制造不仅为13亿中国人民,也为全世界提供了物美价廉的多样产品,中国已成为举世公认的制造大国。嫦娥奔月、北斗导航、蛟龙深潜、航母入列、高铁成网、大运升空、超超高压直流输电投运等标志着中国重大工程装备系统集成创新和设计制造能力已居国际前列。

    但我们也必须清醒地看到:多数中国制造企业自主设计创新能力弱,多以OEM和跟踪模仿为主,制造服务的附加值低,仍处于全球制造产业链的中低端。高端数控机床、集成电路、民航客机、航空发动机、科学与医疗仪器、高端基础关键零部件等仍严重依赖进口。中国自主设计创造并引领世界的重要产品、高端制造装备、经营服务模式少。因自主创新设计创造的国际著名品牌,成为享誉国际的著名企业少。我国还不是设计创造强国。由美国引发波及全球的经济衰退和艰难复苏,必将加速科技创新和产业变革进程。奥巴马在2014年《国情咨文》中提出:要使下一次制造革命在美国发生。德国推进以网络智能技术创新为核心的工业4.0”。日本重点发展协同机器人和无人化工厂,提升竞争力。随着发达国家回归实体经济,资源、能源和人力资源等要素成本的上升、中国制造将面临发达国家重振高端制造和新兴发展中国家低成本制造竞争的双重挑战。我国自然秉赋人均资源储量低于世界平均水平,粗放发展又付出了巨大资源环境代价,资源能源对外依赖程度逐年上升。生态环境约束加剧,水、土壤、大气污染严重。过度依赖要素投入、以牺牲生态环境为代价的传统粗放发展方式难以为继。未来10年将是我国全面深化改革,实现发展方式转型,提升发展质量效益,实施创新驱动发展战略,迎接新产业革命的机遇和挑战,加快创新型国家建设的关键时期。

    图二 设计的进化:从传统设计现代设计创新设计

    创新设计将促进引领全球知识网络时代的创意、创新、创造,将提升个人、企业和国家的想象力、创造力、创新竞争力和绿色智能、科学和谐、可持续发展的能力,将引导、促进原始创新、关键技术创新、引进消化吸收基础上的自主系统集成创新、管理制度的创新,将创意、创新、创造引领世界的产品、工艺、装备、经营服务模式。创新设计将引领创造绿色低碳、智能中国制造,创造绿色低碳、网络智能的中国制造产品,创造绿色低碳、网络智能的制造服务方式,创造清洁、可再生能源新装备和安全、坚强、智能的电网体系,创造绿色低碳、智能高效的资源、环保、农业装备和技术支撑体系,创造绿色快捷、安全舒适的运载工具和交通物流系统,创造网络智能的金融商业、医疗教育等商业及公共服务基础设施,创造信息化、网络化、智能化的公共与国家安全装备和技术支撑体系。

    提升我国创新设计能力,必须将创新设计列为国家创新驱动发展战略的重要内容,制订实施创新设计战略行动十年计划和路线图。增加国家、企业、社会对创新设计的投入。国家着重支持与创新设计制造相关的基础前沿和共性技术研究和开发,着力支持信息知识大数据和云计算、云服务。构建一批各具特色的创新设计重点实验室、工程技术中心和CAD/ CAE/CAPP3D打印等网络公共技术支撑服务平台。完善、鼓励、扶持创新设计的相关政策,保护知识产权,设立创新设计基金,鼓励、引导金融投资机构投资创新设计与产业,支持和鼓励企业重视和增加对创新设计和研发的投入,促进企业为主体的产学研创新设计联盟,着力提升重点领域的创新设计能力。

    扶持设计创客的创新和创业,支持小微设计企业发展。支持设立创新设计园区和专业设计网站和网络,促进形成设计人才和设计产业的集聚区。

    发挥好设计学术、行业组织、产业联盟的作用,促进学术、技术交流培训合作,奖励优秀设计和人才团队,举办设计展览和论坛促进多种形式的国际设计交流合作,引进国际优秀创新设计人才和先进设计企业,培育若干创新设计引领发展的国际著名企业,在区域和国际有影响的设计园区、国际创新设计之都。

    必须从娃娃抓起,从幼儿园开始培育鼓励青少年探索求知、设计创造的意识和能力。改革创新设计教育,促进学科交叉融合,促进理论与实践的紧密结合,着力培育提升创意、创造和创新能力,构建有中国特色的创新设计职业和继续教育体系。

    必须充分发挥媒体作用,通过开辟创新设计专栏,宣传中国好设计案例等,在全社会普及创新设计理念和方法,提升创新设计文化自觉和自信,在全社会创造重视、支持、鼓励创新设计的良好文化氛围。本文来源:《全球化》2014年第6期 

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责任编辑: 赵丹