徐志磊院士报告ppt

据、利用数据的能力有一个质的飞跃。信息服务产业
成为发达国家经济转型的主要支柱。
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
计算科学与工程
计算科学通过计算建模模拟（ M&S ）为设计创新提供重 要的设计手段
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
基于科学的工程模拟
计算模拟是工程设计的极好工具，以模拟为基础的优化设 计方法将使产品设计水平有空前的提高
和策划； “设计”始终引领和伴随着创造发明的始终，使之成为有 用的人工物； “设计”的驱动力在于不断寻求对人工物的创新、改进， 使之合乎“需求”—更方便、更经济的有用物品； 器具和工具不断变化的原因在于“还不够令人满意”。
人工物的创造
需求的现代理论
人民生活质量的不断提高
人类
需求
•个人需求 •社交需求
“为什么”和“如何”
产品开发的价值：产品方案 如何实现价值：设计质量 设计质量 产品方案
☞顾客价值链 ☞价值圈 ☞效能分析 ☞ QFD坐标 ☞产品方案评估 ☞成本价值分析 ☞装配设计 ☞可生产性设计 ☞ FMEA/可服务性设计 ☞变量设计 ☞环境设计 ☞健壮设计（分析基） ☞健壮设计（田口法）
Chinese Academy of Engineering
设计创新的演化
Evolution of Design Innovation
中国工程物理研究院 徐志磊 2013年12月7日 上海
人工物的创造
造物和人工物
造物—自然物—自然给予人类的生存环境
人工物—根据人类的需要将自然物分解、组合—（设计）
方法
过程
PD PDM M
装置
非物理技术 “事”理 （不基于物理原理） 技术
BI
CRM ERP MES
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
从第一次工业革命
到第四次工业革命
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信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
基于物联网和务联
网的智能环境
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
认知（学习、求知、交流）
审美（心理追求，爱好，愉悦，奢望）
人工物的创造
需求的现代理论
现代对顾客需求的理论：顾客是泛指服务的对象；
顾客价值链分析：包括产品和服务队产品从设计开始到用
户终端过程中产生的价值分析，顾客分为外部顾客和内部
顾客（产品生产过程的上下层之间的需求）
人工物的创造
需求的现代理论
Gartner Hype Cycle 2013
经济时代转变的再思考
谢谢各位！
成为市场需求的产品
原始创新
设计师的角色
设计师就是站在图中每个区域的界面上，通过学习、联想、 构思将科学技术转化为现实工程产品和现实的生产力
设计师站在多重过程的界面上
1.人工物与自然物的界面 2.科学 —技术—工程—制造—产品—市场，技术成熟度，技术可 转移性的界面上 3.产品全寿命设计环节的界面，可持续发展，全社会效益的界面
☞六西格玛
☞零缺陷 ☞质量控制卡 ☞加速试验
产品方案：多米诺效应
局 限 性 竞 争 分 析 使 用 需 求 配 置 问 题
战 略 安 排
了解价值结构
■应用顾客价值链分析
了解每个股权人的价值主张
六西格玛设计
■产品定义和质量记分卡
要求流程 产品定义 质量记分卡
QFD-I
顾客之声
工程特征
QFD-II 零件特征 QFDIII/IV
健 壮 概设 念计
工艺参数
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
信息科学已成为设计创新最重要的领域之一，信息科 学给人类提供一种重大资源，人类发展所依靠的三大 资源是人力资源、物质资源和信息资源。
今天我们生活在海量信息和海量数据的时代，互联网、
计算机技术、电子商务等使我们在获取信息、分析数
1.工业产品（工具类、包括国防武器），设计创新要和工
程设计合作；
2.消费品（器具类，包括医疗器械，家具类），设计创新
要和工程设计相结合（同时发生），以设计创新为主；
3.文化类（建筑、艺术），需要设计创新与工程设计合作， 建筑与土木工程学科合作，艺术产品与制造工艺进行合作。
关于“设计科学”
设计活动由三个要素组成：
国家 需求
• 社会需求 • 经济需求 • 国家安全 • 能源 • 智能 • 绿色
地球环境 需求
人工物的创造
需求的现代理论
马斯洛（A.Maslow）的人类激励理论（2007）
生理（衣食住行、饮食男女）
安全（避害、趋利） 归属（社会地位、社交、家庭、爱情、亲情） 自尊（社会地位、权势、礼仪） 自我实现（人生观、社会贡献、幸福观、价值观）
满意激励因素非满意（no-satisfied） 不满意保健因素非不满意（no-dissatisfied）
分析什么样的服务（或产品性能）顾客不需要，浪费资源
原始创新
从科学发展史来看，基础科学研究是原始创新的源泉
和燃料
基础研究成果是设计创新的知识宝库
现代科学和技术发展改变了人类生活面貌
人工智能设计技术
运筹学
优化设计技术
3.运用分层（Hierarchy）分解方法，解决复杂系统的
设计问题
关于“设计科学”
设计师需具备三种能力：
1，掌握有关专业的（先进）科学和技术知识的能力（深度和广度） 2，掌握和使用（现代）设计方法和工具的能力。 （计算机和网络）
3，具备解决面向实际的各种创新性、系统性的设计和决策的能力。
3.直面挑战，创新道路绝非一片坦途而是充满未知，风险 和挑战，对面临的挫折不轻易放弃； 4.创新的成功与失败之比是很悬殊的，但不创新就永远没 有成功； 5.创新存在现存技术的抵制问题 6.创新可以分为三种类型（演化型、革命型、跨学科创新）
设计创新的跨学科问题
从工程领域和设计创新角度出发，需要和不同的学科 进行合作：
人工物的创造
创新发明的源泉
创造发明得益于人类大脑的求知、学习和联想的功能
创造发明来源于“有启发而自由”
自由—外界环境的制约
启发—思维的摩擦和闪光
创新理念的核心：
思维的多样化和文化的异化
人工物的创造
关于“设计”
“设计”被理解为一种思维和过程的活动，在创造和制造
的过程中，第一步就是用设计的心智，对目的物进行构思
关于设计创新
设计创新产生于技术，生活，市场的交汇之处，这一 点与工程师不同；
设计创新是一种融合了技术、功能、便利性、经济性、 社会需求、美感、传统文化和新兴文化交融的手段。 艺术则不是。
关于设计创新
设计创新的新思维
1.树立设计创新的新思维，设计过程就是创新的过程；
2.摒弃模仿、抄袭、侵犯知识产权，要研究如专利战略；
科学观念和科学知识的掌握、理解和运用； 先进设计方法的运用，以科学为基础的各种设计方法； 以系统工程的综合集成和分层分析的方法应用于设计创新 的过程，提出解决问题的措施。
关于“设计科学”
1.科学知识和先进技术的理解设计中采用很多的传统 科学知识，掌握这些科学原理和知识，有助于培养优 秀的设计创新人才：
形成人类的物质世界
人工物的创造
创新改变了世界
狩猎社会—农耕社会—工业社会—信息社会—知识社会
第一次工业革命—第二次工业革命—第三次工业革命
石器时代 — 陶器时代 — 青铜器时代 — 铁器时代 — 钢铁时
代—硅时代—纳米材料时代
科学和技术已发展到纳米 · 信息 · 生物 · 认知四大领域融
合的时代
4.虚拟和现实世界的界面上
原始创新
设计师的角色
设计师站在多重过程的界面上
5.社会空间和时间的界面上，对社会、经济、环境、文化、时尚
有协调的意识和分析
6.复杂产品的分层设计过程中实现各分层界面的问题 7.有形产品和无形产品（服务）的界面 8.从人类基本需求到最高境界的分层阶梯，优势要求一经满足相 对弱势的需求就会出现，设计师就站在二者之间的间隙中建立桥 梁
将信息技术融入产品
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
使用Apps定制汽车环境：
来源：BMBF April 2013
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
物理系统融合CPS：
来源：TRUMPF
信息科学--作为＂设计创新＂的资源和工具
Speech
Graphics
Gesture
Eyetracking
关于设计创新
设计创新就是自主创新设计，不是拷贝、抄袭别人的 设计；
设计创新的内涵要满足用户需求，采用当代先进技术， 产品设计具有原始创新观念，自主品牌，在全球化国 际市场竞争中有自己的地位；
自主创新设计，首先要对某产品设计的概念有现代化
的理解，要改变传统设计的概念。建树现代化设计观
念达成共识；
顾客的三种需求
1.显露的需求，当场询问的需求； 2.期望的需求，即顾客基本需求、基本期望的需求； 3.激励的需求，很难发现，超越顾客的期望。没有它们不会造成不 满意；有了它们，顾客会激动。
人工物的创造
需求的现代理论
魅力的属性特征
--令顾客感到愉快的惊奇属性 --顾客没有预料到的
“满意”的相反并非传统的“不满意”，应视为两个不同 且平行的连续体。
什么是设计
设计问题的表达
作为表象变换的解决问题的过程 空间表象（建筑与工程设计） 数字表达（数学工具） 物质实体（平面图、工程图、透视图、三维模型）
行动的表达（流程图、程序）
什么是设计
设计是一种智力的“逛商店”，不一定非得买东西才 享受到逛商店的乐趣 设计既是行动的工具，又是理解的工具 设计要解决状态的描述，又要解决过程的描述 设计是Do the right thing而不是Do the thing right.
工程设计
工程应用数学 计算机科学（软件和数据处理） 网络科学和技术 现代信息科学理论 解剖学 生理学
哲学和认知科学
社会科学的相关理念
经济学、市场和营销
关于“设计科学”
2.用现代物理、化学科学和心理学、经济和现代生态 环境下进行设计问题的解决：
先进的计算、模拟技术（M&S)
人工物设计的内外界面， 对环境适应性限度 思维心理学，将智慧嵌 入自然
Physical Action
Facial Expression Body Language
为先进制造的设计创新
为先进制造的设计创新
为先进制造的设计创新
为先进制造的设计创新
为先进制造的设计创新
先进技术需求—对美国大学调研
先进技术需求—对美国产业调研
为先进制造的设计创新
为先进制造的设计创新
信息技术改变制造业
传统工业要素
设备 技术 产品 工艺 管理 现代工业要素 信息技术要素 微电子技术
智能控制
算法建模 数字模型 流程e化 流程管理 电子商务
软件技术
计算机技术 控制技术 过程建模技术 电子通信技术
协作
信息技术改变制造业
一般技术
物理技术 “物”理 （基于物理原理） 技术
信息技术
CAD CAE CFD CA M
互联网 现代医药 计算机和无线通讯 喷气飞机 气象卫星
GPS
智能手机 人类基因组知识
无不源于基础科学研究的成果
原始创新
科学、技术的转化
Baidu Nhomakorabea基础研究—技术创新—工程开发—产品制造—市场需
求。是创新驱动发展的链条 并非是所有 的基础性科学研究都会发展成为市场化的 产品 基础研究只有一部分转化成为可转移的技术而后转化
KSA 知识（Knowledge ） 技能（Skill）
能力（Ability ）
Bauhaus三原则（1930s）
1，艺术与技术的统一。 2，设计的目的是为了人而不是产品。 3，设计必然遵循自然与客观规律。
Bauhaus 理念将设计作为经济发展的支持角色。
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新产品开发（2002，斯坦福大学）