工业互联网协同设计服务模式究竟是怎样的一种用户体验?

目前,企业普遍需投入大量资金、人力,用于组建设计部门,购买设计工具、研发软件、硬件环境等,或购买外部设计服务机构的设计作品。各企业分批采购,议价空间小,成本高;采购资源无法进行云端共享,设计资源利用率低。制造企业产品接口不统一、产品执行标准不一致,存在产品重复开发、数据不互通等问题。

近年来,全球工业互联网平台市场保持活跃的创新发展态势,研究热点由工业技术解决方案,逐渐转向服务模式探索。基于平台的应用服务模式创新,已成为推动我国制造业向更高水平迈进的重要途径。然而,尚在产业爆发前期的工业互联网平台,面临诸多挑战和困难:很多平台需要结合行业特性,解决企业生产和运营过程中遇到的实际问题,探索服务模式的具体应用路径;尚需要定义包含丰富细节的工业互联网应用场景,针对全链路服务流程中的痛点问题,开发多元化APP应用,支持企业提升制造全生命周期管理水平;亟需探索与构建基于工业互联网的创新服务模式与商业模式,在平台建设和市场回报之间取得平衡,支撑平台的可持续发展。云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与先进制造技术的融合,带来生产方式的变革和制造体系的革新;然而,如果不能厘清工业互联网技术与服务模式的关系,则不利于工业互联网理论体系的建构和应用实践。

针对以上问题,本文通过梳理工业互联网概念模型和发展趋势,分析基于工业互联网的服务设计概念、模式和价值,结合市场较为成功的应用案例,探索定义基于工业互联网的协同创新设计服务模式。

一、工业互联网研究概述

(一)概念模型

工业互联网平台链接工业全要素、全产业链、全价值链,实现制造业数字化、网络化、智能化过程中,工业资源的优化配置。通过广泛接入制造互联资源(设备、数据、知识、企业、区域、行业资源)、互联能力(人力、知识、流程、业绩和信誉)、互联产品(工业与生态应用APP),建构网络空间虚拟系统,塑造互联网、大数据、人工智能和制造业深度融合的生态体系。通过资源/能立/产品的接入和取出,支持平台服务者、使用者和管理者的多元化服务需求。

(二)发展趋势

在全球新一轮技术与产业革命中,工业互联网引领制造业发展潮流,对社会经济带来了战略性和全球性影响。各制造业大国均将工业互联网作为国家战略。美国提出《工业互联网》《先进制造业伙伴计划》;德国发布《工业4.0计划》《高技术战略2020》;中国推出《国务院关于积极推进“互联网+”行动计划的指导意见》《中国制造2025》;欧盟制定《欧洲2020战略》、日本发布《机器人新战略》。各主要工业国家以不同的演进路径,积极发展工业互联网技术、产业和应用,颠覆传统工业形态,塑造全新的生产组织方式、服务模式与产业生态,巩固制造业大国的全球领先定位。

二、服务设计与用户体验设计研究概述

(一)服务设计定义

服务设计在20世纪80年代,就引起了管理学领域的高度关注。设计学领域的服务设计研究可以追溯到20世纪90年代初。随着服务设计的兴起,设计对象由实体产品演化为商业或社会组织形式,反映了经济从工业经济到服务经济、体验经济的经济模式和价值递进。服务设计针对供应商与对顾客本身、顾客的财务和信息进行作用的业务过程进行设计,旨在使顾客的利益作为供应商的目的得以实现。

工业互联网为用户提供开放共享的服务平台,支持跨地域、跨领域的协同创新。通过汇聚生产全要素资源,提供丰富的工业应用和生态应用,构建工业机理模型库、知识库、用例库,服务于制造全生命周期,提升企业的研发设计、生产制造、营销推广、售后服务能力。

(二)服务价值

通过服务设计与工业互联网理论的结合,指导制造业重组工业资源、设备和智能产品,优化组织协调机制与工作流程,帮助顾客实现商业利益。工业互联网以用户为中心,服务于制造企业用户和产品用户,支持工业设备、服务、产品的集成共享、优化配置和业务协同。以“3M”为商业驱动力(省钱To save money、赚钱To get money、生钱To make money),构建新的制造模式和制造生态。帮助制造企业用户突破资源环境的局限,面向全球产业对接,按需获取和配置制造资源;通过资源集成配置和协同创新,重塑行业边界和产业结构。

(三)用户体验设计定义

“用户体验”来源于尼尔森·诺曼集团(Nielsen Norman Group)的联合创始人唐·诺曼(Don Norman)。叔本华、尼采、狄尔泰、马斯洛等都对“体验”都做出过精辟的论述,构建了哲学视域下的体验美学。约瑟夫.派恩、詹姆斯.H.吉尔摩、阿尔文·托夫勒等研究者发展了体验经济理论。用户体验设计(User Experience Design)(以下简称UED)是信息时代为创造好用、可用产品而衍生的专业学科,涵盖人机交互、人因工程(心理学)、交互设计、视觉设计、信息架构、工业设计、音效设计诸多方面。UED以设计学、心理学、社会学为基础,比用户界面设计(UI)涉及更广泛的领域,关注全链路服务过程中的用户使用体验。

三、基于工业互联网的协同设计服务

(一)在线协同设计平台

目前,企业普遍需投入大量资金、人力,用于组建设计部门,购买设计工具、研发软件、硬件环境等,或购买外部设计服务机构的设计作品。各企业分批采购,议价空间小,成本高;采购资源无法进行云端共享,设计资源利用率低。制造企业产品接口不统一、产品执行标准不一致,存在产品重复开发、数据不互通等问题。

针对设计工具采购成本高、设计资源利用率低的问题,工业互联网平台塑造多角色共同参与的协同设计服务模式,实现设计资源优化集成、模糊设计需求的柔性处理与智能推送,促进用户、设计师、工程师、销售人员的协同创新。平台汇聚设计基础能力(设计人才、设计知识、设计流程),设计制造资源(加工设备、加工数据、工业机理模型、工业企业、工业园区、行业资源),协同设计产品(协同设计软件、生态应用软件),打造标准化的设计云资源池、产品池、能力池。采用先进的工业互联网平台架构、云计算技术,实现多源异构数据接入,海量设计数据的高并发融合处理、智能推送和快速下载,支持设计资源、能力、产品的高效率接入与取出,支持用户的多元化、定制化设计服务需求。从微观层面,助力制造企业开展产品创新,避免同质化市场竞争,提升产品附加价值和企业竞争力;从宏观层面,有效缓解设计资源分布不均问题。

工业互联网平台在SaaS层,集成CPDM协同设计、虚拟仿真设计等丰富的云端协同设计工具,为用户提供多元化的设计软件租用服务。兼容不同绘图软件与文件格式,支持异地在线协同设计与仿真分析,达到设计过程的透明化监管,实现设计师与制造企业的异地协同作业。帮助企业缩短设计研发周期,节约软硬件资源,降低设计过程管理成本,提高设计服务效率。

例如,在基于工业互联网平台开展的汽车模具设计中,PC端工程师、移动端市场人员、管理者、客户和供应商通过平台,开展在线沟通和协同设计。采用平台提供的协同会议软件,支持模具产品设计远程研讨,实现企业内外的高效设计沟通。基于三维模型审签技术,支持用户在签署流程中,快速浏览产品BOM、结构、装配等;使用3D注释添加意见,提高审签的速度。基于平台提供的工艺规划服务,利用干涉功能,快速评价零部件之间存在的冲突和装配工艺的合理性,以装配工艺文档或动画的方式,供现场作业人员参考,如图2。

(二)创新突破灵感平台

设计师采用传统设计模式,方案受材料、制造技术、市场局限,难以产生革新性产品创新。同时,科研院所、大型企业实验室每年产生大量的新技术成果,如何促进设计创意与新技术的深度融合,加速科技成果产品转化与市场推广效率,成为企业面临的共同挑战。

依托工业互联网平台,建构创新突破灵感平台,开放最具商业前景的非涉密技术与专利,有助于以新技术驱动设计创新,提供丰富的创意灵感来源与表现手段,实现实验室技术的市场转化。设计师通过平台,搜索最新的技术成果,创造设计作品并开展在线营销。平台鼓励设计机构将创新产品转化为自主品牌,使实验室技术得到释放,释放巨大的市场潜能。

例如:GE公司联合美国创意产品社会化电商Quirky,开发突破性创新平台Inspiration Platform Quirky。通过网络社区,开放数千种最有前景的专利和新技术,用于开发新产品。当使用这些专利的产品上市时,GE收取授权费;每卖出一个产品,GE还可分配到部分利润。GE将产品创意成果转化为自主品牌,推出家庭物联网智能设备系列产品Wink:Instantly Connected,并拓展到健康、安全、水资源等诸多领域,如图3。

GE公司基于Quirky平台,集成社会创新资源,实现基于新技术的创新产品应用,实现巨大的市场价值。

(三)开放众包设计平台

在传统的设计服务模式中,由专业设计师完成新产品设计方案,交给企业制造部门加工生产,进而由营销人员对产品进行营销推广,到达最终用户,并由售后人员提供售后服务。由于设计过程采用线性服务流程,在设计阶段缺少工程师和终端用户的参与,常造成设计方案与施工工艺不符,或新产品未能充分契合用户需求的问题,影响企业对设计研发的投入。

基于工业互联网的众包设计平台服务于设计师、企业和终端用户,塑造多方共同参与的并行设计流程,支持设计方案的众包生产、众筹营销。设计师借助平台,跨地域、跨企业寻找优质的供应商,提高手板、原型机、样品加工质量,降低采购成本。企业通过平台发布设计需求信息,获取设计师资源的智能匹配和推送结果,促成设计供需的高效率撮合;并可依托平台发布制造能力,将富余产能转化为服务对外提供,提升制造资源的利用效率。终端用户通过平台发布定制需求,借助平台提供的在线虚拟仿真,VR演示APP,深度参与设计过程,创造充分契合用户需求的产品。同时,平台提供设计版权保护、作品展示、线下活动等众包设计服务,为设计成果提供传播媒介和营销渠道。企业通过购买断设计版权,或与设计师按比例分成,获取持续的销售收益。

GE公司高度重视众包设计,通过与麻省理工、美国国防部高级研究署合作,开展“vehicleforge.mil”项目,塑造用户可参与的新型设计服务模式。基于该平台,全球专家可以参与到军用车辆、航空系统、高级医疗设备等复杂“网络物理系统”设计中,通过全球专家群体在工业互联网上的互动交流,在短时间内碰撞出更优秀、更可靠的产品设计,大幅缩短研发周期。vehicleforge.mil提供巨大的工具箱,搭建强大有效、易于构建和修理的车载平台,支持“快速、适应性强、下一代地面车辆”计划(FANG),设计成本合理、具有创新性,又可满足基本需求的动力传动系统平台,实现从单一产品到产品系统的拓展。该平台可供数千人在线使用,提供数以千计的零件、材料和其他参数,支持随时调用、置换与修改。vehicleforge.mil坦克设计项目对最佳设计者奖励100万美金,最终获胜者为三个不同国家的人组成的设计小组,采用DARPA的vehicle FORGE在线工具,高效完成项目设计,如图4。vehicleforge.mil FANG的系统方法在地面车辆验证后,被广泛应用于从手枪到飞机的所有军备中。

GE公司还与开放式汽车制造商Local Motor合作,建设开放众包平台FirstBuild,塑造“用户参与+新型工作关系+新型雇佣关系和酬劳”的全新服务体系,设计模式如图5。采用线上线下结合的O2O模式,提供开放众包设计服务。线上整合科学家、工程师、设计师,对GE的家电产品进行改良设计。线下建设FirstBuild微工厂,通过与全球领先的3D打印服务商、DIY工厂和手工艺工作室合作,整合3D打印、焊接、木工等模型制作与小批量生产商,实现原创家电设计的生产与销售,并积极将该模式应用于其他类型的产品开发。每个产品从设计到生产、销售的全价值链,均通过FirstBuild实现。基于FirstBuild,在创意者同意的前提下,设计方案采用GE商标,产品直接在GE官网上销售,专利仍归创意设计者所有。每卖出一件产品,设计者均可获得相应的版税。FirstBuild改变了传统的“上传项目-寻求支持-产品投产”模式,采用“创意设计-原型制作-生产营销”的协作与众包平台模式,将有设计热情的创客、设计师、制造商、工程师聚集在一起,共同协作完成产品设计、生产和销售。由于社区中的用户参与了产品的创意,乐于购买其参与创造的产品,成为产品销售订单的重要来源。

FirstBuild平台和全球领先的3D打印商Local Motors公司合作,在美国肯塔基州的路易斯维尔设立微工厂,对FirstBuild社群中创造的产品进行模型加工、产品测试、验证和销售,如图6。使用Makerbot的3D打印机加工创意产品,缩短新产品开发周期,降低生产成本,支持协同创新+众包生产服务模式。在中国,FirstBuild平台通过与海尔平台合作,充分利用中国的廉价代工资源,进一步提升生产制造能力,形成跨地域的众包生产模式。

GE充分应用FirstBuild平台,对内塑造了“人单合一”的企业管理模式与薪酬制度。GE内部工程师可以通过抢单跟投,成为创业合伙人,进一步激发员工的积极性与创造力。对外建设覆盖线上、线下的市场渠道,拓展市场空间。FirstBuild塑造“用户价值”为引领的全新商业模式,使所有开发者共同面向用户,创造高度契合用户需求的产品。2016年,First Build平台聚集了10384名活跃社群用户、近3万名社交媒体粉丝,2017年平台收入和利润增长20%。

(四)开放创新设计竞赛

在以往的设计竞赛中,作品收集范围和数量受限于地域和时间;作品以最终方案形式提交,缺少设计过程的呈现与交互;评选以专家评审为主,缺少终端用户的产品评价。

针对以上问题,可基于工业互联网平台,举办开放式的设计大赛。突破地域和时间局限,面向全球收集突破方案,提升竞赛组织全过程的用户参与。在设计大赛选题阶段,借助平台搜集企业面临的共性问题,确立符合产业发展共性需求的大赛题目,支持设计机构、高校在理解企业需求的基础上,创造契合市场需求的设计作品。在设计作品征集阶段,通过建设开放的交流社区,支持聚终端用户、设计师、制造企业等多角色参与,促进设计过程的呈现、评价与反馈,帮助设计师基于多方评价,优化迭代设计作品。在设计评选阶段,借助平台进行作品投票,支持材料供应方、制造方、销售方、用户对设计作品进行评价和投票。在设计作品制造阶段,支持制造企业与设计师开展供需对接、版权购买等服务。通过开放创新设计竞赛组织,促进设计师与产业的深度融合,加速设计作品的市场化进程。

例如:GE全球研究中心基于工业互联网平台,举办各类创新及设计大赛,征询最佳创意,形成GE公司技术创新的重要途径。早在2013年,GE公司就在全球范围内,举办了“喷气式发动机支架设计探索”挑战赛。为喷射发动机征集最优支架的3D打印设计,通过开放创新设计竞赛,来自56个国家的700多名参赛者进行竞争,最终获奖设计减少了支架84%的重量,大量减少了燃油费用,为GE公司产品创新提供了有效支持。

结论

随着工业互联网上升为国家战略,并被市场广泛关注,相关论文和著作层出不穷。然而,围绕工业互联网服务模式,尚有很多问题需要探讨,许多应用路径等待研究和验证。针对工业互联网服务模式定义模糊,协同设计实践缺少系统梳理与案例经验总结的现状,本文从基于工业互联网和服务设计两个维度,对基于工业互联网的协同设计服务进行整体定位,其目的并非提供稳定或权威的理论框架。针对个人在从事工业互联网应用创新过程中的困惑,结合实践案例,探索服务设计赋能工业互联网的实施路径,构成本研究的主要目的。本文不倡导仅仅以云计算、物联网等新一代信息技术驱动工业互联网行业发展;相反,认为应采用服务设计的理念、流程和方法,创造开放共享的协同设计服务模式,驱动工业互联网平台架构优化和产品开发。希望文中未必成熟的观点和笔者的探究经历,对关注工业互联网服务模式创新的同仁有些许启发。

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