本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2017年第3期
作者：路甬祥
來源：設計的進化與價值[J].中國工程科學,2017,19(3):1-5.
編者按
設計是創新創造、製造服務的先導和起點，是國家和創新型企業全球市場競爭力、可持續發展能力和創新引領能力的關鍵。加快推進位造強國建設，必須著力創新驅動，突破關鍵核心技術，提升創新設計能力，加快實現中國製造向中國創造、中國速度向中國質量、中國產品向中國品牌的轉變。
中國科學院院士、中國工程院院士路甬祥在中國工程院院刊《中國工程科學》2017年第3期發表《設計的進化與價值》一文。文章指出，設計決定著創新創造的方向、目標、 路徑和價值；設計創新引領推動人類社會的文明和進步，設計的知識技術、價值理念、人才團隊、方式環境也隨著人類文明進化而發展。文章介紹了設計的進化歷程，總結了設計創新的價值與意義。文章建議，提升我國自主設計能力，實施創新設計工程，關鍵在於更新理念、優化環境、強化基礎、改革設計教育、建設設計文化，提升中國設計的國際競爭力、可持續發展能力和引領全球的能力。
一、前言
設計是人們對於裝備製造、工程建設、經營管理和服務創新的創意設想、計劃和計算，是將信息、知識和技術轉化、集成為整體解決方案並實現價值的發明創造，是一切有目標創新實踐的先導、準備與關鍵環節。設計決定著創新創造的方向、目標、路徑和價值。設計創新引領推動人類社會的文明和進步，設計的知識技術、價值理念、人才團隊、方式環境也隨著人類文明進化而發展。從舊石器時代起，我們的祖先已利用天然材料，朦朧地構想製作原始工具。新石器時代，陶器的出現標誌著人類開始了有明確目標的設計創造。農耕時代以來，人類社會可粗略地劃分為農耕時代、工業時代和知識網絡時代三個階段，設計也呈現不同的特徵。
二、設計的進化
延綿了幾千年的農耕時代，人類主要依靠自然資源、農牧漁獵，依靠經驗技能的傳承，利用人畜、水力、風力等天然力能，利用土石、動植物、銅鐵等材料，依靠步行和轎輿車舟等交通工具，採用烽火台、信使、郵路等傳遞信息，使用簡單工具設計製作石器、陶瓷、絲麻棉織、服飾禮器、刀劍胄甲、建築家私等，創造了輝煌的農耕文明。這個時期的設計可稱為「傳統設計」，是設計1.0時代。中國的「四大發明」和陶瓷、絲綢、家具、建築等設計曾走在世界前列。
工業時代迄今還不到三百年，人們設計創造動力機械與各類工程裝備，開發礦產資源，依靠資本、科技、裝備和人力資源等要素，以化石能源、核能等為動力，製備使用鋼鐵、有色金屬、高分子與無機結構材料和半導體功能材料等，設計發明了蒸汽機、內燃機、電力驅動的汽車、火車、輪船、飛機、管道等交通運輸工具和電報電話、數字通信、全球定位系統/地理信息系統（GPS/GIS）、光纜/蜂窩電話、網際網路等通信方式。工業時代的產品、工藝與裝備、工程設計等，引領推動了機械化–電氣化–機電一體化–數位化為特徵的生產方式的進步。工業時代的近現代設計是設計2.0時代。歐美等工業國家發揮了引領作用。20世紀二三十年代的德國包浩斯設計學校，倡導技術與藝術的統一，設計為了人而不是產品，必須遵循自然與客觀規律。符合工業文明發展需求和工廠批量化生產要求的「工業設計」，曾對建築和工業美學設計產生深遠的影響。
21世紀，人類進入知識網絡時代。人們更加依靠科技進步、創意創造、創新發展；將轉向主要依靠清潔可再生能源；設計完善更安全便捷、高效智能的網際網路、物聯網、智能電網和交通物流網絡；設計創造綠色智能材料、超常結構功能材料、可降解可再生循環材料；發展基於網絡和大數據的協同智能設計製造與服務。設計進入依靠網絡協同創意創造的創新設計——設計3.0時代。IBM、Intel、MS、Oracle、Apple、Facebook、Google等企業引領了集成電路（IC）、軟體、網絡平台和信息與通信技術（ICT）產業的創新發展。
「設計1.0」引領促進了農耕文明，「設計2.0」引領推進了第一次工業革命和第二次工業革命，「設計3.0」必將引領創造以綠色低碳、網絡智能、融合創新、共創分享為特徵的新工業革命和共同可持續繁榮發展的文明新走向。設計的進化歷程如圖1所示。
圖 1 設計的進化
1. 設計知識和內涵的進化
農耕時代的「設計1.0」，主要基於個人、家庭和手工業作坊師徒的知識經驗傳承和技藝創新，著力於設計實現功能構造和文化藝術的展現，具有明顯的地域和民族文化特色。
工業時代的「設計2.0」，基於近現代科技知識和人文藝術的創新應用，基於學校對知識技藝的傳承和人才培養，主要依靠社會需求和市場競爭推動，體現科技和文化藝術的創新，並開啟了全球化的進程。
知識網絡時代的「設計3.0」，基於科技、經濟、社會、文化、生態的知識創新以及信息大數據的跨界融合，除學校基礎教育外，全球網絡成為知識信息傳播共享、協同創新、競爭合作的超級平台，充分體現物質、知識、信息、計算、文化和技藝的融合創新，以用戶為中心的價值創造，個性化、多樣化、全球化的共創分享。
2.設計與製造服務關係的進化
農耕時代的設計製造服務呈原始融合狀態，依靠個人、家庭和手工作坊實現，受制於工匠技能和可利用的天然材料和工具的局限。工業時代，設計與製造服務逐漸分離，出現了設計師職業。由於知識創新、材料的多樣化、製造技術與裝備創新和市場競爭，設計與製造服務相互協同、快速創新發展。知識網絡時代，設計與製造服務重新融合，是設計引領製造服務的時代。由於數控工具機、3D列印等數字網絡智能減材/增材工藝技術的進步與創新，凡是能設計的都可以製造出來，創新設計能力將得到更自由的發揮。
3.設計團隊的進化
農耕時代，主要依靠手工製造，工匠是製作者同時也是設計者。此時的設計受到個人知識、家庭和作坊能力的局限。工業時代是工廠化、市場化、批量化製造的時代，設計與製造分工合作，形成了專業設計師和團隊。設計師與工程師、工藝師、技術工人、經營管理者、最終用戶等相互分離。而在知識網絡時代，人人皆可參與創意創造、創新設計，設計師、製造者、經營服務者和用戶協同創新，奇思妙想層出不窮，真正進入以用戶為主導的個性化、定製式、網絡協同設計眾創的新時代。
4.設計價值理念的進化
農耕時代，設計的價值主要體現在產品的應用價值、社會倫理和文化藝術價值。明清時代簡約精緻的中式家具、著名的徽派建築、北京故宮建築群等都是農耕時代中國社會文化價值觀念的反映。由於生產力整體水平較低，人與自然總體相互適應。工業時代的設計依靠現代科學知識與技術創新，創意創造新的應用功能與價值，設計創造新工藝和新裝備，創造更高的經濟與品牌價值，引領現代消費文化時尚，創造新的經營服務方式等。規模化工業大生產也造成了不可再生自然資源枯竭、生態環境污染等。知識網絡時代，基於知識技術和理念文化的創新，創新設計將促進人類生產生活方式和文明形態的新進化，重歸經濟社會與生態環境和諧協調發展，引領促進人類社會共創分享、合作共贏、公平和諧、綠色可持續發展。
5.設計方式與環境的進化
在工業時代，設計基於科技物理和市場人文環境，相繼發展了機械設計、機電設計、機械電子一體設計、工藝設計、工業設計、工程與管理設計、營銷與服務設計、IC/MEMS設計、軟體設計等，使用CAD/CDS/CAE等設計工具。在知識網絡時代，設計的過程與方法、設計對象與製造過程、經營服務等都基於全球信息物理網絡計算大環境和信息大數據，可在線集成融合全球資源和創造。將更加注重用戶體驗、創造價值。設計創新將拓展到智能終端產品/智能系統設計、網絡互動設計、個性化定製設計、全球協同設計、網絡營銷服務設計、材料結構/功能設計、綠色低碳系統設計、3D+X虛擬實境/混合現實（VR/MR）設計、人工智慧設計、雲平台與產業生態設計等。
三、創新設計的價值與意義
設計是創新創造、製造服務的先導和起點，是自主集成創新的創意、設想和計劃，是國家和創新型企業全球市場競爭力、可持續發展能力和創新引領能力的關鍵（如圖2所示）。其基礎核心是創新人才，他們的價值理念、知識技術、創意創造能力，以及所處的創新環境和體制機制等共同構成了創新設計競爭力要素（如圖3所示）。
圖2 創新設計競爭力
圖3 創新設計競爭力要素
1. 引領提升製造服務品質
奔馳公司秉承為用戶提供安全可靠、舒適滿意的高品質乘用車設計理念和嚴格精湛的製造工藝，贏得全球信譽，造就了轎車高端品質品牌的百年經典。華為設計突破晶片、算法、軟體等核心技術，匯聚Leica、Porsche等全球高端設計，致力為客戶提供更高品質、更好用的智慧型手機，品牌競爭力和市場價值快速攀升。
2. 為用戶創造新體驗和新價值
寶馬設計追求基於高質量、高性能、高技術的 強勁動力和出眾的駕駛體驗，贏得了競爭優勢和價值。OPPO、VIVO 手機設計，致力於創造更好的攝影、自拍、音樂品質以及快充體驗等，倍受青年用戶青睞，在國內外市場競爭中脫穎而出。
3. 創新設計新工藝新裝備
可實現大幅提質增效、節能減排，乃至引發產業變革。1952年，奧地利Voest Alpine 公司設計發明吹氧轉爐煉鋼工藝與裝備，將煉鋼過程從平爐的8~10 h 縮短到 8~10 min，並可實現負能耗冶煉。20世紀50年代，英國Pilkington公司設計創造浮法玻璃生產工藝與裝備，實現了平板玻璃製造品質、效率的革命。江蘇亨通光電股份有限公司在引進、消化、吸收的基礎上，自主設計研發直徑200 mm、長度6 m 的光纖預製棒——光纖光纜核心技術和先進裝備，成為世界頂級光纖光纜生產供應商。
4. 設計創造新產品、新應用、新平台
可以開拓新市場、創造產業新生態。深圳大疆創新集成高性能攝影平台、飛控軟體、無線傳輸、模塊化設計、網絡營銷等，設計創造消費類攝影無人機，占居全球同業市場70%的份額。Google、Baidu不但是全球最強大的搜尋引擎，而且不斷設計推出導航地圖、自由百科、語言處理、圖像識別等新應用、新平台，創造知識信息服務共創分享的產業新生態。
5.綠色設計
可以引領促進資源高效清潔循環利用，體現了設計的生態環境價值。設計創新環境友好材料、產品、工藝、清潔可再生能源、低碳智慧交通物流、綠色節能建築、低碳社區和城市等，將從源頭促進人與自然協調可持續發展，從供給側引領綠色低碳生產生活方式。
6.創造品牌和文化價值
義大利和法國的服飾、皮具、香水和化妝品設計等，不但創造了諸多世界著名高端品牌，還引領了全球時尚消費文化。
7.設計創造新業態
將創造傳統產業新優勢新價值。鄭州新大方重工科技有限公司創新設計機電液一體化大型專用運載施工設備，並釆用網絡協同製造新方式，打破國外壟斷，填補國內空白，開拓了國際國內高鐵、橋樑、船舶、風電等專用工程裝備的新市場。青島紅領集團適應個性化、定製式需求，設計引入數位化、網絡化、智能化服裝製造服務新業態，銷售和贏利持續逆勢上揚，並成為相關行業數位化、網絡化、個性化定製生產服務系統解決方案提供商，成為傳統產業轉型發展典範。
8.新理念、新創意，可以設計創造新需求、重塑市場新格局
比爾·蓋茨最早認識到軟體的價值，創立微軟公司，領導設計開發Windows、Office等，將PC推到了每個人身邊。賈伯斯創意設計網絡時代的智能移動終端，並創建了AppStore眾創應用軟體新方式，重塑了消費電子產品與服務市場格局，改變了人們生活和社交方式。認識到網商潛力和誠信是中國網絡商務發展的根基，率先領導設計了阿里信用體系和網絡信用大數據，鑄就了阿里和螞蟻金服成功的基石，為中國信息網絡經濟發展和商業信用文化建設作出了貢獻。
9.設計創造引領推動社會文明進步
英國設計創造蒸汽機、工作機器、火車輪船等，引領以機械化為標誌的近代工業文明。德國、美國等因設計發明電機電器、內燃機、汽車飛機等，引領以電氣化、自動化為標誌的現代文明。美國設計發明了計算機、半導體、集成電路、數控工具機等，引領人類電子化、數位化、信息化文明進程。信息物理·網絡計算環境、大數據、VR/MR、人工智慧、數字減材/增材製造等為創新設計創造了新環境，注入了新動力，人們將設計創造智能產品、智能製造、網絡經營服務新業態，創造發展新興產業，引領知識網絡文明。歷史經驗證明，創新設計的企業引領行業，創新設計的國家引領世界。為客戶、企業、社會創造價值，保護生態環境，開拓創造更美好的未來，是創新設計的永恆追求。
四、提升自主創新設計能力
2010年我國製造業規模超越美國，成為全球製造大國。載人航天飛船、超級計算機、高速鐵路、北斗衛星導航系統、運20運輸機等設計製造成就舉世矚目。華為、聯想、海爾、格力、中鐵、亨通、比亞迪、大疆等一批具有國際創新競爭力的製造企業已經崛起。但就整體而言，中國製造仍大而不強，由於發展方式粗放、信息化水平低，核心技術缺失、創新設計能力薄弱、低端落後產能過剩，關鍵基礎材料、基礎元器件和高端裝備依賴進口，資源能源利用率、製造服務增值率低，總體仍處於全球製造產業鏈的低中端。隨著要素成本上升，我國傳統競爭優勢正在減弱。世界已進入知識網絡時代，以信息網絡、清潔可持續能源、新材料、綠色智能製造、生物醫藥等技術創新為核心的新工業革命正在孕育發展，信息知識大數據成為可共創分享的重要創新資源。德國推出「工業4.0」，美國推進「工業網際網路」，日本發展協同機器人與智能工廠……未來5~10年是我國全面實施製造業結構升級、發展動能轉換、深化供應側結構性改革、實現向世界製造強國轉變的關鍵時期，我們將迎來世界科技與產業創新變革與我國經濟發展轉型歷史交匯的新機遇，也必須應對發達國家重振高端製造和發展中國家低成本製造競爭的雙重挑戰。在加快推進強基提質、智能製造的同時，必須著力創新驅動，突破關鍵核心技術，提升創新設計能力，加快實現中國製造向中國創造、中國速度向中國質量、中國產品向中國品牌的轉變。在傳統設計、現代設計基礎上進化發展起來的創新設計，將引領綠色智能製造服務創新。實施創新設計工程，關鍵在於更新理念、優化環境、強化基礎、改革設計教育、建設設計文化，提升中國設計的國際競爭力、可持續發展能力和引領全球的能力。
（一）更新理念
必須充分認識創新設計對產品、工藝、經營服務的引領作用，將創新設計作為提升自主創新能力、加快從跟蹤模仿到並跑引領、建設世界科技與製造強國的重要抓手和關鍵環節。必須以「創新、協調、綠色、開放、共享」發展新理念為指導，遵循創新設計規律，把握設計創新要素和知識網絡時代的新特徵，解放思想、求真務實、協力推進，引導中國設計面向需求、面向世界、面向未來，致力高品質、著力中高端。在促進提質增效、綠色智能製造的同時，更應鼓勵設計創造引領世界的產品、工藝、裝備和經營服務新業態。
（二）優化環境
制定實施創新設計行動綱要，進一步明晰提升創新設計能力、引領推動製造強國建設、加快向中國創造轉變的發展目標、重大舉措和技術路線圖。完善政策法規環境，落實首台套、首批次創新設計產品的稅收減免，設計研發成本加計扣除，設計企業等同高科技企業優惠稅率，設計服務進出口實行零關稅等。切實保護智慧財產權，加強執法監督，為創新設計提供有效的政策激勵和法治保障。以市場為導向，改革創新資源配置機制、權益分享制度、設計評價制度。優化以企業為主體、政產學研用金協同、軍民深度融合的創新發展環境。進一步發揮中國工程院、機械工程學會、行業協會、設計協會、創新設計產業聯盟等專業組織的引導促進作用。通過紅星獎、龍騰獎、中國好設計案例等評選推介，建設設計小鎮、設計創業園區、中外設計園，舉辦設計展會、設計競賽、設計論壇等，優化激勵大眾創業、萬眾創新的設計大環境，建設世界一流開放共享、安全高效的信息物理·網絡計算環境。
（三）強化基礎
在持續增加對科技基礎和前沿研發投入、積累原創知識基礎與技術儲備的同時，國家、地方和企業應加強對創新設計的投入，鼓勵創建各類創新設計基金，加大對設計創新創業的支持。培養吸引優秀設計人才，著力提升人才質量，優化知識、能力和團隊結構，提升創新設計人才基礎。建設認定一批國家、區域、行業創新設計研究院、面向中小企業的創新設計技術服務中心等，強化以市場為導向的創新設計共性基礎技術支撐體系和產業集聚服務平台。要著力提升設計理論、工具和嵌入軟體、計算方法、大數據平台的自主創新、應用普及和資源共享水平，強化數位化、網絡化、智能化設計技術基礎。積極主動參與制定和採信國際先進工業標準，加快提升中國設計的質量、安全、創新和綠色化、國際化水平。
（四）改革設計教育
理念創意是創新設計之靈魂。設計教育的首要任務是引導確立先進設計理念和價值觀念，培育科學精神、工匠精神和創新創業精神。激發人的想像力、創造力，培育創意創造、創新設計的興趣、動機和自信心，遠比教授知識和經驗更重要。引導認知創新設計的新趨勢，求索科技、人文新知識，創造應用新技術，追求實現新夢想，遠比傳授學習設計技藝方法更重要。已有設計理論只是前人對設計創新規律與方法的理解和總結。創新設計源於實踐，源於對市場和社會需求的理解和前瞻，創新發展永無止境。在教授設計理論的同時，更應與設計案例的研討分析、參與設計的創新實踐緊密結合。「設計3.0」更需要跨界融合科學技術、經濟社會、人文藝術、生態環境等新知識，需要分析理解大數據的數學方法和計算能力，更需要培育、吸引、凝聚跨界人才，創建共創分享的設計平台網絡和產業生態的能力。創新設計需要全球視野，融匯國際先進設計理念、知識、技術與文化，必須眾籌全球創新設計資源，創造國際化、多樣包容、鼓勵創意創造的教育環境。
（五）建設設計文化
設計文化決定創新設計的特質和品格。在工業化、現代化的進程中，各工業國家形成了各具特色的設計文化。美國重視基礎和前沿研發投入，重視提升科學、技術、工程、數學（STEM）能力，尊重鼓勵自由探索、創新創造，形成了創新引領的設計文化；德國是後起的製造強國，在全球市場競爭中，依靠富有特色的自然科學、數學、工程與職業教育、先進的工業標準，形成了優質可靠的德國設計製造文化；法國、義大利文化藝術底蘊深厚，孕育優雅華麗的設計文化特質；國情傳統和全球競爭使日本形成了精緻實用的設計文化。實現向製造強國跨越，必須培育建設具有中國特色、符合時代要求，尊重創新創造、追求精益求精，恪守誠信合作、崇尚共創分享的先進設計文化。
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