李盈 楊洪君

摘要：構(gòu)建個(gè)人制造模式下的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法。基于個(gè)人制造模式的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀，分析了個(gè)人制造模式的開(kāi)放式、參與式設(shè)計(jì)特性以及個(gè)人制造模式下產(chǎn)品原型的數(shù)字化、智能化特征。提出并歸納了產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法及其3個(gè)設(shè)計(jì)階段，分析了產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)流程與方法。個(gè)人制造模式下的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法構(gòu)建，為積極創(chuàng)新群體提供了一種新的設(shè)計(jì)創(chuàng)新范式，對(duì)推動(dòng)個(gè)人制造的創(chuàng)新發(fā)展具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：個(gè)人制造 產(chǎn)品原型 設(shè)計(jì)方法 共享創(chuàng)新 創(chuàng)新范式

中圖分類(lèi)號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2023）16-0080-04

Abstract：Build a product prototype method under personal fabrication mode. Based on the development process and current situation of personal fabrication mode，this paper analyzes the open and participatory design characteristics of personal fabrication mode and the digital and intelligent characteristics of product prototype under personal fabrication mode.The product prototype design method and its three design stages are proposed and summarized，and the product prototype design process and method are analyzed.The construction of product prototype design method under personal fabrication mode provides a new design innovation paradigm for active innovation groups，and has practical guiding significance for promoting the innovative development of personal fabrication.

Keywords：Personal fabrication Product prototype Design method Shared innovation Innovation paradigm

引言

小型數(shù)字制造工具正以驚人的速度出現(xiàn)在世界各地的創(chuàng)客空間、學(xué)校、博物館中[1]。任何人都可以輕松地設(shè)計(jì)任何東西，生成新的物理形態(tài)和形狀[2]。數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造的民主化[3]催生了個(gè)人制造（Personal Fabrication）模式，它不僅極大地?cái)U(kuò)展了個(gè)人的創(chuàng)造能力，也為個(gè)人提供了一種將設(shè)計(jì)想法轉(zhuǎn)化為有形形式的機(jī)會(huì)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普遍應(yīng)用，使個(gè)人越來(lái)越容易獲得設(shè)計(jì)工具，利用數(shù)字制造技術(shù)快速生成產(chǎn)品原型。產(chǎn)品原型作為設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要手段，逐漸呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化特征。本文將闡述在個(gè)人制造模式下構(gòu)建產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)方法，為積極創(chuàng)新的個(gè)人或大眾提供一種新的設(shè)計(jì)創(chuàng)新范式。

一、個(gè)人制造模式

新技術(shù)劇烈變換帶來(lái)了工業(yè)社會(huì)向后工業(yè)社會(huì)的轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)已經(jīng)從以產(chǎn)品和生產(chǎn)為中心轉(zhuǎn)向以人為中心[4]。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的大規(guī)模生產(chǎn)和消費(fèi)，越來(lái)越多的個(gè)人可以獲得先進(jìn)的技術(shù)、工具和知識(shí)，為藝術(shù)、設(shè)計(jì)或商業(yè)目的制造產(chǎn)品。生活和工作在社會(huì)中的消費(fèi)者、用戶(hù)成了設(shè)計(jì)創(chuàng)新的主體。他們使用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的同時(shí)，也加工有形的物質(zhì)[5]。

（一）個(gè)人制造模式的發(fā)展背景

美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）Gershenfeld教授是“個(gè)人制造”的先驅(qū)者，2005年他提出了從“個(gè)人電腦到個(gè)人制造”的概念，并闡明個(gè)人制造不僅創(chuàng)造三維結(jié)構(gòu)，還整合了邏輯、傳感、驅(qū)動(dòng)和顯示構(gòu)成一個(gè)完整功能系統(tǒng)[6]。同時(shí)，Gershenfeld教授創(chuàng)建了Fab Lab微觀裝配實(shí)驗(yàn)室（Fabulous Laboratory），與不同國(guó)家和地區(qū)的Fab實(shí)驗(yàn)室共享知識(shí)和設(shè)計(jì)想法。他將“個(gè)人”定義為積極創(chuàng)新的實(shí)踐者。個(gè)人可以通過(guò)Fab Lab所提供的材料、電子工具、開(kāi)放源代碼軟件等，與其他人或組織合作，或者獨(dú)立完成產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)成果將以技術(shù)文檔的形式被記錄下來(lái)，以便于他人參考。

計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)的廣泛運(yùn)用，使個(gè)人制造不再局限在Fab Lab實(shí)體空間，而是結(jié)合云制造平臺(tái)構(gòu)建更大的設(shè)計(jì)制造空間?？臻g里聚集了大量具有創(chuàng)造力的消費(fèi)或制造群體[7]，為產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)和制造提供先進(jìn)的信息資源。該空間不但允許個(gè)人在家里設(shè)計(jì)物品，而且個(gè)人可以采用分布式制造快速、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)想法，創(chuàng)造出具有一定功能的產(chǎn)品原型。

（二）個(gè)人制造模式的設(shè)計(jì)特性

1.開(kāi)放式

個(gè)人制造是一種開(kāi)放的并積極引入他人想法的設(shè)計(jì)模式，也被視為共同設(shè)計(jì)或開(kāi)放式創(chuàng)新。設(shè)計(jì)過(guò)程允許任何人（新手或?qū)I(yè)人士）參與協(xié)作開(kāi)發(fā)[8]，并在線(xiàn)共享和修改設(shè)計(jì)信息。

在個(gè)人制造過(guò)程中，個(gè)人所使用的開(kāi)放源代碼軟件、開(kāi)源硬件和網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)等都屬于數(shù)字技術(shù)開(kāi)源社區(qū)。它們?cè)试S被任何人使用，并且將信息和知識(shí)，如編譯代碼、CAD數(shù)據(jù)、印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)文件等，開(kāi)放共享給社區(qū)內(nèi)的所有人。開(kāi)放源代碼軟件以開(kāi)源編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)，聯(lián)合開(kāi)源社區(qū)群體，公開(kāi)交流設(shè)計(jì)作品來(lái)實(shí)現(xiàn)源代碼的共享與迭代。依據(jù)開(kāi)源許可協(xié)議，軟硬件信息可供他人下載、制作、復(fù)制和修改。個(gè)人在完成設(shè)計(jì)的同時(shí)，也將設(shè)計(jì)信息共享至開(kāi)源社區(qū)平臺(tái)供其他人使用。以Processing、Fritzing、Blender 3D平臺(tái)為例，其中的用戶(hù)均受益于軟件的開(kāi)源通道和快速響應(yīng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。開(kāi)源硬件根植于龐大的、互聯(lián)的、分散的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。個(gè)人可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求，組建工具集合，自定義擴(kuò)展功能。最具代表性的開(kāi)源硬件平臺(tái)有Arduino、Raspberry Pi、BASIC Stamp等。以3D打印技術(shù)、激光切割、電子電路為代表的網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)，分布式蔓延在社會(huì)組織的各個(gè)角落，它們以分布式協(xié)作的方式為所有人提供數(shù)字化制造服務(wù)。開(kāi)放的個(gè)人制造模式整合了專(zhuān)業(yè)的技術(shù)、制造知識(shí)并轉(zhuǎn)移給了個(gè)人，為個(gè)人提供了獲得設(shè)計(jì)信息和工具的渠道[9]，激勵(lì)著個(gè)人制造向開(kāi)放式創(chuàng)新不斷演進(jìn)。

2.參與式

個(gè)人制造區(qū)別于封閉式的大規(guī)模生產(chǎn)或定制，其重視在設(shè)計(jì)過(guò)程中納入潛在用戶(hù)，讓用戶(hù)全程參與設(shè)計(jì)。針對(duì)設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象參與程度的不同，van Oorschot等[10]人展開(kāi)了探討。他們認(rèn)為，一方面，設(shè)計(jì)人員參與過(guò)程、方法和工具的設(shè)計(jì)后，進(jìn)一步幫助改進(jìn)設(shè)計(jì)；另一方面，設(shè)計(jì)人員也直接參與到了產(chǎn)品、服務(wù)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中。

個(gè)人制造模式是一種由個(gè)人設(shè)計(jì)擴(kuò)大到群體分布式設(shè)計(jì)的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)所有的利益相關(guān)者（設(shè)計(jì)師、用戶(hù)、制造者以及其他參與者）直接參與設(shè)計(jì)的全過(guò)程。在設(shè)計(jì)想法初期，用戶(hù)直接參與設(shè)計(jì)的前期探索，與設(shè)計(jì)師共同提供創(chuàng)意和想法。到設(shè)計(jì)原型階段，個(gè)人聯(lián)合利益相關(guān)者，對(duì)設(shè)計(jì)概念做出反饋和評(píng)價(jià)，補(bǔ)充設(shè)計(jì)空缺，完善設(shè)計(jì)成果。在個(gè)人制造模式中，個(gè)人既是用戶(hù)，又是設(shè)計(jì)師，還可能是制造者。多重身份的相互交融正反映出了參與式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

二、個(gè)人制造模式下產(chǎn)品原型的特征

原型被定義為“交互系統(tǒng)的部分或全部的具體表示”或“有形的人工制品，而不是需要解釋的抽象描述”[11]，原型的設(shè)計(jì)過(guò)程也存在不同的類(lèi)型[12]。在個(gè)人制造模式下，原型的設(shè)計(jì)和制造依托于數(shù)字化設(shè)計(jì)工具和云制造平臺(tái)，使其也具備了獨(dú)有的特征。

（一）數(shù)字化

“個(gè)人制造”可以更準(zhǔn)確地稱(chēng)為“個(gè)人原型設(shè)計(jì)”[13]，是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)制造模式，生成的產(chǎn)品原型是數(shù)字化的，而非物理的。個(gè)人采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）工具，快速創(chuàng)建原型的三維物理形態(tài)。專(zhuān)業(yè)用戶(hù)可以利用數(shù)字制造工具創(chuàng)建自定義對(duì)象；非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)也可以直接選用數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型，調(diào)整模型參數(shù)，改變模型的顏色和形態(tài)。個(gè)人可以整合全球性開(kāi)源社區(qū)的軟硬件資源，構(gòu)建原型的電子電路模塊以及其他擴(kuò)展功能。開(kāi)源軟件是一種可編程且模塊化程度較高的數(shù)字化設(shè)計(jì)工具，它們隱藏了數(shù)據(jù)的底層邏輯，強(qiáng)化了可視化效果。通過(guò)對(duì)數(shù)字化原型的測(cè)評(píng)和修改，用戶(hù)可以不斷提高對(duì)設(shè)計(jì)概念的滿(mǎn)意程度[14]。對(duì)個(gè)人而言，數(shù)字化原型加快了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)速度，降低了設(shè)計(jì)研發(fā)成本。

（二）智能化

在個(gè)人制造過(guò)程中，通過(guò)數(shù)字制造技術(shù)、開(kāi)源軟硬件平臺(tái)，用戶(hù)已經(jīng)可以生成一個(gè)完整的智能產(chǎn)品原型，完成了從創(chuàng)建實(shí)體原型到搭建功能模塊，最終形成產(chǎn)品原型智能交互特征的全過(guò)程。智能產(chǎn)品原型能夠讓設(shè)計(jì)師、用戶(hù)以及利益相關(guān)者直觀地對(duì)原型開(kāi)展設(shè)計(jì)評(píng)估，用戶(hù)信息輸入和原型系統(tǒng)輸出緊密耦合，不存在明顯滯后。

智能產(chǎn)品原型是快速表達(dá)設(shè)計(jì)想法，描繪產(chǎn)品未來(lái)使用情景的重要方式。通過(guò)與原型的情景互動(dòng)，個(gè)人進(jìn)一步測(cè)試原型的交互行為、智能功能、結(jié)構(gòu)形態(tài)和材料性能等，為改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供參考信息。

三、產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法

制造和設(shè)計(jì)之間存在著固有的聯(lián)系，通常依賴(lài)于技能、知識(shí)和工具，并共同努力實(shí)現(xiàn)結(jié)果[15]。個(gè)人制造模式下的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的、以個(gè)人為主導(dǎo)的，很大程度上受到設(shè)計(jì)思維方式的影響。

（一）產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)框架

設(shè)計(jì)框架被歸納為3個(gè)階段，分別是需求階段、設(shè)計(jì)階段和應(yīng)用階段。需求階段關(guān)注的是個(gè)人對(duì)客觀事物的認(rèn)知需求、情感需求和精神需求，與個(gè)人的真實(shí)需求掛鉤。個(gè)人既是問(wèn)題的提出者，又是問(wèn)題的解決者，擁有用戶(hù)、設(shè)計(jì)師、制造者等多重身份。設(shè)計(jì)階段著重構(gòu)建設(shè)計(jì)解決方案、技術(shù)環(huán)境以及制作手段。個(gè)人通過(guò)信息收集和分析，在明確設(shè)計(jì)需求后，重組設(shè)計(jì)工具和材料，聯(lián)合其他利益相關(guān)者共同開(kāi)發(fā)產(chǎn)品原型。應(yīng)用階段主要承載著產(chǎn)品原型的信息交流與共享，以擴(kuò)充開(kāi)源社區(qū)/平臺(tái)的共享資源。在原型制作后期，個(gè)人將創(chuàng)建的新工具、程序代碼以及軟硬件設(shè)備等信息共享至開(kāi)源社區(qū)中，以供其他人參考或使用。如圖1所示，設(shè)計(jì)過(guò)程始終以個(gè)人為主體，要求個(gè)人全程參與，最大程度地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)想法。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程允許不同專(zhuān)業(yè)背景的個(gè)人或提供制造服務(wù)的企業(yè)協(xié)同參與設(shè)計(jì)，共同評(píng)測(cè)產(chǎn)品原型。

（二）產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)流程

1.問(wèn)題界定：潛在的產(chǎn)品原型通常在設(shè)計(jì)初期就已經(jīng)出現(xiàn)了，而個(gè)人對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題的界定難以明確，設(shè)計(jì)想法逐漸由解決問(wèn)題轉(zhuǎn)向?yàn)樘剿鲉?wèn)題的可能性。盡管設(shè)計(jì)問(wèn)題的邊界越來(lái)越模糊，解決問(wèn)題的方式越來(lái)越多樣，個(gè)人的創(chuàng)造能力卻在不斷提升。如圖2所示，在個(gè)人不同的需求生命周期中，潛在的產(chǎn)品原型涵蓋了物質(zhì)需求、感官需求和精神需求3個(gè)維度。當(dāng)個(gè)人需求被不斷地提取分析，潛在的產(chǎn)品原型也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。個(gè)人通過(guò)反復(fù)定義設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)一步評(píng)估潛在產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)價(jià)值。

2.目標(biāo)分類(lèi)：目標(biāo)分類(lèi)的目的是在原型設(shè)計(jì)初期針對(duì)已知的用戶(hù)信息，提出設(shè)計(jì)解決方案。它將設(shè)計(jì)問(wèn)題、解決方案和制造手段三者貫通，為原型設(shè)計(jì)匹配相應(yīng)的工具、技術(shù)、材料。在個(gè)人制造中，開(kāi)源技術(shù)、設(shè)計(jì)材料是設(shè)計(jì)工具與材料的基石，直接關(guān)乎產(chǎn)品原型的表現(xiàn)形式。圖3描繪了目標(biāo)分類(lèi)的基本框架，框架內(nèi)容與設(shè)計(jì)解決方案共同進(jìn)化。用戶(hù)信息是個(gè)人需求的反饋，包含了產(chǎn)品形態(tài)感知、用戶(hù)感官體驗(yàn)以及用戶(hù)與產(chǎn)品之間的交互方式。開(kāi)源技術(shù)為原型制作提供技術(shù)支持。開(kāi)源技術(shù)支持原型功能性重組，以提高產(chǎn)品原型的制作效率，快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品原型與用戶(hù)之間的交互行為。設(shè)計(jì)材料則幫助用戶(hù)選擇合適的、性能優(yōu)良的、加工性能較好的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。目標(biāo)分類(lèi)幫助個(gè)人、用戶(hù)和設(shè)計(jì)師在進(jìn)入制作周期之前，明確原型的制作方法和手段。

3.原型制作與迭代：產(chǎn)品原型主要由可發(fā)光發(fā)聲的實(shí)體以及可發(fā)出信號(hào)的控制器兩部分組成。實(shí)體部分在制作過(guò)程中使用了3D打印、激光切割技術(shù)以及金屬加工技術(shù)等分布式制造服務(wù)。結(jié)合Oloid三維曲面原理，控制器被制作成適合抓握的實(shí)體形狀，如圖9所示。個(gè)人可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，調(diào)整光影的折射角度，使光影投射到空間環(huán)境中，將光影和空間聯(lián)系起來(lái)，營(yíng)造沉浸式交互體驗(yàn)氛圍，如圖10所示。個(gè)人通過(guò)物理制造空間和虛擬共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)原型快速成型。在制作過(guò)程中，個(gè)人能夠?qū)崟r(shí)獲得原型制作的具體數(shù)據(jù)和信息，為個(gè)人提供了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的渠道。分布式協(xié)同制作模式顯著降低了個(gè)人生產(chǎn)制造門(mén)檻，減少了產(chǎn)品原型在制作過(guò)程中的時(shí)間成本與材料成本，也豐富了個(gè)人的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。

（三）應(yīng)用階段——開(kāi)放共享

應(yīng)用階段主要任務(wù)是產(chǎn)品原型的信息共享。個(gè)人建立光影互動(dòng)產(chǎn)品的核心功能包，其中包含圖形代碼、程序代碼、電路設(shè)計(jì)、功能元件手冊(cè)、三維數(shù)字模型等信息。核心功能包以技術(shù)文檔的方式保存下來(lái)，上傳至開(kāi)源共享社區(qū)平臺(tái)，與其他人分享，獲取他人的評(píng)價(jià)和建議。個(gè)人將設(shè)計(jì)信息、功能信息、交互信息、技術(shù)信息共享至社區(qū)平臺(tái)，與他人交流互動(dòng)。這個(gè)過(guò)程不但豐富了個(gè)人的設(shè)計(jì)想法和制造經(jīng)驗(yàn)，而且推動(dòng)了個(gè)人制造模式下開(kāi)源創(chuàng)新生態(tài)的良性循環(huán)發(fā)展。

結(jié)論

個(gè)人制造模式下的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法是以個(gè)人為主體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法。個(gè)人通過(guò)搭建“設(shè)計(jì)-技術(shù)-制造”空間，以與他人協(xié)作共享的方式，解決各種復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化制造技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)的快速發(fā)展，個(gè)人的創(chuàng)新能力在大幅度提高，個(gè)人的創(chuàng)造需求顯得尤為突出?；趥€(gè)人制造模式的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀，本文研究了個(gè)人制造模式下的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法，分析了個(gè)人制造模式的開(kāi)放式、參與式設(shè)計(jì)特性以及個(gè)人制造模式下產(chǎn)品原型的數(shù)字化、智能化特征，提出并歸納了產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)方法及其3個(gè)設(shè)計(jì)階段。光影互動(dòng)產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)的應(yīng)用，驗(yàn)證了此設(shè)計(jì)方法具有可行性和有效性。該方法為個(gè)人提供了便捷的設(shè)計(jì)制造途徑，縮短了個(gè)人與數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造的距離，為用戶(hù)、設(shè)計(jì)師、技術(shù)愛(ài)好者等搭建了暢通的交流渠道，也為更廣泛的積極創(chuàng)新群體提供了一種新的設(shè)計(jì)創(chuàng)新范式。

基金項(xiàng)目：

1. 北京市教委科技面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：KM202110012001）；

2. 北京服裝學(xué)院分類(lèi)發(fā)展定額新進(jìn)教師項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：NHFZ20220041）。

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