设计驱动的产品颠覆性创新方法研究

doi:10.11996/JG.j.2095-302X.2024051071

图学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1071-1083.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2024051071

设计驱动的产品颠覆性创新方法研究

杨培¹(), 宋炯¹, 杨冬梅¹, 白仁飞², 曹国忠³^,⁴()

1.河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300131
2.天津科技大学机械工程学院，天津 300222
3.河北工业大学机械工程学院，天津 300401
4.河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心，天津 300401

收稿日期:2024-05-30 修回日期:2024-07-22 出版日期:2024-10-31 发布日期:2024-10-31
通讯作者:曹国忠(1974-)，男，教授，博士。主要研究方向为产品创新设计理论及应用。E-mail：caoguozhong@hebut.edu.cn
第一作者:杨培(1982-)，男，副教授，硕士。主要研究方向为设计驱动创新。E-mail：yangpei@hebut.edu.cn
基金资助:
河北省创新方法研究与推广应用项目(CXFF-2024CY01);设计之都创新建设赋能天津文化产业高质量发展项目(2023JWZD20)

Research on design-driven product disruptive innovation methods

YANG Pei¹(), SONG Jiong¹, YANG Dongmei¹, BAI Renfei², CAO Guozhong³^,⁴()

1. School of Architecture & Art Design, Hebei University of Technology, Tianjin 300131, China
2. School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China
3. School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
4. National Engineering Research Center for Technological Innovation Method and Tool, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China

Received:2024-05-30 Revised:2024-07-22 Published:2024-10-31 Online:2024-10-31
Contact: CAO Guozhong (1974-), professor, Ph.D. His main research interests cover product innovation design theory and application. E-mail：caoguozhong@hebut.edu.cn
First author：YANG Pei (1982-), associate professor, master. His main research interest covers design-driven innovation. E-mail：yangpei@hebut.edu.cn
Supported by:
Hebei Province Innovation Methods Research and Popularization and Application Project(CXFF-2024CY01);Innovative Construction of Design Capital Empowering the High-Quality Development of Tianjin’s Cultural Industry(2023JWZD20)

摘要/Abstract

摘要：

通过设计驱动创新与颠覆性创新的理论研究，提出了包含意义发掘、功能系统调整、产品语言表达3个阶段的设计驱动产品颠覆性创新过程模型，以完善设计领域对于颠覆性创新方法的研究。首先基于SET洞察市场趋势设想新意义，由内而外接受批评以发掘可行性意义；然后对目标用户进行研究，运用AD将功能需求转化为设计参数，并与源产品技术对比进而进行技术调整，获得颠覆性创新技术解；接着将新意义特征及提升、添加技术所对应的部件确定为意义诠释区域，并采用类比推理选取样本；最后通过相似性分析确定设计原型并提取其特征要素，利用可拓变换优化产品语言表达，获得颠覆性创新产品语言解。以电动轮椅设计为实例验证了该模型的可行性，为其他设计驱动的产品颠覆性创新提供参考。

关键词: 设计驱动创新, 颠覆性创新, 产品语言, 产品意义, 功能调整, 电动轮椅

Abstract:

Based on theoretical studies in design-driven innovation and disruptive innovation, a design-driven disruptive innovation model was proposed, thereby enhancing research on disruptive innovation methods in design. This model comprised three stages: meaning discovery, functional system adjustment, and product language expression. Firstly, based on SET, market trends were envisioned for new product meanings, and internal critiques were utilized to explore feasible product meanings. Then, research on target users utilized AD to map functional requirements into design parameters, which were compared with the original product technology to adjust and achieve disruptive innovation solutions. The new product meaning features and the parts corresponding to the improved and added technologies were identified for product meaning interpretation, and samples of these parts were selected using analogy reasoning. Finally, similarity analysis was conducted to determine the design prototype and extract its elements. Extenics was employed to optimize the product language expression, resulting in a disruptive innovation product language solution. The electric wheelchair design example validated the model’s feasibility, providing a reference for other design-driven disruptive innovations.

Key words: design-driven innovation, disruptive innovation, product language, product meaning, functional adaptation, electric wheelchair

中图分类号:

TB472

杨培, 宋炯, 杨冬梅, 白仁飞, 曹国忠. 设计驱动的产品颠覆性创新方法研究[J]. 图学学报, 2024, 45(5): 1071-1083.

YANG Pei, SONG Jiong, YANG Dongmei, BAI Renfei, CAO Guozhong. Research on design-driven product disruptive innovation methods[J]. Journal of Graphics, 2024, 45(5): 1071-1083.

图/表 15

图1 设计驱动产品颠覆性创新过程模型

Fig. 1 A process model for design-driven product disruptive innovation

图2 技术系统进化状态雷达图

Fig. 2 Radar diagram of the evolutionary state of the technology system

图3 设计驱动产品颠覆性创新流程

Fig. 3 The process of design-driven product disruptive innovation

图4 电动轮椅SET分析

Fig. 4 Power wheelchair SET analysis

表1 用户需求清单

Table 1 List of user requirements

序号	一级需求项	二级需求项
1	CA₁安全需求	CA₁₁减震平缓
2		CA₁₂保护人体
3		CA₁₃防止掉落
4	CA₂操控需求	CA₂₁趣味操作
5		CA₂₂按键启动
6		CA₂₃自动行驶
7		CA₂₄控制简单
8		CA₂₅电力驱动
9	CA₃功能需求	CA₃₁提示避让
10		CA₃₂存放物品
11		CA₃₃快速行驶
12		CA₃₄续航持久
13		CA₃₅模块组合
14		CA₃₆座椅调节
15		CA₃₇遮阳挡雨
16	CA₄其他需求	CA₄₁使用方便
17	CA₄其他需求	CA₄₂性价比高

表2 KANO问卷统计结果

Table 2 Statistical results of the KANO questionnaire

类别	编号	设计要素	需求类别/%					S_i	D_i	ω_i	类型
类别	编号	设计要素	M	O	A	I	R	S_i	D_i	ω_i	类型
安全需求	CA₁₁	减震平缓	45.83	29.17	12.50	12.50	0	0.42	0.75	0.077	O
	CA₁₂	保护人体	27.08	25.00	25.00	18.75	4.17	0.52	0.54	0.072	M
	CA₁₃	防止掉落	58.33	18.75	12.50	10.42	0	0.31	0.77	0.079	M
操作需求	CA₂₁	趣味操作	12.50	18.75	45.83	22.92	0	0.65	0.31	0.089	A
	CA₂₂	按键启动	33.33	18.75	20.83	16.67	10.42	0.44	0.58	0.061	M
	CA₂₃	自动行驶	4.15	10.42	22.92	52.08	10.42	0.37	0.16	0.051	I
	CA₂₄	操作简单	31.25	41.67	16.67	8.33	2.08	0.60	0.74	0.082	O
	CA₂₅	电力驱动	50.00	20.83	12.50	10.42	6.25	0.36	0.76	0.078	M
功能需求	CA₃₁	提示避让	58.33	16.67	14.58	10.42	0	0.31	0.75	0.077	M
	CA₃₂	存放物品	37.50	29.17	16.67	16.67	0	0.46	0.67	0.069	M
	CA₃₃	快速行驶	18.75	6.25	4.17	54.17	16.67	0.13	0.30	0.031	I
	CA₃₄	续航持久	41.67	22.92	14.58	20.83	0	0.38	0.65	0.066	M
	CA₃₅	模块组合	6.25	16.67	8.33	62.50	6.25	0.27	0.24	0.037	I
	CA₃₆	座椅调节	27.08	18.75	18.75	35.42	0	0.38	0.46	0.052	I
	CA₃₇	遮阳挡雨	20.83	31.25	20.83	20.83	6.25	0.56	0.56	0.076	O
其他需求	CA₄₁	使用方便	25.00	47.92	8.33	18.75	0	0.56	0.73	0.078	O
其他需求	CA₄₂	性价比高	33.33	41.67	12.50	12.50	0	0.54	0.75	0.077	O

表3 电动轮椅技术系统分解结果

Table 3 Wheelchair technology system decomposition results

第一层级	第二层级	第三层级
PT₁动力系统	PT₁₁动力驱动系统	PT₁₁₁能源装置、PT₁₁₂传感器、PT₁₁₃控制器
PT₁动力系统	PT₁₂传动系统	PT₁₂₁驱动轮、PT₁₂₂传动轴
PT₂操控系统	PT₂₁方向操控系统	PT₂₁₁操纵杆、PT₂₁₂传感器、PT₂₁₃控制器
PT₂操控系统	PT₂₂加减速系统	PT₂₂₁操作按键、PT₂₂₂踏板、PT₂₂₃控制单元、PT₂₂₄传感器
PT₃车架机构系统	PT₃₁载具结构	PT₃₁₁座椅、PT₃₁₂靠背、PT₃₁₃扶手、PT₃₁₄脚踏板、PT₃₁₅底盘
PT₃车架机构系统	PT₃₂调节机构	PT₃₂₁升降机构、PT₃₂₂折叠机构
PT₄安全系统	PT₄₁制动系统	PT₄₁₁制动器、PT₄₁₂制动控制单元
	PT₄₂安全传感器	PT₄₂₁距离传感器、PT₄₂₂碰撞传感器
	PT₄₃人体保护	PT₄₃₁安全带
PT₅辅助功能	PT₄₄减震系统	PT₄₄₁减震装置
	PT₄₅防倾翻系统	PT₄₅₁防倾翻控制器、PT₄₅₂传感器
	PT₅₁照明系统	PT₅₁₁照明设备
	PT₅₂电子系统	PT₅₂₁控制面板、PT₅₂₂声音警报、PT₅₂₃通信

表4 功能-结构分解及设计公式表

Table 4 Functional-structural decomposition and design formula sheet

{FR}	{DP}	设计公式
FR₁₁储存移动所需能源	DP₁₁能源装置	$F R 11 F R 12 = X 0 0 X D P 11 D P 12$
FR₁₂将电压转换给各装置	DP₁₂调节电路	$F R 11 F R 12 = X 0 0 X D P 11 D P 12$
FR₂₁可以进行方向调整	DP₂₁方向控制系统	$F R 21 F R 22 F R 23 F R 24 F R 25 = X 000 X 0 X 00 X 00 X 00 000 X X 0000 X D P 21 D P 22 D P 23 D P 24 D P 25$
FR₂₂控制加减速	DP₂₂加减速系统
FR₂₃趣味操作	DP₂₃操作器使用形式
FR₂₄在路面上进行移动	DP₂₄移动机构
FR₂₅传达控制命令	DP₂₅传感器
FR₃₁防止行驶过程中掉落	DP₃₁安全带装置	$F R 31 F R 32 F R 33 F R 34 F R 35 = X 000 X 0 X 000 00 X 00 000 X 0 0000 X D P 31 D P 32 D P 33 D P 34 D P 35$
FR₃₂腿部不超过产品前端	DP₃₂防撞结构
FR₃₃警示行人	DP₃₃警示装置
FR₃₄防止使用中侧翻	DP₃₄防侧翻装置
FR₃₅过障碍物时减震平缓	DP₃₅减震装置
FR₄₁坐姿舒适	DP₄₁座椅结构	$F R 41 F R 42 F R 43 = X 00 0 X 0 00 X D P 41 D P 42 D P 43$
FR₄₂控制行为舒适	DP₄₂操作装置布局
FR₄₃存放物品空间	DP₄₃存放空间布局

表4 功能-结构分解及设计公式表

Table 4 Functional-structural decomposition and design formula sheet

{FR}	{DP}	设计公式
FR₁₁储存移动所需能源	DP₁₁能源装置	$F R 11 F R 12 = X 0 0 X D P 11 D P 12$
FR₁₂将电压转换给各装置	DP₁₂调节电路	$F R 11 F R 12 = X 0 0 X D P 11 D P 12$
FR₂₁可以进行方向调整	DP₂₁方向控制系统	$F R 21 F R 22 F R 23 F R 24 F R 25 = X 000 X 0 X 00 X 00 X 00 000 X X 0000 X D P 21 D P 22 D P 23 D P 24 D P 25$
FR₂₂控制加减速	DP₂₂加减速系统
FR₂₃趣味操作	DP₂₃操作器使用形式
FR₂₄在路面上进行移动	DP₂₄移动机构
FR₂₅传达控制命令	DP₂₅传感器
FR₃₁防止行驶过程中掉落	DP₃₁安全带装置	$F R 31 F R 32 F R 33 F R 34 F R 35 = X 000 X 0 X 000 00 X 00 000 X 0 0000 X D P 31 D P 32 D P 33 D P 34 D P 35$
FR₃₂腿部不超过产品前端	DP₃₂防撞结构
FR₃₃警示行人	DP₃₃警示装置
FR₃₄防止使用中侧翻	DP₃₄防侧翻装置
FR₃₅过障碍物时减震平缓	DP₃₅减震装置
FR₄₁坐姿舒适	DP₄₁座椅结构	$F R 41 F R 42 F R 43 = X 00 0 X 0 00 X D P 41 D P 42 D P 43$
FR₄₂控制行为舒适	DP₄₂操作装置布局
FR₄₃存放物品空间	DP₄₃存放空间布局

图5 目标产品DP与源产品PT对比图

Fig. 5 Comparison of target product with source product

图6 技术进化路线((a)向主动系统传递路线；(b)增加部件多样性路线；(c)功能-时间动力学路线)

Fig. 6 Technology evolutionary routes ((a) Transfer route to active systems; (b) Increasing component diversity route; (c) Function-time dynamics route)

图7 休闲移动产品技术系统

Fig. 7 Leisure mobility technology system

表5 意义视觉化诠释区域确定过程

Table 5 Meaning visualization interpretation area determination process

产品特性	可视化结构	意义诠释区域
操作易用性	操作器	操作器底盘(含车轮)
操作趣味性	操作器
通过稳定性	车轮
能源装置	底盘结构
操作器使用形式	操作器
防撞结构	底板结构
警示装置*	按钮
存放空间*	整体造型

表6 意义诠释部件样本类别集合

Table 6 Meaningful interpretation component sample category set

类比部件	样本集合
操作器	S1	S2	S3	S4	S5	S6
操作器
底盘结构	S7	S8	S9	S10	S11	S12
底盘结构

图8 休闲移动产品设计方案((a)方案效果图；(b)方案爆炸图)

Fig. 8 Leisure mobility design program ((a) Program effects; (b) Program explosion diagram)

表7 方案评价验证结果

Table 7 Results of programmatic evaluations

设计评价	样本编号
设计评价	1	2	3	4	5
样本
趣味性	2.538 5	3.653 9	2.423 1	2.576 9	2.461 5
稳定性	4.115 4	4.346 2	2.730 8	3.076 9	3.038 5
平均值	3.327 0	4.009 0	2.577 0	2.826 9	2.750 0

参考文献 24

[1]	檀润华, 孙建广. 基于破坏性创新机理的工程创新方法[J]. 工程研究-跨学科视野中的工程, 2020, 12(6): 564-573.
	TAN R H, SUN J G. A kind of engineering innovative method based on the mechanism of disruptive innovations[J]. Journal of Engineering Studies, 2020, 12(6): 564-573 (in Chinese).
[2]	王宇, 檀润华, 孙建广. 产品低端颠覆性创新研究综述[J]. 机械设计, 2022, 39(9): 1-10.
	WANG Y, TAN R H, SUN J G. Review of research on product low-end disruptive innovation[J]. Journal of Machine Design, 2022, 39(9): 1-10 (in Chinese).
[3]	魏楚凡, 刘键, 席上琳, 等. 知识视角下设计驱动的颠覆式创新方法研究[J]. 包装工程, 2023, 44(10): 40-53, 146.
	WEI C F, LIU J, XI S L, et al. Design-driven disruptive innovation method from the perspective of knowledge[J]. Packaging Engineering, 2023, 44(10): 40-53, 146 (in Chinese).
[4]	孙建广, 檀润华, 江屏. 基于技术进化理论的破坏性创新预测与实现模型[J]. 机械工程学报, 2012, 48(11): 11-20.
	SUN J G, TAN R H, JIANG P. Model for roadmapping disruptive innovation based on technology evolution theory[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2012, 48(11): 11-20 (in Chinese).
[5]	GUO J, TAN R H, SUN J G, et al. An approach for generating design scheme of new market disruptive products driven by function differentiation[J]. Computers & Industrial Engineering, 2016, 102: 302-315.
[6]	檀润华, 孙建广. 破坏性创新技术事前产生原理[M]. 北京: 科学出版社, 2014, 175-193.
	TAN R H, SUN J G. Principles of exante generation of disruptive innovation technologies[M]. Beijing: Science Press, 2014, 175-193 (in Chinese).
[7]	秦发伟, 杨伯军, 曹国忠, 等. 设计驱动的产品功能创新过程研究[J]. 包装工程, 2022, 43(18): 24-31.
	QIN F W, YANG B J, CAO G Z, et al. The process of design-driven product function innovation[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(18): 24-31 (in Chinese).
[8]	白仲航, 夏桐, 刘芳, 等. 基于包容性的产品新市场破坏性创新研究[J]. 机械设计, 2019, 36(7): 119-124.
	BAI Z H, XIA T, LIU F, et al. Research on new market disruptive innovation based on inclusiveness[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(7): 119-124 (in Chinese).
[9]	CHRISTENSEN C M. The innovator’s dilemma: when new technologies cause great firms to fail[M]. Boston: Harvard Business School Press, 1997, 56-65.
[10]	张鹏, 王子真, 赵博园, 等. 颠覆性创新理论研究综述[J]. 机械设计, 2018, 35(12): 1-6.
	ZHANG P, WANG Z Z, ZHAO B Y, et al. Review of the research on disruptive innovation theory[J]. Journal of Machine Design, 2018, 35(12): 1-6 (in Chinese).
[11]	ÖBERG Å, VERGANTI R. Meaning: an unexplored path of innovation[J]. International Journal of Innovation in Management, 2014, 2(2): 77-92.
[12]	陶金元, 陈劲. 设计驱动型创新理论述评与演化趋势: 基于有意义的创新框架[J]. 科学学与科学技术管理, 2022, 43(7): 3-20.
	TAO J Y, CHEN J. Review and evolution of design driven innovation theory: based on the meaningful innovation framework[J]. Science of Science and Management of S. & T., 2022, 43(7): 3-20 (in Chinese).
[13]	罗仕鉴, 张泷予, 吕健, 等. 边缘创新设计思维[J]. 机械设计, 2024, 41(3): 157-162.
	LUO S J, ZHANG L Y, LYU J, et al. Edge innovative design thinking[J]. Journal of Machine Design, 2024, 41(3): 157-162 (in Chinese).
[14]	罗伯托·维甘提. 第三种创新:设计驱动式创新如何缔造新的竞争法则[M]. 戴莎, 译. 北京, 中国人民大学出版社, 2013: 49-50.
	VERGANTI R. Design-driven innovation: changing the rules of competition by radically innovating what things mean[M]. DAI S, Translate. Beijing: China Renmin University Press, 2013: 49-50 (in Chinese).
[15]	吴雪松. 意义导向的产品设计方法[D]. 长沙: 湖南大学, 2017.
	WU X S. The product design methods driven by the meaning[D]. Changsha: Hunan University, 2017 (in Chinese).
[16]	郭靖, 檀润华, 孙建广, 等. 设计与资源驱动的产品NDI设想产生过程研究[J]. 工程设计学报, 2015, 22(4): 309-316.
	GUO J, TAN R H, SUN J G, et al. Research on process of generating NDI ideas for products driven by design and resources[J]. Journal of Engineering Design, 2015, 22(4): 309-316 (in Chinese).
[17]	罗伯托·维甘提. 意义创新: 另辟蹊径, 打造爆款产品[M]. 吴振阳, 译. 北京: 人民邮电出版社, 2018: 177-225.
	VERGANTI R. Overcrowded: designing meaningful products in a world awash with ideas[M]. WU Z Y, Translate. Beijing: Posts & Telecom Press, 2018: 177-225 (in Chinese).
[18]	斯晓夫, 刘婉, 巫景飞. 克里斯坦森的破坏性创新理论: 本源与发展[J]. 外国经济与管理, 2020, 42(10): 125-138.
	SI X F, LIU W, WU J F. Christensen’s disruptive innovation theory: origin and development[J]. Foreign Economics & Management, 2020, 42(10): 125-138 (in Chinese).
[19]	周祺, 李旭, 周济颜. 模糊Kano与情景FBS模型集成创新设计方法[J]. 图学学报, 2020, 41(5): 796-804. DOI
	ZHOU Q, LI X, ZHOU J Y. Integrated innovative design method of fuzzy Kano and scenario FBS model[J]. Journal of Graphics, 2020, 41(5): 796-804 (in Chinese). DOI
[20]	杜轩, 李宝万, 方子帆. 基于公理设计和多色集合的树障清除机器人方案设计[J]. 计算机集成制造系统, 2022, 28(9): 2782-2793.
	DU X, LI B W, FANG Z F. Scheme design of tree barrier removal robot based on axiomatic design and polychromatic set[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2022, 28(9): 2782-2793 (in Chinese).
[21]	罗仕鉴, 张宇飞, 边泽, 等. 产品外形仿生设计研究现状与进展[J]. 机械工程学报, 2018, 54(21): 138-155. DOI
	LUO S J, ZHANG Y F, BIAN Z, et al. Status and progress of product shape bionic design[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(21): 138-155 (in Chinese). DOI
[22]	王年文, 张立杰, 毕翼飞, 等. 生物原型驱动的手功能康复产品仿生设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 300-307. DOI
	WANG N W, ZHANG L J, BI Y F, et al. Research on bionic design of hand functional rehabilitation products driven by biological prototype[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(11): 300-307 (in Chinese). DOI
[23]	钟光明, 刘结萍, 幸浩琳, 等. 老年人电动康复轮椅创新设计[J]. 机械设计, 2023, 40(3): 149-154.
	ZHONG G M, LIU J P, XING H L, et al. Innovative design of elderly electric rehabilitation wheelchair[J]. Journal of Machine Design, 2023, 40(3): 149-154 (in Chinese).
[24]	郭靖, 孙建广, 梁添才, 等. 基于逻辑回归的破坏性创新设计方案评价模型[J]. 计算机集成制造系统, 2015, 21(6): 1405-1416.
	GUO J, SUN J G, LIANG T C, et al. Evaluation model of disruptive innovative design scheme based on logistic regression[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2015, 21(6): 1405-1416 (in Chinese).

设计驱动的产品颠覆性创新方法研究

Research on design-driven product disruptive innovation methods

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 15

参考文献 24

相关文章 2

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	白宇, 王坤. 基于参数化的3D打印个性化外固定支具设计研究[J]. 图学学报, 2023, 44(5): 1050-1056.
[2]	边坤, 梁慧. 基于机器学习的图案分类研究进展[J]. 图学学报, 2023, 44(3): 415-426.