智能产品创新设计开发流程探讨

宋姣 龚瑜

关键词：智能产品;开发流程;创新设计;智能枕头

1 智能产品概述

1988年，美国学者Ives与Vitale在“信息技术改造售后维护服务”的论文中最早提出了“智能产品”（IntelligentProduct）一词，认为基于软件追踪产品性能并提供维护服务是典型的“智能产品”范例[1]。2014年，Porter等人将智能产品概念延伸为智能互联产品，指出其应具有物理组件、智能组件（放大物理组件的能力和价值）和互联组件（放大智能组件的能力和价值）三个核心要素，智能组件能通过互联组件而存在于物理产品外部，进而实现价值提升[2]。基于对智能产品的深入研究，方毅芳等人总结出了智能产品所具备的以下八个特征[3]：（1）实现对自身工作状态、内外环境变化的感知;（2）具备能够进行智能监测与监控的相关功能;（3）能够根据感知的信息调整运行模式，以进行优化;（4）能够实现产品部件之间的互联互通;（5）能够满足产品与产品、产品与用户、产品与系统之间的交互需求;（6）采集智能产品在使用过程中的数据与信息;（7）基于内部组件以及系统交互来模拟人的思维过程和行为;（8）将产品与服务相结合来向用户提供新的价值。文章将基于使用者的需求，结合智能科技产品的特征来进行产品的创新设计以及开发探讨。

2 智能产品创新设计开发的流程

产品开发流程是指企业在进行产品开发时经历的从构思到设计再到商业化的一个系列步骤及行为。针对传统的产品开发，Ulrich 和Eppinger 将“开发流程”明确定义为规划、概念发展、系统层级设计、细节设计、测试与改进和量产上市等主要阶段[4]。而智能产品的开发流程还未有较为深入地专门研究。经与多家高新技术企业的多次访谈得知，在研发智能产品时常会尽可能缩短研发周期，采用Eng 和Ozdemir 总结的一般高科技产品开发的架构与流程[5] ：

1） 第一阶段：概念发想（Concept Prototype）。该阶段是项目最原始的设计概念原型阶段，重点在于将设计概念转化为实体，并尽量将产品用简易的规格和方法实现所涉及到的功能。

2） 第二阶段：工程技术验证（Engineering Validation Test）。该阶段主要是将设计概念以工程方式验证，用以确定所选方案可以利用产业中现有资源制造出产品的原型。且在该阶段中可能会出现多个实验版本，直到产品的设计性能与产品实际制造出来的品质能够匹配，方可进入下个阶段。

3） 第三阶段：设计验证（Design Validation Test）。该阶段主要包含对工业设计、电路板设计、机构设计等方面的验证，根据业界现有的制造资源，来验证所设计的规格是否可以被顺利生产制造。

4） 第四阶段：生产线验证（Production Validation Test）。此阶段目的是在完成对产品的大批量生产前，对生产线进行测试，以确保最终量产阶段的顺利进行。

5） 第五阶段：量产（Mass Production）。当产品完成了上述各阶段后，就可以进入到量产阶段。

智能技术的发展越来越快，智能产品市场的竞争也愈发激烈。产品质量、研发与生产上市周期压力也变得更大。为保证产品设计与开发能有计划、有控制地进行，确保开发规范能达到产品的预期要求，需要对产品开发过程中的许多阶段进行如上所述的各阶段测试和验证。

3 智能枕头设计开发的流程分析

本研究以一个智能枕头的开发作为案例，结合智能技术与电子元器件的应用，为确保可行性，采用Eng 和Ozdemir 总结的高科技产品研发流程。遵循从概念发想、工程技术验证、设计验证、生产线验证，再到量产的步骤来进行。因本案例还处于创新的初级阶段，以加之资源限制，目前聚焦于前三个阶段的流程。

3.1 第一步：概念发想

本案例根据失能老人长期卧床对头部和颈部造成的问题，进行一款智能枕头的设计开发。针对年长者的智能产品创新设计应该从老年人的認知需求角度来进行，应该充分了解和考虑老年用户在使用智能产品时认知需求方面的优势和劣势[6]。本设计主要从按摩、热敷和语音控制等几个能够满足失能老人需求的方面展开创意设计。用按摩旋转头、Arduino 开发板、LED 灯、语音识别芯片等材料，经过电路连接，再通过C 语言编程，用简易的规格实现智能枕头中所涉及到的功能，如图1 所示。在本阶段中，主要采用了以用户需求为导向的设计概念，综合考虑现有可行技术，并用简易原型来验证概念可行性。

3.2 第二步：工程技术验证

考虑到资金和技术的限制，采用可采购的常规规格元器件比重新开发特殊规格的元器件更具可行性。为了能实现概念原型中的功能，运用了温感热敷、8D 旋转头按摩、智能语音识别等技术。所用到的元器件有：Android 开发板、直流电机、8D 旋转头、LD3320 语音识别芯片、PCB 制作板、杜邦线等。

3.3 第三步：设计验证

在已经过工程技术验证的原型基础上，进行设计验证，包含结构/ 机构设计、工业设计以及电子/ 程序设计等。结构/ 机构设计如图2 所示，由多层透气网格布材料包裹具有弹性的乳胶，内部结构由底座与两侧支撑构筑内部空间，容纳各种元器件。

设计的过程中，首先考虑产品内部结构的尺寸及其组装。随后，考虑产品外观的人机工程尺寸，使其具有调整失能老人颈椎曲线的功能。因此，在设计外观时将枕头的曲线贴合人体正常的颈椎曲线。在确定好产品尺寸和外观后，进行产品的细节设计，如产品的材质选择与运用、人机尺寸设计、色彩设计等。如图3所示，本智能枕头外壳、两侧支撑以及拉伸圆形枕由乳胶材质填充，外部采用亲肤柔软的透气网格布料。最外层再用全棉材质的布料作为枕套。在产品表面设计凹凸纹理用来增强使用者的触感，提升感官体验。

在电子电路以及程序设计部分，根据元器件的规格与要求，进行了电路连接和焊接，并用C 语言进行了程序编写，如图4所示。以此来实现多种交互功能，如：智能枕的间歇功能、智能枕的节能模式、LED灯的控制、智能枕的模式转换、智能枕的按摩转向，以及串行通信波特率控制等。

经上述三个方面设计验证，智能枕头的开发完成了前三阶段的验证，这也为之后的量产奠定了基础。因现有资源条件的限制，面向生产的第四和第五阶段还未能涉及。

4 结论

随着信息化、智能化建设日益成熟，各类智能相关的产品已成为了当前大众生活中密不可分的重要组成。本研究以高科技产品的开发流程作为基础来探讨智能产品的创新设计开发流程。从概念发想、工程技术验证、设计验证、生产线验证再到量产，其中每个阶段都需要反复验证该阶段的可行性，以降低创新风险。同时因智能产品的创新涉及到软件、硬件的共同开发，所以在开发过程中，要重视跨专业的团队合作，采用并行工程的开发流程进行。如在设计验证阶段，机构/ 结构设计、工业设计以及电子/ 程序设计等开发同时展开。本研究为相关行业研发智能产品的开发提供了新的参考与思路。限于现有资源的局限性，未来还将对生产线验证以及量产阶段进行进一步地研究。