共生视域下生态产品创新设计研究

张婉　苏晨

关键词：共生理论 流浪宠物 生态产品 Set因素 Triz原理

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）02-0124-04

引言

“共生”理论源于生物学界，并逐步应用于社会科学、生态环境等领域，是指两种不同生物之间所形成的彼此依存、协同进化的紧密关系。习近平总书记明确提出“人与自然是生命共同体”等一系列重要论述。人与动物间建立良好互利互惠的共生关系已成为当代生态文明建设过程的必经之路，人与动物和谐共生共同维护生态平衡进而促进社会有序发展的理念更是深入人心。

流浪宠物作为人类社会及自然界中庞大的生命体系，其生存条件的恶劣性及健康状况的不确定性在“共生”环境下对人类社会有序发展及生态环境的平衡运行构成严重威胁。

目前，吴艳林通过研究对垃圾桶进行创新设计，在一定程度上解决了流浪宠物食物匮乏问题。韩保鑫等人针对救助站管理不便、环境卫生差等问题探索了如何为流浪猫建立小型收留站。贺舒媛设计流浪猫屋和喂食服务调动了人们喂养的积极性。王波等人设计了流浪动物救助App系统，减少了流浪宠物安全隐患问题。但现有流浪宠物产品设计依然存在问题，如覆盖面少、功能单一、使用周期短暂、缺乏人与动物之间的情感交流等，无法从真正意义上解决流浪宠物生存健康需求与人类社会及生态环境之间的根本矛盾问题。为有效缓解现阶段人类居住环境与流浪宠物之间的紧张关系，保证流浪宠物基本生存需求，改善人类居住环境质量，运用共生理論结合多学科研究，探索共生视域下生态产品创新设计策略和实现路径。对流浪宠物当前生存条件及人类社会共生模式进行深入研究，整合流浪宠物投喂产品着重满足人类社会需求的设计要素，找出种群间共生关系发展制约关键利用Lotka-Volterra模型进行深入分析，通过set因素分析和Triz发明原理解决生态产品创新的矛盾问题，准确定位满足人类社会需求的生态产品设计要素，提高流浪宠物投喂产品设计的效率与质量，符合流浪宠物生存条件的同时提升人类参与体验，也是现阶段解决流浪宠物生存及健康问题的现实落点。

一、共生理论视域下生态产品创新流程

（一）生态产品创新流程图

以共生理论为导向，找出生态产品创新设计过程中各种群（人类社会一流浪宠物一环境）共生关系制约关键，对其对应得平衡点及稳定性进行深入分析，确定其具有平衡点且各种群间共生模式具备稳定性，进而通过相关设计方法提出产品总体构想，找出生态产品创新设计中存在的矛盾问题并通过相关技术知识给出解决方案，最后通过调查问卷法和访谈法对方案的可行性进行验证，生态产品创新流程图如图1

（二）共生模式解析

“共生”理念，包含共生单元、共生模式、共生环境三部分，具体指在生物学中互惠互利共生的单元关系，人类社会环境与流浪宠物生存条件是社会-文化一自然发展符合生态系统良好循环的重要单元，因此可以基于共生视域，遵循共生原理与原则，通过对共生机制的设定与构建，有效实现人类社会与流浪宠物的和谐共生与循环，人类社会与流浪宠物共生关系重要特征是系统性与融洽性、互惠性与互动性、协调性与动态均衡性等不同属性的共存与综合。共生理论中在探索系统及各要素之间的基本规律时，需要从宏观及微观两角度进行分析，从而展示生态系统和谐共生相互作用的本质。而不断整合共生单元、建立共生关系、分享共生机制、归纳出所形成共生模式的过程，即是推动人类社会与流浪宠物生存发展的进程，也是在特定时间、空间以及物质资源限制条件下作为生态产品本质更新演化的过程。从共生角度出发，更好地为生态产品创新提供最佳进化路径，推动其循环可持续发展与升级。人类社会与流浪宠物共生模式见图2。

二、生态产品创新设计与实例

（一）共生关系制约关键

共生关系特指共生单元间相互作用或相互结合的方式，它不仅反映的是共生单元之间相互作用方式，也反映种群间相互作用的强度，从共生关系的利益分配面来看，共生关系可以划分为寄生、竞争共生、偏利共生、互惠共生，各种群共生关系之间的关系。通过以上对共生关系的解析，生态产品创新研究映射到人类社会及流浪宠物上，即两种群之间是否具备互惠关系、是否产生互惠效应，这也是两种群之间共生关系的制约关键。

（二）共生模式构建

1.人类社会共生模式构建

人类社会作为生态产品价值实现主体，其价值实现环节包括政策扶持、开发商投资、客户使用。因此，在共生模式下生态产品创新中应当首先考虑政府、开发商和客户三主体共生模型，进而为生态产品创新的可持续发展提供依据。

根据我国目前生态产品建设管理现状，我国对流浪动物相关问题缺乏相应法律法规，由于其特殊性，政府无法实施细化管理社区无法有效加强监督，所以论文假设对流浪宠物生态产品项目政策仅激励开发商，对客户不给予激励，因此可以视作政府对开发商具备作用而对客户无作用，作为流浪宠物生态产品项目建设者的开发商，对政府及客户都具有作用。本文利用Lotka-Volterra模型研究三种群互惠情况和互惠效应。结合三种群共生模式见公式1，式中各符号见表1。

共生方程（1）求解得出的最终结果即为该种群共生系统的平衡点。通过Matlab求解中的符号函数来求得结果，并归纳整理如图3所示。其中N8代表三种群间共生点，由于三种群间共生的数量不存在负数，因此对于该点的各值要求均大于零。N6表示为仅有开发商和客户间两种群的共生点，可以视为生态产品创新项目开发不需要政府政策激励也可以稳定发展的情形，此时对于政府的激励政策可以完全退出。

2.生态产品共生模式构建及稳定性分析

通过以上分析，生态产品创新项目开发过程中在没有政府激励政策时，可以通过开发商与客户两种群共生持续运行，通过对用户与流浪宠物两种群共生模式及稳定性分析，得出用户与流浪宠物之间具备共生平衡点，进而为流浪宠物生态产品创新设计提供依据。

由Lotka-Volterra方程构建，得到公式2

平衡点处于局部渐进稳定状态需要满足以下条件det （J）>0且存在tr（J），用户与流浪宠物共生稳定条件如公式（3）所示。

对比公式（2）和公式（1），δGD=δDG。由上面的结果分析可知，当用户与流浪宠物两种群之间相互作用的系数满足公式（3）时，流浪宠物生态产品创新开发用户与流浪宠物两种群共生模式具有稳定性。

（三）SET因素分析产品机会缺口

SET（社会一经济一技术，Society-Economy-Technology）因素分析法是由Craig Vogel和Jonathan Cagan提出，通过对社会发展趋势（Society，S）、经濟动力发展趋势（Economy，E）、相关先进技术（Technology，T）各因素综合分析，准确找出产品机会缺口，在所得产品机会缺口中获得用户新的潜在需求，创建新的设计方向。

为找到符合城市用户需求的流浪宠物产品突破口，本文对流浪宠物数量居多地湖北省武汉市中的一百八十名意愿人士和三十名动物相关专业产品设计师及专家进行需求问卷调查和深度访谈，共回收有效问卷两百零一份，有效率为95%，确保了问卷调查的可信度，进一部对用户所需信息进行整合统计，SET因素产品机会关键词见表2。

（四）saaty多准则决策法计算权重

将SET因素分析结果和用户所需点设计成一份关键性调查问卷并给与评分，进而采用satty中的层次分析法对SET因子及用户重要希望点进行量化处理，其步骤如下：

首先构造判断矩阵。层次分析法指的是在某个准则下通过对同级层次，以不同需求指标之间进行双双对比，由此衡量出各需求指标之间的相应重要性。

其衡量标准采用Saaty的1～9评分规则，其相对重要性矩阵则由各评估指标形成。A=aijn×n，其中aij表示为需求指标i及相对需求指标i的重要性。

标准化处理矩形A，其公式如（1）：

第三，在不同地点，由于各类人群对流浪宠物智能投喂产品的响应程度不同，用户需求点之间的权重度会有相应变化，要对各个需求点权重是否稳定进行评估则需要通过需求点同等性的检验方法，具体过程如下：

先将A的最大特征值λmax即用户需求需求指标间所对应重要度矩阵计算出来，通过公式（2）可计算出同等重要性需求CI。

通过公式1～3计算出用户各需求指标所对应客观权重（见表3）及一致性需求指标的比例值得出CR<0.1，所以表3中的各个需求指标的权重具有较好稳定性。

依据SET因素调研深度分析并计算出生态产品所需客观权重，进而将产品机会中重点需求的价值机遇转化为更重要的和更具有代表性的生态产品设计准则。

通过以上分析，可将流浪宠物投喂产品创新设计归纳为一组物理矛盾和两组技术矛盾，物理矛盾：产品功能多样化与占地面积小之间的矛盾;技术矛盾：减少人工操作与观察投喂过程之间的矛盾;投喂成本低与实现流浪宠物智能化之间的矛盾。解决产品矛盾问题是产品创新设计过程中重要的一部分，因此，利用TRIZ理论结合矛盾矩阵解决问题进而促进产品方案创新设计。

（5）解决生态产品设计矛盾问题

针对上述矛盾，本文主要利用TRIZ理论中阿奇舒勒矛盾矩阵四个分离原理即时间、空间、整体与部分以及条件分离原理使两者分离，由于该产品功能需求多样化与占地面积大小涉及到生态产品设计中面积与体积的问题，因此可以采用矩阵中的空间分离原理解决该矛盾问题，各发明原理序号详见表4;对于相关技术矛盾，可以在确定工程参数后，再利用阿奇舒勒矩阵内的发明原理来解决相应的矛盾问题。部分阿奇舒勒矛盾矩阵详见表5。

由表3和表4得出的物理矛盾与技术矛盾相对应的发明原理，可选出发明原理中的最恰当解。经深入分析得出：（1）6号参数嵌套原理和了号参数一物多用发明原理对产品需求功能多样化与实际占地面积大这一组物理矛盾有较大帮助，将流浪宠物智能投喂产品嵌套到其他设施中实现一物多用，（2）根据5号参数组合原理和3号参数局部质量原理，将投喂产品与公共设施进行组合，提高该产品局部质量，组合后的产品既达到成本低的要求，同时也提高了流浪宠物投喂产品的使用率，（3）为有效解决时间的浪费及改善控制的复杂性问题，根据矛盾矩阵中推荐的第十号预先作用原理，可有效解决减少人工操作，避免直接接触的同时更直观地观察流浪宠物投喂过程。具体解决方法为预先在产品内安装传感器（通过散发气味、声音等吸引流浪宠物），在投喂产品上部安装迷你摄像头，通过扫码方式将网络与手机App相连进行投喂并实现观察流浪宠物饮食过程。同时也可以通过App分享和交流投喂过程宠物饮食状态。

（六）设计实例

流浪宠物智能投喂产品创新设计是一个不断克服各种矛盾因素的过程，以共生理论为导向，找出制约其共生关系的关键之处，以此提出相应设计构想，利用Set法，分别从产品的社会、经济和技术三方面获取只管用户需求，再利用多准则决策法定位出用户需求权重，将各重点需求因素进行深层分析，并运用Triz解决权重分析后的矛盾问题。基于此分析思路，可在产品的功能、造型、技术和情感诉求之间达到平衡，完成流浪宠物投喂产品创新设计。

（1）首先，将流浪宠物投喂箱嵌入到公共产品（如旧衣物回收箱、废弃塑料瓶回收箱）中，如投放过旧衣物或塑料瓶，用户绑定App后会显示投放数量记录，记录为有数量时则显示可出粮，使用嵌套原理在节约材质的同时进一步增强人们的环保意识。（产品结构效果图详见图4）

（2）其次，预先在产品中放置传感器和迷你摄像头，传感器通过感应流浪宠物生命体征反馈到用户绑定的App，App相关栏会及时显示出设备近处流浪宠物位置，随后用户只需点击投喂（是），设备根据先前存放数量投出相应数量宠粮。

（3）最后，通过手机App完成对流浪宠物投喂产品的智能监测。投粮后安装的迷你摄像头会及时记录流浪宠物进食状态，用户可通过App接收并观测宠物进食状态，避免人工现场投喂造成安全隐患的同时能随时看到自己投喂的流浪宠物进食状态，保护流浪宠物的同时对人类用户也起到了很好的减压效果。（人机交互形式如图5）

改良后的设计方案，有效节约公共空间，增强人机交互性，实现生态产品向多元化发展，改善公共环境。

（七）设计方案验证

首先，对用户需求进行排列，由权重重要度排列顺序可得：第一：减少人工操作;第二：产品功能多样化;第三：观察投喂过程;第四：投喂成本低;第五：实现流浪宠物智能投喂。根据排列的重点用户需求定位设计点进行设计。

其次，通过产品设计方案的展现，使用调查问卷的形式，概念设计方案进行可行性评估，如产品功能多样化、产品造型简单化、交互形式便捷化等量化用户对该产品的造型、功能、交互形式等满意度程度。

最后，通过收集问卷的调查结果显示，超过70%的受访者对该产品的造型、功能表示满意或非常满意，超过85%的受访者对产品交互形式表示满意或非常满意，该产品目前为试验阶段，还存在待完善之处。但此款流浪宠物智能投喂产品现位于概念设计阶段，后期需要进一步探索该设计方案的可行性，以及对该产品进行相关测试和验证等流程，以确保该创新产品的正式发布。

结论

运用共生理论结合多学科研究，探索共生视域下生态产品创新设计策略和实现路径，找出人类社会与流浪宠物共生互惠之处，通过set因素分析和Triz发明原理解决生态产品创新的矛盾问题准确定位满足人类社会需求的生态产品设计要素，最终完成设计方案。将智能交互与流浪宠物投喂产品相结合，有效解决了流浪宠物生存健康问题及现有流宠物投喂产品缺乏资金支持问题，与目前流浪宠物投喂产品相比更具智能感、人性感、合理感，且能在投喂过程中给用户带来趣味性。符合流浪宠物生存条件的同时提升人类参与体验，更能有效改善社会公共环境。