珠宝首饰的大规模个性化设计研究

李星枰，李 妍,2，郝 亮,2，董亮洁

(1.中国地质大学珠宝学院，湖北 武汉 430074; 2. 湖北省珠宝工程技术研究中心，湖北 武汉 430074)

目前我国的制造业整体上呈现大而不强、低端制造产能过剩、高端制造创新与供给不足、环境问题日益恶化等局面，传统制造业存在不可持续性且逐渐无法满足市场需求的现象。为此，2015年《中国制造2025》明确提出 “坚持把结构调整作为建设制造强国的关键环节，大力发展先进制造业，改造提升传统产业，推动生产型制造向服务型制造转变”[1]。大规模个性化模式已成为传统制造业生产模式转型升级的新方向，为企业提供了新的思路和方法，智能制造的帷幕已经拉开，传统制造业正在向个性化定制、数字化生产转型。

大规模个性化模式虽然在当今市场中具有较大优势，但是在实际应用中理论较为复杂，涵盖范围广，学者对于理论层面的研究较多，而针对某领域的应用研究较少。同时，大规模个性化珠宝首饰在我国珠宝行业正处于起步阶段，存在个性化设计灵活性待改善以及设计生产流程待优化等问题。本文将大规模个性化的理论与珠宝首饰市场的特点相结合，分析了理论与实际结合的可能方案。大规模个性化模式中设计环节非常重要，客户积极参与的设计过程也是该模式显著区分于其他模式的优势所在，因此笔者对珠宝首饰大规模个性化设计方法进行了探讨，对其中重要的个性化设计、模块化设计、客户参与设计的方式进行了介绍分析；对大规模个性化设计中的较为重要的关键技术进行了讨论，介绍了4种先进实用的数字化设计方法，从而更好地结合当前珠宝首饰行业的发展特点适应智能制造;并对未来大规模个性化模式在珠宝行业中的应用做出展望。

1 大规模个性化研究现状

企业的生产模式先后经历了大规模生产、大规模定制到今天仍在探索的大规模个性化。大规模个性化是一种符合当前市场环节且能有效解决问题的发展方向，它与传统的大规模生产有一定区别，对比如表1所示。大规模生产(Mass Production)是指企业使用大规模生产系统生产低成本的产品，且产品品种非常少且有限[2]；大规模定制(Mass Customization)是指企业根据特定不同市场群体的产品功能需求，进行大规模生产的模式[3]；大规模个性化(Mass Personalization)是在工程师的引导下，根据用户的个性化需求，以模块化设计为基础，结合大批量生产低成本、高效率的优势来创造企业价值和用户体验价值的智能生产服务模式[4]。虽然大规模定制和大规模个性化中均运用了大批量生产的方式，但相比于目标市场为单一群体的大规模定制，大规模个性化针对的市场是个人，且用户能够参加设计生产的全流程，获得更好的产品服务。若想从不同的个性化订单中实现大规模生产，企业需要进行不同订单中相同模块的整合和生产安排，进而实现针对个性化产品的快速大批量生产。大规模个性化虽然有自身的诸多优势，但在实际应用中也存在困难，主要表现为：(1)客户设计水平限制了产品的个性化设计空间;(2)个性化设计环节增加了时间和成本;(3)随机性接收订单使得企业需有效调度各个生产环节，以准时完成订单。

表1 大规模生产、大规模定制及大规模个性化的对比Table 1 The comparison between mass production, mass customization and mass personalization

图1展示了大规模个性化的发展历程，从1987年Davis[5]首次提出了大规模定制的概念，到2010年Tseng等[6]对大规模个性化进行了定义，相关学者和部分企业结合理论和实践，探索了大规模批量化的生产需求和客户个性化需求之间的平衡，划分个性化需求的对象从大规模定制模式下特殊需求的人群精确到了大规模个性化模式下的单一客户。2020年，肖人彬教授等[7]对于数字驱动大规模个性化设计做了深入研究，该模式能够使企业更高效精准地满足个性化需求。

图1 大规模个性化的发展历程Fig.1 The development of mass personalization

珠宝行业虽然是极具市场发展潜力的行业，但是受制于种种保守的观念，日益展露出接近发展瓶颈的端倪[8]。目前多数珠宝企业的生产模式仍然停留在大规模生产，设计出的珠宝首饰款式固定，对年轻人的吸引力不足。同时由于大规模生产所需的前期投入量大，相似的大批量产品面临着库存积压的问题，导致企业的资金流动缓慢。此外，随着科技的发展，越来越多具有交互功能(如心率血压测量、睡眠监测、信息提醒等)的智能首饰涌现出来。但智能首饰作为一种与佩戴者关系紧密的功能性产品，产品统一的功能并不能很好满足消费者的个性化需求。无论是传统的珠宝首饰，还是新兴的智能珠宝，企业都未能较好地平衡客户个性化需求和企业大规模生产间的关系，从而导致珠宝市场的低迷和缓慢发展。近几年，国内的珠宝首饰行业对大规模个性化模式也进行了初步探索。2017年任进博士在深圳罗湖创立了一家专注于“全自动黄金手镯定制”服务的公司，公司通过技术、设备的重新整合和技术改造，实现全自动的大规模个性化黄金首饰生产[9]。梦工场在深圳也创立了国内首家可供消费者自行设计的创新型产业平台。消费者可以在平台上自行选择珠宝颜色、形状、尺寸等多个元素进行组合，获得属于自己的定制珠宝。通过实际案例可以看出，珠宝行业对于大规模个性化模式的应用仍处于探索阶段，并且整体的设计生产流程尚不明晰且单薄，能够满足的个性化需求范围较小，仍然需要更为细节具体的优化方案。

2 面向珠宝首饰的大规模个性化

大规模个性化模式的设计由客户主导，企业基于客户个性化需求开展产品设计，并在产品全流程实现与客户的实时交互，及时捕捉客户体验以修正设计方案[10]。随着人们物质生活水平的提高，越来越多的消费者认可了“定制”这一消费理念，在消费珠宝首饰商品价值的同时，也提出了独特的情感需求。定制珠宝首饰是很多小型工作室的运营模式，但是其人力成本高、生产周期长是其价格居高不下的主要原因，占有的市场比例也很小。因此，将满足单一顾客需求的定制与批量化生产相结合的大规模个性化模式在珠宝首饰的市场前景良好。

Loef等[11]在2017年指出了生产过程各阶段的客户参与度是衡量产品个性化的有效性和每个客户获得的个性化价值的一个必要维度。早期采用大批量生产与定制结合的企业多是将客户的参与放到了最后的销售环节，例如：潘多拉在销售时客户可以选择项链或手镯的标准基本单元，通过重组零部件来装配符合自己需求的首饰[12]，如图2a所示。这种方式下，个性化的自由度很低，而且也难以满足客户个性化价值的期许。近年来，部分珠宝企业开始尝试大规模个性化模式，客户可在网络交互平台上选择首饰的颜色、形状、尺寸等多个元素进行组合，随后工厂再选择合适的工艺进行生产，完成定制商品。数字化设计技术让客户可以直观地“看到”虚拟定制商品，如图2b所示，年轻一代对这种定制模式的接受度很高。虽然这种模式个性化程度较高，但仍处于尝试阶段，存在许多问题:(1)客户能够选择的款式范围较小，且部分款式较为传统，不符合主流消费者——年轻人的喜好；(2)材质及工艺的可选择种类少，多数以贵金属为主，无法有效满足客户的个性化需求，且对客户的情感需求关注较少；(3)定制平台的功能较少，且缺乏对于单一客户信息的管理，客户的设计生产参与程度低。

图2 潘多拉手链(a)和梦工厂定制戒指效果图(b)Fig.2 Pandora bracelet(a) and the rendering of Dream Works’ customized ring (b)

由于目前珠宝首饰企业的大规模个性化模式仍有许多待改善的地方，因此笔者在企业信息系统中融入了大规模个性化的生产设计方式，构建了基于客户直联的珠宝首饰业大规模个性化系统解决方案(图3)。该方案分为直接面向客户，与客户实时交流互动的系统前端，以及面向企业，连通企业设计生产各个环节的系统后台。前端包括基于客户选项的在线配置与基于自由选配的个性化订单管理，它能够较大程度完成个性化的有效性，并且使订单透明、规范化；后端包括数字化设计生态、柔性智能制造及个性化售后体系组成的企业服务总线，它使企业的信息系统能够互联互通，实现全业务的在线化、数字化，以支持客户选配的个性化珠宝首饰敏捷制造响应。

图3 基于客户直联的珠宝首饰业大规模个性化系统解决方案Fig.3 The mass personalization system solution for jewelry industry based on customer to business

3 大规模个性化下的珠宝首饰设计

大规模个性化针对的是个人市场，其设计目标在于满足客户个性化需求和用户体验。大规模个性化设计是面向个人市场客户的高度个性化需求，由企业、客户、供应商等基于数据平台和产品平台协同设计，并通过韧性制造平台使生产效率、成本、客户参与度俱佳的个性化产品的创新设计过程。

3.1 个性化需求要素

大规模个性化设计强调以单一客户的个性化需求为设计的出发点，根据客户提出的个性化需求的清晰程度，又可分为显性需求和隐形需求。显性需求是客户可意识到并清晰表达的抽象或者具体的需求，它常常包含基本的物理需求(外观、功能、性能等)；而隐性需求是客户未表达或未完全表达的需求，多数存在于消费者的潜意识里，它融合了认知和情感两种需求[13]。例如客户在选购珠宝首饰时，可能有明确的显性需求如性能需求、经济需求和外观需求等。珠宝首饰作为随身物件，能够反映佩戴者一定的品格，当符合个人品格偏好的需求被满足时将会为客户带来积极的情感变化。这类需求客户在购买时往往未有明确的表达，是珠宝首饰选购时常见的隐性需求。此外，非专业人士的顾客往往对珠宝首饰没有深入的了解，对于产品的选择范围和局限性并不明确，这可能导致客户隐性需求未能满足。例如在定制镶嵌款首饰时，可能出现客户由于只知道常见的包镶和爪镶，对不常见的卡镶和钉镶等方法并不了解，在选择了常见镶嵌方式后对成品效果不满意的情况。企业在大规模个性化设计时需综合考虑用户的显性需求和隐性需求，并且关注隐性需求的挖掘方法，为客户提供更加完善的设计方案。

3.2 模块化设计

模块化设计是大规模个性化模式中主流的设计方式之一，是实现个性化产品设计的基础，它是在对一定范围内的不同功能、不同属性或不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过功能模块的选择与组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法[14]。该设计方式的产品体系结构可以通过重新配置模块来增加产品的多样性，也可以通过标准化生产减少产品上市时间和成本[15]。模块化设计在大规模个性化中呈现给客户的就是交互平台上虚拟的可选配模块，包括材质、工艺、外观等有形的模块，随后企业可根据模块进行原料及配件的采买、部分模块的外包、不同订单各环节的插单式生产。而在后端的设计生产中，除了有形的硬件模块，还有许多维持生产秩序、连通各部门的管理网络以及大数据分析等由无形软件构成的模块。企业在进行模块化设计时不仅要考虑功能属性的划分，还要考虑各个模块间的良好契合。例如，2016年哈工大机器人集团(HRG)与云南梦工厂联合研发的基于工业4.0标准的智能柔性玉石生产线，该玉石生产线面向定制玉石加工的客户，模块由出库、雕刻、抛光、入库和物流组成，客户可以根据需要制定不同功能的加工模块，完成快速生产。

3.3 客户主导设计的方法

大规模个性化设计将产品生态系统分为核心组件、硬性组件、软性组件[16]。核心组件是客户最基础的产品需求，在大规模个性化设计中是无法变更的。硬性组件为客户的有形的物理需求，包括功能、外观、性能等，这些组件是可更改的，以满足客户的定制需求。软性组件为客户的情感需求和认知需求，通常是经过数据分析得到的。它通常更容易修改，因此也更容易提升个性化的价值。例如：当在淘宝购物时，网站会根据客户的浏览记录和行为偏好推荐用户可能购买的商品。当这种推荐用于设计师对客户个性化需求的满足时，用户体验将会大幅提升。作者以个性化戒指为例，进一步探讨这三种组件与模块化设计的关系。核心组件是不可变更的，因此可设计生产通用模块，如戒指的大致的圆形外观。硬性需求在不同客户间存在相似性，且可变更，设计师可以预先设置好可更改的配置供用户选择，因此可以设计为定制模块，如戒指的尺寸、价格、材质等。而软性需求个体差异化较大，且多数为隐形需求，可设计为个性化模块如戒指的配石、表面纹理、细节装饰等。

无论是硬性需求还是软性需求，在大规模个性化设计中均需要客户的参与。目前主流的参与方式主要有在线配置平台和在线创作工具平台[17]。相比于在线配置平台用户可以直接选择配置的方法，在线创作工具平台较不适合珠宝首饰定制。因为在客户使用工具包设计完成后，需要有一套完善的规则检验设计的可行性。该规则的制定对于材质、工艺都有诸多局限的珠宝首饰而言难度较大，需投入的成本较高。而在线配置平台由一组预定义的模块组成，这些模块带有约束规则，可供客户在产品范围内选择模块进行产品定制。这种客户参与设计的方法在缩短产品完成时间，降低设计生产成本方面发挥着重要作用。并且平台利用客户的浏览信息及设置偏好等，给出可能满足客户需求的推荐或目标产品，以此缩小客户需求和最终产品之间的差距。在珠宝首饰的定制中，平台可以从客户目标价位、偏好风格特征、产品功能需求等可能含有客户情感、认知需求的方面进行个性化模块的推荐及输出。作者结合珠宝行业特点及大规模个性化设计的特点，给出了基于模块化设计的客户主导珠宝首饰设计的方案(图4)。

图4 通过在线配置平台的用户参与设计方式Fig.4 Customers participating in design through online configuration platform

4 大规模个性化珠宝首饰设计的关键技术

4.1 数据驱动产品创新设计

在大规模个性化模式中，满足用户需求逐渐成为了设计的首要目标，它要求设计师在快速设计的同时，还要能准确地响应用户诉求，为企业赢得更大的竞争优势。因此，准确而快速地分析用户需求成为了多数企业的迫切需求。用户需求的分析已从传统的专家组分析评估发展到了现在的基于算法的大数据分析。珠宝首饰的价值相对一般产品较高，高库存意味着要占据大量的资金，对企业的现金流不利。通过数据驱动分析出当前的销量好、利润高的产品，能够很好地减轻库存压力，使资金得以快速流转。

设计需求分析主要包括：需求信息提取、需求功能转化、需求偏好分析和需求趋势预测。目前，基于大数据的用户需求分析多数从用户评价和搜索记录出发，利用多元统计方法及对应模型，提取出重要的用户需求信息。分析用户需求的算法模型主要有卡诺(Kano)模型和模糊层次分析法，而很多研究也在这两种分析方法的基础上引入了一些修正因子来更好地反映客观性和准确性[18]。多数珠宝首饰的结构、功能相对简单，用户需求集中在外观需求、经济需求和性能需求方面。其中经济需求(产品价格、保值功能等)和性能需求(耐久性、佩戴舒适性)较为明确，但是外观需求的表述常常具有模糊性、动态性和不确定性的特点。客户在描述珠宝首饰外观需求时常常使用“简洁大方”“精致典雅”“优雅华丽”等表示风格的意象语义词语，这些表达可具有同义不同词的情况，因此需要借助主体-行为-客体技术对同句共现的词汇进行关系识别，完成需求功能化转化。此外，建立具象首饰外观与感性词汇的意象空间也是必要的，以引导这些内隐模糊的精神需求外显化。

4.2 数字化珠宝首饰设计

大规模个性化的设计离不开数字化的珠宝首饰设计，这些设计方法不仅与模块化设计、在线平台交互设计息息相关，同时也可以大幅提高设计生产效率，提升产品性能。本文中，笔者简要介绍了4种在大规模个性化中有利的数字化珠宝首饰设计方式，如图5所示。

图5 产品数字化设计技术Fig.5 The digital design technologies of products

4.2.1 3D打印及虚拟可视化

大规模个性化中为了更好地使企业与客户、企业与企业以及企业各部门间顺利地沟通，在设计过程中引入了三维数字化的设计工作方法，使设计作品能够更准确、直观的表现，并且在修改调整时也可以在三维模型的基础上快速完成。三维渲染图能很好的模拟模型的实际外观和机理，客户在在线配置平台上选择模块后，可直接看到成品的视觉效果。通过虚拟可视化的产品图，用户能够更有效地参与设计过程并且给予反馈，提高客户个性化的有效性。在后续生产环节，基于三维模型的3D打印作为一种增材制造技术，突破了过去减材制造(车、铣、刨和磨等)的限制，能够经济高效地按照客户的个性化需求快速生产复杂精密的产品。

4.2.2 创成式设计

创成式设计是一个结构优化过程，基于物理条件和制造工艺约束，通过移除部分材料来降低零件重量。通过该过程生成的产品重量更轻、外观更生动，而且所需材料较少。相关软件(如Creo)中输入限制条件后，软件便可通过计算自动生成一个或多个设计方案，代替设计师完成创成式设计。创成式设计优化后的珠宝首饰重量大大下降，同时坚固程度上升。这可以大幅降低贵金属材料的成本，并提高产品佩戴的舒适性。在大规模个性化珠宝首饰成本定价较高的现状前，该设计方法能有效控制材料的成本，使产品价格更能被大众接受。

4.2.3 多材料设计

目前的多材料物体大多是先用一种材料制造出单一部件再将部件组装到一起完成的，多种材料的一体式制造仍在不断的摸索当中。麻省理工(MIT)的计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)研制了一款叫Foundry的软件，它可以通过不同的操作元为模型的不同部位分配材料。而且局部还能实现从一种材料到另一种材料的逐步过渡或两种不同材料的混合，以及为某个位置分配某种物理属性(如硬度、弹性)。近期英国伯明翰城市大学珠宝设计专业也通过3D打印实现了三色金属手链的快速增材制造，在多种金属的3D打印方面取得了突破。多材料设计在大规模个性化中可以减少针对不同材质的设计步骤及装配过程，相比单一材料的组装产品，多材料设计也能增加个性化选择中的材料种类，并提高材质的性能。

4.2.4 参数化设计

参数化设计既是一种思维方法，也是一种设计工具。本文主要针对设计工具考虑，即在3D模型中为结构特征赋予可变化的参数控制，如：戒圈的尺寸及流线的曲率等。把设计参变量化后，每个参变量控制或表明设计结果的某种重要性质，改变参变量的值随之会改变设计的结果。参数化设计是大规模个性化中定制模块和个性化模块离不开的关键技术，随着控制参数的调整，有形的个性化物理需求(外形、尺寸、颜色、质地等)可以快速生成设计。此外，参数化设计还可以针对材质引入其他度量参数，如加入单位体积下的价格或重量，即可即刻计算出成品总价及总重量。这一点对于大规模个性化中企业工程师设定模块的工艺限制条件非常有利，例如在工程师利用参数化设计设置首饰重量范围后，当客户设计出不符合人体工学的重量限制的首饰时，平台将会自动提出警示并给出修改建议。

5 讨论及结语

珠宝行业作为传统制造业，生产模式仍以大规模生产为主，且该模式在当今的市场情况下存在诸多弊端，如库存积压、资金流动缓慢和消费者满意度低等。因此，珠宝企业急需转型升级生产模式以应对市场的变革。针对当前珠宝行业的发展瓶颈，笔者引入了大规模个性化模式，结合企业信息系统，提出了基于客户直联的珠宝首饰业大规模个性化系统解决方案。本文着重讨论了大规模个性化下的珠宝首饰设计，通过分析个性化需求、模块化设计和客户主导设计的方法，使得大规模个性化能更好地适用于珠宝行业。介绍了4种在大规模个性化珠宝首饰设计中有效地数字化设计方法，数字化设计方法既能调动客户参与的积极性，使得个性化设计更为有效，又能通过模块化设计和数字化设计使不同的个性化需求能够得以整合，高效生产。本文论述的大规模个性化模式充分利用了互联网及先进数字化设计技术，相较于传统的设计生产模式，产品的个性化程度高，较同行业同成本下的珠宝首饰对于客户的价值更高。同时，该模式的设计方式便捷灵活，设计制造速度更快，也更能够贴合消费者的个性化需求。

企业应当充分利用数字孪生、虚拟现实、大数据等技术实现物理世界与虚拟世界的产品和服务的虚实映射，建设全流程、全方位、社群化的网络交互平台。平台可实现实时收集客户关联信息、精确挖掘客户隐性个性化需求并提供个性化推荐服务、高质量展示个性化产品。在售后阶段，平台能够采集并分析客户体验数据以改进产品或服务个性化设计。此外，目前珠宝行业生产环节的人力成本较高，近期开始推广使用的自动化硬件加工系统以及柔性生产体系仍需进一步优化，珠宝首饰大规模个性化的生产方式值得未来系统讨论和实践。此外，珠宝首饰作为贵重产品，它的客户BOM清单需要规范化管理，以便其后期的售后服务和回收再利用。相信随着我国珠宝企业的不断革新，消费者与自己心仪的商品间的距离将会不断减小，珠宝市场也将越来越繁荣。