謝友柏

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院， 上海 200240； 西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 西安 710049)

設(shè)計(jì)是人類一切有目的活動(dòng)的開始，是為了實(shí)施而制定實(shí)施結(jié)果的面貌和實(shí)施路徑，以求達(dá)到活動(dòng)目的.在手工業(yè)時(shí)代，設(shè)計(jì)和實(shí)施往往集中在同一人身上，競爭靠的是工匠的技藝.到了工業(yè)社會(huì)，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，物質(zhì)產(chǎn)品(即滿足物質(zhì)需求的產(chǎn)品)的生產(chǎn)規(guī)模極度擴(kuò)張，設(shè)計(jì)競爭所需要的知識越來越廣泛和深入，而實(shí)施則由人操作機(jī)器進(jìn)行，因此設(shè)計(jì)不得不與實(shí)施分離而成為一個(gè)專門領(lǐng)域，與設(shè)計(jì)相關(guān)的研究也隨之發(fā)展起來.然而，在精神產(chǎn)品(即滿足精神需求的產(chǎn)品)的設(shè)計(jì)中，在很大程度上設(shè)計(jì)與實(shí)施依然集于一人之身，而對于社會(huì)產(chǎn)品(即滿足社會(huì)需求的產(chǎn)品)的設(shè)計(jì)則兼而有之[1].

Gropius和Fuller[2-4]較早地提到了設(shè)計(jì)科學(xué)(Design Science)這個(gè)詞.Gropius在主持德國國立建筑學(xué)院(Bauhaus)工作期間(1919～1927年)以及后來在美國哈佛大學(xué)任教時(shí)，力圖為設(shè)計(jì)尋求一個(gè)技術(shù)和藝術(shù)的公分母，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和藝術(shù)的統(tǒng)一，并將這個(gè)追求表達(dá)為設(shè)計(jì)科學(xué).Fuller是有名的建筑師和發(fā)明家，他的理念是在設(shè)計(jì)中有效地利用科學(xué)原理，使地球上的有限資源能夠滿足全人類的需求而不破壞這個(gè)行星的生態(tài)過程.他在世界各地演講，宣傳他的利用世界資源造福人類的主張，并宣告將有“世界設(shè)計(jì)科學(xué)10年(1965～1975年)”的到來.雖然設(shè)計(jì)科學(xué)并沒有如愿被人們給予應(yīng)有的重視，這些愿望時(shí)至今日仍舊可以作為關(guān)于設(shè)計(jì)科學(xué)研究的指向標(biāo).然而，此后僅僅是物質(zhì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法論研究成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，這與自然科學(xué)進(jìn)展以及物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模競爭和二次世界大戰(zhàn)需求的推動(dòng)不無關(guān)聯(lián)[1,5].典型代表作可以舉Pahl 和 Beitz 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(Systematic Approach，1977年)[6-7]和Suh 的公理設(shè)計(jì)(Axiomatic Design，1990年)[8-9].Suh的一個(gè)重要貢獻(xiàn)是認(rèn)為設(shè)計(jì)不僅僅是產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還有制造過程和系統(tǒng)(即工廠和制造單元)的設(shè)計(jì)，模擬或數(shù)字電路、通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，企業(yè)組織機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，室內(nèi)家具布置和裝飾的設(shè)計(jì)，城市政府機(jī)構(gòu)以及戰(zhàn)略規(guī)劃的設(shè)計(jì)等，都要遵守設(shè)計(jì)的兩個(gè)公理：功能獨(dú)立公理和最小信息公理[9].這就意味著存在所有設(shè)計(jì)，包括物質(zhì)產(chǎn)品、精神產(chǎn)品和社會(huì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都要遵守的基本、共同規(guī)律，這就給予人們一個(gè)對設(shè)計(jì)的更為全面的理解.然而這些研究都沒有具體分析知識在設(shè)計(jì)中的行為，前者認(rèn)為設(shè)計(jì)需要的知識在培養(yǎng)中就必須注入工程師的頭腦，后者的研究則沒有涉及如何取得和運(yùn)用知識來滿足設(shè)計(jì)的兩個(gè)公理.此后的研究逐漸深入到設(shè)計(jì)與知識的關(guān)系[10].如Gero等的功能-行為-結(jié)構(gòu)(FBS)模型(1990年)[11-12]，研究了認(rèn)知在設(shè)計(jì)師頭腦或者設(shè)計(jì)智能體(Agents)中的形成，采用外部世界(External World)、期望世界(Expected World)和演繹世界(Interpreted World)以及情景(Situatedness)等概念描述各種信息在人的頭腦中形成設(shè)計(jì)知識的過程.Hatchuel等的概念-知識理論(C-K Theory, 2003年)[13-15]，研究的是概念和知識在設(shè)計(jì)過程中的區(qū)分和相互轉(zhuǎn)換過程，由于力圖以命題邏輯推理來說明這個(gè)轉(zhuǎn)換過程，把本來很容易弄明白的事變得晦澀難懂.Gero和 Hatchuel研究的過程，概括起來就是設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的迭代回歸(Suh 稱其為zig-zag)過程的更精細(xì)分析，進(jìn)入到研究知識在設(shè)計(jì)中行為的深度.從這個(gè)發(fā)展歷程可以看到，隨著社會(huì)進(jìn)步的需要，設(shè)計(jì)研究一步一步向縱深發(fā)展，雖然還不能說已經(jīng)深入到涉及所有領(lǐng)域設(shè)計(jì)的基本、共同規(guī)律和共同原則的研究，也不能說已經(jīng)充分實(shí)現(xiàn)了Gropius和Fuller的理想.

這些研究，存在4方面不足：① 沒有全面探討設(shè)計(jì)中的知識流動(dòng)和運(yùn)用，或者僅僅涉及知識在設(shè)計(jì)師(或者團(tuán)隊(duì),下同)頭腦里的演變.實(shí)際上，知識在社會(huì)中的流動(dòng)對設(shè)計(jì)競爭力的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在一個(gè)人(或者少數(shù)人)頭腦里的流動(dòng).② 在設(shè)計(jì)方法論研究潮流影響下，這些研究更多關(guān)注的是設(shè)計(jì)過程知識，無視設(shè)計(jì)構(gòu)成知識的性質(zhì)和來源，認(rèn)為設(shè)計(jì)構(gòu)成知識在培養(yǎng)階段已經(jīng)注入設(shè)計(jì)師的頭腦.近百年的教育實(shí)踐表明，在知識爆炸時(shí)代，沒有一種教育體系能夠完成這樣的任務(wù).③ 相比設(shè)計(jì)過程知識，設(shè)計(jì)師更需要但是更缺乏的是設(shè)計(jì)構(gòu)成知識，而這更依賴于社會(huì)的知識供給[16].當(dāng)設(shè)計(jì)中的構(gòu)成知識大量由社會(huì)供給而不是受教育后就存儲(chǔ)在設(shè)計(jì)師頭腦里，設(shè)計(jì)知識特別是設(shè)計(jì)構(gòu)成知識的流動(dòng)和集成就產(chǎn)生了許多新的問題，而這些問題是此前所未曾涉及的.④ 這些研究都把設(shè)計(jì)看成是一個(gè)技術(shù)問題，僅僅為了招攬顧客而不深入設(shè)計(jì)的社會(huì)屬性和必須遵守的共同原則.不計(jì)自娛自樂的設(shè)計(jì)，如果將凡是要提供給社會(huì)的事、物，統(tǒng)稱為產(chǎn)品，產(chǎn)品的產(chǎn)生和分配，是一個(gè)社會(huì)問題，設(shè)計(jì)什么和不設(shè)計(jì)什么對人類命運(yùn)會(huì)產(chǎn)生重大影響是顯而易見的.任何設(shè)計(jì)都不僅要考慮滿足物質(zhì)需求、精神需求，也要考慮滿足社會(huì)需求，也就是要滿足人們追求共同美好生活和社會(huì)和諧發(fā)展的需求[17].

設(shè)計(jì)的研究在各個(gè)不同專業(yè)領(lǐng)域中向縱深發(fā)展，對覆蓋所有領(lǐng)域設(shè)計(jì)的基本、共同規(guī)律和必須遵守的共同原則缺乏關(guān)注是當(dāng)今的現(xiàn)狀.設(shè)計(jì)科學(xué)的研究就要承擔(dān)起這樣的任務(wù).當(dāng)一個(gè)全新的社會(huì)理想要在當(dāng)今社會(huì)環(huán)境中脫穎而出時(shí)，設(shè)計(jì)科學(xué)研究和基于設(shè)計(jì)科學(xué)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要.

1 設(shè)計(jì)的知識基礎(chǔ)

設(shè)計(jì)知識是能夠回答一個(gè)設(shè)計(jì)問題的答案，這個(gè)答案可以多種不同形式存在和表達(dá)，例如文字、圖像、公式、模型等，可以是隱性知識，也可以是顯性知識.回答一個(gè)獨(dú)立存在最小問題的答案稱為知識條，知識條往往要從復(fù)雜問題答案中經(jīng)過知識處理提取出來，以便于在解決設(shè)計(jì)問題時(shí)應(yīng)用.本文所提知識都是指設(shè)計(jì)知識[18].

設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)知識流動(dòng)、集成、競爭和進(jìn)化的過程，設(shè)計(jì)科學(xué)中有4個(gè)關(guān)于設(shè)計(jì)知識的定律，即：設(shè)計(jì)以已有知識為基礎(chǔ)定律，設(shè)計(jì)知識競爭性定律，設(shè)計(jì)以新知識獲取為中心定律和設(shè)計(jì)知識不完整性定律[19].設(shè)計(jì)以已有知識為基礎(chǔ)定律是指：人不可能以不知道的事、物來設(shè)計(jì).即使是做夢，夢里的情景也是由已經(jīng)知道的事、物隨機(jī)構(gòu)成.已有知識浩如瀚海，不可能囫圇吞棗地全搬到一個(gè)設(shè)計(jì)中，而是要針對設(shè)計(jì)要滿足的需求取其相關(guān)部分重新組合，這就是所謂的集成.設(shè)計(jì)知識競爭性定律告訴人們：集成中采用或者不采用哪些知識是競爭，競爭存在于設(shè)計(jì)的每一個(gè)步驟.競爭不僅存在于設(shè)計(jì)中，而且會(huì)延續(xù)到實(shí)施、使用和報(bào)廢處理階段.競爭的結(jié)果是人們得到新知識，在設(shè)計(jì)之前由于還不存在這些知識，結(jié)果當(dāng)然是不知道的，這就是設(shè)計(jì)以新知識獲取為中心定律.Hatchuel用命題邏輯闡述設(shè)計(jì)中的已知和未知以及新知識和新目標(biāo)(Objects)，其實(shí)這個(gè)普遍存在的事實(shí)用定律來歸納更能夠說明問題.正由于競爭存在于設(shè)計(jì)及其后續(xù)過程的全生命周期，設(shè)計(jì)時(shí)不可能然而要盡可能得到設(shè)計(jì)所需要的各方面知識，于是就有了設(shè)計(jì)知識不完整性定律，這個(gè)定律是人類追求真理的動(dòng)力，人們總是希望知道得更多、更完整.要使設(shè)計(jì)正確，在此后的競爭中取勝，對于每一個(gè)決策都要想方設(shè)法去獲取其在未來(后續(xù)設(shè)計(jì)、實(shí)施、實(shí)施后的運(yùn)行以及生命周期結(jié)束后的處理過程)可能發(fā)生問題和處置措施的知識，這就是新知識獲取.設(shè)計(jì)以新知識獲取為中心定律告訴人們，設(shè)計(jì)的每一個(gè)決策，都不能不計(jì)后果.特別是對于后設(shè)計(jì)知識的獲取絕不能掉以輕心，不論是物質(zhì)產(chǎn)品、精神產(chǎn)品或者社會(huì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是如此.

說到底，如圖1所示，設(shè)計(jì)是一個(gè)按照過程知識將構(gòu)成知識集成起來的過程，其產(chǎn)物是一個(gè)新知識集，按照這個(gè)知識集的規(guī)定去實(shí)施，需要達(dá)到活動(dòng)期望的目的.設(shè)計(jì)過程知識告訴人們，集成要遵循一定的順序進(jìn)行，與Gero的FBS模型不同，我們的團(tuán)隊(duì)正在研究一個(gè)需求-功能-結(jié)構(gòu)-行為(RFSB)模型[20].研究表明，在不知道結(jié)構(gòu)知識(S)的情況下，很難從功能知識(F)得到行為知識(B).Pahl & Beitz的原理解(Principle Solution)也存在同樣問題，從功能需求出發(fā)很難找到能夠?qū)崿F(xiàn)需求的科學(xué)“原理”.兩者都需要有設(shè)計(jì)師額外的已有知識支持，當(dāng)額外知識需要由社會(huì)提供時(shí)問題尤為突出.如果定義行為是結(jié)構(gòu)變化的描述，在不知道結(jié)構(gòu)的情況下，就無所謂行為，從知識的視角看這一點(diǎn)很容易理解[17].

圖1 設(shè)計(jì)過程是知識集成的過程[16]Fig.1 Design as a process of knowledge integration[16]

與Suh不同的是，RFSB模型將需求知識(R)明確定義為以自然語言表述的設(shè)計(jì)需求[21].自然語言表達(dá)的需求往往是模糊的、有歧義甚至是矛盾的，這反映了人的思維本身的不確定性和矛盾.Hatchuel為此專門定義了一個(gè)概念空間(Concept Space).知識集成不能在不確定的情況下進(jìn)行，特別是自動(dòng)化的集成，因此設(shè)計(jì)必須在系統(tǒng)模型上進(jìn)行，也就是設(shè)計(jì)構(gòu)成知識需要由確定的、無歧義的系統(tǒng)建模語言表達(dá)，這一點(diǎn)此前的研究從未見有明確討論.RFSB模型定義F是以系統(tǒng)建模語言表達(dá)的功能知識，在設(shè)計(jì)開始階段，設(shè)計(jì)師做的第一件事是從R詮釋F.設(shè)計(jì)從集成功能知識開始，是基于任何有目的活動(dòng)都是為了實(shí)現(xiàn)目的也就是功能的認(rèn)知.并不排除R可能包含功能以外的需求，例如對于物質(zhì)產(chǎn)品要減輕重量，精神產(chǎn)品要降低成本，社會(huì)產(chǎn)品要提高實(shí)施效率等等，然而這只能通過改變S而改變B來實(shí)現(xiàn)，不能因?yàn)橐獫M足這些需求而損失F.不同設(shè)計(jì)師的詮釋有他的主觀性，R及F是否能夠?qū)崿F(xiàn)，要經(jīng)過如圖1所示的復(fù)雜的知識流動(dòng)、集成、競爭和評價(jià)過程，并不能如Hatchuel所說那樣用幾個(gè)命題邏輯的運(yùn)算符就能解決.

RFSB模型下一步的工作是要從F求S.能夠匹配F的S一般是不存在的，即使有這樣的S，也要通過設(shè)計(jì)考察是否有改進(jìn)的必要.當(dāng)找不到匹配F的S，就要將F分解成若干個(gè)小的Fi，從F=∑Fi中的Fi找Si.∑在這里表示集成而不是簡單的求和.只要分解得充分小，匹配Fi的Si總是比較容易找到.即使有少數(shù)找不到，也有可能通過構(gòu)建以創(chuàng)意為核心的解決方案(將在下面討論)得到.這時(shí)生成的F=∑Fi是一個(gè)功能知識集，是能夠?qū)崿F(xiàn)F的功能架構(gòu)知識.其中Fi是一個(gè)功能知識子集，當(dāng)一個(gè)Fi小到不必再分時(shí)，就稱為功能子集或者功能單元.

設(shè)計(jì)的功能架構(gòu)知識F=∑Fi說的是F可以由這些Fi集成得到，而通過互聯(lián)網(wǎng)從社會(huì)上得到這些Fi的研究已經(jīng)有相當(dāng)進(jìn)展，包括Fi以輸入、輸出和傳遞函數(shù)組成的系統(tǒng)建模語言表達(dá)，R和Fi的分類，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布和搜索的原則，搜索算法和集成的算法等等[17，22-24].不過目前社會(huì)上能夠按照要求供給Fi的供應(yīng)商很少，這些研究還有待實(shí)踐檢驗(yàn).一個(gè)重要的設(shè)想是Fi的供應(yīng)商應(yīng)該能夠同時(shí)提供匹配功能子集或者功能單元Fi的Si和Bi.當(dāng)有了Si以后，目前還不能完全依賴算法從Si集成得到S=∑Si，還需要人的介入.這是由于Si的表達(dá)非常復(fù)雜，還沒有自動(dòng)處理諸Si之間相互關(guān)系的合適的解決方案.功能是一個(gè)高度抽象的概念，而結(jié)構(gòu)則十分具體，很難規(guī)范為簡單的概念并以各種應(yīng)用都能夠接受的規(guī)范方式表達(dá).對于物質(zhì)產(chǎn)品、精神產(chǎn)品和社會(huì)產(chǎn)品，它們的結(jié)構(gòu)知識在表達(dá)上有很大差異，也是一個(gè)原因.即使僅僅是物質(zhì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)知識，目前也沒有規(guī)范的可以滿足集成要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型.CAD軟件一般只表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何知識，對于非幾何知識就沒有規(guī)范的表達(dá)方法，甚至連幾何的測量基準(zhǔn)也很難在不同的CAD軟件供應(yīng)商之間規(guī)范和統(tǒng)一.SysML是系統(tǒng)工程的建模工具，但是缺乏規(guī)范表達(dá)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的能力.

Bi的集成，可以通過由S=∑Si建立的系統(tǒng)數(shù)值模型模擬計(jì)算或者在系統(tǒng)實(shí)體模型上測試得到.這在理論上沒有問題，不過對于特別大的系統(tǒng)，對整個(gè)系統(tǒng)建立數(shù)值模型計(jì)算[25]或者制作實(shí)體模型[17]測試工作量都非常大，除非特別重要的產(chǎn)品，往往只做其中某些子系統(tǒng)或者某些方面行為的模擬或者測試.其他則認(rèn)為可以從已有知識經(jīng)過簡單推算得到，例如以傳遞函數(shù)方程計(jì)算各個(gè)功能單元輸入、輸出的量值.某些行為單獨(dú)模擬或者少數(shù)行為聯(lián)合模擬，有不少商品軟件做得很好，可以采用.

結(jié)構(gòu)決定行為，行為實(shí)現(xiàn)功能，設(shè)計(jì)最終給出的是實(shí)施結(jié)果的面貌和實(shí)施路徑，也就是結(jié)構(gòu)知識和如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)的知識.如同此前所有研究都表明的那樣，S并不能一次得到，F(xiàn)=∑Fi和S=∑Si都可能有諸多選擇，采取哪一個(gè)方案或者不采取哪一個(gè)方案是由評價(jià)決定，是競爭的結(jié)果.評價(jià)包括是否滿足R、是否滿足可知的約束條件、是否違反設(shè)計(jì)必須遵守的共同原則以及預(yù)測競爭取勝的可能性.也許最終所有的方案都不能通過評價(jià)，那么就要回過來修改F、F的架構(gòu)，也就是從R詮釋出不同的F、采用不同的∑Fi或者改變R.這在設(shè)計(jì)中是經(jīng)常發(fā)生的.

既然知識對于設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)競爭如此重要，那么一個(gè)社會(huì)的設(shè)計(jì)知識供給做得好不好和如何能夠做得更好就是一個(gè)不能不研究的設(shè)計(jì)的基本、共同規(guī)律問題，包括今天的知識供給和明天的知識供給，涉及到社會(huì)上知識流動(dòng)的組織和國民教育，特別是對明天的設(shè)計(jì)師的培養(yǎng)[26]，也是一個(gè)社會(huì)從主要依靠精英階層創(chuàng)新轉(zhuǎn)變到能夠萬眾創(chuàng)新所必須解決的問題[16].

知識到了設(shè)計(jì)師手里，如何能夠高效運(yùn)用，也是設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)競爭要解決的重要命題.除掉下面將要分析的藉助直覺和靈感產(chǎn)生創(chuàng)意的條件外，還包括如何利用自動(dòng)化和智能化手段輔助知識集成，限于篇幅不再進(jìn)一步討論.

2 創(chuàng)新與設(shè)計(jì)的關(guān)系

創(chuàng)新是人類的有目的活動(dòng)，其目的是在競爭中取勝.所以創(chuàng)新也包含設(shè)計(jì)和實(shí)施兩個(gè)部分，也需要設(shè)計(jì)，也必定遵循設(shè)計(jì)的基本、共同規(guī)律和必須遵守設(shè)計(jì)的共同原則.深入研究創(chuàng)新的內(nèi)涵、創(chuàng)新的過程、創(chuàng)新成功的條件，特別是創(chuàng)新與設(shè)計(jì)的關(guān)系非常重要.

創(chuàng)新有3個(gè)要素：采用此前未曾用過的知識，滿足現(xiàn)在未能滿足的需求，在競爭中取勝[17].所謂此前未曾用過的知識，是在滿足該需求上未曾用過，不同的使用方法亦認(rèn)為未曾用過.否則要么是勝算不大，要么就是模仿.如果不是滿足現(xiàn)在未能滿足的需求，創(chuàng)新也就失去競爭的價(jià)值.在采用此前未曾用過的知識，滿足現(xiàn)在不能滿足的需求時(shí)，如果有若干不同方案(可能來自不同的競爭參與方)，就存在競爭，只有競爭取勝的方案，才能夠達(dá)到創(chuàng)新的目的.這3個(gè)要素，采用此前未曾用過的知識是關(guān)鍵.怎么去找此前未曾用過的知識？怎么使用找到的知識去滿足現(xiàn)在未能滿足的需求？找到的知識用起來是否有競爭力？這些都是設(shè)計(jì)科學(xué)要研究的問題.知識不會(huì)自動(dòng)變成創(chuàng)新，只有通過設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)是知識(包括高新技術(shù))流向創(chuàng)新的紐帶或者橋梁，沒有正確的設(shè)計(jì)，就沒有成功的創(chuàng)新.現(xiàn)在到處都貼創(chuàng)新標(biāo)簽，卻很少提到設(shè)計(jì)，提到設(shè)計(jì)科學(xué)，這實(shí)際上是對創(chuàng)新的內(nèi)涵、創(chuàng)新的過程和創(chuàng)新成功的條件缺乏研究的表現(xiàn).例如講“科技創(chuàng)新”，簡稱“科創(chuàng)”，作為口號當(dāng)然可以，如果把它理解為創(chuàng)新之路，就有不妥當(dāng)?shù)牡胤?科學(xué)(Science)和設(shè)計(jì)(Design)是人類兩種性質(zhì)不相同的活動(dòng)[2,5,17].科學(xué)是探索已經(jīng)客觀存在事、物的未知規(guī)律，設(shè)計(jì)是用已有知識主觀塑造尚不存在事、物的面貌和實(shí)現(xiàn)面貌的路徑.科學(xué)研究獲取到的新知識，并不都能夠立馬成為創(chuàng)新，有的也許長時(shí)期都不能為當(dāng)前的創(chuàng)新所采用.過分強(qiáng)調(diào)科學(xué)的生產(chǎn)力屬性使科學(xué)承擔(dān)了不能承擔(dān)的壓力，助長了功利主義的科學(xué)觀[27].設(shè)計(jì)以已有知識為基礎(chǔ)定律告訴人們，知識獲取與知識積累是科學(xué)的不可替代的使命，是創(chuàng)新的競爭力的基礎(chǔ).沒有深厚的知識積淀，創(chuàng)新就是無源之水、無米之炊.積淀是一個(gè)長期的過程，是一個(gè)“坐冷板凳”的過程，不能期望一蹴而成、立等可取.一些地方搞高新區(qū)，不問知識從哪里來，以為圈一塊地，蓋一排樓，弄一批企業(yè)進(jìn)住，掛上牌子，就能夠創(chuàng)新，這是不了解知識積淀對于創(chuàng)新的意義.有人不贊成在科學(xué)研究上提倡彎道超車[28]，這是對的.探索已有事、物的未知規(guī)律，因?yàn)槭强陀^存在又不為人知，只能老老實(shí)實(shí)地探索，任何投機(jī)取巧都可能錯(cuò)失正確認(rèn)識這客觀未知規(guī)律的良機(jī).不過對于設(shè)計(jì)，正好相反，設(shè)計(jì)是塑造尚不存在事、物的面貌和實(shí)施路徑，存在不同方案(知識集)之間的競爭，競爭需要的恰恰是彎道超車，這就是設(shè)計(jì)和科學(xué)的不同之處.彎道超車要采用此前未曾用過的知識，滿足現(xiàn)在不能滿足的需求.不彎道超車，就是模仿一個(gè)已經(jīng)存在的事、物，如果都是這種設(shè)計(jì)，人類就不能進(jìn)步.

有了知識，是不是就能夠創(chuàng)新成功？還需要解決設(shè)計(jì)知識供給和設(shè)計(jì)中知識的高效運(yùn)用問題.在科學(xué)家頭腦里積淀的知識不等于設(shè)計(jì)師能夠得到，寫在書本上的知識不等于設(shè)計(jì)師就能夠高效運(yùn)用，只有經(jīng)過處理以一定形式存在和表達(dá)，才有利于設(shè)計(jì)的集成[17].所以設(shè)計(jì)知識供給并不是一個(gè)簡單的問題，需要認(rèn)真解決.比如，如果沒有網(wǎng)上交易和快遞物流的支持，消費(fèi)不可能有如今這樣的發(fā)展.有了充分的知識供給，知識集成就成為是否能夠高效運(yùn)用知識的重要步驟.

設(shè)計(jì)中，有一個(gè)對于設(shè)計(jì)和創(chuàng)新非常重要且與知識運(yùn)用相關(guān)的難以捉摸的概念，叫做：創(chuàng)意.在文化藝術(shù)產(chǎn)品，也就是精神產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)創(chuàng)意，甚至有所謂創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的說法，而在工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)中則很少看到創(chuàng)意這個(gè)詞.尋求創(chuàng)意是設(shè)計(jì)中解決現(xiàn)在未能滿足需求的最核心的步驟，所以說：創(chuàng)意引領(lǐng)設(shè)計(jì)！Hatchuel認(rèn)為C-K理論與實(shí)用主義設(shè)計(jì)理論相比是唯一能夠在設(shè)計(jì)中包含創(chuàng)意的理論[15]，然而他并沒有給出創(chuàng)意產(chǎn)生的機(jī)制.創(chuàng)意來自直覺和靈感，腦科學(xué)正在深入研究產(chǎn)生靈感的腦思維、腦生理和腦結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，不過從知識流動(dòng)角度也可以推想創(chuàng)意產(chǎn)生的機(jī)制，圖2是這個(gè)推想的一個(gè)模型.

圖2 創(chuàng)意產(chǎn)生的一個(gè)模型[16]Fig.2 Model of breeding a creative idea[16]

對于現(xiàn)在未能滿足的需求，先要以如同看顯微鏡的精細(xì)來鎖定關(guān)鍵難點(diǎn).設(shè)計(jì)以已有知識為基礎(chǔ)定律告訴人們，包括形成創(chuàng)意在內(nèi)，設(shè)計(jì)都不能脫離已有知識.關(guān)鍵難點(diǎn)一般不會(huì)有現(xiàn)成的解，面對關(guān)鍵難點(diǎn)，設(shè)計(jì)師要有意識地將已有知識分解成碎片，與關(guān)鍵難點(diǎn)逐一比較、相互啟發(fā)、重新拼接直至閃現(xiàn)一個(gè)可能解的想象.圖2形象化地給出這個(gè)將已有知識打碎、發(fā)酵(啟發(fā))和編織的過程.人們常說創(chuàng)意來自直覺和靈感，其實(shí)這是在知識海洋中苦苦思索的結(jié)果，所謂眉頭一皺，計(jì)上心來，說的就是這個(gè)冥思苦想過程的外部表現(xiàn).

創(chuàng)意的產(chǎn)生有兩個(gè)重要特征：一個(gè)叫實(shí)踐性，另一個(gè)叫隨機(jī)性.實(shí)踐性說的是產(chǎn)生創(chuàng)意必須要與問題相關(guān)事物有親密接觸，甚至是長期的親密接觸，這是創(chuàng)意產(chǎn)生的知識基礎(chǔ)重要組成部分.不親密接觸，就不可能感覺到什么是未能滿足的需求，更不可能看到其中的關(guān)鍵難點(diǎn).當(dāng)然局外人也可以通過調(diào)查研究了解問題和問題的關(guān)鍵難點(diǎn)，不過調(diào)查研究終究不可能有親歷者所得到的感受.而一個(gè)與未能滿足的需求及其關(guān)鍵難點(diǎn)從來沒有接觸過的人、團(tuán)隊(duì)或者公司，擁有的知識中是否會(huì)包含具有構(gòu)成關(guān)鍵難點(diǎn)解的成分，是可以質(zhì)疑的.當(dāng)然，可以通過調(diào)查研究、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)讓取得別人的知識，不過要遇到含有相關(guān)的知識片段、悟到這個(gè)片段、用上這個(gè)片段和由之產(chǎn)生解的想象，就如大海撈針，不經(jīng)過長時(shí)間的探索難以成功.這個(gè)很長時(shí)期的調(diào)研、學(xué)習(xí)、接受轉(zhuǎn)讓和思考過程，也是親密接觸實(shí)踐的過程.否認(rèn)創(chuàng)意實(shí)踐性的異想天開，往往是有意無意編造的神話.隨機(jī)性表現(xiàn)在不是所有親密接觸的人都會(huì)產(chǎn)生創(chuàng)意，特別是有競爭力的創(chuàng)意.這取決于不同的人在解決這一需求問題上是否有足夠的驅(qū)動(dòng)力(包括興趣)，是否擁有可能通過比較找到問題關(guān)鍵難點(diǎn)的知識，在擁有的知識中是否含有構(gòu)成關(guān)鍵難點(diǎn)解的成分以及在是否有運(yùn)用知識片段產(chǎn)生想象的能力的差異.創(chuàng)意的實(shí)踐性是設(shè)計(jì)知識高效運(yùn)用能力的組成部分.從這個(gè)視角，可以研究如何更為正確和有效地引導(dǎo)、組織創(chuàng)新，可以研究設(shè)計(jì)師的正確培養(yǎng)方式，也可以比較精英階層和萬眾階層在創(chuàng)新方面各自的優(yōu)勢和劣勢，并為實(shí)現(xiàn)萬眾創(chuàng)新局面創(chuàng)造條件.

3 設(shè)計(jì)要遵守的共同原則

設(shè)計(jì)科學(xué)研究的重點(diǎn)不在自娛自樂事物的設(shè)計(jì)，而在于那些要提供給社會(huì)的事物的設(shè)計(jì)，后者對人類是否能夠有共同美好生活和社會(huì)是否能夠和諧發(fā)展有巨大影響.社會(huì)的人，不同人有不同的需求，不同人的群體有不同的需求，設(shè)計(jì)怎樣去滿足這些不同的需求，是一個(gè)很復(fù)雜的問題，這就需要知識，既需要自然科學(xué)知識、心理科學(xué)知識，又需要社會(huì)科學(xué)的知識.只有對社會(huì)這樣一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，其與設(shè)計(jì)目的相關(guān)部分可能的相互作用有充分了解，才能夠設(shè)計(jì)得正確.這個(gè)部分如圖3所示，通常稱為環(huán)境.

圖3 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)與環(huán)境相互作用Fig.3 Interaction of designing system and environment

工業(yè)社會(huì)在很長的一個(gè)時(shí)期中，由于物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)的規(guī)模競爭和資本追求超額的利潤，不論一些人表面上說得如何冠冕堂皇，設(shè)計(jì)在很多情況下演變?yōu)閷Ｗ⒂跐M足資本對超額利潤的追求.當(dāng)年Fuller賦予設(shè)計(jì)科學(xué)的使命是“在設(shè)計(jì)中有效地利用科學(xué)原理，使地球上的有限資源能夠滿足全人類的需求而不破壞這個(gè)行星的生態(tài)過程.”因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能地去獲取決策后果的新知識并認(rèn)真對待，包括產(chǎn)品生成過程和生成后會(huì)對人類共同美好生活和社會(huì)和諧發(fā)展產(chǎn)生影響的知識.這個(gè)問題不僅對物質(zhì)產(chǎn)品需要重視，對于精神產(chǎn)品和社會(huì)產(chǎn)品更需要重視.

馬克思[29]在他的《資本論》里引用過一段話：“資本…為了100%的利潤，它就敢踐踏一切人間法律，有300%的利潤，它就敢犯任何罪行，甚至冒著絞首的危險(xiǎn).”不論是Kano的需求分析模型[30]，還是Maslow的需求層次模型[31]，雖然研究的都是人的心理，但這些研究在現(xiàn)實(shí)中往往被用于支持資本對超額利潤的追求，所謂興奮性需求，則被用以營造刺激顧客的購買欲望，激發(fā)顧客在一霎那間做出購買決定，至于購買后是否真的對顧客有用或者用起來真能興奮則與之無關(guān).需求層次理論完全從個(gè)人心理出發(fā)，較少涉及對人類共同美好生活和社會(huì)和諧發(fā)展的影響問題.當(dāng)今社會(huì)應(yīng)該鼓勵(lì)設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品參與競爭，針對經(jīng)營策略的設(shè)計(jì)也應(yīng)該更多地考慮顧客的利益和社會(huì)需求.應(yīng)該堅(jiān)持腳踏實(shí)地、艱苦攀登、心懷大眾、團(tuán)結(jié)奮斗的精神.

總之，設(shè)計(jì)科學(xué)必須研究與人類共同美好生活和社會(huì)和諧發(fā)展相關(guān)的設(shè)計(jì)問題.利潤在一定限度內(nèi)，是社會(huì)發(fā)展的必需，具有推動(dòng)人奮進(jìn)的作用，而超過這個(gè)限度，就會(huì)使社會(huì)矛盾激化.同時(shí)要重視教育，通過教育讓設(shè)計(jì)師認(rèn)識到自己對一個(gè)健康發(fā)展的社會(huì)所應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，認(rèn)識到設(shè)計(jì)既需要自然科學(xué)和心理科學(xué)知識，也需要社會(huì)科學(xué)知識.不論是物質(zhì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，精神產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或者社會(huì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都要同時(shí)顧及物質(zhì)需求、精神需求和社會(huì)需求，都要學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)必須遵循的基本、共同規(guī)律和必須遵守的共同原則，也就是要學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)科學(xué)和充分擁有和運(yùn)用所有相關(guān)的知識.法律是必須遵守的底線，而道德則是人的行為的標(biāo)桿.一旦萬眾創(chuàng)新成為現(xiàn)實(shí)，人人都為人類的共同美好生活和和諧發(fā)展設(shè)計(jì)，社會(huì)就會(huì)達(dá)到一個(gè)理想的境地.

4 結(jié)語

能夠?yàn)檫_(dá)到目的，集成知識以規(guī)劃實(shí)施和實(shí)施結(jié)果的面貌，也就是能夠設(shè)計(jì)，是人類區(qū)別于其他動(dòng)物的重要標(biāo)志.所謂實(shí)施，可以是個(gè)人行為，也可以是人的群體行為，也可以是受人或者人的群體操縱的其他人、人的群體或者非人事物的行為.人的一切有目的活動(dòng)都可以分為設(shè)計(jì)和實(shí)施兩個(gè)部分.從工業(yè)化生產(chǎn)開始，關(guān)于設(shè)計(jì)的研究越來越向縱深發(fā)展，主要體現(xiàn)在各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展上.本來，設(shè)計(jì)科學(xué)與設(shè)計(jì)學(xué)在概念上沒有什么差別，不同專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)學(xué)專注于自己領(lǐng)域的設(shè)計(jì)問題也無可非議，建筑領(lǐng)域形成了建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)學(xué)，機(jī)械領(lǐng)域形成了機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)學(xué)，……結(jié)果設(shè)計(jì)學(xué)發(fā)展成為一種固定的模式，顯然不同于Gropius和Fuller理想的設(shè)計(jì)科學(xué).Simon[5]寫過：“很少有工程師和作曲家能夠進(jìn)行一場關(guān)于各自專業(yè)工作內(nèi)容的有共同價(jià)值的對話.然而我認(rèn)為他們可以進(jìn)行關(guān)于設(shè)計(jì)的這樣一種對話.這就可以發(fā)現(xiàn)他們都在從事相同的創(chuàng)造性活動(dòng)，可以分享他們在創(chuàng)造性的專業(yè)設(shè)計(jì)過程中的經(jīng)驗(yàn).”這說明，不管專業(yè)的差別有多大，設(shè)計(jì)都有其跨越專業(yè)范疇的共同的問題需要研究.這些問題甚至比專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)問題的解決對于設(shè)計(jì)更為重要.從個(gè)體看，隨著物質(zhì)需求已經(jīng)比較容易滿足，精神需求和社會(huì)需求就突顯出來，物質(zhì)、精神和社會(huì)需求同時(shí)滿足越來越成為廣大人群而不再是少數(shù)達(dá)官顯貴的追求，人的需求越來越突破專業(yè)領(lǐng)域的范疇；從社會(huì)看，全球經(jīng)濟(jì)一體化、物流和信息技術(shù)突飛猛進(jìn)帶來的跨領(lǐng)域事務(wù)與日俱增，這就導(dǎo)致跨學(xué)科設(shè)計(jì)的共性問題研究的重要性更加突出，設(shè)計(jì)科學(xué)也就理所當(dāng)然地重新被提到重要的研究日程上.

致 謝感謝國家自然科學(xué)基金長期對我們團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)科學(xué)研究上的鼓勵(lì)和支持.感謝劉昂、孟祥慧、陳泳、張執(zhí)南、李響同志審閱本文初稿并提出許多非常重要的修改意見.