CDIO介入產品改良設計課程的教學實踐一以墻壁開關改良設計為例

李立全 康磊 祝海龍

摘要：CDIO介入產品改良設計課程旨在培養學生的應用創新設計能力，即產品改良后的市場轉化能力。文章依托企業商業設計項目，從CDIO—Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）和Operate（運作）四個核心能力維度出發，將產品改良設計課程教學流程與企業內部產品設計研發流程進行重構與融合。以探索實現產品改良設計課程CDIO教學理念的最大釋放。切實提高學生的應用創新設計能力、產品改良后的市場轉化能力以及團隊合作能力。

關鍵詞：CDIO改良設計研發流程重構融合應用設計

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2021） 07-0100-04

Abstract： CDIO intervention in product improvement design course aimsto cultivate students' application innovation design ability， that is，the markettransformation ability after product improvement Based on the enterprise businessdesign project， this paper reconstructs and integrates the teaching process ofproduct improvement design course with the enterprise internal product designand R&D process from the four core competence dirnensions of CDIO coherent（conception）， design（ Design）， implementation（implementation） and operate（operation） in order to explore and reallze the maximum release of CDIOteaching concept of product improvement design course. improve the studentsability of application innovation design， market transformation ability after productimprovement and team cooperation ability

Keywords： CDIO lmproved design R&D process Reconstruction and integrationApplication design

引言

現行教育體系下工業設計專業培養出來的設計人才，雖然具備較強的創新創意與計算機表現能力，但以工學為基礎的設計應用落地能力較弱，主要原因在于人才培養的過程缺乏產業引導與工程制造的介入。無論工學式工業設計模式，還是藝術式工業設計模式，如果不能通過與產業結合的訓練和實踐，并在此過程中深刻理解工學和藝術的相互結合，都很難在學校教育階段培養出符合企業需要和產業要求的設計師[1]，即產業迫切需求的應用型產品設計復合人才。

文章以產品改良設計實踐為例，將課程教學模式、CDIO教育理念、企業產品研發流程三者進行融合與重構，就如何最大程度實現產品改良設計課程CDIO教育理念的釋放展開探索研究，以期為應用型產品設計復合人才的培養提供教學思路。

一、CDIO工程教育理念與產品改良設計課程教學目標

（一）CDIOI程教育理念下的設計能力培養

CDIO是由四個英文單詞的首字母組成，即Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）和Operate（運作），是近些年來國際上新興的一種工程教育模式。CDIO的三個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標準，首次將工程畢業生必須具備的幾項能力：工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力以逐級細化的方式表達出來，要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[3]。

產品改良設計課程是一門以培養學生極強設計落地轉化能力的課程，其教學目標旨在培養學生利用專業知識發現并解決市場中產品（非概念產品）存在的諸多現實問題，進而根據品牌定義及市場策略以工程設計的手段將改良設計創新方案實現落地化。這與CIDOI程教育理念中的“工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力”四項基本能力的培養不謀而合。因此基于CDIO工程教育理念，產品改良設計應用落地能力的培養可分類為：Conceive（構思）一即人才的設計研究與創新能力、Design（設計）一即人才運用專業知識與工程知識進行創新設計的能力、Implement（實現）一即構建梯度團隊進行團隊協同的能力、Operate（運作）一即運用設計與工程能力進行產品設計的落地轉化能力。這與CDIOI程教育理念與產品設計人才CDIO教育理念強調的四個核心能力達成一致如圖l。

（二）基于企業內部產品研發流程融合重構的課程教學目標

傳統產品設計類課程的教學思路和培養方式偏傳統，知識結構單一，社會的新發展，對工業設計人才培養質量的標準也提出了全新的要求。目前的教學模式與當下社會發展脫節，學生市場適應能力不佳，就業能力小[3]，因此教學模式、教學理念及其教學目標的轉變成為當前應用型設計人才培養的重點。

現有的教學評價體系僅僅是教師根據學生的設計圖稿給予相應的分數，大多數教師自身往往是高校畢業了后直接來高校任教，缺乏企業的實踐鍛煉，其評價標準并不能完全代表市場的真正需求，缺少了市場對作品的評價[4]。因此評價主體方面，除了教師評價、學生自我評價和同伴評價外，還應該嘗試引入企業評價、專家評價等社會評價[5]。其中CDIOI程教育中的Conceive（構思）/Design（設計）的能力可通過在校專業理論學習即可獲得，而Implement（實現）/Operate（運作）的能力卻無法在校內課堂中全部獲得，此模塊引入企業評價機制并基于企業設計研發流程的訓練與學習，可很好地彌補并塑造這方面的工程應用能力。文章將CDIOI程教育理念引入產品改良設計課程教學中，以企業設計研發評價機制為貫穿線，其目的是盡可能接近工程實際項目并以此為載體，結合專業核心課程的教學使學生獲取相關綜合設計應用落地的能力。同時CDIOI程教育理念將理論教學與實踐教學有機融合，避免學生因為只學專業課程而感到枯燥無味，這樣可以將學生的思維方法與創新能力有機結合[6]。

但是由于企業產品設計與商業開發高度配合，其商業設計項目的整體設計研發流程較為復雜，無法很好地與課程教學實踐進行銜接如圖2。基于以上存在的問題，教師團隊與企業導師團隊結合CDIO教學理念中的四個人才培養能力維度（圖1），對課程教學實踐流程與企業內部的整體產品設計研發流程進行了重構與再造融合，剝離了涉及批量化生產的模具設計、包裝開發、生產跟進等模塊內容，保留了產品設計調查、產品設計研究、產品計算機輔助設計、項目樣品制作以及產品功能實現六個核心部分，保證課程CDIO教學理念、課程培養目標、課程教學流程與企業設計研發流程高度統一的四位一體關系如圖3。通過重構再造后的教學流程與企業設計研發流程保持一致，既保留了專業理論訓練與學習的層層遞進關系，又確保了企業設計研發流程在課程開發中的科學性。

二、基于產品Pl策略與市場評估的墻壁開關商業設計調查（IFPU）

文章以企業商業項目一墻壁開關產品的改良設計作為實踐案例，在遵循CDIO教學理念的原則下，按照既定的教學流程與產品研發邏輯流程圖（如圖3）開展設計教學實踐，以確保CDIO介入產品改良設計教學實踐的特色性。企業產品研發中心認為，商業設計調查不同于概念設計調查，也不同于市場調查，其核心旨在研究市場中同類產品的工業設計、場景應用及其用戶對產品使用后的體驗訴求數據，主要包括同類產品的設計現狀調查、場景應用調查與用戶反饋調查。這是商業產品開發尤其是老產品迭代改良設計的研究重點，是一種基于產品Pl策略與市場風險機制評估的商業產品設計調查（IFPU）。

（一）墻壁開關的設計現狀調查

學生團隊在企業設計團隊的指導下使用企業制定的“IFPU（設計、功能、價格、用戶）”調查研究法，對淘寶、天貓、京東三家主流平臺的21家墻壁開關銷售店鋪（含代理店、旗艦店、專營店）與線下實體銷售店鋪進行定量分析研究。研究發現，傳統墻壁開關的工業設計主要以產品造型設計和產品CMF設計為主。就造型設計角度來講，主要設計創新點在于功能按鍵的排布設計上打破了傳統墻壁開關按鍵排布的一般規律（即大小統一、并列排布）;就CMF設計角度來講，墻壁開關的材料、工藝以及顏色設計也從原始的單一塑膠、白色設計變為了多種材料融合、顏色豐富、工藝精致的流行時尚設計如圖4。

（二）墻壁開關的場景應用調查

墻壁開關的應用場景非常廣泛，包括家庭、工廠、企事業單位、醫院、酒店、體育館、圖書館、音樂廳、美術館等等地方。為提高調研效率，學生團隊基于“IFPU”調查研究法對以上應用場景節選了家庭（個人空間代表）、大型企業（辦公空間代表）、大學教室（公共空間代表）三個典型場景進行了場景調查與分析研究，主要研究方法為定量分析法。主要場景包括家庭場景（10個），企業辦公空間10個（中大型企業），大學教室空間10個（含教室、多功能會議室）如圖5。

調查研究分析發現，企業場景、教室場景與家庭場景的產品使用量曲率出現較大異常，主要表現為企業場景與教室場景的產品使用量比較大。這為產品改良設計的場景定義提供了市場機會;同時在產品ID審美曲率方面也出現了異常，究其原因為企業場景、教室場景中的產品因使用量大導致用戶無法分辨開關控制的具體設備，因此用戶自行在開關上面進行了人為干預，破壞了產品設計的整體審美如圖6。這為產品改良設計的功能創新提供了設計機會。

（三）墻壁開關的場景用戶訪談調查

基于以上應用場景，團隊從上述場景中尋找并訪談共計30人。其中家庭場景用戶共計10人，年齡段為18-55周歲;企業場景用戶共計10人，年齡段為23-47周歲，以上班族白領為主;教室場景用戶共計10人，年齡段為18-40周歲，以學生和教師為主。訪談調查數據如表l。

三、以場景、用戶為核心的產品設計研究

企業研發中心強調，產品使用場景的精準定義是產品開發的核心環節，產品只有選擇了正確的使用場景才能保證產品的市場空間與渠道空間。在產品場景定義確認后需針對場景內的用戶進行精準產品設計，解決場景用戶的使用與體驗問題，建立場景、用戶、設計的三角核心設計生態塔。學生團隊基于墻壁開關的設計調查數據，運用KJ法開展了一場創新設計研究頭腦風暴，涉及了產品使用場景定義評估、產品場景用戶需求分析評估、產品創新設計改良方案評估、產品設計成本分析評估等諸多模塊內容如圖7。最終確認了本產品的改良設計綜合方案：

1.場景與用戶定義：根據企業場景、教室場景與家庭場景的產品使用量異常曲率圖發現，辦公空間（企業場景代表）與公共空間（教室場景代表）產品使用量較大，產品利潤盈余在市場中具有較大空間。故辦公空間與公共空間為主要的產品應用場景，場景中的用戶也同時確定;

2.設計定義：結合產品ID審美異常曲率圖與用戶訪談分析數據發現，ID審美異常曲率的出現歸根于用戶為解決產品使用時混淆不清問題進行后期人工干預導致的結果如圖6，致使產品整體美觀度遭受破壞。因此用戶對產品使用混淆不清的體驗訴求成為產品改良設計的核心方向，同時在解決上述功能問題時還需避免產品Pl的統一性遭受破壞。

四、基于批量化設計要求的產品創新設計

（一）墻壁開關的草圖概念設計

校企聯合導師團隊再次明確了改良設計的核心要緊緊圍繞場景與用戶，以解決用戶對開關控制混淆不清的事實問題為核心開展創新設計，同時還要嚴格遵循產品改良設計需求書中對制造成本管控的要求，保證產品改良設計的新穎性與Pl統一性。學生團隊基于項目核心要求與設計定位規劃，形成三種概念設計方案如圖8。

★A設計方案創新點：基于圖6所示的混亂現狀，在不破壞開關整體Pl的原則下，設計“識別標簽紙”并巧妙融合到開關按鍵上。設計創新點即在按鍵側面開出一個小抽屜并將“識別標簽紙”放入其中。經討論其缺點在于：忽略了按鍵的形態結構，按鍵背部結構復雜，結構股位較多，整體壁厚較薄，從工業制造角度來講不適合開槽挖洞。

★B設計方案創新點：將按鍵識別功能以LED的方式進行顯示甄別。設計創新點即在開關按鍵的上方內置LED。經討論其缺點在于：LED顯示雖然提供了非常好的顯示與開關甄別方式，但是大幅增加了用戶的購買成本導致銷售成本過高，且需要通過小程序或者APP來進行開關的控制寫入，增加了用戶的使用負擔。

★C設計方案創新點：將“識別標簽紙”融合設計到按鍵的上方，與開關整體設計風格形成統一。設計創新點即在開關頂部開出小抽屜并設計小插板，將打印好的“識別標簽紙”放入其中。經討論C設計方案符合改良預期，現有開關頂部結構簡單且具有較大空間進行改造。此方案解決了用戶的關鍵問題并很好地控制了制造成本，產品整體Pl沒有遭受破壞。故C設計方案為確認為最終設計方案。

（二）墻壁開關的計算機工程設計

基于最終設計方案，學生團隊通過Creo等工程軟件進行了進一步的設計細化工作。具體設計實施方案為：在開關上方開出一個深槽并設計可自由拔插的標簽板，只需要將打印的“識別標簽紙”貼在標簽板的凹槽中然后將標簽板插入到開關上方即可。每個小標簽板都有一個小洞的設計，目的是方便用戶借助其他小工具更好地更換“識別標簽紙”。結構設計上將前殼面板上端進行開孔設計，后殼面板進行挖槽設計，然后使用結構卡位的方式進行組裝，無需使用任何螺絲，而后部的電源模塊可直接使用現成的組件，無需重新開模，模塊化設計且組裝簡單;三個小插槽內的貼紙也可自由DIY，顏色自選可使用夜光紙，字體自用，隨時更換;同時在工藝使用、材料選擇、顏色選取上遵循原產品Pl原則，保持改良設計后的風格統一，如圖9。

五、墻壁開關功能樣機制作與安裝試用

生團隊在企業導師團隊的指導下根據企業內部產品樣機制作流程，進行產品樣機的制作與組裝工作。主要包括產品造型與產品結構的3D打印驗證、產品材料選取、產品樣機打磨、產品表面噴涂、以及最終產品功能樣機的組裝等工作。具體流程如圖10。

1.使用PLA材料對產品主體及其零部件進行3D打印驗證。全部打印完畢后進行零部件組裝，檢驗工程數據合理性與人機舒適性。流程圖①②所示;

2.對出現的人機工學以及工程結構設計進行檢討，再次調整外觀設計圖紙與工程結構圖紙進行3D打印驗證（使用光敏樹脂材料進行打印，確保外觀造型與結構設計的精密性）。流程圖③所示;

3.待產品造型及結構設計驗證無誤、人機工學體驗舒適合理后，在企業導師與加工技師的指導下進行CNC數控加工。流程圖④所示;

4.CNC數控加工后對所有產品零部件進行毛邊剔除工作。流程圖⑤所示;

5.使用砂紙對零部件的圓角、斜角、圓孔等細節部分進行二次細致打磨，確保表面光滑無毛刺、無凹陷鼓起等缺陷問題出現，確保表面噴涂的有效實施。流程圖⑥所示;

6.在企業工藝師傅的指導下對樣機表面及內部進行表面噴漆與高溫固化。流程圖⑦所示;

7.噴涂完畢并固化后對所有零部件再次進行組裝與結構調試，確認樣機外觀整體美觀、結構組裝順暢以及人機體驗上的舒適性。流程圖⑧所示; 8.最后將制作好的“識別標簽紙”通過雙面膠黏貼在小插板凹槽中并組裝到樣機主體中，功能樣機組裝完成。流程圖⑨所示。

六、產品樣機的功能調試與安裝試用

產品功能樣機組裝完成后，學生團隊對功能樣機進行電路測試。經確認功能使用無問題后，將產品安裝在墻壁中進行試用如圖11所示。學生團隊在企業導師與校內導師團隊的指導下，最終成功完成了本次企業項目的設計研發與設計實踐工作，整個項目的改良設計與應用制作均由學生團隊獨立設計完成。本改良設計項目還獲得了意大利A DESIGN全球設計獎金獎、美國IDEAI業設計獎、中國優秀工業設計獎等諸多設計獎榮譽如圖12，產品獲國家實用新型專利授權。

結語

工業設計人才培養模式的創新取決于產業發展對人才的技能訴求，僅具備創意創新思維能力的設計人才已不能滿足產業發展的復合需求，小而精、精而優、優而全的應用型產品設計復合人才成為產業發展需要的緊缺人才。CDIO工程教育理念介入產品設計人才培養課程，在滿足人才創新創意思維與計算機模擬表現能力的基礎上，可大大提高產品設計人才的設計應用轉化能力與團隊協同能力，為產業發展人才需求提供優質復合設計人才。文章以產品設計專業中的產品改良設計課程為例，依托企業商業項目，將CDIO工程教育理念與課程教學能力培養目標掛鉤，創新性地將課程教學模式、CDIO教育理念、企業產品研發流程三者進行融合與重構，以此來提升并加強工業設計專業學生在設計研究能力、創新設計能力、應用轉化能力與團隊協同能力方面的訓練與塑造。

基金項目：廣東省教育科學規劃課題<基于企業績效考核評價標準的校企合作課程構建研究一以工業設計專業教學為例》（基金編號：2018GXJKl66）;深圳技術大學校企合作課程課題《全流程商業產品設計》（項目編號：201923008）;深圳技術大學校企合作實習實訓基地建設項目（項目編號：201921007）。

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