创新思维与现代设计目录 序 第一章创新与设计 第二章创新思维 第三章需求驱动的创新 第四章创新的设计 第五章分布式资源环境中的现代设计 附录课程大纲
创新思维与现代设计 目录 序 第一章 创新与设计 第二章 创新思维 第三章 需求驱动的创新 第四章 创新的设计 第五章 分布式资源环境中的现代设计 附 录 课程大纲
《创新思维与现代设计》的序 将创新思维和现代设计两个概念联系在一起，而且将她组织成为 一门在上海交通大学开出的通识教育课程（面对的学生可能是文科的、 理科的、或者是工科的)，是一个理念，也是一个尝试。 创新思维，是一种意识，一种追求，也是一种文化。标新立异， 永不满足。标新立异，在中国传统文化中带有一点贬义，指一个人不 安分守己，不循规蹈矩。但是在社会激烈竞争的今天，就是需要这种 标新立异的精神。没有这种精神，创新型国家是不可能建立的。 但是用“创新”而没有用“创意”这两个字，希望明确“创新” 是为了竞争取胜，而不停留于个人喜好的追求。“创新”具有它的社 会意义，服务于社会，同时又能够为社会所接受。“创新”是否成功， 不仅仅是个人的事，通常牵涉到一个社会群体（当然有大有小）的活 动和命运。 正如在第一章中讨论的那样，人类一切有目的行为，总有设计和 实施两个阶段，创新也不例外。只有正确的设计，才有成功的创新。 这就是为什么创新思维和现代设计能够和需要联系在一起的原因。现 代设计就是在认识时代特征的基础上，对传统设计的发展，以期更好 地支持竞争取胜，支持创新成功。 当然，《创新思维与现代设计》课程的设计是否正确，也要看她在 实施以后的效果。经过两年中三次开课，许多参与授课的教师都对课 程内容和讲授方法做出了贡献。因为觉得需要有一个讲义，就由谢友
1 《创新思维与现代设计》的序 将创新思维和现代设计两个概念联系在一起，而且将她组织成为 一门在上海交通大学开出的通识教育课程（面对的学生可能是文科的、 理科的、或者是工科的），是一个理念，也是一个尝试。 创新思维，是一种意识，一种追求，也是一种文化。标新立异， 永不满足。标新立异，在中国传统文化中带有一点贬义，指一个人不 安分守己，不循规蹈矩。但是在社会激烈竞争的今天，就是需要这种 标新立异的精神。没有这种精神，创新型国家是不可能建立的。 但是用“创新”而没有用“创意”这两个字，希望明确“创新” 是为了竞争取胜，而不停留于个人喜好的追求。“创新”具有它的社 会意义，服务于社会，同时又能够为社会所接受。“创新”是否成功， 不仅仅是个人的事，通常牵涉到一个社会群体（当然有大有小）的活 动和命运。 正如在第一章中讨论的那样，人类一切有目的行为，总有设计和 实施两个阶段，创新也不例外。只有正确的设计，才有成功的创新。 这就是为什么创新思维和现代设计能够和需要联系在一起的原因。现 代设计就是在认识时代特征的基础上，对传统设计的发展，以期更好 地支持竞争取胜，支持创新成功。 当然，《创新思维与现代设计》课程的设计是否正确，也要看她在 实施以后的效果。经过两年中三次开课，许多参与授课的教师都对课 程内容和讲授方法做出了贡献。因为觉得需要有一个讲义，就由谢友
柏、费燕琼、孟祥慧、陈泳和戴旭东5位同志总结参与教师两年里讲 授的内容遵照教学大纲依次分别编写了这个从第一章到第五章的讲 义。特别要提到的是，在编写的第二章中，大量采用了陈贤浩同志在 讲授本课时贡献的材料。 因为是一个理念，是一个尝试，虽然有一个教学大纲（附后），大 家对如何实现这个理念的理解有很多不同。这从两年的讲授中可以看 到，从这5章讲义的内容更可以明显地看到。作为对待创新或者标新 立异需要有的心态，就是要从研究这些不同中寻求创新思维和现代设 计的内在规律。“不同”不是坏事，只有从差异中才能够找到正确的 认识，重要的是思考。希望阅读这个讲义的读者，也能够用这样的眼 光来看待讲义里面的差异。 当然作为一个讲义，差异太多并不是什么光彩的事。我们衷心希 望读者能够在使用这个讲义时，从各个方面提出你们的看法和建议， 帮助我们改进，帮助这个新理念的成熟和这个新尝试最终取得成功。 我们希望在使用以后，能够进一步改进这个讲义并正式出版成书。那 时，差异不要再像现在这样的多。 感谢所有参加讨论的老师，感谢上海交通大学教务处的同志对我 们这个尝试的指导和支持，感谢两年里选择这门课和对这门课提出各 种建议的同学，感谢张执南同志为讲义所做的整理工作。 谢友柏 2011年9月2日于上海
2 柏、费燕琼、孟祥慧、陈泳和戴旭东 5 位同志总结参与教师两年里讲 授的内容遵照教学大纲依次分别编写了这个从第一章到第五章的讲 义。特别要提到的是，在编写的第二章中，大量采用了陈贤浩同志在 讲授本课时贡献的材料。 因为是一个理念，是一个尝试，虽然有一个教学大纲（附后），大 家对如何实现这个理念的理解有很多不同。这从两年的讲授中可以看 到，从这 5 章讲义的内容更可以明显地看到。作为对待创新或者标新 立异需要有的心态，就是要从研究这些不同中寻求创新思维和现代设 计的内在规律。“不同”不是坏事，只有从差异中才能够找到正确的 认识，重要的是思考。希望阅读这个讲义的读者，也能够用这样的眼 光来看待讲义里面的差异。 当然作为一个讲义，差异太多并不是什么光彩的事。我们衷心希 望读者能够在使用这个讲义时，从各个方面提出你们的看法和建议， 帮助我们改进，帮助这个新理念的成熟和这个新尝试最终取得成功。 我们希望在使用以后，能够进一步改进这个讲义并正式出版成书。那 时，差异不要再像现在这样的多。 感谢所有参加讨论的老师，感谢上海交通大学教务处的同志对我 们这个尝试的指导和支持，感谢两年里选择这门课和对这门课提出各 种建议的同学，感谢张执南同志为讲义所做的整理工作。 谢友柏 2011 年 9 月 2 日于上海
第一章创新与设计 人类根据自己需要制作任何事物，一般总是经过这样一些阶段：设计，实现，运用和维护以至废弃和 废弃后的处理，通常称这整个过程为该事物的生命周期。所以，设计是人类一切有目的行为的起点，在这 个起点上，要预先估计和规划事物在全生命周期中的际遇和行为。 世界万物都是在竞争中存在和发展的，制作任何一件事物，时刻要考虑如何竞争取胜。竞争取胜有很 多手段，创新是竞争取胜的重要手段。所谓创新，与模仿相对立，是采用此前未曾用过的办法使所制作的 事物满足现在不能满足的需求。这里面有两个关键词：一是此前未曾用过的办法，二是现在不能满足的需 求。因此在动手制作前，都需要精心对各种可能发生的情况进行估计和对如何保证新办法成功应用做出安 排，这就是设计。设计和创新是紧密关联的，没有正确的设计，就不可能有成功的创新：同时，创新是设 计的灵魂，没有创新的设计，很难竞争取胜。当然，设计除掉满足需求以外，还要满足约束条件，比如设 计一个车，每小时能跑200公里，这是满足需求，但是它的排放不能超过欧4标准，后者就是约束条件： 又比如，设计一个国际旅游服务，要让顾客玩得开心，满足顾客需求，但是旅游项目中不能有违反所在国 法律的内容，这就是约束条件。 所以，本书取名《创新思维与现代设计》，在阐明有关基本概念同时，着重讨论二者之间的依存关系， 并随时介绍一些解决问题的方法。 先讲讲现在不能满足的需求。创新要满足新的需求，人类需求是多方面的，在制作一件新事物时，首 先要满足的是性能的需求。性能包括功能和质量两个方面，人们需要一件新事物，首先是需要它的功能。 质量则是功能在全生命期中保持性的度量。人们在获得新事物后，当然不希望它的功能在使用期内过分偏 离设计值，这就要求高质量。 人类在生产和生活中，需要的功能各种各样，而且日新月异。功能基本上可以分为三个大的方面：物 质功能、精神功能和社会功能。这里讲的物质是广义的。比如，生产和生活需要电，于是就要有发电装备。 例如用核能发电，就要有核电厂，在核反应堆里通过核燃料反应产生热，由循环的冷却水将热带出来，推 动汽轮发电机组发电。发电是满足一种物质功能需求。又比如，生活要求精神愉快，于是就需要能够欣赏 的艺术品，例如绘画、乐曲、园艺等，当人与之接近或处在这个环境里，得到精神上的愉悦感觉，这就是 满足一种精神功能需求。又比如，人们追求和谐生活，但是社会存在差异和竞争，于是就需要政治和法律 进行协调和制约，使得差异和竞争不至于破坏和谐。比如要化解千军万马过独木桥促成的应试教有大潮， 就需要正确的教有政策和合理的考试办法，使优秀者能 够深造，其他人也各得其所，受到应有的教有。核反应 堆人不能进去，也许不需要精神功能，而艺术欣赏品不 涉及物质的传递和变化，没有物质功能，人民代表大会 通过的宪法，也只有社会功能。这是几个极端的例子。 不过多数事物，都有两方面或者三方面的功能。比如中 国工程院在北京德胜门外的新院部建筑（图1），它在物 质上要能够容纳中国工程院机关办公、院士学术交流、 图1中国工程院在北京德胜门外的新院址。 院士短时间休息的需求，在精神上要能够给人们一种端 庄、学术氛围和舒适的感觉。许多管理制度，不仅要达到某个社会目标，也要使得被管理的人群精神愉快：
1 第一章 创新与设计 人类根据自己需要制作任何事物，一般总是经过这样一些阶段：设计，实现，运用和维护以至废弃和 废弃后的处理，通常称这整个过程为该事物的生命周期。所以，设计是人类一切有目的行为的起点，在这 个起点上，要预先估计和规划事物在全生命周期中的际遇和行为。 世界万物都是在竞争中存在和发展的，制作任何一件事物，时刻要考虑如何竞争取胜。竞争取胜有很 多手段，创新是竞争取胜的重要手段。所谓创新，与模仿相对立，是采用此前未曾用过的办法使所制作的 事物满足现在不能满足的需求。这里面有两个关键词：一是此前未曾用过的办法，二是现在不能满足的需 求。因此在动手制作前，都需要精心对各种可能发生的情况进行估计和对如何保证新办法成功应用做出安 排，这就是设计。设计和创新是紧密关联的，没有正确的设计，就不可能有成功的创新；同时，创新是设 计的灵魂，没有创新的设计，很难竞争取胜。当然，设计除掉满足需求以外，还要满足约束条件，比如设 计一个车，每小时能跑 200 公里，这是满足需求，但是它的排放不能超过欧 4 标准，后者就是约束条件； 又比如，设计一个国际旅游服务，要让顾客玩得开心，满足顾客需求，但是旅游项目中不能有违反所在国 法律的内容，这就是约束条件。 所以，本书取名《创新思维与现代设计》，在阐明有关基本概念同时，着重讨论二者之间的依存关系， 并随时介绍一些解决问题的方法。 先讲讲现在不能满足的需求。创新要满足新的需求，人类需求是多方面的，在制作一件新事物时，首 先要满足的是性能的需求。性能包括功能和质量两个方面，人们需要一件新事物，首先是需要它的功能。 质量则是功能在全生命期中保持性的度量。人们在获得新事物后，当然不希望它的功能在使用期内过分偏 离设计值，这就要求高质量。 人类在生产和生活中，需要的功能各种各样，而且日新月异。功能基本上可以分为三个大的方面：物 质功能、精神功能和社会功能。这里讲的物质是广义的。比如，生产和生活需要电，于是就要有发电装备。 例如用核能发电，就要有核电厂，在核反应堆里通过核燃料反应产生热，由循环的冷却水将热带出来，推 动汽轮发电机组发电。发电是满足一种物质功能需求。又比如，生活要求精神愉快，于是就需要能够欣赏 的艺术品，例如絵画、乐曲、园艺等，当人与之接近或处在这个环境里，得到精神上的愉悦感觉，这就是 满足一种精神功能需求。又比如，人们追求和谐生活，但是社会存在差异和竞争，于是就需要政治和法律 进行协调和制约，使得差异和竞争不至于破坏和谐。比如要化解千军万马过独木桥促成的应试教育大潮， 就需要正确的教育政策和合理的考试办法，使优秀者能 够深造，其他人也各得其所，受到应有的教育。核反应 堆人不能进去，也许不需要精神功能，而艺术欣赏品不 涉及物质的传递和变化，没有物质功能，人民代表大会 通过的宪法，也只有社会功能。这是几个极端的例子。 不过多数事物，都有两方面或者三方面的功能。比如中 国工程院在北京德胜门外的新院部建筑（图 1），它在物 质上要能够容纳中国工程院机关办公、院士学术交流、 院士短时间休息的需求，在精神上要能够给人们一种端 庄、学术氛围和舒适的感觉。许多管理制度，不仅要达到某个社会目标，也要使得被管理的人群精神愉快；
精神愉快反过来会大大提高管理的效能，使能更快更好地达到期望的社会目标。我国的高速铁路，列车运 行能够达到每小时380公里或者更高的速度，但是速度与能耗的平方成比例，速度高了，票价也就高了， 没有人愿意乘坐，结果只好将速度降下来。这是物质功能达到了，但是社会功能没有达到，导致竟争失败。 这是设计不正确使得创新失败的例子。 再讲讲此前未曾用过的办法。更准确地讲，应该说是此前未曾用过的知识，知识比办法（技术、技巧、 技艺)具有更广泛的内涵。这里说的此前未曾用过的知识，有别于未被认识的客观规律，这是很明显的。 前者是指已经认识，但在满足所期望的需求中尚未被应用过。既然需要的功能多种多样，日新月异：有可 能使这些需求得到满足的知识遍布各个不同领域，以非常不同的形态存在：而采用不同知识满足不同需求 的方法（也是一种知识），更是无法枚举，诚所谓：八仙过海，各显神通。这里要说的是，正因为这样，满 足物质功能、精神功能、社会功能这些不同功能需求的设计，其间往往有很大不同。在漫长的社会、文化、 科学和技术发展过程中，形成了不同的设计理论和方法，甚至连所用的表达方式也各不相同，或者同一名 词却被赋予了不同的内涵。比如在物质功能为主事物的制作中，由于大多已经工业化生产，成为有众多参 与者和较大投入的规模行为，稍有差错，就导致严重后果，于是形成了一套比较刻板的设计过程。而精神 功能事物的制作，依赖的主要是个人隐性知识，其设计的竞争力依赖于灵感，依赖于创意，设计所遵循的 是另一套理论和方法。社会功能事物，其特点是与人群的物质、精神活动相互作用相关，效果往往要经过 长时期以后才能够显现。因此更有不同的设计理论和方法。比如发生在我国上世纪末大规模扩大普通高校 规模的教有发展政策，其后果往往要经过几代人以后才能够被人们看清楚。这类事物的设计，既不能用工 程设计的理论和方法，也不能用艺术创作的理论和方法。 所以在不同场合，看到不同的设计，看到对设计的不同解释，看到不同的设计理论和方法，看到都在 讲设计，而讲的不是一回事，或者讲的是相同的设计，却用了不同的表达方式，等等，不必感到奇怪。但 是，设计既然是人类一切有目的行为的起点，必然有其共同的规律。这些共同规律对于不论是物质功能事 物，精神功能事物或者社会功能事物的设计者，都需要深刻地理解和有意识地加以运用。这些共同规律是 所有设计都需要严格遵守的，违反则必失败。如前所述，多数事物都有两方面或者三方面功能，有的功能 可能是潜在的，不用心去研究，就看不清楚。但是当事物制作成功并投入应用以后，它将自动发生作用， 从而造成不可收拾的后果。例如有些食品添加剂，原来的设计是为了增加食品美味，给人以精神上的享受， 但是它的物质功能伤害肌体，致癌或者影响生有能力，这就是设计上只注意了一方面的功能，而忽视了另 一方面的功能，结果出了问题。有时为了引起设计者的注意，将可能产生的非目的功能写入约束条件，以 避免发生差错，约束条件与功能有时是可以互易的。提出设计的共同规律这个命题，是为了在设计时，让 设计师对于所设计事物往往具有不同功能有一个清晰的认识，不至于顾此失彼，忽视另外功能的存在和作 用。 随着人类生活和生产水平提高，对于任何新事物，都会提出越来越多方面的要求，而社会上不同人群， 在每个方面上的期望，也会有很大差异，这个不可逆转的趋势是很明显的。上面讲到在不同场合看到的不 同设计，是在漫长社会、文化、科学和技术发展过程中，主要为满足单方面功能需求发展和形成的，具有 不同偏向的设计理论和方法，如果称之为传统设计，那么现代设计就需要对所设计的新事物各方面的功能 和约束条件有全面的考虑并做出正确处理。关于传统设计和现代设计的区别，在后面还有更进一步讨论。 在创新已经成为立国之本，已经变得如此重要的今天，既然正确设计是成功创新的先决条件，探求设 计的共同规律，探求如何通过正确设计保证创新成功，应该提到议事日程上了。本书的另一个目标是：希 望给子读者一个可以用一般规律看待不同领域、不同行业、不同性质创新与设计的启示。 附带说明，上述目标不是可以一蹴而成的。因此本书后续各章中，因为作者不同，对一个问题不同作 者有时会有不同的说法。正因为看到这是一个学科发展中不可回避的过程，本书接受这种现象的存在，但 是提醒读者自己去思考这些不同说法。另外，本书作者都是从事工程技术方面的工作，虽然力图将创新思 2
2 精神愉快反过来会大大提高管理的效能，使能更快更好地达到期望的社会目标。我国的高速铁路，列车运 行能够达到每小时 380 公里或者更高的速度，但是速度与能耗的平方成比例，速度高了，票价也就高了， 没有人愿意乘坐，结果只好将速度降下来。这是物质功能达到了，但是社会功能没有达到，导致竞争失败。 这是设计不正确使得创新失败的例子。 再讲讲此前未曾用过的办法。更准确地讲，应该说是此前未曾用过的知识，知识比办法（技术、技巧、 技艺）具有更广泛的内涵。这里说的此前未曾用过的知识，有别于未被认识的客观规律，这是很明显的。 前者是指已经认识，但在满足所期望的需求中尚未被应用过。既然需要的功能多种多样，日新月异；有可 能使这些需求得到满足的知识遍布各个不同领域，以非常不同的形态存在；而采用不同知识满足不同需求 的方法（也是一种知识），更是无法枚举，诚所谓：八仙过海，各显神通。这里要说的是，正因为这样，满 足物质功能、精神功能、社会功能这些不同功能需求的设计，其间往往有很大不同。在漫长的社会、文化、 科学和技术发展过程中，形成了不同的设计理论和方法，甚至连所用的表达方式也各不相同，或者同一名 词却被赋予了不同的内涵。比如在物质功能为主事物的制作中，由于大多已经工业化生产，成为有众多参 与者和较大投入的规模行为，稍有差错，就导致严重后果，于是形成了一套比较刻板的设计过程。而精神 功能事物的制作，依赖的主要是个人隐性知识，其设计的竞争力依赖于灵感，依赖于创意，设计所遵循的 是另一套理论和方法。社会功能事物，其特点是与人群的物质、精神活动相互作用相关，效果往往要经过 长时期以后才能够显现。因此更有不同的设计理论和方法。比如发生在我国上世纪末大规模扩大普通高校 规模的教育发展政策，其后果往往要经过几代人以后才能够被人们看清楚。这类事物的设计，既不能用工 程设计的理论和方法，也不能用艺术创作的理论和方法。 所以在不同场合，看到不同的设计，看到对设计的不同解释，看到不同的设计理论和方法，看到都在 讲设计，而讲的不是一回事，或者讲的是相同的设计，却用了不同的表达方式，等等，不必感到奇怪。但 是，设计既然是人类一切有目的行为的起点，必然有其共同的规律。这些共同规律对于不论是物质功能事 物，精神功能事物或者社会功能事物的设计者，都需要深刻地理解和有意识地加以运用。这些共同规律是 所有设计都需要严格遵守的，违反则必失败。如前所述，多数事物都有两方面或者三方面功能，有的功能 可能是潜在的，不用心去研究，就看不清楚。但是当事物制作成功并投入应用以后，它将自动发生作用， 从而造成不可收拾的后果。例如有些食品添加剂，原来的设计是为了增加食品美味，给人以精神上的享受， 但是它的物质功能伤害肌体，致癌或者影响生育能力，这就是设计上只注意了一方面的功能，而忽视了另 一方面的功能，结果出了问题。有时为了引起设计者的注意，将可能产生的非目的功能写入约束条件，以 避免发生差错，约束条件与功能有时是可以互易的。提出设计的共同规律这个命题，是为了在设计时，让 设计师对于所设计事物往往具有不同功能有一个清晰的认识，不至于顾此失彼，忽视另外功能的存在和作 用。 随着人类生活和生产水平提高，对于任何新事物，都会提出越来越多方面的要求，而社会上不同人群， 在每个方面上的期望，也会有很大差异，这个不可逆转的趋势是很明显的。上面讲到在不同场合看到的不 同设计，是在漫长社会、文化、科学和技术发展过程中，主要为满足单方面功能需求发展和形成的，具有 不同偏向的设计理论和方法，如果称之为传统设计，那么现代设计就需要对所设计的新事物各方面的功能 和约束条件有全面的考虑并做出正确处理。关于传统设计和现代设计的区别，在后面还有更进一步讨论。 在创新已经成为立国之本，已经变得如此重要的今天，既然正确设计是成功创新的先决条件，探求设 计的共同规律，探求如何通过正确设计保证创新成功，应该提到议事日程上了。本书的另一个目标是：希 望给予读者一个可以用一般规律看待不同领域、不同行业、不同性质创新与设计的启示。 附带说明，上述目标不是可以一蹴而成的。因此本书后续各章中，因为作者不同，对一个问题不同作 者有时会有不同的说法。正因为看到这是一个学科发展中不可回避的过程，本书接受这种现象的存在，但 是提醒读者自己去思考这些不同说法。另外，本书作者都是从事工程技术方面的工作，虽然力图将创新思