产品创新设计是以用户需求为目标的整体工程，基于需求获取和机会识别，组合、叠加、综合、迁移、推理、联想已有知识或资源，从而产生新的产品^[1]。新产品创新设计过程由创新前端(模糊前端)、新产品开发和商业化三个阶段组成^[2]。产品设计创新前端阶段失败的代价最小但失败率最高，而机会识别作为创新前端的第一步，是决定产品开发成功与否的关键步骤^[3]。在产品开发的环境下机会是指任何可以产生经济价值的想法，可以是新的产品、服务、原始材料，新的需求，新的技术或者一个初步的需求和潜在解决方案之间的联系等，它既包括发现未被满足的需求和机遇，也包括创造适应于新组织的新愿景和可替代方案^[4-6]。

Baron^[7]构建了机会识别和模式识别的关系模型，认为机会识别建立在发现被忽略的技术、市场和人口统计等条件变化的基础上，可从认知视角进行机会识别；Chang等^[8]认为可通过持续的投资来寻找新的机会，通过利用特殊系统来刺激对勘探的感知，以减小机会认知能力和机会窗口之间的间隙；Kampa等^[9]探讨了一般创新模型和新产品机会识别的关系，分析了线性模型利用新技术或者原有技术替代的局限性，并行模型通过发现潜在市场以及新技术实现机会识别，Tidd，Bessant和Pavitt模型认为需求是随着市场、治理要求以及竞争企业的变化而变化的，开放式创新模型认为一切能使机会获得价值的信息如专利、设计经验等都应作为机会识别的资源；檀润华等^[10]通过产品技术进化分析建立未来需求拉动功能进化的产品创新设想模型，在创新设想提出的过程中，利用需求进化定律实现机会识别；万延见等^[11]利用复合菱形思维过程集成创新策略过程，通过问题分析识别创新机会；郭靖等^[12]通过对超系统资源特征的提取和变换为新市场破坏性创新提供机会方向；伍琴等^[13]针对产品造型相关设计元素，利用文化创意产品概念原型系统提出创新设想。

现有模型或方法通过获取顾客需求或技术进化信息进行机会识别，而能为企业带来经济价值的信息都应该被作为机会识别的资源^[14]。不可否认，科学技术上的突破驱使着创新活动的产生和演变，但顾客对产品的选择不仅体现在产品功能上，所关注的还有产品的内在意义^[5]。现代消费者行为的一个基本前提是人们购买产品往往并非因为它们能做什么而是因为它们意味着什么，产品的深层含义可以使其从同类产品中脱颖而出。本文认为产品创新设计是由消费者和设计者共同引导，基于技术进化驱动的技术创新、市场需求拉动的需求创新和设计者驱动的产品意义创新实现机会识别的过程，并建立机会识别流程模型为设计过程提供帮助。

随着顾客需求的进化，顾客购买产品始于情感，然后才是对产品的理性分析，一款成功的产品需要将技术作为被使用、被渴望并有用的东西或服务传递给顾客^[15]。全面的机会识别过程是在以顾客为主导的需求分析、以技术为主导的技术进化分析和以设计者为主导的产品意义分析的基础上产生的^{[9, 16]}。

产品作为技术对象包含着一定的技术信息，作为设计对象又有明确的意义和语言，会以一种有意义的形式存在唤起顾客情感感受^[17]。产品意义有2种不同的指向，如图 1所示，一种指向客体端，把理解意识引导到意义所指向的对象上，通过意义转换帮助设计者找到具有这种意义的具体客体；另一种指向主体端，引导理解意识到产品对象对顾客的意义上，把客体端的可实践意义表达给顾客并展示出来。产品意义的识别以及表达载体的确定因设计者而异，设计者的文化修养以及对企业产品的理解不同会导致产品意义有所不同。

图 1 产品意义的指向 Fig.1 The directing of product meaning

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产品意义一方面表现为产品使用过程中的个人体验享受，与顾客本身的心理和情绪有关，是指产品在视觉、听觉、嗅觉、味觉或触觉等方面影响顾客的感觉和行为或者勾起顾客回忆；另一方面受社会文化的影响，表现为他人对产品拥有者的评价，与产品的象征意义和文化意义相关，以实现产品拥有者表现自我价值、获得认可的心理。设计者通过现有产品和其交互环境，思考创意着手点以及其他与之相关点，构思如何将意义转换为产品表达载体，又如何将产品的可实践意义展示给顾客。

顾客需求可分为已知需求、潜在需求和未知需求。已知需求可从顾客表达、顾客经验中直接获取，一般局限于满足自身生存需要的浅层次需求，主要表现为产品的使用性、耐用性等基本价值；潜在需求可通过需求进化规律以及顾客情结分析推测出来，包括顾客自身条件限制导致的基本需求认识功能上的结构性缺失以及企业无法满足顾客已有的高层次需求而使顾客价值感处于潜伏意识状态的意识性缺失；未知需求表示顾客本身并不清楚而企业现有产品也无法实现其更高的价值满足感，需要设计者根据社会、文化等分析推测可能的需求趋势，并引导顾客的需求倾向。

技术系统的发展按照婴儿期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段进化。处于婴儿期的技术系统发展缓慢，存在着效率低、可靠性低等一系列问题；成长期阶段技术系统高速发展，存在的各种问题被逐渐解决；成熟期的技术系统性能水平最高，为企业获得的利润达到最大并有下降趋势；衰退期阶段的技术系统可能不会有进一步的突破，可能会被新的技术系统所取代从而进入新的循环。

机会类型影响因素有时会相互重合、关联，产品意义与用户需求、科学技术与产品语言的界限往往会模糊而无法明确区分，但产品意义、用户需求和技术发展这3种因素对产品创新都有无法替代的影响。

本文将机会识别的过程划分为4个阶段：第1阶段，通过对群体划分并对当前及潜在用户、现有产品及概念产品、社会经济等分析后确定目标群体以及产品设计目标；第2阶段，根据第1阶段确定的目标群体进行信息转换、合并及归类产生机会线索；第3阶段，根据创新方向并结合创新思维和创新工具将机会线索转化为创新机会；第4阶段，根据创新机会之间的相互约束以及企业状况选择几个机会点作为最终的产品创新机会。产品创新设计机会识别流程如图 2所示。

图 2 产品创新设计机会识别流程 Fig.2 The product innovation design opportunity identification process

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在市场细分中通过对顾客群体的研究可以更好地理解消费者的真正需求。机会识别第1阶段通过对当前用户及潜在用户的调查分析，根据市场用户的需求特点、购买行为和购买习惯等，将其划分为若干相似的群体。可根据消费者的年龄、性别、民族、收入、教育状况、职业、家庭、地区、宗教信仰等来细分市场，结合产品类型选择其中几个要素进行划分，并根据划分结果判断细分市场所包含的顾客群体。

针对已划分的顾客群体分别进行需求获取与分析。需求获取的方法除了传统的问卷法，还可以结合访谈法和观察法等，以便在获取存在且已表达的顾客需求的基础上发现存在且尚未表达的需求。根据顾客明确表达对产品某功能或设计不满等已知需求，未能解决的顾客不满以及通过设计者的引导或根据访谈、观察结果推测出的顾客未表达的不满等潜在需求，或者顾客表示对现有产品已达到满意状态，加入或者删减某些并不会影响其对产品的满意度等未知需求的辅助功能，分析总结各个群体的需求类型。

目标市场的确定主要建立在现有产品中某一个或者几个关键技术及其对应的市场网络和用户群体上，对当前产品及概念产品的技术能力进行分析，并通过专利检索与分类来挖掘该产品相关技术当前的研究热点，根据专利发表时间以及信息内容获取的发展过程更新和替代关键技术。通过对关键技术成熟度的预测来选择对技术进行改进、重组或者使用全新的技术系统：若关键技术属于婴儿期或者成长期，可通过改进技术来提高产品性能；若关键技术属于成熟期，可通过技术的替代来改变系统原理；若关键技术属于衰退期，可通过使用基于新原理的全新技术系统产生新产品。

产品意义与消费者心理因素以及文化因素有关，而消费者心理又受所处区域的政治、环境、社会关系等因素的影响。其中文化系统由生态系统、社会结构和意识形态构成：生态系统表示社会适应其环境的方式，由获得和分配资源的技术所决定；社会结构表示维持有序社会生活的方式；意识形态表示人们的精神特征及与环境和社会团体的联系方式。政治因素关注全球性和地区性的问题，环境因素关注当前资源的短缺、浪费，气候变暖以及环境污染等问题，社会因素关注家庭关系、社会关系等问题。设计者通过分析群体信息找出能够影响群体感官体验、激起回忆或者能够传达个人形象信息等的影响因素。

根据消费者群体划分依据进行群体划分，并针对所划分的群体分别进行用户的需求获取与满意度分析、现有产品关键技术状况分析以及产品意义影响因素和客体端分析，并通过其交互作用(如图 3所示)，获得潜力市场信息并结合企业能力确定目标用户群。

图 3 机会识别信息交互过程 Fig.3 Information interaction process of opportunity identification

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机会识别第2阶段，是针对第1阶段确定的目标群体的资源信息进行分类整理并转化为机会线索的过程。顾客需求信息整理就是将模糊、笼统的顾客描述转换成简洁、明确的需求，将相似的需求合并进而归类整理，根据顾客评分以及权重计算对顾客需求重要度进行排序并理性地选择需求项作为机会线索。产品往往是由1个或者多个关键技术支持，对关键技术系统分解并进行功能细分继而转换为行为组合，为后续技术信息的转换提供线索。设计者将对产品意义的理解转换为能够向顾客表达的内在意义，并将产品意义和产品特性罗列归类，作为产品设计方向和产品意义之间的关系线索。

机会识别的第3阶段是将第2阶段整理的机会线索转换为创新机会的过程。机会线索转换为创新机会阶段以发散思维为主，通过创新工具的引导、辅助和激励，帮助设计者更全面地进行创造性思考。

创新机会包括全新产品概念的提出和对已有产品的改进。在机会识别第3阶段，设计者根据不同的思维焦点，利用创新方法将机会线索转化为潜在机会。机会线索转换的思维过程如表 1所示。

表 1 机会线索转换的思维过程 Table 1 Thinking process of opportunity cue transformation

思维焦点	思维过程	思维结果	创新方法
用户需求		产品改进方向	质量功能配置
科学技术		产品改进、进化方向	FMEA、物-场分析、类比、技术进化法则
产品意义		产品意义表达载体	联想法、随机对象激励法

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此阶段设计者根据不同的思维焦点选择相应的思维过程分析，并选择合适的创新辅助工具，如质量功能配置(quality function deployment，QFD)、物-场分析、失效模式与效果分析(failure mode & effects analysis，FMEA)、联想法等创新工具，根据机会方向将机会线索转换为创新机会。

质量功能配置的目标是将顾客需求转换成技术目标值，通过质量屋等工具，采用直观的矩阵框架表达，将分析整理后的顾客需求输入分析，帮助设计者识别出相应的技术冲突、技术需求等机会信息；失效模式与效果分析的主要目的是发现和评价产品过程中潜在的失效后果，通过对系统各组件、元素的分析发现可能出现的故障类型，辅助设计者搜索产品缺陷并寻找改进点，实现系统可靠性分析；技术进化法则认为技术系统的进化是遵循一定的客观进化规律的，确定当前产品在技术进化模式中所处的位置之后，基于法则提示更好地预测技术系统未来的发展方向，继而发现并解决存在的技术冲突等问题；联想法是指利用联想思维进行创造的想法，围绕设计中所要表达的产品意义进行串想，联系已有事物概念形成有层次、有过程的动态思维过程。

通过用户需求、科学技术以及产品意义三方面的思考以及通过创新方法及思维发散获得的创新机会点，根据三方面因素的相互约束以及企业资金、规模、理念等条件，选择相对更适合企业发展的几个机会点作为机会方案。因素相互约束的过程中可能会激励出新的潜在机会点作为方案因素供研究人员选择。

射钉枪是一种使用广泛的小型直接固定机械，从基本功能来看，射钉枪只需要完成2项任务：快速重复地将大锤击力聚集成一次性机械撞击；当一个射钉被射出之后能够重新装填另一个射钉。现要求开发一种新型钉枪，在具备钉入常规钉子这一基本功能外还可寻找到其他产品概念，利用产品设计创新前端机会识别流程进行钉枪创新机会识别的过程，如图 4所示。

图 4 电动射钉枪机会识别过程 Fig.4 Opportunities identification of the electric nail gun

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现有钉枪广泛应用于手工艺品加工和建筑构造。按照职业和使用频率划分，用户群可分为手工作坊、家庭、家具厂和室内装修公司四个群体。由于产品使用范围与职业联系紧密，故选择访谈法和观察法相结合的方法，围绕选用射钉枪的类型、使用时遇到的问题、对产品的期望等展开需求获取，结果如表 2所示。

通过对用户需求的研究发现，家庭用户群在选择钉枪类型方面存在严重的不确定性。由于家庭为非专业使用者，企业在设计钉枪时往往将家庭使用者的需求权重打分过低，而当前社会现象显示消费者主张个性化和自主化，家庭小装修时越来越倾向于自己设计建造，但是手动钉枪耗时耗力，气动和瓦斯钉枪体积大、噪声大，而现有电动钉枪因电线限制操作空间，因此可以将家庭作为钉枪产品的潜在用户群。当前社会提倡的绿色制造则希望产品尽可能环保、节能，电力是一种清洁高效的能源转换利用形式，其符合绿色制造的概念。家庭自主设计爱好者将设计装修当作是一种乐趣而非工作，希望自己的生活更有品味，因此在物品的外观上也有一定的要求，希望购置的产品不仅是一种工具更是一件令人喜爱的东西；触觉也是产品设计中需要注意的部分，注意手握部分结构的设计和材料的选择，便最终产品能够令消费者有更好的触感。

通过专利检索发现电动射钉枪的专利有103件，其中实用新型专利为77件，发明专利为26件，通过筛选分析电动射钉枪专利研究的关键技术包括能量转换装置、锤击装置、压力控制装置和送钉装置。电动射钉枪由能量转换装置将电能转化为动能以推动撞针，经送钉装置移动射钉并将其送至锤击位置，由锤击装置实现击打射钉的功能，而压力控制装置则保证了整个系统的稳定性。结合噪声小、效率高、无电线限制等顾客需求，将能量转换装置和锤击装置作为技术研发的重点。现根据专利等级、专利数量和性能参数三方面判断能量转换装置处于成熟期，锤击装置处于成长期，如图 5所示。

图 5 关键技术成熟度预测曲线 Fig.5 Maturity prediction curve of key technology

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综合对顾客需求、产品意义和科学技术三方面的分析，确定以家庭作为目标用户群以满足潜在需求，并选择电动射钉枪为基础产品。

针对以家庭为目标用户群获得的资源信息进行分类整理。通过观察家庭群体使用电动射钉枪时的行为发现，其除了对电线拖动以及对工作区域的限制表示不满外，同时担心射钉枪插电线存在漏电的隐患。结合访谈结果对顾客需求信息转述、合并、整理并选择，确定家庭用户对电动射钉枪的关键需求有：外形尺寸小、质量小、便携、噪音低、价格适中、安全、使用寿命长、维修方便，并将以上需求项目作为机会线索。

现有电动射钉枪的功能组合如图 6所示，推动撞钉的过程由能量转换装置和锤击装置完成。其中能量转换装置由插头连接、电线传输电能，进而产生电磁场；锤击装置由电磁能转化为动能，并通过加速磁场的辅助提高锤击动能以形成冲力。将电动射钉枪的功能组合转换为行为组合，如图 7所示，电线传输电能，通过电磁效应产生磁场，再由磁场效应转换为动能，进而通过应力效应产生冲击力。

图 6 电动射钉枪的功能组合 Fig.6 The function combination of the electric nail gun

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图 7 电动射钉枪的行为组合 Fig.7 The behavior combination of the electric nail gun

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现阶段社会文化影响家庭用户对生活品质的追求，射钉枪不应该仅仅作为一个紧固工具出现，还应该作为房间的一种装饰物，在想到射钉枪的时候，浮现的不是枯燥单调的打钉过程，而应该是以一种享受的姿态完成家具维修的过程，由此可以在使用和买卖的产品特性的基础上加入可以观赏和享乐的特性。

针对家庭用户群的需求选用QFD方法进行结构化整理，将顾客对产品相对离散和模糊的需求转换为明确的工程特征要求，构建如图 8所示的质量屋。通过质量屋分解出顾客对射钉枪的功能需求并对顾客需求以及质量屋关系矩阵打分，根据关系矩阵中的分值可知电动射钉枪的潜在创新机会主要在减小外形尺寸、内置能源、降低噪音、增加可拆分性，以及解决内置能源和射钉力度冲突、内置能源和外形尺寸冲突等方面。

图 8 电动射钉枪质量屋 Fig.8 The quality house of the electric nail gun

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能量转换装置处于成熟期，可通过对现有技术的重组设计出全新的或基于新原理的产品，或者采用新技术替代实现相同的功能目标。技术进化法则的“提高可移动性”子法则指出技术系统应该沿着整体可移动性增强的方向发展，根据图 6所示分析射钉枪功能缺陷为能量的传输过程，可将“插头→传输电能”转换为“存储电能→释放电能”以提高技术系统的可移动性。

锤击装置由电磁作用产生动能，将稳定动能的过程分解为产生电势、提高电势和稳定电势三个部分，该部分结构和效应关系符合物-场分析中“非有效完整模型”类型，可通过代替原有加速磁场或者加入另一个场来强化加速磁场的作用，以实现锤击速度和力度的提高。同时技术系统沿着增强系统内部各部件可控性的方向发展，可根据磁场特性设计出射钉能量可控的电动射钉枪。

观赏和享乐特性可诠释为对射钉枪在视觉、触觉和听觉体验上予以提升。针对射钉枪的视觉体验即外观设计选择联想法进行设计改造，将其外观结构分为射钉和锤击部分、能量转换部分、排钉部分，可分别对应动物的嘴巴和头部、身体、尾巴，考虑到射钉枪的结构特征，对应的动物头部和嘴巴中心线一致且具有一定的长度，身体和头部比例相近且近似垂直，尾巴中长以便可以容纳适量的射钉，综上对比射钉枪和动物体征相似的结构部位设想可行性方案，结合动物外表以及流行元素加以修饰和设计色彩。和触觉体验相关的设计位置在于射钉枪的手握部位，考虑到驱动力为电力的特点，应该选择绝缘材料，并结合手部舒适度选择合适的材料和结构设计。和射钉枪听觉体验方面有关的为射钉噪音，若将噪音改为音乐将会提高使用者在工作过程中的享乐体验。产品意义机会线索转换过程如图 9所示。

图 9 电动射钉枪意义机会线索转换过程 Fig.9 The process of electrical nail gun's meaning opportunity cues transformation

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综上，以家庭为目标用户群的电动射钉枪的潜在创新机会表现在减小外形尺寸、内置能源、降低噪音、增加可拆分性，以及解决内置能源和射钉力度冲突、内置能源和外形尺寸冲突等方面；提高射钉枪技术系统的可移动性、可控性，强化加速磁场的作用；外观设计为动物外形并考虑颜色选择，增加手握舒适度和加入音乐设计等。

根据企业规模、资金状况、产品理念等因素选择几个更适合企业发展的创新机会点作为机会方案。

本文提出基于用户需求、技术发展和产品意义的产品设计创新前端的机会识别流程，通过产品分析、技术分析和需求分析以及企业资源信息确定目标用户群体和设计目标，根据整理归类的机会线索利用相应的创新工具和设计思维，实现基于设计驱动、顾客激励和技术驱动的产品价值体现。利用该流程完成射钉枪的创新设计，在满足顾客需求的同时实现产品意义，为产品进化升级提供方案。该方法实现了产品设计创新前端设计者和消费者共同作用实现机会识别的过程，在技术驱动和需求拉动的基础上引入产品意义，为实现全面的创新前端机会识别提供思路。