作者介绍
徐志磊 院士
机械设计专家，1952 年毕业于上海大同大学机械系。历任机械工业部上海机床厂工程师、主任设计师、设计组副组长，二机部九院设计部核装置设计室副组长、组长，九院八所核装置设计室主任、总体设计部副总工程师，中国工程物理研究院总工程师，2001 年当选为中国工程院院士。现任中国工程物理研究院专家委员会委员、研究员，上海交通大学设计学院访问讲席教授。
创新是国家发展的战略主题之一， 设计是创新过程的首要环节。 设计竞争力是国家竞争力的组成部分，设计作为一门独立的学科在2011年被国家学科委员会认定为一级学科。
创新设计应是设计学科在新时代的表达。
创新设计从二方面汇聚了 设计的概念。一，创新设计覆盖了大设计下面的众多分专业：机械设计、工业设计、艺术设计、建筑设计、产品设计等。二，设计学与其他学科的相互作用关系，呈现了跨学科知识的融合。创新设计包涵了科学、工程、艺术、人文、社会、经济等方面的交融。
设计学面临的挑战：仅靠实践为基础的研究是不够的，需要提出认识论的问题。设计学硕博士生要进入高级水平，必须研究认识论问题，这就需要科学哲学课程和知识哲学课程。
设计的分裂：1，人工物设计关注工具、生活如何表达。2，工程设计如何将设计思维装进结构中。3，数学计算科学家如何用人工智能技术预测我们内心深处的渴望，制作成数学模型。
设计的 “ 复杂问题解决 ”的难处在于通常我们认为设计犹如上下文相关性（as context-dependent）限制在“用户为中心”形成的原理，然而，实践为基的设计，必需包括表达广阔阶层人民的体验，不仅是个别用户的需求的局限性。
现代设计需要大图景（big-picture）的透视，从认识论视野，将设计移向理论与人工物设计实践的合成（Synthesis）。反思实践为基的设计，超越仅依靠设计技能为基础，我们要创造一个（设计）学科，比人文学科和科学学科之外多“一点”。它聚焦于研究思维训练，代替 找寻用户需求，从更多的渐进式案例研究，即以个性构成需求（以用户为中心）观点转向设计方法学和设计认识论方向转变，创造更有新意的理论和方法，使设计师们想要和可接受这些方法。
运用克氏创造性循环，解决创新设计认识论：（MIT媒体实验室），能更清晰地理解创新设计的认识论。
克雷布斯循环： 源于对生命体能量转化产生新活力的描述，生命体的细胞代谢是由化学反应的代谢之路，从外界获取能量形成活力。没有它，能量的转化，所有呼吸生命体都不可能活着。这种能量转化是通过营养物质的氧化，生成化学能，以三磷酸腺苷（ATP）的形式在整个细胞中流通，因此，ATP可以被认为是能量转化的货币分子单位。克氏循环（KCC）类似于代谢时钟，随着时间的推移，首先产生ATP，然后以ATP的形式再生货币，产生交易（transaction），良好的新陈代谢让你保持富裕。同样的道理，在智力领悟中，运用能量转化观点和视角，也会让智力不断地丰富。
创造力的克氏循环（KCC）是一幅描述创造性能量（创意ATP）循环的永久性地图，借用了克雷布斯循环。
人类创造力的四种模式——科学、工程、设计和艺术，取代了原来克氏循环的碳化合物，每种模式/化合物通过转化为另一种模式，产生出新的货币交易形式即智力交易。
图1. 克氏创造性循环——领域
图1的四个区域：科学、工程、设计和艺术，每块都有影响世界的独特观点，每块都有一个指定的任务：科学——探索，工程——发明，设计——沟通，艺术——表达，用来传达创意和创新的四个独立的实例，有各自的内容和表现。
科学的作用是解释和预测我们周围的世界，它将信息转化为知识。
工程的作用是将科学知识应用于实践问题解决方案的开发，它将知识转化为使用。
设计的作用是解决实施拥有最强功能和增强人类体验的方案，它将使用转化为行为。
艺术的作用是质疑人类的行为并提醒对我们周围世界的感知，它将行为转化为新的信息观念，重新呈现在KCC中科学开始时的信息。
新的感知启发了新的科学探索。
例如将直觉感知加上想像力启发了顿悟。
四个领域中当从一个过渡到另一个时，会以智力能量（或创意能量）的形式产生和花费交易货币。科学生产工程师所使用的知识；工程生产设计师使用的实用程序；设计师产生被艺术家感受到的行为变化；艺术产生对世界的新观念，从而获得了关于世界的新信息，并激发了新的科学探索。
好的设计是一个很好的探索：它对世界上物质和非物质的信仰系统提出了质疑。然后，它将猜想的一些实施方案在世界上撒播，有助于建立我们所知以外的新「文化」。如果足够好，好的设计可以建立新的基础科学，而不必经过艺术。
例如爱因斯坦建立相对论理论；乔布斯设计的智能手机；马斯克的电动汽车。
KCC作为显微镜
我们可以将四个领域视为虚拟显微镜的四个物镜，通过它可以观察并影响世界。我们选择的镜头最终决定了我们如何看待我们的环境并与其互动的方式。物质科学家通常会通过属性的镜头来探索物质的物理组成；生物学家却通过功能的镜头看世界。两者都生活在同样的现实中，但体验完全不同，因为他们只用自己的方式行事。如果他们可以同时看到这两个观点，他们会将属性和行为联系在一起。
KCC作为罗盘和指南针
KCC可以作为罗盘，标注东西南北方。自北往南的轴线从天空延伸到地面：从「知觉」半球由科学和艺术产生的「信息」，到「生产」半球由设计与工程产生的「使用」。越往北，系统越理论（或哲学）；越往南，系统越适用（或经济）。向北方将人类探险的顶峰视为探索未来，向南方则是探索中产生的相关的产品和成果——新的创意解决方案和实施。
东西向轴从自然到文化：从「自然」半球由科学和工程产生的「知识」，到「文化」半球由艺术和设计产生的「行为」。沿着这个轴线，人们从物理世界中现象的描述和预测出发，创造出全新的使用和体验世界的方式。
KCC图形中的缺陷和不足
1，从艺术到科学连接杠杆不足，从潜能转化为动能前景可期。
2，深化研究自然与文化的关系，两者不应是分离的领域， 自然是任何支持生命的东西，生活没有文化便无法维持。
3，信息是隐性的元素，四个领域的相关性都是依赖信息作为连线。信息在大脑内部将感觉转化成为构建艺术，在外部将知识构建工程。
信息的联接是全域的，仅仅用A和非A的表达不很确切。
4，Utility的表达过于泛化，有用之物？有形和无形？
5， 缺失“技术”领域在循环中的相关性表达。
图2. 诸单元的KCC循环图
图2将文化与自然的分野作了进一步表达。
物质领域： 分为生物学和物理学（非生命科学）。
非物质领域： 分为元物理和数字比特。
生物学由基因表达，物理学由原子表达。
非物质领域， 元物理体现在人的感知方面 （心理学）。用现代计算机、数字表达比特。
A和NA：A与认识（知道）有关，NA为无关。元物理译为形而上学，涉及人的意识。
元物理涉及现代技术：元宇宙、虚拟现实、人工智能、心理学、感知。这些都是非物质的理解、操作和表达。
图3. KCC循环图的实际应用
外围第一层：科学、工程、艺术、设计。
第二层：生物学、物理学、元物理、数字；其相互的界面为基因/感知者，基因/原子，原子/比特，感知者/比特。
第三层：（新陈代谢）之路，（化学）元素，（原子）界面，（心灵）节点。
第四层：合成神经生物学，生物机电，数字制作，情感的计算。
第五层：AI人工智能，IA智能的人工物。
第六层：意识，有机体，环境，潜意识。
核心层：认识（认识论的核心）。
启发和评论
建立创新设计（大设计）的认识论并非易事，因为这需要涉及认识广大的诸多学科的内容和它们之间的相互关系。MIT媒体实验室采用了克氏创造性循环，以图形的方法探究表达设计认识论，给我们提供了很好的启示。
1，生命体的“新陈代谢之路”是随时转换养料的能量满足生命体活力的唯一方法，人类赖以生存的基础。将这个机制转移到人的思维，知识认知的信息转换表述，是一个绝妙的理念，根本上也是一个能量转换的过程。
2， 自然VS文化的分野即是 物质VS 非物质， 生命体VS 非生命体， 客观自然宇宙VS 人类群体文化、 生活习俗的分野和对照。但是，二者的相互关系仍然是人类认识世界的永恒议题。
3，由此延伸的概念：科学、艺术、工程和设计就成为四大领域及其相关性、信息、哲学、经济、生产、人的感知等参与其间，即图一的循环图。
4，技术板块没有出现在循环图中，这是因为技术领域不能在循环的二维图形表达出来，技术和科学、艺术、设计诸方面不是平行独立发展的。先进的技术对人类社会有巨大影响，可能产生新的文化。
5， 一个世纪以前，生命体与人工物有清楚的分离界限。自从出现了现代计算科学，今天，合成（分子）生物学与人工智能、机器学习、数字孪生、增强现实乃至元宇宙等的技术出现，有机会去设计、模拟自然和人的智能，这将会使自然与人工物的界线变得模糊了。
6，“设计”必须考虑：生物学、元物理、物理学和数字（技术），出现了图2的循环。
元物理（Metaphysical）或译为“形而上学”或抽象物理，与感知和文化有关，又与心理学相关。上世纪五十年代以来，科学技术和心理学有了重大进步，在图2上呈现的感知者，是人的主观感知即人的意识。
7，图3是最详细的KCC实际应用。纵轴分布和横轴分布的恒定方向，体现了：物质VS非物质，生命体VS非生命体，电子学VS心理学（心灵）节点；核心层直指认识论的核心。
8，综合上述分析，我们可以看到“ 设计”所处的位置以及与诸学科的相关性。
设计学即是独立于科学学科与人文学学科之外，又处于错综复杂的相互关联之中。
设计学科与其他学科的关联性，我们称之谓transaction交易，它是知识、智慧、思维的交易，意味着主体与客体的交互和交融，精神VS身体（体验），心智VS物质，自我VS非自我。思维的交易包括思维的延伸和混合，例如设计与美学，将美学思维从分离的思想联接到设计，合成为新的全部。思维的交易带有诗性的感悟，所谓“诗与远方”，想像力和顿悟涌现新的创新思维。
9，设计学是跨学科（Transdisciplinary）而不是多学科的集成，比简单的加和（Sigma）多一点，涌现出创新。
10，科学与艺术都应用了抽象思维，科学用数学的语言抽象表达形式世界的运动，可观察、可重复、可传播。艺术的抽象是人类自身思维的表达，只可用语言（文字和图形）表达，存在隐蔽性、不确定性、模糊性。
人工智能的最高目标是要理解、表达人的心智，这是远期的企望，现在还没有达到，上文说的机器模拟有自主智能的生命体——人类，只是一种奢望。
设计需要运用科学的抽象思维，数学的模拟自然方法，如人工智能、数字孪生等。更需要抽象的思维能力，应对社会需求。
KCC创新（创造）循环让我们读懂了设计认识论的罗盘、如何找到自己感兴趣的专业方向，进一步深入挖掘，开拓新的理论和实践应用，建立起创新设计认识论。
参考文献：
(1)Oxman, N. (2016). Age of Entanglement. Journal of Design and Science. https://doi.org/10.21428/7e0583ad.
(2)《Designing Pacticipation》Joi lto, Natalie Saltiel, And Andre Uhl.
(3)《生命问题的科学解释》徐志磊.
——徐志磊 2022.09.17 于上海
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终审 | 苏菁
编辑 | 王新荣
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