《Proceedings of the Design Society》：Exploring sustainable practices in smart product development: a field study and analysis in Quebecs entrepreneurial ecosystem
本研究记录了11家初创企业开发智能产品所采用的途径、流程、方法及工具，并重点关注其采用的可持续概念与技术（Sustainable Concepts and Techniques，SCTs）。尽管大多数初创企业已意识到其产品的环境影响并倾向于实施相关实践，但结果表明正式化SCT的使用仍显不足。因此，若干初创企业已认识到定制"生态设计工具箱"（eco-design toolbox）的价值，并致力于降低其后续产品版本的环境影响。
研究背景与问题缘起
智能产品（smart products）作为物联网（Internet of Things，IoT）理念的具体承载，在该范式中被视为具备通信、计算与数据采集能力的节点（Perera et al., 2014）。从工程学视角看，智能产品是机械工程、电子工程、电气工程与软件工程多学科协作的产物（Guérineau et al., 2022, 2025），其兼具物理实体与数字元素的双重属性，这在产品全生命周期中引发了一系列环境挑战。具体而言，智能产品的制造依赖于矿产开采，尤其是稀土元素的开采以用于电子元器件制造；使用阶段的产品功耗及其关联的信息与通信技术（Information and Communication Technology，ICT）基础设施耗能构成另一显著影响（Belkhir & Elmeligi, 2018）；而终末阶段挑战则因计划性淘汰、可维修性缺失、高度集成设计的拆解回收难题以及电子废弃物管理等问题而愈发严峻（Baldini et al., 2023; Suppipat & Hu, 2022）。
产品开发（product development）——从"最初构想到产品生命周期内所有后续步骤的完整文档化"——在降低上述环境影响方面发挥着基础性作用（Bhamra & Hernandez, 2021; Bocken et al., 2016; Vajna et al., 2005）。产品开发的方法论层面，即所采用的概念与技术，直接影响产品的设计选择与特征属性（Guérineau et al., 2025）。本研究中"概念与技术"一词统指结构化产品开发的各种途径、流程、方法及工具。目前存在大量针对可持续产品开发的专门概念与技术，旨在降低产品的环境影响（Rossi et al., 2016; Sch?fer & L?wer, 2020），常被归集为方法集或工具箱，本研究以"可持续概念与技术"（SCTs）统称之，涵盖循环原则、循环设计与生态设计等相关术语。典型SCTs包括生态设计方法、生命周期评估（Life Cycle Assessment，LCA）、面向可持续性的设计（Design for Sustainability）、面向环境的设计（Design for Environment）以及可持续发展指南与核查清单等（Rossi et al., 2016）。然而，产业界对这些工具的运用率仍然偏低（Faludi et al., 2020; Mallalieu et al., 2024; Sch?fer & L?wer, 2020）。
这一低采纳率促使研究人员通过调查、访谈与案例研究进一步探查产业图景。既往实证研究已覆盖健康科技（Moultrie et al., 2015; Rivard et al., 2020）、航空航天（Léonard et al., 2025）与制造业（Vilochani et al., 2024）等单一领域，也涉及跨行业各类组织（Van Der Marel & Bj?rklund, 2022; Villamil & Hallstedt, 2021）以及中小型企业（Bugali & Gulari, 2013; Mura et al., 2020）。部分研究枚举了企业采用的可持续产品开发实践与SCTs（Bugali & Gulari, 2013; Villamil & Hallstedt, 2021; Vilochani et al., 2024），也有研究记录了采纳障碍（Moultrie et al., 2015），进而提出了描述性框架（Mallalieu et al., 2024）及改进产业采纳SCTs的路径图（Faludi et al., 2020）。然而，现有文献对智能产品开发情境下SCTs的关注似乎有限。
鉴于此，本研究聚焦于初创企业的智能产品开发。这一选择既源于智能产品的上述环境影响，也因为初创企业在向更可持续商业模式转型中扮演着重要角色（Klofsten et al., 2024）。原则上，其创新能力与"敏捷性"（agility）有助于促进SCTs在产品开发中的整合或探索（Kanda et al., 2023）。本研究的主要目标是调查魁北克初创企业在智能产品开发中对SCTs的采纳状况，围绕以下两个研究问题展开：RQ1初创企业使用何种途径、流程、方法和工具开发其智能产品？RQ2初创企业在智能产品开发中采用哪些SCTs和可持续实践？研究人员通过对11家智能产品开发初创企业的半结构化访谈（semi-structured interviews）来探索这些问题。
研究设计与方法
本研究采用质性方法，包含数据收集、样本构成（即参与初创企业的选择）以及数据呈现与分析三个主要步骤。数据收集采用半结构化访谈，于2025年3月至6月间实地或远程进行，时长60至120分钟，经参与者同意后录音并转录为详尽的报告摘录。访谈前开发了访谈提纲，经预试后用于正式访谈。问题围绕"谁、什么、如何、为什么"四大主题组织：第一主题勾勒各初创企业概况，包括所在地、使命、员工规模以及受访者的角色和个人环境意识水平；第二主题聚焦所开发的智能产品、参与人员、目标市场以及维修或回收服务的可获得性；第三主题依据Guérineau等人（2018）提出的四级模型记录初创企业实际采用的概念与技术；第四主题识别采纳SCTs的动机与障碍。
该四级模型将产品开发结构化为四个层级：途径（approach）、流程（process）、方法（method）和工具（tool）。途径是指导产品开发的宏观高层次原则哲学；流程将产品开发组织为一系列最终导向产品成型的步骤；方法是执行技术程序以实现结果的工程规则与实践集合；工具则在产品开发的特定节点用于支持方法或流程性任务。Guérineau等人（2022）提出的决策树被用于对初创企业提及的概念与技术进行分类。该模型被选中的原因在于其整合了相关定义与决策树，且已在既往映射研究中得到应用（Guérineau et al., 2022, 2025）。
样本选择方面，参与初创企业需满足以下标准：属于科技领域、正在开发或已开发至少一款智能产品、存续至少两年以确保已过创意阶段并达到一定的产品开发成熟度。受访者须担任与公司战略愿景和/或产品开发直接相关的职位，包括创始人、C级高管——首席执行官（Chief Executive Officer，CEO）、首席产品官（Chief Product Officer，CPO）、首席技术官（Chief Technology Officer，CTO）——研发（Research and Development，R&D）主管以及一定程度上的首席运营官（Chief Operating Officer，COO）。分类结果显示，多数初创企业自认定为医疗科技（MedTech）和深科技（DeepTech）领域，其他提及的领域包括农业科技（AgriTech）、光学科技（OpTech）、前沿科技（FrontierTech）、老年科技（AgeTech）、女性科技（FemTech）以及基于硬件的科技（HardTech）——后者涉及内部开发的硬件与软件，侧重硬件。商业策略涵盖企业对企业（Business-to-Business，B2B）、企业对政府（Business-to-Government，B2G）以及企业对企业对消费者（Business-to-Business-to-Consumer，B2B2C）模式。
数据呈现采用映射（map）表征方式，为每家初创企业制作单独的映射图，共计11张，以可视化组织各类途径、流程、方法、工具及其关联，以及支持智能产品开发的SCTs。映射图例区分了实线边框（受访者明确提及）与虚线边框（未明确提及但据评论解读使用），连线表示明确提及的概念与技术之间的关联。研究人员将映射图交由受访者验证以确保准确性。
研究结果概述
智能产品开发中的概念与技术映射结果显示，每家企业 structuring 其产品开发的途径各异，即使处于同一行业或开发同类智能产品也采用独特的概念与技术组合。初创企业C是唯一在所有四个层级上实现形式化的企业，而初创企业D仅形式化工具有限。流程层级是表现最弱的，半数初创企业未形式化任何流程。某些概念与技术频繁出现，如MedTech领域的精益创业（Lean Startup）途径以及整体上的原型（Prototyping）工具。所有采用精益创业途径的初创企业均结合其关联的最小可行产品（Minimum Viable Product，MVP）方法（Ries, 2011）。
途径层面，精益创业是最常被讨论的途径，四家初创企业使用，其中三家属于MedTech领域。初创企业A的使用从其COO提及开发MVP和聚焦假设验证中解读得出；初创企业F将精益创业与"快速获益"和"低成本"两大指导原则结合；初创企业J认为精益创业能实现快速迭代以有限预算尽快获得收益；初创企业I的使用则从评论中推断。敏捷（Agile）途径位列第二，两家初创企业使用：初创企业E仅将敏捷应用于产品软件开发而非硬件，初创企业K则明确提及"硬件敏捷"。此外，初创企业H的创始人提及精益（Lean）途径——有别于精益创业；初创企业C的创始人坚定致力于低技术（Low-tech）途径，将其视为智能产品开发的核心。
流程层面，门径管理（Stage-gate）是最常被形式化使用的流程，尤以初创企业A和C为甚。初创企业C的使用被视为"半正式"，因其不严格遵循该流程，而是应用其中的初步设计、详细设计和通过/不通过决策等阶段。初创企业J使用的流程受魁北克工程师协会（Ordre des ingénieurs du Québec）启发，围绕创意、初步设计和详细设计阶段构建，被解读为"系统化流程"。V模型（V-model）流程据评论和手势推断为初创企业A和G使用：初创企业A的COO以"V"形手势描述与制造商伙伴使用的"V开发"，并提及工程验证测试（Engineering Validation Test，EVT）、设计验证测试（Design Validation Test，DVT）和生产验证测试（Production Validation Test，PVT）三阶段构成MVP开发前的初步测试与设计阶段。此外，使用Jira组织工作并以周冲刺（sprint）结构化工作的提及，暗示初创企业A和K使用了Scrum流程，尽管未明确命名。初创企业K的开发迭代周期为2天至2周。
方法层面，方法可在设计流程初期用于生成、组织和澄清想法。初创企业C使用头脑风暴（Brainstorming）和书面头脑风暴（Brainwriting），初创企业E和J仅使用头脑风暴。部分初创企业采用更正式的方法识别需求并定义产品特性：初创企业C使用功能分析（Functional analysis）将需求转化为功能；初创企业G应用需求分析（Requirements analysis）方法结构化并形式化利益相关者需求与产品技术规格；初创企业I的CEO提及标杆分析（Benchmarking）。
MVP方法（Dennehy et al., 2019）在本研究中不仅指可交付成果，也指用于设计和交付MVP的方法，通常与精益创业途径关联，被参与初创企业广泛使用。初创企业A、F、I和J用以快速测试和验证产品；初创企业H提及MVP方法但未关联精益创业。其他测试验证方法包括：初创企业B和H依赖经验性"试错"，初创企业J和K使用A/B测试在两原型变体间由用户选择。
面对开发困难时，部分初创企业倚重评估方法。风险分析（Risk analysis）被初创企业E、F和I用以预判电子元器件故障并防范不合规风险：初创企业F为机器人认证进行风险分析，并使用未进一步明确的"问题分析"方法；初创企业C使用5个为什么（5 Whys）方法识别问题根因；初创企业J使用帕累托方法（80/20规则）按访谈内容优先排序问题。
面向X的设计（Design for X，DfX）方法被若干受访者提及或据评论解读使用。初创企业A、E和J采用面向制造的设计（Design for Manufacturing，DfM），旨在使产品适应制造约束并降低成本（Herrmann et al., 2004）。初创企业C、E和H据访谈内容以模块化方式设计产品，被解读为应用了面向模块化的设计（Design for Modularity，DfMod）方法，将产品结构化为可互换模块以便于适配、维修和再利用（Erixon, 1996）：初创企业C尤其使模块可被移除并由他人重新编程，体现低技术途径中的共创精神；初创企业E便于维护的目标被解读为应用了面向可服务性的设计（Design for Serviceability，DfSv）方法，简化检查、维修和更换以降低停机时间和总体维护成本（Gobbo Junior & Borsato, 2021）。初创企业J使用面向装配的设计（Design for Assembly，DfA）和面向制造与装配的设计（Design for Manufacturing and Assembly，DfMA）方法优化其制造与装配流程。
工具层面，多家参与初创企业使用质性工具收集用户反馈或探索用户需求：初创企业A、C、F、G、H、I和J使用访谈，初创企业A、I和J还使用纸质问卷和在线调查以大规模获取数据；初创企业A、F和J采用焦点小组识别集体需求、测试概念并验证设计选择。除初创企业I外，所有参与企业均明确开发原型作为可交付成果，多数为物理原型，但初创企业A、D、G和H也创建虚拟原型，表明虚拟原型（Virtual prototyping）与物理原型均为产品开发的必要工具。
各类矩阵工具用于比较、优先排序或评估方案：初创企业C和J使用风险矩阵（Risk matrix）评估电子元器件相关风险；初创企业C还使用普氏矩阵（Pugh matrix）基于预设标准与参考方案比较不同设计替代方案，初创企业J则使用优先级矩阵（Prioritisation matrix）。部分工具用于图形化表征驱动产品开发的各要素：初创企业D和H使用方块图（Block diagrams）示意性表征产品架构，初创企业H还使用需求图（Requirements diagram）和功能图（Functional diagram）。
源自敏捷途径的工具亦被提及：初创企业A、E和G据称使用冲刺（Sprint）；初创企业E还使用产品待办事项列表（Product backlog）规划和追踪待开发特性。框定工具方面，初创企业G使用指南（Guidelines），初创企业H依靠核查清单（Checklists）确保各项设计需求得到考虑，初创企业C使用鱼骨图（Fishbone diagram，亦称石川图）识别问题潜在原因，初创企业E利用产品路线图（Product roadmap）可视化关键产品开发目标与 initiative 的时间线。
可持续实践方面，映射图显示参与初创企业使用的形式化SCT数量有限，但需加以说明。访谈观察到部分SCTs为已知但未实施：初创企业C、E、F、H和K熟悉LCA但未实施，初创企业C认为LCA是"复杂的实施过程"，初创企业F则认为其"带来诸多挑战"。同时，部分初创企业实施了各类可持续 initiative 。初创企业B是参与企业中最致力于可持续产品开发者，从设计阶段起即纳入环境考量以降低产品全生命周期环境影响，具体包括：使用本地供应商、鼓励远程办公以限制员工通勤、选用有机和认证纺织材料、基于环境标签或认证选择电子元器件、承诺更换为致力于减少碳足迹和优化能耗的云托管服务商，且CEO依据B Corp指南自评企业环境影响以评估其社会与环境标准合规性。该CEO表示"环境问题是我个人生活中秉持的价值观，因此很自然地传递到了我的公司"，彰显此承诺根植于个人价值与商业战略的双重驱动。
此外，初创企业F将80%的产品设计和制造本地化，偏好短供应链，认为其"复杂性更低"且减少运输相关排放。初创企业E更注重可服务性，使客户或供应商可自行更换故障部件以减少技术干预的环境影响，其设计选择经过慎重考虑，如无重金属、可通过更换印刷电路板改造旧单元，且团队偏好本地采购并避免在交易平台购买。多家参与企业包括初创企业C、H和K倾向于采购符合有害物质限制（Restriction of Hazardous Substances，RoHS）指令的元器件。
关于智能产品的终末管理，初创企业F提供包含必要维修的售后服务，且所有对原产品不再需要的功能组件均捐赠给学生项目。大多数已启动的 initiative 聚焦通过元器件采购、材料选择、可服务性或模块化来降低智能产品硬件的环境影响，较少涉及数字足迹：仅初创企业B考虑数据中心环境影响，初创企业K倾向避免依赖人工智能及其关联能耗，未识别出其他限制智能产品数字相关方面环境足迹的具体行动。
讨论与结论
与既往研究发现一致，SCTs的产业采纳似乎仍然有限（Faludi et al., 2020; Sch?fer & L?wer, 2020），初创企业亦不例外。尽管缺乏SCT形式化，若干参与企业仍设计了减轻其智能产品环境影响的策略，但缺乏结构化方式或系统性方法量化影响并做出知情决策，使非正式方式的有效性存疑。少数初创企业以企业新生和低产量为由解释可持续考量——无论是否以SCTs形式化——的低采纳率，并表示拟在未来产品版本中整合可持续考量，这些产品预计将以更大规模制造，若不加以解决可能产生更大环境影响。
关于"为什么"主题，为进一步评论此低采纳率，受访者在被问及为何采纳（或未采纳）SCTs时提及经济动机，以及认为生态设计增加成本且耗时。部分障碍与既往研究识别的障碍相呼应（Léonard et al., 2025; Moultrie et al., 2015）。
就"为什么"而言，培训和信息获取在方法和工具采纳中的作用值得强调（Sch?fer & L?wer, 2020）。例如，初创企业J的创始人解释其不知"生态设计方面该做什么"；初创企业F的CEO表示希望整合生态设计实践但承认缺乏做出知情选择的工具和培训。孵化器提供的培训课程被认为过于笼统和高层次，尽管仍有价值；面向初创企业的环境、社会和治理（Environmental, Social and Governance，ESG）课程 predominantly 战略和营销导向，与产品开发相关性较低。基于此，两个潜在研究方向得以浮现：第一，进一步调查孵化器及更广泛的生态系统在支持初创企业采纳SCTs中的作用，这与Klofsten等人（2024）关于支持循环初创企业的研究相呼应；第二，提出面向初创企业的"生态设计工具箱"。
上述结果需考虑研究方法的局限性，这可归因于选择使用半引导式访谈。声明式模式 inherently 存在某些概念和技术可能被遗漏或其实际应用与文献描述不同的可能。此外，访谈中明确提及的概念和技术取决于受访者是否了解并能够命名。为缓解此点，已纳入解读且经解读的概念和技术在映射图中以虚线边框标示。未来研究可通过使用补充性数据收集技术解决此局限。
综上所述，初创企业可以利用物联网范式，通过 leveraging 数字和连接技术在各个领域把握商业机遇，通过智能产品的设计和制造实现价值。然而，这些产品也带来了特定的环境挑战。在科学贡献方面，本研究通过在《Proceedings of the Design Society》发表，为工程设计与可持续产品开发领域的现有科学知识做出贡献，记录了11家初创企业在智能产品开发中使用的途径、流程、方法和工具（RQ1）。精益创业和敏捷似乎是首选途径，可由原型制作、MVP方法以及聚焦收集用户反馈和识别用户需求的其他方法和工具支持。访谈使我们得以探索初创企业形式化的不同SCTs，以及更广泛地，其为支持智能产品开发而采用的往往非正式的可持续实践（RQ2）。值得注意的例子包括低技术途径以及可被视为SCTs的面向模块化的设计和面向可服务性的设计等方法。提及的大多数其他可持续产品开发实践是非正式的。此外，对于考虑环境因素的初创企业，重点仍主要在硬件相关方面，通过材料选择、元器件采购、模块化以促进产品可维修性或可升级性来降低物理组件的环境影响，而对智能产品数字相关方面的关注较少。因此，这项初步研究是对进一步探索初创企业和智能产品开发背景下SCTs的邀请。
