通过系统性优化价值、成本和环境责任实现可持续智能产品开发

《Journal of Environmental Management》：Sustainable intelligent product development through systemic optimization of value, cost, and environmental responsibility

　　

摘要

将可持续性融入智能产品开发中面临着在功能、成本以及环境/社会责任之间寻求平衡的重大挑战，特别是在概念设计阶段，利益相关者的冲突尤为突出。我们构建了一个包含随机扰动的三方随机演化博弈模型，以分析承包商、客户和用户之间的互动关系，并采用敏感性分析来识别可持续优化的关键参数。尽管存在不确定性，系统仍实现了演化稳定性。分析表明，优化补贴、收入分成和反馈机制能有效引导演化过程，从而提升环境绩效。案例研究表明了该模型增强的适应性和长期可持续竞争力。战略激励机制使得成本效率、创新和可持续性目标的融合成为可能，解决了利益相关者之间的冲突，并推动了智能产品开发中环境意识的价值创造。

引言

智能产品具有独特定位，能够通过在最早的设计阶段嵌入优化、资源效率和基于数据的决策能力，从而驱动可持续性转型，减少整个生命周期中的浪费、能源消耗和排放。在全球数字化背景下，用户对智能行业的期望显著增加 (Winkelhaus and Grosse, 2020)。作为硬件和软件的综合载体，智能产品现已广泛应用于生产和日常生活中。与传统大规模工业产品设计不同，智能产品设计的驱动力已从技术导向转向以用户为中心的方法。作为数字经济的关键驱动力，设计公司在提供智能产品设计服务时，需要评估市场趋势、定义产品定位、识别目标用户并分析其需求。随着新质生产力的持续发展，对智能产品的需求稳步上升。这些产品使用户能够将传统工业设计的有形物理逻辑转化为有形与无形行为逻辑的融合。关于智能产品概念设计阶段的理论研究也在深化，得到了数字经济 (Trushkina et al., 2020)、用户服务 (Liu et al., 2020) 和案例研究 (Sucena and Cury, 2024) 等视角的支持。这些研究越来越多地将概念设计与企业生存和发展的更广泛目标联系起来。Li 等人指出，许多大型智能产品企业存在流程复杂、效率低下和车辆管理混乱等问题，这往往导致车辆故障、材料损失或设施安装不当，最终损害公司利润和声誉。解决这些挑战对于实现该行业的高质量增长至关重要 (见图 5，图 6)。

在数字经济时代，智能产品作为信息的重要载体。传统产品在日益复杂的用户需求面前越来越难以应对，导致效率低下和服务精度不足。智能产品有助于弥合信息差距，提高效率 (Zhan et al., 2022)，并提升生产力。例如，以人工智能为代表的智能产品已在推动商业创新方面提供了协助 (Machucho and Ortiz, 2025)。在此过程中，以企业、机构和工作室为代表的承包商凭借先进的研发能力和创新思维发挥着关键作用，不断提供更加强大、用户友好且响应迅速的方案。作为智能产品的最终用户，用户也是其演进的关键驱动力。在今天的数字时代，用户不仅要求基本功能，还要求更大的便利性、交互性和独特性 (Sit and Lee, 2023)。此外，平衡经济可行性、环境 stewardship 和社会责任的可持续商业实践的紧迫性已成为长期企业成功和社会福祉的核心。智能产品在物流行业及其他领域驱动这种可持续性转型方面具有独特定位。通过在最早的设计阶段嵌入优化、资源效率、预测性维护和基于数据的决策能力，智能产品可以显著减少整个生命周期中的浪费、能源消耗和排放，同时增强运营韧性并创造符合环境、社会和治理 (ESG) 目标的新价值流。因此，实现可持续性不再是附加项，而是智能产品开发中最大化总体价值和成本效益的内在组成部分。

尽管对可持续智能产品的兴趣日益增长，但现有研究通常将可持续性视为附加项，而不是价值 - 成本优化过程的内在部分。此外，传统的确定性模型无法捕捉影响利益相关者决策的现实世界不确定性。本研究通过提出一个明确纳入随机扰动和可持续性紧迫性的随机演化博弈模型来解决这些差距。因此，概念设计始于三个关键利益相关者之间的正式协议：客户（政府、企业、机构）、承包商（产品开发人员、工作室）和用户。本文分析了他们在智能产品概念设计过程中的战略决策，对其在现实场景中的博弈互动进行建模。通过在这个生态系统中建立价值 - 成本平衡机制，本研究实现了系统性商业优化，同时嵌入可持续性紧迫性。本研究的主要研究目标是：(1) 开发一个三方随机演化博弈模型，以捕捉不确定性下客户、承包商和用户之间的互动。(2) 通过敏感性分析识别推动可持续结果的关键参数。(3) 使用真实案例研究验证模型并提供实际意义。本研究做出了三项独特的贡献：(1) 方法论：我们开发了一种新颖的三方随机演化博弈模型，以捕捉可持续产品设计中的不确定性；(2) 实证：我们使用智能支付终端的真实案例研究验证了模型；(3) 概念：我们提出了一个同时优化价值、成本和可持续性的综合框架，解决了环境管理文献中的一个关键差距。

章节片段

研究现状与文献综述

智能产品的概念设计处于数字技术、可持续商业战略和复杂多利益相关者决策的交叉点。为了使我们的研究处于现有文献中，本次综述围绕三个核心主题组织：(i) 智能产品设计不断演变的范式，(ii) 将可持续性和 ESG 考虑因素融入产品开发，以及 (iii) 演化博弈和随机博弈理论的应用

模型构建

客户、承包商和用户之间的战略关系图揭示了他们互动的复杂性。三方博弈模型的结构如图 1 所示。

基于前述讨论以及概念设计阶段涉及多参与者的随机演化博弈模型，提出以下基本假设。

假设 1

假设客户、承包商和用户在不完整条件下以有限理性参与博弈

智能产品概念设计阶段的随机演化模型数值模拟与验证

为了使上述方程的演化过程更加直观和生动，本节应用米尔斯坦法对本研究中构建的涉及客户、承包商和用户的三方随机微分博弈模型进行数值模拟。参数值被分配并输入 MATLAB R2019b 进行计算。参考现有研究成果 [24]，采用以下参数设置进行数值模拟。假设

智能产品设计案例分析

一家互联网企业开发的支付终端是具备便利性、安全性和实时功能的支付设备的代表性示例。用户无需打开任何应用程序即可完成支付，这不仅提高了交易效率 [25]，还解决了支付期间长时间等待的问题。用户不再需要退出其他平台并启动特定应用程序进行支付，这使得该设备适用于使用

讨论

本研究的结果为可持续智能产品开发的管理实践和决策提供了明确的启示。模型表明，优化客户对承包商设计的补贴、基于创新成果的收入分成以及用户反馈驱动的迭代设计等激励机制，可以有效引导系统走向可持续结果。对于管理者来说，这意味着可持续性不应被视为额外的成本，而是

结论

本研究提出的创新成本可持续性协调设计框架旨在系统优化价值创造，同时明确整合可持续性紧迫性，在创新潜力和成本效率的双重约束下进行。在此框架内，设计团队获得了对成本和环境/社会影响的优化理解，而成本管理团队获得了响应设计动机和可持续性的能力

CRediT 作者贡献声明

苏子顺: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，项目管理，数据整理，概念化。江新言: 写作 – 审阅与编辑，可视化，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析。邹巧玲: 写作 – 审阅与编辑，方法论，形式分析，数据整理，概念化。

伦理批准与参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这可能被认为影响了本文报告的工作。

苏子顺 | 江新言 | 邹巧玲

江南大学数字技术与创新设计学院，中国无锡 214401