淺談工業(yè)設(shè)計在工業(yè)零配件中的應(yīng)用

廣東萬喜至工業(yè)設(shè)計有限公司 萬伏初 萬典華 王耿

新一輪的工業(yè)革命在全球范圍內(nèi)得以興起，隨著工業(yè)4.0 時代的到來，世界各國陸續(xù)部署了工業(yè)化戰(zhàn)略，從頂層設(shè)計著手力求在國際化競爭中占據(jù)先機。在新時代，制造業(yè)迫切需要技術(shù)突破，從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向智能化模式，只有從微觀層面不斷創(chuàng)新，不斷突破原有的模式和設(shè)計方式，才可以尋求全新的發(fā)展。以工業(yè)零配件為例，傳統(tǒng)設(shè)計往往依據(jù)已有部件進行改造，或者基于物理學(xué)和實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)計，整體設(shè)計比較單一，一種零配件只能適用于特定的用途，這不僅容易造成極大的浪費，而且不利于高難度、智能化的工業(yè)零配件作業(yè)[1]。工業(yè)設(shè)計理念一直到21 世紀，才開始陸續(xù)在設(shè)計學(xué)、建筑學(xué)、心理學(xué)和工學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并逐步發(fā)展成為制造業(yè)間競爭的核心動力之一。然而，目前很多工業(yè)設(shè)計公司的設(shè)計僅僅局限于產(chǎn)品形狀、顏色和框架，沒有做到多方面的融合和創(chuàng)新，工業(yè)設(shè)計與工業(yè)零配件的交叉滲入已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。工業(yè)設(shè)計在全球工業(yè)化進程中扮演著越來越重要的角色，尤其在引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新、提升產(chǎn)品檔次、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型等方面，成為制造業(yè)價值鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。

1 工業(yè)設(shè)計概述

1.1 工業(yè)設(shè)計的含義

很多人錯誤地把工業(yè)設(shè)計的含義等同于包裝設(shè)計或機械設(shè)計，而忽略了其系統(tǒng)化和創(chuàng)造性的特征。工業(yè)設(shè)計是由英文“Industrial Design”直譯而來，起源于1919 年德國的包豪斯學(xué)校，距今已經(jīng)100 多年，包豪斯的成立標(biāo)志著現(xiàn)代設(shè)計的誕生，其也是全球第一所為現(xiàn)代設(shè)計教育設(shè)立的學(xué)院。工業(yè)設(shè)計的定義于1980 年由國際工業(yè)設(shè)計協(xié)會首次提出，2017 年世界設(shè)計組織重新定義了工業(yè)設(shè)計，認為：“工業(yè)設(shè)計是驅(qū)動創(chuàng)新、成就商業(yè)成功的戰(zhàn)略性解決問題的過程，通過創(chuàng)新性的產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)和體驗創(chuàng)造更美好的生活品質(zhì)”[3]。從設(shè)計學(xué)角度看，工業(yè)設(shè)計過程中的功能、造型、人機整體設(shè)計等都是為了提高產(chǎn)品的附加值、增強市場的競爭力。因此，工業(yè)設(shè)計是現(xiàn)代化大生產(chǎn)的產(chǎn)物，在滿足各方面需求的基礎(chǔ)上要富有創(chuàng)造力，除了注重產(chǎn)品本身的外觀、造型之外，更要考慮產(chǎn)品的可操作性、可用性、安全性、個性化、多元化，以及用戶的審美感和體驗感。

1.2 工業(yè)設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀

由于歷史的原因，我國在系統(tǒng)引進工業(yè)設(shè)計的前20 年里發(fā)展較為緩慢，但隨著改革開放的落實，國家相繼出臺了一系列的政策，并將“工業(yè)設(shè)計”四次寫入五年發(fā)展規(guī)劃中，經(jīng)過多年努力，產(chǎn)業(yè)實力不斷增強，逐步形成良好的發(fā)展氛圍。截至2022年2 月28 日，全國工業(yè)設(shè)計相關(guān)的企業(yè)達到11211 家，同比2021 年末增加了5000 家。其中，江蘇、廣東、浙江三省均超過1000 家[4]。由此可見，工業(yè)設(shè)計在各行各業(yè)的重要性越來越高。

在信息化和全球化的時代，工業(yè)設(shè)計更是滲透到人們生活的方方面面，融合了美學(xué)、人體工學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科，并結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，探索“科技+工業(yè)設(shè)計”的應(yīng)用可能性，賦予產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)全新的品質(zhì)，向用戶傳遞著企業(yè)的價值理念，成為有效連接用戶和商業(yè)的載體。未來，工業(yè)設(shè)計不再是僅僅局限于外觀設(shè)計，而是涵蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、視覺設(shè)計、交互設(shè)計等方方面面，逐步向平臺化、智能化和全產(chǎn)業(yè)鏈化的方向發(fā)展。

2 工業(yè)設(shè)計在工業(yè)零配件中的應(yīng)用思路

2.1 堅持以用戶為中心的設(shè)計思維

在消費升級的驅(qū)使下，賣方市場逐步被買方市場所替代，“高頻低價”也逐步轉(zhuǎn)為“低頻高價”，原先一套標(biāo)準(zhǔn)的、固定的工業(yè)零配件模具可以使用很多年，并滿足各種類型用戶的需求，而在供需雙方地位變化的背景下，產(chǎn)品層出不窮，差異化、多元化的需求亟需被滿足，供給側(cè)方面要做出調(diào)整，以滿足不同階層、不同審美、不同場景的用戶需求。為此，在工業(yè)零配件設(shè)計的過程中，要堅持以用戶為中心，積極應(yīng)用智能化設(shè)計、3D 打印技術(shù)、CAD 繪圖等方式，定制化設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)。

2.2 運用創(chuàng)造性的設(shè)計思維

在進行設(shè)計中，很多設(shè)計師為了利益而采取復(fù)雜化的設(shè)計方案，卻沒有充分考慮設(shè)計中的細節(jié)，甚至出現(xiàn)超越規(guī)則的行為。很多產(chǎn)品的設(shè)計僅僅依賴于用戶上傳的數(shù)據(jù)，研究不透徹，缺乏創(chuàng)造性，這就要求在堅持設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，積極運用創(chuàng)造性的設(shè)計思維。工業(yè)設(shè)計師的創(chuàng)造力包括很多方面，如能力、心理、性格、思維等，只有擁有不斷追求創(chuàng)新動力的設(shè)計師，才能夠從不同角度，多層次地去尋求創(chuàng)新的設(shè)計方案。工業(yè)零配件的設(shè)計過程本身也是創(chuàng)新的過程，設(shè)計師需要打破常規(guī)的思維慣例，將工業(yè)設(shè)計的理念和方法融入設(shè)計中，追求新的方案、結(jié)構(gòu)和工藝，在突破中尋求創(chuàng)新。

2.3 樹立平臺化的發(fā)展思維

國家工業(yè)設(shè)計研究院的《建設(shè)指南》提出，要采取“公司+平臺”的發(fā)展模式，龍頭企業(yè)牽頭，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)動，加強基礎(chǔ)研究，推動成果轉(zhuǎn)化，構(gòu)建智能化平臺，打造全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計體系，利用自身資源完善工業(yè)零配件的功能與應(yīng)用，進行市場化推廣，將其應(yīng)用到更多的設(shè)計方案中，適應(yīng)整個市場的需求。平臺化的設(shè)計改變了原有以“產(chǎn)品為中心”的思維方式，建立了以“人、環(huán)境、產(chǎn)品”為中心的創(chuàng)新設(shè)計方式，重塑產(chǎn)品內(nèi)容，引領(lǐng)工業(yè)零配件的設(shè)計創(chuàng)新，提高用戶滿意度，以此作為平臺創(chuàng)新體系建設(shè)的重要力量。

3 工業(yè)設(shè)計在工業(yè)零配件中的應(yīng)用原則

工業(yè)零配件的設(shè)計需要引入工業(yè)設(shè)計的應(yīng)用思路，樹立以用戶為中心的思維，不斷追求創(chuàng)新，樹立平臺化的發(fā)展方向，在產(chǎn)品差異化、創(chuàng)新化和產(chǎn)品落地化、市場化之間尋求一個平衡點。為此，需要將傳統(tǒng)的工業(yè)零配件設(shè)計推倒重來，應(yīng)用工業(yè)設(shè)計的綜合性、整體化、功能至上和先進性原則，全面優(yōu)化工業(yè)零配件設(shè)計的內(nèi)容、工藝和方法。

3.1 綜合性原則

工業(yè)零配件的設(shè)計不能僅僅看作是完成一件產(chǎn)品，而是要站在特定的高度，應(yīng)用綜合性原則考慮多種因素：第一，要依據(jù)國家發(fā)布的法律法規(guī)要求，在設(shè)計完整的同時，確保設(shè)計的安全性和實用性，為工業(yè)零配件的使用提供保障；第二，要符合新時代的技術(shù)要求和環(huán)保要求，盡量使用環(huán)保材料，結(jié)合智能化技術(shù)，將3D 打印技術(shù)、CAD 技術(shù)引入新的設(shè)計中，提高效率，降低能耗；第三，采用模塊化設(shè)計，不再局限于單機制造，在自動化生產(chǎn)線和視覺系統(tǒng)方面提供突破，通過開發(fā)工業(yè)零配件的可適配性，降低整體成本，縮短開發(fā)周期，并提供個性化的體驗。

3.2 整體化原則

工業(yè)零配件設(shè)計屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要內(nèi)容，其整體方案中的構(gòu)件只能通過零配件設(shè)計才能夠獲取工作圖和裝配圖，為此工業(yè)設(shè)計要基于整體化原則對內(nèi)容進行優(yōu)化。工業(yè)零配件本身容易存在過度磨損、變形、斷裂、單一等問題，因此應(yīng)運用工業(yè)設(shè)計的思維和方法，重塑傳統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容，明確零配件的性能、參數(shù)、結(jié)構(gòu)、精度、功能性和智能化。同時要更好地匹配產(chǎn)品整機的設(shè)計，在能力上強化剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和使用壽命，在工藝上強調(diào)便捷性和美觀性，在經(jīng)濟上突出性價比和生產(chǎn)成本，并綜合考慮環(huán)保、安全、噪音等因素。

3.3 功能性原則

功能和工藝是工業(yè)零配件設(shè)計要重點考慮的內(nèi)容，產(chǎn)品的價值也在于此。在設(shè)計中要遵循功能性原則，從選材和制造工藝兩方面著手，考慮各類屬性對配件的影響，基于用戶為核心的設(shè)計思維，明確零配件的參數(shù)和性能，設(shè)計出高質(zhì)量的、符合用戶需求的零配件。在產(chǎn)品設(shè)計中，零配件的質(zhì)檢也是非常重要的，不同類型的工業(yè)產(chǎn)品，零配件的配合穩(wěn)定性和互換性是有差異的，要從實際出發(fā)，從客戶需求出發(fā)，積極運用智能化技術(shù)，突出設(shè)計的內(nèi)核，全面衡量功能和工藝的經(jīng)濟性。每一個工業(yè)零配件都凝結(jié)著設(shè)計師的心血，可以通過優(yōu)化制造工藝流程，提升用戶滿意度。

3.4 先進性原則

工業(yè)零配件的工業(yè)設(shè)計要與時俱進，在應(yīng)用過程中體現(xiàn)技術(shù)先進性原則，運用工業(yè)設(shè)計、機械學(xué)的方法，優(yōu)化工業(yè)設(shè)計的流程，運用結(jié)構(gòu)強度學(xué)、機械動力學(xué)、計算機輔助技術(shù)、設(shè)計美學(xué)等各種理論和方法，持續(xù)優(yōu)化工業(yè)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題。同時，引入CAD 技術(shù)和3D 打印技術(shù)，對工業(yè)零配件的設(shè)計產(chǎn)生巨大的變化，朝著更深、更廣的方向發(fā)展，如CAD 系統(tǒng)集成化、動態(tài)三維改造、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、優(yōu)化技術(shù)方法等[5]。

4 工業(yè)設(shè)計在工業(yè)零配件中的應(yīng)用趨勢

我國工業(yè)發(fā)展一共經(jīng)歷了OEM、ODM 和OBM 三個發(fā)展階段，不同階段對工業(yè)設(shè)計的要求各有不同，工業(yè)設(shè)計需要結(jié)合外部環(huán)境和用戶需求，強化行業(yè)間的交流合作，發(fā)展區(qū)域工業(yè)設(shè)計中心，推動產(chǎn)學(xué)研合作，不斷朝著平臺化、智能化和全產(chǎn)業(yè)鏈化的方向拓展。

4.1 平臺化

受限于技術(shù)水平和上游材料、零配件的供應(yīng)，當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)在面對設(shè)計師高端創(chuàng)意方案時，很難達到有效的落地效果。要聯(lián)合克服這兩個制約條件是一個極其龐大的工程，并非某一家或幾家公司就能夠提供解決方案，這需要建立開放的平臺，在平臺上將各種加工制造水平和各類材料、零配件的應(yīng)用場景上傳至平臺，給設(shè)計師提供足夠的設(shè)計素材。設(shè)計師也可以將各種高難度的設(shè)計方案上傳至平臺，由平臺整合類資源統(tǒng)籌解決。平臺化的發(fā)展趨勢有助于促進工業(yè)設(shè)計與制造業(yè)的融合互動，強化工業(yè)設(shè)計應(yīng)用，不斷提高產(chǎn)品的創(chuàng)新能力，促進產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

通過平臺展示各類工業(yè)零配件的功能狀態(tài)和應(yīng)用場景，設(shè)計師基于設(shè)計需求定向搜索選型，并將零配件的設(shè)計功能和需求集成尋求綜合解決方案，如果未能得到解決，可以在平臺上發(fā)布需求，借由平臺的資源進行統(tǒng)籌完成。在工業(yè)零配件的設(shè)計過程中往往會依賴于技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計創(chuàng)新，通過自身的產(chǎn)業(yè)化、平臺化發(fā)展推動零配件智能化選型與設(shè)計之間的發(fā)展。如米思米，深耕于工業(yè)品一站式采購平臺，涵蓋了FA 工廠自動化、工具/MRO工廠消耗品、沖壓/塑料模具、電子電氣等各種高質(zhì)量的零件，平臺始終以高品質(zhì)、低成本、短交期為理念，致力于成為制造業(yè)的堅實后盾，這將是未來工業(yè)設(shè)計公司的應(yīng)用趨勢（如圖1）。

圖1 工業(yè)零配件工業(yè)設(shè)計平臺化構(gòu)思

4.2 智能化

工業(yè)4.0 模式下，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法、商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)組織和應(yīng)用工具都發(fā)生了重大的變化[6]，需要積極應(yīng)用以人工智能為代表的新科技來顛覆工業(yè)設(shè)計行業(yè)的發(fā)展模式。人工智能的應(yīng)用案例展現(xiàn)了不亞于設(shè)計師的創(chuàng)造力，在建模、參數(shù)化設(shè)計等方面，大大提升了工作效率，設(shè)計師需要重新定位自己，學(xué)習(xí)和借助人工智能等新技術(shù)，實現(xiàn)人工智能與工業(yè)零配件設(shè)計行業(yè)的和諧共處。工業(yè)零配件的后續(xù)設(shè)計可能不再局限于單一的形式和模式，而是工業(yè)產(chǎn)品、視覺、需求、功能和視覺共同參與，很多基礎(chǔ)研究的支撐能夠在特定系統(tǒng)中發(fā)揮出超常的作用，推動工業(yè)設(shè)計的智能化發(fā)展。工業(yè)零配件設(shè)計在智能化發(fā)展的道路上，可以開展產(chǎn)教融合，與高校建立戰(zhàn)略性合作伙伴關(guān)系，借助工業(yè)設(shè)計行業(yè)協(xié)會的平臺資源，組織和開展技術(shù)培訓(xùn)和公共服務(wù)平臺的方式，接觸到最前沿的理論和方法，運用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新需求和變化來推動基礎(chǔ)領(lǐng)域的突破，以實現(xiàn)不同場景的融合，將產(chǎn)品場景、產(chǎn)業(yè)場景和社會場景結(jié)合在一起。

在工業(yè)設(shè)計中，不同的設(shè)計師會采取不同的設(shè)計工具，設(shè)計師可以按照自身需求，減少工具的選擇時間，設(shè)計出更多優(yōu)秀的作品。其中，3D 打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的設(shè)計方式有著更高的精確度和強度，整體成本耗費更低，在小批量工業(yè)零配件設(shè)計中可以完全忽略模具、時間、空間的影響，隨時調(diào)整生產(chǎn)計劃和要求。另外，高校開展智能化輔助設(shè)計研究，支持企業(yè)和高校發(fā)展CAD技術(shù)，開展工業(yè)零配件庫，對線上CMF 材料庫智能檢索，還可以建立工業(yè)設(shè)計云服務(wù)，涵蓋工業(yè)零配件創(chuàng)意、設(shè)計、研發(fā)和制造等全流程，面向平臺內(nèi)相關(guān)企業(yè)提供資源共享和數(shù)據(jù)服務(wù)。

4.3 全產(chǎn)業(yè)鏈化

工業(yè)設(shè)計在民眾的認知度仍然較低，而在企業(yè)卻處于“說起來重要、做起來次要、忙起來不要”的尷尬境地，于是導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)普遍缺乏核心競爭力，其本質(zhì)原因在于缺少產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，停留在紙上談兵的階段，缺乏整體設(shè)計方案的主動權(quán)。這就要求工業(yè)設(shè)計中心要以整合產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)、工藝和信息化相結(jié)合，為工業(yè)制造業(yè)提供高端設(shè)計服務(wù)，以產(chǎn)品全周期和設(shè)計全過程開展工業(yè)零配件工業(yè)設(shè)計，并通過產(chǎn)業(yè)實踐，運用更多的規(guī)模和資源構(gòu)建高效協(xié)同的體系，以推動工業(yè)零配件工業(yè)設(shè)計的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在新時代背景下，借助制造業(yè)管理體系，將工業(yè)設(shè)計、智能制造和技術(shù)研究結(jié)合在一起，推動服務(wù)化進程。

全產(chǎn)業(yè)鏈化設(shè)計模式是以產(chǎn)業(yè)共贏為發(fā)展目標(biāo)，在開放式的創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)行業(yè)共享，推動構(gòu)建高效協(xié)同的生態(tài)體系，讓更多從業(yè)者、企業(yè)、高校、研究者共同進入，推動工業(yè)零配件工業(yè)設(shè)計的產(chǎn)業(yè)化進程。未來工業(yè)設(shè)計融合是必然趨勢：一是，從垂直領(lǐng)域深挖工業(yè)零配件設(shè)計的價值和創(chuàng)新，形成以工業(yè)產(chǎn)品為核心的深耕發(fā)展；二是，從縱向領(lǐng)域形成以平臺式的產(chǎn)業(yè)鏈延伸，從上游原材料到中游結(jié)構(gòu)設(shè)計到終端用戶需求，逐步向全國范圍過渡；三是，以全產(chǎn)業(yè)鏈和全球化布局為特征，形成社會級的平臺化發(fā)展階段。

5 結(jié)語

在新一輪的工業(yè)革命浪潮下，制造業(yè)企業(yè)為了實現(xiàn)全球化和多元化的業(yè)務(wù)目標(biāo)，迫切從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向智能化時代，工業(yè)零配件的設(shè)計思路也不再局限于單一產(chǎn)品，逐步引入以用戶為中心的工業(yè)設(shè)計思維，關(guān)注零配件設(shè)計的細節(jié)，以及整個應(yīng)用場景和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的變化。而在新的制造業(yè)體系下，復(fù)雜工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計思路越來越偏向于平臺化設(shè)計，需要堅持以用戶為中心的整體思維，運用創(chuàng)造性的設(shè)計思維，樹立平臺化的發(fā)展思維，全面優(yōu)化工業(yè)零配件設(shè)計的內(nèi)容、工藝和方法，結(jié)合最新的理論和方法，設(shè)計出具有生命力、創(chuàng)造力的產(chǎn)品，朝著平臺化、智能化和全產(chǎn)業(yè)鏈化的方向拓展。未來十年，工業(yè)零配件設(shè)計要始終抱著開放共享、協(xié)同高效的精神，帶動工業(yè)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新發(fā)展，并朝著人工智能、智能制造、開放式平臺的重點方向開展設(shè)計工作，使業(yè)務(wù)流程更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，打造國內(nèi)一流的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新平臺。