工業4.0背景下工業設計在汽車智能化中的應用探析

肖武坤

摘要：隨著經濟社會的發展，我國已經進入了工業4.0時代，在此背景下，跨企業、跨部門的發展將會形成一種趨勢。這就促使了汽車工業領域進入了智能化發展階段，而在智能化發展階段，工業設計在其中的應用起到了重要的推動作用。本文探析了工業4.0背景下的工業設計以及汽車智能化特點，并在此基礎上探討了工業4.0背景下工業設計在汽車智能化中的具體應用，以期促進工業4.0背景下工業設計在汽車智能化發展中的進一步應用，推動智能汽車產業的快速發展。

關鍵詞：工業4.0；工業設計；智能化；汽車

1引言

縱觀汽車的發展史，從上世紀開始至今，汽車工業已經走過了100多年。隨著科技進步和生活水平的提高，人們對汽車的要求越來越高，這促使汽車工業朝著更深層次的方向發展與改革。上世紀80年代初，美國人最先提出了智能汽車的概念，并引起了汽車領域專家們的高度重視。此后，《汽車新聞》等雜志對汽車的發展做出預測：汽車的革命將會從“智能汽車”開始。

智能汽車從收集信息、數據分析和交換、GPS定位系統、安全性以及車輛精確控制等方面著手，使汽車真正地成為一個裝有輪子的計算機。正是基于以上優勢，智能汽車逐漸成為汽車領域的研究熱點，這預示著智能汽車將是汽車領域的重要發展方向。

2013年漢諾威工業博覽會上，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部首次提出“工業4.0概念”，它描繪了制造業的未來愿景，人類將迎來以信息物理融合系統（CPS：Cyber-Physical System）為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業革命。工業4.0是一個集合體，是涉及到不同的部門、企業，在不同的發展速度下逐漸相互融合的一個過程。基于此背景下，作為綜合了工學、美學以及心理學等內容的工業設計發展更加迅速，其在汽車智能化中的應用將對汽車產業的發展起到重要的推動作用。

2工業4.0背景下的工業設計

工業設計（Industrial Design），簡稱Ⅲ，是以工業產品為主要對象，綜合運用科技成果和工學、美學、心理學、經濟學等知識，對產品的功能、結構、形態及包裝等進行整合優化的創新活動。

工業4.0時代，傳統的工業生產將會與新興的互聯網有機融合，“智慧工廠”、“物聯網”等將會成為工業制造的發展方向，也由此為工業設計帶來新的變革。

第一，綠色設計成為工業設計的必要條件。綠色設計，也稱生態設計，在工業設計中，綠色設計包含以下三個原則：減少對環境的破壞和污染；降低對能源的浪費和損耗；零部件和產品的回收以及再循環利用或重新利用。

第二，人機交互深度融合。工業4.0時代，利用物聯網技術，可以實現消費者與工業產品使用的深度互動，在以往的工業設計中，大多注重于人對于產品的使用，而忽視產品對于人的反饋與交互，物聯網技術可以使工業產品的使用信息得以收集、整理與分析，進而反饋設計者和使用者，深化人機交互水平，延伸工業產品的數據價值鏈。

第三，工業設計注重硬件與軟件協同發展。傳統的工業設計大多注重于硬件的完善與升級，對應用軟件的重視程度不足，易出現軟件運行與硬件配合難以深度融合的現象，智能手機中的OS（Operating System）系統是工業產品硬件與軟件融合的典型代表，軟件系統與硬件系統的協調發展為工業產品設計帶來更加卓越的性能。

3工業4.0背景下汽車智能化的特點

智能汽車是集多種環境傳感器、電路、CPU和不同等級的駕駛功能于一身的自動化系統。目前，對于智能汽車的要求主要是汽車的安全性、舒適性以及簡單的智能汽車操作界面等。

提到當前最熱門的汽車智能化技術，人們首先想到的是現代比較流行的無人駕駛技術，無人駕駛技術是汽車技術現代化發展的一個里程碑。它能代替人去完成汽車駕駛工作，有效地防止駕駛過程中因為駕駛者的疲勞、駕駛技術差等引發的安全問題，為駕駛者減輕負擔的同時也提高了車輛的安全性和可靠性。此外，自動駕駛技術能夠鏈接到城市的交通系統，自動判斷出城市道路狀況，從而匹配最優的線路，節省時間和能源。

智能汽車具有以下基本特點：

3.1多車互動

多車互動感知范圍更廣，一旦出現駕駛者在車內不能完全感受到車外情況時，其智能系統能幫助駕駛者去分析車外綜合環境信息繼而保證汽車的安全行駛。

3.2人車交互

在駕駛者駕駛過程中，通過收集駕駛員的駕駛信息，并且對此進行分析。比如，通過實時監視駕駛者的心跳頻率、坐姿以及呼吸的頻率等來判斷駕駛者當前狀態，從而及時地提醒駕駛者并輔助駕駛員確保駕駛安全，大大地降低了事故的發生頻率。

3.3車聯網

車聯網能夠使智能汽車更加便利化，駕駛者用手機對汽車基本情況做檢查。例如遙控、上鎖以及開關車窗等，當駕駛員出現忘記鎖車門、窗等情況時，可以通過智能手機對其進行控制，完成相應操作。

4工業4.0背景下工業設計在汽車智能化中的應用

基于智能汽車的多車互動、人車交互以及車聯網等特點，不難看出智能汽車的人性化及智能化優勢體現在確保駕駛者的路況安全、個人健康以及車輛自身安全等方面。而工業4.0背景下的工業設計對于這些汽車智能化的特點有著重要的推動作用，具體表現在如下幾個方面：

4.1工業設計在智能駕駛中的應用

近年來汽車技術的發展速度加快，如今汽車中應用的高科技日益增多。就特斯拉而言，其智能駕駛系統的設計就是利用高科技以及智能技術完成了汽車從自主駕駛到無人駕駛的大跨越，而這主要依賴于這種汽車中獨特的智能駕駛系統的設計。智能駕駛系統中主要包括智能傳感系統、輔助駕駛系統、智能計算系統以及智能公交系統，而在這些設計系統下，汽車能夠自動搜集駕駛者日常的駕駛習慣信息、車輛存在狀態信息、道路擁堵狀況等，并對這些信息處理、分析，通過有效的人機界面的設計和信息交互，保證了高質量的無人駕駛行為。

4.2工業設計在汽車智能服務中應用

駕駛已然已經成為人們日常生活的一部分，消費者也越來越注重汽車在生活服務上的功能。就特斯拉來說，其在車內安裝了智能超大顯示屏，在這個特別的顯示屏中可訂閱、查看想要的生活資訊，相當于一部車內電腦。另外，通過語音識別，可以通過它來搜索信息，撥打或接聽電話等。這些設計大大地體現了汽車設計的人性化一面，能夠更好地為人們的日常生活服務。

4.3工業設計在智能安全防護中的應用

在日常的駕駛時，駕駛者有時容易遇到鑰匙遺忘在家或車內、窗戶忘記關、車窗被砸、車內財物被盜等情況，而特斯拉汽車的出現讓這些問題迎刃而解，它獨特的智能安全防護設計是關鍵的核心。通過駕駛者手機與車內安防系統的連接，實時將車及車周圍的狀況發送給駕駛者。比如說，當汽車發生車窗被砸等情況時，安防系統會自動將危險信號發送到駕駛者的手機上，并會詢問駕駛者是否需要報警，這樣會在很大程度上提升車輛的安全性。

4.4工業設計在智能制造中的作用

工業設計的發展和其他產品一樣，隨著時代的前進而在不斷地進步，但是這種進步不是直線性的進步，而是呈現指數級別的進步，那么充當指數角色的就是智能制造。同時，工業設計反過來更大程度地影響智能制造。我們以特拉斯為例，特拉斯的智能制造深受工業設計的影響。特斯拉底盤一體化及通用化、動力系統模塊化設計大幅提升了工業生產效率，模塊化的平臺可以使不同型號的汽車實現零部件通用，節約了研發投資以及零部件模具開模投資的成本，同時減少了消費者后期使用成本，在模塊化設計中輕量化理念的應用，能夠為汽車帶來更好的燃油經濟性，節能環保。

基于模塊化流程，汽車生產時除了發動機、變速箱等主要單元的位置需要固定，其他零部件可以像“樂高積木”一樣自由組合，模塊化設計為汽車零部件帶來了通用性能使得整車數據開發和后期驗證的時間都能顯著減少。值得注意的是，零部件的生產利用模塊化流程帶來的規模效應，通常能使汽車廠商有機會通過低成本方式生產強度高、重量低的復合材料零部件，使得車身重量更輕，更節能的同時也擁有更好的操控性。

5結束語

汽車產品是工業設計的典型作品之一，汽車智能化勢必會擴大智能化技術在工業設計方面的應用。在工業4.0時代，特斯拉正試圖用一種與傳統汽車產業完全不同的方式制造汽車，讓我們看到了智能化的工業設計使得機械系統和電子控制系統實現了完美地融合，在此之前，世界上沒有一款汽車能夠做到如此智能化。可以想象，未來的智能汽車也會像當前的智能手機一樣普及，并實現傳統汽車難以企及的多種功能和自動化性能。在此過程中，工業4.0背景下的工業設計將起到至關重要的作用。