淺談工業設計在工業零配件中的應用

廣東萬喜至工業設計有限公司 萬伏初 萬典華 王耿

新一輪的工業革命在全球范圍內得以興起，隨著工業4.0 時代的到來，世界各國陸續部署了工業化戰略，從頂層設計著手力求在國際化競爭中占據先機。在新時代，制造業迫切需要技術突破，從傳統模式轉向智能化模式，只有從微觀層面不斷創新，不斷突破原有的模式和設計方式，才可以尋求全新的發展。以工業零配件為例，傳統設計往往依據已有部件進行改造，或者基于物理學和實驗數據進行設計，整體設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、智能化的工業零配件作業[1]。工業設計理念一直到21 世紀，才開始陸續在設計學、建筑學、心理學和工學等領域得到應用，并逐步發展成為制造業間競爭的核心動力之一。然而，目前很多工業設計公司的設計僅僅局限于產品形狀、顏色和框架，沒有做到多方面的融合和創新，工業設計與工業零配件的交叉滲入已經成為必然的發展趨勢。工業設計在全球工業化進程中扮演著越來越重要的角色，尤其在引領技術創新、提升產品檔次、促進產業轉型等方面，成為制造業價值鏈的關鍵環節[2]。

1 工業設計概述

1.1 工業設計的含義

很多人錯誤地把工業設計的含義等同于包裝設計或機械設計，而忽略了其系統化和創造性的特征。工業設計是由英文“Industrial Design”直譯而來，起源于1919 年德國的包豪斯學校，距今已經100 多年，包豪斯的成立標志著現代設計的誕生，其也是全球第一所為現代設計教育設立的學院。工業設計的定義于1980 年由國際工業設計協會首次提出，2017 年世界設計組織重新定義了工業設計，認為：“工業設計是驅動創新、成就商業成功的戰略性解決問題的過程，通過創新性的產品、系統、服務和體驗創造更美好的生活品質”[3]。從設計學角度看，工業設計過程中的功能、造型、人機整體設計等都是為了提高產品的附加值、增強市場的競爭力。因此，工業設計是現代化大生產的產物，在滿足各方面需求的基礎上要富有創造力，除了注重產品本身的外觀、造型之外，更要考慮產品的可操作性、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 工業設計的發展現狀

由于歷史的原因，我國在系統引進工業設計的前20 年里發展較為緩慢，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“工業設計”四次寫入五年發展規劃中，經過多年努力，產業實力不斷增強，逐步形成良好的發展氛圍。截至2022年2 月28 日，全國工業設計相關的企業達到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，工業設計在各行各業的重要性越來越高。

在信息化和全球化的時代，工業設計更是滲透到人們生活的方方面面，融合了美學、人體工學和經濟學等多學科，并結合現代科學技術，探索“科技+工業設計”的應用可能性，賦予產品功能和結構全新的品質，向用戶傳遞著企業的價值理念，成為有效連接用戶和商業的載體。未來，工業設計不再是僅僅局限于外觀設計，而是涵蓋結構設計、功能設計、視覺設計、交互設計等方方面面，逐步向平臺化、智能化和全產業鏈化的方向發展。

2 工業設計在工業零配件中的應用思路

2.1 堅持以用戶為中心的設計思維

在消費升級的驅使下，賣方市場逐步被買方市場所替代，“高頻低價”也逐步轉為“低頻高價”，原先一套標準的、固定的工業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，產品層出不窮，差異化、多元化的需求亟需被滿足，供給側方面要做出調整，以滿足不同階層、不同審美、不同場景的用戶需求。為此，在工業零配件設計的過程中，要堅持以用戶為中心，積極應用智能化設計、3D 打印技術、CAD 繪圖等方式，定制化設計相關產品和服務。

2.2 運用創造性的設計思維

在進行設計中，很多設計師為了利益而采取復雜化的設計方案，卻沒有充分考慮設計中的細節，甚至出現超越規則的行為。很多產品的設計僅僅依賴于用戶上傳的數據，研究不透徹，缺乏創造性，這就要求在堅持設計原則的基礎上，積極運用創造性的設計思維。工業設計師的創造力包括很多方面，如能力、心理、性格、思維等，只有擁有不斷追求創新動力的設計師，才能夠從不同角度，多層次地去尋求創新的設計方案。工業零配件的設計過程本身也是創新的過程，設計師需要打破常規的思維慣例，將工業設計的理念和方法融入設計中，追求新的方案、結構和工藝，在突破中尋求創新。

2.3 樹立平臺化的發展思維

國家工業設計研究院的《建設指南》提出，要采取“公司+平臺”的發展模式，龍頭企業牽頭，實現產學研的聯動，加強基礎研究，推動成果轉化，構建智能化平臺，打造全產業鏈設計體系，利用自身資源完善工業零配件的功能與應用，進行市場化推廣，將其應用到更多的設計方案中，適應整個市場的需求。平臺化的設計改變了原有以“產品為中心”的思維方式，建立了以“人、環境、產品”為中心的創新設計方式，重塑產品內容，引領工業零配件的設計創新，提高用戶滿意度，以此作為平臺創新體系建設的重要力量。

3 工業設計在工業零配件中的應用原則

工業零配件的設計需要引入工業設計的應用思路，樹立以用戶為中心的思維，不斷追求創新，樹立平臺化的發展方向，在產品差異化、創新化和產品落地化、市場化之間尋求一個平衡點。為此，需要將傳統的工業零配件設計推倒重來，應用工業設計的綜合性、整體化、功能至上和先進性原則，全面優化工業零配件設計的內容、工藝和方法。

3.1 綜合性原則

工業零配件的設計不能僅僅看作是完成一件產品，而是要站在特定的高度，應用綜合性原則考慮多種因素：第一，要依據國家發布的法律法規要求，在設計完整的同時，確保設計的安全性和實用性，為工業零配件的使用提供保障；第二，要符合新時代的技術要求和環保要求，盡量使用環保材料，結合智能化技術，將3D 打印技術、CAD 技術引入新的設計中，提高效率，降低能耗；第三，采用模塊化設計，不再局限于單機制造，在自動化生產線和視覺系統方面提供突破，通過開發工業零配件的可適配性，降低整體成本，縮短開發周期，并提供個性化的體驗。

3.2 整體化原則

工業零配件設計屬于結構設計中的重要內容，其整體方案中的構件只能通過零配件設計才能夠獲取工作圖和裝配圖，為此工業設計要基于整體化原則對內容進行優化。工業零配件本身容易存在過度磨損、變形、斷裂、單一等問題，因此應運用工業設計的思維和方法，重塑傳統設計的內容，明確零配件的性能、參數、結構、精度、功能性和智能化。同時要更好地匹配產品整機的設計，在能力上強化剛度、耐磨性、穩定性和使用壽命，在工藝上強調便捷性和美觀性，在經濟上突出性價比和生產成本，并綜合考慮環保、安全、噪音等因素。

3.3 功能性原則

功能和工藝是工業零配件設計要重點考慮的內容，產品的價值也在于此。在設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計思維，明確零配件的參數和性能，設計出高質量的、符合用戶需求的零配件。在產品設計中，零配件的質檢也是非常重要的，不同類型的工業產品，零配件的配合穩定性和互換性是有差異的，要從實際出發，從客戶需求出發，積極運用智能化技術，突出設計的內核，全面衡量功能和工藝的經濟性。每一個工業零配件都凝結著設計師的心血，可以通過優化制造工藝流程，提升用戶滿意度。

3.4 先進性原則

工業零配件的工業設計要與時俱進，在應用過程中體現技術先進性原則，運用工業設計、機械學的方法，優化工業設計的流程，運用結構強度學、機械動力學、計算機輔助技術、設計美學等各種理論和方法，持續優化工業設計中的關鍵技術問題。同時，引入CAD 技術和3D 打印技術，對工業零配件的設計產生巨大的變化，朝著更深、更廣的方向發展，如CAD 系統集成化、動態三維改造、分布式網絡系統、優化技術方法等[5]。

4 工業設計在工業零配件中的應用趨勢

我國工業發展一共經歷了OEM、ODM 和OBM 三個發展階段，不同階段對工業設計的要求各有不同，工業設計需要結合外部環境和用戶需求，強化行業間的交流合作，發展區域工業設計中心，推動產學研合作，不斷朝著平臺化、智能化和全產業鏈化的方向拓展。

4.1 平臺化

受限于技術水平和上游材料、零配件的供應，當前工業制造業在面對設計師高端創意方案時，很難達到有效的落地效果。要聯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、零配件的應用場景上傳至平臺，給設計師提供足夠的設計素材。設計師也可以將各種高難度的設計方案上傳至平臺，由平臺整合類資源統籌解決。平臺化的發展趨勢有助于促進工業設計與制造業的融合互動，強化工業設計應用，不斷提高產品的創新能力，促進產業的轉型升級。

通過平臺展示各類工業零配件的功能狀態和應用場景，設計師基于設計需求定向搜索選型，并將零配件的設計功能和需求集成尋求綜合解決方案，如果未能得到解決，可以在平臺上發布需求，借由平臺的資源進行統籌完成。在工業零配件的設計過程中往往會依賴于技術創新和設計創新，通過自身的產業化、平臺化發展推動零配件智能化選型與設計之間的發展。如米思米，深耕于工業品一站式采購平臺，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量的零件，平臺始終以高品質、低成本、短交期為理念，致力于成為制造業的堅實后盾，這將是未來工業設計公司的應用趨勢（如圖1）。

圖1 工業零配件工業設計平臺化構思

4.2 智能化

工業4.0 模式下，傳統的生產方法、商業模式、產業組織和應用工具都發生了重大的變化[6]，需要積極應用以人工智能為代表的新科技來顛覆工業設計行業的發展模式。人工智能的應用案例展現了不亞于設計師的創造力，在建模、參數化設計等方面，大大提升了工作效率，設計師需要重新定位自己，學習和借助人工智能等新技術，實現人工智能與工業零配件設計行業的和諧共處。工業零配件的后續設計可能不再局限于單一的形式和模式，而是工業產品、視覺、需求、功能和視覺共同參與，很多基礎研究的支撐能夠在特定系統中發揮出超常的作用，推動工業設計的智能化發展。工業零配件設計在智能化發展的道路上，可以開展產教融合，與高校建立戰略性合作伙伴關系，借助工業設計行業協會的平臺資源，組織和開展技術培訓和公共服務平臺的方式，接觸到最前沿的理論和方法，運用產業發展的最新需求和變化來推動基礎領域的突破，以實現不同場景的融合，將產品場景、產業場景和社會場景結合在一起。

在工業設計中，不同的設計師會采取不同的設計工具，設計師可以按照自身需求，減少工具的選擇時間，設計出更多優秀的作品。其中，3D 打印技術相較于傳統的設計方式有著更高的精確度和強度，整體成本耗費更低，在小批量工業零配件設計中可以完全忽略模具、時間、空間的影響，隨時調整生產計劃和要求。另外，高校開展智能化輔助設計研究，支持企業和高校發展CAD技術，開展工業零配件庫，對線上CMF 材料庫智能檢索，還可以建立工業設計云服務，涵蓋工業零配件創意、設計、研發和制造等全流程，面向平臺內相關企業提供資源共享和數據服務。

4.3 全產業鏈化

工業設計在民眾的認知度仍然較低，而在企業卻處于“說起來重要、做起來次要、忙起來不要”的尷尬境地，于是導致相關企業普遍缺乏核心競爭力，其本質原因在于缺少產業鏈的支撐，停留在紙上談兵的階段，缺乏整體設計方案的主動權。這就要求工業設計中心要以整合產品功能、結構、工藝和信息化相結合，為工業制造業提供高端設計服務，以產品全周期和設計全過程開展工業零配件工業設計，并通過產業實踐，運用更多的規模和資源構建高效協同的體系，以推動工業零配件工業設計的產業化發展。在新時代背景下，借助制造業管理體系，將工業設計、智能制造和技術研究結合在一起，推動服務化進程。

全產業鏈化設計模式是以產業共贏為發展目標，在開放式的創新平臺，實現行業共享，推動構建高效協同的生態體系，讓更多從業者、企業、高校、研究者共同進入，推動工業零配件工業設計的產業化進程。未來工業設計融合是必然趨勢：一是，從垂直領域深挖工業零配件設計的價值和創新，形成以工業產品為核心的深耕發展；二是，從縱向領域形成以平臺式的產業鏈延伸，從上游原材料到中游結構設計到終端用戶需求，逐步向全國范圍過渡；三是，以全產業鏈和全球化布局為特征，形成社會級的平臺化發展階段。

5 結語

在新一輪的工業革命浪潮下，制造業企業為了實現全球化和多元化的業務目標，迫切從傳統模式轉向智能化時代，工業零配件的設計思路也不再局限于單一產品，逐步引入以用戶為中心的工業設計思維，關注零配件設計的細節，以及整個應用場景和產業生態的變化。而在新的制造業體系下，復雜工業產品設計思路越來越偏向于平臺化設計，需要堅持以用戶為中心的整體思維，運用創造性的設計思維，樹立平臺化的發展思維，全面優化工業零配件設計的內容、工藝和方法，結合最新的理論和方法，設計出具有生命力、創造力的產品，朝著平臺化、智能化和全產業鏈化的方向拓展。未來十年，工業零配件設計要始終抱著開放共享、協同高效的精神，帶動工業產品全產業鏈的創新發展，并朝著人工智能、智能制造、開放式平臺的重點方向開展設計工作，使業務流程更加標準化和規范化，打造國內一流的工業設計創新平臺。