衛(wèi)彥博 馬彧 張寧

關鍵詞：工業(yè)設計;新一代;智能制造技術;影響

當今世界正經(jīng)歷著前所未有的變化，特別是新一代信息技術與制造技術的不斷深入融合，深刻改變了全球制造業(yè)的發(fā)展格局。智能制造已成為新一代機械制造及其自動化的標志，是未來制造業(yè)持續(xù)發(fā)展和進步的關鍵因素，其作為“中國制造2025”國家戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分，對我國經(jīng)濟轉型升級和國家競爭力整體提升具有重要意義[1]。從長遠來看，制造業(yè)創(chuàng)新研發(fā)的重點應該向新一代信息技術靠攏，尤其是大數(shù)據(jù)、超級計算、AI、AR、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人等數(shù)字化智能技術，這將為進一步升級轉型提供重要的技術支撐。而工業(yè)設計是生產(chǎn)鏈的最前端，對增加產(chǎn)品附加值、樹立自主品牌形象、提升制造業(yè)競爭力等方面的意義不容小覷。本文將以智能制造目前的發(fā)展現(xiàn)狀及需求為切入點，結合工業(yè)設計對新一代智能制造技術的影響因素，闡述如何實現(xiàn)工業(yè)設計和新一代智能制造的支撐轉化和協(xié)調發(fā)展。

1 新一代智能制造技術的概述

制造業(yè)是一個國家的命脈，是比拼創(chuàng)新能力的重要標桿，也是決定經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的基礎產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)今的世界是知識經(jīng)濟時代，為了控制人力支出的成本，越來越多的高科技信息技術進入傳統(tǒng)行業(yè)，尤其是制造業(yè)中，在這種趨勢下，智能制造應運而生且逐步走向成熟，其在經(jīng)濟發(fā)展中的地位也不斷攀升。智能制造技術簡單來說就是集知識系統(tǒng)、制造軟件、機器人控制系統(tǒng)于一體而形成的自學習功能來收集理解環(huán)境和自身信息，通過專家和工人的技能來分析和規(guī)劃自身行為，在實踐中不斷豐富知識庫，從而使智能機器在無人干預的狀態(tài)下完成一定規(guī)模的批量生產(chǎn)。新一代智能制造技術主要分為智能感知、分析決策、學習積累、預測診斷和優(yōu)化五個關鍵環(huán)節(jié)，如圖1。

2 新一代智能制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀

金融危機以來，世界各國尤其是發(fā)達國家面臨著制造業(yè)實力下滑的問題，發(fā)達國家充分認識到實體經(jīng)濟的重要性，將智能制造寫入戰(zhàn)略計劃，以期通過信息技術在制造業(yè)中的廣泛深入來重振制造業(yè)。各國都想占據(jù)科技制高點，在國際競爭中占據(jù)主動，其中智能制造已成為國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的重要組成部分。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，我國制造業(yè)的整體規(guī)模和技術水平有了質的轉變，綜合實力不斷增強。在技術方面，我國制造業(yè)經(jīng)歷了從模仿、集成改造到引進升華、吸收再創(chuàng)新的發(fā)展過程，由跟隨式向引領式不斷轉型。如今，我國既是世界領先的制造基地，也是全球制造供應鏈的關鍵環(huán)節(jié)。雖然我國智能制造業(yè)已經(jīng)形成了一批具有國際競爭力的龍頭企業(yè)，但就工業(yè)化的質量和水平而言，我國智能制造還處于初級發(fā)展階段。相比在20 世紀70 年代制造技術已經(jīng)成熟的發(fā)達國家，我國在智能制造的關鍵技術和基礎工藝方面還有待提升，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)能力、應用范圍、服務質量等與發(fā)達國家相比，仍存在較大差距。雖然我國已經(jīng)開始倡導制造業(yè)轉型升級，并制定了“中國制造2025”計劃，但是我國制造業(yè)的轉型升級遠沒有達到智能制造、無人化生產(chǎn)，缺少工人的工廠將無法達到正常的生產(chǎn)模式[2]。大多數(shù)制造企業(yè)已經(jīng)意識到，如果想要適應不確定的未來，他們需要放棄傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展思維，擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)力的束縛，用新的生產(chǎn)要素保障運營和預測風險[3]。

3 工業(yè)設計對新一代智能制造技術的影響分析

工業(yè)設計賦予產(chǎn)品材質、結構、構造、造型、色彩、表面處理、裝飾等方面新的規(guī)格和價值[4]，是技術革新的關鍵所在。與此同時還要對生產(chǎn)者進行分析、整合、包裝、管理和服務，貫穿前期的策劃及創(chuàng)意、中期的研發(fā)與生產(chǎn)到后期的管理和完善乃至展覽與競賽，覆蓋了從研發(fā)到推廣的每個階段。它兼顧了管理者、制造者、使用者和全社會的利益，已成為企業(yè)塑造形象、增強自身競爭力、提升產(chǎn)品附加值的重要手段。而智能制造技術是新時代的一項新技術，使制造業(yè)提高了效率、制造水平和經(jīng)濟效益。兩者的結合不僅是工業(yè)界和設計界面對今后發(fā)展環(huán)境審時度勢的認識精華，更是時代發(fā)展對此事業(yè)的迫切要求。工業(yè)設計對智能制造的具體支撐表現(xiàn)為規(guī)劃與設計、研發(fā)與量產(chǎn)、管理與服務三個方面[5]。

3.1 工業(yè)設計對智能規(guī)劃及設計的影響分析

工業(yè)設計是一門涉及多個領域的復雜學科，具有很高的商業(yè)價值。在商品經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，消費層級的不同、消費應用目標的不同、消費區(qū)域的不同對產(chǎn)品設計的多樣化提高了要求。智能制造需要在研發(fā)的早期階段即考慮個性化定制研發(fā)，增加定制服務支持的比例，并減輕多樣化的要求對實際生產(chǎn)帶來的成本壓力。第一步是虛擬化。利用數(shù)字技術創(chuàng)造的數(shù)字圖像，能夠對生產(chǎn)現(xiàn)場進行模擬，實時展現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)制造的實際狀況，部分操作及管理人員無需到現(xiàn)場就可以了解及操作現(xiàn)場生產(chǎn)設備，從而實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的一致。第二步是虛擬制造及調試環(huán)節(jié)。將制造過程中的產(chǎn)品研發(fā)、制造和運營轉化為相對低成本的數(shù)字信息，用于虛擬世界中的協(xié)作和模型優(yōu)化，提高研發(fā)制造效率。數(shù)據(jù)的連續(xù)迭代和模型的連續(xù)優(yōu)化，得到最優(yōu)解。接著可以在產(chǎn)品生產(chǎn)之前進行虛擬調試。調試完成后，認為整個生產(chǎn)線和整個系統(tǒng)符合標準規(guī)范，即可進行制造。第三步是樣品生產(chǎn)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的制造模式要求工程師在設計完成后進行樣品制作。樣品會有很多缺陷，所以可以根據(jù)缺陷進行設計更改，需要改進后才能進行量產(chǎn)，而這個過程費時又費力。有了工業(yè)設計編程虛擬仿真系統(tǒng)，根據(jù)樣品缺陷而整改的傳統(tǒng)制造模式可以在軟件的基礎上完成。系統(tǒng)通過每一個細節(jié)認證和測試后，將一次性投入生產(chǎn)，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)和測試周期。

3.2 工業(yè)設計對智能研發(fā)與量產(chǎn)的影響分析

研發(fā)和生產(chǎn)是智能制造提高資源綜合利用率、降低成本消耗的關鍵。一是信息化的直接作用。隨著制造企業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整優(yōu)化，不斷引入人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術，與其緊密連接的供應鏈體系也將隨之變化。同時，制造產(chǎn)業(yè)鏈的無縫集成需要工業(yè)設計的軟件支撐，像如何搭建設計模型并將其應用到制造過程中。二是模塊化生產(chǎn)。將模塊化生產(chǎn)直接對接設計環(huán)節(jié)尤為關鍵，將規(guī)劃、設計、流程和資源的綜合管理引入規(guī)范化的知識庫將大大提高生產(chǎn)效能和速率。三是智慧型工廠的搭建。從長遠來看，制造業(yè)領導者將不可避免地更加重視無人操作的生產(chǎn)線，引入更多的智能生產(chǎn)設備，雇傭更智能的終端操作員和高技能工人，以更好地應對勞動力波動的影響。同時利用相應的管理系統(tǒng)來監(jiān)控運行和使用數(shù)據(jù)，優(yōu)化完善運行模式發(fā)揮最大效率，維護系統(tǒng)來預測和修復故障。工業(yè)設計在幫助制造企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中克服重點障礙與提高效能方面表現(xiàn)優(yōu)異。

3.3 工業(yè)設計對智能管理與服務的影響分析

在智能制造的背景下，研發(fā)、制造、管理、服務等環(huán)節(jié)將緊密結合，體現(xiàn)出智能化的特點。大多制造企業(yè)的重心從“研發(fā)”“生產(chǎn)”向“服務”“管理”靠攏。這個改變的過程并不只是考慮設計本身，在設計中的協(xié)作管理方式也十分重要，需要建立云平臺集百家之所長，基于云協(xié)同的環(huán)境高效運行。工業(yè)設計與服務設計的融合也是大勢所趨，通過服務轉換和系統(tǒng)管理，以滿足用戶的實際需求和創(chuàng)造新的云協(xié)作管理模式而為企業(yè)創(chuàng)造利潤和附加值。通過云計算，大數(shù)據(jù)分析和其他技術，建立起針對目標用戶而設定的整體服務設計應用程序框架。共享物流概念、無人機快遞、無接觸快遞柜、快遞機器人等新技術是工業(yè)設計對智能管理與服務影響的代表，無人物流生產(chǎn)線指的是貨物從入庫、上架、揀選、補貨，到包裝、檢驗、出庫等物流作業(yè)流程全部實現(xiàn)無人化操作，是高度自動化、智能化的生產(chǎn)模式[6]，這大大提升了效率并減少了人與人之間的接觸，也被稱為“無接觸傳遞”服務。

4 結語

智能制造系統(tǒng)規(guī)模龐大而復雜，發(fā)展仍處于探索階段，其對于中國大多數(shù)企業(yè)來說是一個新的挑戰(zhàn)。人、機器和信息如何實現(xiàn)較好地融合是當今制造業(yè)謀求發(fā)展的主要問題?！吧偃嘶?、無人化、智能化”在高速發(fā)展的今天中呈現(xiàn)了優(yōu)勢，由此許多企業(yè)會采用智能化、數(shù)字化、自動化等管理模式[7]。應該大力推廣制造業(yè)和數(shù)字智能化的有效融合，面對突如其來的風險，有足夠的能力去抵抗。要讓我國的制造業(yè)在國際上保持競爭力，需要工業(yè)設計源源不斷為其注入活力，需要給予工業(yè)設計足夠的重視，只有這樣才能提高制造業(yè)的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)出具有國際競爭力的產(chǎn)品。因此，作為制造業(yè)的高端人才的工業(yè)設計學生應該提高對自身的要求，制定科學的學習目標，探索培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑，重視實踐環(huán)節(jié)并總結經(jīng)驗，為我國工業(yè)經(jīng)濟增長的道路推波助瀾。