探討工業(yè)4.0概念下的工業(yè)設(shè)計(jì)變化

毛煒康

“工業(yè)4.0”成了全球工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。“工業(yè)4.0”是德國(guó)在2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出的概念。它指出了信息化時(shí)代，德國(guó)制造業(yè)未來的發(fā)展方向和趨勢(shì)。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也提出了類似的理念來發(fā)展制造業(yè)。而制造業(yè)的轉(zhuǎn)變，必然會(huì)引起息息相關(guān)的工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)的改變，這些轉(zhuǎn)變又將給制造業(yè)帶來更多的創(chuàng)意和產(chǎn)品。所以關(guān)注工業(yè)4.0概念下工業(yè)設(shè)計(jì)的變化，將會(huì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)的工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

1.工業(yè)設(shè)計(jì)4.0的概念、主題與特點(diǎn)

德國(guó)是制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，但在信息化的時(shí)代，傳統(tǒng)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)面臨各方的挑戰(zhàn)，為了鞏固其制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位，所以提出了工業(yè)4.0概念。

工業(yè)4.0概念由德國(guó)人于2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)提出，旨在將制造領(lǐng)域中的資源、信息、物品與人相互關(guān)聯(lián)，形成“信息物理系統(tǒng)”（Cyber-Physical System，CPS），通過整合網(wǎng)絡(luò)信息與物理系統(tǒng)，從而改變工業(yè)生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)高度個(gè)性化和數(shù)字化的智能生產(chǎn)方式，推動(dòng)德國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)制造業(yè)進(jìn)一步向智能化的方向升級(jí)。它的基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，意在將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，推動(dòng)生產(chǎn)方式的變革。

2.工業(yè)4.0的主題與變化

工業(yè)4.0有兩個(gè)主題：智慧工廠（Intelligent Factory，IF）和智能生產(chǎn)（Intelligent Manufacturing，IM）。

智慧工廠：智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段，其核心是工業(yè)自動(dòng)化和信息化的高度整合，即基于CPS實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)，工業(yè)4.0概念下，產(chǎn)品生命周期和制造流程實(shí)現(xiàn)可視化，生產(chǎn)可控性提高，風(fēng)險(xiǎn)降低。

智能生產(chǎn)：將CPS運(yùn)用到生產(chǎn)制造過程中，形成一個(gè)高度靈活、個(gè)性化、數(shù)字化的動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)模式，使得傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)方式得到改變，產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)時(shí)間將大大減少，生產(chǎn)效率大步提高。

3.工業(yè)4.0下制造業(yè)的變化

（1）高度定制

工業(yè)4.0下的生產(chǎn)模式允許用戶從設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)、加工制造、物流配送等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高度個(gè)性化定制，從而滿足不同的用戶個(gè)性化的需求

（2）按需生產(chǎn)

傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造需要企業(yè)去預(yù)估市場(chǎng)的需求，這樣的方式有很大的缺陷和盲目性，也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過剩和環(huán)境污染的問題。而在工業(yè)4.0的概念下，企業(yè)可以獲得用戶準(zhǔn)確的需求，能夠按照用戶的需求生產(chǎn)產(chǎn)品。

（3）生產(chǎn)方式的靈活性

工業(yè)4.0采用動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式，從事作業(yè)的機(jī)器人能夠訪問網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，自主切換生產(chǎn)方式以及更換生產(chǎn)材料，從而調(diào)整成為最匹配模式的生產(chǎn)作業(yè)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不同，動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)為每個(gè)客戶從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到物流配送環(huán)節(jié)進(jìn)行不同的方案設(shè)計(jì)，并且允許用戶在生產(chǎn)的過程中更改最初的設(shè)計(jì)方案。另外，不同于傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式，工業(yè)4.0可實(shí)現(xiàn)小批量、多批次的生產(chǎn)。

①生產(chǎn)效率提高。工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是建立在機(jī)械自動(dòng)化和信息化基礎(chǔ)上的，所以未來絕大部分傳統(tǒng)的勞動(dòng)力將會(huì)被機(jī)械化取代，信息的傳遞變得更加方便、快速，生產(chǎn)效率將變得更高。另外，由于信息化的融入，使得傳統(tǒng)線性的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)方式得以改變，研發(fā)時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間將大大減少。②智能化。工業(yè)4.0下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)過程中發(fā)揮巨大的作用。它能使生產(chǎn)過程透明化，生產(chǎn)過程可控化，并能精確控制產(chǎn)能， 降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高管理效率。③工業(yè)4.0之前的工業(yè)設(shè)計(jì)。著名科學(xué)家揚(yáng)振寧博士指出：“21世紀(jì)將是工業(yè)設(shè)計(jì)世紀(jì)，一個(gè)不重視工業(yè)設(shè)計(jì)的國(guó)家將是落伍者。”工業(yè)設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，它幫助企業(yè)針對(duì)市場(chǎng)和客戶的需求，通過研究產(chǎn)品的功能與使用方法等，提出設(shè)計(jì)方案，解決生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝與材料的問題，降低原材料的使用量與成本，提高產(chǎn)品的裝配效率等等，使產(chǎn)品能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造價(jià)值與利潤(rùn)，所以工業(yè)設(shè)計(jì)的作用不容小覷。

傳統(tǒng)制造企業(yè)中工業(yè)設(shè)計(jì)師的工作內(nèi)容和流程主要包括市場(chǎng)需求分析，構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化方案，結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，原型制作，小批量試制與驗(yàn)證，正式投產(chǎn)等環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)企業(yè)里產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，由于市場(chǎng)需求的準(zhǔn)確度不夠和市場(chǎng)需求的快速變化等因素，不可避免的會(huì)開發(fā)出不對(duì)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，這也會(huì)導(dǎo)致企業(yè)利益受損。如何提高設(shè)計(jì)的價(jià)值，將會(huì)是工業(yè)4.0概念下值得研究與思考的問題。

4.工業(yè)4.0概念下的工業(yè)設(shè)計(jì)的變化

工業(yè)4.0時(shí)代，運(yùn)用CPS可以獲得用戶準(zhǔn)確的需求，從而減少了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中用戶需求調(diào)查所需的大量時(shí)間。獲取用戶準(zhǔn)確的需求后，設(shè)計(jì)的目標(biāo)更加的明確，設(shè)計(jì)方案也將更匹配用戶需求。工業(yè)4.0允許用戶高度個(gè)性化定制，未來將會(huì)出現(xiàn)一款手機(jī)有成百上千的款式的情形，所以市場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)服務(wù)的需求將更大，企業(yè)也將需要更多從業(yè)人員。3d打印技術(shù)和其他加工技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合工業(yè)4.0的概念，設(shè)計(jì)師在構(gòu)思設(shè)計(jì)方案時(shí)所受到的結(jié)構(gòu)和加工工藝的限制變少，設(shè)計(jì)師能夠更大程度的發(fā)揮自己的創(chuàng)意。智能化的生產(chǎn)方式，使得設(shè)計(jì)師能夠在獲得用戶需求后設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的產(chǎn)品，而傳統(tǒng)流程中的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)、原型制作評(píng)估和小批量試制流程也將被軟件模擬所替代，所以設(shè)計(jì)流程將大大的縮短。工業(yè)4.0下，工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的作用將會(huì)變得越來越重要。

（作者單位：浙江理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院）