探讨工业4.0概念下的工业设计变化

工作报告 |

时间:

2021-09-02 10:46:38

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“工业4.0”成了全球工业领域的一个热门话题。“工业4.0”是德国在2011年汉诺威工业博览会上提出的概念。它指出了信息化时代,德国制造业未来的发展方向和趋势。美国、日本等发达国家也提出了类似的理念来发展制造业。而制造业的转变,必然会引起息息相关的工业设计行业的改变,这些转变又将给制造业带来更多的创意和产品。所以关注工业4.0概念下工业设计的变化,将会推动国内的工业设计的发展。

1.工业设计4.0的概念、主题与特点

德国是制造业强国,但在信息化的时代,传统制造业的竞争优势面临各方的挑战,为了巩固其制造业的竞争优势地位,所以提出了工业4.0概念。

工业4.0概念由德国人于2011年汉诺威工业博览会提出,旨在将制造领域中的资源、信息、物品与人相互关联,形成“信息物理系统”(Cyber-Physical System,CPS),通过整合网络信息与物理系统,从而改变工业生产模式,实现高度个性化和数字化的智能生产方式,推动德国的工业生产制造业进一步向智能化的方向升级。它的基础是互联网、大数据、云计算和物联网等技术,意在将传统工业生产与现代信息技术相结合,推动生产方式的变革。

2.工业4.0的主题与变化

工业4.0有两个主题:智慧工厂(Intelligent Factory,IF)和智能生产(Intelligent Manufacturing,IM)。

智慧工厂:智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段,其核心是工业自动化和信息化的高度整合,即基于CPS实现智能化的生产系统,工业4.0概念下,产品生命周期和制造流程实现可视化,生产可控性提高,风险降低。

智能生产:将CPS运用到生产制造过程中,形成一个高度灵活、个性化、数字化的动态配置生产模式,使得传统的产品设计、开发、生产方式得到改变,产品的研发和生产时间将大大减少,生产效率大步提高。

3.工业4.0下制造业的变化

(1)高度定制

工业4.0下的生产模式允许用户从设计、材料采购、加工制造、物流配送等环节实现高度个性化定制,从而满足不同的用户个性化的需求

(2)按需生产

传统的生产制造需要企业去预估市场的需求,这样的方式有很大的缺陷和盲目性,也会导致生产过剩和环境污染的问题。而在工业4.0的概念下,企业可以获得用户准确的需求,能够按照用户的需求生产产品。

(3)生产方式的灵活性

工业4.0采用动态配置的生产方式,从事作业的机器人能够访问网络相关信息和数据,自主切换生产方式以及更换生产材料,从而调整成为最匹配模式的生产作业。与传统生产方式不同,动态配置的生产方式在生产之前或者生产过程中,能够实现为每个客户从产品设计到物流配送环节进行不同的方案设计,并且允许用户在生产的过程中更改最初的设计方案。另外,不同于传统的大批量生产方式,工业4.0可实现小批量、多批次的生产。

①生产效率提高。工业4.0的基础是建立在机械自动化和信息化基础上的,所以未来绝大部分传统的劳动力将会被机械化取代,信息的传递变得更加方便、快速,生产效率将变得更高。另外,由于信息化的融入,使得传统线性的产品开发和生产方式得以改变,研发时间和生产时间将大大减少。②智能化。工业4.0下,物联网技术在生产过程中发挥巨大的作用。它能使生产过程透明化,生产过程可控化,并能精确控制产能, 降低企业生产成本,提高管理效率。③工业4.0之前的工业设计。著名科学家扬振宁博士指出:“21世纪将是工业设计世纪,一个不重视工业设计的国家将是落伍者。”工业设计是传统制造业生产过程中必不可少的一个环节,它帮助企业针对市场和客户的需求,通过研究产品的功能与使用方法等,提出设计方案,解决生产技术、加工工艺与材料的问题,降低原材料的使用量与成本,提高产品的装配效率等等,使产品能够为企业创造价值与利润,所以工业设计的作用不容小觑。

传统制造企业中工业设计师的工作内容和流程主要包括市场需求分析,构思设计方案,优化方案,结构实现,原型制作,小批量试制与验证,正式投产等环节。

传统企业里产品设计研发需要耗费大量的时间和精力,由于市场需求的准确度不够和市场需求的快速变化等因素,不可避免的会开发出不对市场需求的产品,这也会导致企业利益受损。如何提高设计的价值,将会是工业4.0概念下值得研究与思考的问题。

4.工业4.0概念下的工业设计的变化

工业4.0时代,运用CPS可以获得用户准确的需求,从而减少了传统设计流程中用户需求调查所需的大量时间。获取用户准确的需求后,设计的目标更加的明确,设计方案也将更匹配用户需求。工业4.0允许用户高度个性化定制,未来将会出现一款手机有成百上千的款式的情形,所以市场对设计服务的需求将更大,企业也将需要更多从业人员。3d打印技术和其他加工技术的发展,结合工业4.0的概念,设计师在构思设计方案时所受到的结构和加工工艺的限制变少,设计师能够更大程度的发挥自己的创意。智能化的生产方式,使得设计师能够在获得用户需求后设计出准确的产品,而传统流程中的结构实现、原型制作评估和小批量试制流程也将被软件模拟所替代,所以设计流程将大大的缩短。工业4.0下,工业设计对企业的作用将会变得越来越重要。

(作者单位:浙江理工大学艺术与设计学院)

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