浅谈工业设计在工业零配件中的应用

广东万喜至工业设计有限公司 万伏初 万典华 王耿

新一轮的工业革命在全球范围内得以兴起，随着工业4.0 时代的到来，世界各国陆续部署了工业化战略，从顶层设计着手力求在国际化竞争中占据先机。在新时代，制造业迫切需要技术突破，从传统模式转向智能化模式，只有从微观层面不断创新，不断突破原有的模式和设计方式，才可以寻求全新的发展。以工业零配件为例，传统设计往往依据已有部件进行改造，或者基于物理学和实验数据进行设计，整体设计比较单一，一种零配件只能适用于特定的用途，这不仅容易造成极大的浪费，而且不利于高难度、智能化的工业零配件作业[1]。工业设计理念一直到21 世纪，才开始陆续在设计学、建筑学、心理学和工学等领域得到应用，并逐步发展成为制造业间竞争的核心动力之一。然而，目前很多工业设计公司的设计仅仅局限于产品形状、颜色和框架，没有做到多方面的融合和创新，工业设计与工业零配件的交叉渗入已经成为必然的发展趋势。工业设计在全球工业化进程中扮演着越来越重要的角色，尤其在引领技术创新、提升产品档次、促进产业转型等方面，成为制造业价值链的关键环节[2]。

1 工业设计概述

1.1 工业设计的含义

很多人错误地把工业设计的含义等同于包装设计或机械设计，而忽略了其系统化和创造性的特征。工业设计是由英文“Industrial Design”直译而来，起源于1919 年德国的包豪斯学校，距今已经100 多年，包豪斯的成立标志着现代设计的诞生，其也是全球第一所为现代设计教育设立的学院。工业设计的定义于1980 年由国际工业设计协会首次提出，2017 年世界设计组织重新定义了工业设计，认为：“工业设计是驱动创新、成就商业成功的战略性解决问题的过程，通过创新性的产品、系统、服务和体验创造更美好的生活品质”[3]。从设计学角度看，工业设计过程中的功能、造型、人机整体设计等都是为了提高产品的附加值、增强市场的竞争力。因此，工业设计是现代化大生产的产物，在满足各方面需求的基础上要富有创造力，除了注重产品本身的外观、造型之外，更要考虑产品的可操作性、可用性、安全性、个性化、多元化，以及用户的审美感和体验感。

1.2 工业设计的发展现状

由于历史的原因，我国在系统引进工业设计的前20 年里发展较为缓慢，但随着改革开放的落实，国家相继出台了一系列的政策，并将“工业设计”四次写入五年发展规划中，经过多年努力，产业实力不断增强，逐步形成良好的发展氛围。截至2022年2 月28 日，全国工业设计相关的企业达到11211 家，同比2021 年末增加了5000 家。其中，江苏、广东、浙江三省均超过1000 家[4]。由此可见，工业设计在各行各业的重要性越来越高。

在信息化和全球化的时代，工业设计更是渗透到人们生活的方方面面，融合了美学、人体工学和经济学等多学科，并结合现代科学技术，探索“科技+工业设计”的应用可能性，赋予产品功能和结构全新的品质，向用户传递着企业的价值理念，成为有效连接用户和商业的载体。未来，工业设计不再是仅仅局限于外观设计，而是涵盖结构设计、功能设计、视觉设计、交互设计等方方面面，逐步向平台化、智能化和全产业链化的方向发展。

2 工业设计在工业零配件中的应用思路

2.1 坚持以用户为中心的设计思维

在消费升级的驱使下，卖方市场逐步被买方市场所替代，“高频低价”也逐步转为“低频高价”，原先一套标准的、固定的工业零配件模具可以使用很多年，并满足各种类型用户的需求，而在供需双方地位变化的背景下，产品层出不穷，差异化、多元化的需求亟需被满足，供给侧方面要做出调整，以满足不同阶层、不同审美、不同场景的用户需求。为此，在工业零配件设计的过程中，要坚持以用户为中心，积极应用智能化设计、3D 打印技术、CAD 绘图等方式，定制化设计相关产品和服务。

2.2 运用创造性的设计思维

在进行设计中，很多设计师为了利益而采取复杂化的设计方案，却没有充分考虑设计中的细节，甚至出现超越规则的行为。很多产品的设计仅仅依赖于用户上传的数据，研究不透彻，缺乏创造性，这就要求在坚持设计原则的基础上，积极运用创造性的设计思维。工业设计师的创造力包括很多方面，如能力、心理、性格、思维等，只有拥有不断追求创新动力的设计师，才能够从不同角度，多层次地去寻求创新的设计方案。工业零配件的设计过程本身也是创新的过程，设计师需要打破常规的思维惯例，将工业设计的理念和方法融入设计中，追求新的方案、结构和工艺，在突破中寻求创新。

2.3 树立平台化的发展思维

国家工业设计研究院的《建设指南》提出，要采取“公司+平台”的发展模式，龙头企业牵头，实现产学研的联动，加强基础研究，推动成果转化，构建智能化平台，打造全产业链设计体系，利用自身资源完善工业零配件的功能与应用，进行市场化推广，将其应用到更多的设计方案中，适应整个市场的需求。平台化的设计改变了原有以“产品为中心”的思维方式，建立了以“人、环境、产品”为中心的创新设计方式，重塑产品内容，引领工业零配件的设计创新，提高用户满意度，以此作为平台创新体系建设的重要力量。

3 工业设计在工业零配件中的应用原则

工业零配件的设计需要引入工业设计的应用思路，树立以用户为中心的思维，不断追求创新，树立平台化的发展方向，在产品差异化、创新化和产品落地化、市场化之间寻求一个平衡点。为此，需要将传统的工业零配件设计推倒重来，应用工业设计的综合性、整体化、功能至上和先进性原则，全面优化工业零配件设计的内容、工艺和方法。

3.1 综合性原则

工业零配件的设计不能仅仅看作是完成一件产品，而是要站在特定的高度，应用综合性原则考虑多种因素：第一，要依据国家发布的法律法规要求，在设计完整的同时，确保设计的安全性和实用性，为工业零配件的使用提供保障；第二，要符合新时代的技术要求和环保要求，尽量使用环保材料，结合智能化技术，将3D 打印技术、CAD 技术引入新的设计中，提高效率，降低能耗；第三，采用模块化设计，不再局限于单机制造，在自动化生产线和视觉系统方面提供突破，通过开发工业零配件的可适配性，降低整体成本，缩短开发周期，并提供个性化的体验。

3.2 整体化原则

工业零配件设计属于结构设计中的重要内容，其整体方案中的构件只能通过零配件设计才能够获取工作图和装配图，为此工业设计要基于整体化原则对内容进行优化。工业零配件本身容易存在过度磨损、变形、断裂、单一等问题，因此应运用工业设计的思维和方法，重塑传统设计的内容，明确零配件的性能、参数、结构、精度、功能性和智能化。同时要更好地匹配产品整机的设计，在能力上强化刚度、耐磨性、稳定性和使用寿命，在工艺上强调便捷性和美观性，在经济上突出性价比和生产成本，并综合考虑环保、安全、噪音等因素。

3.3 功能性原则

功能和工艺是工业零配件设计要重点考虑的内容，产品的价值也在于此。在设计中要遵循功能性原则，从选材和制造工艺两方面着手，考虑各类属性对配件的影响，基于用户为核心的设计思维，明确零配件的参数和性能，设计出高质量的、符合用户需求的零配件。在产品设计中，零配件的质检也是非常重要的，不同类型的工业产品，零配件的配合稳定性和互换性是有差异的，要从实际出发，从客户需求出发，积极运用智能化技术，突出设计的内核，全面衡量功能和工艺的经济性。每一个工业零配件都凝结着设计师的心血，可以通过优化制造工艺流程，提升用户满意度。

3.4 先进性原则

工业零配件的工业设计要与时俱进，在应用过程中体现技术先进性原则，运用工业设计、机械学的方法，优化工业设计的流程，运用结构强度学、机械动力学、计算机辅助技术、设计美学等各种理论和方法，持续优化工业设计中的关键技术问题。同时，引入CAD 技术和3D 打印技术，对工业零配件的设计产生巨大的变化，朝着更深、更广的方向发展，如CAD 系统集成化、动态三维改造、分布式网络系统、优化技术方法等[5]。

4 工业设计在工业零配件中的应用趋势

我国工业发展一共经历了OEM、ODM 和OBM 三个发展阶段，不同阶段对工业设计的要求各有不同，工业设计需要结合外部环境和用户需求，强化行业间的交流合作，发展区域工业设计中心，推动产学研合作，不断朝着平台化、智能化和全产业链化的方向拓展。

4.1 平台化

受限于技术水平和上游材料、零配件的供应，当前工业制造业在面对设计师高端创意方案时，很难达到有效的落地效果。要联合克服这两个制约条件是一个极其庞大的工程，并非某一家或几家公司就能够提供解决方案，这需要建立开放的平台，在平台上将各种加工制造水平和各类材料、零配件的应用场景上传至平台，给设计师提供足够的设计素材。设计师也可以将各种高难度的设计方案上传至平台，由平台整合类资源统筹解决。平台化的发展趋势有助于促进工业设计与制造业的融合互动，强化工业设计应用，不断提高产品的创新能力，促进产业的转型升级。

通过平台展示各类工业零配件的功能状态和应用场景，设计师基于设计需求定向搜索选型，并将零配件的设计功能和需求集成寻求综合解决方案，如果未能得到解决，可以在平台上发布需求，借由平台的资源进行统筹完成。在工业零配件的设计过程中往往会依赖于技术创新和设计创新，通过自身的产业化、平台化发展推动零配件智能化选型与设计之间的发展。如米思米，深耕于工业品一站式采购平台，涵盖了FA 工厂自动化、工具/MRO工厂消耗品、冲压/塑料模具、电子电气等各种高质量的零件，平台始终以高品质、低成本、短交期为理念，致力于成为制造业的坚实后盾，这将是未来工业设计公司的应用趋势（如图1）。

图1 工业零配件工业设计平台化构思

4.2 智能化

工业4.0 模式下，传统的生产方法、商业模式、产业组织和应用工具都发生了重大的变化[6]，需要积极应用以人工智能为代表的新科技来颠覆工业设计行业的发展模式。人工智能的应用案例展现了不亚于设计师的创造力，在建模、参数化设计等方面，大大提升了工作效率，设计师需要重新定位自己，学习和借助人工智能等新技术，实现人工智能与工业零配件设计行业的和谐共处。工业零配件的后续设计可能不再局限于单一的形式和模式，而是工业产品、视觉、需求、功能和视觉共同参与，很多基础研究的支撑能够在特定系统中发挥出超常的作用，推动工业设计的智能化发展。工业零配件设计在智能化发展的道路上，可以开展产教融合，与高校建立战略性合作伙伴关系，借助工业设计行业协会的平台资源，组织和开展技术培训和公共服务平台的方式，接触到最前沿的理论和方法，运用产业发展的最新需求和变化来推动基础领域的突破，以实现不同场景的融合，将产品场景、产业场景和社会场景结合在一起。

在工业设计中，不同的设计师会采取不同的设计工具，设计师可以按照自身需求，减少工具的选择时间，设计出更多优秀的作品。其中，3D 打印技术相较于传统的设计方式有着更高的精确度和强度，整体成本耗费更低，在小批量工业零配件设计中可以完全忽略模具、时间、空间的影响，随时调整生产计划和要求。另外，高校开展智能化辅助设计研究，支持企业和高校发展CAD技术，开展工业零配件库，对线上CMF 材料库智能检索，还可以建立工业设计云服务，涵盖工业零配件创意、设计、研发和制造等全流程，面向平台内相关企业提供资源共享和数据服务。

4.3 全产业链化

工业设计在民众的认知度仍然较低，而在企业却处于“说起来重要、做起来次要、忙起来不要”的尴尬境地，于是导致相关企业普遍缺乏核心竞争力，其本质原因在于缺少产业链的支撑，停留在纸上谈兵的阶段，缺乏整体设计方案的主动权。这就要求工业设计中心要以整合产品功能、结构、工艺和信息化相结合，为工业制造业提供高端设计服务，以产品全周期和设计全过程开展工业零配件工业设计，并通过产业实践，运用更多的规模和资源构建高效协同的体系，以推动工业零配件工业设计的产业化发展。在新时代背景下，借助制造业管理体系，将工业设计、智能制造和技术研究结合在一起，推动服务化进程。

全产业链化设计模式是以产业共赢为发展目标，在开放式的创新平台，实现行业共享，推动构建高效协同的生态体系，让更多从业者、企业、高校、研究者共同进入，推动工业零配件工业设计的产业化进程。未来工业设计融合是必然趋势：一是，从垂直领域深挖工业零配件设计的价值和创新，形成以工业产品为核心的深耕发展；二是，从纵向领域形成以平台式的产业链延伸，从上游原材料到中游结构设计到终端用户需求，逐步向全国范围过渡；三是，以全产业链和全球化布局为特征，形成社会级的平台化发展阶段。

5 结语

在新一轮的工业革命浪潮下，制造业企业为了实现全球化和多元化的业务目标，迫切从传统模式转向智能化时代，工业零配件的设计思路也不再局限于单一产品，逐步引入以用户为中心的工业设计思维，关注零配件设计的细节，以及整个应用场景和产业生态的变化。而在新的制造业体系下，复杂工业产品设计思路越来越偏向于平台化设计，需要坚持以用户为中心的整体思维，运用创造性的设计思维，树立平台化的发展思维，全面优化工业零配件设计的内容、工艺和方法，结合最新的理论和方法，设计出具有生命力、创造力的产品，朝着平台化、智能化和全产业链化的方向拓展。未来十年，工业零配件设计要始终抱着开放共享、协同高效的精神，带动工业产品全产业链的创新发展，并朝着人工智能、智能制造、开放式平台的重点方向开展设计工作，使业务流程更加标准化和规范化，打造国内一流的工业设计创新平台。