云環(huán)境下的工業(yè)設計與工程設計銜接研究

李立偉，吳 超，朱茹敏

LI Li-wei1, WU Chao2, ZHU Ru-min3

（鄭州輕工業(yè)學院 機電工程學院，鄭州 450002）

0 引言

長久以來，國內的企業(yè)關注更多的是產品的質量及產量，對設計的關注及投入遠遠不足，工程設計與工業(yè)設計脫節(jié)，產品設計含量低下，直接導致產品的附加價值不高，無法形成一流實力的國際品牌，工業(yè)設計與工程設計融合，必是要解決的基礎問題。

1 工業(yè)設計與工程設計及其銜接問題

1.1 工業(yè)設計與工程設計

產品存在的意義即是其功能與形式，一般來說，工業(yè)設計準對的是其形式及功能規(guī)劃，而工程設計針對的是產品的構成及其功能的實現。具體來說，他們有著本質的區(qū)別：

1）工業(yè)設計主“外”，工程設計主“內”

工業(yè)設計關注更多的是產品的外形，功能的設計規(guī)劃，基本相當于設計藍圖。而工程設計則是把設計藍圖變成實物的途徑，加上后續(xù)的制造，藍圖即可變成實物產品。

2）工業(yè)設計重“感覺”，工程設計重“技術”

工業(yè)設計研究核心是人—產品—環(huán)境之間的相互關系及作用，關注的是人能用產品做什么，產品會對人帶來什么感覺與影響，與環(huán)境的作用等；工程設計研究的核心是如何把某一產品變成具體的工程圖紙以便生產，需要工程技術理論與經驗。

3）工業(yè)設計人員與工程設計人員思維方式及知識結構不同[1]

由于關注點不同，工業(yè)設計人員要具備較強的想象力、創(chuàng)造力及表現力，來表現產品的外在形式；但工程設計人員需要更多的邏輯推理能力及運算能力，來實現產品的內在結構及功能實現。知識結構方面，從我國過去的教育體系來看，工業(yè)設計與工程設計大都是分割開來的，兩個領域互不理解，造成了工業(yè)設計與工程設計銜接困難。近年來，教育體系上雖有改善，但是專業(yè)教育依然存在本質區(qū)別。

1.2 設計銜接的重要性

產品開發(fā)過程中實際成本估算如圖1所示，對于產品生命周期有限而又競爭激烈的產品來說，延遲六個月上市的產品損失是可怕的，大約占據所有利潤的33%；如果不得已而必須降價10%，則會損失15%的利潤；若超出成本10%，損失大約是4%，研發(fā)成本高出50%，總利潤才降低2%。由此可見，在以上因素中，損失利潤最大的因素是沒有按計劃準時完成任務，產品開發(fā)中任何環(huán)節(jié)延誤開發(fā)周期都會造成很大的損失。

由此可見，工業(yè)設計和工程設計的確存在專業(yè)鴻溝，但是，產品是特定的，是工業(yè)設計和工程設計結合的產物。如果工業(yè)設計與工程設計的銜接不暢，會造成嚴重后果：

1）銜接不暢會直接影響產品的開發(fā)周期，增加產品的開發(fā)成本。

2）銜接不暢會造成工業(yè)設計與工程設計的不一致。不一致表現在產品效果圖在實際工程設計及后續(xù)加工中加工不出來或者成本太高；或者工業(yè)設計人員和工程設計人員對某些形態(tài)特征理解不同，造成產品效果圖與實際產品相差甚遠，最終影響產品質量。

工業(yè)設計與工程設計銜接的程度高低，直接影響著產品的品質、產品推向市場的時間，最終影響著產品的生命力。

圖1 產品開發(fā)問題所需付出的成本

1.3 傳統(tǒng)設計中不利于銜接因素探討

1）工業(yè)設計人員設計中缺少工程技術知識與經驗支持，造型產品不利于后期制造加工

受思維方式及知識體系影響，工業(yè)設計人員往往把精力集中在標新立異的產品形態(tài)上，在此過程中，工程技術人員沒有及時參與進來，或者工業(yè)設計人員缺乏與工程技術人員溝通，有可能造成產品的某些特征過于異形，加工代價高昂或者難以加工；也可能由于受力、剛性等問題造成產品的結構無法順利實現產品的功能，致使設計方案反復修改，延長產品開發(fā)周期。

2）計算機技術在設計銜接應用中還不夠成熟

現代產品設計及制造依賴于計算機技術。目前工業(yè)設計師設計產品所采用的軟件系統(tǒng)與工程設計師所采用的軟件系統(tǒng)大部分都是相互獨立的，軟件系統(tǒng)之間數據溝通還不能無縫銜接，產品形態(tài)轉換工程中有部分數據丟失，偶爾會造成設計概念的“走形”。

2 設計銜接應對措施的提出與探討

隨著云技術的出現，云制造與云設計的概念被相繼提了出來并逐漸得到應用，產品的設計及制造更加依賴新技術，云設計系統(tǒng)與云制造系統(tǒng)整合，為設計銜接鋪平了道路。

2.1 云設計概念[2]

1）云設計的定義

所謂云設計應當是面向云制造，融合現代設計、信息化制造、云計算、物聯網、智能化、綠色化和情感化等技術于一體的產品服務設計。云設計是現代設計的一種新模式。

2）云設計體系構架

圖2 云設計體系構架

2.2 云制造概念[3]

1）云制造的定義

云制造是一種利用網絡和云制造服務平臺，按用戶需求組織網上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務的一種網絡化制造新模式。

云制造技術將現有網絡化制造和服務技術同云計算、云安全、高性能計算、物聯網等技術融合，實現各類制造資源（制造硬設備、計算系統(tǒng)、軟件、模型、數據、知識等）統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經營，為制造全生命周期過程提供可隨時獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質廉價的各類制造活動服務。

2）云制造體系構架

云制造體系構架如圖3所示。

圖3 云制造體系構架

2.3 云環(huán)境中工業(yè)設計與工程設計銜接探討

工業(yè)設計所側重的功能劃分、產品外觀形態(tài)、材料、裝飾，工程設計所側重的產品功能實現、運行原理及結構、工藝公差裝配力學校核等，在云環(huán)境中，可以將以上相關因素通過以下三個方面的相關優(yōu)化進行較好的融合。

2.3.1 設計方法方面[4]

1）采用面向裝配（DFA）、面向制造的設計（DFM）

面向裝配與制造的設計要求設計人員在設計前期要全面地考慮下游設計，同時利用工程技術元素來創(chuàng)新產品的造型，利用外觀結構的創(chuàng)新帶動產品造型的創(chuàng)新，這不僅有利于提高產品可靠性、可維護性、美觀性、用戶友好性等，而且更利于設計與制造的銜接。

2）以產品材料為工業(yè)設計和工程設計的銜接點進行設計

材料是產品的物質體現基礎。工程設計人員考慮的主要是材料的硬度、強度、表面特性等，然而工業(yè)設計人員對材料的力學與化學性能只是感性認識，他們主要考慮的是材料肌理對產品形態(tài)的感覺。在產品設計中，工程設計人員與工業(yè)設計人員對才材料的認識、選擇統(tǒng)一起來有助于提高產品的造型美、可靠性、可加工性。

2.3.2 設計工具方面

CAD技術及云技術的發(fā)展，使得工業(yè)設計相關軟件和工程設計相關軟件結合更加緊密，為工業(yè)設計和工程設計的銜接打下了堅實的基礎。當今世界先進的工業(yè)設計軟件Alias能夠支持大型工程軟件UG、CATIA、Pro/E等的數據信息，產品設計模型可以直接被工程設計軟件讀取，降低或者避免模型轉換過程中的數據丟失，工業(yè)設計人員設計的產品模型就不會被工程設計人員在產品形態(tài)方面產生誤解，而且能夠針對具體模型進行溝通，及早發(fā)現設計中存在的問題，降低設計過程中反復修改的成本，異地協同設計得以實現，設計銜接會更加順暢。

2.3.3 設計人員知識方面

工業(yè)設計與工程設計銜接不暢的最直接表現就是相關人員在設計過程中溝通、認識存在差異。在云環(huán)境中，豐富全面的知識資源以及方便快捷的即時溝通，可以使得工業(yè)設計人員輕易搞懂工程設計人員的思路及想法，工程設計人員同樣即時理解工業(yè)設計人員的理念，形成無差異認識，避免設計沖突。

3 結束語

計算機及互聯網技術發(fā)展到如今，云才是真正資源共享的核心。我們研究云設計及云制造會發(fā)現，工程設計與工業(yè)設計脫節(jié)的根本原因即是資源信息流通不暢造成的，在云環(huán)境中，通過設計與制造資源的共享，設計方法與設計工具基于云理論的改進，強化設計人員的有效溝通，即可使工程設計、工業(yè)設計順利的銜接起來。

[1] 時陽,吳瓊.產品設計實踐中工業(yè)設計專業(yè)工科生與藝術生的交流[J].現代裝飾(理論). 2013.03：219-220.

[2] 陸繼翔,陸長德,王平.初論云設計[J].計算機仿真,2013.01：5-8.

[3] 李伯虎,張霖,王時龍,等.云制造——面向服務的網絡化制造新模式[J].計算機集成制造系統(tǒng),2010.01：1-7.

[4] 李陵,陳波,張海波.工程技術設計與工業(yè)設計的銜接研究[J].機械研究與應用,2008.02：77-80.