探討工業4.0概念下的工業設計變化

“工業4.0”成了全球工業領域的一個熱門話題。“工業4.0”是德國在2011年漢諾威工業博覽會上提出的概念。它指出了信息化時代，德國制造業未來的發展方向和趨勢。美國、日本等發達國家也提出了類似的理念來發展制造業。而制造業的轉變，必然會引起息息相關的工業設計行業的改變，這些轉變又將給制造業帶來更多的創意和產品。所以關注工業4.0概念下工業設計的變化，將會推動國內的工業設計的發展。

1.工業設計4.0的概念、主題與特點

德國是制造業強國，但在信息化的時代，傳統制造業的競爭優勢面臨各方的挑戰，為了鞏固其制造業的競爭優勢地位，所以提出了工業4.0概念。

工業4.0概念由德國人于2011年漢諾威工業博覽會提出，旨在將制造領域中的資源、信息、物品與人相互關聯，形成“信息物理系統”（Cyber-Physical System，CPS），通過整合網絡信息與物理系統，從而改變工業生產模式，實現高度個性化和數字化的智能生產方式，推動德國的工業生產制造業進一步向智能化的方向升級。它的基礎是互聯網、大數據、云計算和物聯網等技術，意在將傳統工業生產與現代信息技術相結合，推動生產方式的變革。

2.工業4.0的主題與變化

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

智慧工廠：智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段，其核心是工業自動化和信息化的高度整合，即基于CPS實現智能化的生產系統，工業4.0概念下，產品生命周期和制造流程實現可視化，生產可控性提高，風險降低。

智能生產：將CPS運用到生產制造過程中，形成一個高度靈活、個性化、數字化的動態配置生產模式，使得傳統的產品設計、開發、生產方式得到改變，產品的研發和生產時間將大大減少，生產效率大步提高。

3.工業4.0下制造業的變化

（1）高度定制

工業4.0下的生產模式允許用戶從設計、材料采購、加工制造、物流配送等環節實現高度個性化定制，從而滿足不同的用戶個性化的需求

（2）按需生產

傳統的生產制造需要企業去預估市場的需求，這樣的方式有很大的缺陷和盲目性，也會導致生產過剩和環境污染的問題。而在工業4.0的概念下，企業可以獲得用戶準確的需求，能夠按照用戶的需求生產產品。

（3）生產方式的靈活性

工業4.0采用動態配置的生產方式，從事作業的機器人能夠訪問網絡相關信息和數據，自主切換生產方式以及更換生產材料，從而調整成為最匹配模式的生產作業。與傳統生產方式不同，動態配置的生產方式在生產之前或者生產過程中，能夠實現為每個客戶從產品設計到物流配送環節進行不同的方案設計，并且允許用戶在生產的過程中更改最初的設計方案。另外，不同于傳統的大批量生產方式，工業4.0可實現小批量、多批次的生產。

①生產效率提高。工業4.0的基礎是建立在機械自動化和信息化基礎上的，所以未來絕大部分傳統的勞動力將會被機械化取代，信息的傳遞變得更加方便、快速，生產效率將變得更高。另外，由于信息化的融入，使得傳統線性的產品開發和生產方式得以改變，研發時間和生產時間將大大減少。②智能化。工業4.0下，物聯網技術在生產過程中發揮巨大的作用。它能使生產過程透明化，生產過程可控化，并能精確控制產能， 降低企業生產成本，提高管理效率。③工業4.0之前的工業設計。著名科學家揚振寧博士指出：“21世紀將是工業設計世紀，一個不重視工業設計的國家將是落伍者。”工業設計是傳統制造業生產過程中必不可少的一個環節，它幫助企業針對市場和客戶的需求，通過研究產品的功能與使用方法等，提出設計方案，解決生產技術、加工工藝與材料的問題，降低原材料的使用量與成本，提高產品的裝配效率等等，使產品能夠為企業創造價值與利潤，所以工業設計的作用不容小覷。

傳統制造企業中工業設計師的工作內容和流程主要包括市場需求分析，構思設計方案，優化方案，結構實現，原型制作，小批量試制與驗證，正式投產等環節。

傳統企業里產品設計研發需要耗費大量的時間和精力，由于市場需求的準確度不夠和市場需求的快速變化等因素，不可避免的會開發出不對市場需求的產品，這也會導致企業利益受損。如何提高設計的價值，將會是工業4.0概念下值得研究與思考的問題。

4.工業4.0概念下的工業設計的變化

工業4.0時代，運用CPS可以獲得用戶準確的需求，從而減少了傳統設計流程中用戶需求調查所需的大量時間。獲取用戶準確的需求后，設計的目標更加的明確，設計方案也將更匹配用戶需求。工業4.0允許用戶高度個性化定制，未來將會出現一款手機有成百上千的款式的情形，所以市場對設計服務的需求將更大，企業也將需要更多從業人員。3d打印技術和其他加工技術的發展，結合工業4.0的概念，設計師在構思設計方案時所受到的結構和加工工藝的限制變少，設計師能夠更大程度的發揮自己的創意。智能化的生產方式，使得設計師能夠在獲得用戶需求后設計出準確的產品，而傳統流程中的結構實現、原型制作評估和小批量試制流程也將被軟件模擬所替代，所以設計流程將大大的縮短。工業4.0下，工業設計對企業的作用將會變得越來越重要。

（作者單位：浙江理工大學藝術與設計學院）