對工業設計領域中的工程選材探討

王永耀

摘要：工業設計需要以工學、經濟學、美學為基礎，工程材料屬于其中重點，具體實踐需保證工程材料性能可以滿足設計需要?；诖耍疚膶⒑唵畏治龉I設計領域中的工程選材方法，并從兩方面深入探討工業設計領域中的工程選材策略，以供相關業內人士參考。

關鍵詞：工業設計;可持續發展;知情構造理論

前言：

在大規模開發的材料資源支持下，工程材料因使用優秀的性能與工藝得到廣泛應用，基于安全、審美、經濟、環保、技術等因素的工程選材也受到廣泛關注。為保證工程選材科學性，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1工業設計領域中的工程選材方法

1.1傳統選材方法

所謂工業設計領域的傳統選材，指的是以工業設計師掌握常用工程材料特征和具體材料分類時，參照設計經驗開展的工程選材，傳統選材方法可細分為三類：第一，經驗選材。工業設計師可基于手冊、習慣、經驗等選用工程材料，這種方法存在較高主觀性，很多時候不會開展力學方面的計算與測試，隨意選擇常用材料的結構或零件選材也較為常見，這使得經驗選材方法在滿足工業設計需求方面往往存在一定欠缺;第二，試錯選材。試錯選材也被稱作“配方法”或“炒菜法”，在新型工程材料的研究與開發過程中，試錯選材的應用較為普遍，該選材方法的資源、人力消耗較大，且耗時較長，逐漸無法適應不斷加快的工程材料開發速度;第三，行業傳統選材?？山Y合工業設計行業經驗，及工業產品的便捷性及可行性選材，多數情況不進行力學相關計算，僅結合行業傳統習慣完成最終材料選擇[1]。

1.2半經驗選材方法

結合工業設計師的習慣、選材經驗及工程材料特點，半經驗選材方法在應用中能夠更為科學有序進行選材，這類方法的應用需充分了解工業設計產品，常用的半經驗選材方法如下所示：第一，篩選法選材?；趯こ滩牧系某醪搅私夂凸ぷ鹘涷?，工業設計師可首先劃定候選材料范圍，之后結合產品功能需求和設計要求綜合考察各類材料，最終完成工程材料選擇;第二，類比法選材。結合同類工業產品選材經驗，類比法選材可結合不同尺寸、不同產品用材開展針對性的對比分析，有目的選材能夠在保證工業產品需求和性能的前提下科學推進，對比分析能夠在選材過程中實現。但值得注意的是，類比法選材需要工業設計師具備更高的專業知識水平，這一水平直接影響選材質量。

1.3現代選材方法

隨著信息技術的快速發展，現代選材方法在工業設計領域的應用也日趨廣泛，典型的現代選材方法包括：第一，綜合評價法選材。該方法需要對多個評價指標進行構建，評價可圍繞具體設計對象開展，能夠反映整體情況的綜合指標可順利獲取。綜合評價法選材的具體應用需要開展候選材料篩選，之后進行針對性的評價與處理，材料優劣順序可最終確定;第二，專家系統選材。結合人工智能、大數據等信息技術，專家系統選材可通過算法、軟件實現推理選材，不斷更新和補充的知識學習數據庫需在其中發揮重要作用;第三，數據庫輔助選材。定量分析屬于工業設計領域現代選材方法的核心所在，因此可通過建設相關數據庫提供數據處理和查詢服務，為選材工作提供輔助。

2工業設計領域中的工程選材策略

2.1基于可持續發展的選材策略

工業設計領域中的工程選材除采用上述方法外，還可以結合可持續發展需要，以此結合材料工藝和特性，兼顧環境屬性進行工程選材，該策略的具體應用需關注以下幾方面要點：第一，優選綠色材料?；谌祟惤】岛铜h境優化目標，工業設計師需結合材料發展趨勢及具體特性，優選環保、無害的材料，如硅藻泥涂料、樹木纖維、秸稈材料等;第二，降低材料種類?，F階段我國工業設計領域應用的制造技術較為多樣，智能化的制造業發展趨勢也日漸明顯，為滿足智能化生產需要，參照智能化、模塊化、參數化的工業產品設計，應設法減少材料種類，以此規避重復設計、縮短設計周期、降低環境和制造成本、簡化產品結構、降低再生難度;第三，選擇可分解性材料。堆肥、焚燒、填埋、資源化屬于現階段我國主要垃圾處理方式，為降低工業設計領域工程選材對環境造成的負擔，可從垃圾處理角度思考，適當選擇淀粉塑料等可分解性材料;第四，選擇可再生材料。基于成本節約與環境保護考慮，工業設計領域中的工程選材還應優選可再生材料，這類材料對資源的消耗較小，對環境的污染較低，同時可考慮選擇不加任何涂鍍的原材料進行工業設計，進一步降低環境污染。

2.2基于知情構造理論的選材策略

工業設計領域中的工程選材還可以應用知情構造理論，該方法最早用于建筑領域，通過對設計組分間相互聯系的強化，通過數據計算即可在設計組分間相互提供設計信息，該理論能夠在工業設計中結合材料計算與制造技術、應力大小等因素，以此在工業設計過程中作為設計變量輸入，設計模型可基于材料性質基礎形成。工業產品的結構性能在很大程度上由材料性質決定，產品形式則由結構性能決定，材質的表達會受到作為設計變量輸入的結構、形式計算過程限制。對屬于早期工業產品設計生成階段的形式、材質、結構設計成分來說，產品設計初期技術人員與設計人員需要加強協作，設計實踐可通過材質數據計算得到支持，這不僅能夠為工程選材提供依據，在設計難度降低、工業產品制作周期節約方面也有著出色表現。在具體實踐中，需結合工業設計建設知情構造材料選材模型，該模型負責對選材受到的用戶需求影響進行研究，材料屬性可結合知情構造理論開展定量化分析。在模型的具體應用中，需結合每項用戶需求，通過規則推理方法開展對應材料屬性需求匹配，材料屬性主觀權重基于質量無法確定，材料屬性客觀權重計算可使用競爭性評估的熵分析法，以此完成綜合權重計算，各備選材料通過模糊綜合評價計算確定綜合得分，工業設計的最合適工程材料可最終確定。在知情構造環節，基于知情構造理論的選材策略需圍繞應力環境、需求信息、制造技術等開展材料計算，工業產品設計則需要圍繞材料選擇、可靠性分析、外觀設計、結構設計、可持續設計、生命周期評估等方面開展具體研究，同時將顧客需求向功能需求、材料屬性需求轉換，并結合環保性、經濟性、工藝性、使用性、美學性等原則進行材料選擇，在用戶需求調研和需求挖掘、市場數據收集支持下，開展權重計算與材料屬性多目標決策，工業設計領域中的工程選材即可在知情構造材料選材模型支持下高質量完成，圖1為知情構造材料選擇模型。

值得注意的是，為保證基于知情構造理論的選材策略應用取得預期效果，具體實踐還應關注材料規則庫的建設，需保證其具備優秀良好的泛化能力，解決策略應用可能出現的數據冗余、資料匹配度低等問題。

結論：綜上所述，工業設計領域中的工程選材需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的基于可持續發展選材策略、基于知情構造理論選材策略等內容，則提供了可行性較高的工業選材路徑。為更好滿足工業設計需要，圍繞智能化選材技術開展的相關探索必須得到重視。

參考文獻：

[1]畢永強.機械產品設計中材料的選擇及應用探討[J].內燃機與配件，2020（11）：215-216.

[2]韓珍玉.基于LCA的機械產品綠色設計中材料優化選擇評價研究[J].組合機床與自動化加工技術，2018（10）：68-72.