云環(huán)境下的工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)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(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450002）

0 引言

長(zhǎng)久以來(lái)，國(guó)內(nèi)的企業(yè)關(guān)注更多的是產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量，對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)注及投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，工程設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)脫節(jié)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)含量低下，直接導(dǎo)致產(chǎn)品的附加價(jià)值不高，無(wú)法形成一流實(shí)力的國(guó)際品牌，工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)融合，必是要解決的基礎(chǔ)問(wèn)題。

1 工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)及其銜接問(wèn)題

1.1 工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)

產(chǎn)品存在的意義即是其功能與形式，一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)對(duì)的是其形式及功能規(guī)劃，而工程設(shè)計(jì)針對(duì)的是產(chǎn)品的構(gòu)成及其功能的實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，他們有著本質(zhì)的區(qū)別：

1）工業(yè)設(shè)計(jì)主“外”，工程設(shè)計(jì)主“內(nèi)”

工業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)注更多的是產(chǎn)品的外形，功能的設(shè)計(jì)規(guī)劃，基本相當(dāng)于設(shè)計(jì)藍(lán)圖。而工程設(shè)計(jì)則是把設(shè)計(jì)藍(lán)圖變成實(shí)物的途徑，加上后續(xù)的制造，藍(lán)圖即可變成實(shí)物產(chǎn)品。

2）工業(yè)設(shè)計(jì)重“感覺(jué)”，工程設(shè)計(jì)重“技術(shù)”

工業(yè)設(shè)計(jì)研究核心是人—產(chǎn)品—環(huán)境之間的相互關(guān)系及作用，關(guān)注的是人能用產(chǎn)品做什么，產(chǎn)品會(huì)對(duì)人帶來(lái)什么感覺(jué)與影響，與環(huán)境的作用等；工程設(shè)計(jì)研究的核心是如何把某一產(chǎn)品變成具體的工程圖紙以便生產(chǎn)，需要工程技術(shù)理論與經(jīng)驗(yàn)。

3）工業(yè)設(shè)計(jì)人員與工程設(shè)計(jì)人員思維方式及知識(shí)結(jié)構(gòu)不同[1]

由于關(guān)注點(diǎn)不同，工業(yè)設(shè)計(jì)人員要具備較強(qiáng)的想象力、創(chuàng)造力及表現(xiàn)力，來(lái)表現(xiàn)產(chǎn)品的外在形式；但工程設(shè)計(jì)人員需要更多的邏輯推理能力及運(yùn)算能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)。知識(shí)結(jié)構(gòu)方面，從我國(guó)過(guò)去的教育體系來(lái)看，工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)大都是分割開來(lái)的，兩個(gè)領(lǐng)域互不理解，造成了工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)銜接困難。近年來(lái)，教育體系上雖有改善，但是專業(yè)教育依然存在本質(zhì)區(qū)別。

1.2 設(shè)計(jì)銜接的重要性

產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中實(shí)際成本估算如圖1所示，對(duì)于產(chǎn)品生命周期有限而又競(jìng)爭(zhēng)激烈的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，延遲六個(gè)月上市的產(chǎn)品損失是可怕的，大約占據(jù)所有利潤(rùn)的33%；如果不得已而必須降價(jià)10%，則會(huì)損失15%的利潤(rùn)；若超出成本10%，損失大約是4%，研發(fā)成本高出50%，總利潤(rùn)才降低2%。由此可見，在以上因素中，損失利潤(rùn)最大的因素是沒(méi)有按計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)完成任務(wù)，產(chǎn)品開發(fā)中任何環(huán)節(jié)延誤開發(fā)周期都會(huì)造成很大的損失。

由此可見，工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)的確存在專業(yè)鴻溝，但是，產(chǎn)品是特定的，是工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)結(jié)合的產(chǎn)物。如果工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的銜接不暢，會(huì)造成嚴(yán)重后果：

1）銜接不暢會(huì)直接影響產(chǎn)品的開發(fā)周期，增加產(chǎn)品的開發(fā)成本。

2）銜接不暢會(huì)造成工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的不一致。不一致表現(xiàn)在產(chǎn)品效果圖在實(shí)際工程設(shè)計(jì)及后續(xù)加工中加工不出來(lái)或者成本太高；或者工業(yè)設(shè)計(jì)人員和工程設(shè)計(jì)人員對(duì)某些形態(tài)特征理解不同，造成產(chǎn)品效果圖與實(shí)際產(chǎn)品相差甚遠(yuǎn)，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。

工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)銜接的程度高低，直接影響著產(chǎn)品的品質(zhì)、產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間，最終影響著產(chǎn)品的生命力。

圖1 產(chǎn)品開發(fā)問(wèn)題所需付出的成本

1.3 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中不利于銜接因素探討

1）工業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)中缺少工程技術(shù)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)支持，造型產(chǎn)品不利于后期制造加工

受思維方式及知識(shí)體系影響，工業(yè)設(shè)計(jì)人員往往把精力集中在標(biāo)新立異的產(chǎn)品形態(tài)上，在此過(guò)程中，工程技術(shù)人員沒(méi)有及時(shí)參與進(jìn)來(lái)，或者工業(yè)設(shè)計(jì)人員缺乏與工程技術(shù)人員溝通，有可能造成產(chǎn)品的某些特征過(guò)于異形，加工代價(jià)高昂或者難以加工；也可能由于受力、剛性等問(wèn)題造成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，致使設(shè)計(jì)方案反復(fù)修改，延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。

2）計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)銜接應(yīng)用中還不夠成熟

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前工業(yè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)產(chǎn)品所采用的軟件系統(tǒng)與工程設(shè)計(jì)師所采用的軟件系統(tǒng)大部分都是相互獨(dú)立的，軟件系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)溝通還不能無(wú)縫銜接，產(chǎn)品形態(tài)轉(zhuǎn)換工程中有部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，偶爾會(huì)造成設(shè)計(jì)概念的“走形”。

2 設(shè)計(jì)銜接應(yīng)對(duì)措施的提出與探討

隨著云技術(shù)的出現(xiàn)，云制造與云設(shè)計(jì)的概念被相繼提了出來(lái)并逐漸得到應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造更加依賴新技術(shù)，云設(shè)計(jì)系統(tǒng)與云制造系統(tǒng)整合，為設(shè)計(jì)銜接鋪平了道路。

2.1 云設(shè)計(jì)概念[2]

1）云設(shè)計(jì)的定義

所謂云設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是面向云制造，融合現(xiàn)代設(shè)計(jì)、信息化制造、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能化、綠色化和情感化等技術(shù)于一體的產(chǎn)品服務(wù)設(shè)計(jì)。云設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一種新模式。

2）云設(shè)計(jì)體系構(gòu)架

圖2 云設(shè)計(jì)體系構(gòu)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(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺(tái)，按用戶需求組織網(wǎng)上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。

云制造技術(shù)將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造和服務(wù)技術(shù)同云計(jì)算、云安全、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)各類制造資源（制造硬設(shè)備、計(jì)算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)等）統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng)，為制造全生命周期過(guò)程提供可隨時(shí)獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的各類制造活動(dòng)服務(wù)。

2）云制造體系構(gòu)架

云制造體系構(gòu)架如圖3所示。

圖3 云制造體系構(gòu)架

2.3 云環(huán)境中工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)銜接探討

工業(yè)設(shè)計(jì)所側(cè)重的功能劃分、產(chǎn)品外觀形態(tài)、材料、裝飾，工程設(shè)計(jì)所側(cè)重的產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行原理及結(jié)構(gòu)、工藝公差裝配力學(xué)校核等，在云環(huán)境中，可以將以上相關(guān)因素通過(guò)以下三個(gè)方面的相關(guān)優(yōu)化進(jìn)行較好的融合。

2.3.1 設(shè)計(jì)方法方面[4]

1）采用面向裝配（DFA）、面向制造的設(shè)計(jì)（DFM）

面向裝配與制造的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前期要全面地考慮下游設(shè)計(jì)，同時(shí)利用工程技術(shù)元素來(lái)創(chuàng)新產(chǎn)品的造型，利用外觀結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新帶動(dòng)產(chǎn)品造型的創(chuàng)新，這不僅有利于提高產(chǎn)品可靠性、可維護(hù)性、美觀性、用戶友好性等，而且更利于設(shè)計(jì)與制造的銜接。

2）以產(chǎn)品材料為工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)的銜接點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)

材料是產(chǎn)品的物質(zhì)體現(xiàn)基礎(chǔ)。工程設(shè)計(jì)人員考慮的主要是材料的硬度、強(qiáng)度、表面特性等，然而工業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)材料的力學(xué)與化學(xué)性能只是感性認(rèn)識(shí)，他們主要考慮的是材料肌理對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的感覺(jué)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)人員與工業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)才材料的認(rèn)識(shí)、選擇統(tǒng)一起來(lái)有助于提高產(chǎn)品的造型美、可靠性、可加工性。

2.3.2 設(shè)計(jì)工具方面

CAD技術(shù)及云技術(shù)的發(fā)展，使得工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)軟件和工程設(shè)計(jì)相關(guān)軟件結(jié)合更加緊密，為工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)的銜接打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)今世界先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件Alias能夠支持大型工程軟件UG、CATIA、Pro/E等的數(shù)據(jù)信息，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型可以直接被工程設(shè)計(jì)軟件讀取，降低或者避免模型轉(zhuǎn)換過(guò)程中的數(shù)據(jù)丟失，工業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型就不會(huì)被工程設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品形態(tài)方面產(chǎn)生誤解，而且能夠針對(duì)具體模型進(jìn)行溝通，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，降低設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)修改的成本，異地協(xié)同設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)銜接會(huì)更加順暢。

2.3.3 設(shè)計(jì)人員知識(shí)方面

工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)銜接不暢的最直接表現(xiàn)就是相關(guān)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中溝通、認(rèn)識(shí)存在差異。在云環(huán)境中，豐富全面的知識(shí)資源以及方便快捷的即時(shí)溝通，可以使得工業(yè)設(shè)計(jì)人員輕易搞懂工程設(shè)計(jì)人員的思路及想法，工程設(shè)計(jì)人員同樣即時(shí)理解工業(yè)設(shè)計(jì)人員的理念，形成無(wú)差異認(rèn)識(shí)，避免設(shè)計(jì)沖突。

3 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到如今，云才是真正資源共享的核心。我們研究云設(shè)計(jì)及云制造會(huì)發(fā)現(xiàn)，工程設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)與制造資源的共享，設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)工具基于云理論的改進(jìn)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員的有效溝通，即可使工程設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)順利的銜接起來(lái)。

[1] 時(shí)陽(yáng),吳瓊.產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)工科生與藝術(shù)生的交流[J].現(xiàn)代裝飾(理論). 2013.03：219-220.

[2] 陸繼翔,陸長(zhǎng)德,王平.初論云設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2013.01：5-8.

[3] 李伯虎,張霖,王時(shí)龍,等.云制造——面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造新模式[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010.01：1-7.

[4] 李陵,陳波,張海波.工程技術(shù)設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)的銜接研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2008.02：77-80.