“工業(yè)4.0”時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的特色與教學(xué)變革 *

余森林YU Senlin湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430068 （Hubei University of Technology ， 430068 Wuhan）

“工業(yè)4.0”時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的特色與教學(xué)變革 *

余森林YU Senlin
湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430068 （Hubei University of Technology ， 430068 Wuhan）

“工業(yè)4.0”對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在工業(yè)化與信息化高度融合的智能時(shí)代，工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象具有信息化、智能化、定制化等特色。這些特色將極大地促進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教師團(tuán)隊(duì)、學(xué)習(xí)方式的發(fā)展與變革。

工業(yè)4.0；工業(yè)設(shè)計(jì)；特色；教學(xué)發(fā)展

一、“工業(yè)4.0”為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部率先提出了“工業(yè)4.0”概念。該概念描繪了制造業(yè)的未來愿景，指出繼機(jī)械化、電氣化與信息化三次工業(yè)革命之后，人類將迎來以信息物理融合系統(tǒng)為基礎(chǔ)的第四次工業(yè)革命，其特點(diǎn)是工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

“工業(yè)4.0”概念一經(jīng)提出，便在全球范圍內(nèi)引起了極大的反響、關(guān)注，甚至是認(rèn)同，這是因?yàn)椤肮I(yè)4.0”對(duì)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。受此啟發(fā)，中國政府適時(shí)地提出了中國版的“工業(yè)4.0計(jì)劃”——“中國制造2025”，而其核心內(nèi)容就是強(qiáng)調(diào)“工業(yè)化”與“信息化”的深度融合，構(gòu)建信息交互的智慧工廠和智能生產(chǎn)。

“工業(yè)4.0”理念對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展更是帶來了機(jī)遇、造就了挑戰(zhàn)。如所周知，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科建構(gòu)建在“工業(yè)2.0”的基礎(chǔ)之上，服務(wù)于單向、線性的生產(chǎn)體系，即依據(jù)工廠要求設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品，再將生產(chǎn)好的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。該設(shè)計(jì)模式缺乏柔性與交互性特性；“工業(yè)4.0”時(shí)代的工業(yè)設(shè)計(jì)，卻是要服務(wù)于信息多向交融的智慧工廠，設(shè)計(jì)依據(jù)既有來自末端的消費(fèi)者大數(shù)據(jù)，又有來自頂端的決策管理層判斷，所以是一個(gè)多元信息交流互動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程，富有一定的彈性與智能特性。二者之間的差異，造成了對(duì)往后工業(yè)設(shè)計(jì)的重大挑戰(zhàn)。如何跨越鴻溝，將工業(yè)設(shè)計(jì)有機(jī)融入智慧工廠的生產(chǎn)過程之中，將是工業(yè)設(shè)計(jì)不可或缺的發(fā)展機(jī)遇。

據(jù)此，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)科設(shè)置、專業(yè)發(fā)展方向、課程內(nèi)容等方面必須尋求變革，主動(dòng)適應(yīng)新時(shí)期的新要求，順應(yīng)智能化設(shè)計(jì)制造的大趨勢(shì)，才能培養(yǎng)合格的新時(shí)期的工業(yè)設(shè)計(jì)人才。

二、“工業(yè)4.0”時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的特色

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的特色與發(fā)展，受到國內(nèi)眾多高校的密切關(guān)注。鮮明的專業(yè)特色，既是避免學(xué)生同質(zhì)化的途徑，亦是形成核心競(jìng)爭(zhēng)力的利器，還是保證市場(chǎng)就業(yè)的法寶，因此，高校普遍重視各自的專業(yè)特色。“工業(yè)4.0”時(shí)代，實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界將會(huì)深度融合，物聯(lián)網(wǎng)與智慧工廠將會(huì)成為工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)的對(duì)象。 因此，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)一定會(huì)出現(xiàn)以下特色。

1.信息化

工業(yè)設(shè)計(jì)的信息化特色體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是設(shè)計(jì)工具與手段信息化。當(dāng)今的工業(yè)設(shè)計(jì)師完全依賴于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，無論是繪制平面二維圖形還是三維建模渲染，都離不開計(jì)算機(jī)的信息化處理；二是設(shè)計(jì)任務(wù)的信息化與數(shù)據(jù)化。設(shè)計(jì)師最終輸出的設(shè)計(jì)結(jié)果是高度數(shù)據(jù)化的參數(shù)信息，例如加工尺寸、材料型號(hào)、空間大小等，這些設(shè)計(jì)信息會(huì)在瞬間通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞，而以體現(xiàn)設(shè)計(jì)的價(jià)值；三是設(shè)計(jì)溝通與信息反饋的交互化。“工業(yè)4.0”時(shí)代的價(jià)值鏈將通過大數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者需求信息從下游向上游及時(shí)準(zhǔn)確推送的情形?！叭绻f前三次工業(yè)革命從機(jī)械化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化等方面大幅度地提高了生產(chǎn)力，那么工業(yè)4.0與前三次工業(yè)革命最大的區(qū)別就在于：不再以制造端的生產(chǎn)力需求為起點(diǎn)，而是將用戶端的價(jià)值需求作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的出發(fā)點(diǎn)；改變以往的工業(yè)價(jià)值鏈從生產(chǎn)端向消費(fèi)端、從上游向下游推動(dòng)的模式，從用戶端的價(jià)值需求出發(fā)提供定制化的產(chǎn)品和服務(wù)，并以此作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同目標(biāo)，使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化：這一切的本質(zhì)是工業(yè)視角的轉(zhuǎn)變?！保?］這種工業(yè)視角轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的變革，信息手段的更新促進(jìn)了消費(fèi)者需求信息的獲取，也更新了設(shè)計(jì)依據(jù)的來源與可靠程度。

2.智能化

“工業(yè)4.0”時(shí)代的智慧工廠和智能生產(chǎn)，能夠催生富有“智能”特色的產(chǎn)品，能將相應(yīng)的需要實(shí)施智能化的工業(yè)設(shè)計(jì)。一方面是產(chǎn)品自身具備極高的智能化特性，例如智能吸塵器，在用戶離家之后便自動(dòng)開啟清潔模式，打掃房間的各個(gè)角落，完成任務(wù)后歸位關(guān)機(jī)；另一方面是處理用戶數(shù)據(jù)而具備的智能特性，例如智能手環(huán)或手表，能清晰采集用戶全部的睡眠數(shù)據(jù)，顯示深度睡眠的時(shí)間與深淺睡眠交替的曲線等信息，使睡眠情況一目了然，讓用戶準(zhǔn)確獲知自身的睡眠參數(shù)，并接受適合自身要求的睡眠建議。通過監(jiān)測(cè)不可見的睡眠數(shù)據(jù)，手環(huán)（手表）就成了充滿靈性的健康助手?！啊I(yè)4.0’的另一個(gè)特點(diǎn)就是制造過程和制造價(jià)值向使用過程的延伸，不僅關(guān)注將一個(gè)產(chǎn)品制造出來，而且還重視如何使用好這個(gè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值的最大化。產(chǎn)品的創(chuàng)新和價(jià)值的創(chuàng)造不再以滿足用戶可見的需求為導(dǎo)向，而是要利用用戶的使用數(shù)據(jù)創(chuàng)建使用情景模擬，從情景模擬中找到用戶需求的缺口，這些缺口我們稱之為‘不可見的需求’，對(duì)此即便是用戶自己都很難意識(shí)到?！保?］

我們?cè)僖云囀∮蜑槔?。設(shè)計(jì)師與傳統(tǒng)制造商會(huì)關(guān)注車身重量與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，從汽車的物理特性方面去優(yōu)化油耗。而“工業(yè)4.0”時(shí)代的設(shè)計(jì)，還關(guān)注用戶的不同駕駛習(xí)慣對(duì)油耗的影響，并通過采集分析駕駛過程的數(shù)據(jù)，來建議用戶改用更合理的駕駛習(xí)慣。未來的汽車座椅將會(huì)布滿微型傳感器，能自動(dòng)記錄用戶的坐姿與習(xí)慣，根據(jù)壓力數(shù)據(jù)分布自動(dòng)優(yōu)化座椅造型，提升駕駛的舒適性與安全性。在上下班高峰時(shí)段，汽車還會(huì)根據(jù)交通大數(shù)據(jù)分析并預(yù)測(cè)將要擁堵的線路，及時(shí)為用戶推薦暢通路線。“以往我們將產(chǎn)品賣給客戶之后就幾乎到達(dá)了生產(chǎn)價(jià)值鏈的終點(diǎn)，然而‘工業(yè)4.0’時(shí)代將價(jià)值鏈進(jìn)一步延伸：以產(chǎn)品作為服務(wù)的載體，以使用數(shù)據(jù)作為服務(wù)的媒介，在使用過程中不斷挖掘用戶需求的缺口，并利用數(shù)據(jù)挖掘所產(chǎn)生的信息為用戶創(chuàng)造價(jià)值?！保?］如此“聰明”的智能化產(chǎn)品，能夠依據(jù)用戶數(shù)據(jù)，來自動(dòng)生成最佳使用方案，而成為用戶的最好幫手。

3. 定制化

“工業(yè)4.0”時(shí)代信息化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)與3D打印等技術(shù)，為用戶個(gè)性化的定制產(chǎn)品提供了技術(shù)基礎(chǔ)。用戶可以根據(jù)自己的需求，通過互聯(lián)網(wǎng)定制自己專屬的唯一產(chǎn)品，也可以通過DIY形式，融入自己的設(shè)計(jì)意愿，定制自己喜歡的個(gè)性化產(chǎn)品。

每個(gè)人都有買鞋或買衣服的經(jīng)歷，通常情況下，人們很難快速順暢地購買到非常滿意的產(chǎn)品。究其原因，是因?yàn)槊總€(gè)人的身體尺寸與行為習(xí)慣存在差異，不容易采用標(biāo)準(zhǔn)化大批量的生產(chǎn)方式制作的產(chǎn)品以滿足個(gè)人差異化的需求?！斑^去我們買鞋墊只會(huì)問要買多大的尺碼，同一個(gè)尺碼的所有人得到的鞋墊都是相同的。但是我們每一個(gè)人的腳形、體重、站姿、走路習(xí)慣、搭配的鞋類都是不同的，因此不可能有一款鞋墊能夠同時(shí)滿足同一尺碼每一個(gè)人的需求。美國的Dr.Scholl’s公司在賣鞋墊給用戶之前會(huì)先讓用戶站在一個(gè)連接傳感器的踏板上，系統(tǒng)會(huì)記錄用戶站立時(shí)足底的壓力分布，隨即用戶就可以獲得一款定制化的鞋墊?！保?］

再如，裁縫店的師傅在給顧客測(cè)量身體尺寸時(shí)，通常情況下是要求顧客站定身姿，卻忽略了用戶在自如行動(dòng)時(shí)的體驗(yàn)感受。將來測(cè)量身體數(shù)據(jù)時(shí)，用戶穿上帶有傳感器的特制衣服，可自由活動(dòng)，傳感器便自動(dòng)記錄應(yīng)力位置，據(jù)此為用戶定制衣服，真正做到“量體裁衣”。

由此可見，用戶數(shù)據(jù)是定制化產(chǎn)品的重要參數(shù)，“工業(yè)4.0”時(shí)代的制造，通過用戶數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)定制化服務(wù)。用戶數(shù)據(jù)，也是定制化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，定制化的設(shè)計(jì)為高度個(gè)性化的顧客提供專屬貼心的產(chǎn)品及服務(wù)。

三、“工業(yè)4.0”時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)變革

1.課程體系與教學(xué)內(nèi)容的變革

工業(yè)化與信息化高度融合的“工業(yè)4.0”要求藝術(shù)設(shè)計(jì)教育及時(shí)更新工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科的課程體系與教學(xué)內(nèi)容。除了傳統(tǒng)的美學(xué)、市場(chǎng)學(xué)、材料學(xué)、心理學(xué)的知識(shí)外，課程體系與教學(xué)內(nèi)容中還需要融入信息化、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等知識(shí)環(huán)節(jié)，及時(shí)吸收最新的智能制造與“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)知識(shí)。根據(jù)智慧工廠與智能生產(chǎn)的要求，調(diào)整課程體系與教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造與設(shè)計(jì)的需求。

2.教師團(tuán)隊(duì)與教學(xué)方式的改變

在“工業(yè)4.0”時(shí)代，工業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)將越來越復(fù)雜化，完成設(shè)計(jì)目標(biāo)，就需要多學(xué)科交叉的知識(shí)與技能，也需要多學(xué)科背景的設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)。這些要求，會(huì)現(xiàn)實(shí)地推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科學(xué)術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)與教學(xué)方式的變革。未來的教師團(tuán)隊(duì)，必須熟練掌握高度融合了的計(jì)算機(jī)與信息化知識(shí)，才能構(gòu)建合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，才能緊密合作開展跨學(xué)科的學(xué)術(shù)研究。自下而上的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，知識(shí)的獲取已經(jīng)成為輕松的事情，教學(xué)方式將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒?dòng)的探討模式，以往單純的教師講學(xué)生聽的模式將會(huì)壽終正寢。

3.學(xué)生本位與學(xué)習(xí)方式的發(fā)展

“工業(yè)4.0”時(shí)代的訂制化模式，將開啟學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的新途徑。在互聯(lián)網(wǎng)與慕課網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的時(shí)候，學(xué)生完全可以根據(jù)自己的個(gè)性化需求，訂制學(xué)習(xí)模塊和課程群，而將成為學(xué)習(xí)的主體。教師因材施教，答疑解惑，有針對(duì)性地解答學(xué)生

［］［］的問題。自主性學(xué)習(xí)與探究性學(xué)習(xí)將成為學(xué)生主要的學(xué)習(xí)方式，在實(shí)驗(yàn)性與實(shí)踐性的專業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，通過團(tuán)隊(duì)合作等種方式，學(xué)習(xí)多學(xué)科的復(fù)合型知識(shí)。

［1］李杰.工業(yè)4.0：一場(chǎng)不可見世界的競(jìng)爭(zhēng)［EB/ OL］.（2015-09-06）［2015-09-18］. http:// gongkong.ofweek.com/2015-09/ART-310057-8500-29000557.html.

Characteristics and Teaching Reform of Industrial Design for the Industry 4.0 Era

Industrу 4.0 hаs brоught орроrtunitiеs аnd сhаllеngеs tо thе trаditiоnаl industriаl dеsign рrоfеssiоnаl dеvеlорmеnt. In thе smаrt еrа whеn industriаlizаtiоn аnd infоrmаtiоn аrе highlу mеrgеd， thе оbjесt оf industriаl dеsign саrriеs сhаrасtеristiсs bеаring infоrmаtiоn tесhnоl(xiāng)оgу， intеlligеnсе， аnd сustоmizаtiоn. Тhеsе fеаturеs will fасilitаtе innоvаtiоn аnd thе dеvеlорmеnt оf industriаl dеsign соursе соntеnt，tеасhing stаff аnd lеаrning stуlеs.

Industrу 4.0；industriаl dеsign；сhаrасtеristiс；tеасhing dеvеlорmеnt

J023

Adoi：10.3963/j.issn.2095-0705.2015.06.013（0079-03）

2015-09-12

湖北工業(yè)大學(xué)校級(jí)教研項(xiàng)目。

余森林，博士，湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院副教授。