工業(yè)4.0背景下工業(yè)設(shè)計(jì)在汽車(chē)智能化中的應(yīng)用探析

肖武坤

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)4.0時(shí)代，在此背景下，跨企業(yè)、跨部門(mén)的發(fā)展將會(huì)形成一種趨勢(shì)。這就促使了汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入了智能化發(fā)展階段，而在智能化發(fā)展階段，工業(yè)設(shè)計(jì)在其中的應(yīng)用起到了重要的推動(dòng)作用。本文探析了工業(yè)4.0背景下的工業(yè)設(shè)計(jì)以及汽車(chē)智能化特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上探討了工業(yè)4.0背景下工業(yè)設(shè)計(jì)在汽車(chē)智能化中的具體應(yīng)用，以期促進(jìn)工業(yè)4.0背景下工業(yè)設(shè)計(jì)在汽車(chē)智能化發(fā)展中的進(jìn)一步應(yīng)用，推動(dòng)智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；工業(yè)設(shè)計(jì)；智能化；汽車(chē)

1引言

縱觀汽車(chē)的發(fā)展史，從上世紀(jì)開(kāi)始至今，汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)走過(guò)了100多年。隨著科技進(jìn)步和生活水平的提高，人們對(duì)汽車(chē)的要求越來(lái)越高，這促使汽車(chē)工業(yè)朝著更深層次的方向發(fā)展與改革。上世紀(jì)80年代初，美國(guó)人最先提出了智能汽車(chē)的概念，并引起了汽車(chē)領(lǐng)域?qū)＜覀兊母叨戎匾暋４撕?，《汽?chē)新聞》等雜志對(duì)汽車(chē)的發(fā)展做出預(yù)測(cè)：汽車(chē)的革命將會(huì)從“智能汽車(chē)”開(kāi)始。

智能汽車(chē)從收集信息、數(shù)據(jù)分析和交換、GPS定位系統(tǒng)、安全性以及車(chē)輛精確控制等方面著手，使汽車(chē)真正地成為一個(gè)裝有輪子的計(jì)算機(jī)。正是基于以上優(yōu)勢(shì)，智能汽車(chē)逐漸成為汽車(chē)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這預(yù)示著智能汽車(chē)將是汽車(chē)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部首次提出“工業(yè)4.0概念”，它描繪了制造業(yè)的未來(lái)愿景，人類將迎來(lái)以信息物理融合系統(tǒng)（CPS：Cyber-Physical System）為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。工業(yè)4.0是一個(gè)集合體，是涉及到不同的部門(mén)、企業(yè)，在不同的發(fā)展速度下逐漸相互融合的一個(gè)過(guò)程?；诖吮尘跋?，作為綜合了工學(xué)、美學(xué)以及心理學(xué)等內(nèi)容的工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展更加迅速，其在汽車(chē)智能化中的應(yīng)用將對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

2工業(yè)4.0背景下的工業(yè)設(shè)計(jì)

工業(yè)設(shè)計(jì)（Industrial Design），簡(jiǎn)稱Ⅲ，是以工業(yè)產(chǎn)品為主要對(duì)象，綜合運(yùn)用科技成果和工學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識(shí)，對(duì)產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)及包裝等進(jìn)行整合優(yōu)化的創(chuàng)新活動(dòng)。

工業(yè)4.0時(shí)代，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)將會(huì)與新興的互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)融合，“智慧工廠”、“物聯(lián)網(wǎng)”等將會(huì)成為工業(yè)制造的發(fā)展方向，也由此為工業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)新的變革。

第一，綠色設(shè)計(jì)成為工業(yè)設(shè)計(jì)的必要條件。綠色設(shè)計(jì)，也稱生態(tài)設(shè)計(jì)，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，綠色設(shè)計(jì)包含以下三個(gè)原則：減少對(duì)環(huán)境的破壞和污染；降低對(duì)能源的浪費(fèi)和損耗；零部件和產(chǎn)品的回收以及再循環(huán)利用或重新利用。

第二，人機(jī)交互深度融合。工業(yè)4.0時(shí)代，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者與工業(yè)產(chǎn)品使用的深度互動(dòng)，在以往的工業(yè)設(shè)計(jì)中，大多注重于人對(duì)于產(chǎn)品的使用，而忽視產(chǎn)品對(duì)于人的反饋與交互，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使工業(yè)產(chǎn)品的使用信息得以收集、整理與分析，進(jìn)而反饋設(shè)計(jì)者和使用者，深化人機(jī)交互水平，延伸工業(yè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)價(jià)值鏈。

第三，工業(yè)設(shè)計(jì)注重硬件與軟件協(xié)同發(fā)展。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)大多注重于硬件的完善與升級(jí)，對(duì)應(yīng)用軟件的重視程度不足，易出現(xiàn)軟件運(yùn)行與硬件配合難以深度融合的現(xiàn)象，智能手機(jī)中的OS（Operating System）系統(tǒng)是工業(yè)產(chǎn)品硬件與軟件融合的典型代表，軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)更加卓越的性能。

3工業(yè)4.0背景下汽車(chē)智能化的特點(diǎn)

智能汽車(chē)是集多種環(huán)境傳感器、電路、CPU和不同等級(jí)的駕駛功能于一身的自動(dòng)化系統(tǒng)。目前，對(duì)于智能汽車(chē)的要求主要是汽車(chē)的安全性、舒適性以及簡(jiǎn)單的智能汽車(chē)操作界面等。

提到當(dāng)前最熱門(mén)的汽車(chē)智能化技術(shù)，人們首先想到的是現(xiàn)代比較流行的無(wú)人駕駛技術(shù)，無(wú)人駕駛技術(shù)是汽車(chē)技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展的一個(gè)里程碑。它能代替人去完成汽車(chē)駕駛工作，有效地防止駕駛過(guò)程中因?yàn)轳{駛者的疲勞、駕駛技術(shù)差等引發(fā)的安全問(wèn)題，為駕駛者減輕負(fù)擔(dān)的同時(shí)也提高了車(chē)輛的安全性和可靠性。此外，自動(dòng)駕駛技術(shù)能夠鏈接到城市的交通系統(tǒng)，自動(dòng)判斷出城市道路狀況，從而匹配最優(yōu)的線路，節(jié)省時(shí)間和能源。

智能汽車(chē)具有以下基本特點(diǎn)：

3.1多車(chē)互動(dòng)

多車(chē)互動(dòng)感知范圍更廣，一旦出現(xiàn)駕駛者在車(chē)內(nèi)不能完全感受到車(chē)外情況時(shí)，其智能系統(tǒng)能幫助駕駛者去分析車(chē)外綜合環(huán)境信息繼而保證汽車(chē)的安全行駛。

3.2人車(chē)交互

在駕駛者駕駛過(guò)程中，通過(guò)收集駕駛員的駕駛信息，并且對(duì)此進(jìn)行分析。比如，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)視駕駛者的心跳頻率、坐姿以及呼吸的頻率等來(lái)判斷駕駛者當(dāng)前狀態(tài)，從而及時(shí)地提醒駕駛者并輔助駕駛員確保駕駛安全，大大地降低了事故的發(fā)生頻率。

3.3車(chē)聯(lián)網(wǎng)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)能夠使智能汽車(chē)更加便利化，駕駛者用手機(jī)對(duì)汽車(chē)基本情況做檢查。例如遙控、上鎖以及開(kāi)關(guān)車(chē)窗等，當(dāng)駕駛員出現(xiàn)忘記鎖車(chē)門(mén)、窗等情況時(shí)，可以通過(guò)智能手機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，完成相應(yīng)操作。

4工業(yè)4.0背景下工業(yè)設(shè)計(jì)在汽車(chē)智能化中的應(yīng)用

基于智能汽車(chē)的多車(chē)互動(dòng)、人車(chē)交互以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)等特點(diǎn)，不難看出智能汽車(chē)的人性化及智能化優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在確保駕駛者的路況安全、個(gè)人健康以及車(chē)輛自身安全等方面。而工業(yè)4.0背景下的工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于這些汽車(chē)智能化的特點(diǎn)有著重要的推動(dòng)作用，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

4.1工業(yè)設(shè)計(jì)在智能駕駛中的應(yīng)用

近年來(lái)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展速度加快，如今汽車(chē)中應(yīng)用的高科技日益增多。就特斯拉而言，其智能駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是利用高科技以及智能技術(shù)完成了汽車(chē)從自主駕駛到無(wú)人駕駛的大跨越，而這主要依賴于這種汽車(chē)中獨(dú)特的智能駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。智能駕駛系統(tǒng)中主要包括智能傳感系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)、智能計(jì)算系統(tǒng)以及智能公交系統(tǒng)，而在這些設(shè)計(jì)系統(tǒng)下，汽車(chē)能夠自動(dòng)搜集駕駛者日常的駕駛習(xí)慣信息、車(chē)輛存在狀態(tài)信息、道路擁堵?tīng)顩r等，并對(duì)這些信息處理、分析，通過(guò)有效的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和信息交互，保證了高質(zhì)量的無(wú)人駕駛行為。

4.2工業(yè)設(shè)計(jì)在汽車(chē)智能服務(wù)中應(yīng)用

駕駛已然已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，消費(fèi)者也越來(lái)越注重汽車(chē)在生活服務(wù)上的功能。就特斯拉來(lái)說(shuō)，其在車(chē)內(nèi)安裝了智能超大顯示屏，在這個(gè)特別的顯示屏中可訂閱、查看想要的生活資訊，相當(dāng)于一部車(chē)內(nèi)電腦。另外，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別，可以通過(guò)它來(lái)搜索信息，撥打或接聽(tīng)電話等。這些設(shè)計(jì)大大地體現(xiàn)了汽車(chē)設(shè)計(jì)的人性化一面，能夠更好地為人們的日常生活服務(wù)。

4.3工業(yè)設(shè)計(jì)在智能安全防護(hù)中的應(yīng)用

在日常的駕駛時(shí)，駕駛者有時(shí)容易遇到鑰匙遺忘在家或車(chē)內(nèi)、窗戶忘記關(guān)、車(chē)窗被砸、車(chē)內(nèi)財(cái)物被盜等情況，而特斯拉汽車(chē)的出現(xiàn)讓這些問(wèn)題迎刃而解，它獨(dú)特的智能安全防護(hù)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的核心。通過(guò)駕駛者手機(jī)與車(chē)內(nèi)安防系統(tǒng)的連接，實(shí)時(shí)將車(chē)及車(chē)周?chē)臓顩r發(fā)送給駕駛者。比如說(shuō)，當(dāng)汽車(chē)發(fā)生車(chē)窗被砸等情況時(shí)，安防系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將危險(xiǎn)信號(hào)發(fā)送到駕駛者的手機(jī)上，并會(huì)詢問(wèn)駕駛者是否需要報(bào)警，這樣會(huì)在很大程度上提升車(chē)輛的安全性。

4.4工業(yè)設(shè)計(jì)在智能制造中的作用

工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展和其他產(chǎn)品一樣，隨著時(shí)代的前進(jìn)而在不斷地進(jìn)步，但是這種進(jìn)步不是直線性的進(jìn)步，而是呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的進(jìn)步，那么充當(dāng)指數(shù)角色的就是智能制造。同時(shí)，工業(yè)設(shè)計(jì)反過(guò)來(lái)更大程度地影響智能制造。我們以特拉斯為例，特拉斯的智能制造深受工業(yè)設(shè)計(jì)的影響。特斯拉底盤(pán)一體化及通用化、動(dòng)力系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)大幅提升了工業(yè)生產(chǎn)效率，模塊化的平臺(tái)可以使不同型號(hào)的汽車(chē)實(shí)現(xiàn)零部件通用，節(jié)約了研發(fā)投資以及零部件模具開(kāi)模投資的成本，同時(shí)減少了消費(fèi)者后期使用成本，在模塊化設(shè)計(jì)中輕量化理念的應(yīng)用，能夠?yàn)槠?chē)帶來(lái)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能環(huán)保。

基于模塊化流程，汽車(chē)生產(chǎn)時(shí)除了發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等主要單元的位置需要固定，其他零部件可以像“樂(lè)高積木”一樣自由組合，模塊化設(shè)計(jì)為汽車(chē)零部件帶來(lái)了通用性能使得整車(chē)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)和后期驗(yàn)證的時(shí)間都能顯著減少。值得注意的是，零部件的生產(chǎn)利用模塊化流程帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)，通常能使汽車(chē)廠商有機(jī)會(huì)通過(guò)低成本方式生產(chǎn)強(qiáng)度高、重量低的復(fù)合材料零部件，使得車(chē)身重量更輕，更節(jié)能的同時(shí)也擁有更好的操控性。

5結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)產(chǎn)品是工業(yè)設(shè)計(jì)的典型作品之一，汽車(chē)智能化勢(shì)必會(huì)擴(kuò)大智能化技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。在工業(yè)4.0時(shí)代，特斯拉正試圖用一種與傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)完全不同的方式制造汽車(chē)，讓我們看到了智能化的工業(yè)設(shè)計(jì)使得機(jī)械系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完美地融合，在此之前，世界上沒(méi)有一款汽車(chē)能夠做到如此智能化?？梢韵胂?，未來(lái)的智能汽車(chē)也會(huì)像當(dāng)前的智能手機(jī)一樣普及，并實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)汽車(chē)難以企及的多種功能和自動(dòng)化性能。在此過(guò)程中，工業(yè)4.0背景下的工業(yè)設(shè)計(jì)將起到至關(guān)重要的作用。