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工业设计对新一代智能制造技术的影响

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2021-01-26 10:01 热度:

   当今世界正经历着前所未有的变化,特别是新一代信息技术与制造技术的不断深入融合,深刻改变了全球制造业的发展格局。智能制造已成为新一代机械制造及其自动化的标志,是未来制造业持续发展和进步的关键因素,其作为“中国制造2025”国家战略规划的重要组成部分,对我国经济转型升级和国家竞争力整体提升具有重要意义[1]。从长远来看,制造业创新研发的重点应该向新一代信息技术靠拢,尤其是大数据、超级计算、AI、AR、物联网、工业机器人等数字化智能技术,这将为进一步升级转型提供重要的技术支撑。而工业设计是生产链的最前端,对增加产品附加值、树立自主品牌形象、提升制造业竞争力等方面的意义不容小觑。本文将以智能制造目前的发展现状及需求为切入点,结合工业设计对新一代智能制造技术的影响因素,阐述如何实现工业设计和新一代智能制造的支撑转化和协调发展。

工业设计对新一代智能制造技术的影响

  1新一代智能制造技术的概述

  制造业是一个国家的命脉,是比拼创新能力的重要标杆,也是决定经济发展和社会进步的基础产业。现今的世界是知识经济时代,为了控制人力支出的成本,越来越多的高科技信息技术进入传统行业,尤其是制造业中,在这种趋势下,智能制造应运而生且逐步走向成熟,其在经济发展中的地位也不断攀升。智能制造技术简单来说就是集知识系统、制造软件、机器人控制系统于一体而形成的自学习功能来收集理解环境和自身信息,通过专家和工人的技能来分析和规划自身行为,在实践中不断丰富知识库,从而使智能机器在无人干预的状态下完成一定规模的批量生产。新一代智能制造技术主要分为智能感知、分析决策、学习积累、预测诊断和优化五个关键环节,如图1。

  2新一代智能制造技术的发展现状

  金融危机以来,世界各国尤其是发达国家面临着制造业实力下滑的问题,发达国家充分认识到实体经济的重要性,将智能制造写入战略计划,以期通过信息技术在制造业中的广泛深入来重振制造业。各国都想占据科技制高点,在国际竞争中占据主动,其中智能制造已成为国家创新战略的重要组成部分。经过数十年发展,我国制造业的整体规模和技术水平有了质的转变,综合实力不断增强。在技术方面,我国制造业经历了从模仿、集成改造到引进升华、吸收再创新的发展过程,由跟随式向引领式不断转型。如今,我国既是世界领先的制造基地,也是全球制造供应链的关键环节。虽然我国智能制造业已经形成了一批具有国际竞争力的龙头企业,但就工业化的质量和水平而言,我国智能制还处于初级发展阶段。相比在20世纪70年代制造技术已经成熟的发达国家,我国在智能制造的关键技术和基础工艺方面还有待提升,智能制造装备产业能力、应用范围、服务质量等与发达国家相比,仍存在较大差距。虽然我国已经开始倡导制造业转型升级,并制定了“中国制造2025”计划,但是我国制造业的转型升级远没有达到智能制造、无人化生产,缺少工人的工厂将无法达到正常的生产模式[2]。大多数制造企业已经意识到,如果想要适应不确定的未来,他们需要放弃传统的粗放型发展思维,摆脱传统生产力的束缚,用新的生产要素保障运营和预测风险[3]。

  3工业设计对新一代智能制造技术的影响分析

  工业设计赋予产品材质、结构、构造、造型、色彩、表面处理、装饰等方面新的规格和价值[4],是技术革新的关键所在。与此同时还要对生产者进行分析、整合、包装、管理和服务,贯穿前期的策划及创意、中期的研发与生产到后期的管理和完善乃至展览与竞赛,覆盖了从研发到推广的每个阶段。它兼顾了管理者、制造者、使用者和全社会的利益,已成为企业塑造形象、增强自身竞争力、提升产品附加值的重要手段。而智能制造技术是新时代的一项新技术,使制造业提高了效率、制造水平和经济效益。两者的结合不仅是工业界和设计界面对今后发展环境审时度势的认识精华,更是时代发展对此事业的迫切要求。工业设计对智能制造的具体支撑表现为规划与设计、研发与量产、管理与服务三个方面[5]。

  3.1工业设计对智能规划及设计的影响分析

  工业设计是一门涉及多个领域的复杂学科,具有很高的商业价值。在商品经济高速发展的今天,消费层级的不同、消费应用目标的不同、消费区域的不同对产品设计的多样化提高了要求。智能制造需要在研发的早期阶段即考虑个性化定制研发,增加定制服务支持的比例,并减轻多样化的要求对实际生产带来的成本压力。第一步是虚拟化。利用数字技术创造的数字图像,能够对生产现场进行模拟,实时展现现场生产制造的实际状况,部分操作及管理人员无需到现场就可以了解及操作现场生产设备,从而实现虚拟和现实的一致。第二步是虚拟制造及调试环节。将制造过程中的产品研发、制造和运营转化为相对低成本的数字信息,用于虚拟世界中的协作和模型优化,提高研发制造效率。数据的连续迭代和模型的连续优化,得到最优解。接着可以在产品生产之前进行虚拟调试。调试完成后,认为整个生产线和整个系统符合标准规范,即可进行制造。第三步是样品生产环节。传统的制造模式要求工程师在设计完成后进行样品制作。样品会有很多缺陷,所以可以根据缺陷进行设计更改,需要改进后才能进行量产,而这个过程费时又费力。有了工业设计编程虚拟仿真系统,根据样品缺陷而整改的传统制造模式可以在软件的基础上完成。系统通过每一个细节认证和测试后,将一次性投入生产,缩短新产品的开发和测试周期。

  3.2工业设计对智能研发与量产的影响分析

  研发和生产是智能制造提高资源综合利用率、降低成本消耗的关键。一是信息化的直接作用。随着制造企业产业结构调整优化,不断引入人工智能、大数据等新兴技术,与其紧密连接的供应链体系也将随之变化。同时,制造产业链的无缝集成需要工业设计的软件支撑,像如何搭建设计模型并将其应用到制造过程中。二是模块化生产。将模块化生产直接对接设计环节尤为关键,将规划、设计、流程和资源的综合管理引入规范化的知识库将大大提高生产效能和速率。三是智慧型工厂的搭建。从长远来看,制造业领导者将不可避免地更加重视无人操作的生产线,引入更多的智能生产设备,雇佣更智能的终端操作员和高技能工人,以更好地应对劳动力波动的影响。同时利用相应的管理系统来监控运行和使用数据,优化完善运行模式发挥最大效率,维护系统来预测和修复故障。工业设计在帮助制造企业研发生产环节中克服重点障碍与提高效能方面表现优异。

  3.3工业设计对智能管理与服务的影响分析

  在智能制造的背景下,研发、制造、管理、服务等环节将紧密结合,体现出智能化的特点。大多制造企业的重心从“研发”“生产”向“服务”“管理”靠拢。这个改变的过程并不只是考虑设计本身,在设计中的协作管理方式也十分重要,需要建立云平台集百家之所长,基于云协同的环境高效运行。工业设计与服务设计的融合也是大势所趋,通过服务转换和系统管理,以满足用户的实际需求和创造新的云协作管理模式而为企业创造利润和附加值。通过云计算,大数据分析和其他技术,建立起针对目标用户而设定的整体服务设计应用程序框架。共享物流概念、无人机快递、无接触快递柜、快递机器人等新技术是工业设计对智能管理与服务影响的代表,无人物流生产线指的是货物从入库、上架、拣选、补货,到包装、检验、出库等物流作业流程全部实现无人化操作,是高度自动化、智能化的生产模式[6],这大大提升了效率并减少了人与人之间的接触,也被称为“无接触传递”服务。

  4结语

  智能制造系统规模庞大而复杂,发展仍处于探索阶段,其对于中国大多数企业来说是一个新的挑战。人、机器和信息如何实现较好地融合是当今制造业谋求发展的主要问题。“少人化、无人化、智能化”在高速发展的今天中呈现了优势,由此许多企业会采用智能化、数字化、自动化等管理模式[7]。应该大力推广制造业和数字智能化的有效融合,面对突如其来的风险,有足够的能力去抵抗。要让我国的制造业在国际上保持竞争力,需要工业设计源源不断为其注入活力,需要给予工业设计足够的重视,只有这样才能提高制造业的生产水平,生产出具有国际竞争力的产品。因此,作为制造业的高端人才的工业设计学生应该提高对自身的要求,制定科学的学习目标,探索培养创新能力的有效途径,重视实践环节并总结经验,为我国工业经济增长的道路推波助澜。

  参考文献

  [1]周波.基于未来智慧城市愿景的城市家具设计研究[D].中国美术学院,2019.

  [2]郭林森.面向中国制造2025的计算机辅助工业设计教学改革[J].工业设计,2019(05):28-29.

  [3]管浩.制造业“智能化”加速[J].华东科技,2020(04):44-46.

  [4]龚雨佳,姜虹.浅析人工智能对工业设计的影响[J].工业设计,2020(03):53-54.

  [5]戴俊骋,左倩,李文姬,等.工业设计支撑智能制造发展[J].中国科技信息,2019(05):101-102+14.

  [6]李自立.新型快递智能无人收派车设计[J].物流技术,2019,38(02):118-121.

  [7]陈栋栋.智能制造“亮剑”:制造业从容复工是怎样炼成的?[J].中国经济周刊,2020(Z1):45-47.

  《工业设计对新一代智能制造技术的影响》来源:《工业设计》, 作者:卫彦博 马彧

文章标题:工业设计对新一代智能制造技术的影响

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