智能装备工业设计发展现状与价值分析
白铭玉 郑刚强 柳灏
摘要：智能装备隶属于高端装备范畴，工业设计对提升智能装备产品附加值意义重大。为阐明工业设计的巨大价值，引导智能装备工业设计的发展方向。综合运用文献检索、案例分析等方法，归纳了国内外智能装备工业设计发展现状与趋势。通过解析装备造型设计、涂装设计、人机交互设计、文化内涵注入、谱系DNA塑造等要素，阐明了工业设计对提升智能装备产品附加值的作用与价值。
关键词：高端装备 智能装备 工业设计 设计价值
中图分类号：TB47 文献标识码：A
文章编号：1 003-0069（2017）05-0049-03
引言
高端装备是指具有高技术含量、高工艺水平、高经济价值、高附加值的先进工业设施设备，涉及战略性新兴产业和传统产业转型升级发展所需的相关装备。高端装备制造业是以高新技术为引领，处于价值链高端和产业链核心环节，决定着整个产业链综合竞争力的战略性新兴产业，是现代产业体系的脊梁与高地，是推动工业转型升级的引擎。大力推进发展高端装备制造业，是提升我国产业核心竞争力的必然要求，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于加快转变经济發展方式、实现由制造业大国向强国转变具有重要战略意义。推进高端装备发展离不开工业设计的支撑。目前国内高端装备工业设计研究尚处于起步阶段，急需进行相关设计理论与实践探索。
智能装备是高端装备的重要类型之一。所谓智能装备，是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。21世纪是彰显个性化的时代，人们纷纷规避、逃离极其枯燥乏味的生产线工作。在不久的未来，智能装备必将成为工业的主导力量。目前大部分装备产品的功能已经实现，但极度缺乏文化艺术品味。风格单一，沉闷古板，无法给人带来视觉上的冲击与享受，使人感到乏味无趣。这个问题工程师和艺术家都无法解决，必须通过工业设计手段由设计师来解决。需要依靠设计者根据市场需求把艺术文化与审美内涵融入工程技术，即：艺术（创意思维和审美创造）+技术（工程结构与工艺实现）=产品设计创新。
一、我国智能装备工业设计现状分析
中国政府的“十二五”规划提出装备制造业“调整转型、创新升级”战略，并制定了“推进装备制造业由大变强”的目标。作为装备制造业的核心和关键，高端装备制造业被列为战略性新兴产业之一，为产业发展提供了“肥沃土壤”。实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领——《中国制造2025》规划的推出，更是使高端装备制造业迎来了历史发展的新机遇。在中国制造业努力从“中国制造”向“中国创造”转变过程中，“中国设计”不可或缺。
智能装备作为高端装备的重要代表，其工业设计发展在国内尚处于起步阶段。智能装备制造企业长期重技术轻设计，造成制造技术日趋成熟，但工业设计水平却较为落后。智能装备不同于一般民用产品，其设备造型的可变空间小，对产品机电智能一体化协调性和技术的安全可靠性要求很高。整体来看，智能装备工业设计设计水平远滞后于装备结构与机电系统的设计。
近年来，国内已有企业在智能装备工业设计方面展开探索，并取得了一些成功案例。例如：广州市大业产品设计有限公司设计的三宝智能机器人（如图1），充分考虑了人机交互，将融合多项高新技术的智能机器人赋予可爱憨厚的形象，使其可融入大众生活环境，更好为人服务；引力工业设计有限公司设计的这款数控机床（如图2），摆脱了传统智能机械装备笨重呆板的外观，富有科技感的配色和对边缘简单而巧妙的修饰，使得整体效果更为美观且给人以智能、安全、前沿的视觉感受；昆明机床研发制造的TK6920B数控落地铣镗床和KHC63卧式加工中心（如图3）获得iFig.计大赛产品设计奖，是中国机床的外观设计获得国际设计大奖认可的代表性案例；中车株机公司于2016年组建轨道交通装备国家级工业设计中心，大胆探索，为我国的轨道交通设备在工业设计方向上投入研发，助力我国轨道交通设备更好地走向世界舞台。
以上案例作为智能装备工业设计的可贵探索，为国内智能装备工业设计发展提供了参考。同时也显示出装备制造技术与工业设计的共融将是未来智能装备发展的必然之路。
二、国外智能装备工业设计发展现状与趋势
纵观国际，发达国家的智能装备与工业设计的融合程度较深。智能制造装备的设计已有大量的案例积累，有些国家已形成了自己的设计风格与特色，并集中体现在其主要品牌的代表装备上。
美国作为国际智能制造思想的发源地之一，政府高度重视智能制造的发展，将智能装备的发展定位为21世纪占领世界制造技术领先地位的基石。以通用电气公司为例，通用电气公司（GE-General Electric）是世界上最大的多元化服务性公司。其产品注重系统规划，在进行创新设计的同时，兼顾安全性、操作性、耐用性、效益性、服务性等方面。从而生产出技术前沿且易于被大众所接受的产品。工业设计在此之中起到了不可或缺的作用。其Revolution CT设备（如图4）是该公司医疗设备中的代表性产品之一。传统医疗设备往往给人“冷冰冰”的距离感，无形中增加了身体有恙的病人心中的不安与紧张。本款设备在外观设计上进行创新，通过木质纹路装饰，整体给人以亲近感而又不失高端气质。GE公司的电气设备在国际上深受好评，除了其前沿的科技研发外，人性化的外观设计也有效提升了企业的品牌价值。
日本的智能装备在国际上受到好评，在亚洲更是处于领先地位。具有代表的品牌有东芝、日立、三菱重工、马扎克等。其特点是注重人性化设计，基于对人类行为方式的深入研究。如马扎克数控机床（如图5）不但整体视觉效果大气美观，在细节设计上也充分考虑人机界面设计。使用了易读性更好的大型视窗，工作区充分考虑操作者与机器接近性以便让工件更为容易安装等，以设计手段有效提高了产品生产效率及操作的舒适与安全性。
德国也是制造业强国，代表性的装备制造企业有西门子、通快（Tmmpf）等机械和电气设备生产商。由西门子和工业设计公司共同设计的数字化乳腺成像平台Mammomat Inspiration（如图6）于2009年获得了IF和红点两项设计大奖。这套系统是用于乳腺癌早期检测的，除了功能卓越，设计师使用了可自由变换色彩的LED玻璃面板，以便为患者提供营造舒适、放松的氛围。
从国外智能装备工业设计研究现状来看，智能装备设计呈现出系统化、人性化、科技化、国际化的发展趋势。
三、智能装备工业设计的价值分析
当前阶段，智能装备的发展往往由工程师主导。主要关注技术的吸收与创新，倡导工程技术的先进性。常常忽略产品的人性化需求、审美特征、文化内涵等要素。特别是我国，高度重视工程领域创新而忽视了工业设计的深度协调研究。忽略了工业产品外观造型设计和人机交互设计对企业品牌形象塑造、提升产品附加值、增强市场竞争力的重要作用。设计创新是产业价值链中具有增值潜力的重要环节之一，是展现国家现代文明程度、创新能力和综合国力的重要标志。随着全球经济变化及市场需求发展，市场主体对各类装备的审美及人性化需求快速提升。需求方已不仅满足于装备功能与技术标准的实现，而对造型设计及人机交互提出了更高要求。具体而言，工业设计可通过装备造型设计、涂装设计、人机交互设计、文化内涵注入、谱系DNA塑造对智能装备进行整体优化与提升。
（一）外观造型优化可凸显智能装备的品质感
外观造型是装备结构与功能的物化体现，优秀的外观造型可凸显智能装备的品质感，从而达到优秀功能与优美形式的统一。
在技术相对成熟的智能装备产业中，国内外不同品牌产品的功能、质量等正逐步趋同，产生“同质化”竞争。而通过外观造型优化凸显智能装备的品質感，从而打造差异化产品、提升品牌特性，成为创造品牌价值、制造设计差异、赢得核心市场竞争的重要手段。
智能装备外部造型和内部功能结构存在紧密联系：即形式和功能是一种交织融合、不可分割的状态。智能装备的造型设计不是单纯的外包装，而是依附于装备的工程结构、通过协调装备的功能、确定装备产品语意，最终从造型上体现出设计特征，从而凸显并提升装备的品质感。
以中科天工智能装备有限公司研发的智能高速机为例，其第一代产品仅是依照工程结构进行了简单包装。方正的外形和单调的配色给人以乏味、沉重的视觉以及心理感受，没有体现出高品质、高科技、高价值的特点。后期改良设计仍然依附于装备的工程结构，并未在整体外形上做出颠覆性的改变。但根据其功能要求（如使用过程中部分内部流程需可视化、装备个别部分需要经常开启维修等），重新对外形细节和配色加以优化。以大方块为主要元素，配合相互呼应的简约把手，采用白色主体和深色可视窗，配以富有科技感的色彩，最终呈现出稳重不沉重、简约不简单的品质感。
（二）涂装设计创新可增强智能装备的视觉魅力
研究表明人所感知的外部信息，有80%通过视觉传达给大脑。产品外观需要满足消费者的情感化审美需求，才能吸引其来体验产品进而购买和使用。虽然高端智能装备的发展重心在于其自动化、智能化等先进的制造和信息技术带来的功能便利。但是用户对于智能装备的需求，除了功能上有“痛点”，视觉体验和心理上也一样有“痛点”。而这却往往被装备制造商所忽视，需要工业设计师通过涂装设计创新来增强智能装备的视觉魅力。
这里提到的在智能装备外形上的涂装设计，并非强调花哨的色彩搭配、过多的图案应用或是浮夸的艺术创作。而是结合装备的属性与整体造型契合，理性却不失创新地进行色彩与图案的搭配与运用。
Smart EVO（如图7）是获得2015红点奖的一款十分灵活便携的X射线系统。它的涂装与它的结构分布相契合，以黑白相间配合红色图案点缀，产生独具一格的视觉节奏感。对其可观的销量产生了非常积极的影响。
（三）交互设计优化可提升智能装备的操控性
智能装备工业设计并不局限于外观的改良与优化，其交互性和体验性亦不容忽视。一个完整的设计系统应包括对人机界面交互、操控方式、装备维修与保养、操控屏的信息交互的设计等。
当前的智能装备交互界面大多由工程技术人员基于功能需求进行界面设计。在设计时往往注重功能与技术却不能兼顾用户体验与使用感受。造成人机交互和操控方式重点不够突出、操作方式不够明朗、反馈不充分等问题。导致用户不能很快形成“思维-动作”链。而设计师恰恰可以通过专业知识进行调研，搭建合理的信息架构，将用户需求以人性化的形式通过交互设计满足，做到“以人为本”。
德玛吉数控机床（如图8）是当今国际智能装备生产领域的代表性品牌，在工业设计方面同样可视为行业佼佼者。其生产的装备除了整体形象美观、典雅、时尚外，交互设计也十分人性化。操作平台和可视窗的高度、角度、大小均符合人机工程学要求。给操作者带来了舒适的使用体验。
（四）文化内涵注入可提升智能装备的文化品位
当前大部分机械产品的文化融入程度很低，这对我国机械产品在国内外的销量产生了直接影响。智能装备是前沿科学、工程技术的成果展现，往往具有科学理性的气质。但是设计师可以用感性的思维洞察其中隐藏的文化内涵，也许并非具体物象，而是一种气魄、韵味、寓意或某种情怀。设计师应将这些人文因素归结为文化艺术、人文理念、民族传统文化或是师法自然的呈现。以设计手法把文化内涵融入冰冷的科技产品，为其注入精神内核，提升智能装备的文化艺术品位，增强其人文内涵。赋予装备感性气质，可使科技产品在传播过程中附加以文化的传扬，这种形式是科技与文化最好的结合，也是“设计价值”的重要体现。
北京的Vincross奇弩科技研发的全地形六足机器人HEXA（如图9），采用仿生设计手法，模仿蜘蛛的形态。不仅使机器人可以完成诸如爬楼这样的高难度动作，作为在家中使用的智能机器人，这样灵动可爱的造型传递了一种热爱生活的态度以及师法自然的思维。
（五）谱系DNA塑造可提升智能装备的品牌价值
目前大量装备成品的外观较为简单化和直接化。这种普遍性，导致了同类智能装备的品牌特征难以辨别，降低了消费者对产品形象的认知度。因此，需要通过设计手段提高不同企业的智能装备的品牌识别性。
每一个企业都有其自己的DNA特点与风格，使其可应用于相关品类的产品，从而形成统一风格的系列化产品。工业设计可先了解相关企业文化、设计理念与智能装备的基本内涵；然后寻找设计创意的文化、艺术、仿生、仿物等理念来源。结合创意来源，挖掘深层理念，使其从产品本身体现出来。以便树立行业品牌形象建设，提升产品附带的品牌价值，从而使品牌的视觉DNA得以延续，增强企业竞争力。
中科天工智能装备有限公司的管道探测机器人在使用过程中需要配合操作仪、绕线器及滚轮包装（如图10）使用。作为系列产品，选择金色、银色、黑色和企业VI中的橘色作为基本色，以折线弧形为主要元素形成系列DNA特点。这样智能装备本身附带了其品牌的特征，在使用过程中形成良好的企业口碑。日积月累将会提高品牌的识别度，提升其品牌价值。
结论与展望
目前我国正从“中国制造”向“中国创造”过渡。在提升创新能力过程中多注重产品的适应性、实用性与创新性，往往忽视产品的美观性与观赏性。导致缺少视觉魅力与消费吸引力。某种程度上降低了装备的品质感。交互设计方面不能把用户的使用体验作为根据，装备不够人性化。由于缺乏自主创新的工业设计，造成智能装备的文化附加值很低。很多智能装备缺乏明确的DNA特征，未能提升品牌价值，形成品牌效应。为应对当下国内外多元化的市场竞争。设计创新、制造品牌差异、追求人性化是在竞争中谋求生存发展的重要手段。工业设计将成能为我国从“中国制造”向“中国创造”迈进的重要支撑力量。
