工业4.0背景下工业设计在汽车智能化中的应用探析

肖武坤

摘要：随着经济社会的发展，我国已经进入了工业4.0时代，在此背景下，跨企业、跨部门的发展将会形成一种趋势。这就促使了汽车工业领域进入了智能化发展阶段，而在智能化发展阶段，工业设计在其中的应用起到了重要的推动作用。本文探析了工业4.0背景下的工业设计以及汽车智能化特点，并在此基础上探讨了工业4.0背景下工业设计在汽车智能化中的具体应用，以期促进工业4.0背景下工业设计在汽车智能化发展中的进一步应用，推动智能汽车产业的快速发展。

关键词：工业4.0；工业设计；智能化；汽车

1引言

纵观汽车的发展史，从上世纪开始至今，汽车工业已经走过了100多年。随着科技进步和生活水平的提高，人们对汽车的要求越来越高，这促使汽车工业朝着更深层次的方向发展与改革。上世纪80年代初，美国人最先提出了智能汽车的概念，并引起了汽车领域专家们的高度重视。此后，《汽车新闻》等杂志对汽车的发展做出预测：汽车的革命将会从“智能汽车”开始。

智能汽车从收集信息、数据分析和交换、GPS定位系统、安全性以及车辆精确控制等方面着手，使汽车真正地成为一个装有轮子的计算机。正是基于以上优势，智能汽车逐渐成为汽车领域的研究热点，这预示着智能汽车将是汽车领域的重要发展方向。

2013年汉诺威工业博览会上，德国联邦教研部与联邦经济技术部首次提出“工业4.0概念”，它描绘了制造业的未来愿景，人类将迎来以信息物理融合系统（CPS：Cyber-Physical System）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。工业4.0是一个集合体，是涉及到不同的部门、企业，在不同的发展速度下逐渐相互融合的一个过程。基于此背景下，作为综合了工学、美学以及心理学等内容的工业设计发展更加迅速，其在汽车智能化中的应用将对汽车产业的发展起到重要的推动作用。

2工业4.0背景下的工业设计

工业设计（Industrial Design），简称Ⅲ，是以工业产品为主要对象，综合运用科技成果和工学、美学、心理学、经济学等知识，对产品的功能、结构、形态及包装等进行整合优化的创新活动。

工业4.0时代，传统的工业生产将会与新兴的互联网有机融合，“智慧工厂”、“物联网”等将会成为工业制造的发展方向，也由此为工业设计带来新的变革。

第一，绿色设计成为工业设计的必要条件。绿色设计，也称生态设计，在工业设计中，绿色设计包含以下三个原则：减少对环境的破坏和污染；降低对能源的浪费和损耗；零部件和产品的回收以及再循环利用或重新利用。

第二，人机交互深度融合。工业4.0时代，利用物联网技术，可以实现消费者与工业产品使用的深度互动，在以往的工业设计中，大多注重于人对于产品的使用，而忽视产品对于人的反馈与交互，物联网技术可以使工业产品的使用信息得以收集、整理与分析，进而反馈设计者和使用者，深化人机交互水平，延伸工业产品的数据价值链。

第三，工业设计注重硬件与软件协同发展。传统的工业设计大多注重于硬件的完善与升级，对应用软件的重视程度不足，易出现软件运行与硬件配合难以深度融合的现象，智能手机中的OS（Operating System）系统是工业产品硬件与软件融合的典型代表，软件系统与硬件系统的协调发展为工业产品设计带来更加卓越的性能。

3工业4.0背景下汽车智能化的特点

智能汽车是集多种环境传感器、电路、CPU和不同等级的驾驶功能于一身的自动化系统。目前，对于智能汽车的要求主要是汽车的安全性、舒适性以及简单的智能汽车操作界面等。

提到当前最热门的汽车智能化技术，人们首先想到的是现代比较流行的无人驾驶技术，无人驾驶技术是汽车技术现代化发展的一个里程碑。它能代替人去完成汽车驾驶工作，有效地防止駕驶过程中因为驾驶者的疲劳、驾驶技术差等引发的安全问题，为驾驶者减轻负担的同时也提高了车辆的安全性和可靠性。此外，自动驾驶技术能够链接到城市的交通系统，自动判断出城市道路状况，从而匹配最优的线路，节省时间和能源。

智能汽车具有以下基本特点：

3.1多车互动

多车互动感知范围更广，一旦出现驾驶者在车内不能完全感受到车外情况时，其智能系统能帮助驾驶者去分析车外综合环境信息继而保证汽车的安全行驶。

3.2人车交互

在驾驶者驾驶过程中，通过收集驾驶员的驾驶信息，并且对此进行分析。比如，通过实时监视驾驶者的心跳频率、坐姿以及呼吸的频率等来判断驾驶者当前状态，从而及时地提醒驾驶者并辅助驾驶员确保驾驶安全，大大地降低了事故的发生频率。

3.3车联网

车联网能够使智能汽车更加便利化，驾驶者用手机对汽车基本情况做检查。例如遥控、上锁以及开关车窗等，当驾驶员出现忘记锁车门、窗等情况时，可以通过智能手机对其进行控制，完成相应操作。

4工业4.0背景下工业设计在汽车智能化中的应用

基于智能汽车的多车互动、人车交互以及车联网等特点，不难看出智能汽车的人性化及智能化优势体现在确保驾驶者的路况安全、个人健康以及车辆自身安全等方面。而工业4.0背景下的工业设计对于这些汽车智能化的特点有着重要的推动作用，具体表现在如下几个方面：

4.1工业设计在智能驾驶中的应用

近年来汽车技术的发展速度加快，如今汽车中应用的高科技日益增多。就特斯拉而言，其智能驾驶系统的设计就是利用高科技以及智能技术完成了汽车从自主驾驶到无人驾驶的大跨越，而这主要依赖于这种汽车中独特的智能驾驶系统的设计。智能驾驶系统中主要包括智能传感系统、辅助驾驶系统、智能计算系统以及智能公交系统，而在这些设计系统下，汽车能够自动搜集驾驶者日常的驾驶习惯信息、车辆存在状态信息、道路拥堵状况等，并对这些信息处理、分析，通过有效的人机界面的设计和信息交互，保证了高质量的无人驾驶行为。

4.2工业设计在汽车智能服务中应用

驾驶已然已经成为人们日常生活的一部分，消费者也越来越注重汽车在生活服务上的功能。就特斯拉来说，其在车内安装了智能超大显示屏，在这个特别的显示屏中可订阅、查看想要的生活资讯，相当于一部车内电脑。另外，通过语音识别，可以通过它来搜索信息，拨打或接听电话等。这些设计大大地体现了汽车设计的人性化一面，能够更好地为人们的日常生活服务。

4.3工业设计在智能安全防护中的应用

在日常的驾驶时，驾驶者有时容易遇到钥匙遗忘在家或车内、窗户忘记关、车窗被砸、车内财物被盗等情况，而特斯拉汽车的出现让这些问题迎刃而解，它独特的智能安全防护设计是关键的核心。通过驾驶者手机与车内安防系统的連接，实时将车及车周围的状况发送给驾驶者。比如说，当汽车发生车窗被砸等情况时，安防系统会自动将危险信号发送到驾驶者的手机上，并会询问驾驶者是否需要报警，这样会在很大程度上提升车辆的安全性。

4.4工业设计在智能制造中的作用

工业设计的发展和其他产品一样，随着时代的前进而在不断地进步，但是这种进步不是直线性的进步，而是呈现指数级别的进步，那么充当指数角色的就是智能制造。同时，工业设计反过来更大程度地影响智能制造。我们以特拉斯为例，特拉斯的智能制造深受工业设计的影响。特斯拉底盘一体化及通用化、动力系统模块化设计大幅提升了工业生产效率，模块化的平台可以使不同型号的汽车实现零部件通用，节约了研发投资以及零部件模具开模投资的成本，同时减少了消费者后期使用成本，在模块化设计中轻量化理念的应用，能够为汽车带来更好的燃油经济性，节能环保。

基于模块化流程，汽车生产时除了发动机、变速箱等主要单元的位置需要固定，其他零部件可以像“乐高积木”一样自由组合，模块化设计为汽车零部件带来了通用性能使得整车数据开发和后期验证的时间都能显著减少。值得注意的是，零部件的生产利用模块化流程带来的规模效应，通常能使汽车厂商有机会通过低成本方式生产强度高、重量低的复合材料零部件，使得车身重量更轻，更节能的同时也拥有更好的操控性。

5结束语

汽车产品是工业设计的典型作品之一，汽车智能化势必会扩大智能化技术在工业设计方面的应用。在工业4.0时代，特斯拉正试图用一种与传统汽车产业完全不同的方式制造汽车，让我们看到了智能化的工业设计使得机械系统和电子控制系统实现了完美地融合，在此之前，世界上没有一款汽车能够做到如此智能化。可以想象，未来的智能汽车也会像当前的智能手机一样普及，并实现传统汽车难以企及的多种功能和自动化性能。在此过程中，工业4.0背景下的工业设计将起到至关重要的作用。