大型装备工业设计

大型装备其实是一个不太国际化的称谓，目前国际上使用比较多的是智能装备、机械装备、航空航天装备等倾向于领域和行业的称谓。但是由于历史原因，我国在很长一段时间内都是在追赶西方工业的道路上，其中尤以大型装备为主，所以慢慢便有了大型装备一词。例如在纺织机械中就有宽重型纺机、大尺寸织机等。但是仔细考虑起来，这样的称谓确实有不太严谨的嫌疑，因为大型的具体标准是什么？这个标准每个行业都不同，即使同一个行业产品对大型的概念也没有具体的标准，但是这个词对很多机械、航空航天、交通行业的从业者来说并不陌生，因为中华人民共和国成立后几代工程人的工作目标就是在不停地完善我们的大尺寸装备，这个大尺寸除了指成型尺寸，更重要的是如何在这种超大尺寸空间中完善我们的产品，所以我们选择了这个称谓作为此书的研究对象。 
工业设计的发展在国内的时间并不算长，虽然一些严谨的学者可以将国内工业设计的历史追溯到20世纪70年代，甚至民国时期，但是真正大规模成建制地培养专业人才主要还是从20世纪80年代开始，而且主要是轻工类、艺术类人才为主，这就使我们的设计对象较为小型化。这种情况并不是中国特有的。21世纪初，英国皇家艺术学院的工业设计专业只有三个方向：陶瓷及玻璃制品、消费类电子产品和木材家具产品，交通工具设计是独立的一个专业，另外产品设计是和帝国理工学院合作的，在两所学校各学习一年。所以放眼国内外，确实很少有学校将大型装备类产品作为主要的研究对象。这也与两个因素有主要关系：是20世纪90年代后，包括手机产品在内的电子消费类产品大量出现，因为和消费者是零距离接触，产品必须要有先进的工业设计，所以大量的工业设计从业者进入了这个领域；第二是因为大型装备的功能性通常排在位，所以迭代性较弱，对工业设计的需求也不是非常迫切。基于这两点原因国内外都很少有大量的设计师专业从事大型装备的设计。乔布斯在去世前曾定制了一艘游艇，请的设计师是菲利普·斯达克，众所周知，他是一位设计杂家，设计的对象包括家居产品、手表，甚至室内设计，所以由此看出在专业性的装备领域并没有形成不可替代的设计团队。不过这也是中国的机会，如果可以借由我们目前工业振兴的机会大力发展装备产品的工业设计，那么再过10年，在兼具成本优势的基础上，我们在这个市场上必将引领世界。 
中国加入世贸组织之后，逐渐成为机电产品的出口大国，我们在国际市场上发现除了产品性能外，我们在工业设计上的差距也是巨大的，后来虽然产品的性能和西方接近，但造型和设计上的差距被更加强烈地放大了，所以我们也很难真正进入到发达国家的装备类产品整机市场。不过这几年由于新能源汽车、高速列车、大飞机领域的振兴，我们在装备类产品的工业设计上有了长足的进步，2022年上半年我们的新能源汽车的出口扩大了40%，已经开始抢占欧美市场，出现一车难求的局面。交通工具类产品是和人密切接触的产品，需要很高的设计眼光和设计水平，而欧美市场在这方面又相当苛刻，这足以说明我们在装备类产品的工业设计上有了质的变化。不过这只是我们撕开了一个缺口，在工程机械、航空航天、纺织机械、农业机械领域我们还有大量的产品需要工业设计，这也是本书诞生的主要原因。 
本书结合多年的设计实践和教学经验，在保证科学性、知识性和实用性的前提下，从五个不同的切入点进行阐述。本书前两章以工业设计的发展前景、大型装备的发展过程几个方面为主要内容，从“美”的角度出发进行相关理论阐述，并用大量的设计案例来对大型装备工业设计方法进行解析，并指出“好的装备一定是美的装备”这一观点。第三章以工业设计方法为主要研究对象，从外观设计、人因工程学、设计行为学、设计应用等角度阐述美与产品设计的关系，包括寻线法、感性工学、产品的亲社会趋势、虚拟现实的应用等内容。第四章主要进行案例分析，以大型装备的应用以及蛋产品包装机的设计等为例，以多样性的案例讲解了设计的整体思路以及具体过程。第五章是以大型装备工业设计的未来发展方向为重点，分析与展望了大数据在装备类产品的应用、智能制造与工业设备的关系、少人化与无人化的发展趋势以及未来工业美学等内容。 
本书具有以下三个特点。①将大型装备作为主要对象进行研究。本书主要针对大型装备的工业设计，这类研究成果在国内出版物中鲜有人涉猎，书中的内容可以使读者了解大型装备的工业设计并为他们提供一些新的思路。②实用性强。从知识和理论两方面入手，并在此基础上列举了大量设计案例，图文结合，使读者对大型装备工业设计的应用有更深的理解。③前瞻性强。本书内容涉及广泛，其中包含了很多当下的前沿理念以及对于未来工业设计发展的理论，可供读者学习讨论。 
大型装备工业设计作为设计领域重要的一支，与制造业的发展有着密不可分的关系。本书可以作为产品设计、工业设计专业学生及相关从业人员的指导用书。 
本书大部分章节由唐智编写并对全书统稿，程建新参与编写了本书前三章，黄建明、吴怡霏、程丽敏、郭小慧、王建平等研究生也参与了本书的部分工作，特别要感谢黄建明同学，她认真负责的办事态度以及严谨、高效的工作方式保证了本书的顺利完成。 
由于作者水平所限，书中不足之处在所难免，希望读者批评指正。 

唐智 
2022年7月 

本书结合笔者团队多年的科研与教学成果，全面介绍了大型装备的发展以及工艺设计的发展历程，从美和人的角度阐述“好的装备一定是人性化的，一定是美的”的理念，结合高铁、大飞机、大型机床等设备的设计案例，介绍了外观设计、人因工程学、设计行为学、设计心理学、虚拟现实设计等各种设计理念与手段，使读者对于大型装备的设计有一个全面了解和提升。本书适宜于机械相关专业人士参考。

本书结合笔者团队多年的科研与教学成果，全面介绍了大型装备的发展以及工艺设计的发展历程，从美和人的角度阐述“好的装备一定是人性化的，一定是美的”的理念，结合高铁、大飞机、大型机床等设备的设计案例，介绍了外观设计、人因工程学、设计行为学、设计心理学、虚拟现实设计等各种设计理念与手段，使读者对于大型装备的设计有一个全面了解和提升。本书适宜于机械相关专业人士参考。

唐智，教授，博士生导师，工业设计国家一流本科专业建设点负责人，上海创意设计师协会理事，北京光华设计发展基金会服务设计人才和机构评定委员会委员，上海市人工智能协会智能设计与传播专委会委员。长三角G60科创走廊青年创新英才，上海市首席(创意类)技能大师。主持承担国家自然科学基金、国家科技重大专项等在内的纵向项目20余项，主持企业项目10余项。在国内外期刊上发表论文40余篇，30余篇为SCI、EI检索，授权发明专利15项，参与制定企业标准两项。先后获瑞典利乐学术合作伙伴奖，上海汽车教育基金委员会优秀著作奖。程建新，华东理工大学艺术设计与传媒学院首任院长，博士生导师，国家二级教授，上海市领军人才、享受国务院特殊津贴专家、上海市设计学IV类高峰学科首席科学家;兼任中国工业设计协会特邀副会长等。先后完成和主持各类设计项目100余项，出版专著和编著的著作8部，发表论文100余篇，其中30余篇为SCI、EI检索。《设计创新与城市发展》和《人机工程学》分获国家精品视频公开课和上海市精品课程，首批入选“影响上海设计的100位(个)设计师及机构”，获“中国工业设计十佳教育工作者”称号、中国工业设计发展十年优秀学术论文理论贡献奖、上海市育才奖、宝钢优秀教师奖、上海市教学成果奖、上海科技博览会金奖等荣誉或奖项。

1  绪论 1 
1.1　来自时代的要求   3 
1.2　工业设计与机械工业融合的意义  4 
1.3　好的装备一定是美的装备    6 

2  大型装备发展过程 11 
2.1　装备类工业设计的概念13 
2.1.1　工业设计在装备类产品中的出现与意义    13 
2.1.2　装备类产品的美学特征及发展历程   13 
2.1.3　形式永远追随功能　    　16 
2.1.4　可行性与美学的互相平衡    17 
2.2　国内外装备产品分析    22 
2.2.1　装备类产品的美学分析  22 
2.2.2　装备类产品的设计架构  27 
2.2.3　产品的设计涂装    33 
2.2.4　单一产品到系列化产品的设计    38 

3  装备产品的工业设计方法 41 
3.1　基于寻线的装备外观设计    43 
3.1.1　结构部件的布局优化   48 
3.1.2　基于交互的模块化设计  49 
3.1.3　结构构架的设计准则   52 
3.2　装备产品的人因工程    54 
3.2.1　功能与操作的共融关系  54 
3.2.2　感性工学与装备的结合  56 
3.2.3　操作者的角色变换61 
3.2.4　人因相关的数据测量技术发展    71 
3.3　装备产品的设计行为学    　    　77 
3.3.1　产品的亲社会趋势77 
3.3.2　装备类产品的设计决策  79 
3.3.3　装备类产品的特点84 
3.4　装备产品的虚拟设计及应用   　    　88 
3.4.1　虚拟现实的技术发展   88 
3.4.2　虚拟现实的技术在设计中的应用93 
3.4.3　混合原型的设计方法   99 

4  案例与应用 401 
4.1　大型装备的应用案例  103 
4.1.1　大型机床类产品    103 
4.1.2　医疗器械类产品    111 
4.1.3　其他宽重型工业装备   118 
4.2　某款蛋产品包装机的设计案例解析  124 
4.2.1　设计纲要与头脑风暴   124 
4.2.2　设计要素与创新点125 
4.2.3　装备结构剖析与再布局  125 
4.2.4　设计流程  126 
4.2.5　模块机构设计及数字建模    127 
4.2.6　产品的人因工程分析   132 
4.2.7　生产加工工艺选择与表面涂装　    　136 
4.2.8　方案设计与优化    137 
4.2.9　样机生产与参展要求   139 

5  未来的装备类产品设计方向 143 
5.1　大数据在装备类产品中的应用  145 
5.1.1　数字孪生技术在工业4.0中的角色   145 
5.1.2　大数据采集与应用系统  149 
5.1.3　基于工业设计的大数据应用方案151 
5.2　智能制造与工业装备  154 
5.2.1　更加智能的人机界面   154 
5.2.2　智能生产下的环境  159 
5.2.3　更加灵活的设计和制造手段  160 
5.3　少人化与无人化趋势  162 
5.3.1　智慧工厂  162 
5.3.2　机器代人  164 
5.3.3　人和装备的关系    169 
5.4　未来的工业美学  170 
5.4.1　基于功能的工业美学   170 
5.4.2　视觉要求的美学发展   173 
5.4.3　不停发展的工艺带来的新视觉要求  　    　175 

参考文献 177 

本书结合笔者团队多年的科研与教学成果，全面介绍了大型装备的发展以及工艺设计的发展历程，从美和人的角度阐述“好的装备一定是人性化的，一定是美的”的理念，结合高铁、大飞机、大型机床等设备的设计案例，介绍了外观设计、人因工程学、设计行为学、设计心理学、虚拟现实设计等各种设计理念与手段，使读者对于大型装备的设计有一个全面了解和提升。本书适宜于机械相关专业人士参考。

唐智，教授，博士生导师，工业设计国家一流本科专业建设点负责人，上海创意设计师协会理事，北京光华设计发展基金会服务设计人才和机构评定委员会委员，上海市人工智能协会智能设计与传播专委会委员。长三角G60科创走廊青年创新英才，上海市首席(创意类)技能大师。主持承担国家自然科学基金、国家科技重大专项等在内的纵向项目20余项，主持企业项目10余项。在国内外期刊上发表论文40余篇，30余篇为SCI、EI检索，授权发明专利15项，参与制定企业标准两项。先后获瑞典利乐学术合作伙伴奖，上海汽车教育基金委员会优秀著作奖。程建新，华东理工大学艺术设计与传媒学院首任院长，博士生导师，国家二级教授，上海市领军人才、享受国务院特殊津贴专家、上海市设计学IV类高峰学科首席科学家;兼任中国工业设计协会特邀副会长等。先后完成和主持各类设计项目100余项，出版专著和编著的著作8部，发表论文100余篇，其中30余篇为SCI、EI检索。《设计创新与城市发展》和《人机工程学》分获国家精品视频公开课和上海市精品课程，首批入选“影响上海设计的100位(个)设计师及机构”，获“中国工业设计十佳教育工作者”称号、中国工业设计发展十年优秀学术论文理论贡献奖、上海市育才奖、宝钢优秀教师奖、上海市教学成果奖、上海科技博览会金奖等荣誉或奖项。