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《设计》专访|胡长明:凝设计之力塑重器之美

发布时间:2022-09-15 19:12:16 来源:亿百体育真人官网 作者:亿百体育app下载

  ⓒ 受访:胡长明 中国电子科技集团有限公司首席专家,研究员级高级工程师,工业设计中心主任

  中国电子科技集团公司第十四研究所(以下简称“十四所”)工业设计中心以“凝设计之力,塑重器之美”为愿景,专注于为复杂电子装备行业提供全生命周期的产品研发、产品形象策划、人机交互研究、智能制造设计等服务。中心通过融合工业设计、结构、仿真、工艺等多个专业,打造了一个跨学科产品创新研发平台。中心共发表论文200余篇,授权专利50余项,牵头获得多项国家级、省部级科技进步奖和工业设计大奖,2019年被认定为“江苏省工业设计中心”,2021年被认定为“国家级工业设计中心”。中心坚定向“美”而行,致力于成为复杂电子装备行业塑造技术之美的实践者、多学科集成创新的推动者,以及工业设计理念、方法和标准的引领者。

  胡长明,研究员级高级工程师,现任中国电子科技集团有限公司首席专家,十四所首席专家、工业设计中心主任、智能制造创新中心主任,国家制造强国建设战略咨询委员会智能制造专家委员会委员,国家智能制造标准化专家咨询组成员,中关村科创智慧军工产业技术创新战略联盟智能制造专委会主任委员,中国电子学会会士、电子机械工程分会常务副主任委员,江苏省政协委员,东南大学兼职教授。主要从事复杂电子装备结构工艺及智能制造技术研究,获国家科学技术进步一等奖一项,省部级科技进步奖十五项,出版专著二部。

  《设计》:深耕智能制造与工业设计领域多年,您见证了中国工业设计赋能中国制造的哪些重要历史节点?

  胡长明:制造业是一个国家的立国之本、兴国之器、强国之基。从普通人的衣食住行用到精神文化享用,从社会维持运转到国家保障安全,所需的所有物品,几乎都需要制造业制造出来。智能制造的本质还是制造,它是一种先进的生产方式,是技术发展、社会进步、知识积累交汇、综合的结果,是制造系统演进到新时代的产物。迄今为止,人类社会已经经历了三次翻天覆地的工业革命,而当前,以人工智能、机器人技术、虚拟现实为突破的第四次工业革命正以前所未有的速度到来和兴起。纵观制造业整个发展历程,从手工作坊到流水线生产,从大规模生产到个性化定制,从机械化、自动化到数字化、智能化,可以说,工业设计的发展与制造业的发展息息相关,共同见证着技术的进步,时代的变迁,努力满足人们的日常需求和对美好生活的追求。

  工业设计是以工业化大规模生产为条件发展起来的,反映着时代的制造和技术水平。作为创新链的前端,工业设计可以加速产品换代,提升用户体验,可以重新再造商业模式和流程,甚至可以成为促进企业社会价值转变的重要引擎。一方面,工业设计促进了制造方式的转变,另一方面,制造方式的变革也对工业设计的发展起到正向反馈。工业设计师通过新材料、新技术的运用和标准化、可更换性的设计,提升产品外观,推动产品的大批量制造,生产制造效率得到大幅提升,又客观上促进了计算机技术与自动化技术的深度融合。随着时代的进步,工业设计也被赋予新的定义,设计的对象逐渐由可见延伸到不可见,由物质延伸到非物质,设计范畴扩大至“物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统”,设计任务转向解决环境污染、文化差异、生活方式等各种社会问题,衍生出了“绿色设计”“可持续设计”等新的设计理念,为制造业提供更多生产模式的可能性。

  我国工业设计的发展是从20世纪70年代末开始的,而我国智能制造是从20世纪80年代开始起步的,二者可以说是同期萌芽,双生共赢。经过数十年的发展,我国制造业经历了从修配仿制到自主研制,从落后追赶到创新引领,在很多领域也涌现出代表“中国创造”“中国质量”和“中国品牌”的高端装备名片,比如高铁,盾构机,雷达装备等,可以说功能和颜值齐头并进。在这个自主创新、不断进取的历程中,工业设计的水平也取得了飞速发展,已经成为了社会关系、经济结构、科技水平和生存方式的一个“镜像”,工业设计作为跨学科专业,将创新、技术、商业、研究及用户紧密联系在一起,提供策略性的解决问题方案,也见证了我国工业设计本身从跟跑到并跑,再到局部领跑的历史跃迁。

  胡长明:中国电子科技集团公司第十四研究所(以下简称“十四所”)成立于1949年,与共和国同龄。抗美援朝期间,十四所作为我国唯一一个能提供雷达装备的研究所,在当时器材极度缺乏的条件下,千方百计修复出第一批雷达(图1),为地面作战部队提供了准确可靠的空中情报,有力保障了志愿军高炮部队作战和运输供应。20世纪50年代,新中国第一部自行设计的雷达-314甲中程警戒雷达就诞生于十四所,开启了我国雷达研制的发展篇章,中央台《信物百年》纪录片讲述的就是该雷达背后的研制故事(图2)。此外,从神舟一号到神舟十四号,每一次“飞天任务”,十四所研制的远望号上系列精密测控雷达(图3)始终聚精会神地守望苍穹,为“航天梦”“探月梦”默默助力。

  作为中国雷达工业的发源地,十四所历经70余年风风雨雨,在几十年的产品研制和技术发展过程中,十四所形成预警机精神、“海之星”精神等优秀文化,锻造了一支敢打硬仗、勇于担当的人才队伍,铸造了一个又一个“大国重器”:空警-2000雷达作为预警机核心装备,多次参与阅兵和重大保障任务(图4);中华神盾“海之星”雷达的成功研制,助力中国海军驶向深蓝(图5);相控阵雷达填补了国内空白,被称为中国版“铺路爪”(图6)。

  十四所一直以来都十分重视设计创新,早在20世纪90年代初就引入了第一批工业设计人才。回顾雷达工业的历程,我们责无旁贷,面向国家未来的发展,我们更应该一往无前。

  国之所需,我有所应。党和国家发展的战略需要一直都是十四所创新发展的价值导向。我国在十三五规划中就明确提出要“实施制造业创新中心建设工程,支持工业设计中心建设”,发展工业设计已成为国家制造业转型升级的重要助力。

  行业所趋,我有所向。在信息与科学技术的飞速发展下,电子装备的研制需求逐渐从功能至上开始向围绕性能要求、技术水平、成本限度等多方面考量的集成创新转变,并通过顶层的工业设计优化逐渐展示出成熟的技术性能之美,电子装备行业对装备综合性能的要求不断提升,为十四所谋划自身发展提供了更多可能的战略选择。

  电科所能,我有所为。十四所作为中国电科集团高质量发展的排头兵,始终将设计创新作为引领发展的第一动力,着力提升工业设计在全生命周期各个阶段中的增值作用,强化十四所为集团、企业提供定制化整体解决策略和方案的能力,推动高端装备的智能设计和集成创新,为建设世界一流企业奠定坚实基础。

  面向“国之所需、行业所趋、电科所能”的新形势,十四所成立工业设计中心,将工业设计和结构设计、仿真设计、热设计、工艺设计等进行系统化整合,通过产品形象顶层设计策略,将中华民族传统文化和现代科技美学凝结于中,探索美好的技术境界。同时面向大众、面向生活展示国之重器,提升人们对祖国强大的民族自信和对美好而和平生活的信心。

  胡长明:十四所工业设计中心是融合了工业设计、结构、仿真、工艺等专业的跨学科产品创新研发平台,涵盖专业包括工业设计、人机交互设计、结构设计、工艺设计、仿真设计等,是一支具有活力、凝聚力和创造力,多学科跨专业的高水平创新团队(图7)。

  十四所工业设计中心的设计理念是“凝设计之力,塑重器之美”,我们希望能够专注为复杂电子装备行业提供全生命周期的产品研发、产品形象策划、人机交互研究、智能制造方案设计等服务。我们围绕行业特点和发展趋势,形成了产品形象设计、人机工程与交互、数字化设计、智能制造四大研究方向,将技术与美学的融合设计实践于产品研制中。坚定向“美”而行是我们的奋斗目标,长远来说,我们希望能努力成为复杂电子装备多学科集成创新的推动者和复杂电子装备工业设计理念、方法和标准的引领者,充分发挥国家级工业设计中心的示范、引领和带动作用。

  《设计》:工业设计中心的成立,给十四所带来的最显著的变化体现在哪些地方?

  胡长明:国家级工业设计中心的定位是工业和信息化部认定的工业设计创新能力强、特色鲜明、管理规范、业绩突出,发展水平居全国先进地位的企业工业设计中心,入选国家级工业设计中心既是对十四所工业设计创新能力的国字号认可,也是十四所作为军工电子主力军、网信事业国家队、国家战略科技力量的重要实力体现。工业设计中心的成立,给十四所带来的变化主要为以下三方面:

  第一是设计思路的转变,坚持设计创新,筑牢“中国制造向中国创造转变”的科技根基。传统的工业设计思路更多关注造型设计和产品本身,工业设计中心发挥跨学科的优势,将工业设计与科学技术相融合,探索以用户为中心的解决方案,更多关注服务与体验设计、交互与过程设计和面向技术整合的设计,使得设计创新活动全面地立足于科学的研究方法之上。目前,十四所已实现了雷达结构的工业造型设计、全三维协同研发,将三维设计、虚拟仿真循环迭代优化贯穿于产品研制的全过程。工业设计中心具备了从研发到落地的全生命周期全数字化设计能力,在概念设计、方案设计、详细设计、生产制造、售后维保等阶段发挥了关键的作用。

  第二是产品研制模式的转型,担当“中国速度向中国质量转变”的示范重任。传统的复杂电子装备研制面临诸多挑战:一是多品种小批量、研批混线,传统工厂资源调度与生产管控依赖人工经验,无法满足装备产能大幅增加的需求;二是机电液混装、装调一体化,传统工厂欠缺高精度高柔性的智能化装配手段,难以保证高质量高效率的装备研制需求;三是生产数据多源异构、管理分散,传统工厂数据采集效率低、生产可追溯性差,无法满足科学决策、质量溯源的需求。面对上述挑战,我们从“十五”期间以无纸化、数字化和信息化为特征的数字化研究所,到“十二五”期间以“四精益一共享”框架为核心的精益研究所,已经初步打造了“全数字、全互联、全智能”的智慧研究所(图8、9),形成全层级智能装配示范能力(图10)。

  第三是品牌影响力的提升,努力打造“中国产品向中国品牌转变”的全新名片。品牌是企业与用户之间联系的纽带,工业设计中心建立了一套完善的产品形象识别体系,打造了不同平台雷达产品的设计语言,我们把这套家族化的设计语言在众多产品线上进行了实践和推广,有效地塑造了企业统一的品牌形象。从另一层面来讲,品牌形象也映射出了十四所“责任、创新、卓越、共享”的核心价值观,十分有利于提升用户对产品品质和企业文化的信赖和认同感。

  近三年,中心发表论文200余篇,授权专利50余项,牵头获得多项国家级和省部级科技进步奖,并在中国设计红星奖、“装备中国”高端装备创新设计大赛、中国设计智造大奖(DIA)等各项设计大赛获得佳绩,参与研制的产品频频出现在“70周年国庆阅兵”(图11)、“珠海航展”(图12)中。习指出,科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。通过明星产品在国家重大场合的多次亮相,借助设计的外化形态和内在品质,传达成熟的技术性能,着力拓展雷达技术之美的大众普及之路。

  《设计》:十四所工业设计中心成立以来,为保持设计创新能力,侧重于做哪些方向的创新研发?

  胡长明:十四所工业设计中心主要围绕产品形象设计、人机工程与交互、数字化技术、智能制造四大板块开展创新研发工作(图13)。

  对于复杂电子装备来说,产品形象设计是增加装备的国际竞争力和品牌知名度的最有效的方法。工业设计中心自成立以来,我们紧跟国内外复杂电子装备设计趋势,在产品顶层设计策划中融合企业品牌战略与企业文化。我们坚持产品形象设计的变革和创新:由功能模块的堆砌向功能形态整合转变,由单纯的形式之美向融合技术之美转变,由单一的功能设计向用户体验设计转变,由同质化的产品外观向具有识别性的品牌形象转变。通过“四个转变”,我们形成了体现十四所特质的产品形象设计策略,构建了完善的产品形象识别体系,形成了与企业一脉相承、形象特色鲜明的系列产品。

  在信息化的发展趋势下,复杂电子装备的操作可靠性、人机舒适性、设备维护性与装备工作效能密切相关。我们坚持“以用户为中心”的设计导向,采用科学的理论基础、先进的仿真技术、真实的实验环境,重点研究如何使用户在精神高度紧张的作业过程中也能感受到便捷和信赖,保证工作效率(图14)。在交互界面设计中,我们通过符合用户习惯的色彩编码和图形化开展信息可视化设计,提高用户对关键信息的认知效率,弱化信息干扰、提供视觉线索,提升认知绩效。通过软硬一体化的创新设计模式,产品的人-机-环系统与人-机-界面系统的宜人性及工作效率显著提升(图15)。

  数字化技术研发以数字化样机技术为基础,打造全流程全三维协同研发模式,着力于提高设计效率、验证效率和降低研发成本,以实现新产品开发能力的持续提升。为提高复杂电子装备结构设计的准确性和效率,我们基于虚拟现实、人机交互及三维设计技术开发了交互式虚拟系统,为用户提供自然操作的交互式虚拟环境,对产品设计及装配过程和结果进行可视化仿真,以达到检验、评价及预测产品合理性的目的,大幅缩短产品的研发周期(图16)。

  为助推十四所智能制造产业的高质量发展,我们推行智能制造SIC(Smart Factory、Intelligent Enterprise、Cloud for Manufacturing Service)战略(图17)。其中,S是智能车间、I是智慧企业、C是云制造服务平台。通过自主研发和产业协作相结合的方式,开展标准体系制定、共性技术攻关、整体解决方案研究、软硬件使能产品开发等工作,形成智能车间、智慧企业以及云制造服务平台三大系列产品。

  围绕SIC战略,我们打造了“睿知”工业软件和“睿行”智能装备两大自主品牌,开发了制造运营管理、三维可视化、数据采集与决策等核心应用软件,研制了组件、天线单元等自动化装配系统,打造了国产化智能制造整体解决方案,产生了广泛的示范应用。十四所也先后入选国家制造强国建设战略咨询委员会智能制造专家委员会、国家智能制造标准化总体组和专家咨询组,荣获工信部颁发的智能制造试点示范车间、中国电子信息博览会金奖、国内权威智能制造知识服务平台评选的中国智能制造最佳实践奖和标杆智能工厂(图18)。

  《设计》:十四所工业设计中心作为复杂电子装备工业设计理念、方法和标准的引领者,愿景之一是“凝设计之力,塑重器之美”,您认为何为“复杂电子装备·大国重器之美”?设备之美在实践应用中有怎样的意义?

  技术“Tech”来源于希腊语,其意思为利用现有事物形成新事物或者改进现有事物功能、性能的原理和方法。设计“Design”,源自拉丁语“Designare”,是为了一定目的而对其事物变化的操作。人类的历史、文化、遗迹都产生于设计,设计的终极目标就是功能性与审美性。我们国家最早的古典文献《周礼•考工记》中提出的“天时、地气、材美、工巧”合四为良的造物思想,也体现了造物的实用与审美、技术与美学的高度融合特点。工业设计正是科学原理、技术手段、艺术规律三者交融所创造的技术美学实践。技术美一般包含三个基本原则,包括功能原则、价值原则和美感原则,而如何定义大国重器之美、缔造工业设计的核心价值,是行业内一直在探索思考的一个问题。

  复杂电子装备通常是具有信息感知、通信、导航、干扰等功能的机电耦合系统,主要涵盖电子信息、航空航天、船舶、轨道交通等领域,产品往往分布在沙漠、高山、海洋、岛礁等世界各地,面临各种极端环境。以雷达为例,整体形态需遵循各类技术指标和功能的要求,而极端环境下的抗腐蚀、耐高/低温性能又对材料、涂覆的选用提出高要求,此外如何解决系统交互操作繁多、人机协同关系复杂等问题也是无法避免的难点。“倾国宜通体,谁来独赏眉”,“大国重器之美”更多的是一种多因素和多维限制条件下呈现出来的均衡与和谐的整体美。十四所工业设计中心融合雷达特点,设计趋势和企业文化,形成了整体感、科技感、品质感的设计策略,打造了各领域的雷达产品形象识别体系(图19)。比如车载领域雷达以坚固可靠、防御性强的盾牌形象作为识别语义,体现硬朗坚实,具有强大威慑力的特点。机载领域雷达以百折不挠、无所畏惧的雄鹰形象作为识别语义,体现机载雷达锐利机警、轻盈精巧的产品形象。舰载领域雷达既有保驾护航的阳刚之威,又有以人机效能为先的细致入微,以乘浪御海,骁勇无畏的海燕形象作为识别语义,体现舰载雷达灵动、稳健、刚柔并济的产品形象。

  雷达的设计体现一个国家科学技术的综合实力,雷达的产品形象更能体现我国军工行业的形象以及整个国家的设计水平。“海不辞水,故能成其大”,在人类命运共同体和共建“一带一路”的国际环境下,雷达作为国防科技的重要代表,也在积极参与并助力机场安检、社会治安、联合国维和、反恐等领域的安全援助项目,通过顶层和系统的产品形象设计,不仅是国之重器面向百姓、面向生活的展示途径,更是传递和平发展理念的生动实践(图20、21)。

  《设计》:在产学研用合作和人才培养方面,十四所工业设计中心做了哪些具体工作,取得了怎样的成果?

  十四所工业设计中心成立以来,一直致力于构建合作共赢的“政产学研用”生态圈。

  校企合作方面,我们与东南大学、中国科技大学、南京大学、浙江大学等国内一流高校签订战略合作协议,订单式培养高素质、复合型工业设计人才,目前已累计培养硕博研究生近百人。另外,我们也积极与高校联合布局、申报一批原创性和前瞻性的科研项目,加快形成若干战略性技术和战略性产品,培育新兴产业,累计千万级项目经费。政企合作方面,十四所全方位融入南京市经济发展,是南京市工业设计协会副会长单位,也是南京市八大产业链之一“智能制造装备产业链”链长单位。我们以工业设计中心为依托,以智能制造为发力点,建成了江苏省复杂电子装备智能制造技术标准创新基地和南京市军工电子智能制造军民融合创新平台,位列江苏省智能制造领军服务机构名单第一批榜首。同时,我们打造了国内首个微波组件智能制造示范车间(图22),雷达总装车间也获得“工信部高端电子装备示范工厂”的称号。

  为民营企业提供优质的设计服务也是十四所工业设计中心近年来的工作方向,其中比较有特色的就是智能制造转型升级项目,我们为湖南特变电工衡阳变压器有限公司国内首创了叠片机器人工作站(图23),实现大型变压器铁芯的自动化叠片,产能提升8倍以上。LED显示屏也是十四所民品领域的明星产品,依托控股公司洛普,我们为北京冬奥会提供了近600平方米的LED全彩屏(图24),保障了冬奥会比赛画面的完美呈现;为生动体现了中国建党初期在上海的革命实践,我们在显示屏外观造型、色彩输出等方面下足了功夫,为一大纪念馆定制柔性LED显示屏(图25),最终呈现出卓越的品质和震撼的视觉效果。

  此外,在现代民航运输领域,十四所也取得一些成果。瞄准机场区域精细化气象监测服务需求,我们打造了全球首部国产化大型机场终端区天气预报预警装备(图26),对天线阵面、天线座等主要部件进行深度整合设计,提升产品的品质感,被选为北京大兴国际机场的十大精品工程。

  《设计》:请分享几个十四所工业设计中心的经典设计案例。1.SLC-2E多功能相控阵火控雷达:SLC-2E多功能相控阵火控雷达是中国自主研发的固态全数字有源相控阵雷达,在珠海航展上一经亮相即被各大媒体争相报道,并在CCTV-2频道《经济半小时》专题节目中重点展示介绍,被誉为走出国门的“中国神器”(图27)。中心全程深度参与该项目从研发到生产的整个生命周期,开创性地将视觉层次设计体系和基于产品语义的产品形象识别体系进行有机的融合,并贯穿到整个设计流程中。

  首先,我们根据雷达特点构建了视觉层次设计体系,根据人们从远到近能观察到的内容不同,从三个视觉层次开展形态整合设计,打造具有高度整体感的雷达形象。第一视觉层次强调整体布局与形态。通过外部形态轮廓线的应用,提高整车外部形态轮廓的连续性、平台设备的整体性和整车形态的视觉稳定性,并利用斜切面等形态特征确定产品设计风格(图28)。

  第二视觉层次展现结构单元的线、面、体。通过设计元素的呈现以及内部形态轮廓线的应用,实现设备内部部件外观要素的秩序性组合,保证整车的简洁和统一,为整车形象识别基因的应用提供良好基础(图29)。

  第三视觉层次关注点和细节。通过对门锁、把手、铰链、铭牌、表面处理、走线等各细节要素的统一设计和工艺制作水平展示,体现产品精益求精的品质(图30)。

  其次,结合车载领域的产品形象识别体系,将基于“盾牌”语义的产品族DNA和形态要素在三个视觉层次统一、灵活地运用,打造契合家族理念的识别特征,从而保证了雷达从整机层面到细节层面均具有较高的整体性和识别度(图31、32)。

  2.YLC-8B远程预警雷达:YLC-8B远程预警雷达被誉为中国反隐身“旗舰”型号,已成为中国反隐身雷达的代名词,在2016年被《国防科技工业》杂志评选为“中国10大明星武器”,CCTV4《走遍中国》栏目也对其开展了专题报道(图33)。

  在该雷达产品形象设计过程中,我们在盾牌造型简化的基础上,对其形象元素进行提取凝练:以棱角分明、强劲有力的折线线条作为产品族DNA元素,表达产品硬朗坚实,具有强大威慑力的特点。我们将产品族DNA元素进行灵活运用,贯穿于雷达整机外观、天线系统、平台设备和通用部件的造型设计之中,打造具有独特形象识别特点的产品系列(图34)。

  方正坚固的高频箱结合具有动感和力量感的箭头元素(图35),既解决了结构性能的要求,又表现了刚强有力的防御姿态,形成富有力量和韵律的宏伟形象。错落有致的折角特征组合形成了具有强识别度的家族基因,体现了奋发向上的精神面貌。

  3.新一代雷达工作方舱系列产品:地面雷达的工作方舱是雷达系统与用户“面对面”交互的核心载体,也是工业设计大展拳脚的舞台。中心近年来在产品形象、人因工效、CMF等方面不断探索创新、融合迭代,合力打造了全新一代雷达工作方舱的整体解决方案,大幅提升了雷达产品的用户体验,主要体现在以下三个方面:(1)全新的产品形象:该方舱在空间利用、成型工艺、灯光布局、环境控制上取得突破,创造性地采用漫光灯带间接照明、隐藏式出风口等设计手法,打造了宽敞、明亮、舒适的工作环境,一改传统工作方舱简陋、狭小的刻板印象,极大地提升了产品形象(图36)。

  (2)友好的人因工效:通过方舱空间布局的顶层优化,拓展了空间功能性,降低了内部空间给用户带来的心理压迫感。舱内精心设计的多维度调节人机工效座椅、人员/设备独立风道、隐藏式灯带、隐藏收纳的会议设施、应急扶手,全方位地提升了方舱的人因工效和用户体验(图37)。

  (3)细腻的CMF处理:在工作方舱中使用条纹地板革、点状覆膜、蜂窝隔音板等新材料、新工艺,提升方舱内部的品质感和细节感。通过颜色对内嵌式的灭火器与常用工具进行功能区分,增强识别性的同时,提高使用效率(图38)。

  为实现方舱产品的家族化设计,中心以工作舱整体形象解决方案为基础,提炼具有可拓展性、可继承性的产品族DNA,并通过批量生产获得更高的制造成本收益,成功塑造了新一代雷达工作方舱的家族化产品形象(图39)。

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