对工业设计领域中的工程选材探讨

王永耀

摘要：工业设计需要以工学、经济学、美学为基础，工程材料属于其中重点，具体实践需保证工程材料性能可以满足设计需要。基于此，本文将简单分析工业设计领域中的工程选材方法，并从两方面深入探讨工业设计领域中的工程选材策略，以供相关业内人士参考。

关键词：工业设计;可持续发展;知情构造理论

前言：

在大规模开发的材料资源支持下，工程材料因使用优秀的性能与工艺得到广泛应用，基于安全、审美、经济、环保、技术等因素的工程选材也受到广泛关注。为保证工程选材科学性，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1工业设计领域中的工程选材方法

1.1传统选材方法

所谓工业设计领域的传统选材，指的是以工业设计师掌握常用工程材料特征和具体材料分类时，参照设计经验开展的工程选材，传统选材方法可细分为三类：第一，经验选材。工业设计师可基于手册、习惯、经验等选用工程材料，这种方法存在较高主观性，很多时候不会开展力学方面的计算与测试，随意选择常用材料的结构或零件选材也较为常见，这使得经验选材方法在满足工业设计需求方面往往存在一定欠缺;第二，试错选材。试错选材也被称作“配方法”或“炒菜法”，在新型工程材料的研究与开发过程中，试错选材的应用较为普遍，该选材方法的资源、人力消耗较大，且耗时较长，逐渐无法适应不断加快的工程材料开发速度;第三，行业传统选材。可结合工业设计行业经验，及工业产品的便捷性及可行性选材，多数情况不进行力学相关计算，仅结合行业传统习惯完成最终材料选择[1]。

1.2半经验选材方法

结合工业设计师的习惯、选材经验及工程材料特点，半经验选材方法在应用中能够更为科学有序进行选材，这类方法的应用需充分了解工业设计产品，常用的半经验选材方法如下所示：第一，筛选法选材。基于对工程材料的初步了解和工作经验，工业设计师可首先划定候选材料范围，之后结合产品功能需求和设计要求综合考察各类材料，最终完成工程材料选择;第二，类比法选材。结合同类工业产品选材经验，类比法选材可结合不同尺寸、不同产品用材开展针对性的对比分析，有目的选材能够在保证工业产品需求和性能的前提下科学推进，对比分析能够在选材过程中实现。但值得注意的是，类比法选材需要工业设计师具备更高的专业知识水平，这一水平直接影响选材质量。

1.3现代选材方法

随着信息技术的快速发展，现代选材方法在工业设计领域的应用也日趋广泛，典型的现代选材方法包括：第一，综合评价法选材。该方法需要对多个评价指标进行构建，评价可围绕具体设计对象开展，能够反映整体情况的综合指标可顺利获取。综合评价法选材的具体应用需要开展候选材料筛选，之后进行针对性的评价与处理，材料优劣顺序可最终确定;第二，专家系统选材。结合人工智能、大数据等信息技术，专家系统选材可通过算法、软件实现推理选材，不断更新和补充的知识学习数据库需在其中发挥重要作用;第三，数据库辅助选材。定量分析属于工业设计领域现代选材方法的核心所在，因此可通过建设相关数据库提供数据处理和查询服务，为选材工作提供辅助。

2工业设计领域中的工程选材策略

2.1基于可持续发展的选材策略

工业设计领域中的工程选材除采用上述方法外，还可以结合可持续发展需要，以此结合材料工艺和特性，兼顾环境属性进行工程选材，该策略的具体应用需关注以下几方面要点：第一，优选绿色材料。基于人类健康和环境优化目标，工业设计师需结合材料发展趋势及具体特性，优选环保、无害的材料，如硅藻泥涂料、树木纤维、秸秆材料等;第二，降低材料种类。现阶段我国工业设计领域应用的制造技术较为多样，智能化的制造业发展趋势也日渐明显，为满足智能化生产需要，参照智能化、模块化、参数化的工业产品设计，应设法减少材料种类，以此规避重复设计、缩短设计周期、降低环境和制造成本、简化产品结构、降低再生难度;第三，选择可分解性材料。堆肥、焚烧、填埋、资源化属于现阶段我国主要垃圾处理方式，为降低工业设计领域工程选材对环境造成的负担，可从垃圾处理角度思考，适当选择淀粉塑料等可分解性材料;第四，选择可再生材料。基于成本节约与环境保护考虑，工业设计领域中的工程选材还应优选可再生材料，这类材料对资源的消耗较小，对环境的污染较低，同时可考虑选择不加任何涂镀的原材料进行工业设计，进一步降低环境污染。

2.2基于知情构造理论的选材策略

工业设计领域中的工程选材还可以应用知情构造理论，该方法最早用于建筑领域，通过对设计组分间相互联系的强化，通过数据计算即可在设计组分间相互提供设计信息，该理论能够在工业设计中结合材料计算与制造技术、应力大小等因素，以此在工业设计过程中作为设计变量输入，设计模型可基于材料性质基础形成。工业产品的结构性能在很大程度上由材料性质决定，产品形式则由结构性能决定，材质的表达会受到作为设计变量输入的结构、形式计算过程限制。对属于早期工业产品设计生成阶段的形式、材质、结构设计成分来说，产品设计初期技术人员与设计人员需要加强协作，设计实践可通过材质数据计算得到支持，这不仅能够为工程选材提供依据，在设计难度降低、工业产品制作周期节约方面也有着出色表现。在具体实践中，需结合工业设计建设知情构造材料选材模型，该模型负责对选材受到的用户需求影响进行研究，材料属性可结合知情构造理论开展定量化分析。在模型的具体应用中，需结合每项用户需求，通过规则推理方法开展对应材料属性需求匹配，材料属性主观权重基于质量无法确定，材料属性客观权重计算可使用竞争性评估的熵分析法，以此完成综合权重计算，各备选材料通过模糊综合评价计算确定综合得分，工业设计的最合适工程材料可最终确定。在知情构造环节，基于知情构造理论的选材策略需围绕应力环境、需求信息、制造技术等开展材料计算，工业产品设计则需要围绕材料选择、可靠性分析、外观设计、结构设计、可持续设计、生命周期评估等方面开展具体研究，同时将顾客需求向功能需求、材料属性需求转换，并结合环保性、经济性、工艺性、使用性、美学性等原则进行材料选择，在用户需求调研和需求挖掘、市场数据收集支持下，开展权重计算与材料属性多目标决策，工业设计领域中的工程选材即可在知情构造材料选材模型支持下高质量完成，图1为知情构造材料选择模型。

值得注意的是，为保证基于知情构造理论的选材策略应用取得预期效果，具体实践还应关注材料规则库的建设，需保证其具备优秀良好的泛化能力，解决策略应用可能出现的数据冗余、资料匹配度低等问题。

结论：综上所述，工业设计领域中的工程选材需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的基于可持续发展选材策略、基于知情构造理论选材策略等内容，则提供了可行性较高的工业选材路径。为更好满足工业设计需要，围绕智能化选材技术开展的相关探索必須得到重视。

参考文献：

[1]毕永强.机械产品设计中材料的选择及应用探讨[J].内燃机与配件，2020（11）：215-216.

[2]韩珍玉.基于LCA的机械产品绿色设计中材料优化选择评价研究[J].组合机床与自动化加工技术，2018（10）：68-72.