工业设计的新材料与新工艺应用分析

工业设计的新材料与新工艺应用分析

摘要：目前我国经济发展迅速，工业也在快速发展。随着我国市场经济的不断发展，工业领域加快了发展步伐，新材料与新工艺被应用于工业设计中，引领着工业设计发展的方向，对工业设计的发展具有重要的推动作用。文章概述了工业设计的内涵，对新材料与新工艺在工业设计中的应用进行深入研究，提出了建立工业设计的材料与工艺数据库，旨在推动工业设计水平不断提升。

关键词：工业设计；新材料；新工艺；应用分析

引言

色彩、材料和表面装饰（CMF）是工业设计创新的关键因素，而材料（M）起着主导作用，引起学术界和企业界高度关注。随着科学技术的飞速发展和社会需求的日益多样化，新材料作为一种关键的支撑技术，已经成为推动社会进步和产业升级的重要力量。新材料在能源、环保、生物医药、信息技术、航空航天等领域具有广泛的应用前景，为未来社会带来革命性的变革。目前，世界各国都在关注新材料产业的发展，并将其纳入国家战略竞争当中。工业设计在国民经济水平提升中起到了举足轻重的作用，它通过创造性地使用现代社会所提供的新材料，以满足人类不断提高的物质与精神生活水平的需求。新材料驱动并成就未来，关注并加快培育和发展新材料，对提高我国的综合国力、提高人民生活水平具有日益重要的意义。

1工业设计概述

工业设计的核心是工业产品设计，涵盖美学、社会经济学、文化艺术等相关知识，通过优化产品功能与结构、形态与包装等，进行整合与创新设计，提升功能性和实用性。相比于传统产业，工业设计具有发展前景广阔、对资源的消耗较少、知识技术密集和综合效益高等特点；相比于技术创新，工业设计属于集成创新，具有周期较短、投入少回报高、风险较小等特点。在制造业中，工业设计十

分具有潜力，附加值较高，可以促进工业企业核心竞争力的提升，对于产业结构

升级也具有积极作用。

2工业设计的新材料与新工艺应用分析

2.1材料智能计算设计技术与核心软件

（1）面向新材料研发的计算设计技术与核心软件发展从微观、介观到宏观

尺度的材料体系计算方法、算法和核心软件，建立涵盖原理、方法、算法、软件、应用的开发链和发展生态。研究适用于特定材料体系的计算新方法，凸显技术特色、建立技术优势。开发基于AI的跨尺度计算方法，拓展跨尺度计算的应用范围。

（2）面向材料制备加工、产品制造、服役评价的模拟仿真技术与应用软件

研究多物理场与材料交互作用原理，开发材料制备及加工工艺优化、产品制造流

程模拟、多场耦合作用材料服役行为及失效过程的计算模拟技术与应用软件。面

向材料研发链、生产链、应用链，按照集成计算材料工程的顶层设计和架构设计，建立支持材料全生命周期的计算模拟系统。

2.2高端新材料成形过程在线检测与智能感知技术

在高端新材料成形过程中，常见的在线检测系统通常由核心传感器、传输系统、处理系统及显示系统组成。目前，高端新材料成形过程主要的传感器及测量

技术有：①材料塑性成形过程的参数测量，主要包括应变、应力及残余应力；②

尺寸测量，主要包括工件长度、宽度、厚度以及复合层或涂层的厚度、直径、不

圆度、版型等；③表面粗糙度、表面缺陷及内部缺陷检测；④成形工艺和设备参

数测量，主要包括在加工过程中的力、扭矩、变形量、振动、张力、温度、轧机

的辊缝、轧件速度、机架应力以及电流、电压、功率等。

智能感知是赋能机器视觉、机器人、扫描和检测等工业自动化的关键技术之一，在薄片厚度测量、工件裂缝以及工件的缺损检测等方面已取得了显著进展。

高端新材料生产过程智能感知主要包括数据采集网络、大数据分析与挖掘以及感

知技术3个方面。数据采集网络由射频识别（RFID）、分布式传感器和物联网技

术组成；大数据分析与挖掘包括数据的挖掘‒分析‒融合以及数据存储‒集成；感知技术包括生产状态感知、设备状态感知以及设备之间的智能感知。与国外先进国家的高端新材料成形过程在线检测与智能感知技术相比，我国在核心传感器国产化率、系统集成度、系统稳定性、检测数据服务成形控制能力、“产学研”协同示范应用等方面还存在较大差距。未来，需围绕这些关键问题，针对性开展技术突破，形成高精度快速检测和智能化感知模态。

2.3建立工业设计的材料与工艺数据库

在工业设计的发展过程中，研究出了多样化的新型材料和新型工艺，为工业设计带来便捷的同时，也导致了数据资源的分散，这对工艺设计信息维护与更新带来一定的难度，长此以往，会导致数据信息不准确。

通过建立工业设计材料与工业数据库，可以记录工业设计的相关信息，提升新材料与新工艺的应用水平。特别是性能层次较多的材料，在不同形状、尺寸等外观设计中，所发挥的性能也有很大差异，数据库可以整合有效信息，当输入设计需求时，可以快速弹出所需的材料数据，从而提升工业设计效率。

建立工业数据库的意义十分重大，很多工业设计具有一定特殊性，且不同领域中所应用的新材料有差异，数据库可以为工作人员提供更准确的参考数据，对工业设计未来发展具有重要的推动作用。

2.4藻类生物塑料材料

生物塑料是由可再生生物质资源生产的塑料。生物塑料主要是来自土地种植出来的农作物，例如植物油脂、玉米淀粉、稻草等。但如今，科学家们正在探索海洋中的未来原料，其中的海藻领域就有着非常光明的研究前景。藻类对养分的需求最小，种植对气候条件的依赖也更少，富含能提取纤维、颜料或粉末的生物组织，并且该材料可用于生产各种可生物降解材料。藻类在美学上可提供着色、纹理和独特的视觉效果，可以在一定程度上影响材料的物理和环境性能。作为一种植物，藻类比树木能覆盖更大的面积，在通过吸收二氧化碳后很迅速地繁殖，并产生一种可用作生物塑料或黏合剂原料的淀粉。所以，设计师们主张利用海藻

的生长作为生产材料来减少全球的二氧化碳含量、预防气候变化。几十年来藻类材料已经能够作为生产生物燃料的原材料，更多地是被运用于生产塑料中。

海藻有望带来可观的收益，与谷物相比，海藻拥有较高的产量和产率。比如谷物需要100天才能成熟，而海藻在适当的条件下生长和收割则只要一周，并且一年可以获得50次的丰收，这是一项非常具有可持续性的举措。同时，谷物可以食用，而藻类却不能吃，它们不能作为食物的替代品。尽管一些藻类作物可以直接从海洋中获取，但大多数可以“商业化”地在开放的水塘体系中成长。

结语

随着我国工业设计领域的不断发展，在不久的将来，更多新材料与新工艺会被开发和应用。因此，深入探究新材料与新工艺的特点和应用方法十分必要。技术人员需对材料性能进行全面的了解，对工艺的操作方法熟练掌握，充分发挥材料与工艺优势，推进市场经济的不断发展。

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