人工智能在工业设计中的应用研究

人工智能在工业设计中的应用研究

杜建军  王伟  雷堡乐  邹豪

深圳市超频三科技股份有限公司  深圳市 518000

摘要：自其出现之日起，便显示出其广阔的应用前景。当前，人工智能已成为一门涉及计算机科学、心理学以及语言学等多个学科的综合性学科。而工业设计拥有多个学科的交叉特征，它着重于在满足产品功能的前提下，用设计的方式进行创新，以达到满足人类的消费需求、产品需求和文化需求的目的。在工业设计中使用人工智能，一方面能够充分利用它在外观设计、色彩设计和人机交互等方面的优点，从而达到对设计过程进行最优的发展。另一方面，它和设计师之间可以相互依赖，在设计创新过程中相互学习，从而能够创造出更适合人类需要的工业设计产品。

关键词：人工智能；工业设计；应用研究

1人工智能与工业设计概述

1.1人工智能的概念

伴随着计算机技术的进步，它的计算能力越来越强，科学家们也试图让它遵循人的思维方式，模拟人的意识，来解决各种复杂的问题，从而达到人脑的智慧。人工智能从被提出到被应用，它与计算机技术、大数据技术、智能控制技术、态势感知技术等都有联系。在对人工智能进行深入研究的过程中，它所涵盖的领域已经延伸到了虚拟现实、智能语音等多个前沿学科，展现出了很强的发展潜力。人工智能技术的发展，是在人类信息化飞速发展的一个阶段上进行的，这个时候，随着芯片技术和移动互联网技术的迅速发展，使得一切都可以互联起来。现在，人工智能在应用中最直接的表现就是，智能家庭的广泛普及。然而，我们必须意识到，当前，人工智能技术仍处于发展初期阶段，更多的只是以一种概念的方式进入到了人们的生活当中，而在实际应用中，不管是在软件研发，还是在硬件生产方面，人工智能都不能够满足实际的要求。简单来说，人工智能就是一项可以让计算机对人类具有听、说、读、写、思等多种能力的综合能力的现代技术，它可以构建出一台可以将人类智慧发挥到极致的智能计算机或智能系统。当前，主要有两大类：（1）以符号加工为中心的实体符号法；(2)联结机理方法，主要是以联结网路为基础。但因人类大脑的构造与作用机制的复杂，单纯依靠某一种方式无法实现真实、完整的人类大脑仿真，两者融合是当今AI发展的趋势。

1.2工业设计的界定

工业设计是在工学、美学和经济学的基础上进行的一种产业设计。产业设计是一门综合性的科学，它所涵盖的领域非常广泛，按其所关注的领域划分有“广义”与“狭义”之分。从更广泛的角度来看，它是一种利用现代的技术和实际的实现方法来完成产品和提供服务的设计流程，它包括了产品设计、视觉设计、环境设计等内容；从狭义上讲，“系统”是指以“系统”为中心，其中心理念是“系统”与“用户”之间的关系。工业设计具有双重性、协调性和创造性，在今后的发展中，探讨"智慧+设计"的具体运用，借助科学技术的力量拓展设计的疆域，是其重大任务。

2人工智能在工业设计中的优势

2.1转变工业设计思维与方法

随着人工智能技术的发展，其在工程上的运用，可以将其划分为“辅助”和“直接”两种。在早期，电脑设计软件取代了手绘草稿，从而使工业设计朝着电子化的方向发展。伴随着人工智能技术的到来，一部分工业设计软件已经达到了半智能化的程度。设计师可以利用专业设计软件来进行工业设计，从而提升了他们的工作效率。如果是一些重复的工作，还可以利用软件功能来直接完成。

2.2拓宽工业设计行业的发展维度

在传统的工业设计中，由于受到时间、费用等方面的制约，设计者通常只关注某一种形式的产品，而不能将产品的功能完全展现出来。比如，在进行工业设计的时候，经常会对其他行业中的成功案例进行借鉴，有些时候还会牵扯到产品本身的参数和消费环境，这就会造成设计师自身的思维受到局限，此外，还会受到设计人员的维度和视角的局限，从而不能对设计师本身的桎梏进行突破。而AI却不会受到这一点的限制，它可以通过全世界的信息，来迅速地对自己的设计进行组合和创作，而且它的产品的数量和多样性，也会给它带来更大的优势。事实表明，在某些情况下，工业设计需要一个创新的方案，而更多的时候，它会考虑到实际的需求。因此，人工智能拓展了工业设计的发展空间，与其相对，它可以用更加宽广的视角来看待工业设计。

2.3人工智能提高工业设计创新性

近年来，随着人工智能技术的发展，人们对其进行了广泛而深入的研究。当前，随着城市道路的发展，道路的管理日趋复杂化，借助人工智能技术，能够有效地提升道路的管理水平。在电子产品方面，人工智能音响、智能家居等在多种深层次的算法支持下，能够自动提供服务，给人民的生活带来极大的便利。AI技术为企业的研发和创新带来了技术上的投入，也为企业的创新发展带来了新的机遇和挑战。今后，在进行产品设计的时候，设计人员要具备整合、发展和可持续的思维，并将人工智能技术应用到更好的领域，才能更好的完成产品创新。

3人工智能技术在工业设计中的应用思路

3.1计算机视觉在工业设计中的应用

所谓的计算机视觉，其实就是一个仿生感知系统，利用可视化的技术，对人眼进行操作。电脑视觉，简而言之，就是利用一台机械取代人类的眼睛，对物体进行检测与判定。在视觉技术的应用中，摄像机将所采集到的图像转换成一种图形信号，交给专门的图像处理器进行信息处理，处理系统将图像的分布及物体的大小、亮度、颜色等信息，转换为数字信号，然后，图像处理系统会根据这些信号进行目标特征分析。机器视觉在产品设计中的重要作用是：直观、交互。其中，可视化帮助将3D的设计模式与真实的环境相结合，提高了设计者的真实感；交互性指的是，设计师可以利用计算机视觉接口来展开信息的交流，利用交互的方式，来修改设计模型、协同创作产品、进行数字优化体验等，从而提高设计师对产品设计的创意和理解。机器视觉技术的根本特征是使产品更加灵活、更加自动化。在工业设计领域，在某些不适合于人为操作的、有危害的工作条件下，或是采用人工视觉无法达到需求的情况下，可以使用机器视觉来代替。因为它具有与其它科技融合的特点，所以它能够为设计者带来更多的设计可能性。随着工业设计朝着数字方向发展，备受关注的无人驾驶车辆就是将其与人工智能技术融合的一个经典范例。设计者运用计算机视觉中的移动物体追踪技术，将计算机视觉、自动控制等技术有机地融合起来，以自动地对物体进行辨识并追踪，捕捉其工作环境和移动空间，使所设计出来的车辆能够在真实的世界与数字的世界中进行实时的连接，从而达到车辆的无人化、智能化的目的。

3.2机器学习在工业设计中的应用

机器学习是一门研究如何实现人如何使用计算机模拟或类学习活动的科学技术，它是人工智能中最具智能特征、最前沿的技术研究领域。上个世纪八十年代开始，机器学习被认为是一种能够真正应用于人类社会的方法，尤其是最近十多年，它得到了迅速的发展，并已经成为当前最受关注的一个方向。在今后的几年中，由于一件作品能否具备学习的功能，将会被越来越多地运用于工业设计中，因此，它将会被越来越多地运用于工业设计中，而这正是一个作品能否具备“智能”的一个重要指标。传统的工程设计多依靠人工进行模型构建，不仅工作量大，成本高，而且模型中原有的几何关系等知识没有得到有效的重用。通过对这些问题的研究，可以为设计人员建立更高效的模型，从而大大减少了传统的工程设计人员的劳动强度和投资费用。其中一个优点就是可以让设计者在做一个特定的设计时花费更少的时间和金钱。在工业设计中，如果能够构建出一个机器学习系统，它能够帮助设计师解决相对枯燥的数据采集和整理工作，为产品设计提供实时的决策和支持，还能辅助设计师完成产品方案的初步设计。在此基础上，提出了一种基于机器学习的方法，通过对设计参数进行设定，使其能够实时地对设计参数进行优化，从而为设计参数的确定和优化提供依据。在对工业设计方案进行评价时，需要考虑到美学、人机工程学、社会心理学、加工制造工艺学、市场营销学等多种学科的相关知识。因此，在对工业设计方案进行评价时，可以利用机器学习中的专家系统，来对其进行综合和科学的评价，以此来降低人为因素对评价的影响，进而达到对设计方案的最优选择。

3.3自然语言处理在工业设计中的应用

在经历了几千年的演变之后，人类的语言逐渐演变成了一种精巧的沟通方式，它所携带的信息量常常超过了文字所能表达的范围。NLP已被认为是弥合人类交流和信息数字化差距的关键技术。所谓的“自然语言”，就是将人们在日常生活中所运用到的一种自然语言，用于与计算机进行互动沟通。简而言之，就是计算机接收用户以自然语言为代表的输入，并在其内部，利用由人们所定义的算法，进行加工、计算等一系列的操作，从而模仿人们对自然语言的理解，最终实现用户所希望的结果。NLP就像机器将人从工作中解脱出来，它的目标是用电脑取代人力，对大量的NLP数据进行分析。在工业设计领域，设计师的目标是使用者，所以每个设计师都要面临一个问题，那就是给使用者提供一个更加科学、合理和个性化的产品。在我们日常生活中，经常见到的一种自然语言处理应用，就是情感分析和个性化推荐。它能够让设计师从海量的用户数据中，对与之有关的产品反馈信息进行识别并进行分析。在此基础上，通过对大数据和历史行为记录进行分析，对用户对该产品的评价或偏爱进行预测，进而对其进行准确的了解，并进行迅速的匹配，进而完成对该产品的个性化设计服务，进而提高用户的粘性。机器翻译是自然语言信息处理的一个分支，它是一种在没有人工辅助的情况下，将一种自然语言自动生成为另一种自然语言的计算机系统。随着通讯技术和网络技术的飞速发展，信息的数量急剧增长，工业设计的国际交流和合作也变得越来越密切。因此，通过机器翻译，设计师可以更高效、更低成本地突破语言沟通的壁垒，更快更准确地对有关设计产品的各种信息进行了解。由于因特网的迅速发展，使得因特网上所包含的信息越来越多，因此，为了设计出更加优秀的作品，设计者必须掌握更多关于设计方面的知识。随着用户对信息检索技术的要求不断提高，基于用户交互的智能回答技术逐渐被人们所接受，并逐渐被人们所接受。在设计师提出了与设计知识有关的问题之后，自动解答技术在对设计师所提问题进行了准确地计算和分析之后，可以将这些问题中的关键的信息提取出来，在现有的语料库或知识库中展开检索和匹配，将获得到的答案反馈给设计师，从而可以满足设计师对产品设计相关知识的需要。可以说，它不仅能够满足大数据环境下的工业设计需要，还能够填补人们沟通和机器理解的鸿沟，让机器能够在理解自然语言方面达到和人同样的程度。在将来，将自然语言处理技术在工业设计上的运用，将使设计师能够面对更复杂的情况，解决更多的问题，更有针对性地更新已有的产品，进而设计出更符合用户喜好、审美和使用需求的产品。

3.4机器人技术在工业设计中的应用

机器人技术是计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多个领域融合在一起的一种高新技术。机器人并不只是在单纯的意义上取代了人类的工作，它是一种将人类的优点与机器优点结合起来，形成的一种拟人的电子机械设备，它拥有人类对环境状况的迅速反应和分析判断的能力，同时拥有机器可长时间持续工作、高精确度、抗恶劣环境的能力，从一定程度上来说，它也是机器演化的结果。目前已知，在机械臂内部和外部均存在着大量的视觉、听觉、触觉和嗅觉等感知器官，同时，机械臂、足肢、鼻子和触角等也具有运动能力。从早期的机械臂技术还很难达到工程实践的要求，但是，随着科学技术的进步，机械臂在工程实践中得到了越来越多的应用。机器人可以模仿人类的思维模式，来处理工业设计中所面临的问题，它可以在没有人为介入的情况下，自动地发出类似于人类的各种行为控制指令，从而在没有人为介入的情况下，自动地作出和执行正确的决策。该机器人具有质量稳定，速度可调，抗疲劳等优点，可以帮助设计师进行多种日常工作，也可以代替设计师做一些高风险的工作。相对于常规的工业设计而言，将机器人技术运用到工业设计中，可以显著地减少设计产品的失败率，从而提升设计产品的品质。与此同时，它还可以减少制造费用，防止因工作条件差而导致的对设计师的损害，减少设计师的工作压力，从而使工业设计的效率和品质得到显著提升。随着机器人技术的逐步完善，设计师的设计潜力被持续挖掘出来，同时，在机器人技术的帮助下，设计师的奇思妙想法也不再是天马行空，它更容易实现，这将帮助设计师更快、更好地构造出产品，加速了产品设计开发的创新步伐。

3.5生物识别技术在工业设计中的应用

生物识别技术是一种通过生物个人自身具有的并且可以独特地识别其身份的生理特征或行为特征，将光学、声学、生物传感器等技术手段和计算机信息技术有机地结合起来，从而实现一种能够进行身份自动鉴别或认证的数字化识别技术。在此基础上，提出了一种基于信息的生物特征识别方法。由于它的独一性、终生不变性、安全性、可靠性、非侵入性等特点，在众多的生物特征中，它已经成为了一种被广泛使用的生物特征。随着生物识别技术的问世，它提高了人们对产品功能的需求。在工业设计中，便利、快速的操作体验是一个非常关键的条件。通过使用生物识别技术，可以构建出人机之间的感性认知与交互功能。当使用者在进行操作的时候，只要轻轻一按或眼睛一眨、或轻声一说，就可以将操作进行下去。当将其用于产品的设计时，必须综合考虑安全性、可操作性、美观性和经济性。例如，目前，面部识别技术已经十分成熟，在实际应用场景下，它具有操作简单、结果直观、隐蔽性好等优点。可以预见，在将来，由于其具有极高的准确率，以及操作方便、安全等优点，将会被越来越多的设计者所采用。伴随着物联网时代的来临，生物识别技术在工业设计中将会有着更加广泛的市场应用前景，这既可以提升人们的生产和生活的效率，也可以让人们的生活变得更加有趣。

结语

人工智能是科技进步的产物，它在工业设计中的作用越来越明显，而在今后，它将会得到更加广泛的应用。当前，在工业设计领域，AI还不能取代设计师，它必须与设计师协同合作，将两者进行高效的结合，才能使工业设计的整体发展。

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