摘要：随着时代的变迁，工业设计的定义在发展，范畴也被大大的拓展。现阶段发展的工业设计突出特点是实用性、艺术性和科学性。本文论述了工业设计定义的变迁，并且着重论述了工业设计的实用性、艺术性、科学性，以及三者之间的协调统一。

　　关键词：工业设计；实用性；艺术性；科学性

　　工业设计是指以工学、美学、经济学为基础对工业产品进行设计。其设计区别于手工业时期单件制作的手工艺品以及艺术品，主要针对批量化生产的工业产品。由于社会的不断发展，人们对于概念的理解和领悟随着时间不断发生变化，同样人们对于工业设计概念的理解也发生着多次的变化。

　　1工业设计定义的发展

　　“工业设计”最早由美国艺术家约瑟夫西奈尔于1919年提出，但真正的工业设计始于德国包豪斯。1959年国际工业设计协会联合会公布了工业设计的定义，即工业设计指工业设计师凭借训练、技术知识、经验技术视觉敏感性对批量生产的工业产品进行材料、结构、形态、色彩、表面处理等方面的设计，同时也关注产品的包装、广告、展示及市场营销。此时的工业设计定义从产品本身出发，更多的是关注产品外观上的设计。随着生活水平的不断提高，工业设计的定义也在不断改进。1969年的定义由马尔多纳多提出，即工业设计是一种旨在确定工业产品形式属性的创造活动，从生产者和用户双方的角度解决产品的外部特征（外观）与结构、功能之间的关系[1,2]。定义中添加了对于生产者、用户，也就是对人的考量，开始以人为中心考虑工业设计的发展。随着工业社会向信息化为特色的知识社会迈进，2006年，国际工业设计协会进一步从创新的角度对工业设计给出了新的定义[3]：“工业设计是一种创造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及他们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。”工业设计的范畴被大大的拓展，包括了对于服务和系统的创新，也使现在工业设计发展范畴十分广泛。现在的工业设计具有广义与狭义之分。狭义工业设计单指产品设计，以有形产品为载体，主要指对工业产品本身的功能、外观设计以及为实现这些要求的产品工艺设计，其核心是产品对使用者的身心具有良好的亲和性和匹配性。现阶段发展的工业设计注重其实用性、艺术性以及科学性的协调统一。

　　2迪特拉姆斯的好设计十项原则

　　无论在何种行业的发展中，从业者会将如何做“好”作为长足发展的目标，而在工业设计的发展长河中，迪特拉姆斯在长期的设计实践以及思考中总结出了好设计的十项原则。此原则的总结基于拉姆斯对于工业设计的定义、发展领域以及特点的思考。他认为：(1)好的设计是革新的；(2)好的设计是实用的；(3)好的设计是美观的；(4)好的设计使产品易于理解；(5)好的设计是谨慎克制的；(6)好的设计是诚实的；(7)好的设计是经久永恒的；(8)好的设计是在细枝末节处也维持一致的；(9)好的设计是环保的；(10)好的设计是尽可能减少的设计。长期以来，拉姆斯的十项原则在实践中得到了证实，也在一定程度上反映出了工业设计所具备的实用性、艺术性以及科学性特点。由于具有科学的数据与理论支持才能使设计更加的完善，新的材料、结构的创新，不过度添加不必要的功能，在理论的支撑下考虑方方面面的设计才能经得起时间的打磨，留存下来。

　　3工业设计的特点

　　3.1工业设计的实用性

　　所谓实用即指其实际应用价值，能满足其基本使用功能。同时也可以从其概念中理解，单指实用其实与物品的外观并无太大关系[4]。人类在打制第一件石器作为工具的时候，完全是“实用先于审美”、出于“劳动”、利于“生存”的实用目的[5]。虽然这些工具看起来非常简单，但是却帮助他们度过了艰苦的时代。在仅满足生存的年代，还并没有所谓“美”的意识的产生。在后来的工业设计的发展中，从包豪斯开始提出设计的目的是为人，而不是产品，人们把重心转移到人后，更加注重人的使用，因此得以批量生产的工业产品首要要满足其实用性，勺子就要具有盛食物的作用、坐椅就要能承载人坐的功能。实用性也是工业产品区别于艺术品的一大重要特点。

　　3.2工业设计的艺术性

　　随着人们生活环境和生活条件的改善，人们不再单一只能依赖于自然环境，人的价值观念开始变得更为复杂、多变，同时人们开始借用产品来表达自己的情感和诉求。在满足其实用性的基础上，追求其造型、色彩、线条、音响、语言、动作等具体特征为表现元素。以天鹅椅（如图2天鹅椅）为例，天鹅椅于1958年由雅各布森所设计，作为丹麦功能主义的倡导人，雅各布森在设计过程中除了考虑其实用性，也运用流畅的线条创造了具有雕塑般美感的造型，整个椅身完全看不到笔直的线条。造型上的围合为人们带来了良好的坐的体验，温暖、柔和。工业设计的艺术性除了表现在其物的外观之外，更是设计师的设计思维的转换。工业设计师开始通过对产品的美感的考量来优化产品，不断挖掘产品形式美的内涵。用户对于产品的第一感受从对其外观的观察获取，因此对于形、色、质的艺术性的考量至关重要。

　　3.3工业设计的科学性

　　由于工业设计基于“可批量化生产”这一重要特征，因此设计师要综合考虑产品的初期创意、产品的设计制造和产品的使用这三个环节，才能形成完备的设计系统，完成一个产品的设计周期。设计发展至今是一种建立在科学性的基础上对于产品的外观和内部结构甚至是其科学原理进行部分或整体全方位的设计的过程。这种设计是多元又复杂的。工业设计的科学性要求设计者应充分依据物与人的关系、人机工程学、市场营销学甚至价值工程学等去解决人与人、人与物、人与环境的矛盾，科学理论的支撑使设计更加全面、更能经得起时间的推敲[6]。

　　3.4工业设计实用性、艺术性、科学性的统一

　　工业设计的范畴广泛，定义所涵盖的内容也十分丰富，因此单单只考虑其实用性、艺术性或创新性，都是不足以概括其全部的，要将实用性、艺术性与创新性统一进行考量。前边提到，用户对于产品的第一感受从对其外观的观察获取，好的外观能使产品更加吸引人的注意，激起人的使用欲望。而工业设计的实用性体现在用户的使用过程中，外观的艺术性为产品带来用户，良好的用户体验又是在实用的生理基础之上附加了好的心理感受，因此工业设计的实用性与艺术性是工业设计特点中不可分割的部分。同时实用性体现在适坐、宜居、易用等各个方面，那么就需要科学性的支撑，人机工程学、32毫米系统等等的科学依据成为了设计者的重要参考，以利用科学的研究完成对于实用性的设计。从科学性角度而言，产品的科学性存在于一定的造型、材料、色彩之中，既然提到了造型、材料、色彩就说明科学性与艺术性又具有密不可分的关系。科学性引导着工业设计走向更加合理、更加完善的道路，而艺术性的展现则是科学性的外化过程。新材料、新工艺、新结构的诞生，使设计师们天马行空的设计有了脚踏实地的可能，也正是因为技术的发展才使设计师可以更加大胆的思考、创造。因此工业设计的实用性、艺术性、科学性并不是设计过程中的各个程序，而是同一过程中所要思考的不同方面。它们既是独立存在的，又是相互依存的，每个方向都可以成为工业设计师很好的研究课题，但同时又不能绝对的将其分割开来。好的工业设计一定是充分考虑实用性、艺术性、科学性的综合设计，才能为人们带来更加优质的生活方式和生活质量。

　　4总结与展望

　　工业设计发展至今，它已经不再是简单的“技术+艺术”，而是工程技术知识、人机工程学、人文社科知识、艺术美学知识、市场营销知识和消费心理学等知识体系的有机结合。工业设计的发展不能仅仅依赖于物，而是要为人们设计一种良好的生活方式，引导人们如何简单、纯粹、美好的生活。迪特拉姆斯的好设计的十项原则在现阶段的设计中仍然具有其重要的指导意义，反映着好设计对于工业设计实用性、艺术性、科学性的阐释，但是在新时代的设计中好的设计也有其独特的阐述方式。随着工业设计的兴起，世界上逐渐出现了许许多多的工业设计大赛以引导设计者更好的思考我们的生活究竟需要什么。从如红点奖、IF奖、G-Mark奖等世界性的大赛的评审标准中我们可以看出，新时代的工业设计要求设计师除实用、造型美观、科学严谨外，还要考虑其创新性与独特性。同时，好的设计是要有其对于社会的责任感的，不论是环保还是人文关怀都将是良好解决人与人、人与物、人与环境的重要原则。此外，好的设计要与文化相融合。每个设计师都有其独特的文化背景，不论是家庭环境还是民族地域都会对其设计产生影响，因此若能将设计与文化相关联，那么设计便具有了独特的文化内涵，以此为基础着眼世界，才能成为好的设计[7]。在工业设计不断发展的今天，工业设计师应该明确自身的责任，将工业设计实用性、艺术性、科学性统一结合在设计中，以物的设计作为载体，为人们的生活带来适宜的好的生活方式，提高人们的生活效率，满足用户的生理与心理需求，使设计成为好的设计，使生活在具有好的产品的基础上成为美好的生活。

　　参考文献

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　　[11]刘淑娴，彭华明，刘真，张腾飞．我国设计管理存在的问题与对策研究[J]．工业设计，2017（10）．

　　[12]魏靖野，焦宏伟．谈工业设计专业人才的创新实践能力培养[J]．工业设计，2017（10）．

　　[13]葛岚翔．点、线、面——艺术的起点[J]．工业设计[J]，2017（10）．

　　[14]李庆功．浅谈设计美学的特点及其人性化因素[J]．工业设计，2016（05）．

　　概要设计解决软件系统的模块划分和模块的层次机构以及数据库设计;详细设计解决每个模块的控制流程，内部算法和数据结构的设计。这个阶段结束，要交付概要设计说明书和设计说明，也可以合并在一起，称为设计说明书。

　　第一篇

　　1LabVIEW简介

　　LabVIEW是虚拟仪器编程软件中的一种，是一种仪器控制与数据采集的图形化编程环境.

　　它具有直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格，内置的编译器可加快执行速度;

　　内置GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数可无缝连接各类采集卡;

　　内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作;

　　利用ActiveX，DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通信.

　　正是出于这些特点，基于LabVIEW计算机测试系统在各个领域的应用非常广泛.

　　该系统也是一种基于Lab-VIEW和PCI采集卡的计算机测试系统.

　　2测量原理

　　电阻应变式扭矩传感器由敏感元件，信号调理电路，固定封装机构等几部分构成，它测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变ε，而该主应变和所受到的扭矩成正比.

　　当扭矩传感器的弹性轴在承受扭矩时，在相对于轴中心线45°方向上会产生压缩或拉伸力，从而将力加载到旋转轴上.

　　在其外圆表面上两个主要应力方向与轴线成45°及135°夹角的两方向上粘贴上电阻应变片，当传感器的弹性轴受到扭矩M作用时，应变片产生应变，其应变量ε与转矩M成线性关系，满足如下关系式M=πGD3ε45°16=πGD3ε135°16，式中：G为弹性轴材料的切变模量，D为弹性轴的直径，ε45°，ε135°为弹性轴上与轴线45°和135°角方向上的主应变.

　　将两个方向上的应变片并联结成半桥或全桥，这样该测量电路不但能使测量灵敏度提高一倍，还能消除由于弹性轴安装不善产生的附加弯矩和轴向的影响来减小系统测量的系统误差.

　　电桥中的电压信号，经信号调理电路进行信号放大，调频处理等，将测量电压信号变成与扭矩成正比的频率信号并通过低输出阻抗电路将信号输出[3，6，7].

　　3系统构建

　　该测量系统由主电机、传动轴、万向联轴节、减速机、测量装置，轧辊、机架、支撑座等构成.

　　其结构构成和传感器安装位置如图1所示.

　　该系统是一个典型测试系统，系统功能是测量、显示和记录主轴的转速、扭矩和实时功率.

　　构建该系统时应注意：传感器的选型与固定，PCI板卡的跳线，工控机中LabVIEW模块的选择以及软硬件接口.

　　3.

　　1硬件组装注意事项传感器的安装：传感器安装应严格按照传感器使用说明书进行.

　　此外还需注意将扭矩传感器固定牢靠，避免振动;

　　但又要避免由于固定过紧或中心高不匹配而产生弯矩，以至造成系统误差.

　　采集卡：由于该采集卡为集计数器输入/输出、数字量输入/输出等功能为一身的多功能PCI板卡，因而在使用本板卡进行实验测量前必须根据需要进行跳线，且不支持热插拔.

　　3.

　　2LabVIEW模块NI公司的LabVIEW是一个模块化的仪器，而且当前的模块繁多，应用LabVIEW软件平台进行程序开发，首要任务就是根据设计需求完善所需要的模块，否则有些功能就无法实现，给程序设计带来难以预计的困难.

　　结合本系统的属性，应用到的模块有：LabVIEW2012SP1，ReportGenerationandDataStorageModule，LabVIEWReal-timeModule.

　　如果采用NI或研华的采集卡，还需安装DAQ模块.

　　需要指出的是用RGD模块中小数据量采集和大数据量采集的数据保存方法略有不同[8，9].

　　3.

　　3软硬件接口与NI和研华板卡可以通过DAQ模块中的快捷VI编程不同，国产的很多板卡LabVIEW不提供其驱动，也不可能在右键快捷菜单中找到相应的函数.

　　这类板卡与LabVIEW的接口是通过调用动态链接库的方式实现的.

　　板卡供应商将所有板卡的驱动函数封装在一个后缀为dll的动态链接库中，用VB，VC和LabVIEW等软件进行二次开发时，可以通过调用动态链接库中的函数来驱动板卡工作.

　　在通过LabVIEW的调用库函数节点进行编程时，一定要确保安装板卡与LabVIEW对应的驱动.

　　很多板卡的驱动程序针对VB，VC和LabVIEW的驱动程序是不同的，库函数的种类也是不同的(如PCI-8501N)，因此在编程前必须确保正确安装驱动，否则在调用库函数节点时出错就很难找出错误原因，且影响实验进度.

　　库函数一般是形为ZTAPIlongstdcallZT8501OpenDevice(unsignedlongcardNO);

　　其中，“ZTAPI”为中泰的API函数缩写，“long”为函数返回值类型，“stdcall”为调用规范，“ZT8501OpenDe-vice”为该函数的函数名，括号内的量为函数入口参量及其类型.

　　下面以该函数为例，将LabVIEW调用动态链接库的方法介绍如下：从右键快捷菜单中找互连接口库与可执行程序调用库函数节点;

　　双击该节点配置库函数属图4扭转测试.

　　llbFig.

　　4Torquetest.

　　llb性，“库名/路径”中选择LabVIEW驱动目录下的pci8501.

　　dll，在函数名一栏中选择ZT8501OpenDe-vice函数，根据函数库函数中的前缀选择调用规范，此处应为“stdcall”，线程一栏选用在UI线程中运行.

　　设定参数类型，返回值类型为整型，入口参数cardNO为无符号整型，如图2所示.

　　设置好后的，给函数配上输入输出，然后封装成“打开设备”子VI(如图3)，保存在创建的“扭矩测试.

　　llb”中(如图4)，这样就可以简化程序框图，也方便编程[10].

　　在调试过程中可以用布尔指示灯来通过判断库函数调用后的返回值来显示板卡的工作状态，这样一方面不易出错，另一方面也便于查找问题.

　　用这种方法作为LabVIEW软件与PCI-8501N板卡的接口，就可以在LabVIEW开发平台上进行程序设计了.

　　4系统程序设计

　　本系统设计软件部分，应具有数据采集、实时显示、数据保存等功能，实现这些功能的程序设计流程如图5所示.

　　该LabVIEW程序可分为设备初始化;

　　计数器初始化;

　　启动计数器;

　　打开中断;

　　计数器读数、显示与保存;

　　关闭设备5个环节.

　　但总的来讲，计数器初始化;

　　启动计数器;

　　打开中断属于板卡操作;

　　计数器读数、显示、与数据保存环节为数据操作.

　　4.

　　1板卡操作设备初始化中的操作包括：打开设备、获取板卡基地址、返回错误号、清除缓存、关闭中断、判断板卡是否打开等.

　　这部分主要是由DLL调用子VI构成，每个子VI封装相应功能一个或多个库函数.

　　如果板卡正常工作将返回板卡号，并传递给后续程序.

　　设备初始化完成后，就需要对16个通道计数器进行初始化.

　　它是通过调用封装了库函数“ZT8501AdvCTinit”的子VI，对各个通道相应的参数按照测试需要不同进行初始化配置来实现的.

　　0-14通道初始化为基本计数，15通道初始化为定时中断.

　　作为中断时，其中的参量“updatePerNirq”表示中断多少次刷新一次值，此处的值设置不能大于采样间隔.

　　本系统共有3路扭矩信号和3路速度信号，可在板卡上任选6路通道进行测量，本系统占用了1，2，3，12，13，14，共6个通道.

　　初始化完成后，板卡各个通道即可用于测量计数，但默认它们处于关断状态，需要通过相应的操作来启动计数器和打开中断.

　　该部分程序如图6.

　　4.

　　2数据操作完成板卡操作后，计数器开始工作，计数器读数VI读取计时器中的值，并将从计数器中读取的数据放在一个常量数组中.

　　程序按照设定的采样间隔执行While循环，刷新数据，通过数组显示控件即可读取当前采集到的数据值.

　　通过采样数组，抽取各个通道的值，进行索引后通过波形图表就能单独显示各个通道的值，观察采样信号的变化情况.

　　若将测得的扭矩与转速相乘则可得到电机的实时功率.

　　本系统中，为了便于观察各个机架的运行状态，将同一机架上的转速信号和扭矩信号合并后在一个波形图表中显示;

　　为了便于观察钢管轧制过程中轧制力的变化，将各机架的扭矩信号合并后放在一起显示.

　　测得的数据，附加以时间信息，保存到Excel表格中.

　　这用到了LabVIEW的Office报表生成工具，需要必要的模块和相应的设置.

　　计数完成后，关闭中断，关闭设备，返回错误号，该部分程序如图7所示.

　　4.

　　3测试系统主界面及测量结果该测量系统主界面如图8所示，其中包括板卡状态指示、参量设置、板卡基地址、错误显示、测量结果显示等.

　　由于转速传感器的测量通道为12，13，14，故转速值应从12开始索引.

　　为了避免不设采样频率引起系统错误，系统采样间隔初始值设为50ms.

　　选项卡控件中除了数组显示控件用于显示当前的转速值和扭矩值外，还放置4个波形图表用于分别显示3个机架的转速和扭矩，以及各个机架的扭矩对比.

　　图9为在钢管轧制过程中3个机架主轴扭矩的变化对比图.

　　为确保信号不失真，板卡提供了直流偏置电压，因而测量初值并不处在理想的零点，会有一定的提升.

　　该板卡的零点位于10K位置处，测量范围为5K～15K.

　　实际测量时，应先对测量系统进行标定，并测试机架在空载时，各机架的扭矩值.

　　本次钢管轧制过程中，工控软件设定的各机架主轴电机转速值分别为12r/min，15r/min，18r/min，测量结果如图9所示.

　　5结论

　　针对主轴转速和扭矩测量的问题，本文以某钢管轧机3个机架主轴为研究对象，采用扭矩传感器、通用的PCI板卡、计算机及LabVIEW软件等来构建测试系统，测定主轴转速、扭矩和实时功率.

　　通过调用库函数节点，应用调用动态链接库的方法，能够用普通的数据采集卡与LabVIEW来构建测控系统.

　　使得国产板卡的价格优势与LabVIEW强大的编程能力相结合，促进测控系统在工业系统中的应用和普及.

　　该系统程序设计，通过子VI调用的方法，将程序功能模块化，缩短了编程时间，方便项目管理，并增强了程序的可读性.

　　该测量程序能够准确、快速、可靠地获取各个机架主轴的转速和转矩值.

　　且该系统程序具有很强的通用性，可直接应用于其他旋转机械的转速和扭矩的测量.

　　作者：袁东磊 黄庆学 李昕涛 同育全 申宝成 单位：太原科技大学 机械工程学院

　　第二篇

　　1DZ-H扩散硅液位变送器工作原理

　　被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力呈正比的微位移，使传感器的等效电阻值R变为R'，根据扩散硅的特性可知R'=1/(d1·d2·p·S)，(1)式中d1为扩散硅的压阻特性系数;

　　d2为扩散硅受力与发生位移的线性比例系数;

　　p为传感器所在介质位置的压强;

　　S为传感器膜片的面积。

　　当液位变送器投入到被测液体中时，传感器受到的压力为p=ρ·g·H+po，(2)式中ρ为被测液体密度;

　　g为当地重力加速度;

　　po为液面上大气压;

　　H为变送器投入到液体的深度。

　　DZ-H扩散硅液位变送器采用+24V的直流电源供电，根据伏安特性I=E/(R'+r)，(3)式中E为电源电压;

　　R'为传感器受压后的阻值;

　　r为250Ω的采样电阻，r?R'，忽略r的大小I≈E/R'.

　　(4)综合式(1)、式(2)、式(4)可得I=E·d1·d2·S(ρ·g·H+po).

　　(5)由式(5)可知，液体的深度H与测得的电流I呈线性关系，传感器输出4～20mA的标准电流信号。

　　但是由于空气大气压po的存在，给输出信号带来了4mA的偏置电流，可以通过硬件的方法进行校正。

　　2系统结构设计

　　本设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制器，对采集得到的数据进行处理。

　　单片机可采集的信号为0～5V标准电压信号，而变送器输出的是4～20mA标准电流信号，因此，需要设计压流转换电路将标准的电流信号转换为电压信号。

　　本设计通过与变送器串接250Ω相对误差为0.

　　1%的高精密采样电阻器，将电流信号转换为1～5V的电压信号，然后通过一个高阻抗的差动放大电路，将减去1V的基值电压，得到0～4V的电压信号，再经过运算放大器放大1.

　　25倍，最后得到标准的0～5V电压信号，送给单片机进行数据处理和显示，系统的总体结构框图如图1所示[4，5]。

　　2.

　　1传感采集电路的设计DZ-H扩散硅液位变送器是电流型变送器，采用+24V电源供电，将测量水深转换为4～20mA的标准电流信号，本设计采用250Ω精度为0.

　　1%的精密电阻器作为压流转换元件，得到1～5V的电压信号，供后面的电路进行处理，其模块电路如图2所示。