张玉山 文卫民

(1. 中南林业科技大学中国文化创意研究中心，湖南 长沙 410004；2. 长沙理工大学设计艺术学院，湖南 长沙 410114)

20世纪90年代，由华盛顿西雅图发现研究院(The Discovery Institute)支持的智能设计运动(IDM)提出了一个类似于自然系统和人类工件的理论[1-2]——智能设计，现指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类智能，能够更广泛有效地承担复杂的设计任务。智能设计的特点是：以设计方法学为指导；以人工智能技术为手段；以CAD技术为计算和图形处理工具；面向集成智能化；具有强大的人机交互功能。

陶瓷包装容器是以黏土作为基本材料，通过形态塑造高温烧制成型的内包装产品，根据产品功能用途决定不同的表现形式；陶瓷包装容器往往不是简单的形体表达，与创作者的精神表达密不可分[3]。日用生活陶瓷的设计不仅仅是“美化生活”，而是真正考虑人的生活所需和生活品质的提升，是一种“创作生活”的方式[4]。智能设计与陶瓷包装容器设计不可避免地交集在一起，相互促进，智能设计使陶瓷包装容器设计更为高效和便捷，并产生全新的设计；而陶瓷包装容器设计则为智能设计提供新的应用研究课题。

1 陶瓷包装容器造型的智能设计

1.1 人工智能成为产品设计师

当代智能技术正在将产品设计师自动化。谷歌公司通过与德国时尚平台Zalando合作，进行缪斯项目计划，试验测试了用户驱动的人工智能时尚设计，该项目致力于研究颜色、纹理、风格偏好和其他“美学参数”，使用一种算法来创建基于用户兴趣的设计，并与网络识别的风格偏好保持一致。目前用户创建的许多设计虽无法识别和接受潦草的书写和涂鸦，但人工智能已经在帮助品牌制造企业更快速地创建和迭代他们的设计。不久，陶瓷包装容器领域必将仿效时尚界应用人工智能充当设计师。

1.2 人工智能数字建模与虚拟仿真

数字建模和虚拟仿真是数字设计制造的重要环节，包括产品的设计、开发、流程、工厂或供应链。在产品开发阶段采用建模和仿真设计，以确保生产效率，同时降低打样、测试和大生产的风险，数字建模工具也压缩了产品上市时间，通过简化设计和制造之间的切换来实现新产品上线。世界顶尖生活方式品牌美国Tommy Hilfiger集团最近与IBM和时装技术学院合作，使用IBM人工智能工具来解密实时时尚行业趋势，产品和跟踪客户情绪的图像，在图案、轮廓、颜色和样式趋势中汇聚主题，人工智能系统的数据被传回给设计师，从而为下一次设计开发作出明智的设计决策[5]。

与此类似的技术和运营模式也在中国家居行业推行，客户选择陶瓷产品时，设计师和制造企业可以通过共享的智能平台获得很好的数据，并可以用它调整开发和拓展销售。像“我家我设计软件V7.0智能版”和酷家乐这样的3D设计平台也可以轻松地动态调整设计。家居平台酷家乐推出的VR智能设计平台(图1)，独创ExaCloud云技术渲染引擎，10 s生成效果图，5 min生成设计方案[6]，可随心改户型、任意摆家具和陈设品。日产设计方案数万套，每套均可快速生成720°全景图，并可通过VR眼镜加以呈现。

1.3 主要应用软件和建模的主要流程

陶瓷产品的造型计算机辅助设计主要应用AutoCAD、3D MAX、犀牛(Rhino)、MAYA等软件，图2为3D建模的舍得酒酒瓶。

先将设计线描稿或矢量线条在AutoCAD或3DMAX中将陶瓷器皿的基本轮廓勾画出来，导入3DMAX生成立体效果图，然后进行编辑修改轮廓线，并可以对陶瓷器物施加贴图材质编辑，渲染成最终的效果图。数字化设计既可以图形“速写式”表现灵感，又能够精细刻画。当然，平面造型、立体渲染图、灯光模拟设计等设计技术表达，是创意表现的技能和重要的设计环节，最后用PS等平面软件进行构图排版 (图3)。

图1 酷家乐人工智能虚拟仿真全屋定制系统运行图Figure 1 Kujiale artificial intelligence virtual simulation of whole house customization system

图2 3D建模的陶瓷酒瓶Figure 2 3D Modeling wine bottle

图3 儒风宋韵——墨莊韵文化茶叶罐设计三维建模过程(张玉山)Figure 3 Confucianism Song Yun-Mo Zhuangyun culture tea pot design 3D modeling process by Zhang Yushan

2 陶瓷包装容器装饰智能设计

陶瓷包装容器在制造过程中经常装饰图案，以突出其品质。智能设计模拟陶瓷图案设计是传承、理解和创造文化的一种新途径。陶瓷包装产品的外观美除了造型，主要取决于其装饰图案，需要个性化、艺术化的设计创作，才足以吸引顾客购买，因此必须实现其外部美学表现的突破。

2.1 陶瓷图案装饰由传统模式向专家系统的转型

设计师利用计算机辅助图案设计可以加快图案的制作速度，如何利用人工智能快速、自动地产生新颖美观的艺术图案，是计算机辅助图案设计的一个重要课题[7]。图案装饰计算机辅助设计的推广，引起了装饰设计的革命，它是设计观念向多元化、静与动交互式的艺术表现形式的巨大飞跃[8]。传统图案设计模式，设计师以基础图案素材，采用Photoshop、Adobe illustrator、Coredraw等平面软件进行设计处理，传统平面设计软件虽然功能强大，但只是提供了设计和修改的工具，操作复杂，需要设计人员有深厚的美术基础，而且创作的效率较低。而在陶瓷图案装饰设计中引入专家系统可以克服传统图案装饰系统的缺陷[7]。专家系统的特点是：① 汇集多领域的知识、经验系统；② 强大的协同与交互能力；③ 透明性的、无障碍推理和解释；④ 及时的图案装饰知识获取与更新。

2.2 陶瓷图案知识的提取与表达

专家系统的开发过程中，知识获取需要消耗较多的时间、人力、财力，是最困难的环节，也是专家系统乃至其它知识系统的一个“瓶颈”问题[9]。知识获取就是把知识从知识源中抽取出来，并转换为一特定的计算机表示[8]。知识主体(人类)必须通过不懈努力来提取和表达所需要的知识。

传统图案学理论从分型结构上把图案作为“整型结构”，而现代图形设计学，从宏观的角度分析各种图案装饰模式，以类似解剖学方式分解(或分割)这些模式内的各种特征及其关系。分解法便于解模式结构和内在美，并能体会到任何局部变化都将影响

整体模式形态[10]。图案装饰专家系统引入了“案例”术语来代表多个模式所使用的共同模型[11]。“案例”其本质表示模式的结构，而单元则是模型形态不可再分割的最小元素。一个模式分解后可以提取一个案例(或模型)和多个单元(或原语)，通过打散、分解，重组案例和单元，就会创建新的内容和新的形式[11]。

图4给出了模式分解和演绎的说明。图4(a)中的模式被分解；在图4(b)中给出其抽象的事例结构；然后推断出图4(c) 中所示的新模式(图案)。

图4 图案的打散分解与演绎Figure 4 Pattern Scatter decomposition and deduction

单元形可以通过平移、旋转、缩放、扭曲、旋转等各种操作，并结合重组以构成丰富的图案。对于一个单元形而言，其连续转化不是简单的积累，而是相互依存的积累。单元形转化的最优化以确保模式独特性与完美性。一个模式就是一个案例与多个单元格构成的图案。智能设计将分别演示模式和单元形，然后通过结合两者，来实现预期的模式知识表达。

2.3 陶瓷图案装饰推理算法与设计实现

推理机制是专家系统的核心，它决定求解过程知识的优选与运用，推理方式决定了具体知识的运用。通常采用基本框架形式的推理机制，通过填槽和匹配都能引起推理。

图案单元形数据库的设计：根据常用图案单元形的特点，图案单元形可分为七类：植物单类型、动物单类型、风景类型、人物类型、几何类型、骨格类型以及综合类型[12-13]。各类型图案单元形存储在文件夹中并由其管理，图案单元数据库的各图案类型以树形结构归类分布(图5)。

图5 推理引擎的推理流程图[11]Figure 5 Reasoning flow of the inference engine

图案设计的过程见图6。由设计想法到设计草图、设计提炼、设计定稿到最终图案的过程，其中图案案例与图案单元穿插于此过程中。

2.4 智能防伪技术

不可否认，在利益驱动下，目前仍有不法商家使用假冒伪劣商品充斥市场，不仅危害了市场经济秩序的正常运行，也危害了消费者健康甚至生命安全。传统的技术手段很难实现有效监控和杜绝造假，陶瓷包装容器尤其在酒瓶行业最早引入智能防伪技术。

目前酒瓶行业防伪主要有两种方法：非接触式射频(RFID)识别技术及近场通信(NFC)识别技术。采用UV喷墨印刷工艺在酒瓶瓶身或瓶盖上印制RFID射频识别技术二维码防伪标签，客户即可扫出酒的商品信息，如西凤酒凤香经典500 mL装10年45% vol白酒瓷瓶最早采用此技术；而五粮液纪念版陶瓷酒瓶上则运用NFC技术微信二维码标签，此种防伪标签，还能扩展消费受众，提升品牌并赢得市场。

最近几年，一些IT企业开始在智能防伪中尝试物联网技术的应用，通过智能技术实现物物相连，防伪信息加密存储在防伪媒介中，并链接商品数据库远程云计算平台。

3 陶瓷包装容器的“智”造

3.1 3D打印产品模型制作

“三维打印”技术成型快，生产方式灵活多变，适合个性化、小批量和丰富性定制生产，为日用陶瓷产品的个性化设计提供了技术手段[14]。3D打印需要三维软件和模型文件，运用数字材料打印设备将可粘合粉末材料以分层打印的手段实现成三维型的技术。这项技术常被应用于模型制造及产品直接定制。包括先进陶瓷企业在内的很多工业生产中已经开发应用多种快速成型技术来制作模型。3D打印技术还结合使用CAD数控设备，这样为设计人员和陶瓷企业提供了更快速、更经济的产品模型制作方式。3D打印材料主要有ABS树脂、PLA (聚乳酸) 和 PVA (聚乙烯醇) 3种树脂，还有石膏、塑料、尼龙、金属、枫木、陶瓷、水泥等，实现了传统的手工艺与现代化技术的完美结合。

3.2 陶瓷3D打印

一些陶瓷企业使用聚合物树脂制作模具，但石膏材质与低温素烧陶瓷的感觉较为相似，比树脂能更好地呈现陶瓷设计效果。英国皇家道尔顿公司则使用一种CAD控制的三轴研磨设备来切割半水石膏，先进的CAD制模不仅减少实物大模型转换的时间，还能制出大量不同的、复杂的表面纹样与肌理，大大优于传统成型手段。图7为湖南某陶瓷企业采用3D打印模型制作的茶叶罐(张玉山设计)。

图7 3D打印的墨莊韵文化茶叶罐模型(张玉山)Figure 7 Mozhuang Yun Zhuang 3D printed tea pot model(by Zhang Yushan)

个人电脑和一系列数字化进步之后，个人制造者的出现激发了创造自我个性产品想法的盛行。有一种新的设计——半工业手工艺品种，它反映了通过使用新的工具和实践技能与商业结合来建立新知识系统。在设计和制造越来越数字化的时代，设计师的作用发生极大变化。由荷兰克莱尔·沃妮尔和迪雷·弗布拉根在比利时成立的Unfold工作室，开发了一些创造性的项目，将前工业经济的各个方面与高科技工业生产方法和数字通信网络相结合，于2009年在美国阿尔弗雷德大学成功进行了陶瓷3D打印试验[15](图8)。由于玻璃和陶瓷的主要材质都是SiO2(二氧化硅)，属于姊妹材料，玻璃的融程(熔点区间)在600～800 ℃，而陶瓷的烧结温度在900～1 250 ℃，两者已被设计师综合应用，一般先烧制好陶瓷部分，再烧制玻璃部分。据此工艺特点，2014年Unfold工作室又成功在3D打印陶瓷上吹制玻璃，实现手工和数字技能的完美融合[15](图9)。

3D打印机的高性能陶瓷包装容器，增材制造业有可能改变未来产品的设计、销售和消费方式，使多变、个性、小批次定制成为可能。

3.3 智能雕刻

机器人雕刻机系统又称数控雕刻技术，融合了设计、编排、扫描、雕刻等，能快速、便捷地在多种材料上雕刻二维、二维半图案及圆雕造型。可运用多轴联动臂轴、离线编程、轨迹插补等智能技术，同时兼具PCNC硬件结构和CAD/CAM软件，能运用于产品雕刻、工艺品制作及模具雕刻。

图8 3D打印陶瓷奶罐Figure 8 3D printing ceramic milk jar

图9 在3D打印的陶瓷上吹制玻璃Figure 9 Blown glass on 3D printed ceramic

目前6轴机器人雕刻机已被广泛应用，而最先进的7轴机器人雕刻机其操作的灵活性更大、旋转角度更细、雕刻更精致。无论从顶部、侧面加工、从下向上负仰角倾斜加工，都可以一次完成，加工效率、精度极高。最先进的7轴机器人雕刻机系统由电动主轴(机器人手臂)、SmartMill多轴自动编程软件和RobCode机械手臂运行软件组合集成，可实现复杂三维造型的自动化雕刻加工。以木材、复合木、树脂、EPS泡沫、油泥、石膏及非金属复合材料等为加工材质，可广泛应用于模具、雕塑制作、工艺品制造、木雕等领域的加工、生产。陶瓷生产行业则可利用轴机器人雕刻进行产品模型和成品制作。目前，广东潮州的陶瓷企业已经可以成熟地采用智能雕刻和激光雕刻技术在成瓷表面进行雕刻，甚至镂空，可以设置任何雕刻二维纹样和雕刻深度，完全颠覆了只能雕刻生坯的传统工艺(图10)。

图10 智能雕刻机激光雕刻的陶瓷酒瓶Figure 10 Ceramic bottle for laser engraving of the intelligent engraving machine

4 物联时代陶瓷包装容器行业的发展趋势

4.1 从劳动密集型向信息智能技术密集型转变

过去陶瓷包装容器主要由小型陶瓷厂和作坊生产，传统的设计和制作基本上处于手工艺制作状态，但最近5年稍有规模的企业都已采用智能化设计和物联跟单，更不要说未来的智能时代了。数据作为一种资源的重要性不断增长，制造业实现智能化，将产品制造的真实和虚拟世界汇聚在物联网、服务和数据中。将机器、工件、运输工具和货物都配有嵌入式系统，即微型计算机、传感器和执行器，并相互连接。IT支持灵活、智能的陶瓷包装容器开发与制造，使自己组织工厂的愿景成为现实，在整个价值创造链中重新设计未来的陶瓷包装容器开发和生产。

4.2 灵活的可转换智慧工厂盛行

未来20年，灵活的可转换智慧工厂将十分盛行。设计师和陶瓷制造商将通过创建数字模型和可视化技术，将现实世界与数字世界连接起来，工作序列图像实时传输到虚拟模型，并为智能生产控制提供支持。数据可以从任何地方通过平板电脑或智能手机等移动设备进行访问，并以易于理解的形式进行可视化，实现人机相连。它有助于生产计划人员优化流程，并在需要进行紧急更改时作出现场决策，以便灵活地响应特定的客户需求，或避免由于生产瓶颈造成的交货延迟。未来，机器能够与更高层次的IT系统以及工件和生产工人进行沟通，新的人机界面——智能设备更趋完备。

4.3 可持续设计制造的接受和支持增强

绿色环保计、可持续制造概念的出现或可持续发展在制造业中广泛应用。可持续设计(也称为环境可持续设计、环境意识设计等)是设计实物、建造环境和遵循社会、经济和生态可持续性原则的服务的哲学[16]。使用无污染、节约的材料、能源以及工艺来制造工业产品与能源，在经济上对雇员、社区和消费者来说是安全可靠的。基于智能化的可持续设计制造解决方案将会更强化，以防止由于物质短缺可能导致的供应链中断。

4.4 工业数据空间信息安全将更受保护

数字化也会带来一定的风险，当所有这些组件彼此联网时，公司或个人信息数据可能会被窃取，这样需要开发一个国际开放且安全的数据空间——工业数据空间，以确保对自我信息的控制保护。物联时代设想实现基于行业标准的集成安全技术的即插即用机制，只允许授权合作伙伴(组件、机器和IT系统)链接到生产系统，并在必要时加密通信。

4.5 全球供应链结构调整和管理创新

未来陶瓷包装容器制造的又一趋势是全球供应链管理的复杂化。企业高管们愈来愈关注相关风险，预测结构响应的仿真模型，作为一种替代传统的“大容量、低成本”生产方法外包生产，使用该模型，客户可以使用清单一般规则指定他们想购买的产品。物流服务供应商将与采购员、服务集成商和顾客直接合作，以实现灵活性企业资源规划的物流解决方案，创新的供应链管理可减少完成客户订单的时间，可能在一两天内制造出通常需要一两个月的产品。

4.6 将更加注重情感体验与人生价值取向

人工智能虚拟仿真无论多真实，也会存在弊端，如虽然效果图很绚丽，但一些尺度和功能与真实空间场景还是存在偏差。人工智能是人类智能的工具，它缺乏主动性亦即发起性能力[17]。马斯洛提出了需要层次论，如艺术创作是艺术家长期人生阅历和精神的凝练，交织于无数的意识和潜意识创造而来，人工智能永远不可模仿。人类根本价值观的精神创造和价值的评判都来源于先贤们深厚的人生经历、领悟、洞察，这是人工智能永远无法企及的[18]。

尽管人工智能和物联网越来越发达和便捷，但人类不会成为人工智能的奴隶。与此同时，人们的自我情感和自我价值实现的需求会越来越高，未来的陶瓷包装容器将凝结人们对文化性、人生价值、设计伦理和生活诗化意境的追求，将同步恢复手工的原生态体验，及加强“非遗”文化记忆的“重现”。

5 结论

广泛采用数字技术和人工智能，使得当代陶瓷产品设计、制造呈现系统化、集成化，与销售联系起来，构成一站式服务。如英国瓷都斯托克市，中国的潮州、景德镇、淄博等陶瓷产区，能提供各种陶瓷产品从设计、制模、打样、生产、包装、物流运输到宣传，从装饰到功能“一站式”的产品供应服务。智能设计引领陶着陶瓷产品的设计和制造，大大地提高了设计和生产的效率、质量以及管理的精准科学性，从而提高的企业的经济效益。未来先进陶瓷制造业将日益自动化和全球化；设计、制造对数字建模与虚拟仿真将更加依赖，自适应传感器网络将促进全球物联和企业科学分析和决策，使个性化或限量定制生产更灵活；节能环保、可持续设计制造业将更受推崇。然而，智能设计无法取代人的情感体验和价值取向，在反思中国设计各种问题的时候，人们最需用心的是价值的确立[19]。设计师在关注智能技术的同时，更应当从“情感关怀”的角度出发，设计出慰藉消费者心理的产品[20]。