cad在工业设计中的应用.pdf

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1、1/7 第 19 卷第 6 期 2006 年 12 月 常州工学院学报 Journal ofChangzhou Institute ofTechnology Vo.l19 No.6 Dec.2006 收稿日期:2006-09-26 CAD 在工业设计中应用方式的探讨 陶转良 高 瞩(常州工学院艺术与设计学院,江苏常州 213002)摘要:文章论述了计算机辅助设计在工业设计各阶段的应用方式,分析了现行应用过程中存在 的不足,为更好地在工业设计中推广和应用计算机辅助设计提出了一些建议。关键词:计算机辅助设计;工业设计;应用方式 中图分类号:TP3917 文献标识码:B 文章编号:1671-0436

2、(2006)06-0048-05 0 引言 工业设计是由科学与美学、技术与艺术相互 交叉、渗透、结合形成的,它是以机械化方式生产 的工业产品为主要研究对象的一门新兴的边缘学 科1。新世纪以来,随着计算机软件技术的高速 发展,计算机辅助设计在工业设计中的应用越来 越多,已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工 具(见图 1),计算机辅助设计的广泛应用使现代 工业设计趋于更全面的数字化,使设计部门与企 业管理、工程设计和市场营销等产品开发的主要 部门之间的交流变得越来越容易,不仅大大缩短 了企业产品开发的时间,为其产品的宣传销售赢 得了先机,也为企业在竞争中取胜添加了筹码,加 快了企业发展的步伐。1

3、工业设计各阶段软件应用方式 工业设计是工业化时代的创新设计,是技术、艺术与文化转化为生产力的核心环节,是现代服 务业的重要组成部分。工业设计的主体是产品设 计,完整的工业设计需要市场定位及消费者的心 理定位设计、概念的创造设计及产品的可制造性 设计等多个方面,每一项设计的表现都离不开计 算机辅助设计的支撑。工业设计中计算机辅助设 计的应用主要表现在计算机辅助市场调研及设计 定位、计算机辅助创意快速表达、计算机辅助平面 方案效果图制作、计算机三维建模渲染及动画制 作、计算机辅助实物模型制作、计算机辅助市场推 广等 6 个方面。1.1 计算机辅助市场调研及设计定位 市场调研及设计定位是现代工业设计

4、中最 2/7 重要的组成部分,其采集的数据准确与否,将直 接影响到新产品开发的成功与否。如何将大量 枯燥的调研数据分析汇总形成具有指导价值的 信息,计算机辅助技术给我们提供了一条捷径。一般地,调研分析的工作在 OFFICE 组件的 Word 和 Excel 中就可以轻松完成,通过建立表 格、生成图表等可进行统计分析,利用 Access 将 有用的数据信息生成数据库供检索查询,大大 提高了工作效率。此外,在一些专业调研机构 中,SPSS、SAS 等大型专业的统计分析软件也有 着广泛的应用。在互联网日益普及的今天,有 一些市场调研甚至可以完全数字化,从问卷到 调研过程直至结果分析,全部都在计算机和

5、网 络上完成,大大减轻了人的工作量,同时又有效 地提高了定位分析的质量及效率2。第 6 期 图 1 CAD 在工业设计中的应用 1.2 计算机辅助创意快速表达 创意的快速表达是产品设计进程中的一个关 键步骤,其创意的评审不是只在专业的设计人员 中进行,它需要产品设计的工程技术人员、市场销 售人员及企业的决策者参与其中。快速表达需要 制作效果比较逼真的草图,才不会影响各部门之 间的交流,而传统的在图纸上直接绘制草图的方 法,在方案论证中很难获得较好的视觉效果。现 在的压力感应笔和手写板在 Painter、Studio-Paint 等软件中可以快速地绘制出视觉效果比较 好的手工草图,使产品设计的各

6、个部门之间的交 流变得更加轻松3。1.3 计算机辅助平面方案效果图制作 平面方案效果图的制作可以在二维平面设计 软件中轻松完成,目前常用的平面设计软件主要 有两类:矢量化的图形软件和点阵式的图像处理 软件。矢量化平面设计软件有 CorelDraw、Illustrate 和 Freehand 等。这类软件具有较强的图形生成 能力,且无级放大后不影响其清晰度,其存储的矢 量化电子文档可以转入后续的二维 CAD 或三维 软件中直接制图或建模,这对于衔接其后的方案 设计及工程模具设计有着重要的意义。点阵式的图像处理软件主要是 Photoshop,它 可以直接绘制效果图,且可以获得比较逼真的效 果。该软

7、件的不足主要表现在其点阵化电子文档 中的造型特征线无法被后续的矢量化软件直接利 用,故在后续的造型及工程设计中必须对其造型 3/7 49 陶转良,高瞩:CAD 在工业设计中应用方式的探讨常州工学院学报 曲线进行间接提取重构。现代设计中,设计师往往在绘制出完善的创 意草图后,省略平面效果图的制作,而直接进入三 维建模阶段。这需要建模者有很强的平面到三维 的理解能力,不曲解设计师的设计意图。1.4 计算机三维建模渲染及动画制作 在现代的数字化设计制造系统中,往往针对 曲面造型较为复杂的产品,从设计到加工的每一 环节,均采用准确的三维数字模型进行传递。设 计师以自己的计算机三维模型可以准确地使其设

8、计思想贯穿到最终的产品中。三维数据模型的建 立可方便地生成不同的平面效果图及三维动画造 型,不但可以用于产品工业设计前期的评审,而且 可以广泛地应用于产品工业设计后期的宣传、推 广及营销的各个方面,因此建立有效的三维数据 模型在方案设计阶段是非常必要的。目前可用于工业设计的三维建模及渲染软件 主要有两大类:其一是专业的设计及动画软件,如 Rhino、3dmax、Cinema4D、Alias、Maya 等。其中 Rhino 的曲面建模能力比较强,对于一些复杂曲面的建 立,其优势表现明显,但由于其目前渲染功能还比 较薄弱,需要第三方厂商为其设计插件,如现在已 经有了支持 Rhino 的 Vray、

9、Braizl 版本,相信其在 以后的版本中,渲染功能会越来越强;3dmax、Cin-ema4D 的曲面建模能力不是很强,但是它们却有 着强大的效果图和动画制作功能,尤其是 3dmax,有 300 多家第三方厂商为其设计渲染插件,使其 在效果图制作方面,很轻松地就可以达到照片级 的效果,目前为其服务的比较流行的渲染插件有 Vray、Braizl 等,其自身强大的动画制作功能,为 产品的后期宣传起到了如虎添翼的效果;Alias、Maya 这两款软件可以说是两个高端的设计全能 软件,其在建模、渲染、动画制作方面的功能都非 常强大,适合一些高端用户使用。另一类三维建模及渲染软件主要是指中高档 的三维工

10、程设计软件。专业的中档三维工程设计 软件有 MDT、Solidwork、SolidEdge、Think3 等。由于其简单易用,三维建模具有尺寸驱动及参数 化的特点,设计师可以方便地进行三维形态结构 的推敲重构。虽然这类软件复杂曲面的功能较 弱,但是对于那些只有规则曲面及简单的自由曲 面的产品造型来说这类软件已基本够用,而且它 4/7 们产生的三维数据均可以被工程设计制造软件及 数控加工中心利用并进行后续的工作,使得产品 造型方案设计与产品后续的工程及制造有机地结 合在一起3。目前常用的高档三维工程设计软 件,如 Pro/E、UG 等都自带一个工业设计模块,自 由曲面建模非常方便灵活,其中 Pr

11、o/E 的 CDRS 模块甚至可以从照片及扫描的草图等点阵图形中 提取特征线进行三维建模,非常符合工业设计的 需要,它自带的灯光、材质、真实感渲染和动画功 能也可以满足工业设计的需要。另外值得一提的 是这类软件包含强大的曲面分析功能,可以动态 地调整曲面质量以达到较好的效果,对于产品实 物的表面质量控制具有重要的意义,使工业设计 与制造紧密地联系在一起。1.5 计算机辅助实物模型制作 模型制作分两类:手工制模和计算机辅助制 模。手工模型完成后如何将其转化为工程设计 图,在过去是比较麻烦的,随着计算机辅助技术的 发展,现在可以利用三坐标测量仪或三维数字扫 描仪将模型的三维数据“扫”入计算机中,然

12、后用 专用的软件进行修补等处理,得到一个准确的三 维表面模型后,直接转入下一模块中完成工程设 计及模具设计。这种工作方式,保证了模型与产 品的一致性,也大大提高了工作效率。目前常用的计算机辅助实物模型制作有两种 方式:一是 CNC 技术(数控加工技术辅助模型制 作);二是 RP 技术(快速成型技术制作模型)。所 谓 CNC 模型制作就是将零件在计算机上三维建 模后转入加工软件模块中,编译为 RP 代码,然后 传到加工中心上,利用一些轻型材料通过几次装 夹及换刀,直接加工出零件的方式。所谓 RP 技 术就是:依据计算机上构成的三维 CAD 模型的数 据对其进行分层切片,得到各层截面的轮廓,按照

13、50 2006 年第 6 期 这些轮廓层层构造垒加成实体样件的技术4。1.6 计算机辅助市场推广 现代社会中市场竞争越来越激烈,生产厂家 都在争夺时间,抢占市场,许多企业在产品上市前 2 个月就开始着手进行市场推介,这使产品工程 设计和模具制造实现了“并行工程”。设计师设 计出虚拟产品(三维模型),并将其转到 3Dmax、Cinema4D 或 Maya 等软件中进行三维真实感渲 染及动画制作。由于这类软件内含丰富的材质 库,拥有强大材质制作工具及各种灵活的灯光设 5/7 置,因此可以逼真地模拟现实生活的场景,模拟出 产品的真实质感及形态,并且可以根据需要方便 地生成各种视角、各种不同材质及色彩

14、的产品效 果图。若加入路径及动作设置,便可制作出产品 的动画效果,模拟产品的运动及功能。这些效果 图、动画演示结合平面艺术设计和文本处理软件 就可以被广泛地应用到营销推广活动中,如与大 客户、经销商开推介会、印制宣传单页、店堂 POP、制作各种媒体广告等活动,将其最吸引人的造型 及卖点展示出来,以推动产品的营销宣传。2 现行计算机辅助设计在工业设计 中应用的不足及思考 虽然计算机辅助设计软件在计算机技术高速 发展的今天,已经取得了空前的进步,但是同时它 也存在着许多的不足,给我们设计人员的工作带 来了一些困惑,主要表现为:1)大部分同种软件的不同版本之间不互相 兼容。由于计算机技术的高速发展,

15、使得计算 机辅助设计软件的版本升级周期越来越短,而 同一种设计软件的不同版本之间往往不兼容,造成低版本软件打不开高版本软件处理过的数 据,个别高版本软件打不开低版本软件处理过 的数据;有的同种不同版本软件处理过的数据 虽然能相互之间打开,但是数据在传递中不能 得到正确的显示,即使是高版本软件打开低版 本软件处理过的数据,也会使已经编辑好的数 据发生变化。例如,在 Word2000 中编辑过的数 据,有的用 Word2003 打不开,或即使打开了,里 面的图形和表格却发生了很大的变化。这些都 使得企业无法迅速有效地检索和调用产品的数 据文件,造成设计的重用程度差,给企业内部的 数据管理和共享带来

16、了困难。2)两个不同的应用软件不能够直接共享或 交换数据。由于现在计算机辅助设计软件的种类 众多,企业内的新老设计人员使用不同的设计软 件,而不同的设计软件之间没有良好的信息接口,很难确保数据信息的完整准确传递,使得企业内 部的设计交流和数据的共享不能很好地实现。3)设计软件与工程软件的脱节发展。脱节 发展造成了设计软件制作的三维数据不能直接应 用于工程设计,工程设计软件又不能制作出非常 逼真的效果图,这就要求我们设计人员不仅要掌 握设计软件,还应该掌握必要的工程软件,以保证 从设计到制造的三维数据的准确传递,这也对设 6/7 计人员提出了更高的要求。4)网络信息共享程度低,信息反馈速度慢。企

17、业内部的计算机辅助工具常常是一些离散孤立 的系统,产品数据存储于不同的计算机系统。有 些部门间没有有效的网络通信环境,无法在设计、工艺和制造部门之间进行有效的信息共享和传 递。企业进行信息传递的主要途径是通过书面文 件、报告等形式,因此设计部门无法及时收集工艺 和制造部门的反馈信息。各种计算机辅助设计软件在应用中的缺陷都 给企业产品数据管理(Production Date Manage-men,t PDM)带来了困难。PDM 作为一门用来管 理所有与产品相关的信息(包括零件、配置、图 档、CAD 文件、结构、权限等)和所有与产品相关 的过程(包括工作流程、更改流程等)的技术,是 现代企业高效运

18、作的必要手段,而它的实现需要 强大的计算机技术的支持,计算机技术的发展直 接影响了其在现代企业中实现的力度,进而影响 企业产品开发的质量和周期。此外,一些设计人员片面地追求现代的计算 机辅助设计技术,把大量的设计时间花在了制作 51 陶转良,高瞩:CAD 在工业设计中应用方式的探讨常州工学院学报 效果图上,忽略了创意表达的最佳手段手绘,使自己的原创设计能力难以提高,设计师成为了 制作效果图的操作手。因此,在当前发展迅猛的 计算机辅助设计技术的支撑下,设计人员只有审 时度势,充分认识技术与工具间的关系,不盲目追 求高技术,才能使计算机辅助设计技术更好地为 我们服务。3 结束语 计算机辅助设计作为

19、工业产品设计中的重要 手段和载体贯穿在产品的整个生命周期中,数字 化的工业设计使产品设计的各个环节更加高效、严谨。尤其是三维的产品数字化管理,使设计与 工程生产之间的信息传递更加准确,设计意图得 到了很好的传达,同时也为后期的宣传做好了准 备,缩短了产品开发的时间和周期。但是我们更 要清醒地认识到计算机辅助技术无论发展得多么 强大,归根结底也只是工业设计的辅助手段,决不 可能替代人的主导工作。只有将人的主导因素与 计算机辅助系统结合起来,才能使计算机辅助设 计为工业设计更好地发挥作用。参考文献 1程能林.工业设计概论M.北京:机械工业出版社,1999.7/7 2闫朝华,陈兴旺.计算机辅助工业设

20、计的应用J.CAD/CAM 与制造业信息化,2002(11):42-44.3杨大松,闫朝华.工业设计应用计算机辅助系统的探讨J.中国制造业信息化,2004(6):77-80.4王海波.浅析计算机辅助工业设计J.安徽工业大学学报:自然科学版,2005(2):204-206.The Application ofCAD in the Industry Design TAO Zhuan-liang GAO Zhu(School ofArt&Design,Changzhou Institute ofTechnology,Changzhou213002)Abstract:The textdiscusses the application ofCAD in the industry design,analyzes the shortcomings in the currentapplication,and puts forward some suggestions.Key words:CAD;industry design;application 责任编辑:庄亚华 52 2006 年