基于虛擬設(shè)計(jì)原理的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

孫　楠

[摘要]通過(guò)對(duì)于虛擬設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的特征了解，重點(diǎn)論述新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上分析應(yīng)用虛擬技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，探索它在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的前景，目的是使虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)更好地為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)服務(wù)。

[關(guān)鍵詞]虛擬設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0510115－01

隨著科學(xué)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)功能的迅速加強(qiáng)，特別是圖形、圖像處理能力的提高，使得作為人類技術(shù)與文化融會(huì)結(jié)晶的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展方向發(fā)生了重大改變?，F(xiàn)在幾乎所有的企業(yè)在進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與制造中都有著共同的目標(biāo)，即將虛擬設(shè)計(jì)貫穿于產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造之中，加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，從而縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、提高技術(shù)水平、降低開(kāi)發(fā)成本，保證上市后新產(chǎn)品能夠?yàn)槠髽I(yè)增創(chuàng)效益。

一、虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的特征

虛擬設(shè)計(jì)（Virtual Design）是設(shè)計(jì)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它是隨科學(xué)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展在產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上逐步興起的多學(xué)科交叉技術(shù)。虛擬設(shè)計(jì)不同于以往的CAD技術(shù)，它可以利用除視覺(jué)外的其他功能來(lái)評(píng)估產(chǎn)品，并進(jìn)行深層次的設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)的發(fā)展與信息技術(shù)的應(yīng)用，虛擬設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始用于產(chǎn)品制造的各個(gè)階段，從而使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）得到有效地提升，特別是在企業(yè)進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段。

虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的特征主要包括四個(gè)方面：首先是網(wǎng)絡(luò)化，VR的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立起的一種并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它將設(shè)計(jì)、分析、制造三者合為一體，一方面在產(chǎn)品真正制造之前先在虛擬環(huán)境中生成數(shù)字產(chǎn)品模型，設(shè)計(jì)人員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在不同的地方相互反饋信息，對(duì)其外觀、性能及市場(chǎng)接受程度等進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。另外為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，人們可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建，統(tǒng)一指揮，提高系統(tǒng)響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。

其次要注意虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的交互化特征?；赩R的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以三維虛擬數(shù)字模型作為信息載體，多人員協(xié)同工作，使得產(chǎn)品在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)常采用并行設(shè)計(jì)工作模式。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做出虛擬產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等對(duì)人的作用，能直接在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、外形、色彩等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、了解、觀察，從而實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與機(jī)器之間的信息交互。設(shè)計(jì)人員可以在具有全交互性的虛擬環(huán)境中，實(shí)時(shí)地對(duì)整個(gè)虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行檢查、評(píng)估；實(shí)地解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，使設(shè)計(jì)思想得到綜合。

最后是它的高效化。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈與科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的加快，使得產(chǎn)品的生命周期不斷地縮短，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)含量與復(fù)雜程度日益增加。因此在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，使用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)有利于填平設(shè)計(jì)與制造之間的溝壑，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

二、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的虛擬設(shè)計(jì)應(yīng)用

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用以虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)為主。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)（Virtual Product Design）是將VR技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品中的數(shù)字化設(shè)計(jì)，具有真實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造物理模型的時(shí)間。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)性功能的仿真，設(shè)計(jì)人員或用戶能夠像使用真實(shí)產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。

虛擬人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)（Virtual Ergonomics Design）是借助虛擬的人機(jī)環(huán)境，將產(chǎn)品引入虛擬人機(jī)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)中。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)精確研究出產(chǎn)品的人機(jī)工程參數(shù)，并且在必要時(shí)修改虛擬部件的位置，重新設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品的構(gòu)造。另外，它還允許不同技術(shù)背景的人直接與設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行交互，評(píng)價(jià)新產(chǎn)品的性能，這有助于滿足不同用戶的特殊要求。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)之間有機(jī)結(jié)合發(fā)展，科技人員開(kāi)始不斷提高的計(jì)算機(jī)操作的人機(jī)界面綜合技術(shù)，改善虛擬設(shè)計(jì)中人與機(jī)的交互方式。人機(jī)交互系統(tǒng)的巨大進(jìn)步無(wú)疑為工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了新的契機(jī)，這項(xiàng)技術(shù)為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在人機(jī)工程學(xué)研究方面提供了新的方法，設(shè)計(jì)人員可以不斷地利用該系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)，既減少了開(kāi)發(fā)費(fèi)用和制造時(shí)間，同時(shí)又可以滿足產(chǎn)品多樣化的要求。

此外，虛擬裝配設(shè)計(jì)（Virtual Assembly Design）是虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面具有較大影響力的一個(gè)領(lǐng)域，它采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)仿真模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真裝配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、加工制造、裝配和調(diào)試。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)常需要花費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力來(lái)制作實(shí)物模型進(jìn)行各種裝配實(shí)驗(yàn)研究，力求在產(chǎn)品的可行性、實(shí)用性等方面進(jìn)行各種測(cè)試分析。現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期就應(yīng)考慮裝配問(wèn)題，在進(jìn)行虛擬裝配的同時(shí)創(chuàng)建產(chǎn)品、分析裝配精度，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員借助虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中使用各種裝配工具對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配檢驗(yàn)，幫助設(shè)計(jì)人員盡可能早地發(fā)現(xiàn)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和裝配工藝等問(wèn)題。

三、基于虛擬設(shè)計(jì)原理的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)

虛擬技術(shù)的飛速發(fā)展使人類正經(jīng)歷著一場(chǎng)劃時(shí)代的變革，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)作為工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的主要部分，經(jīng)歷了從工業(yè)社會(huì)到計(jì)算機(jī)信息化社會(huì)的轉(zhuǎn)變。因此，基于虛擬設(shè)計(jì)原理的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相比，存在著極大的優(yōu)勢(shì)。

1．基于虛擬設(shè)計(jì)原理的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，繼承虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。它是以數(shù)字化的WEB作為設(shè)計(jì)思想的載體，全面表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖，是人-機(jī)接口技術(shù)的重大突破。

2．它將設(shè)計(jì)師的理念和作品以平常人可以理解的方式傳達(dá)，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)設(shè)計(jì)師和使用者的信息進(jìn)行交流，使信息的深度、廣度和速度都得到大幅度的提高，符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。

3．虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用是科學(xué)與藝術(shù)的融合。它為設(shè)計(jì)人員提供了創(chuàng)造的空間，擴(kuò)展了設(shè)計(jì)人員的藝術(shù)設(shè)計(jì)思維，使設(shè)計(jì)人員能夠從理論認(rèn)識(shí)到感性認(rèn)識(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)，讓設(shè)計(jì)更趨于人性化、藝術(shù)化。

總而言之，虛擬設(shè)計(jì)為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了數(shù)字設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)與其它設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字連接，可實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成，使并行工程得到充分體現(xiàn)與實(shí)。雖然目前虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面僅是起步階段，在通過(guò)多種傳感器與多維的信息環(huán)境進(jìn)行自然的交互方面，及實(shí)現(xiàn)全方位的認(rèn)識(shí)方面還有待于進(jìn)一步提高，但在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方面具有很大的潛力，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉子健主編，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與造型設(shè)計(jì)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2] 熊興副、朱文衛(wèi)，現(xiàn)代包裝設(shè)計(jì)新理念體驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2004,25(4).

[3]陳定房、羅亞波著，虛擬設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：

孫楠，女，漢族，內(nèi)蒙古人，碩士，現(xiàn)任教于咸陽(yáng)師范學(xué)院藝術(shù)系。