對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的探討

劉 馳

[摘要]計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)伴隨著工業(yè)設(shè)計(jì)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助造型、計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等。這就要求現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)教育中計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)也必須發(fā)展,但目前計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教育中卻存在一些問題,因而改變這些問題才能使計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)得到更好的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì) 教學(xué)模式 人機(jī)工學(xué) 虛擬現(xiàn)實(shí)

工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展是科學(xué)與美學(xué)、技術(shù)與藝術(shù)相互交叉、滲透、結(jié)合形成的,是從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、藝術(shù)等多種角度,對(duì)批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的功能、材料、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾等要素進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì),創(chuàng)造出能夠滿足人們不斷增長(zhǎng)的物質(zhì)需求的新產(chǎn)品。同時(shí)在產(chǎn)品的銷售、服務(wù)和企業(yè)形象的樹立過程中,都扮演著重要的角色,它是現(xiàn)代工業(yè)文明的靈魂,是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一,也是科技與經(jīng)濟(jì)、文化的高度融合。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,特別是信息時(shí)代的到來,市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的性能、價(jià)格和交貨期的要求更加苛刻,要求產(chǎn)品的研發(fā)周期短、品種多樣化、趣味化、個(gè)性化、小批量。這些都要求制造企業(yè)能夠快速開發(fā)出高質(zhì)量的產(chǎn)品,以影響市場(chǎng)、響應(yīng)市場(chǎng)的需求、提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足瞬息萬變的市場(chǎng)需求,伴隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展,工業(yè)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系也越來越緊密。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指用計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),構(gòu)成了設(shè)計(jì)師的現(xiàn)代化工具。因此基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的CAID(計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì))應(yīng)運(yùn)而生。

一、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展與內(nèi)容

工業(yè)設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)、室內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)(Computer Aided Industrial Design以下簡(jiǎn)稱CAID)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和設(shè)計(jì)方法,隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)等都有了很好的發(fā)展,同時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件也得到了很好的發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容。

1.在設(shè)計(jì)初始階段,設(shè)計(jì)者可以通過網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)的幫助,進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查獲取資料,對(duì)獲得的資料進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和歸納,以形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念,一套完整齊全的設(shè)計(jì)資料是一項(xiàng)成功設(shè)計(jì)產(chǎn)品的保證。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)的調(diào)研也可節(jié)省成本,獲得比較先進(jìn)準(zhǔn)確的資料。

2.在設(shè)計(jì)方案的表達(dá)階段,即計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品造型,設(shè)計(jì)師可通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件將設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)化為平面模型或者實(shí)體三維數(shù)字模型的過程,這也是使設(shè)計(jì)師通過計(jì)算機(jī)軟件表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思維,是設(shè)計(jì)師創(chuàng)意表達(dá)的過程。通常包括數(shù)字化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、數(shù)字化三維建模、產(chǎn)品模型與環(huán)境渲染、數(shù)字化產(chǎn)品裝配、有限元分析、設(shè)計(jì)修改、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)協(xié)作等,具有真實(shí)感的三維實(shí)體模型使設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)更為準(zhǔn)確可靠,模型一旦建立,對(duì)形狀、材質(zhì)、色彩等的推敲、修改就變得十分方便,同時(shí),電腦還可以對(duì)某些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析、計(jì)算,協(xié)助設(shè)計(jì)者對(duì)方案的修改和調(diào)整。

3.在設(shè)計(jì)方案表達(dá)的最后可以通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)表達(dá):通過計(jì)算機(jī)媒體,以宣傳、評(píng)價(jià)、展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)為目的的表達(dá)。包括:各種級(jí)別產(chǎn)品演示動(dòng)畫、多媒體產(chǎn)品互動(dòng)演示、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)產(chǎn)品用戶評(píng)價(jià)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)表達(dá)等。

二、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是按照傳統(tǒng)的教育模式產(chǎn)生的。其主要思想和形式都來自德國的包豪斯設(shè)計(jì)學(xué)院和烏爾姆設(shè)計(jì)學(xué)院。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,有三種因素必須考慮,即產(chǎn)品的美感、表現(xiàn)技法、以及所采用的工具材料。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中,CAID對(duì)這三個(gè)方面都有了全新的定義。在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中,表現(xiàn)技法變成了可以利用各種各樣的造型方法和各種軟件來表現(xiàn)產(chǎn)品的效果。形式非常多樣,而且修改起來比原來大大的提高。工具材料也可通過計(jì)算機(jī)來完成。同時(shí)設(shè)計(jì)師的審美思維也可通過計(jì)算機(jī)這一新的設(shè)計(jì)手段表現(xiàn)出來。因此,它使設(shè)計(jì)師丟掉了傳統(tǒng)的尺、紙、筆、圖板,將設(shè)計(jì)中的許多工作,如畫圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等交給計(jì)算機(jī)來完成。設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行判斷和修改,并將結(jié)果存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,以供隨時(shí)調(diào)用、修改,直到客戶滿意。這不僅減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng),而且縮短了設(shè)計(jì)周期和提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,并可以充分的表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的審美構(gòu)想,最大限度的縮小設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)結(jié)果與客戶要求之間的距離。同時(shí)在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)創(chuàng)作過程中,對(duì)于一些重復(fù)性的勞動(dòng),設(shè)計(jì)師可以節(jié)省許多的時(shí)間。從設(shè)計(jì)史的發(fā)展上來講,這完全是一次變革,是設(shè)計(jì)手段從機(jī)械化向自動(dòng)化的發(fā)展。同時(shí),由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高,設(shè)計(jì)思維領(lǐng)域也出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的身影,從而計(jì)算機(jī)給設(shè)計(jì)的工具、思維、過程、方法、表現(xiàn)形式、結(jié)果帶來了巨大的變化。從而使CAID也從計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)逐步發(fā)展到計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工學(xué)、人工智能技術(shù)及新興技術(shù)等方面。

由此計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)這門課程在整個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)中,不僅是一個(gè)輔助性的表現(xiàn)手段,更是一個(gè)新時(shí)代及未來工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的必然之路。我們通過計(jì)算機(jī)軟件表述概念的時(shí)候,可以和計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向交流,在通過計(jì)算機(jī)表現(xiàn)設(shè)計(jì)概念的過程中,可以使原本比較模糊的概念具體化,使概念進(jìn)入到詳細(xì)過程。而在這具體化的過程中,就會(huì)使我們的設(shè)計(jì)更加細(xì)化、深化,加強(qiáng)工業(yè)產(chǎn)品的三維形象觀念,促進(jìn)設(shè)計(jì)的成熟。所以,計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是一項(xiàng)表現(xiàn)技法,而是新時(shí)代下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)所具有的新的理念。因而在教學(xué)中,要注意課程的教學(xué)模式,始終以設(shè)計(jì)的觀念引領(lǐng)教學(xué),不能盲目的進(jìn)行技法的傳授。

三、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的現(xiàn)狀分析及研究

在當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)的教學(xué)中,盡管許多高校都認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的重要性,也開設(shè)了一些軟件課程,但大多數(shù)開設(shè)的目的僅限在增加學(xué)生的表現(xiàn)能力,未起到計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的目的。因而教學(xué)形式較為單一,教學(xué)內(nèi)容比較狹窄,以及學(xué)時(shí)分布和教學(xué)時(shí)間安排不合理等方面的問題。通過對(duì)不同高校CAID課程的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)該課程的教學(xué)計(jì)劃安排仍然比較混亂,歸納起來主要有三種情況:

1.一些院校對(duì)CAID教學(xué)不夠重視,認(rèn)為計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)就是學(xué)習(xí)一大堆的相關(guān)軟件,而軟件的學(xué)習(xí)好多是通過學(xué)生課后自學(xué)完成,并沒有相應(yīng)的要求。而專業(yè)所開設(shè)課程所涉及軟件比較單一,課時(shí)量也比較少,歸結(jié)起來也不過一兩門軟件,達(dá)不到輔助設(shè)計(jì)的要求。

2.還有一些院校卻是過分強(qiáng)化了軟件在設(shè)計(jì)中的作用,花費(fèi)了大量課時(shí),講授了大量的軟件,使得學(xué)生在頭腦中形成了“軟件學(xué)的好,設(shè)計(jì)就能搞好”這樣一種錯(cuò)誤的觀念。

3.教學(xué)過程中沒有很好的結(jié)合專業(yè)特點(diǎn),所授軟件的側(cè)重點(diǎn)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的輔助能力不強(qiáng)。使學(xué)生在學(xué)習(xí)完成后都未達(dá)到表現(xiàn)模型的最基本目的。

另外,在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)中,還普遍存在一個(gè)誤區(qū),也是最嚴(yán)重的一個(gè)問題,即沒有認(rèn)清計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的真正內(nèi)涵。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué),不僅僅是一個(gè)技法的教學(xué),更是一個(gè)思維模式、一種教育思想的引入。

CAID方法的教學(xué),關(guān)鍵是要抓住教學(xué)的本質(zhì)——設(shè)計(jì)方法的傳授。對(duì)于CAID課程的教學(xué)計(jì)劃主要包括1.通過選擇合適的輔助設(shè)計(jì)軟件分配合適的教學(xué)時(shí)間和教學(xué)量切實(shí)達(dá)到學(xué)生建模的水平要求。這可以通過對(duì)不同階段的學(xué)生學(xué)習(xí)要求來達(dá)到。比如在學(xué)習(xí)軟件初期要求學(xué)生通過實(shí)例練習(xí)掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn),在軟件學(xué)習(xí)中期學(xué)生應(yīng)該能通過參考書完成模型制作,在后期學(xué)生應(yīng)該具有獨(dú)立建模的能力,同時(shí)對(duì)模型的質(zhì)感場(chǎng)景都有明確的要求。這樣就能使學(xué)生達(dá)到表現(xiàn)的程度。2.通過相應(yīng)的課程要求來切實(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。

整體說來,對(duì)CAID的教學(xué)主要分為三個(gè)階段:第一,平面輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制圖階段(主要以Photoshop ,AutoCAD等軟件為主)。第二,輔助產(chǎn)品三維造型階段主要以(A lias,Rhino 3dmax等設(shè)計(jì)軟件為主)。第三,輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面(主要以Pro E等輔助設(shè)計(jì)軟件為主)這三個(gè)階段,在時(shí)間安排上應(yīng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。另外,每學(xué)期的CAID課程應(yīng)安排在該學(xué)期的前段時(shí)間,與其它相關(guān)設(shè)計(jì)課程形成一個(gè)并行協(xié)同結(jié)構(gòu),使CAID課程和其它工業(yè)設(shè)計(jì)課程有機(jī)的結(jié)合起來,更好的發(fā)揮輔助設(shè)計(jì)的作用。

由于高校的工業(yè)設(shè)計(jì)教育受到各種條件的限制,高校的教育模式和企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)制造模式還有很大的差別,學(xué)生只能通過認(rèn)知實(shí)習(xí),生產(chǎn)實(shí)習(xí)這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生初步了解工業(yè)設(shè)計(jì)的基本流程。鼓勵(lì)學(xué)生利用假期的社會(huì)實(shí)踐和企業(yè)聯(lián)系,同時(shí)學(xué)校也應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)習(xí)基地的建設(shè)和實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)的投入,使學(xué)生較早的適應(yīng)企業(yè)的要求,也使學(xué)校的教育很好的與企業(yè)對(duì)接。使學(xué)生切身的熟悉到計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的流程,更好的適應(yīng)未來的工作。

從工業(yè)設(shè)計(jì)本身發(fā)展來看,隨著人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,使得人們對(duì)設(shè)計(jì)過程必然有更深的認(rèn)識(shí),對(duì)設(shè)計(jì)思維的模擬必將達(dá)到新的境界。我們的工業(yè)設(shè)計(jì)教育必須采取科學(xué)合理的CAID教育模式為社會(huì)輸送更多優(yōu)秀人才。

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