計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)

朱 偉

(湛江師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)

朱 偉

(湛江師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提高，科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在人們的工作、生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置.而各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域也離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，介紹了計(jì)算機(jī)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中信息技術(shù)的重要性.

發(fā)展趨勢(shì)；工業(yè)設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助；CAID

隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)注度的提升，工業(yè)設(shè)計(jì)需求的多元化，人們對(duì)其設(shè)計(jì)要求也在不斷提高.計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了革命性的變革，它使工業(yè)設(shè)計(jì)更具科學(xué)性、專(zhuān)業(yè)性.工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)也因各類(lèi)新型技術(shù)而大放光彩.工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)含量越高，就越說(shuō)明其朝著信息電子類(lèi)以及機(jī)電一體化發(fā)展.由于現(xiàn)代社會(huì)人們生活條件的提高，越來(lái)越多的人開(kāi)始重視產(chǎn)品的環(huán)保性、創(chuàng)新度、外觀(guān)造型等，而不僅僅滿(mǎn)足于產(chǎn)品的質(zhì)量及功能.隨著計(jì)算機(jī)硬、軟件等技術(shù)的日新月異，虛擬實(shí)現(xiàn)、多媒體、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、圖形設(shè)計(jì)等技術(shù)對(duì)于研究工業(yè)設(shè)計(jì)的方法與理論產(chǎn)生著極大作用.

1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

制造企業(yè)為迎合小批量、個(gè)性化、趣味化、多樣化、周期短等產(chǎn)品要求，提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須要開(kāi)發(fā)出快速、高質(zhì)量的產(chǎn)品.采用計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)能夠提高效率，大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)不失產(chǎn)品的準(zhǔn)確性、獨(dú)特性、新穎性[1].由于工業(yè)設(shè)計(jì)需要達(dá)到人們需求，因此，人與機(jī)器之間的互動(dòng)則是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)更注重的問(wèn)題.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)以信息科學(xué)作為其理論基礎(chǔ)它包括了聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)以及信息離散化集成、支持、物化、傳感、傳遞、儲(chǔ)存、處理、掃描的集合，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)手段為互聯(lián)網(wǎng)、周邊設(shè)備、通訊協(xié)議、信息存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)硬件等.藝術(shù)與技術(shù)、美學(xué)與科學(xué)的相互結(jié)合、交叉最終形成了工業(yè)設(shè)計(jì).根據(jù)市場(chǎng)反饋情況，對(duì)產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行維護(hù)和改進(jìn).宜人、舒適、美觀(guān)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo).隨著信息時(shí)代的到來(lái)，人們生活水平的普遍提高，對(duì)產(chǎn)品的需求也逐漸趨向于個(gè)性化、趣味化、多品種.因此，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的不足.

工業(yè)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合后，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)將在該領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行各種創(chuàng)造.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)方法等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)，該技術(shù)是一門(mén)綜合的交叉性學(xué)科，它廣泛地涉及了人機(jī)工程、模糊技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、敏捷制造、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等諸多信息技術(shù)領(lǐng)域.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足人們不同層次的需求，其設(shè)計(jì)兼?zhèn)淞藙?chuàng)新、宜人、美觀(guān)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面，該技術(shù)的輔助工具為信息技術(shù)，例如網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等，技術(shù)主體為工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí).設(shè)計(jì)主體與高科技輔助工具的完美融合，讓產(chǎn)品在美學(xué)原則、人性化設(shè)計(jì)、色彩、形態(tài)上得以體現(xiàn).計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)工作流結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)工作流結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The workflow of computer aided industry design

2 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)稱(chēng)CAID，在工業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，通過(guò)相關(guān)輔助性工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，來(lái)進(jìn)行各種設(shè)計(jì)與創(chuàng)造.與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式相比，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)質(zhì)量、方法以及設(shè)計(jì)過(guò)程上都顯示出其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì).當(dāng)然，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，也不是僅僅依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)的，設(shè)計(jì)同時(shí)涉及到例如優(yōu)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)等諸多其他方面技術(shù).在方法與技術(shù)面上，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)可以將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域的內(nèi)容拿來(lái)引用.工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，創(chuàng)新是關(guān)鍵、是難題.當(dāng)今的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心也就體現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新上.對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品而言，只要有創(chuàng)新，不論這種創(chuàng)新是工藝、材質(zhì)，是從外形上、還是從功能上，都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，同時(shí)，也會(huì)影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.目前的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)僅限于在人機(jī)交互、新興技術(shù)、只能技術(shù)、造型技術(shù)等方面開(kāi)展應(yīng)用.

2.1 高新技術(shù)的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，如何將遺傳算法、虛擬實(shí)現(xiàn)等市場(chǎng)上較為流行的高新技術(shù)應(yīng)用其中呢，在研究機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，就需要新、老技術(shù)的有機(jī)結(jié)合.有一種設(shè)計(jì)方式是以虛擬現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)的，目前我國(guó)已經(jīng)有了較為成熟的敏捷設(shè)計(jì)以及虛擬設(shè)計(jì)，并獲得相應(yīng)的提高與發(fā)展.很多的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及形狀，其技術(shù)受到人們的贊同.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用各種控制、現(xiàn)實(shí)等接口設(shè)備以及計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)，為可交互的3維環(huán)境提供沉浸感覺(jué)的技術(shù).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，給方案的解決提供了便利，可在地質(zhì)災(zāi)害、電力水利、旅游教學(xué)、房地產(chǎn)銷(xiāo)售、橋梁道路的設(shè)計(jì)、古跡復(fù)原、工業(yè)仿真、室內(nèi)設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃等眾多領(lǐng)域中應(yīng)用.在協(xié)同設(shè)計(jì)中，人們?cè)敿?xì)分析了各種情況，例如：該設(shè)計(jì)對(duì)人的用處等，探討了工業(yè)設(shè)計(jì)的工作模型.將并行與協(xié)同相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)是目前設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵，從不同的角度，人們觀(guān)察了該技術(shù)在并行環(huán)境下的內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行了深入的探討與了解.對(duì)于產(chǎn)品的外形、遠(yuǎn)離、功能等方面而言，與設(shè)計(jì)感關(guān)系密切.

2.2 智能技術(shù)的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)一體化的運(yùn)用中，智能技術(shù)提供了相應(yīng)的支持，人工智能技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以發(fā)揮出創(chuàng)造性思維，并提供人機(jī)交互.可以通過(guò)對(duì)創(chuàng)造性思維、設(shè)計(jì)方法、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等的介紹來(lái)從廣義上了解智能技術(shù).在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，體現(xiàn)出的是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，這就是設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者將構(gòu)思巧妙地轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際圖案，這個(gè)過(guò)程十分重要，也是一道非常復(fù)雜的工藝.設(shè)計(jì)方法是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的前提，設(shè)計(jì)者需要預(yù)先通過(guò)對(duì)事物的特點(diǎn)觀(guān)察，來(lái)形成形式化描述，期間經(jīng)過(guò)了加工特點(diǎn)要素以及原理的一系列過(guò)程.在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者必須擁有豐富的知識(shí)、思維、經(jīng)驗(yàn)，才能勝任這一角色.只有在不斷地研究新技術(shù)的基礎(chǔ)上，才能夠充分發(fā)掘人工智能技術(shù)的靈魂.

2.3 計(jì)算機(jī)輔助造型技術(shù)應(yīng)用

草圖設(shè)計(jì)與自由曲面設(shè)計(jì)代表了計(jì)算機(jī)輔助造型技術(shù)的主要設(shè)計(jì)研究，產(chǎn)品造型是人們對(duì)該產(chǎn)品的直觀(guān)認(rèn)識(shí)，造型決定著商機(jī)，因此，造型技術(shù)的提高也是設(shè)計(jì)者們的不斷追求，在產(chǎn)品造型出爐前，必須經(jīng)過(guò)草圖設(shè)計(jì)，草圖設(shè)計(jì)可以有效填補(bǔ)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與工業(yè)設(shè)計(jì)之間的空白.草圖重建和人機(jī)交互是該技術(shù)的關(guān)鍵，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)系統(tǒng)如何模擬出經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)者手繪的設(shè)計(jì).

在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中，自由曲面的設(shè)計(jì)其實(shí)就是對(duì)產(chǎn)品外形進(jìn)行自由曲面設(shè)計(jì)[2].自由曲面設(shè)計(jì)時(shí)，曲面特征的應(yīng)用是一項(xiàng)必要流程.移動(dòng)特征、串通圖形、基本表面這3個(gè)部分共同組成了曲面特征.

3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域中，產(chǎn)業(yè)的核心就是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，可以稱(chēng)之為產(chǎn)品的核心理念.該理念分別在三個(gè)方面得以充分體現(xiàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展與這種理念有著一致性，是具有跨越性的理念.①工程設(shè)計(jì)以及工業(yè)設(shè)計(jì)具有著一致性，應(yīng)充分調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)功能與設(shè)計(jì)形式之間的關(guān)系，以求實(shí)現(xiàn)以人為核心、人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)體系，其體系完美融合了這兩種技術(shù).②為了更好迎合市場(chǎng)需求，應(yīng)有機(jī)結(jié)合新型能源、新型材料以及新興技術(shù)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行充分地利用，以體現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)價(jià)值.③為了能夠獲得標(biāo)新立異的效果，設(shè)計(jì)者應(yīng)將具有創(chuàng)新意義的設(shè)計(jì)，像發(fā)明性、創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)毫無(wú)保留地應(yīng)用于新成果中.

其實(shí)，與建筑方面技術(shù)相比較，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展較為緩慢.原因是與機(jī)械、建筑的設(shè)計(jì)相比，工業(yè)設(shè)計(jì)更具有綜合性與復(fù)雜性[3].從計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，必須有效處理以下問(wèn)題，才能夠有更好的發(fā)展空間.

3.1 人機(jī)交互

引入VR新興技術(shù)，并合理結(jié)合傳統(tǒng)交互方式，通過(guò)研究人機(jī)交互技術(shù)，最終可實(shí)現(xiàn)人機(jī)互交功能.

3.2 生命周期、協(xié)同、并行

進(jìn)行技術(shù)的研究時(shí)，可對(duì)并行技術(shù)[4]以及產(chǎn)品制造與成本進(jìn)行適當(dāng)思考，并研究全生命周期相關(guān)技術(shù).在進(jìn)行研究的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)各大領(lǐng)域的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行協(xié)同.

3.3 智能技術(shù)

應(yīng)積極研究智能技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.在研究設(shè)計(jì)過(guò)程以及評(píng)價(jià)過(guò)程時(shí)，必須重視智能技術(shù)提供的支持.

3.4 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

應(yīng)深入研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技術(shù)、方法以及原理.在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新非常關(guān)鍵的，它決定著該設(shè)計(jì)的發(fā)展.

3.5 設(shè)計(jì)方法

為給計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)[5]奠定理論內(nèi)容基礎(chǔ)，應(yīng)積極研究設(shè)計(jì)方法、關(guān)注設(shè)計(jì)過(guò)程，并采取類(lèi)似以及精確的方式來(lái)看待工業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)產(chǎn)品的發(fā)展方向[6].

3.6 技術(shù)發(fā)展

伴隨各種技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新，人們?cè)絹?lái)越深刻認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的重要性，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)也獲得前所未有的發(fā)展，隨著人機(jī)交互等高端技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)正朝著更優(yōu)化、多元化、一體化的方向邁進(jìn).

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)整體產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)看，全生命周期、敏捷設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法指出了計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向.各種技術(shù)的應(yīng)用在整體工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)中必不可少，隨著人們需求量的不斷攀升，設(shè)計(jì)方法也層出不窮，值得設(shè)計(jì)者注意的是，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式的發(fā)展應(yīng)避免一成不變.在人們需求量增加、科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的形勢(shì)下，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，產(chǎn)品應(yīng)該具備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化，并堅(jiān)持向著多元化發(fā)展，從而使統(tǒng)一的技術(shù)模型得以完善建立.

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TheDevelopmentSituationandTrendofComputerAidedIndustrialDesign

ZHU Wei

(School of Physical Science and Technology,Zhanjiang Normal University，Zhanjing 524048,China)

With the steady improvement of social economy and the continuous development of science and technology level, the application of computer plays an important role in people′s work and life.And various industries cannot do without a computer.This paper introduces the application of computer in industrial design, and the importance of information technology in the market with fierce competition.

trend of development; industrial design; computer-assisted; CAID

2013-03-25.

朱偉(1981- )，男，初級(jí)實(shí)驗(yàn)員，主要從事工業(yè)設(shè)計(jì)方面的研究.

TP391.7

A

1008-8423(2013)02-0222-03