計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模思路的探討

王靜 米微琪

摘 要：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)也被稱作CAID，是指把計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，在這種系統(tǒng)的形式下，對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各種活動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)造。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是一種全新的設(shè)計(jì)方式，它以變革為核心。其中，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模就是其至關(guān)重要的一方面。本文詳細(xì)分析了計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模的應(yīng)用以及在工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助;工業(yè)產(chǎn)品;探討;應(yīng)用;CAID

工業(yè)設(shè)計(jì)是科學(xué)與美學(xué)、技術(shù)與誘術(shù)相結(jié)合，相滲透的一門設(shè)計(jì)技術(shù)，它把機(jī)械化方式生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品作為主要研究對(duì)象，是一門新興的技術(shù)學(xué)科。眾多因素的原因，使計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)技術(shù)騰空出世：科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展;市場(chǎng)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的性能和價(jià)格等等的要求更加嚴(yán)格，他們希望產(chǎn)品的品種更加多樣化，更加個(gè)性化，批量更加小量;企業(yè)面對(duì)著更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等等。面對(duì)現(xiàn)在制造企業(yè)對(duì)開發(fā)高質(zhì)量產(chǎn)品的希望，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需要，這更是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的原因。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)使人們不再?gòu)氖路敝氐募妓噭趧?dòng)，讓人們用大腦去創(chuàng)造，去想象。自從計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效率和精確率也得到了大大的提高。其中，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模的方面尤為突出。

1 對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)

何謂計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)？簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)就是把計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，在這種系統(tǒng)的形式下，對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各種活動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)造。工業(yè)設(shè)計(jì)的工作流程一般分為以下復(fù)雜的幾方面：接受項(xiàng)目、制定計(jì)劃、尋找問題、分析問題、提出設(shè)計(jì)構(gòu)想、解決問題、優(yōu)化方案、深入設(shè)計(jì)、制作模型、設(shè)計(jì)制圖、設(shè)計(jì)展示、綜合評(píng)價(jià)。在這個(gè)浮躁的流程中，屬于輔助設(shè)計(jì)的有設(shè)計(jì)構(gòu)想、解決問題、優(yōu)化方案、深入設(shè)計(jì)、制作模型、設(shè)計(jì)制圖。

而計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)有以下幾方面的內(nèi)容組成：數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評(píng)價(jià)、制造數(shù)字化和信息交換數(shù)字化等等。其中，數(shù)字化建模是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的最重要的一部分，也是我們今天要分析的一部分。數(shù)字化建模是于設(shè)計(jì)者使用在造型建模前由編程者早設(shè)置好的幾何構(gòu)成元素或者幾何圖形模塊，通過改變幾何圖形的尺寸或者利用幾何元素來(lái)構(gòu)建，從而產(chǎn)生其他的幾何圖形。數(shù)字化建模，其實(shí)就是應(yīng)用某個(gè)軟件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模越來(lái)越受歡迎，使這項(xiàng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的使用更加廣泛和密切。

2 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模的應(yīng)用

2.1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)

眾所周知，當(dāng)今不管是國(guó)際市場(chǎng)還是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)都很激烈，甚至到了白熱化的階段，這使得各大制造廠商在研發(fā)新產(chǎn)品的時(shí)候十分重視并且能深入的開展研究新技術(shù)、新方法，生產(chǎn)新材料，更重要的是把研究的成果轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，從而讓新產(chǎn)品能夠占領(lǐng)市場(chǎng)。例如，計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)可以對(duì)外形設(shè)計(jì)隨時(shí)進(jìn)行修改、評(píng)測(cè)，但是虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)是這幾年來(lái)比較受歡迎的技術(shù)，因?yàn)樗梢宰層脩趔w會(huì)到逼真的視覺盛宴，這讓它在眾多新產(chǎn)品中脫穎而出，有著不同尋常的重要的作用。通過三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量從而獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，接著把數(shù)據(jù)與三維數(shù)膜相擬合或者利用三維造型軟件創(chuàng)建數(shù)字模型等等。對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)、修改、分析、檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)模具的過程，就像上述所講，會(huì)有著把最終設(shè)計(jì)完成的工作量與傳統(tǒng)繪圖相比，工作量減少50～60 %的功效。更有趣和吸引人的是，可以根據(jù)不同用戶的需求，讓他們?cè)谠谛庐a(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，處于真實(shí)的虛擬環(huán)境里，讓客戶親身感受、體驗(yàn)?zāi)Ｐ托薷牡捏w驗(yàn)，像裝飾風(fēng)格、選擇配件、色彩搭配、外形等等，這都可以在虛擬的環(huán)境中有著最真實(shí)的感受。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的展示設(shè)計(jì)

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或者三維動(dòng)畫制作的產(chǎn)品廣告不僅可以很好的全面的展示產(chǎn)品的外觀，更重要的是能表現(xiàn)出產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、裝配和維修的過程、工作性能、工作過程和使用方法等等方面，有著良好的展示推廣的效果。另外，新技術(shù)可以合成虛擬的環(huán)境，讓客戶在虛擬好的環(huán)境中漫游，按照觀察點(diǎn)和觀察方向，隨著環(huán)境同時(shí)渲染場(chǎng)景，當(dāng)然，這就需要計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)計(jì)算;又或者營(yíng)造主場(chǎng)景，把計(jì)算機(jī)繪制的虛擬模型融入其中，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式交互，這都多虧影像合成中虛擬環(huán)境里建模的速度快、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。使用現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行的產(chǎn)品介紹，能夠更直觀方便的跟使用客戶進(jìn)行交流，其次，現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的產(chǎn)品介紹有著生動(dòng)、直觀、廣告效果好的特點(diǎn)。

2.3 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)仿真

對(duì)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也是有一定要求的，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須要很好的解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在工作的時(shí)候運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的關(guān)系，除此王靜 米微琪

西北機(jī)電工程研究所，陜西咸陽(yáng) ，712000

之外，還應(yīng)注意運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)干涉、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能，比如剛度、硬度、強(qiáng)度等等。有了計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)的支持，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)界面更客觀，更清晰;可以交互修改建立的三維模型的幾何功能、加工和裝配等方面;還可以評(píng)價(jià)各種零部件的比例關(guān)系;還可以查看裝配的所有動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)過程，并且干涉檢查和間隙檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的零部件等等。

3 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的作用

3.1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)改變了產(chǎn)品開發(fā)的工作方式

正如大家所知道的，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來(lái)越有競(jìng)爭(zhēng)力，甚至在當(dāng)今世界性經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中有著重要的作用。所以，對(duì)產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)十分重視是產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢(shì)，是企業(yè)生存和發(fā)展的需要，更是當(dāng)今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。工業(yè)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用，在企業(yè)經(jīng)營(yíng)中也有著同樣重要的地位，在經(jīng)營(yíng)循環(huán)時(shí)間縮短開發(fā)周期中，產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)里，快速準(zhǔn)確的反應(yīng)能力是最最重要的因素。眾所周知，產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間越短，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)有著巨大的影響力，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力也產(chǎn)生了很大的影響。在新產(chǎn)品的開發(fā)中，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能最有效的提高工作效率，從而縮短時(shí)間，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有新穎、構(gòu)思獨(dú)特、生產(chǎn)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)分工不斷細(xì)致，自然的，產(chǎn)品的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越專業(yè)化，人們的生活就越來(lái)越豐富。生活充實(shí)了，需求就多了，對(duì)產(chǎn)品的要求也多了。要想讓產(chǎn)品不斷的細(xì)化，就要讓高科技參與其中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)就是其中的一方面。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)因?yàn)槠涓咝А⒕_、方便、容易修改和保存的優(yōu)點(diǎn)，使得它在設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)的影響，更甚至成為工業(yè)設(shè)計(jì)的中流砥柱，并迅速在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域流通。同時(shí)，近幾年計(jì)算機(jī)軟件的進(jìn)步，讓計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)或者計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的前景更可觀，使其成為可能。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要方法

工業(yè)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)之一就是創(chuàng)造個(gè)性魅力的產(chǎn)品形態(tài)。在創(chuàng)造形態(tài)的過程中，工業(yè)設(shè)計(jì)要保證與各種技術(shù)和各種功能相適應(yīng)。在這一過程里，創(chuàng)造性形象思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S相互協(xié)調(diào)、相互適應(yīng)，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)方法是創(chuàng)造性思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S在過程中出現(xiàn)，并經(jīng)過多次、反復(fù)、協(xié)調(diào)，從而使他們互相適應(yīng)。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)可視化程度提高，理性的思考和分析更加直觀，嚴(yán)密的判斷更簡(jiǎn)便。這讓設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性得到激發(fā)?？梢暬夹g(shù)讓設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)上用三維方式對(duì)產(chǎn)品的整體概念造型和全部零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這種技術(shù)運(yùn)用尺寸和形狀約束分開處理的方法，不用全約束的靈活性，這給了設(shè)計(jì)師可以直接用拖動(dòng)方式對(duì)零件的任意特征進(jìn)行編輯修改，并且能非常直觀、實(shí)時(shí)的對(duì)圖進(jìn)行編輯和修改，另外一個(gè)好處就是簡(jiǎn)單、方便操作，這都有利于激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性，有利于工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，把計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)或者說計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建模引入到工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域是產(chǎn)品設(shè)計(jì)在技術(shù)上的一次突破。即使取得了這樣的成就，人們也要繼續(xù)努力，使其更迅速的發(fā)展，系統(tǒng)的理論的研究就是人們今后要努力的目標(biāo)。隨著新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論的不斷完善，我們可以看出來(lái)，盡管當(dāng)今制造業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，但是我國(guó)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)產(chǎn)品建?；蛘哂?jì)算機(jī)輔助工業(yè)技術(shù)也取得越來(lái)越長(zhǎng)足的進(jìn)步，并最終廣泛應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)踐中去，促進(jìn)我國(guó)新興科技的發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李啟光.計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的三維造型思路探討——關(guān)于3dsmax與Rhino兩種不同建模思路的比較[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì).2007（13）：60-61.

[2] 高珊.淺談?dòng)?jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì).2015

（5）：126-127.

[3] 杜剛佶.淺談工業(yè)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì).2015（4）：

111-112.