基于現(xiàn)代化技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)研究

邱雷

摘 要：自我國加入WTO以來，我國制造業(yè)日益面臨著巨大的挑戰(zhàn)，而運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)加速制造業(yè)的快速發(fā)展已成為了當(dāng)前一種趨勢，并且將現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)中，能夠給企業(yè)帶來高回報(bào)收益，因此，本文基于現(xiàn)代化技術(shù)，從CAID技術(shù)、快速成型技術(shù)、虛擬及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維建模技術(shù)四個(gè)方面對工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，希望能為我國制造業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)；CAID技術(shù)；快速成型技術(shù)；虛擬及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；三維建模技術(shù)

0 前言

自我國加入WTO以來，我國制造業(yè)就一直受到了國際先進(jìn)技術(shù)的沖擊，其主要原因是我國在引進(jìn)、吸收以及創(chuàng)新中的投入經(jīng)費(fèi)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，根據(jù)有關(guān)資料顯示，在2002年，我國技術(shù)引進(jìn)與消化吸收的收支比為1∶0.1，其中醫(yī)藥產(chǎn)品制造業(yè)為1∶0.18，電子通信為1∶0.13，IT為1∶0.01，而絕大多數(shù)工業(yè)國的引進(jìn)吸收經(jīng)費(fèi)為該項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)的三倍，這表明我國還沒有達(dá)到洋為中用的地步，并且自主創(chuàng)新力度和核心競爭技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這使我國企業(yè)在國際上處于劣勢，對企業(yè)的發(fā)展極其不利，面對此情形，大力提升我國制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及品牌創(chuàng)新力，將會促進(jìn)我國企業(yè)的更進(jìn)一步地發(fā)展，而工業(yè)設(shè)計(jì)的提升對企業(yè)競爭力的提升起著至關(guān)重要的作用，因此，本文將從CAID技術(shù)、快速成型技術(shù)、虛擬及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維建模技術(shù)四個(gè)方面對工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

1 CAID技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

CAID（計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)）是指利用計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，以信息科學(xué)為理論基礎(chǔ)，集信息離散化表述、掃描、處理、存儲和傳遞等多領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)于一身，并且以工業(yè)設(shè)計(jì)為主體，設(shè)計(jì)出滿足不同要求的產(chǎn)品。CAID技術(shù)為整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)支持，如設(shè)計(jì)的依據(jù)、方法、評價(jià)以及實(shí)現(xiàn)等，它的出現(xiàn)解決了諸如設(shè)計(jì)時(shí)間長和產(chǎn)品創(chuàng)新等問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動，在工業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)確保了產(chǎn)品的獨(dú)特性、準(zhǔn)確性、美觀性以及實(shí)用性等。

在工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，采用CAID技術(shù)，首先，應(yīng)進(jìn)行市場調(diào)研，了解市場與消費(fèi)者的需求；其次，對產(chǎn)品造型進(jìn)行定位，這里將用到CAID體系里的模塊庫、曲面以及轉(zhuǎn)換等功能；接著，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)前評價(jià)，包括對整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)后的技術(shù)、用戶體驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)、安全以及市場效益等各方面的預(yù)估計(jì)；然后，對產(chǎn)品進(jìn)行制造，CAID技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，這加快了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品模型建立、產(chǎn)品裝配到產(chǎn)品制造整個(gè)工業(yè)化的進(jìn)程；最后，對產(chǎn)品進(jìn)行升級完善，即創(chuàng)新，以滿足人們對產(chǎn)品的需求。

2 三維建模技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，采用三維建模技術(shù)能夠增強(qiáng)產(chǎn)品立體及三維的動畫效果，而當(dāng)前，工業(yè)設(shè)計(jì)的三維建模和渲染軟件包括專業(yè)的設(shè)計(jì)與動畫軟件，以及三維工程設(shè)計(jì)軟件，而本文則采用的是3ds max三維建模技術(shù) ，在工業(yè)設(shè)計(jì)中會涉及模型建立環(huán)節(jié)，由于篇幅有限，本文只對基礎(chǔ)、樣條、復(fù)合、網(wǎng)格、多邊形、面片以及NURBS建模進(jìn)行簡單敘述，如需詳細(xì)了解這些建模方法，請參見相關(guān)文獻(xiàn)資料。

基礎(chǔ)建模。3ds max自帶一些諸如圓形等三維形體以及其他拓展體，但這些還不能完全滿足對工業(yè)設(shè)計(jì)的需求，因此，3ds max設(shè)置編輯修改器，能夠?qū)A(chǔ)模型進(jìn)行建立，如筆記本電腦等。樣條建模。樣條建模也就是我們常說的二維模型建立，即使用二維圖形并配合編輯修改器進(jìn)行三維模型的建立。復(fù)合建模。這種建模方式很特殊，目標(biāo)體不能直接在場景中建立，而是將兩種（及以上）目標(biāo)體進(jìn)行重新組合，從而建立出復(fù)雜模型，如飛機(jī)等。網(wǎng)格建模。它可在三維形體的子對象層進(jìn)行編輯，通過推拉目標(biāo)對象表面，使三維模型得到建立，如沙發(fā)等。多邊形建模。與網(wǎng)格建模類似，但不同的是它能夠減少模型建立過程中的褶皺等現(xiàn)象，并且能夠較好地處理多邊形目標(biāo)對象，如熱水壺等。面片建模。它同樣也不能直接在場景中建立目標(biāo)體對象，但對如光滑流線型目標(biāo)體對象能夠很好應(yīng)用，如鑰匙扣等。

3 快速成型技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing）于20世紀(jì)80年代產(chǎn)生的，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，即利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。而當(dāng)前的快速成型技術(shù)主要包括3DP技術(shù)、熔融層積成型技術(shù)（FDM）、立體平版印刷技術(shù)（SLA）、選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）、激光成型技術(shù)（DLP）以及紫外線成型技術(shù)（UV）等。

RPM技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中可用于模型制造、小批量生產(chǎn)以及模具加工等，它改變了傳統(tǒng)模式的手工制造，使產(chǎn)品更加快速而又精確地制造出來，而在工業(yè)設(shè)計(jì)中，樣機(jī)模型的制作顯得很有必要，它將工業(yè)設(shè)計(jì)推上了一個(gè)新的高度，尤其是在產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、制作周期以及價(jià)格上，展示了其獨(dú)特的一面，而從目前RPM技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r來看，還存在一些問題，如材料、工藝、軟件、精度、能源以及應(yīng)用領(lǐng)域等問題，但就其實(shí)際應(yīng)用來看，還是能夠滿足當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用的，RPM技術(shù)與工業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)合，使得產(chǎn)品成型迅速發(fā)展壯大起來。

4 虛擬及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）是能夠創(chuàng)建與體驗(yàn)虛擬世界的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，憑借計(jì)算機(jī)輔助工具，制造出一種虛擬環(huán)境，能夠讓用戶實(shí)際感受。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR技術(shù)）是實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像位置及角度，并配上與之相應(yīng)的圖像的一種技術(shù)。在工業(yè)設(shè)計(jì)中，利用VR技術(shù)，在模型建立前，可以感知、修改以及評價(jià)未來產(chǎn)品等，而AR技術(shù)的出現(xiàn)，在一定程度上，彌補(bǔ)了VR技術(shù)的不足，它使虛擬效果顯得更加真實(shí)，并且將VR技術(shù)與AR技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計(jì)中，將極大地改善當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，如在產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中，可實(shí)現(xiàn)能觸摸的界面，可繪制可視化的模型等，或者虛擬樣機(jī)能讓用戶對產(chǎn)品模型進(jìn)行測試和分析等，再者，可進(jìn)行樣機(jī)與數(shù)據(jù)模型的虛擬裝配等。

5 結(jié)論

從以上對CAID技術(shù)、快速成型技術(shù)、虛擬及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維建模技術(shù)分析中，我們可以得到：一是CAID技術(shù)雖然促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，但是目前該技術(shù)還不夠成熟，還有待研究；二是從目前快速成型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，還存在相當(dāng)多的技術(shù)問題，需要研究者加以解決；三是VR技術(shù)與AR技術(shù)在未來工業(yè)設(shè)計(jì)中，具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)也是未來工業(yè)設(shè)計(jì)中的一種重要發(fā)展趨勢；四是三維建模技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)的真實(shí)效果再現(xiàn)，為工業(yè)設(shè)計(jì)提供了重要技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳江，陳振益.明式家具的“道”“器”之美及對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的啟示[J].包裝工程，2006，27（5）：280-281.

[2] 李怡，等.虛擬工業(yè)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[3] 魏國前，范勤.虛擬現(xiàn)實(shí)及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，1999，19（8）：35-36.