基于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品CMF課程實(shí)踐與研究

王燕　王馨

摘要：產(chǎn)品CMF設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)成敗的主要因素，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)，設(shè)計(jì)的CMF教學(xué)思路，能夠讓學(xué)生建立系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，提高對(duì)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)研究。課程通過色彩、材料、表面工藝設(shè)計(jì)三方面利用不同的計(jì)算機(jī)表達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)從概念到實(shí)物的轉(zhuǎn)化。開創(chuàng)理論學(xué)習(xí)、CMF市場(chǎng)調(diào)研與經(jīng)典產(chǎn)品分析、CMF再設(shè)計(jì)定位，表面肌理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)新一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)人才。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID） CMF課程 創(chuàng)新思考

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2017）05-0118-02

一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)CMF課程的意義與難點(diǎn)

產(chǎn)品CMF設(shè)計(jì)，即產(chǎn)品的色彩（Color）、材料（Material）及表面處理工藝（Finishing）的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以通俗地將其理解為產(chǎn)品的“皮膚”設(shè)計(jì)。

隨著非物質(zhì)時(shí)代的到來，產(chǎn)品的價(jià)值需求觀由功能與造型的追求轉(zhuǎn)向品質(zhì)化生活的向往，產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)社會(huì)符號(hào)屬性與物品的關(guān)系，CMF設(shè)計(jì)逐漸成為決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)成敗的主要因素。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)開展CMF設(shè)計(jì)課程具有時(shí)代的意義。

（一）培養(yǎng)適銷對(duì)路的人才，滿足企業(yè)CMF設(shè)計(jì)人才的需求。

國(guó)內(nèi)目前很多企業(yè)都設(shè)有CMF設(shè)計(jì)部門，但CMF人才供不應(yīng)求，尤其3C電子類產(chǎn)品行業(yè)比較普遍。然而，國(guó)內(nèi)CMF設(shè)計(jì)行業(yè)起步較晚，真正精通CMF知識(shí)的設(shè)計(jì)人才也比較短缺，企業(yè)通常采取聘入再培養(yǎng)的方式，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)?；谶@一現(xiàn)狀，CMF課程的開設(shè)有利于為企業(yè)培養(yǎng)合適的設(shè)計(jì)人才。

（二）建立產(chǎn)品色彩、材料與表面工藝的系統(tǒng)教學(xué)方法，提高學(xué)生的趨勢(shì)洞察能力。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)的課程體系與內(nèi)容分布中，產(chǎn)品色彩、材料、設(shè)計(jì)工藝基本各以獨(dú)立的課程開設(shè)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠展開豐富的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行講述，但缺點(diǎn)是缺乏之間的關(guān)聯(lián)性。隨著CMF設(shè)計(jì)與趨勢(shì)研究的提出，更是強(qiáng)調(diào)了三者之間的聯(lián)系性與系統(tǒng)性，能夠把握好三者之間的關(guān)系就能夠創(chuàng)造好的產(chǎn)品品質(zhì)。另外，CMF設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是要求設(shè)計(jì)師有敏銳的趨勢(shì)把握能力。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠由認(rèn)識(shí)到理解，逐步的建立起獨(dú)特的趨勢(shì)洞察能力。

（三）設(shè)計(jì)拉動(dòng)市場(chǎng)內(nèi)需，增強(qiáng)我國(guó)國(guó)有品牌的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)。

在新產(chǎn)品的開發(fā)流程中，CMF設(shè)計(jì)是由最初的設(shè)計(jì)提案過渡到實(shí)際生產(chǎn)制造的必經(jīng)階段。目前許多產(chǎn)品的創(chuàng)新并不僅僅基于功能與技術(shù)的革新，產(chǎn)品CMF的革新設(shè)計(jì)逐漸成為拉動(dòng)市場(chǎng)消費(fèi)與形成競(jìng)品差異化的主要方式。以蘋果系列的產(chǎn)品為例，其每一代新產(chǎn)品的推出多以CMF的設(shè)計(jì)創(chuàng)新取勝。因此，要提高我國(guó)國(guó)有品牌的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，少不了對(duì)CMF設(shè)計(jì)的關(guān)注與大力支持。

此外，目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)很少有開設(shè)CMF的相關(guān)課程，其影響因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，目前許多高校對(duì)CMF設(shè)計(jì)的關(guān)注度不高，缺乏具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師。CMF是近些年才流行起來的一個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，它是伴隨著企業(yè)的技術(shù)加工與生產(chǎn)需要而產(chǎn)生一個(gè)專門的設(shè)計(jì)部門?，F(xiàn)高校許多設(shè)計(jì)專業(yè)出身的教師具有很強(qiáng)的理論能力，但缺少生產(chǎn)與加工制造方面實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，由此導(dǎo)致了理論與實(shí)踐之間的斷層，很難開展具體的CMF設(shè)計(jì)教學(xué)。第二，設(shè)計(jì)教育與實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)脫軌。在當(dāng)下國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)教育體系下，高校開設(shè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)課程多注重設(shè)計(jì)思維與方法的教學(xué)，缺少實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與制造環(huán)節(jié)的涉入，從而導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)意概念化，不能直接領(lǐng)悟到材料與工藝的重要性。第三，高校缺少CMF設(shè)計(jì)材料實(shí)驗(yàn)室與樣品展覽館。在CMF設(shè)計(jì)中，材料毋庸置疑是設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容。由于高校缺乏材料與樣品室的建立，學(xué)生很難直接領(lǐng)會(huì)到材料與工藝樣品的實(shí)際應(yīng)用。

基于時(shí)代意義催促與現(xiàn)實(shí)難點(diǎn)的挑戰(zhàn)，CMF課程的設(shè)置應(yīng)該以知識(shí)的應(yīng)用與理解作為教學(xué)的首要目的，需要尋求可行的教學(xué)思路與探索方法。

二、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的概念及教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的概念

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（computer aided industrial design，CAID）的概念是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合形成的系統(tǒng)支持下，進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的各類創(chuàng)造性活動(dòng)。

隨著工業(yè)4.0的到來，3D打印技術(shù)與智能化制造的應(yīng)用已成為趨勢(shì)，逐漸豐富了產(chǎn)品制造方式，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用趨勢(shì)也有了更大的空間。在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，無論是技術(shù)工程師還是設(shè)計(jì)工程師都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與表達(dá)，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)成為促進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程與時(shí)代發(fā)展的有利工具。

（二）產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程體系下的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，該課程的開設(shè)為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)意表達(dá)起到實(shí)際的效用。當(dāng)下高校對(duì)產(chǎn)、學(xué)、研、創(chuàng)關(guān)注密切，越來越注重視教學(xué)成果的展示與宣傳，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用愈加重要，具體可表現(xiàn)為以下三個(gè)主要方面：

第一、數(shù)字模型制作與圖形渲染技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過設(shè)計(jì)軟件的操作實(shí)現(xiàn)真實(shí)效果的產(chǎn)品渲染圖，同時(shí)能夠清晰地表達(dá)或定義出產(chǎn)品的材質(zhì)、紋理與色彩屬性。隨著計(jì)算機(jī)圖形處理與三維工程設(shè)計(jì)軟件的普遍使用，未來計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同教學(xué)需要將繼續(xù)應(yīng)用與實(shí)施。

第二、基于數(shù)字模型的CNC數(shù)控加工與3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)中逐步普及。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的教學(xué)中，實(shí)物模型的制作多用于教學(xué)成果的展示與部分課程的教學(xué)實(shí)踐需求。CNC數(shù)控加工模型的過程屬于數(shù)字化精細(xì)加工，它是產(chǎn)品模具制作與實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)主要工具。許多高校為產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)了CNC數(shù)字加工實(shí)驗(yàn)室，保證了教學(xué)與設(shè)計(jì)實(shí)踐的密切關(guān)系。3D打印技術(shù)是近幾年熱起來的智能制造方式，由于3D打印具有造價(jià)便宜、便捷、快速的模型成型優(yōu)勢(shì)，因此目前許多高校產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)將3D打印實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)到課程實(shí)踐中。例如西安美術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)系產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)首次將3D打印技術(shù)應(yīng)用在創(chuàng)意文化產(chǎn)品、主題生活的研發(fā)與教學(xué)中，并舉辦了一次別開生面的3D打印作品展覽，取得了良好的反響。endprint

第三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)教學(xué)中實(shí)踐與應(yīng)用。VR技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)80年代首次提出的概念與理論，主要實(shí)現(xiàn)手段是通過計(jì)算機(jī)及傳感技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段。隨著VR技術(shù)的廣泛應(yīng)用與成熟化發(fā)展，未來學(xué)生的設(shè)計(jì)概念與效果展示都可以通過VR手段進(jìn)行超現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)。魯迅美術(shù)學(xué)院傳媒與動(dòng)畫學(xué)院率先將VR、AR與MR引入到教學(xué)實(shí)踐，在整個(gè)課程成果的展覽中學(xué)生通過計(jì)算機(jī)編碼引入與數(shù)字模型的建立，借助VR、MR設(shè)備操作，體現(xiàn)一場(chǎng)生動(dòng)的技術(shù)實(shí)際應(yīng)用成果。

以上三個(gè)方面是產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)主要技術(shù)設(shè)施的應(yīng)用現(xiàn)狀。但總的來說，各種先進(jìn)技術(shù)工具的發(fā)展都基于計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用而壯大，其屬于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇。

三、基于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品CMF課程的實(shí)踐

（一）導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的CMF教學(xué)思路

基于計(jì)算機(jī)軟件在設(shè)計(jì)教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，為本次課程的開展奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。課程最終CMF的設(shè)計(jì)表達(dá)可以借助計(jì)算機(jī)渲染效果進(jìn)行視覺傳達(dá)，同時(shí)結(jié)合3D打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)從概念想法到設(shè)計(jì)制作的環(huán)節(jié)。課程的目的是希望通過CMF課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生建立起系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，積極地采用合適的手段進(jìn)行CMF設(shè)計(jì)分析與表達(dá)方式探討。

色彩設(shè)計(jì)思路：在產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)教學(xué)中，可以介入數(shù)字化的教學(xué)手段，利用色彩的搭配軟件與計(jì)算機(jī)圖形渲染軟件可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)應(yīng)用。例如key shot渲染軟件的可以通過產(chǎn)品數(shù)字模型的置入，可以針對(duì)模型的材質(zhì)自由地進(jìn)行色彩的添加與置換，很方便實(shí)現(xiàn)色彩的搭配與應(yīng)用比較。

材料設(shè)計(jì)思路：在材料的設(shè)計(jì)部分，首要注重的是，應(yīng)該結(jié)合設(shè)計(jì)方案選擇合適材料加以應(yīng)用。在材料的表現(xiàn)與應(yīng)用方面，很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)的渲染軟件都自帶豐富的產(chǎn)品材料庫，能夠?qū)崿F(xiàn)材料的模擬與應(yīng)用，包括一些新的材料設(shè)置也可以通過設(shè)計(jì)師自己編輯進(jìn)行創(chuàng)作。

表面工藝設(shè)計(jì)思路：在CMF設(shè)計(jì)中表面處理工藝是相對(duì)比較難理解的部分，需要一定的工程知識(shí)經(jīng)驗(yàn)支持。企業(yè)CMF設(shè)計(jì)師多靠具體的實(shí)踐積累掌握產(chǎn)品制作工藝的實(shí)現(xiàn)方式。因此，基于實(shí)踐與樣板參考的前提下學(xué)生很難理解具體的工藝方法及理論。在本課程中我們主要集中對(duì)固定的集中常用表面工藝進(jìn)行講解。在實(shí)踐部分，主要圍繞產(chǎn)品的肌理進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐，最終通過計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的思路，將肌理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化實(shí)際的應(yīng)用層。

（二）課程實(shí)施過程

本課程的實(shí)施過程循序漸進(jìn)，遵循由理論學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì)實(shí)踐的一般學(xué)習(xí)過程，分為以下5個(gè)階段。

第1個(gè)階段是理論學(xué)習(xí)。該階段教師主要對(duì)CMF設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行講解，內(nèi)容包含CMF的設(shè)計(jì)背景、流程與應(yīng)用價(jià)值。在理論講解的過程中，值得注意的是需要以設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行知識(shí)的分享，例如可以講述幾個(gè)典型的CMF Design Story，故事既可以是成功的案例也可以是失敗的案例，其講故事的過程可以充分地將系統(tǒng)的CMF設(shè)計(jì)知識(shí)貫穿在內(nèi)，讓學(xué)生充分系統(tǒng)的理解CMF含義。

第2個(gè)階段是CMF市場(chǎng)調(diào)研與經(jīng)典產(chǎn)品分析。該階段是希望學(xué)生基于現(xiàn)行產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研，目的是能夠結(jié)合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)理解當(dāng)前產(chǎn)品的CMF設(shè)計(jì)趨勢(shì)。調(diào)研之前為了避免學(xué)生調(diào)研結(jié)果趨于雷同，代課教師通過分類產(chǎn)品的方式限定內(nèi)容，要求學(xué)生最終的調(diào)研結(jié)果趨向多樣化，類如將產(chǎn)品調(diào)研的種類分為掌上移動(dòng)設(shè)備、家庭娛樂設(shè)備、智能家居產(chǎn)品等。最后學(xué)生以小組的形式對(duì)調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行分享，并選出一個(gè)經(jīng)典產(chǎn)品進(jìn)行CMF分解式分析。通過這樣的方式，既能讓學(xué)生收集到CMF設(shè)計(jì)素材，又能初步了解當(dāng)前產(chǎn)品的CMF應(yīng)用趨勢(shì)。

第3個(gè)階段CMF再設(shè)計(jì)定位，即概念設(shè)計(jì)來源。本階段定義“再設(shè)計(jì)”的目的是希望學(xué)生通過對(duì)CMF知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解，重新尋找產(chǎn)品的色彩、材料與表面處理工藝的材料并明確設(shè)計(jì)方向，最終可作為應(yīng)用方式附加于產(chǎn)品表面，從而實(shí)現(xiàn)新的品質(zhì)感受與價(jià)值導(dǎo)向。本階段教師確定收集范圍與設(shè)計(jì)模板供學(xué)生參考，學(xué)生通過個(gè)人渠道去搜集CMF材料進(jìn)并進(jìn)行合理的搭配與組合，最終進(jìn)行課上分享。例如對(duì)色彩方面可以從流行服飾或風(fēng)景照片中尋找感覺；材料可以從廢棄的產(chǎn)品或是有特殊質(zhì)感物體尋找來源。最終需要將這些收集的元素進(jìn)行合理的排布，并說明感受，定義CMF的概念來源。

第4個(gè)階段是表面肌理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本階段為計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐階段，構(gòu)建產(chǎn)品獨(dú)特視覺表面。通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖形制作，并將學(xué)生設(shè)計(jì)的肌理進(jìn)行3D打印制作，最終通過實(shí)物模型的方式展示肌理的設(shè)計(jì)效果。肌理作為一種紋樣或是圖飾置于產(chǎn)品表面，一方面能夠起到裝飾性作用，另一方面也可作為具有一定功能指向被設(shè)計(jì)應(yīng)用。類如自行車車輪表面的細(xì)致紋理，其作用主要起到防滑的作用。音箱表面發(fā)音孔的設(shè)計(jì)，能夠傳播聲音的同時(shí)，漂亮的音孔和細(xì)節(jié)表達(dá)讓人們產(chǎn)生了購(gòu)買的欲望。學(xué)生創(chuàng)作的肌理構(gòu)成肌理材質(zhì)庫，方便學(xué)生后期將其運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

第5個(gè)階段是CMF設(shè)計(jì)應(yīng)用。本階段是課程實(shí)施的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的部分。學(xué)生需要對(duì)前4個(gè)學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深入思考，例如如何將前期的調(diào)研與肌理的創(chuàng)作運(yùn)用于CMF設(shè)計(jì)實(shí)踐中。整個(gè)過程需要借助計(jì)算機(jī)軟件圖形表達(dá)的方式進(jìn)行CMF創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐。首先，由教師指定50件工業(yè)設(shè)計(jì)史上經(jīng)典的產(chǎn)品，學(xué)生通過對(duì)經(jīng)典產(chǎn)品進(jìn)行CMF設(shè)計(jì)置換，憑借最新的流行色彩趨勢(shì)與新材料的應(yīng)用，讓失去“色彩”的產(chǎn)品重獲新生，產(chǎn)生新的視覺感受。在置換設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生需要對(duì)經(jīng)典進(jìn)行CMF分析與設(shè)計(jì)理念的闡述，以便了解產(chǎn)品的時(shí)代屬性。其次通過計(jì)算機(jī)軟件建模，構(gòu)建經(jīng)典產(chǎn)品的數(shù)字模型，最后借助keyshot渲染軟件對(duì)模型進(jìn)行色彩、材料與表面工藝的視覺化表現(xiàn)。

以上5個(gè)環(huán)節(jié)是本課程的具體實(shí)施過程，課程總共歷時(shí)4周64個(gè)課時(shí)。課程最終在學(xué)生作品結(jié)課會(huì)看中分別展示了各個(gè)階段的學(xué)習(xí)成果，受到了良好的評(píng)價(jià)（如圖1），為下一次課程的完善起到鋪墊作用。

結(jié)語及展望

在當(dāng)下產(chǎn)品外觀品質(zhì)革新的時(shí)代，CMF是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)CMF課程是符合時(shí)代的發(fā)展與對(duì)色彩、材料與表面工藝三者系統(tǒng)化教學(xué)的實(shí)際意義。

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，毫無置疑計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用更為廣泛，本文基于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品CMF課程實(shí)踐是一次利用技術(shù)工具創(chuàng)新嘗試，也是一次教學(xué)方式的多角度思考。除此之外，在實(shí)際教學(xué)的過程中，我們還需不斷加強(qiáng)校企之間的探討與合作，共同協(xié)同進(jìn)步。換句話說，優(yōu)秀的CMF設(shè)計(jì)也并不是與生俱來的，更需要專業(yè)的教育與實(shí)踐的錘煉才能造就。endprint