計算機輔助工業(yè)設(shè)計的發(fā)展狀況與趨勢

劉世龍 山東省菏澤第一中學人民路校區(qū)

從歷史發(fā)展的角度，計算機技術(shù)與人類社會發(fā)展關(guān)系密切，在21世紀經(jīng)濟全球化和知識經(jīng)濟時代背景下，國家和企業(yè)競爭力主要體現(xiàn)在科學技術(shù)上，計算機輔助工業(yè)設(shè)計是科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新產(chǎn)品的重要橋梁，必然成為一種流行趨勢，也將為人類社會的發(fā)展進步起到一定作用。

1.CAD與CAID概述

利用計算機軟硬件系統(tǒng)輔助工程完成設(shè)計、分析、修改、顯示或輸出的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，即計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）。21世紀以來，CAD技術(shù)有了很大發(fā)展，并且與工業(yè)設(shè)計（ID）相融合，形成了計算機輔助工業(yè)技術(shù)（CAID）。長遠來說，CAID作為CAD的分支，其定義為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，利用設(shè)計理念和理論知識的有機結(jié)合來進行一系列的創(chuàng)造性活動的智能化系統(tǒng)。

隨著人民物質(zhì)生活的不斷滿足，大眾對產(chǎn)品的人性化功能愈加關(guān)注，對工業(yè)設(shè)計的要求不斷提高，因此計算機輔助工業(yè)設(shè)計技術(shù)具有越來越重的意義，具有推動創(chuàng)新發(fā)展、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、系統(tǒng)化提高生產(chǎn)效率等作用，提供更多具有創(chuàng)新、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)等特性的工業(yè)產(chǎn)品，使產(chǎn)品更加直觀和自然，降低工業(yè)生產(chǎn)和制造的成本，評估產(chǎn)品存在的缺陷，提高企業(yè)利潤，促進人民綠色化生活發(fā)展。

2.CAID的發(fā)展狀況

2.1 計算機的輔助造型技術(shù)

計算機的輔助造型技術(shù)通過計算機表示、控制、分析和輸出幾何實體的技術(shù)，其主要研究包括自由曲面技術(shù)和草圖設(shè)計等?，F(xiàn)代曲面技術(shù)帶來的數(shù)據(jù)資源和設(shè)計保障使得工業(yè)產(chǎn)品趨于完善，而草圖設(shè)計可修復傳統(tǒng)CAD技術(shù)的弊端，展現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品實體造型上，即更佳的設(shè)計感，可高效、低耗完成作圖。

2.2 計算機的人機交互技術(shù)的發(fā)展

人機交互技術(shù)是借由計算機輸入輸出設(shè)備達到人與計算機有效對話的技術(shù)。CAID對社會文明發(fā)展裨益良多，在設(shè)計過程中應(yīng)滿足客戶的變化性、多樣性需求，工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)之中漸漸融入虛擬用戶的多角度設(shè)計，人機間交流壁壘漸弱，人機交互技術(shù)于CAID的應(yīng)用價值愈加深遠。

2.3 人工智能技術(shù)的發(fā)展

人工智能可用于模擬、延伸和擴展人的智能，將其運用于工業(yè)設(shè)計中，可提升創(chuàng)新性設(shè)計思維，促進高頻率、高效率的人機交互。將CAID應(yīng)用到人工智能領(lǐng)域，可降低傳統(tǒng)智能由于人為操作造成的各類風險。此外，CAID還需要具有創(chuàng)造性的設(shè)計思維，可適應(yīng)時代發(fā)展進行創(chuàng)新，使產(chǎn)品的細節(jié)問題得以完善，操作技術(shù)更加流暢，以提升工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。因此，人工智能技術(shù)是CAID不可或缺的重要技術(shù)。

2.4 高新技術(shù)的發(fā)展

目前，高新技術(shù)是一個熱門，這就要求在計算機輔助設(shè)計工業(yè)產(chǎn)品的過程中，要有一部分的高新技術(shù)的應(yīng)用，可將遺傳技術(shù)、虛擬技術(shù)、計算機輔助技術(shù)進行結(jié)合。在許多領(lǐng)域，高新技術(shù)使得產(chǎn)品的模型設(shè)計功能多樣，類型眾多，常見用于室內(nèi)裝潢設(shè)計、旅游景區(qū)衛(wèi)生、房屋建筑等領(lǐng)域。與此同時，計算機輔助技術(shù)可以幫助設(shè)計者充分利用資源，順應(yīng)了當下綠色環(huán)保的發(fā)展理念，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型。

2.5 3D打印技術(shù)的發(fā)展

利用數(shù)字模型文件、可粘合材料逐層打印構(gòu)造物體的技術(shù)即3D打印技術(shù)，涵蓋種類多樣，如鋁材料、石膏材料、橡膠類等材料都可以被運用于此技術(shù)中，發(fā)展前景巨大。二十年前，3D打印技術(shù)開始被出現(xiàn)于國內(nèi)研究中，逐漸發(fā)展到工業(yè)應(yīng)用中，對傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式產(chǎn)生沖擊，可將虛擬模型打印為實體3D模型，已被運用于汽車設(shè)計、醫(yī)療、土木工程等領(lǐng)域，必將成為現(xiàn)代CAID領(lǐng)域的主流技術(shù)之一。

3.CAID的發(fā)展趨勢

雖然CAID是目前解決工業(yè)設(shè)計方案的最優(yōu)選擇工具，但仍存在著很大的局限性，如：“如何幫助人們解決創(chuàng)新設(shè)計問題”就是一個亟待解決的問題，可從理念、技術(shù)、創(chuàng)新等方面進行展望，具體如下：

第一，工程設(shè)計和工業(yè)設(shè)計的核心需保持一致性，盡量做到人機系統(tǒng)的一體化，考慮環(huán)保問題，提高新技術(shù)，新能源應(yīng)用率，且時刻保持產(chǎn)品的更新，展示給顧客最先進、最完美的設(shè)計產(chǎn)品。

第二，實現(xiàn)人機互動，針對目前國內(nèi)人機互動功能存在的一些問題，可引進VR技術(shù)可以有效解決，升級技術(shù)模型，實現(xiàn)高效設(shè)計。

第三，輔助技術(shù)發(fā)展，應(yīng)當重視各種新興技術(shù)，朝著系統(tǒng)化、多元化的方向發(fā)展，及時更新路徑，發(fā)展模擬功能，逐漸進入各個領(lǐng)域中，進一步為人類的進步作出貢獻。

第四，設(shè)計方法和產(chǎn)品創(chuàng)新，應(yīng)當總結(jié)各種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計外觀、理念和工業(yè)原理，逐漸形成行業(yè)準則，進行設(shè)計方法的共享，如鼓勵設(shè)計者進行產(chǎn)品創(chuàng)新、提高設(shè)計者的創(chuàng)新觀念。

第五，加強智能技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化方案設(shè)計、產(chǎn)品制作和評價機制以達到延長產(chǎn)品生命周期的作用，總結(jié)各個領(lǐng)域的成功經(jīng)驗，提高產(chǎn)品的內(nèi)在價值。

4.小結(jié)

綜上所述，CAID具有的創(chuàng)新化，綠色化，一體化，多元化的核心內(nèi)涵，未來可利用的領(lǐng)域也會越來越多，進一步促進現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展。先進的制造技術(shù)與CAID更會協(xié)同發(fā)展，使產(chǎn)品開發(fā)方式更加豐富，滿足客戶多元化需求，更好地利用人工智能技術(shù)，充分發(fā)揮環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的理念，展現(xiàn)我國工業(yè)綜合實力。