1、V0122 No2April 2005安徽工业大学学报Jof ATllui UniVersity of Technology文章编号：16717872(2005)02020403第22卷第2期2005年4月浅析计算机辅助工业设计汪海波(安徽工业大学机械工程学院，安徽马鞍山243002)摘要：介绍了计算机辅助工业设计的概念及与传统设计相比的优点，重点提出了计算机辅助工业设计在产品设计过程中的应用流程及方法，并对其未来向智能化、创新互动模式的发展趋势作了简要的探讨。关键词：工业设计；计算机辅助工业设计；创新；智能化中图分类号：TB47 文献标识码：CComputer Aided Industria
2、l DesignWANG Haibo(School of Mechanical Engineering，Anhui University of Technology，Ma7anshan 243002，China)Abstract：Introduces the feature of CAID and its adVantages comparing witll traditional design，puts fblward howto apply CAID to design new product，and as well studies briefIy its trend of irIteIl
3、ectualized design and the modeof innovation interactionKey words：industriaI Design；CAID；innovation；intelleetualizing引 言工业设计是由科学与美学、技术与艺术相互交叉、渗透、结合形成的，以机械化方式生产的工业产品为主要研究对象的一门新兴的边缘学科【”。计算机作为先进的技术手段介入工业设计，有它的必然性：计算机技术、信息技术高速发展；生活水平普遍提高，人们对产品的需求趋向于多品种、小批量、趣味化和个性化；企业面对激烈的市场竞争，必须解决敏捷设计、部门的协同合作、用户参与等一系列快速的
4、反应机制问题；而传统的产品开发模式成本高、周期长、效率低、风险大，已经不能满足瞬息万变的市场需求，因此基于计算机和网络技术的计算机辅助工业设计(Computer Aided IndustriaLl Design，cAID)应运而生，它同CAE(Computer AidedEngineer)，cAM(computer Aided Manufacture)，cAPP泔算机辅助工艺设计)，VR(Virtual Reality)等cAx系统协同或并行实现产品的更新和研发。1 CAID的概念CAID以工业设计知识为主体，以计算机和网络等信息技术为辅助工具，进行工业设计领域内的各种创造性活动。实现产品形态
5、、色彩、宜人性设计和美学原则的量化描述，从而设计出更加实用、经济、美观、宜人和创新的新产品，满足不同层次人们的需求。与传统的工业设计相比，cAID在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等方面都发生了质的变化，它涉及了cAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。CAID主要提供了一个数字化的平台，包括数字化建模、数字化装配、数字化评价以及数字化信息交换等方面内容，极大地方便了设计、分析和修改。其中数字化建模、数字化评价是该系统中集中体现工业设计特征的部分，它将各种美学原则、风格特征、人机关系等语义性的东西
6、通过数学建模进行量化，使工业设计的知收稿日期：20040830作者简介：汪海波(1978一)，男，安徽桐城人，安徽工业大学机械工程学院助教。万方数据第2期 汪海波：浅析计算机辅助工业设计 205识体系对设计过程的指导真正具有可操作性闭。比如生成的渲染效果图或实体模型，可以进行机构仿真、外型、色彩、材质、工艺等方面的分析评价，更直观且经济实用。cAID设计平台能够实现与工艺、制造等其它数字平台共享信息资源。2 CAID应用与发展21 CAm的应用cAID技术的应用要与企业的CAx系统协同或并行，在数字化的设计平台上实现设计自动化，这将使新产品开发的周期大大缩短、费用降低，并且提高了新开发的产品质
7、量，增强企业及其产品在市场上的竞争能力。新产品开发过程中应用cAID，同样要求科学的思维方式和艺术的思维方式相互侵入和占有，科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格，艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质，以实现科学与艺术的融合，以获得人性化的高质量产品。在CAID应用过程中，最受到关注的是数据的传输与设计的协同问题，在由概念设计到造型设计再到结构设计、模具设计等计算机模型的数据传导过程中，往往会由于软件相互间的数据接口而出现许多问题。因而，最理想的方式是所有的过程能够在一个软件里得到完成。在这方面，PR0E、uG等设计制造一体化的大型软件提供了很好的解决办法，它们提供了从概念设计
8、、结构设计到模具设计与制造等的一系列功能，从而完美解决了数据接口问题。21。l计算机辅助概念设计 概念设计就是从用户要求出发到形成产品原理的过程，它决定了产品的整个结构形式，是一种创造活动，是根据用户意愿寻求满意解或最优解的复杂过程。概念设计是工业设计领域中的一个重要方面，在国外大公司的产品设计部门一般包括：(1)(Concept design)概念设计；(2)(Detail design)详细设计；(3)(Manufacturing design)制造设计，由此可见产品的概念设计的主导地位和重要性【3】。产品概念设计一直是产品开发中的”瓶颈”问题，以往大多采用类比法或经验法，不能满足并行设计
9、的需要。现在采用计算机辅助概念设计cACD(Computer Aided Conceptual Design)，可实现产品概念设计与后续活动的集成与并行。212计算机辅助市场调研 商品化是产品实现自身价值的最终途径，市场又是产品的催生剂，是产品创新的主要源泉，了解市场、把握市场是设计师的重要任务【4】。因此，设计师在新产品开发之前都需要对相关产品、消费者、销售商等进行详细的调研，并且要对大量的采集数据进行统计，定量、定性分析，这是一项极为繁重的工作，计算机的参与将大大提高工作效率。目前很多企业使用社会科学统计软件包SPsS(statcalPackage of social science)，该
10、软件具有数据编辑、数据管理、统计分析、制图作表等功能，功能全面、内容丰富，而且窗口化的操作简单方便嘲。213计算机辅助形态设计 计算机形态表达能力很强。一般设计人员在进行产品外表面的电脑虚拟形态构造时，首先应根据概念草图的特征曲线，在计算机上构造出产品外形大略的线框模型，并对这些曲线进行必要的光顺和优化处理，利用光顺处理后的曲线及考虑曲面的成形条件，选择适当的曲面构造方法来生成产品外形曲面。产品外表面数学模型建成后，应协作生成刀具运动轨迹，在数控机床上加工出产品的外观模型，再根据造型设计与人机工学的要求对模型进行相应的修改，最后利用三坐标测量机，按设计的要求，测得外观模型的表面数据，并生成相应
11、的点坐标文件，然后输入造型cAID系统，根据新测得的数据修改产品表面数学模型。对该模型进行综合评价后，生成最终产品表面数学模型。形态创意属于形象思维的过程，原则上计算机无法从思想上介入，但辅助系统提供了很多形体模块，也提供了许多形态组合、排列、分割的工具，这无形中提供了无限的创意空间，可以启迪设计灵感，从而创造出很有创意的产品形象嘲。214计算机辅助结构分析 结构是功能的载体，是功能的执行者，它是物与物之间为实现某种功能而形成的特定关系。从单个产品结构看，结构有内部结构和外部结构之分，它们之间相互依赖、相互配合。设计师在结构设计时必须考虑它们之间的协调关系，计算机在这方面提供了极大的方便。在使
12、用一般的软件进行方案设计时，可以利用计算机的线框显示模式或隐藏部件的功能，观察内部结构和外部结构的关系，并根据需要重新调整布局；在一些高级的参数化实体软件中，通常都设计了进行结构之间”干涉检查”的模块，结构装配中有问题的地方会以红色显示，非常利于及时发现和调整。215计算机辅助人机分析 人机工程的重要任务是研究人在产品使用中的尺度关系、动作关系及人机万方数据安徽工业大学学报交互中生理、心理的感受，设计中对此要进行相应的模拟和虚拟现实，从而获得既满足使用者生理需求，又给使用者带来心理愉悦的优质产品。在这方面，计算机也起到了很大的辅助作用。对于一般性的产品，用人体模型辅助分析是一种实用而简便的方法
13、。如Poser人体模型软件就提供了各种年龄段、不同性别的人体模型，并可进行动态的编辑。技术条件好的公司，可以对产品进行虚拟现实设计，通过VR环境，让设计人员或准客户来感知产品，甚至可以利用VRCAID系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在设计汽车时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，进行虚拟模拟，直接获取汽车的人机关系嘲。216计算机辅助色彩和材质设计 产品的色彩和材质属产品的表面属性，是产品设计的一个重要环节，它同产品的形体构造一起构成了产品形态。计算机虽然无法判断色彩
14、、材质的感觉，但提供了对色彩、材质准确、科学的描述。一般CAID软件都有色彩编辑器、强大的材质编辑功能和渲染器，可直观地进行色彩和材质的设计，这给我们提供了很大的方便。22 CAm的发展cAID系统中的信息可以分为数字信息和非数字信息两大类。数字信息都是可以交换的，而非数字信息是暂时不能交换的。数字信息有：产品造型的尺寸结构、色彩、材料、人机标准尺度、符合规范的标准化设计等，多数涉及产品或人的生理和物理属性。非数字信息主要有：对美感的评价、产品的创意、由色彩或形式带来的心理反应等，多数涉及人的心理属性，是复杂多变的。按照工业设计以人为本、强调创意、突显个性的发展趋势来看，非数字信息应该是cAI
15、D系统的基础。目前cAID还存在技术上的局限性。如何帮助人们进行创意型设计；如何实现设计者与计算机的互动；如何使非数字信息不断数字化；都是亟待解决的问题。对此希望通过发展智能型的专家系统来解决，人工智能专家系统，是一个运用计算机智能程序的系统，具有大量专家水平领域内的知识与经验，通过进行推理和判断，模拟专家解决问题的方法和过程来解决设计中的问题，为在计算机上实现上述非数值计算的智能行为提供了有力的手段。将人工智能技术，特别是专家系统的技术，与传统cAID技术结合起来，形成智能化cAID系统，是cAID系统发展的必然趋势。当今随着cAx设计系统发展，产生了以知识驱动为基础的工程设计新思路，简称K
16、BE(Knowledge Based Engineering)。KBE思想将人工智能技术(含知识库、知识规则、逻辑推理等)与cAx集成系统有机的结合在一起，重点在于知识的重应用，以便最快开发出优质、高知识含量的新产品。EDS是最早将KBE实用化的公司，第一个推出KDA(Knowledge Driven Automation知识驱动自动化)这一实用工具。另外互动模式的cAID将是工业设计发展的必然趋势，在传统交互手段的基础上，研究在vR等新兴技术支持下的人机交互技术，将使工业设计朝着多元化、优化、一体化的方向发展，人机交互方式更加自然、创新设计的手段更为先进、有效。现代CAID技术的发展正在不断
17、地解决这些问题，提高人机系统的互动。3结 论cAID的应用是现代技术发展的必然趋势，是现代经济、社会发展的必然要求。CAID与传统设计方法融合，与计算机辅助工程、制造等cAx系统协同、并行，将大大提高设计质量、设计效率。设计是一个弹性的、富有创造性的过程，设计手段也应当更加人性化。设计作为产品开发的源头与重要环节，如何合理配置资源，运用先进手段，使其在产品全生命周期中更好地发挥自己的作用是应当关心的问题，智能化专家系统、计算机辅助创新设计、计算机辅助概念设计、CAID系统的人机互动将不断地发展和应用，以提高我国产品设计的能力。参考文献：1程能林工业设计概论M北京：机械工业出版社，19992潘云
18、鹤计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势口计算机辅助设计与图形学学报，1999，(11)：683高锦宏试论面向制造的设计技术叨机床与液压，2003，(1)：23254MBA必修核心课程编译组新产品开发嗍北京：中国国际广播出版社，19995】彭韧计算机辅助工业设计M】北京：中国轻工业出版社，2001(6刘宏增，黄靖远虚拟设计M北京：机械工业出版社，1999万方数据浅析计算机辅助工业设计作者： 汪海波作者单位： 安徽工业大学,机械工程学院,安徽,马鞍山,243002刊名： 安徽工业大学学报（自然科学版）英文刊名： JOURNAL OF ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(N
19、ATURAL SCIENCE)年，卷(期)： 2005,22(2)被引用次数： 2次参考文献(6条)1.程能林 工业设计概论 19992.潘云鹤 计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势期刊论文-计算机辅助设计与图形学学报 1999(11)3.高锦宏 试论面向制造的设计技术期刊论文-机床与液压 2003(01)4.MBA必修核心课程编译组 新产品开发 19995.彭韧 计算机辅助工业设计 20016.刘宏增;黄靖远 虚拟设计 1999本文读者也读过(10条)1. 陆咏平.郭俐.夏海南 计算机辅助工业设计(CAID)技术研究与展望期刊论文-机械制造与自动化2001(5)2. 王泓 关于计算机辅助工业
20、设计的人机互动模式期刊论文-广西质量监督导报2007(6)3. 赵立新.石磊.张瑞杰 对计算机辅助工业设计课程教学的几点思考期刊论文-中国校外教育（基教版）2009(12)4. 朱岩岳 工业设计专业绘画基础课教学的探讨期刊论文-安徽工业大学学报(社会科学版)2001,18(2)5. 罗海玉 计算机辅助工业设计技术综述期刊论文-甘肃科技2003,19(7)6. 第4届计算机辅助工业设计与概念设计国际学术会议（CAID&CD 2001）期刊论文-软件学报2001,12(3)7. 王弘.王昌凌.袁铭辉.Matthew M.F.Yuen.Wang Hong.Carlie C.L.Wang.Matthe
21、w M.F.Yuen 基于视点变化的徒手作图输入变形期刊论文-华中科技大学学报(自然科学版)2001,29(5)8. 田蕴.冀翠莲.曲振波 计算机辅助工业设计课程的教与学期刊论文-科技资讯2007(22)9. 樊国英.贺核平 我国工业设计与工业制造的发展趋势期刊论文-企业经济2004(1)10. 李洪刚 浅谈现代设计表现技法期刊论文-煤炭技术2003,22(12)引证文献(2条)1.汪海波.薛澄岐.余晓流.晏群 面向造型设计的产品风格推导模型构建期刊论文-安徽工业大学学报(自然科学版) 2011(3)2.陶转良.高瞩 CAD在工业设计中应用方式的探讨期刊论文-常州工学院学报 2006(6)引用本文格式：汪海波 浅析计算机辅助工业设计期刊论文-安徽工业大学学报（自然科学版） 2005(2)
