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第19卷第6期

2006年12月

常州工学院学报

JournalofChangzhouInstituteofTechnology

Vo.l19　No.6

Dec.2006

收稿日期:

2006-09-26

CAD在工业设计中应用方式的探讨

陶转良　高　瞩

（常州工学院艺术与设计学院,江苏常州213002）

摘要:

文章论述了计算机辅助设计在工业设计各阶段的应用方式,分析了现行应用过程中存在

的不足,为更好地在工业设计中推广和应用计算机辅助设计提出了一些建议。

关键词:

计算机辅助设计;工业设计;应用方式

中图分类号:

TP391·7　　　文献标识码:

B文章编号:

1671-0436（2006）06-0048-05

0　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,它是以机械化方式生产

的工业产品为主要研究对象的一门新兴的边缘学

科[1]。

新世纪以来,随着计算机软件技术的高速

发展,计算机辅助设计在工业设计中的应用越来

越多,已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工

具（见图1）,计算机辅助设计的广泛应用使现代

工业设计趋于更全面的数字化,使设计部门与企

业管理、工程设计和市场营销等产品开发的主要

部门之间的交流变得越来越容易,不仅大大缩短

了企业产品开发的时间,为其产品的宣传销售赢

得了先机,也为企业在竞争中取胜添加了筹码,加

快了企业发展的步伐。

1　工业设计各阶段软件应用方式

工业设计是工业化时代的创新设计,是技术、

艺术与文化转化为生产力的核心环节,是现代服

务业的重要组成部分。

工业设计的主体是产品设

计,完整的工业设计需要市场定位及消费者的心

理定位设计、概念的创造设计及产品的可制造性

设计等多个方面,每一项设计的表现都离不开计

算机辅助设计的支撑。

工业设计中计算机辅助设

计的应用主要表现在计算机辅助市场调研及设计

定位、计算机辅助创意快速表达、计算机辅助平面

方案效果图制作、计算机三维建模渲染及动画制

作、计算机辅助实物模型制作、计算机辅助市场推

广等6个方面。

1.1　计算机辅助市场调研及设计定位

市场调研及设计定位是现代工业设计中最

重要的组成部分,其采集的数据准确与否,将直

接影响到新产品开发的成功与否。

如何将大量

枯燥的调研数据分析汇总形成具有指导价值的

信息,计算机辅助技术给我们提供了一条捷径。

一般地,调研分析的工作在OFFICE组件的

Word和Excel中就可以轻松完成,通过建立表

格、生成图表等可进行统计分析,利用Access将

有用的数据信息生成数据库供检索查询,大大

提高了工作效率。

此外,在一些专业调研机构

中,SPSS、SAS等大型专业的统计分析软件也有

着广泛的应用。

在互联网日益普及的今天,有

一些市场调研甚至可以完全数字化,从问卷到

调研过程直至结果分析,全部都在计算机和网

络上完成,大大减轻了人的工作量,同时又有效

地提高了定位分析的质量及效率[2]。

第6期

图1　CAD在工业设计中的应用

1.2　计算机辅助创意快速表达

创意的快速表达是产品设计进程中的一个关

键步骤,其创意的评审不是只在专业的设计人员

中进行,它需要产品设计的工程技术人员、市场销

售人员及企业的决策者参与其中。

快速表达需要

制作效果比较逼真的草图,才不会影响各部门之

间的交流,而传统的在图纸上直接绘制草图的方

法,在方案论证中很难获得较好的视觉效果。

现

在的压力感应笔和手写板在Painter、Studio-

Paint等软件中可以快速地绘制出视觉效果比较

好的手工草图,使产品设计的各个部门之间的交

流变得更加轻松[3]。

1.3　计算机辅助平面方案效果图制作

平面方案效果图的制作可以在二维平面设计

软件中轻松完成,目前常用的平面设计软件主要

有两类:

矢量化的图形软件和点阵式的图像处理

软件。

矢量化平面设计软件有CorelDraw、Illustrate

和Freehand等。

这类软件具有较强的图形生成

能力,且无级放大后不影响其清晰度,其存储的矢

量化电子文档可以转入后续的二维CAD或三维

软件中直接制图或建模,这对于衔接其后的方案

设计及工程模具设计有着重要的意义。

点阵式的图像处理软件主要是Photoshop,它

可以直接绘制效果图,且可以获得比较逼真的效

果。

该软件的不足主要表现在其点阵化电子文档

中的造型特征线无法被后续的矢量化软件直接利

用,故在后续的造型及工程设计中必须对其造型

49陶转良,高瞩:

CAD在工业设计中应用方式的探讨常州工学院学报

曲线进行间接提取重构。

现代设计中,设计师往往在绘制出完善的创

意草图后,省略平面效果图的制作,而直接进入三

维建模阶段。

这需要建模者有很强的平面到三维

的理解能力,不曲解设计师的设计意图。

1.4　计算机三维建模渲染及动画制作

在现代的数字化设计制造系统中,往往针对

曲面造型较为复杂的产品,从设计到加工的每一

环节,均采用准确的三维数字模型进行传递。

设

计师以自己的计算机三维模型可以准确地使其设

计思想贯穿到最终的产品中。

三维数据模型的建

立可方便地生成不同的平面效果图及三维动画造

型,不但可以用于产品工业设计前期的评审,而且

可以广泛地应用于产品工业设计后期的宣传、推

广及营销的各个方面,因此建立有效的三维数据

模型在方案设计阶段是非常必要的。

目前可用于工业设计的三维建模及渲染软件

主要有两大类:

其一是专业的设计及动画软件,如Rhino、

3dmax、Cinema4D、Alias、Maya等。

其中Rhino

的曲面建模能力比较强,对于一些复杂曲面的建

立,其优势表现明显,但由于其目前渲染功能还比

较薄弱,需要第三方厂商为其设计插件,如现在已

经有了支持Rhino的Vray、Braizl版本,相信其在

以后的版本中,渲染功能会越来越强;3dmax、Cin-

ema4D的曲面建模能力不是很强,但是它们却有

着强大的效果图和动画制作功能,尤其是3dmax,

有300多家第三方厂商为其设计渲染插件,使其

在效果图制作方面,很轻松地就可以达到照片级

的效果,目前为其服务的比较流行的渲染插件有

Vray、Braizl等,其自身强大的动画制作功能,为

产品的后期宣传起到了如虎添翼的效果;Alias、

Maya这两款软件可以说是两个高端的设计全能

软件,其在建模、渲染、动画制作方面的功能都非

常强大,适合一些高端用户使用。

另一类三维建模及渲染软件主要是指中高档

的三维工程设计软件。

专业的中档三维工程设计

软件有MDT、Solidwork、SolidEdge、Think3等。

由于其简单易用,三维建模具有尺寸驱动及参数

化的特点,设计师可以方便地进行三维形态结构

的推敲重构。

虽然这类软件复杂曲面的功能较

弱,但是对于那些只有规则曲面及简单的自由曲

面的产品造型来说这类软件已基本够用,而且它

们产生的三维数据均可以被工程设计制造软件及

数控加工中心利用并进行后续的工作,使得产品

造型方案设计与产品后续的工程及制造有机地结

合在一起[3]。

目前常用的高档三维工程设计软

件,如Pro/E、UG等都自带一个工业设计模块,自

由曲面建模非常方便灵活,其中Pro/E的CDRS

模块甚至可以从照片及扫描的草图等点阵图形中

提取特征线进行三维建模,非常符合工业设计的

需要,它自带的灯光、材质、真实感渲染和动画功

能也可以满足工业设计的需要。

另外值得一提的

是这类软件包含强大的曲面分析功能,可以动态

地调整曲面质量以达到较好的效果,对于产品实

物的表面质量控制具有重要的意义,使工业设计

与制造紧密地联系在一起。

1.5　计算机辅助实物模型制作

模型制作分两类:

手工制模和计算机辅助制

模。

手工模型完成后如何将其转化为工程设计

图,在过去是比较麻烦的,随着计算机辅助技术的

发展,现在可以利用三坐标测量仪或三维数字扫

描仪将模型的三维数据“扫”入计算机中,然后用

专用的软件进行修补等处理,得到一个准确的三

维表面模型后,直接转入下一模块中完成工程设

计及模具设计。

这种工作方式,保证了模型与产

品的一致性,也大大提高了工作效率。

目前常用的计算机辅助实物模型制作有两种

方式:

一是CNC技术（数控加工技术辅助模型制

作）;二是RP技术（快速成型技术制作模型）。

所

谓CNC模型制作就是将零件在计算机上三维建

模后转入加工软件模块中,编译为RP代码,然后

传到加工中心上,利用一些轻型材料通过几次装

夹及换刀,直接加工出零件的方式。

所谓RP技

术就是:

依据计算机上构成的三维CAD模型的数

据对其进行分层切片,得到各层截面的轮廓,按照

502006年第6期

这些轮廓层层构造垒加成实体样件的技术[4]。

1.6　计算机辅助市场推广

现代社会中市场竞争越来越激烈,生产厂家

都在争夺时间,抢占市场,许多企业在产品上市前

2个月就开始着手进行市场推介,这使产品工程

设计和模具制造实现了“并行工程”。

设计师设

计出虚拟产品（三维模型）,并将其转到3Dmax、

Cinema4D或Maya等软件中进行三维真实感渲

染及动画制作。

由于这类软件内含丰富的材质

库,拥有强大材质制作工具及各种灵活的灯光设

置,因此可以逼真地模拟现实生活的场景,模拟出

产品的真实质感及形态,并且可以根据需要方便

地生成各种视角、各种不同材质及色彩的产品效

果图。

若加入路径及动作设置,便可制作出产品

的动画效果,模拟产品的运动及功能。

这些效果

图、动画演示结合平面艺术设计和文本处理软件

就可以被广泛地应用到营销推广活动中,如与大

客户、经销商开推介会、印制宣传单页、店堂POP、

制作各种媒体广告等活动,将其最吸引人的造型

及卖点展示出来,以推动产品的营销宣传。

2　现行计算机辅助设计在工业设计

中应用的不足及思考

　　虽然计算机辅助设计软件在计算机技术高速

发展的今天,已经取得了空前的进步,但是同时它

也存在着许多的不足,给我们设计人员的工作带

来了一些困惑,主要表现为:

1）大部分同种软件的不同版本之间不互相

兼容。

由于计算机技术的高速发展,使得计算

机辅助设计软件的版本升级周期越来越短,而

同一种设计软件的不同版本之间往往不兼容,

造成低版本软件打不开高版本软件处理过的数

据,个别高版本软件打不开低版本软件处理过

的数据;有的同种不同版本软件处理过的数据

虽然能相互之间打开,但是数据在传递中不能

得到正确的显示,即使是高版本软件打开低版

本软件处理过的数据,也会使已经编辑好的数

据发生变化。

例如,在Word2000中编辑过的数

据,有的用Word2003打不开,或即使打开了,里

面的图形和表格却发生了很大的变化。

这些都

使得企业无法迅速有效地检索和调用产品的数

据文件,造成设计的重用程度差,给企业内部的

数据管理和共享带来了困难。

2）两个不同的应用软件不能够直接共享或

交换数据。

由于现在计算机辅助设计软件的种类

众多,企业内的新老设计人员使用不同的设计软

件,而不同的设计软件之间没有良好的信息接口,

很难确保数据信息的完整准确传递,使得企业内

部的设计交流和数据的共享不能很好地实现。

3）设计软件与工程软件的脱节发展。

脱节

发展造成了设计软件制作的三维数据不能直接应

用于工程设计,工程设计软件又不能制作出非常

逼真的效果图,这就要求我们设计人员不仅要掌

握设计软件,还应该掌握必要的工程软件,以保证

从设计到制造的三维数据的准确传递,这也对设

计人员提出了更高的要求。

4）网络信息共享程度低,信息反馈速度慢。

企业内部的计算机辅助工具常常是一些离散孤立

的系统,产品数据