cad在工业设计中的应用.docx

1、第19卷第6期2006年12月常州工学院学报Journal ofChangzhou Institute ofTechnologyVo.l19No.6Dec.2006收稿日期:2006-09-26CAD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:TP3917文献标识码:B文章编号:1671-0436(2006)06-0048-050引言工业设计是由科学与

2、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

3、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

4、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1CAD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

5、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

6、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

7、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

8、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、Br

9、aizl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

10、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

11、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

12、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50 2006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,

13、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

14、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

15、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