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1.2 計算機輔助工業(yè)設計(CAID)內(nèi)涵

工業(yè)設計是由科學與美學、技術(shù)與藝術(shù)相互交叉、滲透、結(jié)合形成的,以機械化方式生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品為主要研究對象的一門新興的邊緣學科,以工學、美學、經(jīng)濟學為基礎對工業(yè)產(chǎn)品進行設計。計算機作為先進的技術(shù)手段介入工業(yè)設計有它的必然性:計算機技術(shù)、信息技術(shù)高速發(fā)展;人們生活水平普遍提高,對產(chǎn)品的需求趨向于多品種、小批量、趣味化和個性化;企業(yè)面對激烈的市場競爭,必須解決敏捷設計、部門的協(xié)同合作、用戶參與等一系列快速反應機制問題;傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式成本高、周期長、效率低、風險大,已經(jīng)不能滿足瞬息萬變的市場需求。因此基于計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的計算機輔助工業(yè)設計(Computer Aided Industrial Design, CAID)應運而生,它同CAE(Computer Aided Engineer,計算機輔助工程), CAM(Computer Aided Manufacture,計算機輔助制造)、CAPP(Computer Aided Process Planning,計算機輔助工藝設計)、VR(Virtual Reality,虛擬現(xiàn)實)等CAX系統(tǒng)協(xié)同或并行實現(xiàn)產(chǎn)品的更新和研發(fā)。圖1-1為計算機輔助制作的電子募捐箱設計效果。

圖1-1 電子募捐箱設計效果

在工業(yè)設計領(lǐng)域中,創(chuàng)新的作用十分重要。而計算機輔助工業(yè)設計同樣需要有創(chuàng)新作為支撐,才能夠不斷增強自身產(chǎn)品的核心競爭力。作為產(chǎn)品,不管是在功能、形狀,還是原理和色彩等方面的創(chuàng)新,都一定可以提升或者是改變產(chǎn)品自身的屬性與特性。如圖1-2為立式剃須刀組合設計,圖1-3為彩桿滑板車設計。

圖1-2 立式剃須刀組合設計

圖1-3 彩桿滑板車設計

設計的創(chuàng)新發(fā)揮著基礎作用,必須在研究方面獲得突破,才能夠進一步推動CAID的研究,提升所設計產(chǎn)品的自身價值。基于此,人機系統(tǒng)的優(yōu)化設計對人使用產(chǎn)品的交互原則進行了充分考慮。其中,以人為本是CAID最核心的原則,人機與環(huán)境要和諧互配;充分利用不同數(shù)據(jù)庫,保證產(chǎn)品與工程設計中對人機工程學的參數(shù)有直觀反映,在產(chǎn)品的宜人性與環(huán)境的基礎上,貫徹與落實安全防護標準。設計人員無須深入了解計算機知識就能夠在CAID的協(xié)助之下完成設計任務,這些為工業(yè)設計的新發(fā)展提供了有力保障。

(1)CAID的基本內(nèi)涵

計算機輔助工業(yè)設計(CAID),即在計算機及其相應的計算機輔助工業(yè)設計系統(tǒng)的支持下,進行工業(yè)設計領(lǐng)域的各類創(chuàng)造性活動,實現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)、色彩、宜人性設計和美學原則的量化描述,從而設計出更加實用、經(jīng)濟、美觀、宜人和創(chuàng)新的新產(chǎn)品,滿足不同層次的人的需求。它是以計算機技術(shù)為支柱的信息時代的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的工業(yè)設計相比,CAID在設計方法、設計過程、設計質(zhì)量和效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化,它涉及CAD技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、敏捷制造、優(yōu)化技術(shù)、模糊技術(shù)、人機工程等許多信息技術(shù)領(lǐng)域,是一門綜合的交叉性學科。

從廣義上來說,CAID是CAD的一個分支,許多CAD領(lǐng)域的方法和技術(shù)都可拿來加以借鑒和運用,但CAID也有自己的特征。創(chuàng)新是工業(yè)設計的靈魂,以知識為基礎的產(chǎn)品創(chuàng)新競爭,是21世紀初全球制造業(yè)競爭的核心。

CAID主要提供了一個數(shù)字化的平臺,包括數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評價以及數(shù)字化信息交換等方面內(nèi)容,極大地方便了設計、分析和修改。其中數(shù)字化建模、數(shù)字化評價是該系統(tǒng)中集中體現(xiàn)工業(yè)設計特征的部分,它將各種美學原則、風格特征、人機關(guān)系等語義性的東西通過數(shù)學建模進行量化,使工業(yè)設計的知識體系對設計過程的指導真正具有可操作性潘云鶴:《計算機輔助工業(yè)設計技術(shù)發(fā)展狀況與趨勢》,《計算機輔助設計與圖形學學報》,1999年11期,6-8頁。。比如生成的渲染效果圖或?qū)嶓w模型,可以進行機構(gòu)仿真、外形、色彩、材質(zhì)、工藝等方面的分析評價,更直觀且經(jīng)濟實用。如圖1-4為創(chuàng)維電視設計方案。CAID設計平臺能夠?qū)崿F(xiàn)與工藝、制造等其他數(shù)字平臺共享信息資源。

圖1-4 創(chuàng)維電視設計方案

(2)CAID與CAD的區(qū)別

計算機輔助工業(yè)設計(CAID)是采用計算機進行設計的CAD的一種,特別是指包含工業(yè)設計的系統(tǒng)。一般的CAD工具主要用來設計產(chǎn)品內(nèi)部零件,而CAID相對來說是進行整體性的設計。CAID系統(tǒng)中本身已包含了大量的已經(jīng)設計好的模型。

(3)CAID與創(chuàng)新設計

創(chuàng)新是工業(yè)設計的靈魂。以知識為基礎的產(chǎn)品創(chuàng)新競爭是21世紀初全球制造業(yè)競爭的核心。一個新產(chǎn)品在功能、原理、布局、形狀、結(jié)構(gòu)、人機、色彩、材質(zhì)、工藝等任何方面的創(chuàng)新,都會直接影響產(chǎn)品的整體特性,影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量和市場競爭力。

當前,關(guān)于產(chǎn)品創(chuàng)新原理、創(chuàng)新設計技術(shù)等的研究已成為CAD、CIMS領(lǐng)域的一個研究焦點。創(chuàng)新設計是CAID研究的一項重要內(nèi)容,只有在創(chuàng)新設計的研究上取得突破性進展,才能使CAID的研究邁上一個更高的臺階。

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