計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的應(yīng)用

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摘要：通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，不僅能夠大大提升產(chǎn)品功效，而且其開(kāi)發(fā)周期也得以大幅縮減。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)，包括調(diào)查、分析、定位等由于有了計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用而更加便捷，而且計(jì)算機(jī)技術(shù)也在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的草圖、效果圖、模型制作等各環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要的作用。無(wú)論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期市場(chǎng)調(diào)研、還是工廠加工等方面，都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)展開(kāi)科學(xué)的組織與運(yùn)營(yíng)。本文重點(diǎn)就計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)論述，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期調(diào)研、設(shè)計(jì)定位，產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)仿真以及展示設(shè)計(jì)多個(gè)方面，同時(shí)還對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；應(yīng)用

通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，不僅能夠大大提升產(chǎn)品功效，而且其開(kāi)發(fā)周期也得以大幅縮減。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)，包括調(diào)查、分析、定位等由于有了計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用而更加便捷，而且計(jì)算機(jī)技術(shù)也在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的草圖、效果圖、模型制作等各環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要的作用。無(wú)論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期市場(chǎng)調(diào)研、還是工廠加工等方面，都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)展開(kāi)科學(xué)的組織與運(yùn)營(yíng)。計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用涉及到多種學(xué)科知識(shí)，包括工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、社會(huì)學(xué)、協(xié)同學(xué)以及相關(guān)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)支持等等[1]。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)為計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供理論支持，技術(shù)支持使得計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)施、支撐環(huán)境等方面提供切實(shí)可行的技術(shù)方案。在對(duì)計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究中，除了應(yīng)該注重設(shè)計(jì)環(huán)境的優(yōu)化，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的內(nèi)在特征與機(jī)理提高重視。

1產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念

1984年出版發(fā)行的《EngineeringDesign》一書(shū)中，首次提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念，并將其過(guò)程分成任務(wù)的明確、概念設(shè)計(jì)、具體設(shè)計(jì)以及詳細(xì)設(shè)計(jì)這四個(gè)環(huán)節(jié)。該書(shū)中對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的定義如下：源于技術(shù)和藝術(shù)，充分運(yùn)用造型與藝術(shù)原則實(shí)現(xiàn)所需要的功能，通過(guò)對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中的不斷分析、修改、調(diào)整，確保其能夠與人、機(jī)器以及環(huán)境的互動(dòng)界面相適應(yīng)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，能夠從產(chǎn)品生命周期中各階段的要求出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能創(chuàng)作與分解，并對(duì)產(chǎn)品的功能及子功能作出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)優(yōu)化，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到一種最優(yōu)的效果。

2計(jì)算機(jī)下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。但是，在計(jì)算機(jī)下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，CAD系統(tǒng)的研發(fā)初衷并不是產(chǎn)品設(shè)計(jì)，雖然現(xiàn)代的主流設(shè)計(jì)軟件例如3DMAX等，都可以形成復(fù)雜而準(zhǔn)確的三維模型，加之CAD系統(tǒng)中的約束性條件，使得CAD處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案定型后的輔助繪圖工具，并沒(méi)有發(fā)揮真正意義上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能。面對(duì)如此情況，未來(lái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件應(yīng)該以計(jì)算機(jī)輔助智能化設(shè)計(jì)以及專(zhuān)家系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展。具體而言，主要包含以下幾個(gè)方面：第一，增加三維或者多維交互功能，全面提升概念設(shè)計(jì)階段的人機(jī)交互效率[2]。第二，確保CAD系統(tǒng)能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段參數(shù)不完整的情況下展開(kāi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。而且待詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成以后，無(wú)需重新建模，通過(guò)直接修改便可以使用，并不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)效率及周期產(chǎn)生影響。第三，應(yīng)該同時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者腦海中關(guān)于產(chǎn)品概念的需求及其直接參與CAD建模的需求。新的系統(tǒng)應(yīng)該力求操作簡(jiǎn)潔、易于交互，從而為設(shè)計(jì)者集中精力展開(kāi)創(chuàng)新創(chuàng)造條件。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

該技術(shù)指的是通過(guò)對(duì)三維圖形生成、多傳感器交互等一系列以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)的綜合應(yīng)用，從而形成具有真實(shí)效果的多維虛擬環(huán)境，然后通過(guò)專(zhuān)業(yè)化視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)等各種感知設(shè)備的應(yīng)用，為用戶(hù)創(chuàng)造出一個(gè)虛擬的空間，保障用戶(hù)在這一空間中能夠和其中的人或者物展開(kāi)適時(shí)交流，使用戶(hù)產(chǎn)生一種和真實(shí)環(huán)境類(lèi)似的感受和體驗(yàn)。

4計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與普及，各種軟硬件技術(shù)、圖形學(xué)、虛擬與仿真技術(shù)也得以飛速發(fā)展，并且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了良好的應(yīng)用。此外，CAD技術(shù)以及RPM等技術(shù)的應(yīng)用，極大推動(dòng)了先進(jìn)設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)推向了新的發(fā)展階段。

4.1計(jì)算機(jī)在課題和產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位環(huán)節(jié)的應(yīng)用

對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程而言，其設(shè)計(jì)定位環(huán)節(jié)的主要任務(wù)在于對(duì)整體設(shè)計(jì)方案的提出、制定開(kāi)發(fā)目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)信息調(diào)研和分析工作。通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)師的工作被大大簡(jiǎn)化。設(shè)計(jì)師在以往設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中繁瑣的工作被拋棄，他們只需要提出調(diào)研思想、對(duì)分析方式作出判斷，選擇定性或者定量分析，在調(diào)研問(wèn)卷的制作過(guò)程中，可以充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)辦公軟件中的Word功能，在調(diào)查結(jié)果的分析中，可以通過(guò)Access進(jìn)行分析，篩選出有用數(shù)據(jù)，并將這些信息整合，生成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從而便于后期的檢索與查詢(xún)，在數(shù)據(jù)的分析計(jì)算中，可以利用辦公軟件的另一大功能———Excel，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)生成用戶(hù)所需的各種圖表，非常方便，而且計(jì)算準(zhǔn)確。在數(shù)據(jù)分析中，除了能夠使用辦公軟件中的各種組件，還可以利用其他的分析軟件，如SPSS等。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，注意到其核心內(nèi)容始終圍繞用戶(hù)需求而展開(kāi)，因此，無(wú)論是引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，還是展開(kāi)其他方面的變革，它的最終目的便是，迎合人類(lèi)越來(lái)越高的需求，為人們生產(chǎn)生活方式指明方向。和以往那種落后而又粗略的人工信息調(diào)研方式相對(duì)比而言，通過(guò)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，現(xiàn)代新型的調(diào)研方式更能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的要求，有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師能夠更深入、更準(zhǔn)確地了解人們需求，從而使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠緊緊圍繞設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)而展開(kāi)。

4.2計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

4.2.1產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化程度的加深，各廠商為了提升自身競(jìng)爭(zhēng)力，都紛紛加大了對(duì)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的投入，積極探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新思路、新方法，而且推動(dòng)了研究成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，將新產(chǎn)品迅速推向市場(chǎng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)中的繪圖技術(shù)在產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，做到了對(duì)產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)過(guò)程中的隨時(shí)修改、評(píng)測(cè)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)由于能夠?yàn)橛脩?hù)帶來(lái)逼真的視聽(tīng)效果，而受到了普遍歡迎，而且在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)三維造型軟件，例如3DMAX，Pro/E等，完成對(duì)數(shù)字模型的創(chuàng)建，或者利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行直接測(cè)量，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，然后將其擬合，最終得出三維模型。以上通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型做出反復(fù)修改、分析的過(guò)程，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作量降低到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的二分之一。此外，在產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)過(guò)程中，還能夠根據(jù)不同用戶(hù)的需求，在計(jì)算機(jī)軟件所營(yíng)造的虛擬環(huán)境下，讓其感受到產(chǎn)品外觀的質(zhì)感、色彩、風(fēng)格等等，將最真實(shí)的產(chǎn)品外觀以虛擬的形式加以呈現(xiàn)。

4.2.2產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)仿真

在對(duì)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)解決好運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍以及產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)性能等問(wèn)題，包括強(qiáng)度以及剛度兩個(gè)方面，這些都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的作用。計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)技術(shù)支持下的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為可視化的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的界面，將以CAD為基礎(chǔ)建立起的三維模型做出有關(guān)功能、幾何、加工與裝配等多方面的交互性修改。同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)查看產(chǎn)品裝配的一切運(yùn)動(dòng)過(guò)程，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)零部件的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，科學(xué)評(píng)價(jià)各零部件之間的比例關(guān)系。

4.2.3產(chǎn)品的展示設(shè)計(jì)

通過(guò)計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)或者虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品廣告，其展示推廣效果非常強(qiáng)烈，除了能夠全方位展示出產(chǎn)品的外觀，而且也能夠?qū)a(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配過(guò)程以及使用方法等多方面進(jìn)行展示[3]。此外，通過(guò)新技術(shù)的使用，能夠有效合成虛擬環(huán)境，確保用戶(hù)能夠在這一環(huán)境中漫游、選擇合適的觀察點(diǎn)及方向?qū)?chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。還可以通過(guò)快速、低價(jià)的以影像合成為基礎(chǔ)的虛擬環(huán)境來(lái)完成對(duì)主場(chǎng)景的營(yíng)造，并且與計(jì)算機(jī)繪制的虛擬模型相融合，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式交互[4]。通過(guò)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行介紹，具有直觀、生動(dòng)的特點(diǎn)，全面提升廣告的效果，更為直觀便捷地和使用者進(jìn)行互動(dòng)。

5結(jié)論

綜上所述，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)可以說(shuō)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展史上的一次標(biāo)志性變革。計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要系統(tǒng)的理論研究在做支撐，同時(shí)，廣大產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)工程師們的重點(diǎn)研究方向之一便是對(duì)系統(tǒng)理論的研究。隨著計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用而產(chǎn)生的新設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括：在虛擬環(huán)境中定義3D約束、交互設(shè)計(jì)、手繪草圖、零部件的物理性能等等[5]。相信在未來(lái)，伴隨著新技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論的更加豐富，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形勢(shì)下，計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用必定會(huì)獲得有力發(fā)展，并且隨著和當(dāng)前CAD系統(tǒng)的融合，必定會(huì)形成一個(gè)完整高效的系統(tǒng)，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。

作者:聶永濤 單位:黃河科技學(xué)院附中

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