計算機輔助工業設計

計算機輔助工業設計 ^[1]  (Computer-aided industrial design; CAID)

CAID是指以計算機硬件、軟件、信息存儲、通訊協議、周邊設備和互聯網等為技術手段，以信息科學為理論基礎，包括信息離散化表述、掃描、處理、存儲、傳遞、傳感、物化、支持、集成和聯網等領域的科學技術集合。

CAID，即在計算機技術和工業設計相結合形成的系統支持下，進行工業設計領域內的各種創造性活動。與傳統的工業設計相比，CAID在設計方法、設計過程、設計質量和設計效率等各方面都發生了質的變化，它涉及了CAD技術、人工智能技術、多媒體技術、虛擬現實技術、敏捷製造、優化技術、模糊技術、人機工程等許多信息技術領域，是一門綜合的交叉性學科。

CAID以工業設計知識為主體，以計算機和網絡等信息技術為輔助工具，實現產品形態、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、經濟、美觀、宜人和創新的新產品，滿足不同層次人們的需求。

CAID主要包括數字化建模、數字化裝配、數字化評價、數字化製造以及數字化信息交換等方面內容。數字化建模是由編程者預先設置一些幾何圖形模塊，然後設計者在造型建模時可以直接使用，通過改變一個幾何圖形的相關尺寸參數可以產生其它幾何圖形，任設計者發揮創造力。數字化裝配是在所有零件建模完成後，可以在設計平台上實現預裝配，可以獲得有關可靠性、可維護性、技術指標、工藝性等方面的反饋信息，便於及時修改。數字化評價是該系統中集中體現工業設計特徵的部分，它將各種美學原則、風格特徵、人機關係等語義性的東西通過數學建模進行量化，使工業設計的知識體系對設計過程的指導真正具有可操作性。比如生成的渲染效果圖或實體模型，可以進行機構仿真、外型、色彩、材質、工藝等方面的分析評價，更直觀且經濟實用。數字化製造是在數字化工廠中完成，它能自動生成自動識別加工特徵、工藝計劃、自動生成NC刀具軌跡，並能定義、預測、測量、分析製造公差等。數字化信息交換是基於網絡，使該設計平台能夠實現與其它平台的信息資源共享。

CAID系統是按照系統工程的思想，以工業設計理論和方法為指導的智能型創新性的產品開發設計系統。首先是利用各種信息，在CAID系統平台裏利用真實感造型設計系統進行形態設計、色彩設計、材質設計和人機設計等方面的語義設計，然後在數字裝配系統中實現數字化裝配，在綜合評價系統中進行美學、語義學等方面的分析評價，提出產品造型方案。最後將最終方案輸出到加工設備，加工出產品，投放到市場，之後再收集有關信息，反饋到CAID平台，實現再設計。這種方法利用網絡和其它平台相連接，使設計人員從一開始就考慮到產品生命週期的所有環節，把設計、製作、使用等方面合理組織起來，及時解決不同環節之間的衝突，充分調動了所有人的積極性和創造性。

計算機被普遍應用於工業設計之中,CAD成為工業設計不可缺少的手段。當前,世界上大型的CAD/CAM/CAE軟件系統如Pro/Engineer、EDS UnigraPhics、EUCLID、Autodesk、Solidworks等都提供了有關產品早期設計的系統模塊,它們稱之為工業設計模塊、概念設計模塊或草圖設計模塊。

Pro/Engineer Pro/Engineer包含一個工業設計模塊Pro/Design,用於支持自上而下的投影設計,以及在複雜產品的設計中所包含的許多複雜任務的自動設計。此模塊工具包括用於產品設計的二維非參數化裝配佈局編輯器、用於概念分析的二維參數模型的佈局以及用於組件的三維佈局編輯器。

EDS Unigraphics EDS Unigraphics從V13版本後推出了概念設計WAVE(Whatif Alternative Value Engineering)技術,它為協同概念設計提供了強大的技術支持,使不同部門的工程師在設計的早期階段就可以站在系統工程的角度,同時針對多種可選的設(Associative Control Structure)中去,可使設計師十分有效地控制各種設計變更。此外,WAVE也支持"概念設計到詳細設計工程"(Conceptto Detail Engineering),即先作出設計決策 ,然後設計細節。

Internet Intranet環境下的工業設計系統的研究，國內還主要在一些高校和科研院所進行。香港大學機械系在Internet上構建了一個基於Web的遠程設計系統,用於花瓶的造型設計，西安交通大學CIMS研究所構建了一個遠程協同工作原型系統,解決遠程設計用户共享設計工具的問題,它可以通過Internet讓遠程用户使用研究所的Solidwork、ProE、MDT等專業設計平台。四川大學CAD/CAM研究所構建了凸輪遠程協同設計系統,讓用户能夠通過Internet對凸輪運動機構的輪廓面進行設計,此係統發佈在四川大學制造學院的網站上。但這些系統距離實用化都還有一定的距離。

CAID系統中的信息可以分為數字信息和非數字信息兩大類。數字信息都是可以交換的，而非數字信息是暫時不能交換。其中的數字信息有：產品造型的尺寸結構、色彩、材料、人機標準尺度、符合規範的標準化設計等，多數涉及產品或人的生理和物理屬性。而其中的非數字信息有：對美感的評價、產品的創意、色彩或形式帶來的心理反應等，多數涉及人的心理屬性，是複雜多變的。數字信息是非數字信息的一種表現，是容易用數據表示並用計算機來描述的，而非數字信息目前只起到輔助的作用，按照工業設計以人為本、強調創意、張揚個性的發展趨勢來看，非數字信息應該是CAID系統的基礎，因此目前的CAID還存在技術上的侷限性，在對CAID的研究中有望發展智能型的專家系統，幫助人們進行創意型設計，使非數字信息不斷數字化，這樣在未來的設計中可以實現設計者與使用者的互動，或者完全實現設計的DIY。

書 名: 計算機輔助工業設計作　者：張立羣

出版社： 上海人民美術出版社

出版時間： 2004

ISBN: 978753 2238026

開本： 16

定價: 39.80 元

國內的CAID起步已經有了一段時間，在許多的企業和設計機構得到了重視和廣泛應用，這一點，可以從企業對工業設計學生的素質要求中明顯感受到。但總的來説，目前的CAID在眾多企業、學生甚至一些院校的培養計劃中，計算機輔助繪圖的成分遠遠大於計算機輔助設計。這種現象的現現有許多歷史淵源，但是它無助於CAID基本的存在價值：提高設計質量和效率。認為完成一張交果圖就是完成了一個產品設計的觀念若不及時扭轉，工業設計的價值就無法體現出來。在強調並行設計、敏捷製造的今天，這種傳統的、低效率的、滿足於自我欣賞的設計觀念將不再有適合的生存空間。

本書着重於CAID的系統性闡述，以設計方案的三維建模、設計表達、造型設計數據與工程設計數據的接口與轉換為重點，而不是僅僅將CAID技術作為設計表達的手段，從而向工業設計師提示隱藏在造型背後的更為重要的CAID的標準和原則，以期達到樹立工業設計師系統的CAID概念的目的。

第一章 概述

第一節 計算機輔助設計對於工業設計的意義

第二節 計算機輔助工業設計系統

第三節 計算機輔助工業設計的流程

第二章 計算機輔助工業設計技術基礎

第一節 圖形與圖像簡介

第二節 計算機色彩與材質

第三節 幾何造型系統

第四節 參數曲線和曲面

第三章 計算機輔助概念設計

第一節 高度靈活的電子手繪

第二節 基於二維點陣/矢量技術的概念表現

第三節 三維空間的快速概念表達

第四節 快速概念表達的設計細化

第四章 設計深化的計算機輔助設計

第一節 從形態塑造到結構

第二節 基於計算機的人機工程設計

第五章 面向製造的計算機輔助設計優化

第一節 面向製造的三維建模

第二節 外觀的曲面評估

第三節 數字化樣機技術評估整體設計

第六章 面向設計傳達的計算機技術

第一節 照片真實感渲染技術

第二節 設計的動畫表達

第三節 工業設計中的虛擬現實技術

第七章 計算機輔助工業設計深入研究

第一節 計算機輔助工業設計中的人機交互技術

第二節 計算機輔助工業設計中的智能技術

第三節 計算機輔助工業設計中的高新技術應用

第四節 計算機輔助工業設計中有待解決的關鍵技術

課程作業

參考文獻

……

計算機輔助工業設計

可作為工業設計專業教材及廣大設計人員參考。

目錄

前言

第一章 計算機與工業設計

第一節 計算機與工業設計

第二節 計算機對工業設計的影響

一、設計對象與設計程序

二、設計方式與設計觀念

三、設計的表達效果與表達方式

四、計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助製造（CAM）

第三節 計算機與設計師

一、重温計的本質

二、重新認識設計師的素質

三、重新認識設計過程中的觀念與程序

第四節 計算機輔助設計的系統

一、硬件結構

二、輸入設備

三、輸出設備

四、操作系統

第五節 計算機輔助設計的基本知識

一、計算機圖形學

二、圖形與圖像

三、色彩模式

四、像素與分辨率

五、文件格式

六、圖形與圖像的轉化

第二章 平面設計軟件

第一節 圖形繪製——CorelDRAW8.0（中文版）

一、安裝CorelDRAW8.0

二、CorelDRAW8.0功能簡介

第二節 圖像處理——Adobe PhotoShop

一、簡介

二、PhotoShop5.05的界面

三、PhotoShop5.05工具箱

四、菜單欄

五、PhotoShop5.05的使用技巧

……