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計算機在產(chǎn)品設計的應用論文
摘要：通過(guò)在產(chǎn)品設計中引入計算機技術(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)品設計的各環(huán)節，包括調查、分析、定位等由于有了計算機技術(shù)的應用而更加便捷，而且計算機技術(shù)也在產(chǎn)品設計的草圖、效果圖、模型制作等各環(huán)節都發(fā)揮著(zhù)重要的作用。無(wú)論是產(chǎn)品設計的前期市場(chǎng)調研、還是工廠(chǎng)加工等方面，都可以通過(guò)計算機展開(kāi)科學(xué)的組織與運營(yíng)。本文重點(diǎn)就計算機在產(chǎn)品設計中的應用展開(kāi)論述，包括產(chǎn)品設計的前期調研、設計定位，產(chǎn)品的外形設計、動(dòng)力學(xué)仿真以及展示設計多個(gè)方面，同時(shí)還對產(chǎn)品設計中常用的計算機虛擬現實(shí)技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹。
關(guān)鍵詞：計算機；產(chǎn)品設計；應用
通過(guò)在產(chǎn)品設計中引入計算機技術(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)品設計的各環(huán)節，包括調查、分析、定位等由于有了計算機技術(shù)的應用而更加便捷，而且計算機技術(shù)也在產(chǎn)品設計的草圖、效果圖、模型制作等各環(huán)節都發(fā)揮著(zhù)重要的作用。無(wú)論是產(chǎn)品設計的前期市場(chǎng)調研、還是工廠(chǎng)加工等方面，都可以通過(guò)計算機展開(kāi)科學(xué)的組織與運營(yíng)。計算機在產(chǎn)品設計中的應用涉及到多種學(xué)科知識，包括工程設計、計算機科學(xué)、社會(huì )學(xué)、協(xié)同學(xué)以及相關(guān)的基礎理論與技術(shù)支持等等[1]。計算機設計的理論基礎為計算機在產(chǎn)品設計中的應用提供理論支持，技術(shù)支持使得計算機在產(chǎn)品設計的系統實(shí)施、支撐環(huán)境等方面提供切實(shí)可行的技術(shù)方案。在對計算機在產(chǎn)品設計中的應用研究中，除了應該注重設計環(huán)境的優(yōu)化，還應該加強對產(chǎn)品設計的內在特征與機理提高重視。
1產(chǎn)品設計的概念
1984年出版發(fā)行的《EngineeringDesign》一書(shū)中，首次提出了產(chǎn)品設計的概念，并將其過(guò)程分成任務(wù)的明確、概念設計、具體設計以及詳細設計這四個(gè)環(huán)節。該書(shū)中對于產(chǎn)品設計的定義如下：源于技術(shù)和藝術(shù)，充分運用造型與藝術(shù)原則實(shí)現所需要的功能，通過(guò)對于設計過(guò)程中的不斷分析、修改、調整，確保其能夠與人、機器以及環(huán)境的互動(dòng)界面相適應。在產(chǎn)品設計的整個(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)，對產(chǎn)品進(jìn)行功能創(chuàng )作與分解，并對產(chǎn)品的功能及子功能作出結構設計與系統優(yōu)化，使得產(chǎn)品設計達到一種最優(yōu)的效果。
2計算機下的產(chǎn)品設計
隨著(zhù)計算機技術(shù)的普及和發(fā)展，計算機在產(chǎn)品設計中的應用已經(jīng)非常普遍。但是，在計算機下的產(chǎn)品設計中，CAD系統的研發(fā)初衷并不是產(chǎn)品設計，雖然現代的主流設計軟件例如3DMAX等，都可以形成復雜而準確的三維模型，加之CAD系統中的約束性條件，使得CAD處于產(chǎn)品設計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)品設計功能。面對如此情況，未來(lái)計算機產(chǎn)品設計軟件應該以計算機輔助智能化設計以及專(zhuān)家系統為基礎進(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，全面提升概念設計階段的人機交互效率[2]。第二，確保CAD系統能夠在產(chǎn)品設計階段參數不完整的情況下展開(kāi)產(chǎn)品設計。而且待詳細結構設計完成以后，無(wú)需重新建模，通過(guò)直接修改便可以使用，并不會(huì )對設計效率及周期產(chǎn)生影響。第三，應該同時(shí)滿(mǎn)足設計者腦海中關(guān)于產(chǎn)品概念的需求及其直接參與CAD建模的需求。新的系統應該力求操作簡(jiǎn)潔、易于交互，從而為設計者集中精力展開(kāi)創(chuàng )新創(chuàng )造條件。
3虛擬現實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介
該技術(shù)指的是通過(guò)對三維圖形生成、多傳感器交互等一系列以計算機為基礎而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)的綜合應用，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)等各種感知設備的應用，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。
4計算機在產(chǎn)品設計中的應用
隨著(zhù)現代計算機技術(shù)的應用與普及，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)品設計中得到了良好的應用。此外，CAD技術(shù)以及RPM等技術(shù)的應用，極大推動(dòng)了先進(jìn)設計理論與方法的發(fā)展。由于虛擬現實(shí)技術(shù)的交互性推動(dòng)了計算機輔助設計的發(fā)展，將產(chǎn)品設計產(chǎn)業(yè)推向了新的發(fā)展階段。
4.1計算機在課題和產(chǎn)品設計定位環(huán)節的應用
對于產(chǎn)品設計過(guò)程而言，其設計定位環(huán)節的主要任務(wù)在于對整體設計方案的提出、制定開(kāi)發(fā)目標，并在此基礎上展開(kāi)信息調研和分析工作。通過(guò)在產(chǎn)品設計定位中引入計算機技術(shù)，設計師的工作被大大簡(jiǎn)化。設計師在以往設計環(huán)節中繁瑣的工作被拋棄，他們只需要提出調研思想、對分析方式作出判斷，選擇定性或者定量分析，在調研問(wèn)卷的制作過(guò)程中，可以充分運用計算機辦公軟件中的Word功能，在調查結果的分析中，可以通過(guò)Access進(jìn)行分析，篩選出有用數據，并將這些信息整合，生成數據庫系統，從而便于后期的檢索與查詢(xún)，在數據的分析計算中，可以利用辦公軟件的另一大功能———Excel，根據數據統計生成用戶(hù)所需的各種圖表，非常方便，而且計算準確。在數據分析中，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)品設計中，注意到其核心內容始終圍繞用戶(hù)需求而展開(kāi)，因此，無(wú)論是引入計算機技術(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研方式相對比而言，通過(guò)計算機的應用，現代新型的調研方式更能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品設計師的要求，有利于產(chǎn)品設計師能夠更深入、更準確地了解人們需求，從而使得產(chǎn)品設計能夠緊緊圍繞設計的核心目標而展開(kāi)。
4.2計算機在產(chǎn)品設計環(huán)節的應用
4.2.1產(chǎn)品外形設計
隨著(zhù)現代市場(chǎng)競爭激烈化程度的加深，各廠(chǎng)商為了提升自身競爭力，都紛紛加大了對產(chǎn)品研發(fā)設計的投入，積極探索產(chǎn)品設計的新思路、新方法，而且推動(dòng)了研究成果向生產(chǎn)力的轉化，將新產(chǎn)品迅速推向市場(chǎng)。通過(guò)計算機中的繪圖技術(shù)在產(chǎn)品外形設計中的應用，做到了對產(chǎn)品外形設計過(guò)程中的隨時(shí)修改、評測。近年來(lái)，計算機技術(shù)中的虛擬現實(shí)與仿真技術(shù)由于能夠為用戶(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)品的設計過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。通過(guò)三維造型軟件，例如3DMAX，Pro/E等，完成對數字模型的創(chuàng )建，或者利用三坐標測量?jì)x進(jìn)行直接測量，得到點(diǎn)云數據之后，然后將其擬合，最終得出三維模型。以上通過(guò)計算機對產(chǎn)品設計模型做出反復修改、分析的過(guò)程，將產(chǎn)品設計的工作量降低到傳統設計中的二分之一。此外，在產(chǎn)品外形設計過(guò)程中，還能夠根據不同用戶(hù)的需求，在計算機軟件所營(yíng)造的虛擬環(huán)境下，讓其感受到產(chǎn)品外觀(guān)的質(zhì)感、色彩、風(fēng)格等等，將最真實(shí)的產(chǎn)品外觀(guān)以虛擬的形式加以呈現。
4.2.2產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)仿真
在對新產(chǎn)品的設計時(shí)，必須對解決好運動(dòng)構件工作中的運動(dòng)協(xié)調關(guān)系、運動(dòng)范圍以及產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)性能等問(wèn)題，包括強度以及剛度兩個(gè)方面，這些都離不開(kāi)計算機的作用。計算機圖形圖像學(xué)技術(shù)支持下的虛擬現實(shí)技術(shù)為可視化的實(shí)現提供了強大的界面，將以CAD為基礎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)品裝配的一切運動(dòng)過(guò)程，也能夠實(shí)現對運動(dòng)零部件的動(dòng)態(tài)檢測，科學(xué)評價(jià)各零部件之間的比例關(guān)系。
4.2.3產(chǎn)品的展示設計
通過(guò)計算機三維動(dòng)畫(huà)或者虛擬現實(shí)技術(shù)設計的產(chǎn)品廣告，其展示推廣效果非常強烈，除了能夠全方位展示出產(chǎn)品的外觀(guān)，而且也能夠將產(chǎn)品的內部結構、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(guān)察點(diǎn)及方向對場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)計算。還可以通過(guò)快速、低價(jià)的以影像合成為基礎的虛擬環(huán)境來(lái)完成對主場(chǎng)景的營(yíng)造，并且與計算機繪制的虛擬模型相融合，實(shí)現互動(dòng)式交互[4]。通過(guò)現代計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行介紹，具有直觀(guān)、生動(dòng)的特點(diǎn)，全面提升廣告的效果，更為直觀(guān)便捷地和使用者進(jìn)行互動(dòng)。
5結論
綜上所述，在產(chǎn)品設計環(huán)節引入計算機技術(shù)可以說(shuō)是產(chǎn)品設計發(fā)展史上的一次標志性變革。計算機在產(chǎn)品設計中的應用，需要系統的理論研究在做支撐，同時(shí)，廣大產(chǎn)品設計以及計算機工程師們的重點(diǎn)研究方向之一便是對系統理論的研究。隨著(zhù)計算機在產(chǎn)品設計中的應用而產(chǎn)生的新設計技術(shù)主要包括：在虛擬環(huán)境中定義3D約束、交互設計、手繪草圖、零部件的物理性能等等[5]。相信在未來(lái)，伴隨著(zhù)新技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品設計理論的更加豐富，制造業(yè)市場(chǎng)競爭日趨激烈的形勢下，計算機在產(chǎn)品設計中的應用必定會(huì )獲得有力發(fā)展，并且隨著(zhù)和當前CAD系統的融合，必定會(huì )形成一個(gè)完整高效的系統，并在產(chǎn)品設計領(lǐng)域得到普遍應用。
參考文獻
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