工业及产品设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇工业及产品设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.114

数字媒体技术是科技信息技术与艺术高度结合的综合交叉学科，它在工业产品设计中的应用显现出得天独厚的技术优势。目前，数字媒体技术已全面渗透到工业产品设计的整个制作过程，它使工业产品设计具有更强的生命力和更广阔的创作空间。

1 数字媒体技术与工业产品设计的关系

随着人们生活水平的提高，消费逐年增加，消费者对工业产品的设计有了更高的要求，正是因为数字媒体技术的发展，设计师才能根据消费者的需求设计出更加符合消费者满意的产品。现阶段产品设计在渐已成熟的软件技术帮助下，产品的表现力、造型的真实度、视觉效果等方面，与传统工业设计相比，都呈现出无可比拟的优势。由此我们可以看出，数字媒体技术的发展为现工业产品设计的发展提供了技术支持，然而工业产品设计需要，也促使数字媒体技术不断满足产品设计的需要[2]。

2 现阶段数字媒体技术在工业产品设计中的具体应用

2.1 在工业产品设计前期阶段的应用

工业产品设计前期，必要的准备工作，将为工业产品设计打下坚实的基础，而数字媒体技术介入使工业设计师节约了前期准备时间，提高了准备效率。与以往早期的传统动画电影不同的是，在进行动画创作的过程中，我们除了进行必要的策划、纸上绘图创作之外，我们可以采用一些数字媒体技术作为支撑，可以通过Ps、Sai等二维图形绘画软件进行绘制，便于进行二次调整和修改，避免了纸质手稿的局限性，提高工作效率。

2.2 在工业产品设计中期制作阶段的具体应用

工业产品中期制作阶段是整个产品制作的中心环节。数字媒体技术中三维制作软件具有真实性、精确性和无限可操作性的特点。在工业产品设计中期，我们可以将之前的创意图利用数字媒体三维软件对图像进行处理，制作出立体效果，使产品设计更加直观、更加生动逼真。由此可见，数字媒体技术的发展丰富了工业产品设计的表现形式，更适合工业设计产品的定型和后续改进。

2.3 在工业产品设计后期制作阶段的具体应用

在工业设计后期的处理阶段，数字媒体技术的应用显现出得天独厚的技术优势。数字媒体技术通过三维建模、贴膜、灯光及渲染，使产品效果更具有生动的表现力，避免了单纯手绘中难以实现的真实效果；设计师还可以利用数字媒体技术给产品附加动画效果，使产品更具有表现力，真正使得数字媒体技术服务于工业产品设计[3]。

3 数字媒体技术在未来工业产品设计中的发展趋势

3.1 工业产品设计更加体现以人为本

未来的工业设计中，数字媒体技术的应用更加广泛和全面。它将深刻地影响着工业设计的创作观念和表现形式，同时也为工业产品设计的情感的表达、感情的抒发及影片的思考，提供了新的发展空间。设计者可以利用虚拟现实技术，让消费者体验设计产品，做到身临其境，与产品的内容进行情感互动，实现“所及即所得”。我们可以利用数字媒体技术大大加强了电影的创作空间，使工业产品设计不再受限于技术的制约，工业产品将会产生新的变革。

3.2 制作平台更加便捷

以犀牛、3D等为代表的三维产品制作软件将会推动工业产品设计不断前进；大量的跨平台交互设计软件的推出和更新，从虚拟现实、增强现实到全方位，全时段的沉浸式设备的应用，都将促使工业产品更具交互性、开放性、共享性[5]；设计师和工程师之间将不断加强交流与沟通，简化操作程序，设计出更加便捷、迅速、人性化的数字软件，简洁的操作及制作将在大众面前得以推广，甚至能满足消费者个性化定制的需要。

4 结束语

以数字媒体技术特别是三维技术为代表的科技应用，已经使工业产品设计的创作发生了质的飞跃。数字媒体技术赋予了工业产品设计越来越多的表现形式和传播媒介，从而触发了工业产品创作更加广阔的思考空间、创作空间及其表现空间。

参考文献：

[1]李四达.数字媒体艺术概论[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2][美]刘易斯，[美]卢西娅娜，郭畅・译.数字媒体导论[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]邵健伟.产品设计新纪元 [M].北京理工大学出版社，2009（01）.

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1.1保护、传承中国的传统文化铜鼓已有2700多年的历史，是一种集冶炼、铸造、雕刻、绘画、装饰、音乐、舞蹈、宗教于一身的西南民族文化的物质载体形式[2]，是中国西南少数民族先民的生产生活、民族习俗、图腾崇拜、价值观念等方面的真实写照。对铜鼓造型在现代设计中的应用进行研究，有利于铜鼓文化的传承和发展。研究铜鼓的造型美学在工业产品中的设计应用，就是为了通过越来越多的铜鼓工业产品的流通，传达铜鼓文化神韵，秉承古老的中原文化，并推动西南地方经济的发展，提高其在全国甚至全球的经济地位。

1.2改变工业产品设计无创意的现象众所周知，工业设计现状并不乐观，其中热衷仿造、创新力不足是工业设计中存在的一大问题。由于工业设计在中国推广不够深入，许多企业为追求效益，不惜抄袭、模仿外国的先进产品[3]。这种现象已经阻碍了我国产品走向世界和经济的增长。在中国加入WTO后，迫切要求企业加强投入开发创新产品方面的力度。只有把中国传统文化与工业产品结合起来，才能生产出具有中国特色的工业产品。铜鼓的造型在工业产品设计中的应用研究，正是为改变工业产品无创意的现象作出努力。

2铜鼓造型美学原则

2.1铜鼓的造型与功能合二为一

2.1.1作为乐器的铜鼓铜鼓是一种打击乐器，鼓面和鼓心形成共振腔，鼓心和鼓边厚度有显著的差异，所以敲击铜鼓的鼓面中心和鼓面边缘，可以发出2个不同的音。再加上声音的强弱、节奏的快慢，与其他乐器配合，就会创造出丰富多彩的铜鼓音乐。铜鼓的设计可以正置于地，可以侧置于台，用绳索系住铜鼓的一只耳或相邻的两只耳，还可以悬于架上进行演秦，小巧的铜鼓还可以挂在身上，不同的置鼓方式又可以配合不同的舞姿,使得音乐和舞蹈融为一体，欣赏性极强。

2.1.2作为神器的铜鼓铜鼓的主要社会功能之一是用于祭祀。铜鼓上的装饰花纹，也多是原始宗教意识的反映。如雕塑中的青蛙、龟、鸟，画像中的翔鹭等，传说中都是通神的灵物。装饰图案中的太阳纹、云雷纹、水波纹等，是自然崇拜的遗迹。画像装饰中的龙舟竞渡、羽人舞蹈等，都是祭祀活动中的项目[4]。铜鼓纹饰：翔鹭、龟、太阳纹、羽人，见图1，都是铜鼓纹饰中充满宗教意识的代表纹饰。

2.1.3作为重器的铜鼓铜鼓也是所有者身份和地位及财富的象征，所以形体之大，以至鼓唯高大为贵，甚至有的直径超过1m以上。广西民族博物馆摆放一面世界上最大的铜鼓，直径达到165cm，质量达到300kg，堪称铜鼓王。

2.2铜鼓的造型与纹饰的浑然一体

铜鼓是由面、胸、腰、足、耳5个部分组成的。鼓面圆而平，下接鼓身，连接部分略外凸，形成球状弧度为胸。腰部略细，内收如束腰。往下鼓身又扩大，呈喇叭口部分为足。鼓身两侧各有2个半环形的耳。鼓面主体纹饰为太阳纹，太阳纹周围有许多层称“弦”的同心线条，弦数多少不等，弦与弦之间由宽窄不等的图案组成，称为晕圈。鼓身四周的表面，也有多数平行的晕圈，晕圈中铸出的纹饰图案绚丽多彩，有虫鱼、鸟兽、花卉、舟船和人物等，工致纤巧，别具风采。造型与纹饰的统一见图2，可以称得上是天工之作。作为乐器、神器、重器的铜鼓，它所隐喻的内涵和价值是神圣、不可估量的；它的造型美、纹饰美是独一无二的。对这种优良传统文化的传承和发扬，也是人们义不容辞的责任和义务。在这里主要研究铜鼓造型元素在工业产品设计中的运用方法。

3铜鼓造型在工业产品设计中的应用方法

3.1直接模仿直接模仿也就是仿真铜鼓的制作，大多数体现在铜鼓小礼品的制作上。西南地区是中国铜鼓的发源地，集中了中国大多数的铜鼓。如云南、广西等地，铜鼓种类齐全，数量众多，铸造精美。因为铜鼓也是重器，所以很多人认为收藏一面铜鼓，会给人带来力量、吉祥和幸福。云南、广西等地也是全国的旅游胜地，所以在这些地区制作仿真小铜鼓，具有相当重要的意义。既能带动当地的旅游产业，又能发扬本地的优秀文化传统。直接模仿还体现在大型的铜鼓景观雕塑设计上，能直观的体现本地的城市形象和精神面貌。在制作仿真铜鼓时，可以把表面材质通过特殊工艺处理成仿青铜质感，体现铜鼓的真实性和历史悠久及沧桑之感。也可以采用不同材料改变其质感，比如采用银铜、水晶、实木、青花瓷等材料进行制作，来提高产品的经济价值和收藏价值。银铜铸金材质的小铜鼓见图3，青花瓷质感的小铜鼓见图4。比起青铜器铜鼓，少了些许的沧桑，而增添了些许的秀美，更具装饰性和收藏价值，为小铜鼓礼品制作又开辟了一块新的天地。

3.2间接模仿间接模仿是指不同类产品之间造型设计上的相互模仿，把铜鼓的造型运用到其他工业产品的造型设计上，来增加铜鼓类工业产品的流通量，提高经济价值，扩大传统文化的宣传力度，加大城市形象的宣传和提升知名度。比如生活用品、家具、玩具、照明产品、饰品甚至服装的设计，都可以采用铜鼓造型元素进行创作。广西铜鼓魂茶具见图5，就是采用铜鼓造型元素进行的设计，铜鼓形茶叶罐、茶壶、茶杯、茶盘，造型美观，形制独特，把茶道和铜鼓2种广西传统文化结合起来，充分体现广特的个性和特征，有着浓厚的广西文化气息。除了运用到其他产品的造型设计上之外，还可以把铜鼓的造型运用到产品的包装造型设计中。产品的包装造型设计首先要考虑包装造型应具有鲜明的个性，以便快速传递给人们所需要的信息，并使人们迅速建立起对产品的深刻印象，以获得对产品的认同[5]。把铜鼓造型运用到广西特产的包装造型设计上，无疑是传递广西地域特征的最好选择，同时铜鼓造型的包装效果能给人留下深刻的印象，从而产生购买欲。酒类铜鼓造型包装见图6，用铜鼓的造型元素作包装造型设计，铜鼓造型的使用价值得到延伸，同时又别具一格，具有浓厚的广西本土特色。这种直接模仿和间接模仿在很大程度上保持了铜鼓原有的表现形态，能够直观体现铜鼓所隐喻的价值和意义。这2种方法很多都是运用于礼品的设计制作上，由于铜鼓是权力和财富的向征，因此成为西南地区游客选购礼品的首选之一，有利于提高西南地区的知名度和促进旅游经济的发展。模仿是一种常见的自然现象，也是一种普遍的社会现象，产品设计应充分利用模仿的方法，以创造出更多符合现代生活需求的产品，来提高人们的生活质量，并促进现代产品设计的进一步发展和完善[6]。

3.3替代设计替代设计就是在产品开发设计中，用某一事物替代另一事物的设计[7]。首先可以采取材料替代的方法对鼓铜乐器产品进行设计。铜鼓是音乐器材，这种优秀的音乐功能可以再加以运用和改良。改变铜鼓的材质来制作鼓，看看有什么音质效果，以此产生更多更优秀的乐器。另一种替代设计就是同类产品之间采用造型互相替代的方法进行设计，也就是把铜鼓造型运用到其他的时尚音乐产品中。比如耳机、MP5等的造型设计上，让传统文化在年青人一代中进行传播和交流。铜鼓首先是作为乐器的，替代设计是对铜鼓作为乐器的发扬光大，对铜鼓文化的传承和发扬具有很重要的意义。在这方面还有很大的研究和开发空间，是需要音乐家及商家和设计师共同关注和努力的。

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中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）20-0107-03

市场经济催生了竞争，全球化使竞争愈加激烈。在产品市场，消费者不再主要追求功能，而更注重新颖、时尚、个性和品位。现代工业设计正是融合艺术美学、工程技术与现代科技，利用计算机辅助设计工具，通过创造性思维，将审美、时尚、流行元素与人机工程学、材料学、心理学、市场学、环境学等现代科学有机结合，孵化出一个琳琅满目、新潮时尚的产品市场。

一个工业设计者首先应具备艺术灵性，同时掌握材料学、心理学、市场学、环境学、工业设计、工业制造等方面的知识，具备科学思维和创新意识。随着计算机技术的快速发展，SolidWorks、Pro/E、UG、CATIA等这些三维辅助设计软件的应用，已使工业设计更加准确、便利，与生产制造设备的无缝连接，使设计者的意图更易于真实实现。熟练掌握三维设计软件，是一个产品工业设计者需要具备的技能。

一项新的产品项目必须着眼于市场，满足客户需求。在竞标过程中，一项好的工业设计方案，是赢得竞标成功的有力武器。本文介绍一个工业设计的案例，注重于过程和计算机辅助设计的应用。

1 产品设计输入

1.1 产品基本定义

汽车音响，汽车电子类产品，符合汽车生产商产品功能、造型要求。

1.2 产品功能、外观造型要求

功能：Radio（收音机）、CD、MP3播放，USB数据接口，AUX接口（音频输入播放）。

显示：LCD液晶字段显示。

面板：按照汽车生产商提供的汽车仪表板3D数据模型，考虑整体协调性、美观性、新颖性，设计外观造型方案。图1是客户提供的汽车仪表板3D数据模型外观。

2 产品造型效果设计

2.1 结构分析及造型布局

①结构分析及面板主体材料选择。从汽车生产商提供的汽车仪表板3D数据模型外观可以看出，此汽车音响面板是一个左右对称弧面结构。面板主体选用与汽车仪表板一致的塑料结构，材质可为耐高温ABS或PC+ABS，以满足汽车耐冲击、耐候等性能要求。面板主体材料决定了结构造型的方向，采用塑料结构可以在遵循塑料产品设计原则前提下，充分发挥设计师的想象力，随意地实现各种设计造型，采用多种修饰手段，制造成型方便。

②2D造型布局。使用塑料结构必须按照安装位置选择恰当的出模方向，沿出模方向安排设计布局。图2是在三维环境中沿出模方向从汽车仪表板3D数据模型中提取的汽车音响面板轮廓，并用AutoCAD制作的初步设计布局。按照产品功能、显示要求结合汽车音响面板轮廓选择：将CD进碟口、LCD显示屏由上向下置中放置，在操作时便于观察；将USB数据接口，AUX接口放置于下部翻转活门内，可以避免安全隐患，同时便于外观处理；将音量旋钮、电台搜索旋钮放置于下部左右两角；各功能按键沿着面板两侧轮廓及LCD显示屏底布置。整个布局结合美术透视原理，采用左右对称形式，符合中国人习惯的审美观念。

2.2 3D外观造型

可以制作3D造型的软件有好几种，各有优点，本文使用汽车制造业使用最为广泛的CATIA软件，它涵盖了产品从概念设计、工业造型、三维建模、分析仿真、生产加工的全过程，当今这个软件功能最为强大，其曲面造型功能、渲染功能无与伦比。首先建立产品文件AutoAudio-ASM.CATproduct（以下简称AudioASM）产品文件，将客户提供的汽车仪表板3D数据模型Auto-PanelFrame.CATPart（以下简称AutoFrame）装配其中；在装配中再建立汽车音响面板文件AutoAudio-Panel.CATPart（以下简称AudioPanel）。

在装配AudioASM中对AudioPanel进行设计造型。可以将用AutoCAD制作的初步设计布局导入到AudioPanel，但这样不便于后续修改。这里在3D环境中，利用AutoFrame所提供的边界面，绘制各项设计元素。

①创建汽车音响面板外形轮廓面。汽车音响面板轮廓面必须与汽车仪表板3D数据模型面重合并曲率连续，这是汽车曲面设计的一般原则，这里必须坚持这一原则，以消除反光不连续。使用CATIA软件，从AutoFrame提取汽车音响面板外轮廓线，并将其改为曲率连续，用此曲线制作填充包络面，并与AutoFrame的3D数据模型表面曲率连续，从而得到汽车音响面板轮廓正面（图3），从图中不难看出正面反光的连续；从AutoFrame汽车音响面板边界向填充包络面投影，向内偏移出0.6间隙并取不小于0.5°的出模角，扫描出汽车音响面板轮廓侧面，将两曲面联合修剪、倒角，得到汽车音响面板外形轮廓面（图4）。

②汽车音响面板细部造型及渲染。完成了汽车音响面板外形轮廓面，就可以以此为基础，按照AutoCAD制作的初步设计布局创建面板细部造型。创建面板细部造型涉及环境学、审美学、塑料结构设计规范、产品功能及操作要求、CATIA软件使用技巧等知识和技能，要真实细致地体现出面板造型结构和功能特征，创建过程这里不做详细介绍。CATIA软件具有强大的渲染功能，可以定义部件的材质、颜色、表面纹理、亮度、反光度，定义场景、照明等，图5是用CATIA渲染的汽车音响面板造型图。

2.3 汽车音响面板功能效果图

①汽车音响面板细部效果修饰。为了使汽车音响面板效果更加生动逼真，我们将汽车音响面板造型渲染图在Photoshop软件中进行细部效果修饰。可以根据产品所处环境、所使用材料、表面处理工艺来调整产品表面的颜色、亮度对比度、反光效果、纹饰等，使用滤镜增加杂色获得塑料面板蚀纹后的质感（图6）。

②汽车音响面板功能造型效果图制作。汽车音响面板细部效果修饰完成后，使用CorelDRAW软件结合AutoCAD来定义按键功能、LCD显示、LOGO、标识等。文本文件可直接在CorelDRAW中输入，但图形标识最好在AutoCAD中按比例绘制好，再导入CorelDRAW中加色，图7是完成的汽车音响面板功能造型效果图。到此我们可以使用功能造型效果图，配置产品说明进行应标。

3 产品结构设计

由于汽车音响面板造型使用CATIA 三维软件制作，在完成了面板功能造型效果确认后，我们就可以利用先前的模型进行产品细部结构设计，方便实现了效果设计与实体结构设计、生产制造的对接。图8是最终完成的汽车音响设计效果图，所有部件都在CATIA 三维环境中完成，数据模型可直接使用于模具制造、生产加工。

4 结 语

一项好的工业设计，出自于设计者对产品的深刻理解以及设计者所具备的艺术素质、创新意识和设计技巧。借助计算机辅助设计平台，设计者可以充分发挥自己的想象力，方便地将自己的构思转化为设计方案；我们可以实现造型效果设计与实体结构设计、生产制造的无缝对接。

参考文献：

[1] 黄毓瑜.现代工业设计[M].北京:化学工业出版社,2004.

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“必须在软件、硬件、云三个方面达到平衡，也就是在产品设计的过程中一体化考虑，有整体观。”方礼勇举了几个例子，“笔记本电脑强调整体性能，Kindle突出电子书阅读功能，iPad则把重心放在了娱乐上，这种产品导向的差别也就决定了它们设计上的巨大差异。”这就体现了电子产品设计理念的改变——由以硬件为载体变为以应用为导向。

在平板电脑这个竞争激烈的市场，E人E本凭借手写输入的优势占据了一席之地。“这是我们分析用户习惯后作出的决定。人们从小到大形成的手写习惯很牢固，在思考和构思的过程中，人们常常会有手写记录的习惯。这些手写的内容可以称为不规则的信息，壹人壹本做的就是以便捷的方式体现这些不规则的信息，展现它们的价值，提升创造力和输入效率，可以说，手写方式很有前途。”

三星利润创新高的一个重要原因就是它推出了将手写方式做到极致的Galaxy Note系列产品，方礼勇说到这里颇为自豪：“三星在手写输入方面参考了E人E本的经验。”

以E人E本为例，手写方式带来了多个工业设计过程中需要考量的因素，如手写笔的大小和摆放位置。方礼勇还表示，E人E本的发展理念是在保持自身特色的基础上再进行综合发展，会考虑在后续产品中融合触摸和手写两种功能，当然，随之而来的工业设计要考虑的点就更多了。

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1.1产品结构设计遵循自顶向下的装配思路，通常画出装配草图。先简单画出零件功能造型，经装配后再修改成实际形状。创建标准零件库，可重复地使用库里的零件，也可通过修改参数做出一个新零件，提高了设计效率。

1.2干涉检查是三维设计软件最大的优点，非常实用与方便，其目的是减小设计过程中的疏忽。运行干涉检查，可在本装配中以警告色显示干涉处，也可在不同的剖切面直观显示，检查移动零件有无碰撞情况，修改好零部件直到没有出现干涉。

1.3按设计要求模拟出机构的动作，提高设计的成功率。通过运动模拟，可以摆脱大量的复杂计算，避免了重复的制图，减少了设计人员的劳动。曲轴与给进刀架简化运动分析结果如图3所示。图中的曲轴以500r／min的转速旋转，进刀架按水平方向做往返运动。通过运动分析及综合模拟情况的反馈，进一步地调整结构，使产品设计更合理。

1.4静态应力分析，其归属于有限元分析，是软件的高级应用。如图4所示为数控插针机上部的圆盘支架中心轴静态应力分析配置图。指定中心轴为普通碳钢（屈服强度为220MPa，密度为7800kg／m3），固定好约束面，对中心轴施加1000N的静态压力，网格化分析零件（网格尺寸5mm×5mm，网格公差±0．25mm）。图5所示为分析的结果图，最大应力处在中心轴的根部为32．7MPa，最大位移处在中心轴的头部0．02mm处。分析结果符合使用要求。工程材料的力学性能有屈服强度、塑性性能、硬度等参数，他们是设计结构与选用材料的主要依据，关系到产品的质量与使用寿命。在实际设计中设计人员时常是通过对相同材料、形状相近的样件与设计件进行比较，记录好数据，来提高对结构的判定能力与选择材料的经验。

2知识扩展

知识扩展对设计人员也很重要，只有学到这方面的知识，才能设计出真正的产品，才能正确加工设计件，使结构设计得以成功实现。工业产品设计中常用的知识如下。

2.1钣金知识钣金归属于冲模，如图6所示为机床前盖的外形与钣金展开图。在实际应用中，可通过修改折弯系数（K因子）与软件内置计算表，来提高展开尺寸的准确度，通过调整钣金件的形状，来改善实际生产中的合理排料。级进模设计有Logopress插件，UG为Pro－gressive、Die、Wizard，软件中的模拟程序可方便地计算冲模的中心重力点、材料的使用率及需要的冲床压力吨位。特别是Logopress插件，正确装配好模具零件后，在软件中设定好进料步距、冲头行程、卸料行程，可以模拟出冲孔、翻边、拉深等各个工位状态的动画。

2.2模具知识模具广泛应用于汽车、家用电器等领域。工程塑料具有质量轻，耐化学腐蚀等优点，设计合理的塑料件可代替复杂加工的金属件。随着高分子工程塑料的性能提高，更多的金属零件被塑料零件所代替。如图7所示是本机器内部电器盒的模具分解图，在图中可以看到产品、已分开的静模腔、动模芯、铜极及侧抽芯。此产品的材料为阻燃聚碳酸酯，可顺利脱模，模具工艺正确，设计件符合注塑加工。注塑模、压铸模设计有Imold插件，UG为Moldwizord，包括设计初始化、模具修补、分型、标图7电器盒的模具分解图准模架的添加、标准件的添加和管理、浇注系统和冷却系统的设计等。

2.3测量知识测量要依据机械制图的绘图原理，合理选择基准面与参照点。在测量各零部件的尺寸中，遇到难以测量的配合尺寸，要制作专用量具或必要时剖切产品来测量。对高精度的曲面可借助三坐标测量仪。

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对于农村的建设和发展来说，农机产品的作用是不可替代的，因为农村发展经济的过程中，无论是养殖业还是种植业的发展都是离不开农机产品的，由此可见其重要性。随着国家对新农村的建设与发展越来越重视，对农机产品的设计的关注程度自然就高了一些。我国很早就已经具备了农机产品设计和生产的技术，经过多年的发展，这些技术也在不断完善，但是现如今农机产品的设计上仍然存在许多问题，农机产品的质量以及其他条件相对来说还是相对落后的，需要对其不断进行完善。为此本文针对这一问题进行了较为详细的分析和介绍，并且根据这些问题提出了相应的解决办法，在农机产品设计中运用工业设计，能够在很大程度上提升农机的品质。

1农机产品设计中存在的问题

1.1农机产品的外观

农机产品的设计现在已经受到相关行业的高度关注，当前农机产品的设计水平一直都在不断地提高当中，但是仍然存在许多的不足之处，其中外观设计上的不足就是比较容易被发现的一个问题。农机产品重要的是其实用性，于是长久以来我们的农机形象就是“傻、大、笨、粗”，而且市场经济发展到今天，我们农机产品的外观才有所改观。我们这里所说的外观并不只是停留在给我们的产品上“描龙画凤”，而是将农机产品进行整体合理的布局，进而模块化、系列化。我们的农机品牌很多，农机制造行业之间的竞争也很激烈，但是现在往往很多不同品牌的农机产品在外观上没有明显的区别，缺少各自的特点，同一系列的农机产品在外观方面应当有很好的连贯性。相同行业之间进行竞争，除了质量和价格外，外观以及操作舒适度也是非常重要的，而且目前正规的农机产品制造企业之间在产品质量上没有较大的差别，这是与我国当前农机产品制造技术的先进性有关的，各个制造企业都是采用相同的先进技术，如果不出现一些其他方面的问题，在质量上基本不会有较大的差别，为此就需要在外观形态及使用舒适度上进行比较。结合这些问题来看，对于农机产品的设计来说，外观形态就显得尤为重要，为了使农机产品制造行业更好的发展，必须重视农机产品外观形态设计的问题。

1.2欠缺环保理念

环保已经成为了一个世界性的问题，我国近几年也加大了对环境污染的治理，在很多产品的设计以及使用过程中都提倡重视环保理念，但是农机产品在环保方面的设计有所欠缺。主要体现在一些农机产品在使用过程中会对环境造成一定的污染，例如：农机在使用中排放的废气，污染浓度就比汽车要高出很多，这与环保理念是截然相反的，另外，农机产品的许多零件都不具有回收性能，这既是污染也是对资源所造成的一种浪费。在全世界都在提倡环保的当今时代，我们在设计中也要注意这些问题，因此在设计时必须注重环保。

1.3农机产品的安全性能存在问题

一些需要人为操作的农机产品在使用过程中是具有一定的危险性的，农机产品会造成的伤害包：操作者对自己造成的伤害以及操作者对他人造成的伤害。操作者对自己的伤害，多数存在于工作环境对操作者造成的长期损害或潜在性的不安全因素使农机对操作者形成伤害，例如：工作环境色彩使用不当造成视觉疲劳从而引发事故的发生；座椅及操作空间设计的不符合人机工程原理，容易造成人体疲劳损伤等。伤害他人，一般是指操作者在操作农机产品时由于操作者的原因，或者他人未能注意到危险而形成的伤害。例如：安全标示不明确或不够完善；操作者的操作界面不够合理造成的误操作等。所以在设计当中如果安全性能出现问题，对人体所造成的伤害是非常巨大的，甚至有可能会威胁到生命安全，因此这一问题是农机产品设计中最为重要的一个问题。

2运用工业设计解决农机产品设计中问题的办法

2.1提高农机产品的外观设计

国家重视农村的建设与发展，为农业发展提供了很多惠农政策，对于对于农机产品来说是机遇，也是挑战。农机产品的质量是占第一位的，所以我国当前许多农机产品制造行业都很注重农机产品的质量，却往往忽视了除质量之外的其他问题，这其实是不正确的。农机产品的外观就是其中一项被忽略的问题，也是现在农业产品品牌间能拉开品牌差异的重要因素之一，而差异性才会让品牌间行程良性竞争，才能使这一行业快速发展并且不断进步。农机产品的外观设计运用工业设计理念，对农机产品全方位的合理化设计，更能加快产品的更新换代。工业设计是工业革命的产物，是科学技术和文化艺术多学科交叉的新兴学科，其核心任务就是产品造型设计，所以将工业设计融入到农机产品的设计中就能够有效地解决农机产品外观设计的问题。在设计时需要注重其色彩搭配、外观形态等多方面的因素，不同企业之间也需要有各自独特的标志，对于同一系列的产品，要能够表达出其设计理念，在外观上要有连贯性。

2.2在设计时注重环保理念

工业设计的设计目标就是以人为本，而从以人为本的基础上得出“环境-人-工业产品”的有机统一，从而实现可持续性发展。在设计中要做到以下几点:a.环境互利;b.零件可回收;c.最大限度利用材料资源;d.产品可拆卸及可维护性;e.可重复利用和可交叉利用;f.应用节能技术。我们要坚持可持续性发展，将环保理念加入到设计中去，农机以后的发展趋势必定是绿色生产，高效节能的。

2.3加强农机产品的安全性能设计

每一个产品的设计都应当是以人为本的，要考虑到使用人员在进行使用时是否舒适、方便，另外，使用过程是否安全，这是最重要的一点。所以，我们将工业设计运用到设计中去，设计农机产品时也要以人为本，加强其安全性能的设计，将安全事故发生的几率降到最低，除此之外，也需要有相应的保护措施，当安全事故发生的同时，最大程度地保护人员的生命安全。这是当今农机产品设计中所缺乏的，在今后的设计当中依然是重中之重。

3结论

通过本文的简单介绍，可以了解到我国当前农机产品设计中所存在的问题，这些问题对农机产品制造行业的发展造成了巨大的阻碍，将工业设计应用到农机产品的设计中能够有效解决这些问题。

作者:王芳 冯冠军 单位:中国一拖集团有限公司特专车厂

参考文献

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中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01

一、引言

当今世界，工业设计水平的高低是衡量国家和地区工业创新能力和竞争能力的重要指标。工业设计中人们运用科技知识和方法，创造构思出各种各样的产品，几乎涉及到人类活动的全部领域。概念设计作为工业产品设计过程中的关键环节，越来越受到人们的重视。

二、工业设计领域中的概念设计

（一）工业设计

工业设计（Industrial Design，简称ID）又叫工业造型设计。当今世界各国已将工业设计作为本国的基本国策，成为促进经济快速发展的一项重要措施。日本依靠工业设计为研发方向，开发出轻薄短小、设计新颖、符合用户审美观念的商品，从而使其立足于竞争激烈的国际市场。一个国家或者企业的工业设计水平直接决定了其新产品能否被社会、被市场、被消费者所接受。

（二）工业产品概念设计

随着工业生产的发展，设备和产品的功能与结构日趋复杂，产品设计在整个生命周期内占有越来越重要的位置。概念设计具有十分广泛而深刻的内涵，我们不能将其简单地理解为过去的方案设计。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程，是一个满足各项指标的过程，并且当存在多种备选方案时，通过概念设计这一环节可以给出一个最优的方案。在概念设计的设计过程中，要求设计人员具备先进制造技术、现代设计方法、专业理论、商用运作等方面知识。

（三）概念设计作用和特性

概念设计的最主要作用在于产品设计的创新，如果没有新的创意，概念设计也就失去了它的意义；概念设计具有提升企业形象的作用，因为它可以代表未来产品的流行趋势，具有一定的超前性，使人很容易联想到设计它的企业所具有的产品研发实力，所以有些企业开发概念产品用于企业的广告宣传，以达到提升企业整体形象的目的；概念设计还有方便企业内部各部门在新产品上市前的协调与沟通的作用，从而降低新产品开发的风险。

概念设计具有如下特性：（1）创新性。概念设计真正灵魂是创新。提高企业以及设计人员的创新能力才有可能得到、结构新颖、性能优良的工业产品，从而提高用户支持率，为企业创造效益。（2）层次性。对于概念设计的层次性主要体现在下述两个方面：功能层以及载体结构层是概念设计的作用对象，并且在物理结构层上完成映射。例如，功能层上功能有功能定义以及功能分解，而结构层上的功能包括结构修改、结构变异，由于存在的映射关系，将两层联系在一起；功能层和结构层上存在相对独立的层次关系。结构的层次性受功能的层次性限制，不同层次的功能对应着不同层次的功能。例如，功能从某一个层次向其下一个递进就是功能分解。（3）多样性。产品多样性的设计路径以及设计结果充分体现了多样性的概念设计。根据定义功能、分解功能以及工作原理的不同，会产生完全不同的设计思路和设计方法，从而在功能载体的设计上产生完全不同的解决方案。例如变速器的设计有两种完全不同的设计结果，即手动式和自动式。

三、概念设计三要素

当完成概念设计初步工作时，还要考虑能否进行详细的制造设计以及日后能否投入市场为企业带来经济效益等方面因素。设计师设计出来的概念产品与市场也许有许多差距，如何缩短这样的差距，解决这样的难题，最关键的是要具有创新点，能被市场上的消费者接受。所以，本文提出概念设计的三要素为创新性技术、创造性思维以及计算机虚拟现实技术在设计过程中的应用。

（一）创新性技术

概念设计中技术创新是指由于现有产品不能满足用户的需求，激发设计者发现新事物、提出新思想，从而产生新颖的构思与创见。单纯的技术创新毫无意义，当技术与产品结合在一起，才会创造出其应有的经济效益。所以，产品设计初级阶段就要进行技术创新。

（二）创造性思维

创造性思维，是一种具有开创意义的思维活动，即开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动。要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。在工业设计中，设计人员要以感知、思维、思考、联想、理解等能力为基础，善于捕捉思维的闪光点，合理大胆的联想，这样才有可能设计出独特、新颖、有创意的产品。

（三）计算机虚拟现实技术的应用

目前，计算机辅助设计已经深入发展并得到广泛应用，如果仅仅依靠设计人员进行概念设计，将会制约它的进展和应用。为了充分发挥设计人员的创造性，将虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统，将概念设计和虚拟现实技术有效结合，利用丰富直观地交互手段，在虚拟环境中进行概念设计。如采用“头脑风暴法”进行方案创意，可以针对不同的用户需求，在不同的虚拟环境中融入体验设计思想，让用户可以体验修改模型的感受，从而根据用户的“真实”感受和建议，对模型进行更加合理的修改及完善，达到最优化的目的。

四、小结

产品体现着用户对某些功能的需求，产品设计的目的就是实现产品的功能，而功能的载体是产品的物理结构。作为设计者要驾驭物理产品结构与功能两者之间的关系，使其能更好的表达给用户。这就是概念设计所要解决的问题。概念设计是产品设计中最重要的一环，也是提高产品质量、降低成本和提高企业竞争力的主要手段。为改善我国工业设计落后、缺乏竞争力的被动局面，必须重视产品的概念设计。

参考文献：

[1]刘艳.浅谈工业产品概念设计[M].安阳：安阳工学院学报，2006，10（5）.3-4页.

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仿生设计理念起源于仿生学。这是把生物自然界的特点、原理应用于人类社会，解决人类问题的一门学科。仿生设计本质是对所有事物“形式”、“结构”、“颜色”、“功能”、“声音”等多方面的研究，将新方法新创意运用到设计中去，从而改变改善人们的生活。仿生设计研究的主要类别有形态仿生、功能仿生、结构仿生等。现代仿生设计由于其具有符合人们需求、独特的设计理念得到广泛的运用，而未来仿生设计将会秉承科学可持续的理念，探索和改善人与自然关系，促使人、自然和社会和谐统一，这也是仿生设计的发展趋势与最终目的。

一、仿生设计在工业产品设计中的应用现状

卢吉•科拉尼（德国著名设计师）曾说：“设计应该以大自然生命所呈现的真理为基础”，这句话显示出了自然界蕴含着无限的设计秘诀。而仿生设计就是人们长期研究探索大自然、学习模仿大自然的过程。经过经验的积累，通过科学家仿生学的相关研究理论，将仿生设计加入到工业设计中，以满足人们的精神需求和物质需求。[1]应用于工业产品设计的仿生主要有以下几个方面。

（一）形态仿生。一些设计师在设计过程中会借鉴自然界动植物的形态，从而获得设计的灵感与理念，形态仿生是从自然界汲取生物形态灵感并建立在视觉效应上的设计，让产品更加适应市场需求。小到我们日常的风筝、鼠标———仿造鸟类、老鼠的形体加以进化而成，大到车辆中模仿鲨鱼身体的流线型设计的宝马还有模仿甲壳虫形态设计的大众甲壳虫汽车。而在众多形态仿生设计中，根据不同的仿生方法与仿生程度，可以将形态仿生分为具象形态仿生与抽象形态仿生。[2]（1）具象形态仿生。具象形态仿生，顾名思义，就是直接模仿自然界生物的形象体态，设计出来的工业产品与此生物很相似，人们能直接轻易的辨别出来。当然，具象形态仿生并不是直接简单的仿照，而是运用夸张或者抽象的艺术手法对生物形态的特点进行归纳与概括，引起人们的联想与对产品的好奇心，使设计的新产品不仅要惟妙惟肖，而且要风格独到，具有创意。目前，具象形态仿生的例子更是数不胜数：2008年北京奥运会的鸟巢就是仿照真实的鸟巢而建；蜜蜂的蜂房已经被运用到许多领域，大小相同紧密相连的蜂巢连接在一起，具有节省材料、固定性强、空间占用少的优势，纸浆盒子就是模仿蜂房的构造用以运输包装禽蛋。（2）抽象形态仿生。抽象形态仿生也是模仿自然生物的形态，却不仅仅是直观的模仿，此类仿生无法轻易被认出，但是经过描述解释，人们还是能够迷糊的辨认出所模仿的事物的大致轮廓，这是抽象形态仿生的主要特点。在抽象仿生的过程中，设计者要对模仿的事物进行概括与归纳，充分提取其主要特征，运用各种艺术手法与设计方式对所要模仿的内容进行处理与加工，将其从生物整体抽离出来，保留所模仿事物的特点与神韵，提高艺术美感，增加产品本身的吸引力与创新力。抽象形态防生不局限于模块化，重点在于如何抽象化、抽象到何种程度。[3]例如：LGWD-N12410D滚筒洗衣机就是一款采用了抽象形态仿生设计理念的产品，该机器采用了仿生的鱼尾提升筋，洗衣机运行时提升器就像鱼尾板波动衣物，给予衣物柔和而有力的拍打力，洗净衣物的同时降低磨损度。形态仿生广泛应用于服装、包装、工业以及其他各方面。这类产品易于让人们接受的，同时又具有新奇的吸引力，艺术来源于生活，设计师根据日常观察到的现象与生物特征，加以联想、创新，最终通过模仿与改进制造出别具一格的产品。（3）意象形态仿生。意象形态仿生与具象形态仿生相似，都有对事物表面形态的模仿，但是此类仿生在对具体事物进行模仿的同时，还会赋予产品一种蕴含的含义与意境，人们通过产品的形态，不仅能够猜测出其所模仿的事物，而且可以体察出其中体现出来的内涵，所以，意象形态仿生不仅具有了所模仿生物的外在影子，还会让设计出的产品拥有一种特殊意象或者象征，这是仿生的高级阶段，对设计者的要求也很高，要求设计师不只拥有超凡的设计能力，而且还有多方面的知识及丰富的想象力。如此，设计师才能察觉所设计的产品与所模仿的事物之间的内在联系。例如：前面所提的奥运会“鸟巢”与水立方，两者结合充分体现出了“天圆地方”的中国传统文化理念。再有，文艺复兴时期，人体造像经常成为建筑的装饰，线条刚直的多立克柱往往象征男性，而相对柔美的爱奥尼柱则代表女子，两种柱经常出现于同一建筑中意味着阴阳平衡，天地合一，这些建筑修饰不仅仅使人联想起男女的形象，也代表了男性女性的性格特点，蕴含了特别的含义。

（二）功能仿生。功能仿生就是设计者利用生物的某种功能或者特性来制造工业产品。这需要科学家与设计师两者共同的努力。科学家要充分发挥自己特长，认准自己职能，将各生物的功能结构分析透彻、包括自然有机体的“形”、“色”、“音”、“动”和特征规律，认真研究总结成系统的理论，然后设计者通过掌握这些理论、结合市场需要来发明出实时的工业产品。当代工业产品设计不仅要满足质量与人们的使用需求，还要与人的精神心理相匹配。例如：光感闹钟，这是利用不同色彩具有不同功能，对人们心理产生不同影响的原理制造的。普通的闹钟是利用高分贝急促的声音叫醒人们，而此类产品是模仿天亮时分的色彩变化，利用慢慢变亮的鹅黄色柔光使人们渐渐适应周围环境，从而逐渐苏醒。设计师充分利用了视觉，制作出了符合人们生理要求适应人的生活经验的产品。

（三）结构与材料仿生。自然界生物除却外形和功能可以用于仿生之外，很多事物的结构也具有独特的用处，令人惊叹。例如前面所提到的蜂巢，除却可用于运输包装禽蛋之外，它的菱形结构不仅可以形成内部空间大的效果，并且蜂巢的材质质量轻，而且可以隔音。随着科技进步，人们生活水平的提高，现代生活对科技进步的要求也与日俱增，许多新的科技产品都需要新型材料———仿生材料就是新型材料类型之一。自然界许多生物存在天然材料，明显优于人造材料。科学家及工业产品制造者可以通过研究生物的特点特征，可以制造现在市场需求的材料。例如：人工冷光就是利用萤火虫发光制造。还有一种自清洁玻璃，是利用荷叶表面多尺度结构和表皮生物蜡的存在起到清洁的目的而制成。荷叶表面是由很多密集排列的突起组成，它们之间存在纳米级的微小的空隙，而在此之上还存在更为细小的突起，形成双重的结构突起。水滴在荷叶上极易滚动，与此同时带走尘埃细菌，利用此材料制造超疏水性自清洁玻璃，在冬季，这种自清洁玻璃还有很好的防结冰作用。

二、仿生设计的发展前景

仿生设计具有交叉性、创新性与商业性相结合的特点，结合现代设计的整体趋势，仿生设计未来的发展前景具有三种特点：人文与技术相互融合，宏观与微观齐头并进，自然与人工和谐并存。

（一）人文与技术相互融合。现代仿生设计来源于仿生学和设计学，带有两种学科的特点，所以总体来讲仿生作品可以分为两种类型：一种是偏向于技术层面、注重实用；另一种是偏于自然，注重人文。未来现代仿生设计的发展趋势会呈现适度技术、人文交叉的情景。例如：2015年设计师PedroSanin设计了一款沙漠温情灯，利用了沙子流动的特性，灯光是暖黄色的与细沙相映成辉，充分加入了人文元素，使人感到温暖与安逸。另外，还有新型的松树形、笋形的落地灯的设计，这是一种形态仿生设计，松树、笋形状的设计预示着勃勃生机、节节高升，非常有人文特色（如图1）。

（二）宏观与微观齐头并进。由于当代社会的发展，对仿生设计的需求越来越大，所以仿生设计不再局限于个别领域，而是在许多方面都有运用，把这些仿生原理与建筑学、机器人学、文化、娱乐等领域相结合。还包括文化仿生、产品界面仿生等。宏观与微观应用相结合，未来仿生设计会得到更广更全面的发展。例如，我国发明了一种高智能的仿人机器人，通过预算行为轨迹实现了机器人打乒乓球的突破。

（三）自然与人工和谐并存。现代设计的理念与思想重要的一点就是回归自然，保护自然。注重自然与人的和谐相处，使人类在物质与精神上都能接近自然、回归自然。例如：凯迪拉克Aera概念跑车设计的车门类似翅膀。在汽车设计中除了形态仿生之外，还有色彩防生。有一种丛林色彩汽车，就是因为设计者观察蝴蝶时发现变色蝴蝶，得到启发，运用特殊金属材料加入涂料，所以，从不同角度看汽车会有不同色彩，充分表达了人类向往自然、爱护自然的概念（如图2）。

参考文献：

[1]陈天超，韩松芸.工业设计中仿生设计的应用[J].河南科技，2014（01）：11.

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2当前职业高中工业产品设计教学中存在的问题

在当前职业高中工业产品设计教学中，更多关注的是产品设计课程的教学组织，这要求学生能够完成至少一个产品开发或设计任务。学生在产品设计中，主要包括市场调查、草图构思、设计表现，并最终制作成宣传版面等几个环节。在教学实践过程中常常会出现诸多问题。比如，在市场调查环节，学生对工业产品的使用环境、使用者、同类产品的造型、品牌及价格等各方面均进行了调查，但所有调查不够深入，仅浮于事物表面，缺乏必要的调查分析和思考过程，导致调查报告和工业产品设计的构思存在脱节问题，调查报告不能对设计构思予以实质性的指导，学生在工业产品设计完成之后再补做调查报告；在草图构思阶段，学生主要采用看图片资料、寻找灵感的方式开展设计，使产品设计缺乏理性思维的过程。这种全凭感觉、严重缺乏创意的设计难以取得良好教学效果；在设计表现阶段，多数学生太过专注于效果表现，在整个教学过程中，学生只重视了设计技能，而非良好设计思维的培养。

3职业高中高质量开展工业产品设计教学探析

为了取得较好的教学效果，在职业高中工业产品设计教学中，应以探索式教学为主线，使学生在教师引导之下进行发现式的学习，具体措施如下：

3.1不断优化工业产品设计教学的内容优化工业产品设计教学内容，关键在于合理化选题。结合学校所在地区的地方经济特色，通过合理化选题，引导学生开展全面而系统的设计课题研究，把系统化设计思维和理念融入日常教学活动当中，培养学生通过独立思考来解决问题的能力。通过与企业需求相结合的手段，使学生学会由市场需求和竞争、产品开发，以及企业的发展战略、工程技术、销售策略等角度开展工业产品设计。这样的设计课题与实践需求相呼应，更可能转为社会效益。

3.2切实丰富工业产品设计教学的方法首先，采用现场教学法开展教学活动。在进行教学设计时，应以教学内容节点要求为依据，让学生深入企业、市场进行全面的设计调查研究和参观学习，使学生获得真实的设计感受与体验。同时，学生通过实际动手操作，借助相关设备实现设计想法，填补自身对工业产品加工工艺知识的认知。其次，采用案例教学法。工业产品设计的实践性极强，在教学活动中，可借助当地地方经济特色优势，将教学活动导入到企业真实项目中，把刻板枯燥的理论知识融入到多姿多彩的真情实景中。通过真实、可触摸的现实案例，激发学生的学习兴趣。教师与企业设计师合作完成教学活动，更能让学生切实了解到市场和企业的实际需求，激励自我掌握工业产品设计技能及先进的生产知识。再次，讨论式教学法的运用不容忽视。采用讨论式教学法开展教学，要求教师与学生均做好充分的课前准备。教师应结合学生当前的认知水平与心理情感特点，紧贴教学目标与要求，选择具有一定的针对性和典型性讨论主题，并通过学生的合作讨论形成具有代表性的观点，进而产生更具价值性的问题，从而激发学生探索更广阔、更深层次领域的欲望。讨论法运用得当，能更好地发挥学生在教学活动中的主导地位。教师通过引导学生思考探究，并对讨论过程进行必要的监督与引导，能适时纠正错误、及时肯定和总结正确观点。

3.3不断完善工业产品设计的教学环节现代工业产品，具有更新换代速度极快，产品设计与制造周期相对较短的特点，往往几个月的时间新产品就会上市。而且，工业产品中塑胶件及冲压件较多，对整个产品工艺过程和质量控制要求也十分严格。对现代企业来讲，只有借助于工业产品设计的力量，方能开创出具有战略性价值的产品，从而提高市场占有率，提升企业的品牌竞争力。因此，在教学过程中，要不断完善和改进各环节教学活动。如进一步完善设计调查环节，通过学生实际调查深入了解和分析产品，得出工业产品设计的要素框架结构图，并以此结构图为基础着手开展设计，才能实现设计目标。

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0前言

在产品设计中，常见的设计方法是通过论证分析，得到产品的初步形态和参数，然后通过大量的实验进行性能测试，对产品进行逐步完善，是一种从无到有的过程。不过，这种设计方法的产品设计周期较长，而且成本偏高。最近几年，工业产品设计中提出了一种相对于传统正向设计的逆向设计，即从实物样本到数字模型的再设计和重构优化的过程，在提升产品外观质量，加快产品研发速度等方面有着良好的推动作用。

1逆向设计的具体流程

以某跑车油泥模型为例，对工业产品的逆向设计进行分析。模型参数为270mm×140mm，形状相对复杂，以油泥为主要材料，在外部喷涂有显像剂。GeomagicStudio软件支持曲面重构功能，软件本身在于其他三位软件进行数据的交互时，有着非常严格的要求，如果输出曲面无法满足设计需要，则需要在两个软件平台之间进行来回切换，而且无法实现实体及装配操作。与之相比，CATIA软件可以同时支持曲线以及曲面的逆向重构，本身多工作台混合式的建模环境决定了其不需要与其他软件进行数据信息的交换，逆向设计的基本流程为：在逆向设计中，首先需要利用三维激光扫描仪，对实物模型进行扫描，得到产品的各项参数，构建数字化模型，然后运用GeomagicStudio，对得到的数据进行预处理，向CATIA输送stl文件，开展曲线和曲面的重新构筑，生成CAD模型，为产品的优化设计和改进创新提供必要的支撑。

2模型数据获取及处理

在对实物模型进行扫描时，一般都会用到扫描仪，常用的包括激光扫描仪和光学扫描仪，这里选择ZS－canner600型三维激光扫描仪进行模型数据的获取。在实际操作环节，需要首先为模型贴上相应的标记点，其位置可以随意选择，不过必须确保以此扫描能够扫到至少4个标记点，可以通过制作辅助板的方式来配合标记点的粘贴。标记点粘贴完成后，在设置界面将扫描仪的扫描方式选择为“ScanPositioningTar－gets”，确保一次扫描能够将辅助板和模型上尽可能多的标记点扫描到，模型与辅助板的相对位置不变，根据扫描到的最初4个定位点，确定相应的坐标系。之后，将扫描方式更换为“ScanSurface”，在距离模型20－30cm左右的位置，确保可以清楚的看到激光线，然后保持扫描头匀速移动，使得其可以扫描到至少4个点。扫描过程中对于模型的放置并没有明确的要求，可以随意放置，通过调整视图来对扫描的结果进行观察，待模型全部扫描结束后，将数据进行归集，以stl格式的文件进行输出。这种扫描方式的操作相对简单，可以得到相对完整的模型数据，不需要进行数据的拼接，扫描效率可以保证。将扫描得到的stl文件输出到GeomagicStudio软件中，在菜单中选择“断开组件连接”，可以从所有点中选择与多数点云存在一定距离的点；而选择“减少噪声”，则可以减少扫描环节的噪声点，使得点的排列更加平滑。在数据预处理环节，GeomagicStudio还可以对模型的坐标系进行对其操作，为后续的模型重构奠定良好的基础。具体来讲，应该首先构建两个相互垂直的平面，将平面与全局模型的某个面进行对应，然后点击菜单中的“对齐到全局”，选择XY平面，然后浮动选择某个平面，通过“创建对”选项来创建匹配对。在显示中打开“全局坐标轴”，结合不同视图，能够对物体的位置进行查看，从而对坐标系摆正的准确性进行判断。

3基于CATIA平台的产品逆向设计

3．1数据输出与处理

以GeomagicStudio进行预处理后，可以得到模型的点云数据，利用CATIAV5的逆向点群编辑模块，可以对点云进行分析和处理，实现过滤与降噪。考虑模型本身的对称性，可以截取一般的网格面进行数据后处理。

3．2曲线构建

从跑车曲面的整体走势出发，配合曲率分析等相关工具，可以将模型分割成若干大的曲面，为后续的优化设计提供便利。曲线的构建保罗了特征线创建、点云截面线创建以及边界线创建三部分，在CATIAV5中，特征线的提取方法多种多样，比较常用的包括3D曲线、平面交线、曲线投影、交线曲线等，这里主要选择曲线投影和3D曲线来对模型外表面的线架进行创设。在进行曲线的构建时，对于不同的区域，应该采用不同的方法，创建不同的特征线，如果曲线较为复杂，则应该适当增加特征线提取的密度。部分曲面的特征线架构如图1所示。

3．3曲线分析

在完成线架构的创建后，需要做好相应的光顺性检查，其主要目的是找出其中存在的坏点，在去除坏点的同时，也可以对曲线中的部分数据点进行修改和调整。可以打开CATIA自由曲面模块，选择其中的曲率分析工具，对曲线的曲率分布情况进行检查，利用长度不同的线段对曲线上的曲率分布状况进行表示，并以此确定曲线的光顺性。对照曲线曲率分布可以看出，构建完成的曲线在曲率上的变化相对均匀，不存在明显的拐点，符合光顺性的要求。而在充分保证曲线光顺性的前提下，还需要针对曲线的精度进行研究和分析。利用软件中附带的距离分析工具，可以对跑车模型中线的精度进行分析，分析结果显示，曲线的足最大误差为0．87mm，可以满足模型重构对于精度的要求。

3．4曲面重构

对于一个工业产品，其外形非常重要，影响着消费者消费体验。产品外观数字模型的构建通常是利用多个曲面，经延伸、过渡以及裁剪、合并后形成的，在这种情况下，每一个曲面的构建在逆向设计中都发挥着不容忽视的作用，其不仅需要能够满足光顺性以及精度方面的要求，还必须可以与相邻的曲面实现平滑连接，减少突兀性。事实上，不同的平面有着不同的特性，其生成方式也各不相同，如果单纯的采用某一种曲面的生成方法，想要实现对模型的重构是不可能的。因此，在曲线创建环节，需要将收集到的点云分割成若干份，根据每一份的特点，选择恰当的曲面生成方法，才能构建出满足相关要求的曲面。如果曲面的曲率变化较为均匀，可以利用CATIA软件中的四点缀面进行曲面的构建；反之，如果曲面的曲率变化不均匀，可以利用CATIA软件中的逆向曲面重构模块，选择其中的最佳拟合曲面功能，进行曲面的构建。

3．5质量评价

对曲面的精度进行检验，所得结果如图2所示。结合图2分析，本文构建的曲面与网格面之间的距离在0．001mm到0．986mm之间，误差值存在于允许范围内，表明重构曲面能够满足工业设计的要求。在对曲面的质量进行评价时，比较常用的方法包括曲率梳、斑马线、反射线、高光线等，以斑马线为例，其分布状况见图3。从图中可以明确，在面积较大的区域，斑马线的分布相对均匀，这也表明曲面光滑性良好，而在连接过渡区域，斑马线整体呈S型分布，可以满足G2连续的要求，因此从整体分析，重构得到的曲面在质量上能够满足设计需求。

3．6优化设计

在进行逆向设计的过程中，最为关键的环节，是曲线曲面的构建以及质量分析，一旦产品的曲线和曲面完成了重构，也就标志着可以以此为依据，针对工业产品进行重新设计，设计的对象不仅包括了产品的外形，还包括了整体的功能创新，以本文提到的跑车为例，基于重构模型，可以对车轮、标识、车窗、后视镜等细节进行优化设计。例如，跑车模型原本的车轮是对柱体进行简化后形成的，整体缺乏真实性，从强化跑车整体效果的角度，可以利用CATIA装配设计工作平台，对跑车的四个车轮进行优化设计，提升模型的真实性。

4结语

逆向设计是相对于正向设计而言，可以参照实物模型，通过数据采集和曲面重构，得到全新的数字化模型，从而对产品进行改进以及优化设计。本文提出了一种有效的模型点云数据获取及处理的方法，配合GeomagicStudio和CATIA，针对某跑车进行了逆向设计，结合曲线的光顺性检查和精度检查，以及曲面的精度与斑马线分析，得到了有效的分析结果，实践证明，本文提出的工业设计产品逆向设计方法有着良好的实用性，值得进行推广。

参考文献

［1］杨艳红，钟相强．工业设计中产品的逆向设计方法研究［J］．机械设计，2013，30（10）：102－105．

［2］李雄．基于Alias的逆向工业设计实践研究［D］．太原：太原理工大学，2012．