计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势.doc
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计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势 1 引言 90年代以来,随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展,世界经济格局发生了巨大的 变化,逐步形成了一个统一的一体化市场,经济循环加大、加快,市场竞争日趋激烈.同 时,工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品方向发展,技术含量 大为增高;社会的消费观念也不断发生变化,产品的功能已不再是消费者决定购买的最 主要因素.产品的创新性、外观造型、宜人性、环保性等因素愈来愈受到重视,在竞争中 占据突出地位. 这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程 等的设计提到一个新的高度,从而也迫切要求对工业设计的研究能有进一步的突破,以 提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力. 正因如此,对于工业设计领域的研究逐渐受到了国内外学者的关注.特别是近几年来,随 着计算机软硬件技术的日新月异,计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体、虚拟现实 等技术的发展和CAD/CAM应用的逐步深入,现代工业设计理论与方法的研究有了长足的进 步,计算机辅助工业设计(Computer Aided Industrial Design,CAID)技术已成为CAD/CAM、先进制造与自动化技术领域的研究热点. 2 计算机辅助工业设计内涵 2.1 CAID基本内涵 计算机辅助工业设计——CAID,即在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下 ,进行工业设计领域的各类创造性活动.它是以计算机技术为支柱的信息时代环境下的产 物.与传统的工业设计相比,CAID在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发 生了质的变化. 计算机辅助工业设计技术,是计算机辅助工业设计系统的内部支撑技术.由于工业设 计是一门综合性的交叉性学科,涉及到诸多学科领域,因而计算机辅助工业设计技术也 涉及到了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、优化技术、模糊技术、 人机工程学等信息技术领域.广义上,CAID是CAD的一个分支,许多CAD领域的方法和技术 都可加以借鉴和引用. 2.2 CAID与创新设计 创新是工业设计的灵魂. 以知识为基础的产品创新竞争是21世纪初全球制造业竞争的核心.一个新产品在功能、原 理、布局、形状、结构、人机、色彩、材质、工艺等任一方面的创新,都会直接影响产 品的整体特性,影响产品的最终质量和市场竞争力. 当前,关于产品创新原理、创新设计技术等的研究已成为CAD、CIMS领域的一个研究焦点 .创新设计是CAID研究的一项重要内容.只有在创新设计的研究上取得突破性进展,才能 使CAID的研究迈上一个更高的台阶. 3 计算机辅助工业设计技术发展状况 当前,国内外CAID的研究主要集中在计算机辅助造型技术、CAID中的人机交互技术、智 能技术以及新兴技术的应用研究等方面.以下分别对这4个方面作一综述,并介绍当前一 些著名的CAD/CAM/CAPP商品化软件中的工业设计模块. 3.1 计算机辅助造型技术的研究 计算机辅助造型技术经过20多年的探索,已发展到特征造型和参数化、变量化设计阶段 ,为实体模型向产品模型的转化铺平了道路.同时,CIMS、并行工程、虚拟制造等设计制 造模式的发展,使得产品模型必须实现全生命周期中的信息共享、各种模型数据的转换 和网络传输等问题.这些都对计算机辅助造型技术提出了更高的要求. 在CAID技术领域,计算机辅助造型技术的研究主要体现在造型的自由曲面设计和草图 设计等方面. 自由曲面设计 产品外形自由曲面设计的研究是CAID的一个重要内容.采用曲面特征设计[1,2](Sur face Feature Design)是自由曲面设计的一个重要发展.曲面特征设计包括了3部分,即基本表面、移 动特征和串通图形. 草图设计 草图设计技术是随着实体造型技术的发展,为满足工业设计师传统的手绘习惯而发展起 来的造型技术.它是用来弥补传统CAD系统与工业设计之间鸿沟[3]的有效手段.该技术 的重点在于2个方面:一是设计过程中的人机交互技术,即设计系统如何有效地模拟设计 手绘;二是草图重建技术.当前,国内外已建立了一些基于草图的CAD系统[4-6]. 3.2 CAID中人机交互技术的研究 人机工程技术研究的真正兴起、并有组织地进行仅为数十年的历史.当前,人体标准数据 库、三维人体模型以及一些人机设计系统、评估系统已得到广泛应用.在CAID技术领域, 人机交互技术的研究主要体现在人机界面技术和虚拟仿真技术等方面. 人机界面技术 随着计算机技术尤其是多媒体、虚拟现实等技术的发展,人机交互的界面已发生了巨大 变化.当前,人机界面模型[7]、虚拟界面[8]、多用户界面[9]、多感官界面[10 ]是人机界面技术的几个重要研究方向. 虚拟仿真技术 通过计算机软硬件系统的虚拟仿真,可以有效
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