计算机在产品设计的应用

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摘要：通过在产品设计中引入计算机技术，不仅能够大大提升产品功效，而且其开发周期也得以大幅缩减。在产品设计的各环节，包括调查、分析、定位等由于有了计算机技术的应用而更加便捷，而且计算机技术也在产品设计的草图、效果图、模型制作等各环节都发挥着重要的作用。无论是产品设计的前期市场调研、还是工厂加工等方面，都可以通过计算机展开科学的组织与运营。本文重点就计算机在产品设计中的应用展开论述，包括产品设计的前期调研、设计定位，产品的外形设计、动力学仿真以及展示设计多个方面，同时还对产品设计中常用的计算机虚拟现实技术做了简要介绍。

关键词：计算机；产品设计；应用

通过在产品设计中引入计算机技术，不仅能够大大提升产品功效，而且其开发周期也得以大幅缩减。在产品设计的各环节，包括调查、分析、定位等由于有了计算机技术的应用而更加便捷，而且计算机技术也在产品设计的草图、效果图、模型制作等各环节都发挥着重要的作用。无论是产品设计的前期市场调研、还是工厂加工等方面，都可以通过计算机展开科学的组织与运营。计算机在产品设计中的应用涉及到多种学科知识，包括工程设计、计算机科学、社会学、协同学以及相关的基础理论与技术支持等等[1]。计算机设计的理论基础为计算机在产品设计中的应用提供理论支持，技术支持使得计算机在产品设计的系统实施、支撑环境等方面提供切实可行的技术方案。在对计算机在产品设计中的应用研究中，除了应该注重设计环境的优化，还应该加强对产品设计的内在特征与机理提高重视。

1产品设计的概念

1984年出版发行的《EngineeringDesign》一书中，首次提出了产品设计的概念，并将其过程分成任务的明确、概念设计、具体设计以及详细设计这四个环节。该书中对于产品设计的定义如下：源于技术和艺术，充分运用造型与艺术原则实现所需要的功能，通过对于设计过程中的不断分析、修改、调整，确保其能够与人、机器以及环境的互动界面相适应。在产品设计的整个过程中，能够从产品生命周期中各阶段的要求出发，对产品进行功能创作与分解，并对产品的功能及子功能作出结构设计与系统优化，使得产品设计达到一种最优的效果。

2计算机下的产品设计

随着计算机技术的普及和发展，计算机在产品设计中的应用已经非常普遍。但是，在计算机下的产品设计中，CAD系统的研发初衷并不是产品设计，虽然现代的主流设计软件例如3DMAX等，都可以形成复杂而准确的三维模型，加之CAD系统中的约束性条件，使得CAD处于产品设计方案定型后的辅助绘图工具，并没有发挥真正意义上的产品设计功能。面对如此情况，未来计算机产品设计软件应该以计算机辅助智能化设计以及专家系统为基础进行发展。具体而言，主要包含以下几个方面：第一，增加三维或者多维交互功能，全面提升概念设计阶段的人机交互效率[2]。第二，确保CAD系统能够在产品设计阶段参数不完整的情况下展开产品设计。而且待详细结构设计完成以后，无需重新建模，通过直接修改便可以使用，并不会对设计效率及周期产生影响。第三，应该同时满足设计者脑海中关于产品概念的需求及其直接参与CAD建模的需求。新的系统应该力求操作简洁、易于交互，从而为设计者集中精力展开创新创造条件。

3虚拟现实技术简介

该技术指的是通过对三维图形生成、多传感器交互等一系列以计算机为基础而发展起来的技术的综合应用，从而形成具有真实效果的多维虚拟环境，然后通过专业化视觉、听觉以及触觉等各种感知设备的应用，为用户创造出一个虚拟的空间，保障用户在这一空间中能够和其中的人或者物展开适时交流，使用户产生一种和真实环境类似的感受和体验。

4计算机在产品设计中的应用

随着现代计算机技术的应用与普及，各种软硬件技术、图形学、虚拟与仿真技术也得以飞速发展，并且在产品设计中得到了良好的应用。此外，CAD技术以及RPM等技术的应用，极大推动了先进设计理论与方法的发展。由于虚拟现实技术的交互性推动了计算机辅助设计的发展，将产品设计产业推向了新的发展阶段。

4.1计算机在课题和产品设计定位环节的应用

对于产品设计过程而言，其设计定位环节的主要任务在于对整体设计方案的提出、制定开发目标，并在此基础上展开信息调研和分析工作。通过在产品设计定位中引入计算机技术，设计师的工作被大大简化。设计师在以往设计环节中繁琐的工作被抛弃，他们只需要提出调研思想、对分析方式作出判断，选择定性或者定量分析，在调研问卷的制作过程中，可以充分运用计算机办公软件中的Word功能，在调查结果的分析中，可以通过Access进行分析，筛选出有用数据，并将这些信息整合，生成数据库系统，从而便于后期的检索与查询，在数据的分析计算中，可以利用办公软件的另一大功能———Excel，根据数据统计生成用户所需的各种图表，非常方便，而且计算准确。在数据分析中，除了能够使用办公软件中的各种组件，还可以利用其他的分析软件，如SPSS等。在产品设计中，注意到其核心内容始终围绕用户需求而展开，因此，无论是引入计算机技术，还是展开其他方面的变革，它的最终目的便是，迎合人类越来越高的需求，为人们生产生活方式指明方向。和以往那种落后而又粗略的人工信息调研方式相对比而言，通过计算机的应用，现代新型的调研方式更能够满足产品设计师的要求，有利于产品设计师能够更深入、更准确地了解人们需求，从而使得产品设计能够紧紧围绕设计的核心目标而展开。

4.2计算机在产品设计环节的应用

4.2.1产品外形设计

随着现代市场竞争激烈化程度的加深，各厂商为了提升自身竞争力，都纷纷加大了对产品研发设计的投入，积极探索产品设计的新思路、新方法，而且推动了研究成果向生产力的转化，将新产品迅速推向市场。通过计算机中的绘图技术在产品外形设计中的应用，做到了对产品外形设计过程中的随时修改、评测。近年来，计算机技术中的虚拟现实与仿真技术由于能够为用户带来逼真的视听效果，而受到了普遍欢迎，而且在产品的设计过程中发挥着重要作用。通过三维造型软件，例如3DMAX，Pro/E等，完成对数字模型的创建，或者利用三坐标测量仪进行直接测量，得到点云数据之后，然后将其拟合，最终得出三维模型。以上通过计算机对产品设计模型做出反复修改、分析的过程，将产品设计的工作量降低到传统设计中的二分之一。此外，在产品外形设计过程中，还能够根据不同用户的需求，在计算机软件所营造的虚拟环境下，让其感受到产品外观的质感、色彩、风格等等，将最真实的产品外观以虚拟的形式加以呈现。

4.2.2产品的动力学仿真

在对新产品的设计时，必须对解决好运动构件工作中的运动协调关系、运动范围以及产品的动力学性能等问题，包括强度以及刚度两个方面，这些都离不开计算机的作用。计算机图形图像学技术支持下的虚拟现实技术为可视化的实现提供了强大的界面，将以CAD为基础建立起的三维模型做出有关功能、几何、加工与装配等多方面的交互性修改。同时还可以动态查看产品装配的一切运动过程，也能够实现对运动零部件的动态检测，科学评价各零部件之间的比例关系。

4.2.3产品的展示设计

通过计算机三维动画或者虚拟现实技术设计的产品广告，其展示推广效果非常强烈，除了能够全方位展示出产品的外观，而且也能够将产品的内部结构、装配过程以及使用方法等多方面进行展示[3]。此外，通过新技术的使用，能够有效合成虚拟环境，确保用户能够在这一环境中漫游、选择合适的观察点及方向对场景进行实时计算。还可以通过快速、低价的以影像合成为基础的虚拟环境来完成对主场景的营造，并且与计算机绘制的虚拟模型相融合，实现互动式交互[4]。通过现代计算机互联网技术，对产品进行介绍，具有直观、生动的特点，全面提升广告的效果，更为直观便捷地和使用者进行互动。

5结论

综上所述，在产品设计环节引入计算机技术可以说是产品设计发展史上的一次标志性变革。计算机在产品设计中的应用，需要系统的理论研究在做支撑，同时，广大产品设计以及计算机工程师们的重点研究方向之一便是对系统理论的研究。随着计算机在产品设计中的应用而产生的新设计技术主要包括：在虚拟环境中定义3D约束、交互设计、手绘草图、零部件的物理性能等等[5]。相信在未来，伴随着新技术的发展以及产品设计理论的更加丰富，制造业市场竞争日趋激烈的形势下，计算机在产品设计中的应用必定会获得有力发展，并且随着和当前CAD系统的融合，必定会形成一个完整高效的系统，并在产品设计领域得到普遍应用。

作者:聂永涛 单位:黄河科技学院附中

参考文献

[1]古丽巴努•阿不来提.试论通信电子线路中的EAD技术[J].电脑知识与技术,2016,12(2):174-175.

[2]吴冷杰.计算机辅助设计是现代陶瓷产品设计发展的必然趋势[J].中国陶瓷,2005,41(1):9-11.

[3]沈学利,张纪锁.工业产品设计建模方法的研究[J].信息技术,2010,(6):223-225.

[4]周雪琴.计算机在产品设计中的应用[D].武汉：湖北工业大学,2010.

[5]尹碧菊,李彦,熊艳等.基于概念设计思维模型的计算机辅助创新设计流程[J].计算机集成制造系统,2013,19(2):263-273.