计算机辅助工业设计

计算机辅助工业设计(Computer Aided Industrial Design; CAID)

　　CAID是采用计算机进行设计的CAD(Computer Aided Design)的一种，特别是指能够进行包含设计的系统。普通的CAD工具主要是用来进行制作产品内部零部件设计图的制图等,而CAID工具主要着眼点开发设计全体的形状和外观。它装载了面向工业设计的建模功能，以及绘制完整图象的功能等。

　　CAID是指以计算机硬件、软件、信息存储、通讯协议、周边设备和互连网等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息离散化表述、扫描、处理、存储、传递、传感、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。

　　CAID，即在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下，进行工业设计领域内的各种创造性活动。与传统的工业设计相比，CAID在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。

　　CAID以工业设计知识为主体，以计算机和网络等信息技术为辅助工具，实现产品形态、色彩、宜人性设计和美学原则的量化描述，从而设计出更加实用、经济、美观、宜人和创新的新产品，满足不同层次人们的需求。

　　CAID主要包括数字化建模、数字化装配、数字化评价、数字化制造以及数字化信息交换等方面内容。数字化建模是由编程者预先设置一些几何图形模块，然后设计者在造型建模时可以直接使用，通过改变一个几何图形的相关尺寸参数可以产生其它几何图形，任设计者发挥创造力。数字化装配是在所有零件建模完成后，可以在设计平台上实现预装配，可以获得有关可靠性、可维护性、技术指标、工艺性等方面的反馈信息，便于及时修改。数字化评价是该系统中集中体现工业设计特征的部分，它将各种美学原则、风格特征、人机关系等语义性的东西通过数学建模进行量化，使工业设计的知识体系对设计过程的指导真正具有可操作性。比如生成的渲染效果图或实体模型，可以进行机构仿真、外型、色彩、材质、工艺等方面的分析评价，更直观且经济实用。数字化制造是在数字化工厂中完成，它能自动生成自动识别加工特征、工艺计划、自动生成NC刀具轨迹，并能定义、预测、测量、分析制造公差等。数字化信息交换是基于网络，使该设计平台能够实现与其它平台的信息资源共享。

　　CAID系统是按照系统工程的思想，以工业设计理论和方法为指导的智能型创新性的产品开发设计系统。首先是利用各种信息，在CAID系统平台里利用真实感造型设计系统进行形态设计、色彩设计、材质设计和人机设计等方面的语义设计，然后在数字装配系统中实现数字化装配，在综合评价系统中进行美学、语义学等方面的分析评价，提出产品造型方案。最后将最终方案输出到加工设备，加工出产品，投放到市场，之后再收集有关信息，反馈到CAID平台，实现再设计。这种方法利用网络和其它平台相连接，使设计人员从一开始就考虑到产品生命周期的所有环节，把设计、制作、使用等方面合理组织起来，及时解决不同环节之间的冲突，充分调动了所有人的积极性和创造性。

　　计算机被普遍应用于工业设计之中,CAD成为工业设计不可缺少的手段。当前,世界上大型的CAD/CAM/CAE软件系统如Pro/Engineer、EDS UnigraPhics、EUCLID、Autodesk、Solidworks等都提供了有关产品早期设计的系统模块,它们称之为工业设计模块、概念设计模块或草图设计模块。

　　Pro/EngineerPro/Engineer包含一个工业设计模块Pro/Design,用于支持自上而下的投影设计,以及在复杂产品的设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括用于产品设计的二维非参数化装配布局编辑器、用于概念分析的二维参数模型的布局以及用于组件的三维布局编辑器。

　　EDS Unigraphics EDS Unigraphics从V13版本后推出了概念设计WAVE(Whatif Alternative Value Engineering)技术,它为协同概念设计提供了强大的技术支持,使不同部门的工程师在设计的早期阶段就可以站在系统工程的角度,同时针对多种可选的设(Associative Control Structure)中去,可使设计师十分有效地控制各种设计变更。此外,WAVE也支持"概念设计到详细设计工程"(Conceptto Detail Engineering),即先作出设计决策 ,然后设计细节。

　　Internet Intranet环境下的工业设计系统的研究，国内还主要在一些高校和科研院所进行。香港大学机械系在Internet上构建了一个基于Web的远程设计系统,用于花瓶的造型设计，西安交通大学CIMS研究所构建了一个远程协同工作原型系统,解决远程设计用户共享设计工具的问题,它可以通过Internet让远程用户使用研究所的Solidwork、ProE、MDT等专业设计平台。四川大学CAD/CAM研究所构建了凸轮远程协同设计系统,让用户能够通过Internet对凸轮运动机构的轮廓面进行设计,此系统发布在四川大学制造学院的网站上。但这些系统距离实用化都还有一定的距离。

　　CAID系统中的信息可以分为数字信息和非数字信息两大类。数字信息都是可以交换的，而非数字信息是暂时不能交换。其中的数字信息有：产品造型的尺寸结构、色彩、材料、人机标准尺度、符合规范的标准化设计等，多数涉及产品或人的生理和物理属性。而其中的非数字信息有：对美感的评价、产品的创意、色彩或形式带来的心理反应等，多数涉及人的心理属性，是复杂多变的。数字信息是非数字信息的一种表现，是容易用数据表示并用计算机来描述的，而非数字信息目前只起到辅助的作用，按照工业设计以人为本、强调创意、张扬个性的发展趋势来看，非数字信息应该是CAID系统的基础，因此目前的CAID还存在技术上的局限性，在对CAID的研究中有望发展智能型的专家系统，帮助人们进行创意型设计，使非数字信息不断数字化，这样在未来的设计中可以实现设计者与使用者的互动，或者完全实现设计的DIY。