三维CAD技术在产品开发设计中的应用（一）
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发布时间：2006/1/25 20:13:21 点击数：6426
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三维CAD技术在产品开发设计中的应用（一）
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为了有效的解决造型设计与后续的工程设计、制造环节相脱节的问题,提出了一种在产品设计过程中采用Pro/Designer与Pro/Engineer无缝连接的方法,为工业产品造型设计与后期的工程制造的连贯开辟了一个新的途径,其设计流程的过程为产品设计系统化提供行之有效的措施,从而缩短了产品设计开发周期,实现了产品造型设计的系统化。
引 言
产品的造型设计是一种与艺术、人文、历史、及自然等相结合的设计,这种设计宜用专门的图像设计类的软件,如Coreldraw,Photoshop,Painter,3DSMAX,ALIAS等。这类软件通常是无太多的数据限制,比较自由、随意。产品造型设计一般由艺术类的造型设计师来承担。
产品的结构设计是一种严谨的设计。它要求数据准确,符合国家或国际标准,产品的每个尺寸及公差都是以数据为基础,不可差之毫厘。这种设计是采用专门用于产品结构设计类的软件,如:AutoCAD,UG,Solidedge,Pro/ENGINEER,SolidWork等来完成。尽管目前一些高端的设计软件,已经具备了产品复杂造型的设计与渲染功能,但要艺术类的设计师掌握并运用这类软件,至今还不是一件容易的事。所以从事结构设计的设计师们大都是机械工程师出身,设计的思维与方式完全不同于造型设计师,他们思维是一种完全符合机械设计标准的设计思维方式。
那么,两种设计将如何在产品的设计中得到结合,且得到较好的结合,并且更好地完成从设计到加工程序的转换?成为我们进行产品设计所要考虑的问题。
1、CAD技术应用于产品设计
作为工程技术与美学艺术相结合的一门新科学——产品造型设计,是现代工业产品设计中的一种现代设计方法。它来源于社会的物质生产,与人类的工业性生产活动和日常生活紧密地结合在一起,随着人类物质生活和文化艺术水平的提高,产品造型设计渗透到社会的各个方面,从家庭日用品、家用电器、家具等,到各类生产设备、仪器仪表、办公用品及各类交通工具、公共设施等,产品造型设计已经成为现代工业产品设计中不可缺少的重要部分。合理美观的造型设计可以在市场竞争中吸引更多的用户,争取市场的占有率,创造更多的经济价值。具有良好的外观形态、宜人的色彩、舒适的表面质感的工业品可以美化人们的生活和生产环境,丰富人们的精神要求,提高生产效率[1]。
传统的产品造型设计,一般是在市场调研,制定需求表之后,先展开平面简图的构思,形成稍微完整的方案之后,开始绘制三维简图,完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过程中,需要工程技术人员、产品造型人员与工人的通力合作,用样品实物模型来表达设计者的构思,但对每一种方案都制作实物样品,要付出大量的劳动,还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题[2]。
计算机技术的发展,带来第三次技术革命浪潮,计算机辅助设计(computeraideddesign,简称CAD)技术则是计算机在工业领域应用中最为活跃的一支。它集数值计算、仿真模拟、几何模型处理、图形学、数据库管理系统等方面的技术为一体,把抽象的、平面的、分离的设计对象具体化、形象化,它能够通过“虚拟现实”技术把产品的形状、材质、色彩,甚至加工过程淋漓尽致地表现出来,并能把产品的设计过程,通过数据管理,实现系统化、规范化,这正是工业设计与CAD技术必然结合的基础所在。
2、CAD技术对产品设计的影响
计算机辅助技术和手段用于产品设计,不但拓宽了计算机应用领域,同时也对传统的设计观念和方法产生了很大冲击。具体体现在产品设计上可以概括为几个方面。
2.1 设计表现展示向“无纸笔化”转变
计算机辅助产品设计,不需要各种各样的尺、规、笔、纸等传统工具,电脑的操作平台提供了用之不尽的空间,表现的实施过程就是鼠标的点击与键盘的操作,复制、修改等从前繁杂的工作瞬间即可完成,而且干净、简单、高效。数字化仪与手写板的出现和普及,更使得设计在创意草图阶段也可以脱离纸笔手绘的传统模式,从而形成彻底的“无纸笔化”设计。
2.2 设计方案交流方便快捷
网络的发展拉近了人与人的距离,在计算机网络中,设计者与委托方之间,可以更加方便地交流设计观点,而且可以在任何地方在第一时间与对方交流。另外,可以通过网上的资源共享,进行分工合作。
2.3 整体设计程序更具灵活性和高效性
在计算机上,产品的创意方案可以通过快速的三维建模、渲染,实现立体设计,并且在形体感觉、形态调整、色彩、肌理等方面进行随时的改变调整,传统的效果图失去了原有的地位。设计中,大量的时间、精力可用在分析、评价、调整上,使传统的设计程序在侧重点上有了变化。同时,计算机的内容都是数字化的,文件复制没有任何损失,这样对同一设计,其他人也可共享,设计任务也可分阶段、分人、分地点完成,大大提高了工作效率[3]。
2.4 产品开发周期缩短、设计成果更为真实可靠
工作效率的提高使产品开发周期明显缩短,计算机辅助制造使样机的制作周期也大大缩短。计算机辅助设计的结果具有真实的立体效果和质量感,尤其是数字技术的迅速发展,使虚拟现实成为可能,计算机虚拟现实技术能使静止的设计结果成为虚拟的真实世界,人置身于真实的产品模拟使用环境中,以检验产品的各方面性能。
计算机辅助产品设计中,产品的生产工艺过程也可以通过计算机模拟出来,由此可以极大地增强生产计划的科学性和可靠性,并能及时发现和纠正设计阶段不易察觉的错误。
2.5 设计仿真和设计检验
利用CAD系统的三维图形功能,设计师可在计算机屏幕上模拟出所设计产品的外形状态,在设计之初就对产品进行优化这样就不但可使产品具有优越的品质、最低的消耗和最漂亮的外观,而且在新产品试投产前,就可以对其制造过程中的结构、加工、装配、装饰和动态特征做到恰如其分的分析和检验,从而提高了产品设计的一次成性。
2.6 设计与制造的紧密结合
CAD的设计数据既可用于设计仿真CAE(计算机辅助工程),也可以通过数据传输系统与数控加工设备联结,将设计数据直接用于产品零配件的加工,即CAM.计算机辅助设计CAD的引入可自动完成从设计到加工程序的转换[4]。
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