工業(yè)設計創(chuàng)新模式應用研究

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摘要：本文通過數(shù)字技術虛擬性的方式、方法、途徑的理論性研究，基于數(shù)字化技術的多感知性、交互操作性、對現(xiàn)實事物關系、活動、認知的實際模擬性，通過數(shù)字技術（如：VR技術、AR技術、3D成像技術等）虛擬工業(yè)設計在設計流程、設計管理、制造加工、設計體驗、設計服務等事件的實際情景，實現(xiàn)工業(yè)設計的設計與制造的多樣化信息交互，提高產(chǎn)品設計方案的合理性和可行性，為工業(yè)設計設計、制造、研發(fā)的創(chuàng)新開辟一種新型的理念與模式。

關鍵詞：工業(yè)設計；數(shù)字虛擬；創(chuàng)新模式

1國內外數(shù)字虛擬技術下工業(yè)設計模式研究現(xiàn)狀

信息時代下的數(shù)字技術已成為西方各個國家工業(yè)設計的主要設計與制造模式的創(chuàng)新驅動力之一，并已形成了較為充實的理論依據(jù)與指導。美國和德國這些工業(yè)信息化、工業(yè)設計產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)達國家最早開展了數(shù)字化的現(xiàn)代設計與制造模式，例如：美國的哈佛大學設計學院運用數(shù)字虛擬技術在工業(yè)設計領域展開了動態(tài)雕塑設計、交互空間設計數(shù)字參數(shù)化建筑設計、動態(tài)視覺信息設計等多種類型的數(shù)字設計與制造創(chuàng)新形式。與此同時，歐洲各國不僅將數(shù)字虛擬技術運用到了工業(yè)設計領域，還運用到了醫(yī)療、軍事、工業(yè)制造等各個行業(yè)領域。我國數(shù)字虛擬技術與國外相比，雖然我國在數(shù)字技術方面制定了相關的政策扶持、發(fā)展規(guī)劃、研究計劃，尤其在數(shù)字虛擬技術方面受到了多家國家自然科學基金委、九五規(guī)劃、國家高新技術研究發(fā)展計劃的高度重視，并將其置于學科研究的重點，并逐步在各行各業(yè)進行試驗性的實施。但是在數(shù)字虛擬技術的應用方面呈現(xiàn)出起步晚，發(fā)展較為緩慢，資金注入不滿足需求，理論指導不強，形式單一，系統(tǒng)性弱，技術受限等問題與薄弱環(huán)節(jié)。

2工業(yè)設計與數(shù)字虛擬技術應用的功能關系

工業(yè)設計是人類以滿足物質功能需求和審美情感需求為目的，進行設計要素的構思和策劃，通過借助材料媒介及制作工藝，采用創(chuàng)新的藝術表現(xiàn)手法，將設計構想實體化，將技術與藝術完美融合，創(chuàng)造實用與美感于一體的產(chǎn)品，更好地滿足使用者與社會的需求。然而由于專業(yè)涉及內容范圍廣，受影響因素多，設計與制造的環(huán)境復雜。因此，在我國工業(yè)設計設計、制造、流程等方面發(fā)展受到了一定環(huán)境、人力、財力、安全性等方面的限制。數(shù)字虛擬技術主要通過計算機、軟件等設備，設定創(chuàng)建一種模擬現(xiàn)實的四維人環(huán)境或者四維的物環(huán)境，以視覺、聽覺、觸覺等方面的信息交互設計，讓參與者獲得真實的體驗、經(jīng)歷與感受。數(shù)字化虛擬技術實現(xiàn)了人類對復雜事物的認知性，幫助人類更為直觀、科學的分析復雜事物之間的邏輯關系與原由，實現(xiàn)了人類與空間、實踐、事物的四維辯證關系的認知，為人類認知、探索、掌握客觀世界的規(guī)律提供了一種新型的方式。通過以上分析可得出工業(yè)設計與數(shù)字虛擬技術的基本功能關系：數(shù)字虛擬技術對于工業(yè)設計來說是一種補充與創(chuàng)新驅動劑。應用數(shù)字虛擬技術于工業(yè)設計設計、制造、管理、流程、服務等各個環(huán)節(jié)之中，可真實地創(chuàng)造表現(xiàn)出各種工業(yè)設計的設計流程、制造加工技術、材料分析、設計服務、產(chǎn)品體驗等實際設計、生產(chǎn)加工的仿真情景，提供多種途徑的實踐設計體驗，使工業(yè)設計在設計、制造、流程管理等方面的前期研發(fā)、實驗或者后期服務、驗證、體驗等方面，彌補人力、物力、財力、環(huán)境、安全等方面因素的不足，對于提高工業(yè)設計研發(fā)與制造的成效性、自主能動性、有著較好的實踐意義。

3實施數(shù)字虛擬下的工業(yè)設計創(chuàng)新模式的構建形式

3.1建立數(shù)字虛擬化工業(yè)設計造型要素設計模式

工業(yè)設計造型設計是產(chǎn)品形態(tài)的美學藝術表現(xiàn)。產(chǎn)品的造型形態(tài)表現(xiàn)出產(chǎn)品的使用功能以及用戶特征、環(huán)境特征、行業(yè)特征，同時表達了人們在滿足自身物質生活的基礎上，更加追求精神世界的訴求。從經(jīng)濟角度看分析，一個具有美學內涵的產(chǎn)品形態(tài)更容易創(chuàng)造出產(chǎn)品的經(jīng)濟附加值。在數(shù)字化技術高速發(fā)展的時代，將數(shù)字虛擬技術運用于工業(yè)設計造型形態(tài)的設計、制造中，具體內容方式可通過以下方式：數(shù)字虛擬技術按照形態(tài)的分類虛擬各類產(chǎn)品形態(tài)設計的出模和裝配原理，如：“直線型”產(chǎn)品形態(tài)、“曲線型”產(chǎn)品形態(tài)、“特異性”產(chǎn)品形態(tài)等。通過此各類產(chǎn)品形態(tài)設計出模和裝配原理的數(shù)字模擬，再融入到三維工程軟件（如：PRO/E、RHINO等）之中，在工業(yè)設計形態(tài)設計中，可利用三維工程軟件對產(chǎn)品的形態(tài)進行參數(shù)化建模，在軟件中可對“直線型”、“曲線型”、“特異性”等各類產(chǎn)品形態(tài)中的各個點、線、面、體設計組構模塊進行參數(shù)化的形式美設計、修改與法則驗證，同時結合虛擬出模和裝配技術對各類產(chǎn)品的形態(tài)進行模擬的出模與裝配實驗。最后輸出到參數(shù)化工程設計軟件Rhino中，或者3D打印機中形成最終數(shù)字或實物模型，便于后期工業(yè)設計制造加工的測試與驗證。

3.2建立數(shù)字虛擬化工業(yè)設計結構要素設計模式

工業(yè)設計結構設計的數(shù)字化虛擬設計制造可利用數(shù)字虛擬Unity3D、Cult3D軟件，在產(chǎn)品結構實踐設計的流程、技術、方法的基礎，實施虛擬三維動態(tài)分析與設計、研究、實驗。在工業(yè)結構設計實踐教學的過程中，可以利用Unity3D或Cult3D數(shù)字虛擬軟件，在虛擬的三維可視化空間中建立工業(yè)產(chǎn)品結構的虛擬數(shù)據(jù)模型，通過IGES格式虛擬數(shù)字模型的三維可視化呈現(xiàn)，對模型進行結構上分析與實驗，例如：結構出模分析與實驗、結構裝備解析與實驗、結構溫度變形分析與實驗、結構動力學分析與實驗等，最終通過學科分析與反復試驗總結、歸納相關工程數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，形成大數(shù)據(jù)模塊，以圖形或者圖像的三維可視化形式呈現(xiàn)出來。

3.3建立數(shù)字虛擬化工業(yè)設計材料要素設計模式

工業(yè)設計材料涵蓋了金屬材料、塑料材料、硅膠材料、納米材料等等形式繁多，屬性各異的材料類別，且每類材料都有著各自的設計、加工、成型等特性各異，材料與材料之間的設計結合與運用方式各異。數(shù)字化虛擬技術在工業(yè)設計材料設計、研發(fā)、應用過程中可通過以下方式實現(xiàn)：運用VR數(shù)字化虛擬3D技術，在VR虛擬軟件平臺上（如：Keyshot、3Dmax等）形成三維的模型信息，設計者通過VR虛擬軟件平臺所提供的三維數(shù)據(jù)模型信息可進行材料應用的虛擬設計與實驗。例如：在塑料材料的設計、研發(fā)、應用中，運用Keyshot三維VR虛擬軟件平臺進行塑料材料的虛擬設計、應用，在虛擬平臺系統(tǒng)中對于塑料材料虛擬模型實施在不同空間環(huán)境、光照、造型形態(tài)、工藝、時間等因素下的木質材料自身相關表象、數(shù)據(jù)、特質的交互表現(xiàn)與四維動態(tài)分析，分析究塑料材料各種數(shù)據(jù)與屬性，研究、梳理出各材料特性要素的關系，并綜合處理、總結相關數(shù)據(jù)，并再次通過Keyshot三維VR虛擬軟件平臺虛擬應用于具體工業(yè)設計產(chǎn)品塑料材料的實踐、實驗與創(chuàng)新設計中。

3.4建立數(shù)字虛擬化工業(yè)設計制造工藝模式

設計制造與加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品由概念圖紙模型轉變?yōu)槭袌錾唐返闹匾h(huán)節(jié)之一，同時也是產(chǎn)品批量化生產(chǎn)，實施商業(yè)化市場運作與銷售的重要影響因素。制造方式與加工工藝的選擇適當與否，決定了產(chǎn)品設計的最終表現(xiàn)效果，以及產(chǎn)品質量的優(yōu)劣。通過借助數(shù)字虛擬技術，如：VR、AR等技術，發(fā)揮數(shù)字虛擬技術模擬現(xiàn)實的特性，并充分應用于各類工業(yè)設計制造、加工的實踐教學之中，按照工業(yè)設計各類生產(chǎn)加工及工藝的要求，虛擬表現(xiàn)出實際生產(chǎn)加工一線場景及相關設備操作、工藝流程展示等環(huán)節(jié)，對復雜性工業(yè)設計制造加工、工藝進行實驗性的分析、研究，總結設計實施的可行性方案，從而大大降低了設計制造內容的難度，提升了設計制造加工實踐能力培養(yǎng)的實效性。

4總結

數(shù)字虛擬技術在工業(yè)設計模式創(chuàng)新中的應用，順應了科學技術發(fā)展觀的現(xiàn)代數(shù)字信息化的設計、制造、研發(fā)、服務理念。數(shù)字虛擬技術可突破、改變現(xiàn)有傳統(tǒng)式的工業(yè)設計模式，同時，工業(yè)設計的設計流程、制造加工技術、材料分析、設計服務、產(chǎn)品體驗等環(huán)節(jié)較好地解決解決其在人力、物力、財力、環(huán)境、安全等方面因素的弊端與不足，對于提高工業(yè)設計研發(fā)設計、制造、體驗、服務的成效性與經(jīng)濟性具有較高的創(chuàng)新實踐意義。

參考文獻

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作者：吳志堅 單位：鄭州西亞斯學院