Rhino产品造型设计立体化实例教程（附微课视频） 第2版 课件 第1章 计算机辅助工业设计概述

第1章计算机辅助工业设计概述工业设计的概念产品设计的流程产品设计的思维与方法计算机辅助工业设计的概念和特点计算机辅助工业设计的历史与现状计算机辅助技术对工业设计的影响1.11.21.31.41.51.61.71.1工业设计的概念

自1919年美国设计师西奈尔首次确立“工业设计”一词开始，现代工业产品设计便有了迅猛的发展。1964年，国际工业设计协会联合会（InternationalCouncilofSocietiesofIndustrialDesign，ICSID）将工业设计的定义阐述为：“工业设计是一种创造性活动，它的目的是决定工业产品的造型质量，这些质量不但是外部特征，而且主要是结构和功能的关系，它从生产者和使用者的观点把一个系统转变为连贯的统一。工业设计扩大到包括人类环境的一切方面，仅受工业生产可能性的限制”。1980年，ICSID对工业设计的定义做出了如下修正：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工及装饰性的品质和资格，叫做工业设计”。从广义上讲，工业设计是一门多学科有机融合的边缘学科，它涵盖科学、艺术、环境、技术、材料、工艺、心理、创造发明、人机工程学、美学等各个方面，将研究重点放在“人—产品—环境”三者的关系上。只要是以批量化大生产方式加工出的产品，都属于工业设计的设计对象。但从实用和狭义角度来看，工业设计是以立体的工业产品为主要对象的设计，因此有时工业设计也被称为产品设计。

2006年ICSID将工业设计最新定义为：“设计是一种创造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。因此，设计既是创新技术人性化的重要因素，也是经济文化交流的关键因素。”从以上定义可以看出，创造性是工业设计的核心，工业设计实际上已成为一门集当代市场、经济、文化、艺术、科学技术等多种知识的交叉科学，是企业运用设计创新开发产品的关键环节，是提高产品附加价值和市场竞争力的有效手段，它实现了将原料的形态改变为更有价值的形态。工业设计师通过对人生理、心理、生活习惯等一切关于人的自然属性和社会属性的认知，进行产品的功能、性能、形式、价格、使用环境的定位，结合材料、技术、结构、工艺、形态、色彩、表面处理、装饰及成本等因素，从社会的、经济的、技术的角度进行创意设计，在企业生产管理中保证设计质量实现的前提下，使产品既是企业的产品、市场中的商品，又是消费者的用品，达到顾客需求和企业效益的完美统一。1.2产品设计的流程

产品设计是时代的产物，与时俱进、出新出奇是其最显著的特点。现代产品设计是有计划、有步骤、有目标、有方向的创造性活动，每一个设计过程都是一种解决问题的过程。设计的起点是设计原始数据的收集，其过程是各项参数的分析处理，而归宿是科学地、综合地确定所有的参数而得出设计的内容。一般而言，产品设计包括设计调研、设计创意、设计深入和设计完成4个阶段。

1.2.1设计调研产品设计在一开始就需要以周密的市场调查、市场分析为依据，这样才能做到有的放矢。这一阶段的设计表达方式主要以PPT报告的形式呈现，通过视觉化、具体化目标群体、使用环境、产品定位等内容，建立起决策层与设计师之间的联系，使其能够明确设计师的初步意图。产品设计意图是根据实际需求来确定的，所以设计师需要明确消费者需要什么样的产品，满足消费者的需求才是产品设计的目的。设计调研则是有效地把握设计需求的重要途径

1.2.2设计创意设计创意是在确定的设计定位的基础上，用视觉化的符号方式将符合定位的创意方案表现出来。1.2.3设计深入创意方案获得通过后，需要对产品做更为深入、细致地设计，保证整体形式的呈现和相关数据的采集。1.2.4设计完成产品结构和整体效果图为设计审核、模具制作、生产加工等部门提供产品最后完成的预期技术参考，工程设计人员可以依据这些参考在CAD/CAM软件中构建三维模型，同时进行结构设计，并以这些数据为依据试制产品手板和样机。在设计概念数字化、实体化这一步骤完成后，基本可以得到产品生产后的预期效果，表现形式通常为三维效果图、三维实体模型及工程结构、装配图。1.3产品设计的思维与方法

恰当地运用创造性思维方法能够使设计者创造出更多更好的方案。方案创造的方法一般有以下几种。（1）移植。所谓移植，是指把现有技术应用到另外一个产品中去，或由一个东西引伸出其他的东西等。所谓“它山之石，可以攻玉”，运用移植法可以促进事物间的渗透、交叉、综合。设计者可以提问：它像其他的什么东西吗？它是否暗示了其他的设想？可以从这个产品中借鉴什么东西？如图1-9所示利用了移植的手法，将剪刀的使用方式移植到制雪球产品中。（2）改变。改变原来产品的某些形状、色彩、声音、运动、气味等，以产生新的方案。如图1-10所示，灯具改变了塑料或金属材料设计灯罩，使灯具产生和谐安全的感觉。（3）放大。把现有产品加高、加长、加厚或加大，这都是产生新方案的途径。能不能增加？能不能夸张？1.3产品设计的思维与方法

（4）缩小。能否使现有产品变得更轻、更短、更小，这也是对产品加以改变的方法。或者省去某些东西，把一个大的产品进行分解等。如图1-12所示，将传统冰箱体积缩小之后，在办公室、汽车驾驶室等场所大受欢迎。（5）替代。能否用其他的元素如构造、材料、结构、能源、资源等进行替换？有没有其他的东西来代替？如图1-13所示，将铅笔用软性材质替代后出现的新产品，使用起来别有一番风味。（6）重组。交换产品零件，变换产品次序，调整产品结构，改变因果关系等都是产生新方案的手段。能否将组件重新安排？交换它们之间的位置是否可行？1.3产品设计的思维与方法

（7）倒置。倒置是把前后、左右、上下的位置、关系、顺序颠倒后产生新的构思。如图1-15所示，汽车的驱动轮从前轮换成后轮，或再相互转换，可解决不同路况的驾驶问题。（8）拼合。拼合是将不同的单元、不同的功能或不同的结构组合在一起，从而产生新的产品。把不同的构思拼合在一起产生新的方案。如图1-16所示，将充电、音乐播放、扩音、摄像等多种功能集于一体，可满足人们的多种需求。（9）剔除。由于某种新技术、新材料或新结构的采用，有些零部件（或费用）可以剔除，有些不必要的功能也可以剔除。从这个角度讲，它是价值分析的基本方法之一。1.4计算机辅助工业设计的概念与特征

计算机辅助工业设计（ComputerAidedIndustrialDesign，CAID）是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，是以信息化、数字化为特征，计算机参与新产品开发的新型设计模式。与传统的工业设计相比，计算机辅助工业设计（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，其目的是提高效率，增强设计过程及结果表达的科学性、可靠性、完整性，并能积极适应日新月异的信息化的生产制造方式。

计算机辅助设计与制造（Computer-AidedDesignandManufacturing，CAD/CAM），是指利用计算机来从事分析、仿真、设计、绘图并拟定生产计划、制造程序、控制生产过程，也就是从设计到加工生产，全部借助计算机的助力，因此CAD/CAM是自动化的重要中枢，影响工业生产力与质量。计算机辅助设计（CAD）的概念是在20世纪50年代由美国马萨诸塞理工大学提出的，目的是让计算机参与设计工作，完成设计中繁重的逻辑运算，提高工作效率，并应用于航空航天、工业自动化等领域。

由于工业设计是一门综合性的交叉性学科，涉及诸多学科领域，因而计算机辅助工业设计（CAID）也涉及CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术VR（VirtualReality）、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等众多信息技术领域。从整个产品设计与制造的发展趋势看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计、全生命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向。随着技术的进一步发展，产品设计模式在信息化的基础上，必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的方向发展。图1-1和图1-2所示为计算机虚拟现实技术对现代设计方式的改变。1-11-2计算机辅助工业设计（CAID）有别于传统的工业设计，它有以下一些特点。(1)系统性。工业设计是一个系统，计算机本身也是一个系统。它由中央处理器、存储器、显示系统及各种输入、输出设备组成，这些部分都是相互依赖、相互协调、共同完成信息处理工作的。系统性是计算机辅助工业设计的第一个重要的特点。(2)逻辑性。计算机进行的工作是一种逻辑运算，任何一个动作都要通过接受指令、高速运算来完成。所以，我们在学习计算机辅助工业设计时要培养严谨的逻辑思维习惯。(3)准确性。计算机的工作方式不同于人的工作方式。对于计算机来说，它是一个不知道疲劳的工作狂，只要操作平台和软件系统正常，它的结果不会有半点差错。(4)高效性。计算机问世的初衷就是为了减轻人的工作量，提高工作效率。在设计中我们经常碰到一些问题，诸如要复制、阵列某一对象等，对于这类重复性的工作，计算机瞬间就可完成。随着网络的应用，设计工作还可分别由不同的计算机完成，这样的效率是人工所无法比拟的。(5)交互式。计算机辅助工业设计其实是设计师与计算机相结合，相互配合，各取所长，应用多学科的技术方法综合有效地解决问题的一种工作方式。在这里，人的判断、决策、创造能力与计算机的高效信息处理技术得到了充分的结合。所以，交互式是计算机辅助工业设计的主要形式特征。(6)周期性。计算机技术的高速发展，使计算机辅助工业设计的方式和方法也产生了周期性的变化，这使任何先进的东西都成了暂时的、相对的。我们也随着这样快速的步伐不断更新换代，设计工作也愈加变得轻松高效。(7)标准化与学习的贯通性。随着计算机硬件换代周期越来越短，软件的开发速度也是毫不逊色。所有的软件开发商每隔一段时间就会推出新的版本，有的是局部完善，有的是全面更新，总的来说，软件的功能是越来越强。我们大可不必为其更新的速度感到无所适从，只要深入掌握了一个版本后，对新的版本会很快掌握和适应的。1.5计算机辅助工业设计的历史与现状

计算机辅助工业设计的历史其实就是一部计算机技术的发展历史。自从1946年第一台电子计算机出现以来，人们就一直致力于利用其强大的功能进行各种设计活动。20世纪50年代美国人成功研制了第一台图形显示器。20世纪60年代美国麻省理工学院的萨瑟兰（IvanSutherland）在其博士论文中首次论证了计算机交互式图形技术的一系列原理和机制，正式提出了计算机图形学的概念，从而奠定了计算机图形技术发展的理论基础，同时也为计算机辅助设计开辟了广泛的应用前景。20世纪80年代以来，随着科学技术的进步，计算机在硬件及软件方面都产生了巨大的飞跃，计算机辅助工业设计也因其快捷、高效、准确、精密和便于储存、交流和修改的优势而广泛应用工业设计的各个领域，大大提高了设计的效率。1.6计算机辅助技术对工业设计的影响计算机辅助技术的发展与工业设计的关系是非常广泛而深刻的。一方面，计算机的应用极大地改变了工业设计的技术手段，改变了工业设计的程序与方法。与此相适应，设计师的观念和思维方式也有了很大的转变。产品的设计开发与生产制造，由于计算机辅助技术（CAD/CAE/CAM……）的导入与应用，使得原来的设计流程与方法发生了结构与观念上的改变，也影响了产品造型设计的趋势与风格。CAD/CAID技术的发展深刻影响着设计的流程，现在一款产品从设计、加工到最后的装配，每一个环节都可以通过计算机进行精准控制。工业设计简易流程示意图如图1-20所示。图1-20

图1-21所示为以3D建模为基础开发的一套产品设计流程。可以发现，相较于如图1-27所示的传统的线性流程，图1-27是以类似于同步工程（Simultaneousengineering）的平行开发观念，来进行产品设计的开发步骤。借助CAID技术，现代的设计开发与生产制造可进行应力/应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、模具设计、NC编程及可加工性分析、二维工程图的自动生成、外观效果、造型效果评价等工作。

图1-21

目前常用的跟工业设计有关的软件包括平面设计软件如Photoshop、Illustrator、CorelDRAW等，三维设计软件如Rhinoceros、3dsMax、Cinema

4D、Alias、Pro/E、UG、SolidWorks等。在众多的三维设计软件中，Rhinoceros以其建模方式简便，界面清晰，稳定性好，针对工业设计专业等特点，受到广大用户的好评。本书将基于Rhino5.0中文版与Keyshot6.0中文版为基础阐述计算机辅助工业设计曲面建模的相关知识与技术。

对于学习工业设计专业的学生来说，要想从全局的眼光来认识工业