計算機輔助工業設計

計算機輔助工業設計 (Computer-aided industrial design; CAID)

CAID是指以計算機硬體、軟體、信息存儲、通訊協議、周邊設備和互連網等為技術手段，以信息科學為理論基礎，包括信息離散化表述、掃描、處理、存儲、傳遞、感測、物化、支持、集成和聯網等領域的科學技術集合。

CAID，即在計算機技術和工業設計相結合形成的系統支持下，進行工業設計領域內的各種創造性活動。與傳統的工業設計相比，CAID在設計方法、設計過程、設計質量和設計效率等各方面都發生了質的變化，它涉及了CAD技術、人工智慧技術、多媒體技術、虛擬現實技術、敏捷製造、優化技術、模糊技術、人機工程等許多信息技術領域，是一門綜合的交叉性學科。

CAID以工業設計知識為主體，以計算機和網路等信息技術為輔助工具，實現產品形態、色彩、宜人性設計和美學原則的量化描述，從而設計出更加實用、經濟、美觀、宜人和創新的新產品，滿足不同層次人們的需求。

CAID主要包括數字化建模、數字化裝配、數字化評價、數字化製造以及數字化信息交換等方面內容。數字化建模是由編程者預先設置一些幾何圖形模塊，然後設計者在造型建模時可以直接使用，通過改變一個幾何圖形的相關尺寸參數可以產生其它幾何圖形，任設計者發揮創造力。數字化裝配是在所有零件建模完成後，可以在設計平台上實現預裝配，可以獲得有關可靠性、可維護性、技術指標、工藝性等方面的反饋信息，便於及時修改。數字化評價是該系統中集中體現工業設計特徵的部分，它將各種美學原則、風格特徵、人機關係等語義性的東西通過數學建模進行量化，使工業設計的知識體系對設計過程的指導真正具有可操作性。比如生成的渲染效果圖或實體模型，可以進行機構模擬、外型、色彩、材質、工藝等方面的分析評價，更直觀且經濟實用。數字化製造是在數字化工廠中完成，它能自動生成自動識別加工特徵、工藝計劃、自動生成NC刀具軌跡，並能定義、預測、測量、分析製造公差等。數字化信息交換是基於網路，使該設計平台能夠實現與其它平台的信息資源共享。

CAID系統是按照系統工程的思想，以工業設計理論和方法為指導的智能型創新性的產品開發設計系統。首先是利用各種信息，在CAID系統平台里利用真實感造型設計系統進行形態設計、色彩設計、材質設計和人機設計等方面的語義設計，然後在數字裝配系統中實現數字化裝配，在綜合評價系統中進行美學、語義學等方面的分析評價，提出產品造型方案。最後將最終方案輸出到加工設備，加工出產品，投放到市場，之後再收集有關信息，反饋到CAID平台，實現再設計。這種方法利用網路和其它平台相連接，使設計人員從一開始就考慮到產品生命周期的所有環節，把設計、製作、使用等方面合理組織起來，及時解決不同環節之間的衝突，充分調動了所有人的積極性和創造性。

計算機被普遍應用於工業設計之中,CAD成為工業設計不可缺少的手段。當前，世界上大型的CAD/CAM/CAE軟體系統如Pro/Engineer、EDS UnigraPhics、EUCLID、Autodesk、Solidworks等都提供了有關產品早期設計的系統模塊，它們稱之為工業設計模塊、概念設計模塊或草圖設計模塊。

Pro/Engineer Pro/Engineer包含一個工業設計模塊Pro/Design,用於支持自上而下的投影設計，以及在複雜產品的設計中所包含的許多複雜任務的自動設計。此模塊工具包括用於產品設計的二維非參數化裝配布局編輯器、用於概念分析的二維參數模型的布局以及用於組件的三維布局編輯器。

EDS Unigraphics EDS Unigraphics從V13版本后推出了概念設計WAVE(Whatif Alternative Value Engineering)技術，它為協同概念設計提供了強大的技術支持，使不同部門的工程師在設計的早期階段就可以站在系統工程的角度，同時針對多種可選的設(Associative Control Structure)中去，可使設計師十分有效地控制各種設計變更。此外,WAVE也支持"概念設計到詳細設計工程"(Conceptto Detail Engineering),即先作出設計決策 ,然後設計細節。

Internet Intranet環境下的工業設計系統的研究，國內還主要在一些高校和科研院所進行。香港大學機械系在Internet上構建了一個基於Web的遠程設計系統，用於花瓶的造型設計，西安交通大學CIMS研究所構建了一個遠程協同工作原型系統，解決遠程設計用戶共享設計工具的問題，它可以通過Internet讓遠程用戶使用研究所的Solidwork、ProE、MDT等專業設計平台。四川大學CAD/CAM研究所構建了凸輪遠程協同設計系統，讓用戶能夠通過Internet對凸輪運動機構的輪廓面進行設計，此系統發布在四川大學製造學院的網站上。但這些系統距離實用化都還有一定的距離。

CAID系統中的信息可以分為數字信息和非數字信息兩大類。數字信息都是可以交換的，而非數字信息是暫時不能交換。其中的數字信息有：產品造型的尺寸結構、色彩、材料、人機標準尺度、符合規範的標準化設計等，多數涉及產品或人的生理和物理屬性。而其中的非數字信息有：對美感的評價、產品的創意、色彩或形式帶來的心理反應等，多數涉及人的心理屬性，是複雜多變的。數字信息是非數字信息的一種表現，是容易用數據表示並用計算機來描述的，而非數字信息目前只起到輔助的作用，按照工業設計以人為本、強調創意、張揚個性的發展趨勢來看，非數字信息應該是CAID系統的基礎，因此目前的CAID還存在技術上的局限性，在對CAID的研究中有望發展智能型的專家系統，幫助人們進行創意型設計，使非數字信息不斷數字化，這樣在未來的設計中可以實現設計者與使用者的互動，或者完全實現設計的DIY。