基于虛擬設計原理的新產品開發

孫　楠

[摘要]通過對于虛擬設計在產品開發中的特征了解，重點論述新產品開發中虛擬設計的應用，并在此基礎上分析應用虛擬技術進行產品設計的優勢，探索它在新產品開發中的前景，目的是使虛擬設計技術更好地為新產品的開發服務。

[關鍵詞]虛擬設計 產品設計 網絡

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510115－01

隨著科學的發展與計算機功能的迅速加強，特別是圖形、圖像處理能力的提高，使得作為人類技術與文化融會結晶的工業產品設計的發展方向發生了重大改變。現在幾乎所有的企業在進行新產品的開發設計與制造中都有著共同的目標，即將虛擬設計貫穿于產品的生產、制造之中，加強設計人員對虛擬技術的應用，從而縮短新產品的開發周期、提高技術水平、降低開發成本，保證上市后新產品能夠為企業增創效益。

一、虛擬設計在新產品開發中的特征

虛擬設計（Virtual Design）是設計者在虛擬環境中進行的設計，它是隨科學技術，特別是計算機輔助技術的發展在產品設計基礎上逐步興起的多學科交叉技術。虛擬設計不同于以往的CAD技術，它可以利用除視覺外的其他功能來評估產品，并進行深層次的設計。隨著科學的發展與信息技術的應用，虛擬設計已經開始用于產品制造的各個階段，從而使虛擬現實技術（Virtual Reality）得到有效地提升，特別是在企業進行新產品的開發設計階段。

虛擬設計在新產品開發中的特征主要包括四個方面：首先是網絡化，VR的產品設計是以網絡技術為基礎，通過網絡建立起的一種并行結構設計系統。它將設計、分析、制造三者合為一體，一方面在產品真正制造之前先在虛擬環境中生成數字產品模型，設計人員通過互聯網在不同的地方相互反饋信息，對其外觀、性能及市場接受程度等進行預測和評價。另外為了快速響應市場需求，人們可通過網絡將產品涉及到的不同企業臨時組建，統一指揮，提高系統響應市場變化的能力。

其次要注意虛擬設計在新產品開發中的交互化特征?；赩R的產品設計以三維虛擬數字模型作為信息載體，多人員協同工作，使得產品在研發設計時常采用并行設計工作模式。利用虛擬現實技術做出虛擬產品與計算機網絡技術結合起來，通過視覺、聽覺和觸覺等對人的作用，能直接在虛擬環境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察，從而實現人與人之間、人與機器之間的信息交互。設計人員可以在具有全交互性的虛擬環境中，實時地對整個虛擬產品的設計過程進行檢查、評估；實地解決設計中的問題，使設計思想得到綜合。

最后是它的高效化。市場競爭日益激烈與科學技術進步的加快，使得產品的生命周期不斷地縮短，產品開發的技術含量與復雜程度日益增加。因此在新產品開發過程中，使用虛擬設計技術有利于填平設計與制造之間的溝壑，縮短新產品的開發周期，降低成本，提高產品質量。

二、新產品開發中的虛擬設計應用

新產品開發中虛擬設計的應用以虛擬產品設計為主。虛擬產品設計（Virtual Product Design）是將VR技術應用于產品中的數字化設計，具有真實產品所必須具有的特征。由于產品的設計過程是數字化的，因此節省了傳統方法中需要制造物理模型的時間。通過對產品實時性功能的仿真，設計人員或用戶能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。

虛擬人機工程學設計（Virtual Ergonomics Design）是借助虛擬的人機環境，將產品引入虛擬人機工程評價系統中。設計人員可根據評價系統精確研究出產品的人機工程參數，并且在必要時修改虛擬部件的位置，重新設計整個產品的構造。另外，它還允許不同技術背景的人直接與設計的產品進行交互，評價新產品的性能，這有助于滿足不同用戶的特殊要求。隨著虛擬現實技術與多媒體技術之間有機結合發展，科技人員開始不斷提高的計算機操作的人機界面綜合技術，改善虛擬設計中人與機的交互方式。人機交互系統的巨大進步無疑為工業設計的發展提供了新的契機，這項技術為新產品開發在人機工程學研究方面提供了新的方法，設計人員可以不斷地利用該系統來驗證假設，既減少了開發費用和制造時間，同時又可以滿足產品多樣化的要求。

此外，虛擬裝配設計（Virtual Assembly Design）是虛擬設計在新產品開發方面具有較大影響力的一個領域，它采用計算機仿真與虛擬現實技術，通過仿真模型在計算機上進行仿真裝配，實現產品的工藝規劃、加工制造、裝配和調試。傳統的產品開發常需要花費大量的時間、人力、物力來制作實物模型進行各種裝配實驗研究，力求在產品的可行性、實用性等方面進行各種測試分析?，F代設計要求設計人員在虛擬產品開發早期就應考慮裝配問題，在進行虛擬裝配的同時創建產品、分析裝配精度，及時優化設計方案。產品開發人員借助虛擬裝配設計環境系統，在虛擬環境中使用各種裝配工具對設計的機構進行裝配檢驗，幫助設計人員盡可能早地發現在新產品開發過程中的設計、生產和裝配工藝等問題。

三、基于虛擬設計原理的新產品開發的優勢

虛擬技術的飛速發展使人類正經歷著一場劃時代的變革，新產品的開發作為工業設計領域中的主要部分，經歷了從工業社會到計算機信息化社會的轉變。因此，基于虛擬設計原理的新產品開發與傳統的產品開發相比，存在著極大的優勢。

1．基于虛擬設計原理的新產品開發是以現代信息技術為基礎，繼承虛擬現實技術和先進制造技術的產品設計方法。它是以數字化的WEB作為設計思想的載體，全面表達設計者的意圖，是人-機接口技術的重大突破。

2．它將設計師的理念和作品以平常人可以理解的方式傳達，并且通過網絡，對設計師和使用者的信息進行交流，使信息的深度、廣度和速度都得到大幅度的提高，符合現代設計技術發展的大趨勢。

3．虛擬設計在新產品開發中的應用是科學與藝術的融合。它為設計人員提供了創造的空間，擴展了設計人員的藝術設計思維，使設計人員能夠從理論認識到感性認識對產品進行設計、分析和評價，讓設計更趨于人性化、藝術化。

總而言之，虛擬設計為新產品開發提供了數字設計平臺，通過虛擬產品設計與其它設計過程進行數字連接，可實現新產品開發過程的集成，使并行工程得到充分體現與實。雖然目前虛擬設計技術在新產品開發應用方面僅是起步階段，在通過多種傳感器與多維的信息環境進行自然的交互方面，及實現全方位的認識方面還有待于進一步提高，但在新產品開發設計方面具有很大的潛力，擁有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]劉子健主編，新產品開發與造型設計[M].西安：陜西科學技術出版社，2003.

[2] 熊興副、朱文衛，現代包裝設計新理念體驗設計[J].包裝工程，2004,25(4).

[3]陳定房、羅亞波著，虛擬設計[M].北京：機械工業出版社，2002.

作者簡介：

孫楠，女，漢族，內蒙古人，碩士，現任教于咸陽師范學院藝術系。