高校產品設計實驗室建設及其實效性研究

楊明彥

(渭南師范學院 傳媒工程學院, 陜西 渭南 714099)

高校產品設計實驗室建設及其實效性研究

楊明彥

(渭南師范學院 傳媒工程學院, 陜西 渭南 714099)

為了解決設計中的實際問題,提高創新能力,探索產品設計現象的產生、發展以及變化的原因,通過對高校產品設計專業實驗室建設,研究其在產品設計與開發中的實證效用、分析建設案例、掌握產品設計實驗室建設規律、驗證產品設計開發思路、提高實驗室使用效能,對高等學校產品設計類專業實驗室的建設有一定的借鑒意義。

產品開發; 產品設計實驗室; 3D打印; 計算機輔助設計

高校產品設計實驗室主要從事實驗教學和產品開發的雙重任務,如何建設是業內面臨的一個現實課題。要做到既能完成由淺入深的啟發性實驗教學任務,又能在時代促生中實現專業內容更新，在新技術、新材料的出現進而應用等因素中，進行產品設計、開發與創新，這就需要合理科學地進行實驗室配置建設。

1 產品設計實驗室的構建

設計性實驗是在研究者的高度控制下,對某些設計因素做操縱變換以觀其因果關系。這是一種精心安排的設計,有著特殊的步驟或程序[1]。對于產品開發這項工作而言,設計性實驗的作用具有重要的現實意義，決定著產品的功用是否達到設計標準,外觀造型的現實感官是否符合市場審美需求,甚至是設計中的“指甲圖”(草圖)是否具備設計的可能性等都需要實驗環節發揮作用。

高校產品設計實驗室的發展與專業發展基本同步,大致經過3個構建階段。第一次規模化、專業化的構建是上世紀50—90年代,由于生產的現實情況和國家經費的拮據,實驗室的設備主要是進行基礎性訓練科目,只能完成產品模型的工業油泥、泥陶塑等實踐驗證;第二次跨越性的建設是在上世紀末期的10年間,高校發展的高速期,高校在實驗室建設方面得到了較大的改觀,產品實驗室增加了計算機輔助設計機房、產品絲網印工作室、產品陶藝工作室、塑料等材料的模型加工車間等;第三次發展是實驗室的補充發展與完善期,新世紀以來,技術與藝術的結合發展使得數字化設計應用到了我國高校的產品設計開發創新的實驗環節之中,使產品設計開發有了手工制作模型、計算機輔助建模等多種實現手段。

從最初的動手工藝制作到第二階段的藝術與技術的結合再到現今的全面數字化設計為主體都有其相應的作用,現在的產品設計實驗室建設也是以其不同的作用點為參照進行構建的。以渭南師范學院為例,學院傳媒工程實驗教學中心2009年被確定為陜西省省級實驗教學示范中心,其中產品設計實驗室部分設立了3個實驗室,分別是數字化設計實驗室、產品造型制作實驗室、產品模型加工實驗室,基本滿足了產品設計專業的產品設計快速成型、產品造型設計、概念模型制作等課程教學及科研任務的要求。

2 設備配置與技術應用

從對國內高校產品設計教學與產品設計開發的研究,結合國內高校對應專業的建設經驗,并根據渭南師范學院產品設計實驗室的建設情況,現按照數字化設計實驗室、產品造型制作實驗室、產品模型加工實驗室3部分進行研討。

2.1 數字化設計實驗室

數字化設計實驗室主要是用數字化制造的方式進行產品設計。也就是說,數字制造實際上就是在對制造過程進行數字化的描述中建立數字空間,并在其中完成產品制造的過程[2]。2014年10月8日中國新聞網刊載了一條新聞:據《紐約每日新聞》報道,世界首款3D打印汽車終成現實，它的制作周期為44 h,并且最高時速可以達到80 km/h,該汽車如圖1所示[3]。

中國3D打印技術產業聯盟執行理事長羅軍在第二屆世界3D打印技術產業大會(青島)上表示:“近期,教育部正在制訂方案,讓3D打印機走進學校,促進3D打印教育普及，同時,科技部、工信部也正在探討3D打印產業化問題。[4]”諸多實例表明:3D打印技術已然進入并應用到了生產制造領域。國務院參事、科技部原副部長劉燕華對相關媒體也表明:3D打印代表了制造業的數字化。

圖1 3D打印的汽車

在以 3D打印為代表的數字化制造背景下,高校數字化設計實驗室的建設要實現數字化建模、快速成型等功能,主要需要配置下列設備:

(1) 實驗用3D打印機,使用PLA材料為宜;

(2) 3D掃描儀,手持式或支架式均可;

(3) 計算機設備,安裝Pro-E、CATIA、犀牛(Rhino)等3D建模軟件;

(4) 手繪板、手繪屏,使手繪產品設計創意可以直接進行數字化存儲、修改;

(5) 多媒體教學配套設備、攝錄像設備、架子磁性黑白板等。

當前設計的理念已逐步從“形式追隨功能”轉變為“設計追隨情感”,產品意象造型設計已成為工業設計重要的研究內容[5]。設計師在數字化設計實驗室可以完成各類產品意象造型的設計開發任務,通過手繪創意—參照建模—模型打印等工序即可設計出各類“情感形”和“意象形”。

2.2 產品造型制作實驗室

主要任務是完成油泥模型制作、石膏模型制作、橡皮泥材料制作、樹脂材料制作、陶藝造型設計制作等造型藝術產品開發設計與創作的科目實驗。

主要設備:油泥模型制作工作臺、油泥軟化烤箱、石膏模型制作全套工具、各類圓鋸線鋸、泥板機、電動泥條機、陶藝拉坯機、燒制電窯等。

主要通過模型掃描等逆向設計方法進入到設計環節。這種逆向設計相對正向設計而言,是一種先進的、具有創新性的現代設計方法,是從實物樣機到數字模型的一個反向、再設計、創新、優化的過程[6]。

2.3 產品模型加工實驗室

主要任務是在模型設計數據對接后,使用機器對木質材料、塑料等材料的雕塑、雕銑實驗和各類立體沙盤的制作加工等。

主要輔助加工制作設備:平面立體多功能雕刻機、泡沫雕銑機、手持式雕刻機、各類電動工具、旋轉模型工作臺、鉗工工具等。

產品模型加工實驗室的設備配置,首先是要不斷對行業新信息的了解研究,讓新技術得以利用、新材料得到應用開發,使實驗手段在產品開發中實現其設計目標;同時也要注重傳統藝術造型手段,尤其是在傳統工藝美術中汲取營養,為產品設計制造產生新的設計思路并使傳統的手工藝技術服務于現代產品制造本身。從工藝美術中借鑒造型樣式或造型技術中即可感知:工藝美術與工業設計不是矛盾的雙方,工業設計只是在新時期工藝美術的“新生新質”[7]。

3 設計驗證實效與成果示范

產品設計實驗室的主要功能是要獲得其實效性并產生成果,對產品結構造型獲得直觀的認知與了解,使設備的潛力為設計師的“創造”增添活力。數字藝術家肖永亮說,他們團隊在做“泰坦尼克號”電影特技時,所在公司的硬盤大小也只有2G,但作品仍獲得了第71屆奧斯卡金像獎,這就是說,他的團隊能把現有設備的潛力發揮到極致;其次要有掌握新技術的渴望,要有對新技術的敏感,盡早掌握新設備的性能,把用有限資金購置的新設備的作用及時地發揮出來[8]。

圍繞著我校學科建設重大項目“數字技術與藝術融合發展平臺建設”,建立起的產品設計實驗室在促進教師發展與學生培養,為教師在技術藝術專業領域的科學研究、作品創作、技術藝術資源建設等提供必要的條件,為產品設計專業的人才培養提供相應的實驗硬件支持并獲得了對應設計開發的驗證實效,同時也產生了相應的成果示范。

本校學生李鳳芳,作品“‘鳳之翼’未來高空長航時無人機設計”參加由中國航空學會2012年主辦的“創新杯”第五屆全國未來飛行器設計大賽,獲得了“優秀獎”,如圖2所示[9]。該作品在設計中,經過設計圖、油泥造型局部模擬、最終利用計算機輔助設計手段Pro-E等軟件建模完成,如圖3、圖4所示。

圖2 設計三視圖

圖3 加電池板模擬飛行

圖4 不加電池板模擬飛行

實驗室模擬的重要作用是能在進行實踐課程中或研究中最大化開發設計者的創新創造能力[10]。從渭南師范學院產品設計實驗室的實效性個案來分析,其教師、學生的研究成果獲得了業界的認可。作品參加國家制造業信息化培訓中心、中國航空學會、教育部教育管理信息中心等部門主辦的大賽獲得了多項獎勵,如作品“‘高山仰止’司馬遷祠建筑漫游”獲2013年第六屆全國三維數字化創新設計大賽(3D大賽)陜西賽區一等獎,尤其是作品中的器物造型進行了模數化建模方式來完成。對設計對象及其構配件的設計、制作、安裝所規定和使用的標準尺度體系,并使用這一體系進行深入設計,這一過程稱為設計對象模數化設計[11],此件作品創作在數字化實驗室歷時近2個月完成建模。

4 結束語

產品設計從某種程度來講,是橫跨工科(制造)和藝術(形態)2個領域[12]。綜合來看,產品設計實驗室建設也是制造設計和形態設計這2個大板塊的構建,即數字化制造設備與形態藝術造型輔助設備的建設。實驗室是創新實踐活動、實施技術制造與造型藝術結合教學與研究的主要陣地,對大學生創新實驗實踐教學進行定期的成果示范總結，也會增強大學生自覺進行創新實踐能力訓練的興趣,進而全面推進大學生的專業素質教育。

References)

[1] 李立新.設計藝術學研究方法[M].南京:江蘇美術出版社,2010.

[2] 呂琳.數字化制造技術國內外研究現狀[J].現代零部件,2009(3):76.

[3] 查云帆.首款3D打印汽車走上街頭[EB/OL].(2014-10-08).http://www.chinanews.com/gj/2014/10-08/6655021.shtml.

[4] 盛勁松.3D打印扶持新政呼之欲出[EB/OL].(2014-05-07).http://stock.eastmoney.com/news/1406,20140507382313953.html.

[5] 蘇建寧,王鵬,張書濤，等.產品意象造型設計關鍵技術研究進展[J].機械設計,2013,30(1):97-199.

[6] 楊艷紅,鐘相強.工業設計中產品的逆向設計方法研究[J].機械設計,2013,30(10):102-105.

[7] 陳曉華.工藝與設計之間[M].重慶:重慶大學出版社,2007.

[8] 羅維亮,楊崗.傳媒類實驗教學示范中心的示范性研究[J].實驗技術與管理,2014,31(4):115-117.

[9] 顧振芳.“創新杯”第五屆全國未來飛行器設計大賽獲獎名單[EB/OL].2012-10-27.http://news.stuclub.cn/document/2012/10-27/181043/181043.htm.

[10] 蘇建寧,李鶴歧.基于感性意象的產品造型設計方法研究[J].機械工程學報,2004,40(4):164-167.

[11] 羅婷,徐偉.模數化家居設計研究及應用[J].藝術百家,2011(7):119-121.

[12] 李發權,熊德國,Tang Xinkui，等.設計認知過程研究的發展與分析[J].計算機工程與應用,2011,47(20):24-27，37.

Study on construction and effectiveness of product design laboratory in colleges and universities

Yang Mingyan

(College of Media and Engineering,Weinan Normal University,Weinan 714099, China)

In order to solve the practical problems in the design,improve the ability of innovation,explore the reasons of produce,develop and change in the product design phenomenon,it discusses the empirical utility of product development and design,analyses the case of construction,masters the rules of construction for product design laboratory,verifies the idea of product development and design and improves the efficiency of laboratory through the construction of laboratory for product design.It provides a certain significance of laboratory construction for product design specialty in colleges and universities.

product development; product design laboratory; 3D printing; computer aided design

2014- 11- 04

教育部國家教師科研“十二五”規劃重點課題項目(GSX14012543) ；渭南師范學院特色學科建設項目(14TSXK09)

楊明彥(1975—)，男，陜西咸陽，碩士，講師，產品設計專業建設負責人，主要研究方向為產品開發、計算機輔助設計.

E-mail：yanglaoshi528@163.com

TB472；G482

A

1002-4956(2015)6- 0254- 03