計算機輔助工業(yè)設計的發(fā)展狀況與趨勢

劉世龍 山東省菏澤第一中學人民路校區(qū)

從歷史發(fā)展的角度，計算機技術與人類社會發(fā)展關系密切，在21世紀經(jīng)濟全球化和知識經(jīng)濟時代背景下，國家和企業(yè)競爭力主要體現(xiàn)在科學技術上，計算機輔助工業(yè)設計是科學技術轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新產(chǎn)品的重要橋梁，必然成為一種流行趨勢，也將為人類社會的發(fā)展進步起到一定作用。

1.CAD與CAID概述

利用計算機軟硬件系統(tǒng)輔助工程完成設計、分析、修改、顯示或輸出的一門綜合應用技術，即計算機輔助設計技術（CAD）。21世紀以來，CAD技術有了很大發(fā)展，并且與工業(yè)設計（ID）相融合，形成了計算機輔助工業(yè)技術（CAID）。長遠來說，CAID作為CAD的分支，其定義為互聯(lián)網(wǎng)技術下，利用設計理念和理論知識的有機結(jié)合來進行一系列的創(chuàng)造性活動的智能化系統(tǒng)。

隨著人民物質(zhì)生活的不斷滿足，大眾對產(chǎn)品的人性化功能愈加關注，對工業(yè)設計的要求不斷提高，因此計算機輔助工業(yè)設計技術具有越來越重的意義，具有推動創(chuàng)新發(fā)展、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、系統(tǒng)化提高生產(chǎn)效率等作用，提供更多具有創(chuàng)新、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)等特性的工業(yè)產(chǎn)品，使產(chǎn)品更加直觀和自然，降低工業(yè)生產(chǎn)和制造的成本，評估產(chǎn)品存在的缺陷，提高企業(yè)利潤，促進人民綠色化生活發(fā)展。

2.CAID的發(fā)展狀況

2.1 計算機的輔助造型技術

計算機的輔助造型技術通過計算機表示、控制、分析和輸出幾何實體的技術，其主要研究包括自由曲面技術和草圖設計等。現(xiàn)代曲面技術帶來的數(shù)據(jù)資源和設計保障使得工業(yè)產(chǎn)品趨于完善，而草圖設計可修復傳統(tǒng)CAD技術的弊端，展現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品實體造型上，即更佳的設計感，可高效、低耗完成作圖。

2.2 計算機的人機交互技術的發(fā)展

人機交互技術是借由計算機輸入輸出設備達到人與計算機有效對話的技術。CAID對社會文明發(fā)展裨益良多，在設計過程中應滿足客戶的變化性、多樣性需求，工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)之中漸漸融入虛擬用戶的多角度設計，人機間交流壁壘漸弱，人機交互技術于CAID的應用價值愈加深遠。

2.3 人工智能技術的發(fā)展

人工智能可用于模擬、延伸和擴展人的智能，將其運用于工業(yè)設計中，可提升創(chuàng)新性設計思維，促進高頻率、高效率的人機交互。將CAID應用到人工智能領域，可降低傳統(tǒng)智能由于人為操作造成的各類風險。此外，CAID還需要具有創(chuàng)造性的設計思維，可適應時代發(fā)展進行創(chuàng)新，使產(chǎn)品的細節(jié)問題得以完善，操作技術更加流暢，以提升工業(yè)產(chǎn)品的設計質(zhì)量。因此，人工智能技術是CAID不可或缺的重要技術。

2.4 高新技術的發(fā)展

目前，高新技術是一個熱門，這就要求在計算機輔助設計工業(yè)產(chǎn)品的過程中，要有一部分的高新技術的應用，可將遺傳技術、虛擬技術、計算機輔助技術進行結(jié)合。在許多領域，高新技術使得產(chǎn)品的模型設計功能多樣，類型眾多，常見用于室內(nèi)裝潢設計、旅游景區(qū)衛(wèi)生、房屋建筑等領域。與此同時，計算機輔助技術可以幫助設計者充分利用資源，順應了當下綠色環(huán)保的發(fā)展理念，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型。

2.5 3D打印技術的發(fā)展

利用數(shù)字模型文件、可粘合材料逐層打印構(gòu)造物體的技術即3D打印技術，涵蓋種類多樣，如鋁材料、石膏材料、橡膠類等材料都可以被運用于此技術中，發(fā)展前景巨大。二十年前，3D打印技術開始被出現(xiàn)于國內(nèi)研究中，逐漸發(fā)展到工業(yè)應用中，對傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式產(chǎn)生沖擊，可將虛擬模型打印為實體3D模型，已被運用于汽車設計、醫(yī)療、土木工程等領域，必將成為現(xiàn)代CAID領域的主流技術之一。

3.CAID的發(fā)展趨勢

雖然CAID是目前解決工業(yè)設計方案的最優(yōu)選擇工具，但仍存在著很大的局限性，如：“如何幫助人們解決創(chuàng)新設計問題”就是一個亟待解決的問題，可從理念、技術、創(chuàng)新等方面進行展望，具體如下：

第一，工程設計和工業(yè)設計的核心需保持一致性，盡量做到人機系統(tǒng)的一體化，考慮環(huán)保問題，提高新技術，新能源應用率，且時刻保持產(chǎn)品的更新，展示給顧客最先進、最完美的設計產(chǎn)品。

第二，實現(xiàn)人機互動，針對目前國內(nèi)人機互動功能存在的一些問題，可引進VR技術可以有效解決，升級技術模型，實現(xiàn)高效設計。

第三，輔助技術發(fā)展，應當重視各種新興技術，朝著系統(tǒng)化、多元化的方向發(fā)展，及時更新路徑，發(fā)展模擬功能，逐漸進入各個領域中，進一步為人類的進步作出貢獻。

第四，設計方法和產(chǎn)品創(chuàng)新，應當總結(jié)各種工業(yè)產(chǎn)品的設計外觀、理念和工業(yè)原理，逐漸形成行業(yè)準則，進行設計方法的共享，如鼓勵設計者進行產(chǎn)品創(chuàng)新、提高設計者的創(chuàng)新觀念。

第五，加強智能技術的應用，優(yōu)化方案設計、產(chǎn)品制作和評價機制以達到延長產(chǎn)品生命周期的作用，總結(jié)各個領域的成功經(jīng)驗，提高產(chǎn)品的內(nèi)在價值。

4.小結(jié)

綜上所述，CAID具有的創(chuàng)新化，綠色化，一體化，多元化的核心內(nèi)涵，未來可利用的領域也會越來越多，進一步促進現(xiàn)代加工技術的發(fā)展。先進的制造技術與CAID更會協(xié)同發(fā)展，使產(chǎn)品開發(fā)方式更加豐富，滿足客戶多元化需求，更好地利用人工智能技術，充分發(fā)揮環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的理念，展現(xiàn)我國工業(yè)綜合實力。