當代工業設計造型藝術與技術的發展探究

摘要：目的：文章旨在深入探討當代技術與產品造型設計之間的內在聯系及相互促進機制，重點分析技術進步如何影響產品設計方法和產品形態，進而推動工業設計領域的創新與發展。通過揭示技術創新在設計方法、產品造型及表現風格中的重要作用，為行業理論發展與實踐提供科學依據和系統指導，促進工業設計不斷創新。方法：采用歷史研究與案例分析相結合的方法，立足工業技術演進歷程，探討其對產品造型方法及形式的影響。重點考察20世紀后期，尤其是20世紀90年代以來，計算機輔助設計技術和數控加工技術的獨立發展與協同應用如何改變產品設計流程及制造方式，推動設計理念和產品形態的多樣化。結果：研究表明，20世紀90年代，計算機輔助設計和數控加工技術的發展不僅推動了產品造型方法的創新，且二者協同發展加速了工業產品外觀風格的轉變。計算機輔助設計技術提供了更精準與高效的設計工具，而數控加工技術則為產品生產提供了更高的精度與靈活性，這一技術變革促進了產品外觀、功能與結構的創新，推動了工業設計朝著智能化、個性化方向發展。結論：文章旨在從學術角度為工業技術推動下的產品造型創新提供理論支持，揭示工業設計與技術進步之間的緊密關系。對企業而言，研究成果能夠為產品設計的技術選擇與應用提供實踐指導，有助于提升設計效率和產品競爭力；對產業發展而言，研究成果能夠為技術應用的深化與創新提供參考，為未來的技術革新與設計創新奠定基礎。

關鍵詞：工業技術；工業設計；產品造型；計算機輔助設計；數控加工技術

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）17-00-03

0 引言

科技與設計是驅動社會進步的關鍵動力。工業技術的發展不僅重塑了人類生活方式，更在工業設計領域催生了深刻變革與創新。計算機輔助設計與數控加工技術通過長期的累積與沉淀，在20世紀90年代給產品造型技術與方法帶來了前所未有的革新。本文通過研究科技進步如何改變產品造型技術與方法，揭示這種變化所蘊含的產品造型演進趨勢，旨在闡明科技與設計間的內在聯系與相互促進機制，為工業設計領域的持續創新與發展提供理論支撐與實踐指導。

科技的進步為設計表現形式的多樣化提供了堅實的支撐，成為設計領域革新的重要推動力量。在工業設計領域，科技手段的不斷革新使設計在形式、功能、體驗等方面呈現出更多可能。工業技術與工業設計共同演進，旨在通過跨學科的合作與融合，為人類生活質量的全面提升以及社會文明的多元化發展貢獻力量［1］。

審視歷史，工業設計造型的演變歷程始終根植于工業技術的驅動之中。設計史上的每一次重要轉折都與工業技術的進步密切相關，并在此基礎上不斷發展出新的設計手法、策略和工具。從早期借助紙張、墨水和顏料的手繪效果圖，到如今的計算機輔助設計軟件，科技與設計之間的緊密聯系日益緊密，設計成果也因此呈現出顯著的變革。技術的崛起不僅徹底改變了設計師的工作方式與產品的制造流程，還推動了制造業深度轉型升級，對產品造型的技術與方法產生了深遠影響［2］。本文聚焦計算機輔助設計與數控加工技術兩大關鍵領域的進步，探討其如何協同作用于20世紀90年代工業設計領域，促進產品形態設計技術與方法的創新與演進。

1 計算機輔助設計發展對產品造型的影響

在計算機輔助設計軟件尚未發展成熟的早期，傳統的工業產品造型設計方法主要依賴手工繪制效果圖和制作模型，設計師通過手繪效果圖來傳達設計構想與理念，雖然具有創意，但受到諸多限制，且制作過程煩瑣耗時。一般情況下，設計師首先在頭腦中構思產品的外形，然后使用紙張和筆手繪草圖。手繪草圖通常在初步概念階段得到廣泛應用，以幫助設計師快速傳達設計理念和形態構想。隨著工業生產的迅速推進，傳統手繪效果圖的方式在新的環境中暴露出不足。

這一時期的產品設計在形狀和造型上受到了限制，設計師主要選擇簡單的幾何形狀如方形、圓形等，通過組合或削減這些基本的幾何形狀來形成產品的外觀（見圖1）。

一個典型的例子是1984年惠普公司推出的第一臺桌面激光打印機HP LaserJet Classic。這款激光打印機在整體外觀上采用了方形的設計，通過在方形結構上進行加減，表現出筆直的有棱有角的方形外觀。

1971年Intel發布微型處理器，ADAM軟件成為現代商業繪圖軟件的基石。1982年，AutoCAD 1.0問世，成為首款廣泛商用的計算機輔助設計軟件。在隨后的10年間，計算機輔助設計軟件蓬勃發展，各類三維設計軟件的相繼問世極大地提升了設計的精準性和效率。然而，在20世紀末，Maya、SoftImage等先進軟件仍需在特定操作系統和圖形工作站上運行，并須搭配高端顯卡，安裝包體積龐大，且曲面造型的靈活性和整體設計效率依然存在局限性［3］。

20世紀90年代，Alias、Rhino等NURBS（非均勻有理B樣條）曲面建模軟件的發布改變了這一局面。曲面建模軟件將傳統計算機輔助設計軟件的精確性與以自由曲線為基礎的模型建構技術的靈活性完美結合，構建出的模型不再依賴直線段或多邊形網格，而是基于平滑的NURBS曲線和曲面，這是NURBS曲面建模技術的顯著特點之一。NURBS通過數學表達方式描述曲線和曲面，一條NURBS曲線由控制點、階數和節點構成。曲線階數越高，造型就越流暢、圓滑且精確。這種技術使曲面片間的連接處理十分便捷，實現了曲率連續性，建立高階曲面，從而使產品外觀更加逼真、生動［4］。

計算機輔助設計是一項具有革命性的技術，對工業設計領域產生了深遠影響。傳統的設計方法依賴手繪草圖和手工模型制作，受制于有限的效率和精度。計算機輔助設計技術的發展徹底改變了這一局面。計算機輔助設計軟件提供了精確的三維建模和渲染效果圖生成工具，能夠輕松處理復雜的三維曲面，這不僅允許設計師實時可視化產品造型，還可以使其在不同視角和光影效果下預覽設計成果，便于設計師即時評估并調整造型細節。設計對象越復雜，這種設計方式的優越性就越突出。尤其是在需要極強創新性和復雜曲面造型的產品設計中，高階曲面能夠被建立起來，計算機輔助設計軟件為設計師實現更具挑戰性的造型提供了可靠的技術支持。因此，20世紀90年代以后，產品造型不再局限于簡單的幾何造型元素，增加了更多高階曲面的特征，朝多樣化方向發展，為工業設計領域帶來了更為豐富和創新的造型語言。

以蘭博基尼跑車為例，其外觀演變充分展示了計算機輔助設計的深遠影響。初代車型整體表現出簡潔而直楞的特征，如1971年發布的蘭博基尼LP 400 Countach，其具有標志性的折線和角度，具有許多硬邊和幾何形狀，呈現出一種獨特而鋒利的外觀。這一設計理念在后來的蘭博基尼以及其他超跑中得到了繼承。隨著時代的發展，蘭博基尼跑車的曲面和線條設計變得更加流暢和精致，其曲線之間的銜接也更完美。例如，MURCIELAGO采用了更圓潤的車身曲面，與尖銳的線條相結合，形成了極強的視覺沖擊力。蘭博基尼跑車極具辨識度的線條和折線設計在當代車型中得到了延續，其曲面之間的銜接更完美，曲面和線條設計更加流暢和精致。技術的發展使設計師們可以更加自由地塑造車輛的金屬表面，呈現出前所未有的藝術感和動感。

計算機輔助設計軟件所帶來的實時反饋不僅能確保產品外觀符合設計目標，還能使設計師提前審視產品的內部結構，在物理制造前發現并解決潛在問題，從而節省時間和資源。這種高效的設計流程提高了設計效率，縮短了設計周期，同時節約了生產原料，提高了產品的首次合格率，進而加速了產品的迭代更新。

計算機輔助設計軟件的出現帶來了工業設計方式的根本性變革。這一變革不僅體現為使用計算機繪制設計圖，更為重要的是，它推動了并行設計系統的建立，將設計、工程分析和制造三者有機結合。通過這種集成化的設計流程，不同專業領域的人員能夠及時交換信息，從而有效縮短開發周期，并確保設計和制造的高質量。這些變化不僅要求設計師具備一定的設計能力，還要求其具備更強的整體意識和豐富的工程技術知識，從而超越傳統的效果圖表現，參與到跨學科的協作和系統化的設計過程中。

2 數控加工技術發展對產品造型的影響

工業設計的產品通常需要進行批量生產，因此設計人員在考慮產品功能和造型時，必須同時考慮生產過程中的多個關鍵因素，如曲面的可加工性、脫模的可行性等。

工業產品的最終形狀由模具的形狀決定，因此模具的制造精度和復雜度直接影響產品外觀造型的精度與細節。在傳統的機械加工時代，缺乏高精度和復雜形狀的模具制造技術，傳統的加工工藝無法實現復雜的三維曲面模具的生產。這種技術限制使早期的設計師在設計時不可避免地受到制造工藝的制約，因此早期的產品造型往往趨向于簡潔的直線或幾何形態，通常表現為幾何形狀的堆疊或削減。

20世紀公交車的樸素形象主要源于當時的技術條件，基本無法生產復雜的曲面鋼板模具。因此，公交車的外觀設計不得不依賴較為簡單的直線和平滑曲面。這種設計選擇是為了適應當時手工制造的局限性，確保能夠在生產過程中實現高效和可行的制造。

數控加工技術的進步有效扭轉了這一局面。數控機床是一種配備數字控制系統的機床，主要由數控系統、伺服系統、機床本體及其他輔助裝置組成，能夠根據零件圖樣編制的數字化加工程序自動控制機床的軌跡運動［5］。

20世紀90年代，伺服電機和數控機床技術的進步推動了制造業整體升級。得益于伺服電機的精確控制，數控機床能夠使刀具精準地定位到工件的每一個點，從而實現高精度的加工。這些先進的機床能夠制造出復雜的三維曲面模具，極大地拓寬制造的可能性。數控加工技術將計算機技術與傳統機械加工方法有機結合。通過數控機床，設計師所創建的三維產品模型能夠精確地轉化為實體產品，從而實現高精度、高效率的生產。復雜三維曲面形態的可制造性大大豐富了工業產品的造型設計，復雜的三維曲面也被廣泛運用于產品造型設計，拓展了產品外觀的表現空間（見圖2）。

3 結語

技術的進步深刻影響了工業設計的造型表達和方法變革。從20世紀90年代起，計算機輔助設計和數控加工技術在工業設計領域的應用逐漸深入，成為設計和制造的重要工具。計算機輔助設計技術的引入使設計師能夠在數字空間高效實現復雜造型的設計與優化，大幅提升設計的靈活性和精度。而數控加工技術則通過高精度的加工能力，將數字設計轉化為實物產品，加快了設計的實現速度。這兩種技術在21世紀逐步成熟，通過融合發展，不僅豐富了產品的造型形式，還優化了從創意到生產的流程。這種技術驅動的變革，極大地提高了工業設計的效率與精度，為創新造型語言和設計方法提供了可能，同時推動了整個行業持續發展與進步。

未來，隨著智能制造和增材制造等新興技術的不斷發展，工業設計將迎來更多創新可能。設計工具將更加智能化，設計師能夠通過算法生成設計、虛擬現實輔助展示等方式更高效地實現復雜構思。制造技術的升級也將進一步突破傳統工藝的限制，使產品的形態、材質和功能更加多樣化和個性化。

參考文獻：

［1］ 鄭積源.科學技術簡史［M］.上海：上海人民出版社，1987：6-12.

［2］ 江小浦.論產品造型的科技發展因素［J］.包裝工程，2007（8）：72-73，128.

［3］ 何人可.工業設計史［M］.北京：北京理工大學出版社，1991：147-155.

［4］ 唐榮錫.現代圖形技術［M］.濟南：山東科學技術出版社，2001：89-113.

［5］ 宋本基，張銘鈞.數控加工［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2000：1-3.

基金項目：本論文為大連橡膠塑料機械有限公司“鈑金結構外觀結構評審與培訓服務”研究成果，項目編號：SYLY2024090001

作者簡介：方珍妮 （2000—） ，女，研究方向：工業設計、產品設計；徐青 （1999—） ，女，研究方向：工業設計、產品設計；楊猛 （1970—） ，男，教授，系本文通訊作者，研究方向：工業設計、產品造型設計。

本文引用格式：方珍妮，徐青，楊猛.當代工業設計造型藝術與技術的發展探究［J］.藝術科技，2024，37（17）：-.