工业设计创新模式应用研究

摘要：本文通过数字技术虚拟性的方式、方法、途径的理论性研究，基于数字化技术的多感知性、交互操作性、对现实事物关系、活动、认知的实际模拟性，通过数字技术（如：VR技术、AR技术、3D成像技术等）虚拟工业设计在设计流程、设计管理、制造加工、设计体验、设计服务等事件的实际情景，实现工业设计的设计与制造的多样化信息交互，提高产品设计方案的合理性和可行性，为工业设计设计、制造、研发的创新开辟一种新型的理念与模式。

关键词：工业设计；数字虚拟；创新模式

1国内外数字虚拟技术下工业设计模式研究现状

信息时代下的数字技术已成为西方各个国家工业设计的主要设计与制造模式的创新驱动力之一，并已形成了较为充实的理论依据与指导。美国和德国这些工业信息化、工业设计产业经济发达国家最早开展了数字化的现代设计与制造模式，例如：美国的哈佛大学设计学院运用数字虚拟技术在工业设计领域展开了动态雕塑设计、交互空间设计数字参数化建筑设计、动态视觉信息设计等多种类型的数字设计与制造创新形式。与此同时，欧洲各国不仅将数字虚拟技术运用到了工业设计领域，还运用到了医疗、军事、工业制造等各个行业领域。我国数字虚拟技术与国外相比，虽然我国在数字技术方面制定了相关的政策扶持、发展规划、研究计划，尤其在数字虚拟技术方面受到了多家国家自然科学基金委、九五规划、国家高新技术研究发展计划的高度重视，并将其置于学科研究的重点，并逐步在各行各业进行试验性的实施。但是在数字虚拟技术的应用方面呈现出起步晚，发展较为缓慢，资金注入不满足需求，理论指导不强，形式单一，系统性弱，技术受限等问题与薄弱环节。

2工业设计与数字虚拟技术应用的功能关系

工业设计是人类以满足物质功能需求和审美情感需求为目的，进行设计要素的构思和策划，通过借助材料媒介及制作工艺，采用创新的艺术表现手法，将设计构想实体化，将技术与艺术完美融合，创造实用与美感于一体的产品，更好地满足使用者与社会的需求。然而由于专业涉及内容范围广，受影响因素多，设计与制造的环境复杂。因此，在我国工业设计设计、制造、流程等方面发展受到了一定环境、人力、财力、安全性等方面的限制。数字虚拟技术主要通过计算机、软件等设备，设定创建一种模拟现实的四维人环境或者四维的物环境，以视觉、听觉、触觉等方面的信息交互设计，让参与者获得真实的体验、经历与感受。数字化虚拟技术实现了人类对复杂事物的认知性，帮助人类更为直观、科学的分析复杂事物之间的逻辑关系与原由，实现了人类与空间、实践、事物的四维辩证关系的认知，为人类认知、探索、掌握客观世界的规律提供了一种新型的方式。通过以上分析可得出工业设计与数字虚拟技术的基本功能关系：数字虚拟技术对于工业设计来说是一种补充与创新驱动剂。应用数字虚拟技术于工业设计设计、制造、管理、流程、服务等各个环节之中，可真实地创造表现出各种工业设计的设计流程、制造加工技术、材料分析、设计服务、产品体验等实际设计、生产加工的仿真情景，提供多种途径的实践设计体验，使工业设计在设计、制造、流程管理等方面的前期研发、实验或者后期服务、验证、体验等方面，弥补人力、物力、财力、环境、安全等方面因素的不足，对于提高工业设计研发与制造的成效性、自主能动性、有着较好的实践意义。

3实施数字虚拟下的工业设计创新模式的构建形式

3.1建立数字虚拟化工业设计造型要素设计模式

工业设计造型设计是产品形态的美学艺术表现。产品的造型形态表现出产品的使用功能以及用户特征、环境特征、行业特征，同时表达了人们在满足自身物质生活的基础上，更加追求精神世界的诉求。从经济角度看分析，一个具有美学内涵的产品形态更容易创造出产品的经济附加值。在数字化技术高速发展的时代，将数字虚拟技术运用于工业设计造型形态的设计、制造中，具体内容方式可通过以下方式：数字虚拟技术按照形态的分类虚拟各类产品形态设计的出模和装配原理，如：“直线型”产品形态、“曲线型”产品形态、“特异性”产品形态等。通过此各类产品形态设计出模和装配原理的数字模拟，再融入到三维工程软件（如：PRO/E、RHINO等）之中，在工业设计形态设计中，可利用三维工程软件对产品的形态进行参数化建模，在软件中可对“直线型”、“曲线型”、“特异性”等各类产品形态中的各个点、线、面、体设计组构模块进行参数化的形式美设计、修改与法则验证，同时结合虚拟出模和装配技术对各类产品的形态进行模拟的出模与装配实验。最后输出到参数化工程设计软件Rhino中，或者3D打印机中形成最终数字或实物模型，便于后期工业设计制造加工的测试与验证。

3.2建立数字虚拟化工业设计结构要素设计模式

工业设计结构设计的数字化虚拟设计制造可利用数字虚拟Unity3D、Cult3D软件，在产品结构实践设计的流程、技术、方法的基础，实施虚拟三维动态分析与设计、研究、实验。在工业结构设计实践教学的过程中，可以利用Unity3D或Cult3D数字虚拟软件，在虚拟的三维可视化空间中建立工业产品结构的虚拟数据模型，通过IGES格式虚拟数字模型的三维可视化呈现，对模型进行结构上分析与实验，例如：结构出模分析与实验、结构装备解析与实验、结构温度变形分析与实验、结构动力学分析与实验等，最终通过学科分析与反复试验总结、归纳相关工程数据，并存储数据，形成大数据模块，以图形或者图像的三维可视化形式呈现出来。

3.3建立数字虚拟化工业设计材料要素设计模式

工业设计材料涵盖了金属材料、塑料材料、硅胶材料、纳米材料等等形式繁多，属性各异的材料类别，且每类材料都有着各自的设计、加工、成型等特性各异，材料与材料之间的设计结合与运用方式各异。数字化虚拟技术在工业设计材料设计、研发、应用过程中可通过以下方式实现：运用VR数字化虚拟3D技术，在VR虚拟软件平台上（如：Keyshot、3Dmax等）形成三维的模型信息，设计者通过VR虚拟软件平台所提供的三维数据模型信息可进行材料应用的虚拟设计与实验。例如：在塑料材料的设计、研发、应用中，运用Keyshot三维VR虚拟软件平台进行塑料材料的虚拟设计、应用，在虚拟平台系统中对于塑料材料虚拟模型实施在不同空间环境、光照、造型形态、工艺、时间等因素下的木质材料自身相关表象、数据、特质的交互表现与四维动态分析，分析究塑料材料各种数据与属性，研究、梳理出各材料特性要素的关系，并综合处理、总结相关数据，并再次通过Keyshot三维VR虚拟软件平台虚拟应用于具体工业设计产品塑料材料的实践、实验与创新设计中。

3.4建立数字虚拟化工业设计制造工艺模式

设计制造与加工工艺是实现产品由概念图纸模型转变为市场商品的重要环节之一，同时也是产品批量化生产，实施商业化市场运作与销售的重要影响因素。制造方式与加工工艺的选择适当与否，决定了产品设计的最终表现效果，以及产品质量的优劣。通过借助数字虚拟技术，如：VR、AR等技术，发挥数字虚拟技术模拟现实的特性，并充分应用于各类工业设计制造、加工的实践教学之中，按照工业设计各类生产加工及工艺的要求，虚拟表现出实际生产加工一线场景及相关设备操作、工艺流程展示等环节，对复杂性工业设计制造加工、工艺进行实验性的分析、研究，总结设计实施的可行性方案，从而大大降低了设计制造内容的难度，提升了设计制造加工实践能力培养的实效性。

4总结

数字虚拟技术在工业设计模式创新中的应用，顺应了科学技术发展观的现代数字信息化的设计、制造、研发、服务理念。数字虚拟技术可突破、改变现有传统式的工业设计模式，同时，工业设计的设计流程、制造加工技术、材料分析、设计服务、产品体验等环节较好地解决解决其在人力、物力、财力、环境、安全等方面因素的弊端与不足，对于提高工业设计研发设计、制造、体验、服务的成效性与经济性具有较高的创新实践意义。

参考文献

[1]戚鹏等.基于虚拟现实技术的工业设计虚拟展示平台的建设研究[J].科技展望,2015(20):160.

[2]周济,李培根.走向新一代智能制造[J].中国工程院院刊,2018.10.

[3]喻晓和.虚拟现实技术基础教程[M].第2版.北京:清华大学出版社,2017.

作者：吴志坚 单位：郑州西亚斯学院