家电产品的造型设计方法&工业设计的概念资料！

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1。家电产品的三维造型设计方法的研究（作者单位：广东省机械研究所模具CAD中心）
随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚．人们对消费产品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感．家电产品在不断提高和完善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，多以复杂方式自由地变化的曲线曲面即所谓自由型曲线曲面组成．而这一类形状单纯用画法几何与机械制图是不能表达的．这就给家电产品的设计及制造带来了挑战．　　计算机技术和计算机图形学的不断发展，为人们提供了强有力的工具，三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业．然而，要快速高质量地完成一个家电产品的造型设计，必须根据家电产品的特点，总结出一套建模方法和技巧．这样才能大大缩短设计周期，提高设计效率，满足客户对产品的各种特殊需求．
1　掌握三维CAD造型的原理，充分了解应用软件中的造型方法  
　　CAD的三维模型有三种，即线框、曲面和实体。早期的CAD系统往往分别对待以上三种造型。而当前的高级三维软件，例如UGII,PRO/E,EUCLID等则是将三者有机结合起来，形成一个整体，在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段[1]。其所有的几何造型享有公共的数据库，造型方法间可互相替换，而不需要进行数据交换。此在进行产品造型时，必须首先充分了解应用软件中的各种造型方法，总结出造型方法的特点、相关参数及应用技巧，减少造型时的盲目性，便能快捷有效地获得满意结果。
1.1线框造型　
　线框造型可以生成、修改、处理二维和三维线框几何体。可以生成点、直线、圆、二次曲线、样条曲线等，又可以对这些基本线框元素进行修剪、延伸、分段、连接等处理，生成更复杂的曲线，线框造型的另一种方法是通过三维曲面的处理来进行，即利用曲面与曲面的求交，曲面的等参数线，曲面边界线，曲线在曲面上的投影，曲面在某一方向的分模线等方法来生成复杂曲线。实际上，线框功能是进一步构造曲面和实体模型的基础工具。在复杂的产品设计中，往往是先用线条勾划出基本轮廓，即所谓“控制线”，然后逐步细化，在此基础上构造出曲面和实体模型。  
1.2曲面造型　
　曲面造型分两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。　　（1）由曲线构造曲面　
　1)旋转曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的曲面。　
　2)线性拉伸面：一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面。　
　3)直纹面：在两曲线间，把其参数值相同的点用直线段连接而成的曲面。　　4)扫描面：截面发生曲线沿一条、二条或三条方向控制曲线运动，变化而生成的曲面。可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射状扫描曲面。
　　5)网格曲面：由一系列曲线构成的曲面。根据构造曲面的曲线的分布规律，网格曲面可分为单方向网格曲面和双方向网格曲面。单方向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线构成；而双方向网格曲面由一组横向曲线和另一组与之相交的纵向曲线构成。　　
6)拟合曲面：由一系列有序点拟合而成的曲面。
　　7)平面轮廓面：由一条封闭的平面曲线所构成的曲面。　
　8)二次曲面：椭圆面q 抛物面，双曲面等。　　
（2）由曲面派生曲面　　
1)等半径倒圆曲面：一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。
　　2)变半径倒圆曲面：半径值按一定的规律变化的圆弧段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。　
　3)等厚度偏移曲面：与原始曲面偏移一均匀厚度值的曲面。
　　4)变厚度偏移曲面：在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面。　　
5)混合曲面（桥接曲面）：在两个（或多个）分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面。　
　6)延伸曲面：在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势（或某一给定的矢量方向）进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面。　
　7)修剪曲面：把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面。　
　8)拓扑连接曲面：把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。 1.3实体造型　
　（1）基本体素　
　1)拉伸体：一条封闭的曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的实体，包括方体。　
　2)旋转体：一条封闭曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的实体。包括圆柱体、圆锥体、球体等。
　　3)扫描体：一条或多条封闭的截面曲线沿一条轨道按一定的规律运动而生成的实体。　
　4)等厚体：与原始曲面偏移给定厚度值而形成的实体。
　　5)缝合体：由一组封闭曲面缝合而成的实体。
　　6)倒圆体：在实体的棱线处，生成一个与该棱线处的两相邻表面相切的圆弧型过渡体。
　　7)倒角体：在实体的棱线处，生成一个给定角度和长度的倒角体。　　（2）工艺特征形体　
　包括凸台、凹腔、孔、键槽、螺纹、筋等。　
　（3）拓扑操作对体素进行并、交、差布尔运算及用曲面片体修剪体素而生成新的实体。  
2　对产品进行剖析，确定产品结构的主要特征和合理的建模顺序  
　　有些家电产品看起来相当复杂，造型时感到无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等）。首先从基本特征入手，保证重点，产生一合理的造型“基体”或称之为“毛坯”。在这“毛坯”上完成细节部分，如过渡面、局部凸台、凹腔、孔、筋条等。这样主次分明，先做什么，后做什么，问题就迎刃而解了。　　在造型时根据产品的主要结构建立特征曲线，通过拉伸、旋转等建立一个合理的“毛坯”，再采用布尔“并、交、差”运算，在实体之间合并、挖除、相交成型，同时还可以使用面片体作为“刀具”将“毛坯”实体剪切去除，以获得实体的外观形状。这也是在家电产品造型时最常用的造型方法。其关键在于如何建立高质量的面片体“刀具”，这将在曲面造型技巧一节中提及。在这里需提出的是：用以修剪、分割实体的曲面片“刀具”各边缘都应超出“毛坯”剪切截面边缘。此时可将原片体沿切面方向延伸，延伸片与原片体缝合后形成的较大片体即可作为“刀具”也可以重新作一较大的片体“刀具”。　　图1所示为某款手机充电器面盖。通过分析产品结构，按外轮廓做出图2所示毛坯，然后做面S1去剪毛坯，在此基础上长凸台B1,挖凹腔P1、P2,长两定位钉B2,最后做倒圆特征S2。 图1充电器面盖 图2毛坯图  
3　曲面造型技巧 　
　家电产品的外观形状多由自由型曲线曲面组成，其共同点是必须保证曲面光顺。曲面光顺从直观上可以理解为保证曲面光滑而且圆顺，不会引起视觉上的凸凹感，从理论上是指具有二阶几何连续，不存在奇点与多余拐点，曲率变化较小以及应变能较小等特点。要保证构造出来的曲面既光顺又能满足一定的精度要求，就必须掌握一定的曲面造型技巧。
3.1化整为零，各个击破　
　用一张曲面去描述一个复杂的家电产品外形是不切实际和不可行的，这样构造的曲面往往会不光顺，产生大的变形q 这时可根据应用软件曲面造型方法，结合产品的外形情况，将其划分为多个区域来构造几张曲面，然后将其缝合，或用过渡面与其连结。　　当今的三维CAD系统中的曲面几乎都是定义在四边形域上。因此，在划分区域时，应尽量将各个子域定义在四边形域内，即每个子面片都具有四条边。而在某一边退化为点时构成三角形域，这样构造的曲面也不会在该点处产生大的变形。
3.2建立光顺的曲面片控制线　
　曲面的品质与生成它的曲线即控制线有密切关系。因此，要保证光顺的曲面，必须有光顺的控制线。曲线的品质主要考虑以下几点：①满足精度要求；②曲率主方向尽可能一致；③曲线曲率要大于将做圆角过渡的半径值。在建立曲线时，利用投影、插补、光顺等手段生成样条曲线，然后通过其“曲率梳”的显示来调整曲线段函数次数、迭代次数、曲线段数量、起点及终点结束条件、样条刚度参数值等来交互式地实现曲线的修改达到其光滑的效果。有时通过线束或其它方式生成的曲面发生较大的波动，往往是因为构造样条曲线的U、V参数分布不均或段数参差不齐引起的。这时可通过将这些空间曲线进行参数一致性调整，或生成足够（视形状与精度而定）数目的曲线上的点，再通过这些点重新拟合曲线。　　在曲面片之间实现光滑连接时，首先要保证各连接面片间具有公共边，更重要一点是要保证各曲面片的控制线连接要光顺，这是保证面片连接光顺的必要条件。此时，可通过修改控制线的起点、终点约束条件，使其曲率或切矢在接点保证一致。  
3.3将轮廓线删繁就简再构造曲面　
　我们看到的曲面轮廓往往是已经修剪过的，如果直接利用这些轮廓线来构造曲面，常常难以保证曲面的光顺性，所以造型时在满足零件的几何特点前提下，可利用延伸、投影等方法将3D轮廓线还原为2D轮廓线，并去掉细节部分，然后构造出“原始”曲面，再利用面的修剪方法获得曲面外轮廓。
3.4从模具的角度考虑　　
产品三维造型的最终目的是制造。家电产品零件大都由模具生产出来。因此，在三维造型时，要从模具的角度去考虑，在确定产品出模方向后，应检查曲面能否出模，是否有倒扣现象（即拨模角为负角），如发现有倒扣现象，应对曲面的控制线进行修改，重构曲面。这一点往往被忽略，却是非常重要的。
3.5曲面光顺评估　　
在构造曲面时，要随时检查所建曲面的状况，注意检查曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。检查曲面光顺的方法可利用对构成的曲面进行渲染处理，即通过透视、透明度和多重光源等处理手段产生高清晰度的逼真性和观察性良好的彩色图像，再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。图像明暗度变化比较均匀，则曲面光顺性好，如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大，则曲面光顺性差。另外，可显示曲面上的等高斯曲率线，进而显示高斯曲率的彩色光栅图像，从等高斯曲率线的形状与分布、彩色光栅图像的明暗区域及变化，直观地了解曲面的光顺性情况[2]。
4　结束语  
　　家电产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节。充分利用现代先进的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定了基础。要高质量地完成家电产品的造型，通常是经过数次的反复，综合利用各方面的知识和经验，并掌握一定的造型方法和技巧。在实际操作中，不断发现问题，总结经验，在实践中提高。

3。工业设计程序的步骤
  
从零开始：调查
设计人员首先要了解您的公司，您生产的产品情况，您所在行业的状况，您的客户，从而找到所需解决的问题。
-- 开始进行前期调查，资料收集和研究工作
-- 发现主要需要解决的问题
-- 开始着手竞争性分析，拟定策略
-- 研究探讨所要使用的技术，开发平台和媒介
结果：项目计划得以发展
步骤一：创意
此阶段工作的核心是创意，设计公司将前一阶段调查所得的信息资料进行分析总结，提出具有创新性的解决方案。
-- 提出概念，创意和设想，进行工作者环境，效率以及使用界面方面的调查，从而进一步完善改进创意
-- 制作具体的工程设计图纸和塑胶模型
-- 选定材料，确定生产工艺和技术结构
结果：步骤二的概念形成
步骤二：定义
设计公司对其创意的可行性加以论证，并通过优化，协调该产品在外观、颜色、细节、特性以及功能等方面的复杂关系， 从而使该创意更具可操作性。
-- 进行动画设计，色样搭配，制图
-- 完成外观模型以及概念设计原型的制作
-- 运用三维辅助设计完成具体的设计工作，制做出样品
-- 用户使用检验
结果：设计方案得以确认
步骤三：实施
在此阶段产品设计方案已确定，接下来讨论并制定出详细的生产计划书。
-- 提交最终的设计样本
-- 确定生产中所需的规格和技术
-- 测算材料和制造成本
-- 制定生产方案，进行用户使用检测
结果：转向生产
步骤四：投产前期准备
进行正式投产前的准备工作，包括模具制作，设备安装，生产计划的制定，印制标签及包装物。
-- 协调人员及设备管理
-- 设备安装
-- 制定装配说明，订立质量标准
-- 检验并确定最终的方案
结果：进入生产轨道
步骤五：生产
在此阶段设计公司协助厂商组织生产，优化生产工艺。
-- 批量生产
-- 解决生产中出现的问题
-- 改进工艺设备，完成ＷＷＷ网上营销宣传
结果：投放市场

4。工业设计同企业的关系
    工业设计是属于对现代工业产品，产品结构，产业结构进行规划 设计 不断创新的专业。其核心是以“人”为中心，设计创造的成果要能充分适应，满足作为“人”的需求。人类的需求永远不会停留在某一点上，因而工业是设计也是需要“再设计”的专业。
工业设计是科研技术成果的转化为产品，形成商品，符合需求，有益环保的核心过程;是技术创新核知识创新的着陆点；是产品，商品，用品，废品相互转化的系统方法。工业设计的本质是“人为事物的科学”在改革开放前，我国基本上没有形成自己的工业设计能力。其原因：一是在很长的历史时期里，我国工业的发展，基本上走的是引进---仿制---批量生产---再引进---再仿制---再批量生产，简单的循环，缺乏自己的再创造。在所有现代工业产品中，极少属于我国首创。二是在计划经济体制下，产品统购包销，供不应求，供不应求，是卖方市场，在这样的的历史条件下，也不需要工业设计。
    近二十年来，我国工业设计事业有了很大的进展。20世纪80年代初，大专院校开始设置工业设计专业；到现在，我国已有两百多所院校开设了这个专业；一批年轻的工业设计专业队伍正在我国形成；有的大企业也相继成立了工业设计部门。工业设计已开始在产品造型设计方面初见成效。由于工业设计的推进，导致企业产品造型多样化，但从社会总体看，工业设计在我国尚处于早期发展阶段，还未能形成发达国家这个极活跃的“生产力”创造高效益的“产业”。大市场概念的实质不是以“造型”设计为主，而是以“服务”使用者为“本”。  
    因此工业设计的真正任务是对新生活方式的需求目标“定位”研究分析及由此确定的概念设计。这就是以“定位”作为评价体系去选择，组织技术，工艺制成“成品”；在“定位”中已同时形成的“商品”概念，使销售的策划，推行以“并行工程”得以推进；从而进入千家万户的“用品”才真正符合“服务”和“以人为本”的目标。
    目前企业在“以销定产”的“小市场”机制中，迫使企业陷入了恶性循环的“一窝蜂”，“价格战”的漩涡总不能自拔。其主要原因是没有掌握工业设计这个方法论，所以未能在企业产业结构，产品结构调整战略中乃至“品牌”，“质量”概念中真正将“顾客为中心”的“服务”目标作为企业盈利的更本条件，而只抓“硬件”，技术，加工质量，广告，营销和企业形象战略等这些手段和表面辉煌；不抓根本市场定位，市场目标差异化战略，即不抓工业设计，企业的技术创新就失去了目标，造成极大的资源浪费，最终，企业的竞争只停留在低层次上。

5。日本曲面设计潮流述评
在70年代末，80年代初日本产品还是一味追求直线造型的状态，在1983年前后出现变圆的苗头，到1987、1988年进入曲面设计的高潮。从时间上推算，正好与联邦德国著名设计师路易吉?科拉尼在日本的进出相联系。
科拉尼的设计强调生物形态学和空气动力学的特点，大量采用曲线、曲面。70年代末、80年代初在日本连续出版了三集科拉尼作品集。1982年11月在日本工业设计师协会的第四次会议上请他作了特别讲演。1983年5月在高岛屋东京本店及全国分店举办了科拉尼设计展。这些都造成了很大的影响。以1981年与日本ODS公司协作为起点，他为很多企业制定了独具特色的设计方案，范围遍及交通运输工具、家具、照相机、食器、服装、钟表、眼镜等许多领域。他为1984年小樽博览会设计的贝壳形舞台建成以后，也引起过强烈反响。
或许科拉尼在日本的活动不过是时间上的巧合，曲面设计潮流80年代中期在日本的发展有着内在的原因。我们不妨先来看看这些产品的具体情况。
汽车的造型在设计界的影响是举足轻重的。近两年日本各汽车公司都推出了圆调的小汽车。由于汽车开发周期比较长，这种设计思想的出现至少可以推到五、六年前。随着家庭和个人用车普及率不断增高，人们不仅把它看作实用的交通工具而是越来越看作自我表现的一种手段，正象服饰打扮一样，因此十分重视它的形式感。圆调的小汽车正是针对人们这种文化心理要求进行设计的。最有代表性的可说是日产汽车公司生产的新型"SILVIA"小轿车。它在1988年度日本优秀设计评选中获得大赏。其外形和室内的方向盘、仪表盘、座席等都处理成流利的曲线、柔滑的曲面，极富感情色彩。但它既不是30年代流线形设计的简单翻板，也不象有些产品那样一味追求趣味性。它寓日本造型固有的优雅感、温和感与空气动力学的速度感、紧张感于一体，达到一种平衡美。
在照相机造型上曲面设计的倾向相当突出。除了佳能公司在科拉尼合作下设计的新型"T90"单镜头反光照相机之外，OLYMPUS光学工业公司第一开发部的设计小组在几年前就为适应环境的种种变化而进行曲面设计产品的开发，连续推出了"OMl01"、"AZ一1200M"、"AF-10"等多种型号曲面形态的照相机。尤其是最近开发的"IZM300"型内藏38-105mm变焦镜头全自动照相机更具特色。该照相机呈L字型，类似于一体型摄像机。但并非借用摄像机的造型，而是为解决变焦范围扩大带来的笨重化而设计的形态。而三度曲面的处理一方面是以人体工学的角度考虑，使作为人与机械的接点的握取部分更具快适感，另一方面是企图以此增加产品的附加价值。设计小组近几年来发生了设计意识的变化，从原来功能一边倒的倾向转到按流行追求造型的趣味。并认为利用曲面后的造型有可能成为提高商品性的有效手段。
电视机的形态尽管以直线为主，但也有不少产品受圆弧形影响。最早的要数松下电器公司的"X7?6型"小型电视机(1982)和"S9 11"型粉色调电视机(1983)。这是针对当时从家庭需求较向个人需求的变化而设计的，前者被认为是吃早饭时稍微看一下电视用的，后者是放在女孩子房间增加环境气氛用的。为了大胆突破，松下又组织一部分未经历过电视机设计的人组成小组开发新品种。当他们从技术部门借来显像管放在地上的一瞬间，突然冒出了"就这样让显像管发光"的想法，并在一周内将这种构思做成模型。经反复修改，完成了"iedra"8型和11型电视机的设计。这两种电视机刻意追求柔软的形态，使人看后免不了想去触摸一下，是强调趣味性造型。此外，因为现在日本的立体声高音质电视机都将音箱装在两侧，象两个耳朵，很多人不喜欢，松下就开发了沟状密闭形喇叭，为了显示这种新技术，将其装在电视机前面两侧，也处理成R型
在音响设备方面，曲线、曲面产品一度几乎占满了商店的陈列架。索尼公司一向按照技术指向进行高技术设计，产品以挺括著称。但四、五年前也开始有意识地开发曲面设计的产品。当时他们并没有注意到会形成潮流，而是从感性因素出发进行设计的。"Walkman"袖珍录放机是市场上享有盛誉的产品，原来是直线形的。为了使这种面向个人使用的产品更具"娱乐"的意味，改成了圆弧形的"WM-50"新造型。由于两侧及边线圆滑，不伤服装口袋，手感亦好。当时正好由铝板材冲压成形改为塑料注成塑形，技术上处理也很方便.

不錯, 我來頂一下,

兄弟，你料真多哦。

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不错。不过早就知道。

顶~

為什么不做成資料傳上來？