计算机辅助工业设计发展趋势

4. 人机界面技术
随着计算机技术尤其是多媒体、虚拟现实等技术的发展，人机交互 的界面已发生了巨大变化。当前，人机界面模型、虚拟界面、多用户界 面、多感官界面是人机界面技术的几个重要研究方向。
5. 虚拟仿真技术
基于VR的计算机辅助设计技术已有了很大的发展，虚拟现实技术同
样也受到了众多学者的关注，他们将VR技术引入形状设计、结构设计等
过程，并开发出一些基于VR的设计系统，如3-DRAW、JDCAD、COVIRDS等
。
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第二节 技术发展
当前，虚拟仿真技术的研究主要体现在触觉反馈、压力反馈等基础 技术以及人机交互的模拟、人机虚拟环境的构建等方面。应用计算机软 硬件系统的虚拟仿真，可以有效地进行人机关系的设计、评估、检验等 工作。
发展，一般的科学哲学经历了从逻辑经验主义到后实证主义的转向，拓
展至以科学知识社会学（SSK）及新技术社会学为代表的建构论的“科
学研究”和“技术研究”。在20世纪90年代爆发的“科学大战”中对此
做出了进一步的确定和调整。其基本精神是超越“理论优位”的研究传
统，凸显科学与技术在物质性层面的整合，即技术化科学（
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第二节 技术发展
计算机辅助工业设计作为计算机时代的产物，必然带有这种技术化 科学的特征，而且由于设计活动的实践性，更加强了CAID的这种科学性 特色，随着科学的发展、技术的进步和CAID自身的完善，这种科学性趋 向也会随之不断提高。
三、艺术化
艺术性是工业设计与生俱来的本质属性之一，而计算机辅助工业设 计作为工业设计的一个分支，是指以计算机技术为辅助手段进行产品艺 术化的工业设计，既具有科学性又具有艺术性，是科学、技术与美学艺 术的统一体。早期的CAID由于技术水平的限制，往往只注重技术辅助， 忽视或达不到艺术性的要求。随着科学技术的不断成熟，CAID的艺术性 内涵不断丰富，成为衡量CAID质量的标准之一。
智能CAID将人工智能技术引入CAID，可以综合人们已有的经验和知 识，来模仿设计师的思维过程，从而使CAID系统具有一定的智能能力， 实现设计问题的智能求解。
1. 模糊信息处理与决策
工业设计所涉及的知识和经验比较模糊，目前还无法用精确的数学 模型来描述。一般的计算机辅助技术涉及的大多是可量化的、明确的信 息，而工业设计中存在着大量的非量化的、模糊的信息，如美学原则、 风格描述等就无法用一般的计算机处理手段很好地描述。利用模糊理论 与技术处理这些工业设计模糊信息，将是下一代CAID技术的研发重点，
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第二节 技术发展
如基于问题的模糊推理系统，模糊理论与技术将有助于扩展设计师 的创造性思维、审美能力和综合分析能力。国外已开始重点研究美学建 模工具，以及与工程、制作的约束条件相集成的美学工程。
2. 创造性思维与设计方法学研究
对创意过程本身的理解、设计过程的再认识是计算机辅助工业设计 “智能化”的重要条件，近年来，有不少学者从设计方法学出发，对计 算机辅助工业设计的范畴、理论方法做了更深一步的研究，如设计推理 （Design Reasoning）的研究，造型文法、色彩文法、形状文法等设计 原理、原则与方法的研究。下一代CAID系统将对设计历史、设计意图、 设计重用提供更好的支持，并具有自学习能力。
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第二节 技术发展
一、人性化
随着计算机辅助工业设计的推广和普及，其人性化内涵不断丰富， “以人为本”成为CAID的主要发展方向和研究内容之一。计算机辅助的 人机交互方式成为目前的研究热点，主要以多通道、多媒体的自然、高 效、智能化用户界面和虚拟现实交互手段为代表。对于CAID技术，良好 的人机界面将把设计师从复杂的软件操作中解放出来，更加自由地放飞 创意，下一代的CAID软件系统将更加易学易用。
technoscience），使科学研究与技术研究开始融合为科学与技术研究 ，将研究视角从作为知识的科学（science-as-knowledge）转向作为实 践的科学（science-as-practice），凸显科学的技术与社会文化实践
；同时，进一步走出理论偏向，开启了对“技术化科学”的研究。
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四、智能化
计算机辅助工业设计技术不同于一般的计算机辅助技术。工业设计 信息具有描述的复杂性和不确定性。
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第二节 技术发展
结合计算机的智能处理技术，研究人员提出了智能计算机辅助工业 设计的概念。人工智能（AI）是一门极富挑战性的科学，涉及计算机信 息学科、心理学和哲学等领域。人工智能范畴十分广泛，主要研究领域 专家系统、人工神经网络、机器学习、模式识别、自然语言理解、自动 定理证明、自动程序设计、机器人学、博弈求解和智能决策支持系统。
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第二节 技术发展
早期的计算机辅助工业设计，是指借助计算机，把设计师从繁重的 体力劳动中解放出来，重点做绘图和计算等方面的工作。随着现代社会 、经济、政治和文化的发展，工业设计和计算机技术的进步，作为创造 新文化的CAID技术也水涨船高，迅速升华。现在的计算机辅助工业设计 ——CAID，是指在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下 ，进行工业设计领域的各类创造性活动，它是以计算机技术为支柱的信 息时代的产物，它融合了传统工业设计（ID）、计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM）、人工智能等各个领域的先进理论和方法 ，突破了单纯技术和工具的层面，开始与人的创造性智能活动相联系， 与文化、创新、艺术、绿色、环保等知识相融合，发展为一种新文化现 象——计算机辅助工业设计文化，其内涵在发展中不断完善。因此，无 论与传统的工业设计还是早期的CAID模式相比，现代CAID在设计理论、 设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化。计 算机技术的飞速发展，为工业设计的计算机辅助提供了坚实的技术保障 ，使得CAID技术的内涵不断产生质的飞跃，其主要拓展方面如下。
三、CAD技术发展为CAID提供支持
计算机技术已经从静态的技术转变为动态的资源，从被动地为使用 者提供服务转变到主动提供服务，从简单地记录、呈现信息转变到智能 化的信息处理，从一种技术转变为一种新文化，已越来越深入到人类生 活和工作的各个方面，极大地改变着社会环境。
国外专家针对这种趋势，提出了许多未来计算的概念，如泛在计算 （Ubiquitous Computing）、网格计算（Grid Computing）、
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第一节 生产需求
可信赖的计算（Trustworthy Computing）等，无一不指出了计算 机将更加深入人们的日常生活，成为一个“个人+沟通+控制”的辅助工 具。计算机技术未来发展趋势如图11-1所示。
随着计算技术的发展，传统CAD技术的发展和应用也提高到了一个 新的层面，一些计算机应用的新技术和一些新的算法在CAD中不断出现 并发展，建模技术、数据管理技术、标准化技术等方面都得到了很大提 高。计算机及CAD技术的这种快速发展，为计算机辅助工业设计的发展 提供了有效的技术支持，有力地推动了计算机辅助工业设计技术的发展 。
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第二节 技术发展
技术上对“人”这一因素的重视，已经发展成为一种新文化现象，
计算机辅助工业设计的人性化内涵已经成为其发展内在动因。
二、科学化
传统的科学哲学认为，科学是追求自然永恒真理的活动，科学理论
知识是对自然实在的镜像式的反映或表征，技术被简单地界定为应用科
学，但自20世纪60年代以来，随着计算机等先进技术手段的出现和快速
3. 基于知识的辅助设计技术
设计是基于知识的设计，在设计问题的决策中需要用到两类知识：
一是设计师在长期实践中积累的经验知识；二是由支持资源提供的各种
决策数据，主要包括规划资源、设计资源、数据资源、分析资源、评价
资源和图形资源等。
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第二节 技术发展
基于知识的辅助设计技术在设计领域的研究已经在多个方面形成了 热点，如设计问题决策、设计知识库、专家设计系统等。目前，已有一 些理论上的原型系统投入运行，预计在不远的将来，以专家系统、知识 工程和神经网络技术为主的技术将逐渐融入计算机辅助工业设计，CAID 系统将具有计算机辅助创新（Computer Aided Innovation）和综合知 识挖掘工具的功能。
一、市场经济发展需求为CAID提供动力 经济全球化，市场竞争日趋激烈。要求工业设计师以市场、客户为 中心，不断地利用新的创意，开发出新的产品来快速响应用户需求的变 化，不断地提高设计的质量，要求进一步缩短设计周期，这些构成了计 算机辅助工业设计发展的机遇和挑战，促使计算机辅助工业设计技术不 断地深化，以适应经济的发展和市场的变化。 二、工业设计理论方法提升为CAID指引方向 工业设计是伴随着工业化的发展而成长的，在工业发展的不同阶段 ，科学技术的发展都对工业设计产生了深刻的影响。在信息化与知识经 济时代，以信息化为基础的工业设计正面临内容、理论方法以及技术手 段的重新建构。
（二）现代工业设计方法——数理与符号语言综合化
现代工业设计理论的多元化发展，使现代工业设计的进程更加有章 可循。各学科的融入，使传统的设计衍化为数理语言与符号语言的综合 化应用，使设计变得更加科学、理性和高效，
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第一节 生产需求
现代工业设计方法也由原来的仿生法、智爆法、联想法、形象思维 法和阵列法等基于认知的方法（Cognitive Approach）向基于系统的设 计方法（System Approach）方向发展，创新设计方法、面向用户的目 标成本核算法、仿真与虚拟设计方法、广义优化设计方法、数理设计方 法、人机优化设计方法并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技 术和虚拟制造技术等新的设计方法将工业设计推进到了一个新的数理和 符号综合应用的新阶段。
下一页 返回ຫໍສະໝຸດ 第一节 生产需求（一）现代工业设计理论——多元化发展
设计是技术与艺术、功能与形式的统一。进入工业时代以来，工业 技术飞速发展，并以其强大的商品生产力满足市场的需求。商品的多样 化，使消费者有更多选择的余地。商品在满足了消费者功能需要的基础 上，逐步提高着消费者的生活质量。因此，现代工业设计就不局限于解 决产品的功能、形式、技术之间的关系，还要协调“人—机—环境”之 间的关系，创造合乎人性的生活方式。由此，当代的工业设计理论也有 了新的发展，绿色设计理念、产品的通用设计理论、符号理论等新的设 计理论层出不穷，指导设计师使用新观点、新原理、新方法来设计新的 产品。
四、美学艺术升华为CAID提供保证 工业设计是技术与艺术融合的一门交叉学科，计算机辅助工业设计 就是通过计算机这一先进工具完成产品设计的艺术化表达。因此，CAID 从一产生就与美学艺术有着不可割裂的血肉关系。
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第一节 生产需求
随着当代美学和艺术理论的发展，走向科学的美学、数字艺术等新 的美学和艺术理论促使数字设计、虚拟设计、电子艺术、网络艺术等新 的艺术化设计方法不断涌现，同时，美学艺术理论和方法的发展又为 CAID的发展提供了新的保证。
第十一章 计算机辅助工业设计发展趋势
第一节 生产需求 第二节 技术发展 第三节 应用拓展 第四节 发展趋势
第一节 生产需求
同工业设计一样，CAID技术主要是面向工业生产，为制造业服务， 重点在于研发设计新产品。因此，中华文化的复兴、市场经济的崛起、 工业制造业的迅猛发展汇合成强大动力，推动着CAID技术向纵深发展。
在平面设计中，设计师希望有更加自然的笔、刷等绘图工具，相关 问题已成为研究热点，例如对笔势的仿真技术研究；在产品三维造型设 计方面，支持更加贴合工业设计特点的软件工具，如支持拖放式（ drag&drop）操作的建模方法，理解用户手势的自由“雕刻”建模方法 。在空间环境设计中，虚拟现实（Virtual Reality）技术大有用武之 地，在CAID软件系统中应用虚拟现实技术，能够提供给设计师极大的创 作空间，而且可以以较低的成本检验或评价设计。
五、信息化
目前的计算机辅助工业设计，已经不再是简单的绘图和创意的辅助 ，而是要将设计创新以信息化和数字化的方式融入现代化大生产的平台 ，实现设计与制造的一体化、创意与生产的一体化。随着敏捷制造、虚 拟制造、动态联盟的广泛应用，工业设计的角色和作用也在不断地变化 着。现代企业是实施CIMS（现代集成制造系统）的企业，是大量使用 CAD/CAM，PDM，ERP系统的企业，企业的设计、生产、销售、服务各环 节都已经数字化，计算机辅助工业设计作为自动化工具，必须集成到企 业的信息平台中，能够与其他的自动化系统相互交流、协作，以消除“ 自动化孤岛”现象。