随着计算机技术迅速发展 ,概念设计、三维设计、虚拟设计、产品数据管理等辅助设计方法不断引入工业设计领域 ,工业设计的过程和方法已经发生了巨大变化 <1～ 3> .与此同时 ,这些技术和工具又极大地影响了工业设计对于造型和色彩的艺术性研究和评价方式 .从研究工业设计的角度出发 ,结合相关学科最新的研究成果 ,我们提出了“基于 Internet的计算机辅助工业设计”(ICAID)的概念 <4 > .基于网络的设计研究现正逐步兴起 ,1998年美国乔治亚理工学院提出的“idesign”系统 ,是一个适应艺术设计活动特点的电子平台 ,称为“数字设计艺术工作室”<5> .在工业设计领域 ,这种“工作室”是一种独特的文化和艺术现象或者说是一种工作方式和平台 ,反映了设计师和艺术家的创造和创作活动中信息交流的特点 . 2 0 0 1年 4月 ,美国 U G公司面向制造行业最新发布的 e- VIS(tm)系统也是一个基于 Internet的多平台可视化协同工作系统 .与目前计算机辅助工业设计 (CAID)研究不同的是 ,本文针对基于 Internet的计算机辅助工业设计 (ICAID)问题 ,提出了产品形象信息建模和工业设计数字化过程与方法的研究 ,并结合数控机床的设计进行了实验和系统验证 ,首先建立了面向国内机床领域的专业网站 (Http:/ / www.icaid.net) .1 基于 Internet的计算机辅助工业设计概念框架1.1 ICAID的概念ICAID(Internet- based Computer Aided Industrial Design)即基于 Internet的计算机辅助工业设计 ,是 CAID概念的延伸 ,是工业设计适应未来计算机技术与网络技术发展要求的产物 . ICAID概念的内涵可以概括为 :在计算机辅助造型技术、Web数据库技术、人机交互技术、人工智能技术、虚拟现实技术、网络协同设计技术等支撑下 ,进行工业设计范围内的概念设计、市场调查、方案设计、方案评价等各类产品创新设计的活动 ,同时还可与产品的工程设计协同并行工作 ,提高整个产品开发的效率和水平 .ICAID是一项技术 ,这项技术包括了 Internet技术、计算机辅助技术和工业设计技术 ,是三者的有机结合 .工业设计自诞生以来 ,正是经历了对相关技术或艺术元素的不断消化、吸收、综合从而不断丰富发展的过程 .网络、计算机技术与工业设计的结合绝不是简单地相加 ,也非无目的的拼凑 ,而是改变工业设计思想和方法的变革 ,具体而言就是工业设计的数字化或信息化的改造 .ICAID整合了产品设计开发的两种思维 ,一是设计概念 (design concept) ,一是产品设计制造工程 (design tooling) <6 > .设计概念强调造型的变化及创造力 ,ICAID系统中基于WEB的造型设计方案图库充分体现了造型的可变性 ;设计工程则是运用最有效的方法和工具达到预期目的 ,计算机辅助实现的数字化和充分利用网络的高速高效性也是 ICAID的最大特色 .图 1 基于 B/S架构的系统流程图Fig.1 System flow chart based on B/S基于 WEB的设计过程和建立在浏览器 /服务器 (B/S)标准架构上的体系是 ICAID的工作方式 ,只需用一个标准的互联网浏览器就能够跨过地理和组织的界限实现协同工作 ,实现设计方案的可视化 ,以实时交互协商来帮助作出设计决策 .整个过程及其信息的流动见图 11.2 ICAID的系统研究框架对于不同的产品辅助设计系统 ,其研究过程是不一样的 ,如 Noriko Mori提出了基于形状来研究系统辅助的过程 <7> ,笔者提出了引入 I-CAID概念的研究框架 ,如图 2所示 .该框架以 CAID与后期的设计环节 CAD/CAE/CAM实现一体化集成为核心 ,并在 ICAID与 CAID之间建立数据交换接口 ,以解决网络与非网络系统间交换数据的标准化、共享性和时效性问题 <1 > .在研究工业设计过程和方法的基础上 ,我们进一步研究并提出了 ICAID的系统研究框架 ,如图 3所示 .该研究框架的核心是 ICAID,包括 ICAID与CAID两个模块及模块之间的产品信息与数据交换 .前者涉及产品需求定义、概念设计、初步设计、异地协同 (工程与艺术 )设计等工业设计的前端环节 ;后者涉及详细设计、工程设计、模型设计、测试与评价等工业设计后端环节 .图 3 ICAID系统研究框架Fig.3 ICAID system structure1.3 ICAID构造模型我们在 ICAID系统的研究中 ,对于其构造模型进行了以下两个方面研究 :(a)产品形象信息建模 ;(b)工业设计数字化过程与方法 .产品形象信息的不同表现形式是在不同抽象层次上对产品形象信息的描述 .本次研究中采用了造型意象尺度研究方法 <8> ,即以意象尺度和与其相应的评价方法为基础 ,进行产品造型设计、评价和方案选定 ,并作为 ICAID的构造模型 .工业设计过程与方法的研究及其计算机支持下的数字化是构建在两个不同的层面上 :一个层面是工业设计本身的过程和方法 ;另一个层面是工业设计与工程设计间基于数字化可互换标准的的协同过程和方法 .2 产品形象信息建模我们结合国家“九五”重点攻关项目“数控机床计算机辅助造型技术及图库研究”课题 ,以意象尺度及其相关评价方法为基础 ,以机床为对象进行了关于产品造型的形象信息建模 .整个建模过程基于实验和统计方法 ,采用在国外相关领域应用广泛的 Osgood“语意差异法”(Semantic Differential Method) <9>来进行分析 .其最大特色就是将笼统的感觉化成具体数值加以比较分析并了解各意象概念的优劣及其意象空间的分布 <1 0 > .首先选取机床造型的样本作为实验研究的对象 ,在广泛参考国内外优秀的数控机床造型设计的基础上 ,共建立了 110个机床整体造型样本 .这些方案均取自机床造型图库并具有典型的造型风格变化 .然后建立关于机床造型的心理描述量表 (Scale) ,选取了 12对类似“直 -曲”这样有相对意义的形容词对来形成表达造型意象的概念 ,并用心理学量表法加以量化 .接着以焦点小组法 (Focus Group) <1 1 > ,进行实际评测 ,得到初步的心理量数据 . (略 )最后 ,运用统计学中的因子分析法和主成分分析法 ,借助 SPSS软件对测量数据进行分析 ,求取主成分的结果 (见表 1)并进而获得对象在主意象空间上的数据分布情况 (见图 4 ) ,得到关于机床造型的二维意象尺度图及其数值描述 (见图 5 ) ,并以此构建数据库的数据结构 ,从而描述数控机床产品形态和色彩审美认知过程的内在心理模型 .至此基本完成了机床产品造型的形象信息数字化过程 .详细实验方法可参考文献 <8>.形象信息获取完成后 ,将图库信息转换成 Access数据库 ,并采用 ASP语言实现了基于 WEB页面的数据库动态查询和访问 ,最终建立网站系统 .表 1 变量解释 (提取方法 :主成分分析 软件 :SPSS)Tab.1 Variable analyse初始特征值方差负荷提取值成分得分百分比累计值 %得分百分比累计值 %16 .4 3353.6 12 53.6 12 6 .4 3353.6 12 53.6 122 2 .0 5517.12 4 70 .736 2 .0 5517.12 4 70 .73631.0 16 8.4 6 979.2 0 64.7596 .32 885.5345.5514 .590 90 .12 46 .4 0 4 3.36 893.4 927 .2 311.92 895.4 2 08.197 1.6 42 97.0 6 29.12 51.0 4 198.10 310 9.337E- 0 2 .77898.881118.4 46 E- 0 2 .70 4 99.58512 4 .984 E- 0 2 .4 1510 0 .0 0 0 本实验研究表明 ,意象尺度揭示了机床产品形态和色彩设计的基本规律 ,从而为数控机床计算机辅助设计数据库提供了较为准确的数据结构 .意象尺度研究方法不仅为产品形象信息建模提供了一个可行的途径 ,而且为设计过程与方法的研究提供了一个相对科学的、定性和定量结合的方法 .图 7所示是运用 ICAID系统为济南第一机床厂进行机床造型设计的意象尺度图 .图 4 统计分析结果示意 图 5 表示造型样本分布及数量化情况的尺度图Fig.4 Stat analyse result Fig.5 Scale map of distributed samples 图 6 ICAID系统中应用造型尺度图的页面 图 7 ICAID系统设计实例 Fig.6 The web of form scale in ICAID Fig.7 Design samples in ICAID图 8 ICAID工作流程示意图Fig.8 Working model of ICAID system3 工业设计过程与方法研究本研究中的 ICAID系统是建立在工业设计过程与方法研究基础上的 ,所以实际上是一个面向数控机床行业的工业设计解决方案 .同时系统还具有在网络平台上运行的先进性 .在 ICAID系统中 ,ICAID模块是工业设计的前端设计活动 ,系统通过Internet访问设计信息的 WEB数据库 ,并从事计算机辅助的机床造型和色彩的概念设计 ;而
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