郭林森

摘要：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)以CAD技術(shù)為依托，涵蓋概念設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、快速成型、模具制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，使現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出綜合化、多元化的發(fā)展趨勢(shì)?！吨袊圃?025》作為中國政府實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的行動(dòng)綱領(lǐng)之一，明確提出“推進(jìn)制造過程智能化”，即“智能制造”。在未來的“智能制造”領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)將大有可為。就高等教育而言，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程的改革將以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法、“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)法、交互式教學(xué)理念等為主導(dǎo)，提高教學(xué)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)要緊緊圍繞“中國制造2025”，不斷改革，銳意創(chuàng)新，適應(yīng)新形勢(shì)的要求，為中國制造走向世界舞臺(tái)貢獻(xiàn)一份力量。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì);中國制造2025;工業(yè)設(shè)計(jì);產(chǎn)品設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G64

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672—7053（2019）05—0028—02

Abstract：Computer Aided Industrial Design is based on CAD technology， including conceptual design， numerical control machining， rapid prototyping， mold manufacturing， etc. "Made in China 2025"， as one of the action programs of the Chinese government to implement the strategy of becoming a manufacturing power， clearly puts forward the idea of "promoting intelligent manufacturing process"， namely "intelligent manufacturing". The future of "intelligent manufacturing"， CAID will be very promising. The teaching reform of CAID will be led by project-driven teaching method， "Internet +" teaching method and interactive teaching concept to improve the teaching quality. CAID should focus on "Made in China 2025"， make continuous reform， bold innovation， adapt to the requirements of the new situation， and make a contribution to the world stage of Made in China.

Key Words：Computer Aided Industrial Design; Made in China 2025; Industrial Design; Product design

《中國制造2025》是中國政府實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的行動(dòng)綱領(lǐng)之一。《中國制造2025》明確提出“推進(jìn)制造過程智能化”，即當(dāng)下廣受關(guān)注的“智能制造”。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性為目的。面對(duì)“智能制造”時(shí)代所帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)如何改革與創(chuàng)新，為中國制造更好地走向世界舞臺(tái)出謀獻(xiàn)策，是一個(gè)值得深思的課題。

1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（Computer-Aided Industrial Design簡稱CAID），以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，以數(shù)字化、可視化為特征，以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性為目的。具體而言，CAID以CAD技術(shù)為依托，并與數(shù)控加工、快速成型、模具制造相聯(lián)系，使工業(yè)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出綜合化的發(fā)展趨勢(shì)。它廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，具備高度的靈活性、高效率、低風(fēng)險(xiǎn)、開放性等優(yōu)勢(shì)，側(cè)重設(shè)計(jì)因素的整合。設(shè)計(jì)師可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人機(jī)分析等，未來將更加智能化。

就目前的研究狀況而言，國內(nèi)部分學(xué)者已在該領(lǐng)域有所建樹。如潘云鶴先生針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展情況，指出計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的核心在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并對(duì)它的發(fā)展提出了許多富有前瞻性的建議[1]。李博等人以計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)為切入點(diǎn)，結(jié)合材料、結(jié)構(gòu)、工藝等因素，建立了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的約束集，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了設(shè)計(jì)流程[2]。彭程對(duì)圖形圖像處理技術(shù)的最新進(jìn)展和應(yīng)用情況作了研究，指出計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)提升了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，并改變了以往的工作模式和生產(chǎn)方式[3]。

2 中國制造2025

《中國制造2025》明確提出“推進(jìn)制造過程智能化”，在某些領(lǐng)域建設(shè)智能工廠，加快人機(jī)交互研究，推廣工業(yè)機(jī)器人，實(shí)施物流管理的智能化等等。其中有一個(gè)值得注意的關(guān)鍵詞，即“智能制造”，它是未來制造業(yè)的大趨勢(shì)。

智能制造是由機(jī)器和專家組成的智能系統(tǒng)，能進(jìn)行某種程度的邏輯分析、決策等智能活動(dòng)，目的在于部分地取代人的腦力勞動(dòng)，表現(xiàn)為一種高度的智能化。其基本格局是分布式網(wǎng)絡(luò)化智能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)是重要節(jié)點(diǎn)之一。設(shè)計(jì)結(jié)點(diǎn)由CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）和它的代理（設(shè)計(jì)Agent）組成，它提供了一個(gè)友好的人機(jī)界面，方便設(shè)計(jì)師與計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效溝通，共同承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)。CAD的主要作用在于協(xié)助設(shè)計(jì)師從用戶的需求出發(fā)，提供最佳的產(chǎn)品解決方案。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)計(jì)結(jié)點(diǎn)承擔(dān)了承上啟下的作用，對(duì)于了解用戶的真實(shí)意圖，并決定最后的生產(chǎn)方式至關(guān)重要。

隨著美國的“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”、德國的“工業(yè)4.0”、日本的“再興戰(zhàn)略”、法國的“未來工業(yè)”計(jì)劃，中國制造2025的適時(shí)推出，可以說是與世界接軌。國內(nèi)對(duì)于智能制造的研究正處于密切關(guān)注階段，取得了不少有價(jià)值的成果。顧寄南教授從機(jī)器視覺、優(yōu)化調(diào)度和系統(tǒng)自組織三個(gè)方面出發(fā)，指出了智能制造的最新發(fā)展趨勢(shì)，為研究人員提供了理論參考[4]。

3 教學(xué)改革

3.1 教學(xué)的若干層次計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程有相對(duì)固定的要求，通常而言，掌握基本的操作程序和方法是入門階段，加深對(duì)復(fù)雜形體和結(jié)構(gòu)的理解是提升階段，熟練地運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是最終目標(biāo)。如此看來，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)可分為四個(gè)基本層次，即基本操作、形體分析、造型方法、全流程思維。

1）基本操作?；静僮魇怯?jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)類課程的基礎(chǔ)。對(duì)于大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件而言，其操作都有一定的程序，而掌握這些程序當(dāng)中的邏輯關(guān)系至為重要，這將大大減少對(duì)于一些命令的記憶時(shí)間。對(duì)于普通用戶而言，記憶大量的命令、步驟是最為枯燥乏味的，學(xué)習(xí)效果也是最差的。有鑒于此，這里有必要提醒學(xué)習(xí)者，理清各個(gè)模塊之間的邏輯關(guān)系，對(duì)于理解軟件的架構(gòu)，熟練使用這些輔助平臺(tái)有著非同尋常的意義。以ProEngineer軟件為例，它分為草圖、零件、鈑金、工程圖等幾個(gè)主要模塊，各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)不同的產(chǎn)品開發(fā)階段，理解它們之間的邏輯關(guān)系，可以大大提高學(xué)習(xí)效率。

2）形體分析。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件有一個(gè)很大的功用即表達(dá)形體，不論是草圖設(shè)計(jì)，還是效果圖、模型設(shè)計(jì)，一個(gè)重要的動(dòng)因就是推敲形體。因此，培養(yǎng)形態(tài)的分析與理解能力，是課程更深層次的目的[5]。在形體分析方面，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件有著天然的優(yōu)勢(shì)，特別是在360度演示、虛擬仿真等方面，可以很好地幫助設(shè)計(jì)師全方位的推敲形體，并最終作出正確的決定。手繪固然有快速、靈活等特點(diǎn)，但形體的真實(shí)效果、與形體有關(guān)的環(huán)境虛擬等這些方面，完全可以借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件得以實(shí)現(xiàn)，這也是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的初衷之一。尺有所短，寸有所長，對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)要做到揚(yáng)長避短、因勢(shì)利導(dǎo)，才能更好地發(fā)揮它的輔助之用，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)。

3）造型方法。形體分析之后便是造型方法的運(yùn)用，這是每一個(gè)設(shè)計(jì)師都必須經(jīng)歷的過程。對(duì)于造型方法，如疊加、漸削、切割、堆砌、加減、虛實(shí)對(duì)比等等，傳統(tǒng)的手繪費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效果不夠理想;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件卻能夠輕松的駕馭，且效果直觀，這對(duì)于設(shè)計(jì)師解放雙手有很大的幫助。另外，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件奉行的“所見即所得”的處理方式，對(duì)于設(shè)計(jì)師靈活地使用各種造型方法，起到了一個(gè)直觀的驗(yàn)證方式，這是手繪無法比擬的。任何一種造型方法都需要經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的虛擬驗(yàn)證階段，大大降低了實(shí)踐驗(yàn)證的風(fēng)險(xiǎn)，而且在某種程度上改善了這一過程，這是最為難能可貴之處。

4）全流程思維。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的過程，各個(gè)環(huán)節(jié)之間呈現(xiàn)出一種有機(jī)聯(lián)系，它不是片斷式的，割斷任何一部分都將是有害的。這也就是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)所主張的全流程思維，將產(chǎn)品的創(chuàng)新融入一個(gè)完整的流程當(dāng)中，以全局性、系統(tǒng)性的思維考慮問題，提出解決辦法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)全流程當(dāng)中一個(gè)很好的聯(lián)系紐帶，貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)階段。從形體分析到造型方法，從概念設(shè)計(jì)到模具開發(fā)，從產(chǎn)品投產(chǎn)到用戶體驗(yàn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)都能夠提供強(qiáng)有力的支撐，這對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，幾乎是顛覆性的。

3.2 改革措施

探究式教學(xué)（InquiryTeaching），又稱發(fā)現(xiàn)法、研究法[6]。針對(duì)一些基本概念和原理的學(xué)習(xí)，教師只提供具體的事例并提出問題，讓學(xué)習(xí)者獨(dú)立自主地通過觀察、思考、閱讀、討論、實(shí)驗(yàn)等方式進(jìn)行探究，自行得出結(jié)論的一種方法。國外研究機(jī)構(gòu)曾對(duì)幾種學(xué)習(xí)方法分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，依據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況進(jìn)行排序，依次為：傳統(tǒng)講授25%，視頻教學(xué)30%，自學(xué)40%，討論式學(xué)習(xí)50%，實(shí)踐驗(yàn)證60%—70%，翻轉(zhuǎn)課堂即學(xué)生替代教師授課高達(dá)90%。由此可見，在課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的參與性超高，其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶和運(yùn)用越嫻熟。具體到計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程而言，有必要改變現(xiàn)有授課模式，讓學(xué)生參與教學(xué)，直至成為主角，教師負(fù)責(zé)啟發(fā)和引導(dǎo)，共同營造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)范圍。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法。在教學(xué)中把實(shí)際項(xiàng)目引入到課堂教學(xué)中，通過對(duì)項(xiàng)目的講解、分析、制作完成相關(guān)理論知識(shí)和技能訓(xùn)練[7]。這一點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程中尤為重要。以往的虛擬課題，缺乏針對(duì)性、更缺乏設(shè)計(jì)的情境感，對(duì)于提高學(xué)生的設(shè)計(jì)水平是不利的。將實(shí)際項(xiàng)目與課程結(jié)合才能真正體現(xiàn)其“輔助”價(jià)值。

“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)法的改革。比如，當(dāng)前廣受學(xué)生歡迎的慕課、微課等形式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并結(jié)合學(xué)生的興趣點(diǎn)，以他們樂于接受的方式授課，這也是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程適應(yīng)新形勢(shì)的必然要求。從某種意義而言，“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)法是一種因材施教、因時(shí)而異的典型應(yīng)用。

交互式教學(xué)理念。交互式教學(xué)的本質(zhì)是信息在“教”與“學(xué)”兩者之間的雙向流動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性為目標(biāo)，將學(xué)生視為學(xué)習(xí)的主體，同時(shí)更好地發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，提高教學(xué)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)課程引入交互式教學(xué)理念，目的在于實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師兩者之間的良性互動(dòng)。

4 結(jié)語

《中國制造2025》之中很重要的一個(gè)關(guān)鍵詞即“智能制造”，在未來的“智能制造”領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)將大有可為。

“智能制造”可以理解為“智能機(jī)器”和“人類專家”兩極，溝通二者的橋梁即計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)，它一方面讓機(jī)器更加智能，另一方面也讓設(shè)計(jì)師更能讀懂機(jī)器，二者相輔相成。如此看來，《中國制造2025》的實(shí)施，將是計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)大發(fā)展的春天，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)要清醒地認(rèn)識(shí)到“智能制造”所帶來的挑戰(zhàn)，特別是關(guān)于技術(shù)方面的，需銳意改革;同時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)也要敏銳地意識(shí)到“智能制造”所蘊(yùn)涵的機(jī)遇，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，大膽創(chuàng)新。創(chuàng)新沒有終點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)要緊緊圍繞《中國制造2025》，做到“有所為，有所不為”，不斷創(chuàng)新，適應(yīng)新形勢(shì)的要求，為中國制造走向世界舞臺(tái)貢獻(xiàn)一份力量。

本文系南昌航空大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程培育項(xiàng)目“Pro/Engineer軟件”階段性成果（項(xiàng)目編號(hào)：KCPY168）。

參考文獻(xiàn)

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