摘要：随着现今时代科技的飞速发展，计算机辅助设计（CAID）在工业设计领域占据了越来越为重要的地位。该文旨在通过当今商品化软件（以Pro/E、UG以及Solidworks三种主流工程设计软件为例）中工业设计模块的现状分析计算机辅助工业设计技术的研究现状，并预测其将来的发展趋势。
关键词：CAID；工业设计模块；商品化设计软件
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)10-2433-02
Research on the Development Trend of CAID Technology According to Industrial Design Module in the Commercial Design Software
XU Ting
(School of Media & Design, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)
Abstract: Nowadays CAID become much more important as it used to be in industrial design area.The research situation and development trend will be analysed in this article according to the industrial design modules in the fashion Commercial Design Software(e.g.Pro/E,UG and Solidworks).
Key words: CAID; industrial design module; commercial design software
1 CAID研究现状
近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体、虚拟现实等技术的发展和CAD/CAM应用的逐步深入，现代工业设计在设计、建模研究方面有了长足的进步，计算机辅助工业设计（Computer Aided Industrial Design，CAID）技术已成为CAD/CAM、机械制造与自动化领域的研究热点。
当前，世界上大型的CAD/CAM/CAE软件系统，如Pro/Engineer、EDS Unigraphics、EUCLID、Autodesk、SolidWorks等都提供了用于产品前期设计的系统模块，它们称之为工业设计模块（概念设计模块）。
下面将介绍当前一些著名的CAD/CAM/CAPP商品化软件中的工业设计模块。
1.1 Pro/Engineer
Pro/Engineer包含一个工业设计模块——Pro/Design，用于支持自上而下的投影设计，以及在复杂产品的设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括产品设计的二维非参数化装配布局编辑器，用于概念分析的二维参数模型的布局以及用于组件的三维布局编辑器[1]，具体构成描述如下：
Pro/ Design支持二维平面图布置上的非参数化组装概念设计，二维平面布置上的参数化概念分析以及3D部件平面布置。Pro/Design也能使用2D平面图自动组装零件。而Pro/Engineer的全相关特性保证了其工业设计模块在根本上和设计全局的统一。
其功能有：
1) 3D装配图的连接层次等级设计；
2) 整体与局部的尺寸、比例和基准的确定；
3) 情况研究-参数化详细草图绘制；
4) 组装：允许使用3D图块表示零组件了定位和组装零件位置；
5) 自动组装。
1.2 EDS Unigraphics
EDS Unigraphics 从V13版本后推出了概念设计WAVE （What-if Alternative Value Engineering）技术。它使得工程师随然处于不同的部门却可以在设计初期就可从全局角度出发，同时针对多种设计方案进行评估，从而使设计师能够有效地控制各种设计变更。此外，WAVE也支持“概念设计到详细设计工程”，即先作出设计决策，然后设计细节。[2]
通过WAVE技术，设计师可以在设计之初即将产品参数设定到产品的整体布局中去，通过预先设定这些准则，子系统设计根据产品参数进行调整，通过改变关键产品参数，例如尺寸，高度和功率，产品范围等，可以在控制结构中来启动，这些改变会被自动地传输到子系统的设计中。
1.3 Solidworks
SolidWorks提供了一种快速预览三维轻量化模型的技术，使得大装配模型的显示速度进一步提高。同时，支持在设计界面下的真三维显示效果，达到了以往专门的三维渲染软件的显示效果。方便地编辑大装配件。可以便捷地从大装配件中选取一部分零部件进行显示、编辑，进行运动仿真。
自上而下的装配体设计技术（top-to-down）可使设计者在装配体内设计新零件、编辑已有零件。可以使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后才添加的加工特征。[3]可以将布局草图作为设计的开端，定义固定的零件位置、基准面等，然后参考这些定义来设计零件。
这里想着重提一下的是它的渲染功能。PhotoWorks提供了方便易用的高品质渲染功能，可以便捷的制作出真实质感的图片，同时保证上佳的视觉效果。而这对于工业产品设计师是相当重要的，可以使他们在完成尺寸设计的同时亦能轻松完成产品外观设计，更好的向客户展示设计作品。
2 CAID发展现状分析
2.1 概念化设计概念的引入
传统的CAD系统虽能产生复杂、精确和完整的三维造型，但由于其本身并不是为工业概念设计而开发的，因此缺乏设计方法学的支持，进而使得设计师无法在软件中实现概念设计的创造过程。同时，由于在建模方面存在许多约束限制，不允许快速创建尚未完善的概念化造型，从而导致其沦为一个在设计方案基本确定之后的绘图工具，而非设计师们所希望的辅助设计工具。
比较传统的方法是自下而上设计法。在自下而上设计中，先生成零件并将之插入装配体，然后根据设计要求配合零件。然而，这种方式却大大阻碍了设计师创新思维的实现，软件并不能第一时间在设计上发挥效力，往往是在设计方案定稿之后成为了作图工具，仅仅发挥了其在作图方面的功效。
而近年来各大商品软件所推出的自上而下的设计方法为设计师解开了束缚，允许设计师从装配体开始设计，从概念化的外形逐步细化到零件设计，并且得益于其系统的相关性和联动性使得设计师敢于大胆修改自己的初始设计、大胆尝试各种想法及设定，大大增加了设计过程的灵活性。
2.2 参数化、变量化设计
现代软件的开发实现了参数化、变量化设计，可对产品零件的局部尺寸设定变量，亦可在装配体中针对一个或几个零件进行系列替换，实现了产品的批量、系列设计。软件实现了将参数化设计和方案优化联系在一起，比较和优化备选方案。通过比较强度、寿命、成本和重量确定最佳设计方案，在不制作样机的情况下即对方案直接进行评估，甚至设计载荷、评估零件强度、结合材料的价格计算自动得出最佳方案。
2.3 虚拟仿真技术
通过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。通过仿真现实世界中的运行条件减少与构建和测试样机相关的时间和成本，在投放生产前即可发现设计错误，使得设计更加准确、经济。
3 未来趋势分析
3.1 CAID与绿色环保设计
通过插件计算用户设计产品的碳排放量。通过环境仪表板进行实时反馈，并寻找到相应的替代材料。已有商家开始设计插件通过计算碳排放量、能量总消耗、对空气质量的影响、对水质量的影响，并通过直观的图表使设计师作出真正有益环境的决策。而材料的选择对于一个产品对环境造成的影响起着决定性的作用。其对于设计的所有其他方面也十分重要。设计师可以迅速而快捷的搜索材料数据库并寻找到更加环保的可替代材料。
3.2 CAID与文件交流共享
通过网页实现网络图纸实时共享。无需文件格式转换，只需直接上传dwg，dxf以及SW文件至网页、把链接地址发给同事或客户，即可实现图纸共享浏览，在此网页可以随意拖拽、缩放以及打印图纸。从某种程度上来说，这留给了设计师更多的时间去做设计，而不是设法与人交流他的设计。
4 结束语
综上所述，随着CAD、人工智能等技术的进一步发展，设计软件对设计过程以及设计思维的模拟必将达到新的高度。CAID将为工业设计提供更为先进而有效的人机交互方式及创新设计的手段。随着工业设计师与工程设计师逐步融合，CAID将向着建立统一的设计规范和模型的方向迈进。在设计软件中融入绿色环保理念将成为现代产品设计软件的新卖点。随着网络技术的进一步发展，CAID在信息化的基础上，必然朝着数字化、网络化的方向发展。
参考文献：
[1] Pro/Engineer软件官方产品帮助手册.
[2] EDS Unigraphics软件官方产品帮助手册.
[3] Solidworks软件官方产品帮助手册.