基于虚拟设计原理的新产品开发

孙　楠

[摘要]通过对于虚拟设计在产品开发中的特征了解，重点论述新产品开发中虚拟设计的应用，并在此基础上分析应用虚拟技术进行产品设计的优势，探索它在新产品开发中的前景，目的是使虚拟设计技术更好地为新产品的开发服务。

[关键词]虚拟设计 产品设计 网络

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510115－01

随着科学的发展与计算机功能的迅速加强，特别是图形、图像处理能力的提高，使得作为人类技术与文化融会结晶的工业产品设计的发展方向发生了重大改变。现在几乎所有的企业在进行新产品的开发设计与制造中都有着共同的目标，即将虚拟设计贯穿于产品的生产、制造之中，加强设计人员对虚拟技术的应用，从而缩短新产品的开发周期、提高技术水平、降低开发成本，保证上市后新产品能够为企业增创效益。

一、虚拟设计在新产品开发中的特征

虚拟设计（Virtual Design）是设计者在虚拟环境中进行的设计，它是随科学技术，特别是计算机辅助技术的发展在产品设计基础上逐步兴起的多学科交叉技术。虚拟设计不同于以往的CAD技术，它可以利用除视觉外的其他功能来评估产品，并进行深层次的设计。随着科学的发展与信息技术的应用，虚拟设计已经开始用于产品制造的各个阶段，从而使虚拟现实技术（Virtual Reality）得到有效地提升，特别是在企业进行新产品的开发设计阶段。

虚拟设计在新产品开发中的特征主要包括四个方面：首先是网络化，VR的产品设计是以网络技术为基础，通过网络建立起的一种并行结构设计系统。它将设计、分析、制造三者合为一体，一方面在产品真正制造之前先在虚拟环境中生成数字产品模型，设计人员通过互联网在不同的地方相互反馈信息，对其外观、性能及市场接受程度等进行预测和评价。另外为了快速响应市场需求，人们可通过网络将产品涉及到的不同企业临时组建，统一指挥，提高系统响应市场变化的能力。

其次要注意虚拟设计在新产品开发中的交互化特征。基于VR的产品设计以三维虚拟数字模型作为信息载体，多人员协同工作，使得产品在研发设计时常采用并行设计工作模式。利用虚拟现实技术做出虚拟产品与计算机网络技术结合起来，通过视觉、听觉和触觉等对人的作用，能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察，从而实现人与人之间、人与机器之间的信息交互。设计人员可以在具有全交互性的虚拟环境中，实时地对整个虚拟产品的设计过程进行检查、评估；实地解决设计中的问题，使设计思想得到综合。

最后是它的高效化。市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快，使得产品的生命周期不断地缩短，产品开发的技术含量与复杂程度日益增加。因此在新产品开发过程中，使用虚拟设计技术有利于填平设计与制造之间的沟壑，缩短新产品的开发周期，降低成本，提高产品质量。

二、新产品开发中的虚拟设计应用

新产品开发中虚拟设计的应用以虚拟产品设计为主。虚拟产品设计（Virtual Product Design）是将VR技术应用于产品中的数字化设计，具有真实产品所必须具有的特征。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造物理模型的时间。通过对产品实时性功能的仿真，设计人员或用户能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。

虚拟人机工程学设计（Virtual Ergonomics Design）是借助虚拟的人机环境，将产品引入虚拟人机工程评价系统中。设计人员可根据评价系统精确研究出产品的人机工程参数，并且在必要时修改虚拟部件的位置，重新设计整个产品的构造。另外，它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互，评价新产品的性能，这有助于满足不同用户的特殊要求。随着虚拟现实技术与多媒体技术之间有机结合发展，科技人员开始不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善虚拟设计中人与机的交互方式。人机交互系统的巨大进步无疑为工业设计的发展提供了新的契机，这项技术为新产品开发在人机工程学研究方面提供了新的方法，设计人员可以不断地利用该系统来验证假设，既减少了开发费用和制造时间，同时又可以满足产品多样化的要求。

此外，虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域，它采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试。传统的产品开发常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。产品开发人员借助虚拟装配设计环境系统，在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验，帮助设计人员尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。

三、基于虚拟设计原理的新产品开发的优势

虚拟技术的飞速发展使人类正经历着一场划时代的变革，新产品的开发作为工业设计领域中的主要部分，经历了从工业社会到计算机信息化社会的转变。因此，基于虚拟设计原理的新产品开发与传统的产品开发相比，存在着极大的优势。

1．基于虚拟设计原理的新产品开发是以现代信息技术为基础，继承虚拟现实技术和先进制造技术的产品设计方法。它是以数字化的WEB作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图，是人-机接口技术的重大突破。

2．它将设计师的理念和作品以平常人可以理解的方式传达，并且通过网络，对设计师和使用者的信息进行交流，使信息的深度、广度和速度都得到大幅度的提高，符合现代设计技术发展的大趋势。

3．虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。它为设计人员提供了创造的空间，扩展了设计人员的艺术设计思维，使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价，让设计更趋于人性化、艺术化。

总而言之，虚拟设计为新产品开发提供了数字设计平台，通过虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接，可实现新产品开发过程的集成，使并行工程得到充分体现与实。虽然目前虚拟设计技术在新产品开发应用方面仅是起步阶段，在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面，及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高，但在新产品开发设计方面具有很大的潜力，拥有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]刘子健主编，新产品开发与造型设计[M].西安：陕西科学技术出版社，2003.

[2] 熊兴副、朱文卫，现代包装设计新理念体验设计[J].包装工程，2004,25(4).

[3]陈定房、罗亚波著，虚拟设计[M].北京：机械工业出版社，2002.

作者简介：

孙楠，女，汉族，内蒙古人，硕士，现任教于咸阳师范学院艺术系。