工业设计与CAX集成方法

安向东，苏 雅

（中原工学院，河南 郑州 450007）

工业设计与CAX集成方法

安向东，苏 雅

（中原工学院，河南 郑州 450007）

主要是针对当今工业产品设计日益走向社会的每个角落，改善人们生活质量的同时，艺术设计与工业制造产生了瓶颈。好的工业设计难以实施，形不成实际的产品。论文将艺术设计领域与机械制造技术整合，将优秀的产品设计由艺术层面转换为可以制造的产品，完成设计到制造的集成，减少产品从概念到市场的周期，提高质量，降低成本，实现绿色化制造。课题结合工业设计与机械设计理论与技术，将从一个产品的外观设计，到制造成产品的过程，采用CAX（CAD/CAM/CAE/CAT）技术有机地进行集成，使产品设计最优、最快、最合理、最便捷地成为实际的产品，提高市场竞争力，实现全过程的绿色与环保。

工业设计；CAX；集成；并行工程

0 引言

工业产品设计（Industrial Design）指以工学、美学为基础对工业产品进行设计。工业设计包括造型设计、机械设计等。传统工业设计的核心是产品设计。伴随着历史的发展，设计内涵的发展也趋于更加广泛和深入。现在，人类社会的发展已进入了现代工业社会，设计所带来的物质成就及其对人类生存状态和生活方式的影响是过去任何时代所无法比拟的，现代工业设计的概念也由此应运而生。

同样国内CAD/CAM技术也突飞猛进，国产化的CAD/CAM软件日趋成熟，达到了标准化、集成化、智能化、网络化要求。国内的模具制造业引进了国外的和自主研发生产的线切割机、电火花加工、数控机床、加工中心、PVD表面硬化技术、激光加工等，我国的模具生成已经趋向自主化生成。

本项目将过去产品外观设计到机械设计、制造过程整合，将艺术领域和制造领域有机地结合在一起，更好、更快、更可靠地将产品的概念转化为实际的产品。使产品更快地走向市场，占领市场，并实现环保、绿色设计。

1 工业设计与CAX集成框架

实现CAID（计算机辅助工业设计）与CAD无缝集成，实现并行设计CE，将产品开发的各阶段，规划、概念开发、系统级设计、详细设计、测试和提炼、生产启动进行并行、协同。从一开始就考虑产品的生命周期中的所有元素，将下游环节的可行性、技术、生成条件等作为设计环节的约束条件，使各个环节并行、集成。

1．1 集成过程

（1）过程重构是由传统的串行产品开发模式转变为并行的、集成的设计模式，使下游过程中的需要及时地反馈到相应过程中。

（2）数字化产品定义，数字化产品模型定义与管理，CAD/CAM/CAE集成。

（3）产品开发队伍重构，将传统的一功能为主线的产品设计转变为以产品为主线，最值多功能的产品开发队伍。

（4）协调工作环境，利用多媒体、网络，组织工作环境，实现并行设计。

1．2 过程的实施

工业产品从概念设计开始到制造成型，经历了复杂的流程，需要从事不同专业和工种的设计与技术人员协同作业，本项目解决各个工序的集成问题，详见图1。

图1 系统流程

2 工业设计与CAX过程

2.1 外观设计阶段，一般包含几种方式

（1）手工绘制草图，采用 Coreldraw、Photoshop等软件进行效果处理。

（2）三维建模，采用 3Dsmax、Rhino、Softimage等软件进行三维建模、渲染处理。

（3）手工制作模型，采用三维扫描形成点云，拟合成三维模型，详见图2。

图2 车体点云模型

2.2 机械CAD阶段，包含两种模式

（1）重新建模，根据外观设计师的二维图纸，在 UG、Pro/E、Solidworks等软件建立模型。

（2）模式转换，将艺术类模型转为机械类模型，并进行修补等工作，采用IGES标准。

2.3 CAE阶段

（1）采用ANSYS对机械三维几何模型进行结构、塑流分析，修改结构。

（2）模具设计与制造。由三维模型生成NC代码，进行模具制造。

（3）样件生产。对样件进行CAT检验，对不合理的设计提出修改意见。

（4）投入实际生产。

3 系统集成的特点

（1）并行设计，将CAID与CAD/CAE/CAM由传统的串行模式转变为并行模式，将手工绘制、模型制作，艺术类CAD和工程CAD、CAE、CAM整合，实现艺术类设计人员与工程类设计人员协调。

（2）无缝集成，将3Dsmax、Rhino、Softimage等软件与UG、Pro-e、Solidworks等软件实现无缝转换，减少产品模型的不协调性。

（3）提高产品设计质量，缩短产品设计周期。各个工种设计人员可实现异地、同步、协同设计，将产品的调研、策划、艺术阶段、工程阶段、市场阶段有机地整个为一体。

4 系统达到的目标

在当今设计理念和制造业技术飞速发展的形势下，集成式和并行式是工业设计的发展趋势，使设计与制造高度统一。使产品能快速、高效、高质量、低成本地设计出来并可靠地进行生产，实现绿色化制造。

（1）虚拟化：实现虚拟设计、装配，进行仿真分析。

（2）交叉化：把CAID与CAD、CAE、CAM交叉化，建立标准模型接口。

（3）网络化：建立基于网络的远程在线协同设计成为将来的发展方向。

（4）智能化：通过数据库、专家系统和人工网络，实现产品模型、数据处理和知识处理统一，制定出合理的工艺流程。

（5）标准化：形成从DXF、IGES格式向STEP格式标准的转换。

5 总结

要为新产品开发提供数字设计平台，实现绿色环保理念。应发展工业设计并能很好地实施，紧密地与机械制造相结合。实现工业设计与CADCAECAMCAT等工业技术有机地相结合，做到高度的集成，向并行设计、协同设计发展。实现数字产品的参数化、变量化设计和虚拟仿真，达到集成化、标准化、智能化、网络化、绿色化模式。从而提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本。

在中国进入制造业大国的过程中，产品的质量、外观、人性化越来越提出了更高的要求。实现CAID与CAX（CADCAECAMCAT）集成能为我国的工业发展带来巨大的经济效益和社会效益，更加高效、高质地提升我国制造业产品的竞争能力，使我国的制造业由中低端向中高端迈进。

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The Integrated Method of Industry Design and CAX

AN Xiang-Dong，SU Ya
（Zhongyuan Insitutate of Technology,Zhengzhou Henan 450007，China）

industry design；CAX；integrated；concurrent engineering

TH166

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.012

1002－6673（2014）03－031－03

2014－03－09

安向东（1965-），男，河南郑州人，教授，硕士导师。从事机械CAD/CAM的教学和研究；苏雅（1977-），女，河南郑州人，讲师。从事工业设计方面的教学。

Abstrast:The research content of this subject,mainly point at the design of industrial products increasingly into every corner of society,improve people life quality at the same time.Art design and manufacturing industries produced bottleneck.Good industrial design difficult to implement,not the actual product.This topic will be the design art and machinery manufacturing technology integration,will be excellent product design from the art level conversion to manufacturing products,to complete the design manufacturing integration,reduce the product from concept to market cycle,improve quality,reduce cost,realize green manufacturing.Subject of industrial design and mechanical design theory and technology,to a product design,manufacturing products to the process,using CAX(CAD/CAM/CAE/CAT)technology are organically integrated,make product design optimization,the fastest,most reasonable,the most quickly into actual products,enhance market competition ability,realize the whole process of green and environmental protection.