现代产品设计新方法实践研究

康辉+卢文博

摘 要：本文利用CAD软件对现有产品进行三维建模，并通过CATIA人机工程学模块，对现有产品进行人机工程学数据分析，获得改良设计方案，最后通过3D打印建立实物模型，验证模型功能与改良效果。最终完成产品人机工程数据分析、依托数据进行产品改良设计、3D打印检验实物效果的产品开发过程。

关键词： CATIA人机工程学分析；3D打印；产品设计；电脑桌改良

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）12-0018-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.12.007

一、产品设计综述

（一）产品设计过程

产品设计是从无到有的过程，其中主要分为两种：改良设计与新产品开发。不管是哪种，产品设计过程必然经过以下几个过程：

1.产品市场调研与分析。产品市场调研主要是针对产品进行人性化的分析，找到产品的缺陷或市场空白，进而找到产品改良或开发的方向。人性化分析包括是否符合人类美学需求、个性化定制级别、是否包含无障碍设计理念、是否符合人机工程学、是否符合3R设计理念等。通过对产品特点以及数据的分析，确定产品设计方案。

2.产品外观与结构设计并建立三维模型。结合产品的功能与使用特点，定位产品人群，在现有的结构基础上，结合外观设计，工程加工程序，材料特点以及加工成本，对产品进行综合设计，并以三维CAD软件进行模型构建，并在计算机上显示出大致效果，以渲染方式构建出使用场景渲染图，让人们更加直观地看到设计构想的使用效果。

3.制作簡易实物模型并进行评估。根据模型的特点选择相应的材料，制作简易模型，并对简易模型的功能、形式改良效果进行评估，从整体上对产品再次进行评价，确定是否解有效解决了初期问题，并对产品进行简单调整，直至产品各方面优化达到预期效果为止。

4.产品批量生产。在改良产品达到预期效果后，通过模具设计开发、采料、工程生产线程设计等过程后，将产品进行批量化生产，并投放市场。

5.产品市场信息反馈。对已经投放市场的产品进行信息采集，得到市场产品有效信息，得到产品改良或开发最终结果。

（二）产品设计过程分析

通过以上5个阶段完成对产品的改良与开发。在上述过程中，产品方案数据获取以及产品模型制作这两个过程极其耗费时间与经济成本。因此，设想从人机工程学基础角度出发，通过对现有产品人机工程学数据分析对产品进行改良，再通过3D打印技术，对改良产品进行评估，以此可以大大节省产品市场以及产品模型评估方面所产生的时间与经济成本。

二、以人机工程数据为基础的产品设计可行性分析

（一）产品设计人机工程学理论基础

产品设计最终的目标是使工具更加适应人的使用，同时通过美学的手段在技术基础上提高产品价值。工具并非艺术品，因此，产品的设计最基本是要满足产品功能性，是外观与功能的结合。不管是依据功能设计外观，还是依据外观设计功能，其作为工业产品最基本的属性是具有使用价值。因此，对于工业产品设计，人机工程就是基础中的基础，以人机工程数据为基础的产品开发与改良具有极强的可行性与必要性。

（二）基于Caita人机工程模块的数据分析的产品设计

1.创建人机工程学数据标准并获取结果。产品开发与改良设计过程基本相同，下面以电脑桌改良方案为例对此过程进行说明。对现有产品进行人机工程学数据分析：

首先以实际尺寸建立现有产品模型，或用3D扫描设备自动生成产品三维CAD模型并将模型导入到Catia软件中，通过查阅资料，确定人双臂及手腕的使用数据，利用Catia软件的人机工程学模块对电脑桌进行人机工程学分析。

数据输入完成后，通过Catia人机模块进行分析，得到图3-1的相关数据。对数据进行分析，找到现有产品存在的不符合人机工程的问题，即产品的改良方向。如后图3-1所示。

最后通过数据可以得到，现代一半电脑桌的设计在左大臂、小臂、手腕处的设计，均有欠于人因工程学数据，尤其在左小臂，长此以往地按照不规范的方式使用电脑，不仅会降低工作效率，同时会对人的身心健康造成极大的影响。因此，在此基础上，根据人际工程学的原理，同时基于机械结构的保证，对现有电脑桌进行改良。

2.根据人机工程学数据分析结果确定产品改良方向。由以上结论表明，现有电脑桌主要问题集中在用户的大臂、小臂以及手腕部分，因此对现有方案进行改良设计。设计出更加符合用户使用方案的产品并建立产品改良模型。

3.根据改良后的模型对数据进行进一步分析。同现有产品分析步骤一样，对产品再次进行人机工程学分析。得到数据，如图3-2所示。

通过数据可以看出，改良后的电脑桌在人体左臂方面有了较高提升，使人在使用时左手方面更加舒适。整体模型改良后将电脑键盘的高低提升到了与鼠标相同的高度，这样使双手基本在同一平面上，在使用起来也更加舒适和方便，尤其便于鼠标与键盘的切换使用方式。

4.基于3D打印技术的产品改良评估。现有的产品改良设计基本弥补了原有产品人机工程学方面的不足，但是改良后的产品仍然只是在电脑中显示出来，而无法给设计者以直观的感受。因此，通过3D打印技术，可以高效、低廉地制作出模型样品。

三、结论

通过3D打印出来的电脑桌模型，不仅能够完全实现其改良设计的功能，同时可以从整体性对其进行评，另外，PLS材料的强度也足以给予所打印的模型足够的支撑，这足以见得3D打印给予产品设计方面的绝对支持，因此通过Catia人机工程学模块分析、基于人机数据的产品改良方案、基于3D打印技术的产品综合评价的产品设计方案具有相当的可行性与社会价值，尤其在对于没有加工基础的创客进行产品设计与开发方面，具有相当的实用意义。

参考文献：

[1] 张展，王虹.产品改良设计[M].上海：上海画报出版社，2012.

[2] T.Stelzer，J.Ulrich.No Product Design without Process Design （Control）[J].Chem.Eng.Technol，2010，33（5）：723-729.

[3] 李静.浅议新产品开发策略[J].经济研究导刊，2011（15）：192-193.