基于Alias軟件族的工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

     過(guò)去， 工程機(jī)械給大眾的印象是 “高冷” ， 屬于某一特殊領(lǐng)域的專(zhuān)屬設(shè)備， 普通人很難見(jiàn)到； 而今，隨著城市高架的建設(shè)、 高速公路的施工、地鐵隧道的挖掘，以及高鐵、橋梁、水利工程、 物流港口的快速發(fā)展， 加之各種媒體的宣傳報(bào)道， 工程機(jī)械早已走入了大眾的視野。工程機(jī)械產(chǎn)品在公眾面前出鏡的頻率越來(lái)越高， 各大工程機(jī)械制造企業(yè)對(duì)于自身產(chǎn)品的形象也越來(lái)越重視。近些年， 在各類(lèi)大型國(guó)際工程機(jī)械裝備展會(huì)上， 一些展商也像模像樣地請(qǐng)來(lái)了金發(fā)碧眼、身材高挑兒的showgirl站臺(tái)宣傳。 可以說(shuō)，工程機(jī)械已經(jīng)進(jìn)入了 “高顏值”時(shí)代。

1 工程機(jī)械造型的發(fā)展

    工程機(jī)械通常是以工程施工成效為唯一訴求，對(duì)技術(shù)、功能、效率的關(guān)注永遠(yuǎn)放在產(chǎn)品研發(fā)第一位，形式追隨功能是工程機(jī)械的造型設(shè)計(jì)的基本原則。但是，隨著科技的不斷進(jìn)步、生產(chǎn)工藝的革新、日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，工程機(jī)械企業(yè)的品牌性競(jìng)爭(zhēng)壓力越來(lái)越大，對(duì)工程機(jī)械的造型設(shè)計(jì)也提出了新的要求?？v觀工程機(jī)械造型的發(fā)展，可以大致分為以下幾個(gè)階段：

（1） 原型機(jī)-無(wú)造型意識(shí)階段

    最早期的工程機(jī)械， 往往是針對(duì)某項(xiàng)工程施工造出的專(zhuān)屬設(shè)備，設(shè)備的唯一目的就是解決當(dāng)前的施工問(wèn)題， 考慮其他的因素。在工業(yè)革命早期、 國(guó)修建橫貫大鐵路等歷史影像資料里可以見(jiàn)到許多這一類(lèi)的設(shè)備。當(dāng)時(shí)的工程機(jī)械即原型產(chǎn)品， 造型體現(xiàn)自解決各功能的零部件，屬于無(wú)造型意識(shí)階段。

（2）功能機(jī)-不自覺(jué)造型階段

    隨著科技的發(fā)展， 技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)分工的明確，工程機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)的工程機(jī)械制造商。工程機(jī)械企業(yè)越來(lái)越關(guān)注生產(chǎn)效率以及零部件供應(yīng)，工程師在進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，為了滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率的追求，積極地嘗試著優(yōu)化工程機(jī)械產(chǎn)品的各種組成模塊， 進(jìn)行著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 這時(shí)的產(chǎn)品造型往往是工程師進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的自然呈現(xiàn)， 屬于不自覺(jué)造型階段。

（3） 品牌機(jī)-主動(dòng)造型階段

    進(jìn)入了信息時(shí)代，社會(huì)分工越來(lái)越細(xì)，隨著產(chǎn)業(yè)鏈模式的完善，工程機(jī)械制造企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不同于以往單純的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，特別是敏捷制造、并行工程等出現(xiàn)，品牌與服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)成為了行業(yè)的主流， 因此， 尋求產(chǎn)品的品牌形象成為了工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的主流。 程機(jī)械的造型設(shè)計(jì)一方面延續(xù)形式追隨功能（Form Follow Function），從操作的舒適性和人機(jī)的易用性方面對(duì)產(chǎn)品的造型進(jìn)行設(shè)計(jì)； 另一方面為了品牌形象打造出企業(yè)產(chǎn)品專(zhuān)屬的識(shí)別性特征， 形式追隨品牌（Form FollowBrand），家族化的造型設(shè)計(jì)出現(xiàn)的越來(lái)越多 [1] ，如圖1所示的著名國(guó)際工程機(jī)械制造商卡特彼勒（KATERPILLAR）的產(chǎn)品具有明顯的家族化品牌
造型特征。

2 工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的困境分析

    隨著企業(yè)對(duì)品牌形象的不斷訴求，對(duì)于產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，工業(yè)設(shè)計(jì)在工程機(jī)械制造企業(yè)中的重要作用逐漸凸顯，一些工程機(jī)械制造企業(yè)也開(kāi)始成立了自己的工業(yè)設(shè)計(jì)中心，但是，受行業(yè)傳統(tǒng)（重技術(shù)、輕設(shè)計(jì)；重市場(chǎng)、輕研發(fā)）的影響，這些在企業(yè)中設(shè)置的工業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)地位并不高，在產(chǎn)品研發(fā)中的影響力也不夠。大多數(shù)設(shè)計(jì)師的工作分為兩方面： 一方面做一些現(xiàn)有產(chǎn)品的局部改良設(shè)計(jì)，兩一方面負(fù)責(zé)企業(yè)設(shè)計(jì)外包項(xiàng)目中的溝通環(huán)節(jié)工作，較少真正地參與到企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)工作，并且受企業(yè)體制管理約束， 多數(shù)工程機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)師的活力隨著工作年限的增加逐漸遞減。基于對(duì)成本和效率的考慮， 目前大部分的工程機(jī)械制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)中多采取設(shè)計(jì)外包的方式， 外包對(duì)象通常為有行業(yè)實(shí)力的工業(yè)設(shè)計(jì)公司和重點(diǎn)院校的工業(yè)設(shè)計(jì)研究所。 在筆者曾做過(guò)的關(guān)于工程機(jī)械造型設(shè)計(jì)項(xiàng)目前端任務(wù)的研究中發(fā)現(xiàn) [2] ， 在設(shè)計(jì)項(xiàng)目外包合作過(guò)程中， 項(xiàng)目設(shè)計(jì)師與企業(yè)工程師之間處于一種 “拔河” 狀態(tài)， 具體表現(xiàn)在：

（1）在對(duì)待造型問(wèn)題上，設(shè)計(jì)師通常是感性的、直覺(jué)的、 模糊的，從產(chǎn)品的造型風(fēng)格入手，追求造型的意象表現(xiàn)力。而工程師通常是理性的、邏輯的、精確的，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的功能性和生產(chǎn)的工藝性評(píng)判設(shè)計(jì)的可行性。由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)師和企業(yè)工程師之間缺少共同的知識(shí)背景， 在項(xiàng)目合作溝通過(guò)程中潛伏著大量 “暗礁” 。

（2）在軟件平臺(tái)上， 設(shè)計(jì)師通常根據(jù)自己的習(xí)慣和學(xué)習(xí)背景， 選擇自己擅長(zhǎng)的設(shè)計(jì)表現(xiàn)工具， PS、 Rhino、 3Dmax、 UG等， 而目前企業(yè)的工程師大多數(shù)的軟件背景是pro/e。工程師不懂造型軟件， 常常會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)師的工作提出諸多質(zhì)疑， 同時(shí)，設(shè)計(jì)師也因?yàn)椴粫?huì)pro/e，在設(shè)計(jì)過(guò)程中影響效率。并且， 隨著加工技術(shù)的成熟，大眾審美的提升，工程機(jī)械產(chǎn)品日益豐富的造型、 復(fù)雜多變的曲面， 給傳統(tǒng)的CAD工程師的數(shù)字化模型處理帶來(lái)挑戰(zhàn)。

（3）在設(shè)計(jì)評(píng)審階段，靜態(tài)二維的圖紙效果圖評(píng)審的方式與企業(yè)決策者看待問(wèn)題的角度存在著較大挑戰(zhàn)，在項(xiàng)目評(píng)審過(guò)程中通常會(huì)因?yàn)槠髽I(yè)工程師一句 “把它轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)看看… …把它再轉(zhuǎn)回去… …”，將匯報(bào)者陷入窘境，手忙腳亂。

3 基于Alias軟件族的工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

3.1 工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的一般流程|

    從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的流程來(lái)看，在當(dāng)前工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中存在正向開(kāi)發(fā)（見(jiàn)圖2）和逆向開(kāi)發(fā)（見(jiàn)圖3）兩種形式，國(guó)內(nèi)企業(yè)尤以逆向開(kāi)發(fā)為主，這樣可以規(guī)避許多風(fēng)險(xiǎn)。從圖3的逆向設(shè)計(jì)流程 [3] 可以看出，在整個(gè)工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)階段
與CAD工具是密不可分的，三維掃描抄數(shù)需要CAD軟件進(jìn)行處理，點(diǎn)狀數(shù)據(jù)模型接著又要被處理成可進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的surface數(shù)據(jù)，再接著進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的數(shù)字化修改。在傳統(tǒng)以功能為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 這部分工作是由工程師在掃描軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、工程設(shè)計(jì)軟件之間進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)換，工作繁瑣，且由于軟件與軟件之間接口問(wèn)題， 數(shù)據(jù)文件不兼容也是時(shí)有發(fā)生。 當(dāng)面對(duì)以造型為導(dǎo)向， 由Form Follows Function向FormFollows Brand的當(dāng)前工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)趨勢(shì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的時(shí)，傳統(tǒng)的逆向設(shè)計(jì)過(guò)程和工具就面對(duì)著極大的挑戰(zhàn)。

3.2 Alias軟件族與工業(yè)設(shè)計(jì)

    Alias最早由加拿大的Alias/ware front公司開(kāi)發(fā)，在2006年6月被Autodesk收購(gòu)，目前是Autodesk公司旗下制造業(yè)軟件家族的一員。lias是以NURBS（NON-UNIFORM RATIONALB-SPLINE）為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)軟件，是集概念探索、設(shè)計(jì)建模、 可視化交流、精確的曲面建模、逆向工程、生產(chǎn)環(huán)境為一體的專(zhuān)業(yè)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的高級(jí)軟件。Alias擁有靈活控制的三維空間、眾多強(qiáng)大的曲線(xiàn)和曲面控制功能，同時(shí)，其N(xiāo)URBS曲面的輸出既可以直接輸入到其他CAD系統(tǒng)，也可以直接進(jìn)行快速成型與模具設(shè)計(jì)，與工程設(shè)計(jì)銜接緊密。目前Alias軟件提供了針對(duì)不同應(yīng)用的三大模塊： Alias Design、Alias Surface、AliasAutomotive，其中Alias Design模塊主要面向絕大多數(shù)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)， 提供了概念草繪到數(shù)字模型以及可視化和文件傳輸?shù)墓δ埽?AliasSurface模塊主要面向需要構(gòu)建高質(zhì)量曲面的工作，比如A面，提供了正向和逆向的精確建模工具；Alias Automotive模塊功能最齊全，主要面向交通工具設(shè)計(jì)行業(yè) [4][5][6] 。此外，Alias Sketch Book是可以獨(dú)立出來(lái)的新一代自然繪圖軟件，具有逼真的仿手繪效果，提供了多種仿自然筆刷工具，靈活的界面選擇方式，人性化功能設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)師在前期進(jìn)行創(chuàng)意草圖提供了很大便利。Showcase強(qiáng)大的材質(zhì)庫(kù)和環(huán)境模擬，提供了高品質(zhì)的照片效果圖渲染及實(shí)時(shí)渲染功能，提供了交互式、可視化的工作流程。

3.3 基于Alias軟件族的工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)流程

    結(jié)合前文對(duì)Alias軟件族的分析以及工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，針對(duì)在工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目合作過(guò)程中的實(shí)際狀況，構(gòu)建基于Alias軟件族的工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)流程模型如圖4所示。將工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段構(gòu)建在Alias軟件族平臺(tái)上會(huì)有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）一致性的軟件平臺(tái)，Alias強(qiáng)大的二維圖形與三維圖形的整合能力，減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中數(shù)據(jù)交換與轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的諸多問(wèn)題。
（2）提前將工程與制造規(guī)范輸入到Alias軟件中，作為設(shè)計(jì)創(chuàng)意時(shí)的約束條件，在提高設(shè)計(jì)師的工程知識(shí)素養(yǎng)的同時(shí)，減少后期設(shè)計(jì)師與工程師之間的溝通障礙。
（3）利用Alias軟件的曲面評(píng)估工具能夠直觀高效地對(duì)設(shè)計(jì)方案曲面進(jìn)行評(píng)價(jià)并及時(shí)修改，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供保障，保證了設(shè)計(jì)項(xiàng)目的延續(xù)性。
（4）Showcase的實(shí)時(shí)渲染功能為項(xiàng)目評(píng)審時(shí)提供了多角度的動(dòng)態(tài)展示效果，豐富了設(shè)計(jì)展示手段，滿(mǎn)足了不同階段、不同背景的項(xiàng)目專(zhuān)家的評(píng)審需要。

4 結(jié)語(yǔ)

    基于提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，滿(mǎn)足造型設(shè)計(jì)的需要，保障項(xiàng)目合作成效，文章提出了將Alias軟件族運(yùn)用到工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)中，為設(shè)計(jì)師與工程師在解決設(shè)計(jì)方案問(wèn)題時(shí)建立有效的溝通平臺(tái)。誠(chéng)然，軟件在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中也僅僅只是解決問(wèn)題的一種工具而已，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要能動(dòng)地使用軟件工具切不能唯工具論。

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