特別是在汽車、手機(jī)等持續(xù)火爆的產(chǎn)品市場中，產(chǎn)品的外觀造型是否美觀且有新意已成為該產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵因素之一。有媒體調(diào)查顯示，3G手機(jī)之所以仍沒有被廣大消費(fèi)者所接受的一個(gè)重要原因就是其外觀比較樸素，與目前市場上流行的手機(jī)相比，顯得笨拙。

    前車之鑒還有很多，幸運(yùn)的是，產(chǎn)品外觀的重要性已經(jīng)被越來越多的制造商認(rèn)同：創(chuàng)新、時(shí)尚、獨(dú)具風(fēng)格的產(chǎn)品不僅可以創(chuàng)造利潤、樹立品牌、贏得客戶，更能降低市場風(fēng)險(xiǎn)。那么如何使產(chǎn)品的外觀更具吸引力，這就是“概念設(shè)計(jì)”要完成的任務(wù)了。

    一、產(chǎn)品創(chuàng)新路漫漫

    一般意義上的概念設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品的功能和原理基本確定的情況下，對產(chǎn)品外觀造型的設(shè)計(jì)過程。概念設(shè)計(jì)位于詳細(xì)設(shè)計(jì)之前，對整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)、市場拓展及企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。概念設(shè)計(jì)一旦確定，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的60%～70%也就基本完成，而且詳細(xì)設(shè)計(jì)階段很難糾正概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品的缺陷。

    但有些時(shí)候，概念設(shè)計(jì)僅僅被視為工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)分支，沒有得到足夠的重視。當(dāng)然這與我國制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀有關(guān)。加入WTO后，中國正逐漸朝著“世界制造中心”的目標(biāo)邁進(jìn)，但我國制造業(yè)在技術(shù)含量和附加值較高的中、高檔產(chǎn)品上仍缺乏國際競爭力，其中一個(gè)主要原因就是新產(chǎn)品開發(fā)水平的落后。以汽車工業(yè)為例，中國的汽車設(shè)計(jì)開發(fā)一直被認(rèn)為是汽車工業(yè)的“軟肋”。尤其是轎車，一向被認(rèn)為只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家才能開發(fā)，雖然很早就有人提出要自主研發(fā)，但是這么多年過去，大街上跑的絕大多數(shù)依然是引進(jìn)的外國車型，中國專門進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)的公司更是寥寥無幾。

    相比之下，國外許多車型的設(shè)計(jì)都是通過設(shè)計(jì)公司來完成的。美國、日本和德國都有數(shù)百家大小汽車設(shè)計(jì)公司，全球最大的設(shè)計(jì)公司MSX約有1.6萬員工，年?duì)I業(yè)額超過20億美元。美國三大汽車公司的新產(chǎn)品開發(fā)中，有50％的設(shè)計(jì)任務(wù)交由設(shè)計(jì)公司完成；德國大眾公司約60％的設(shè)計(jì)任務(wù)出自設(shè)計(jì)公司。而在中國，專門的設(shè)計(jì)公司還遠(yuǎn)沒有形成規(guī)模，大部分企業(yè)的設(shè)計(jì)部門要兼顧概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析等幾乎全套的設(shè)計(jì)流程，再加上落后的設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)工具，“以產(chǎn)品創(chuàng)新制勝”似乎成為紙上談兵。

    制造業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，它的發(fā)展反映了國家的綜合實(shí)力，對國家的經(jīng)濟(jì)地位和政治地位也具有至關(guān)重要的影響。正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊娂娂哟笸度耄芯肯冗M(jìn)制造技術(shù)，如美國提出的“敏捷制造”研究計(jì)劃，日本提出的“智能制造計(jì)劃”，我國政府也看清了這一發(fā)展方向，不失時(shí)機(jī)地提出了信息化帶動工業(yè)化的戰(zhàn)略構(gòu)想，并以“863/CIMS計(jì)劃”作為實(shí)際技術(shù)推動力量。隨著數(shù)字化、智能化、三維建模、虛擬制造等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用階段，產(chǎn)品創(chuàng)新的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)穩(wěn)固；再加上愈加開放的市場環(huán)境，使越來越多的制造業(yè)企業(yè)認(rèn)識到產(chǎn)品的重要性，“產(chǎn)品至上”的理念已經(jīng)被廣為接受，產(chǎn)品創(chuàng)新也不再是一句空話。

    二、概念設(shè)計(jì)從頭躍

    產(chǎn)品創(chuàng)新的核心在于構(gòu)思創(chuàng)新的產(chǎn)品概念，既概念設(shè)計(jì)。只有在這一過程中把握了產(chǎn)品的個(gè)性化和創(chuàng)新性，該產(chǎn)品才能在市場中更具競爭力。這也迫使企業(yè)在著手新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，必須把概念設(shè)計(jì)水平提升到一個(gè)新的高度。

    概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性設(shè)計(jì)的思維階段，在這一過程中，設(shè)計(jì)師將構(gòu)思快速轉(zhuǎn)化為草圖是一種相當(dāng)復(fù)雜的行為。因?yàn)橐粋€(gè)好的設(shè)計(jì)方案既要有合理的功能結(jié)構(gòu)、美觀的造型、簡便的操作，同時(shí)還要富有創(chuàng)新性。因此，設(shè)計(jì)師一般需要計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具的幫助，既CAD軟件系統(tǒng)來完成這一過程。

    但是，傳統(tǒng)的CAD軟件主要應(yīng)用在產(chǎn)品造型方面，還停留在“三維繪圖”的應(yīng)用狀態(tài)，不能滿足創(chuàng)新的需求，使用者需要經(jīng)長時(shí)間抽象嚴(yán)格的投影視圖和CAD系統(tǒng)復(fù)雜命令的訓(xùn)練，將用傳統(tǒng)紙筆構(gòu)思完成好的設(shè)計(jì)方案通過計(jì)算機(jī)“造型”表達(dá)出來，并沒有幫助設(shè)計(jì)人員真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，只是從二維草圖開始，由抽象的點(diǎn)、線、面按照嚴(yán)格的幾何約束關(guān)系和造型方法“繪制”成期望的三維圖形，對于已完成設(shè)計(jì)的任何改動都將成為令人頭疼的問題。

    針對以上問題，近年來研究人員和各CAD軟件提供商做了大量工作，以求從根本上改變這一現(xiàn)狀。三維建模技術(shù)的崛起和虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新提供了一種極好的工作平臺，設(shè)計(jì)者可以直接從三維概念和構(gòu)思入手，進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，形成產(chǎn)品的初步框架，然后進(jìn)一步通過工程分析、數(shù)字仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)手段來分析和評價(jià)設(shè)計(jì)方案的可行性及未來產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性。這種設(shè)計(jì)方法尤其能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的智慧和創(chuàng)新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創(chuàng)造性的勞動——創(chuàng)新。

    如今的CAD軟件，不僅在三維造型上已經(jīng)不能與以往同日而語，更加強(qiáng)了美學(xué)設(shè)計(jì)和渲染能力，使其在概念設(shè)計(jì)方面的表現(xiàn)更加突出。

    三、CAD軟件顯崢嶸

    CAD軟件給人們的印象是作為計(jì)算機(jī)輔助工具，主要應(yīng)用于產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，其實(shí)，目前市場上主流的CAD軟件都擁有強(qiáng)大的概念設(shè)計(jì)功能。

    在CAD領(lǐng)域叱咤了近20年的PTC公司，于近日推出了其產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)解決方案的最新版本——Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0。在新版“野火”中，PTC在概念設(shè)計(jì)方面大做文章：通過類型齊全的扭曲功能，設(shè)計(jì)人員可以方便地對內(nèi)置幾何和導(dǎo)入幾何進(jìn)行修改并妥善處理，從而達(dá)到在模型上即可改變設(shè)計(jì)的目的；野火版2.0的重新造型功能是根據(jù)掃描所得數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建3D CAD模型的功能（即通常所說的逆向工程），它可以幫助設(shè)計(jì)人員把握設(shè)計(jì)意圖并維護(hù)重要數(shù)據(jù)，供后續(xù)設(shè)計(jì)階段使用，而其中新增的“自動表面平整”功能，使野火版2.0生成3D模型的過程更加便捷；而且，野火版2.0進(jìn)一步完善了實(shí)時(shí)渲染功能，使設(shè)計(jì)人員可以快速地動態(tài)渲染各種 Pro/ENGINEER 模型；值得一提的是，由于“造型”(Style) 特征為設(shè)計(jì)者提供了一組交互式曲線和曲面工具，使得設(shè)計(jì)人員能夠在最短的時(shí)間內(nèi)輕松創(chuàng)建復(fù)雜形狀，而曲面效果的完美和真實(shí)更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了同類軟件的水準(zhǔn)。

    其實(shí)，在Pro/ENGINEER的早期版本中就包含了一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊——Pro/Design，用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì)，以及在復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器，用于概念分析的二維參數(shù)模型的布局，以及組件的三維布局編輯器。此次推出的野火版2.0更增加了許多新功能，提高了軟件的易用性，使得設(shè)計(jì)人員能夠更加方便快捷地開發(fā)出令人耳目一新的產(chǎn)品。

    下面以Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0為例，簡要介紹CAD軟件在概念設(shè)計(jì)上的一些應(yīng)用。

    1.交互式曲面創(chuàng)造完美造型

    產(chǎn)品的外觀是由曲面和曲線組成的，一個(gè)吸引人的產(chǎn)品更是多種形狀的曲面和曲線的完美組合。要在計(jì)算機(jī)中表現(xiàn)這些復(fù)雜的曲面和曲線并非易事，更不要說還要以交互方式控制它們的形狀和連接，但這些正是概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。Pro/ENGINEER Wildfire 提供了一種“造型”(Style) 特征，利用它，設(shè)計(jì)者可輕松的創(chuàng)建復(fù)雜的曲線和曲面，并能以交互方式控制它們的形狀和連接。

    如圖1所示，在“造型”(Style) 特征中，設(shè)計(jì)人員通過導(dǎo)入草繪來建立一個(gè)電鉆機(jī)的3D模型，這一導(dǎo)入的草繪用作可視參照。手柄的基本元素由兩部分組成：直接在現(xiàn)有模型曲面上草繪的曲線和電池曲面的頂邊。設(shè)計(jì)者需要先創(chuàng)建兩條“造型”曲線，這樣就構(gòu)成了基礎(chǔ)曲面。然后調(diào)整曲線的角度，使它們與草繪吻合，而曲面隨之動態(tài)更新。設(shè)計(jì)者可以在曲線和曲面之間應(yīng)用連接特性，使曲面更加平滑。

圖1 通過導(dǎo)入草繪建立3D模型

    設(shè)計(jì)者還可以通過徑向平面曲線，用與邊輪廓垂直的另一條曲線來控制曲面的形狀，并可以輕松地生成并維護(hù)這類曲線。此外，將曲線加入曲面后，仍然可以對它進(jìn)行編輯，曲面也會隨之實(shí)時(shí)更新。

    2.渲染使設(shè)計(jì)圖像更逼真

    優(yōu)秀的 3D 設(shè)計(jì)圖像可以讓人加深對設(shè)計(jì)的第一印象、吸引客戶并為公司節(jié)省巨資，同時(shí)間接產(chǎn)生營銷和市場效益。此時(shí)，強(qiáng)大的渲染功能可以使3D圖像擁有更加逼真的視覺效果。Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0能夠提供高性能的照片級渲染功能，而這種功能無需耗巨資更換最新的制圖和計(jì)算機(jī)設(shè)備即可使用。

    我們以汽車換檔桿的渲染為例。模型顯示對話框中啟用實(shí)時(shí)渲染功能后，可以調(diào)整陰影和反射，或產(chǎn)生貼花和紋理效果。通過 Pro/ENGINEER 的材料和紋理庫，設(shè)計(jì)者可以試驗(yàn)各種類型的木紋效果，還可試用樣式的縮放和旋轉(zhuǎn)功能，如圖2所示。同時(shí)，設(shè)計(jì)者可以顯示環(huán)境及其在模型上產(chǎn)生的效果，或者顯示模型上產(chǎn)生的效果而隱藏環(huán)境。

圖2 經(jīng)過渲染的汽車換檔桿

    如果設(shè)計(jì)者需要快速獲得渲染過的圖像，實(shí)時(shí)渲染功能是非常理想的工具。此外，“高級渲染增設(shè)功能”可創(chuàng)建最高質(zhì)量的圖像，如同照片一樣逼真，并能模擬許多高級效果，例如鏡頭眩光、景度和光散射等。

四、下一代CAD技術(shù)

    毋庸置疑，CAD軟件正在向著大而全的方向發(fā)展，無論是概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析還是數(shù)字仿真，CAD軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)重要環(huán)節(jié)都提供了越來越強(qiáng)大的功能模塊，這也符合了“產(chǎn)品至上”的發(fā)展趨勢，各軟件提供商將向著為客戶提供“產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)整體解決方案”的方向努力。同時(shí)，為了提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，未來的CAD軟件還必須有完善的3D繪圖功能和與其他CAD軟件交換數(shù)據(jù)的能力。

    而此次PTC公司全新推出的Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0也順應(yīng)了這一趨勢，以其易學(xué)易用、功能強(qiáng)大和互連互通的特點(diǎn)，推動了整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)機(jī)構(gòu)中個(gè)人效率和過程效率的提高，既節(jié)省了開發(fā)時(shí)間和成本，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。野火版2.0 提供了符合CAD三維標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)—— ASME Y14.41 標(biāo)準(zhǔn)的 3D 繪圖功能，以及與所有主流 CAD 系統(tǒng)的互操作性能，這些系統(tǒng)包括 UGS PLM I-DEAS、CATIA V5 和 Unigraphics NX。此外，野火版2.0通過將 Pro/ENGINEER 野火版用戶模型擴(kuò)展到鈑金件、模擬和解決方案的其他領(lǐng)域，顯著地增強(qiáng)了軟件的實(shí)用性。

    正是由于與用戶需求的密切結(jié)合，野火版2.0剛剛推出便獲得了廣泛的認(rèn)可。目前，野火版2.0的采用率正以引人注目的速度增長，迄今為止，已有超過 50% 的客戶方轉(zhuǎn)向采用該軟件。技術(shù)分析咨詢公司 CIMData 的 John MacKrell 說：“野火版2.0迅速在生產(chǎn)環(huán)境中得到采用的現(xiàn)象表明，該產(chǎn)品在幫助公司提升產(chǎn)品開發(fā)效率方面的強(qiáng)大力量已經(jīng)得到用戶的普遍認(rèn)可。”

    有專家預(yù)測，下一代CAD技術(shù)必須重點(diǎn)考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性、不確定性和隨機(jī)性，具備支持產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程的工具，具備有描述整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的信息模型，具備自主和協(xié)作地求解問題和決策的能力。希望在不久的將來，CAD軟件會為設(shè)計(jì)師們提供更多的便利，成為我國制造業(yè)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的有力武器。