高校产品设计实验室建设及其实效性研究

杨明彦

(渭南师范学院 传媒工程学院, 陕西 渭南 714099)

高校产品设计实验室建设及其实效性研究

杨明彦

(渭南师范学院 传媒工程学院, 陕西 渭南 714099)

为了解决设计中的实际问题,提高创新能力,探索产品设计现象的产生、发展以及变化的原因,通过对高校产品设计专业实验室建设,研究其在产品设计与开发中的实证效用、分析建设案例、掌握产品设计实验室建设规律、验证产品设计开发思路、提高实验室使用效能,对高等学校产品设计类专业实验室的建设有一定的借鉴意义。

产品开发; 产品设计实验室; 3D打印; 计算机辅助设计

高校产品设计实验室主要从事实验教学和产品开发的双重任务,如何建设是业内面临的一个现实课题。要做到既能完成由浅入深的启发性实验教学任务,又能在时代促生中实现专业内容更新，在新技术、新材料的出现进而应用等因素中，进行产品设计、开发与创新，这就需要合理科学地进行实验室配置建设。

1 产品设计实验室的构建

设计性实验是在研究者的高度控制下,对某些设计因素做操纵变换以观其因果关系。这是一种精心安排的设计,有着特殊的步骤或程序[1]。对于产品开发这项工作而言,设计性实验的作用具有重要的现实意义，决定着产品的功用是否达到设计标准,外观造型的现实感官是否符合市场审美需求,甚至是设计中的“指甲图”(草图)是否具备设计的可能性等都需要实验环节发挥作用。

高校产品设计实验室的发展与专业发展基本同步,大致经过3个构建阶段。第一次规模化、专业化的构建是上世纪50—90年代,由于生产的现实情况和国家经费的拮据,实验室的设备主要是进行基础性训练科目,只能完成产品模型的工业油泥、泥陶塑等实践验证;第二次跨越性的建设是在上世纪末期的10年间,高校发展的高速期,高校在实验室建设方面得到了较大的改观,产品实验室增加了计算机辅助设计机房、产品丝网印工作室、产品陶艺工作室、塑料等材料的模型加工车间等;第三次发展是实验室的补充发展与完善期,新世纪以来,技术与艺术的结合发展使得数字化设计应用到了我国高校的产品设计开发创新的实验环节之中,使产品设计开发有了手工制作模型、计算机辅助建模等多种实现手段。

从最初的动手工艺制作到第二阶段的艺术与技术的结合再到现今的全面数字化设计为主体都有其相应的作用,现在的产品设计实验室建设也是以其不同的作用点为参照进行构建的。以渭南师范学院为例,学院传媒工程实验教学中心2009年被确定为陕西省省级实验教学示范中心,其中产品设计实验室部分设立了3个实验室,分别是数字化设计实验室、产品造型制作实验室、产品模型加工实验室,基本满足了产品设计专业的产品设计快速成型、产品造型设计、概念模型制作等课程教学及科研任务的要求。

2 设备配置与技术应用

从对国内高校产品设计教学与产品设计开发的研究,结合国内高校对应专业的建设经验,并根据渭南师范学院产品设计实验室的建设情况,现按照数字化设计实验室、产品造型制作实验室、产品模型加工实验室3部分进行研讨。

2.1 数字化设计实验室

数字化设计实验室主要是用数字化制造的方式进行产品设计。也就是说,数字制造实际上就是在对制造过程进行数字化的描述中建立数字空间,并在其中完成产品制造的过程[2]。2014年10月8日中国新闻网刊载了一条新闻:据《纽约每日新闻》报道,世界首款3D打印汽车终成现实，它的制作周期为44 h,并且最高时速可以达到80 km/h,该汽车如图1所示[3]。

中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军在第二届世界3D打印技术产业大会(青岛)上表示:“近期,教育部正在制订方案,让3D打印机走进学校,促进3D打印教育普及，同时,科技部、工信部也正在探讨3D打印产业化问题。[4]”诸多实例表明:3D打印技术已然进入并应用到了生产制造领域。国务院参事、科技部原副部长刘燕华对相关媒体也表明:3D打印代表了制造业的数字化。

图1 3D打印的汽车

在以 3D打印为代表的数字化制造背景下,高校数字化设计实验室的建设要实现数字化建模、快速成型等功能,主要需要配置下列设备:

(1) 实验用3D打印机,使用PLA材料为宜;

(2) 3D扫描仪,手持式或支架式均可;

(3) 计算机设备,安装Pro-E、CATIA、犀牛(Rhino)等3D建模软件;

(4) 手绘板、手绘屏,使手绘产品设计创意可以直接进行数字化存储、修改;

(5) 多媒体教学配套设备、摄录像设备、架子磁性黑白板等。

当前设计的理念已逐步从“形式追随功能”转变为“设计追随情感”,产品意象造型设计已成为工业设计重要的研究内容[5]。设计师在数字化设计实验室可以完成各类产品意象造型的设计开发任务,通过手绘创意—参照建模—模型打印等工序即可设计出各类“情感形”和“意象形”。

2.2 产品造型制作实验室

主要任务是完成油泥模型制作、石膏模型制作、橡皮泥材料制作、树脂材料制作、陶艺造型设计制作等造型艺术产品开发设计与创作的科目实验。

主要设备:油泥模型制作工作台、油泥软化烤箱、石膏模型制作全套工具、各类圆锯线锯、泥板机、电动泥条机、陶艺拉坯机、烧制电窑等。

主要通过模型扫描等逆向设计方法进入到设计环节。这种逆向设计相对正向设计而言,是一种先进的、具有创新性的现代设计方法,是从实物样机到数字模型的一个反向、再设计、创新、优化的过程[6]。

2.3 产品模型加工实验室

主要任务是在模型设计数据对接后,使用机器对木质材料、塑料等材料的雕塑、雕铣实验和各类立体沙盘的制作加工等。

主要辅助加工制作设备:平面立体多功能雕刻机、泡沫雕铣机、手持式雕刻机、各类电动工具、旋转模型工作台、钳工工具等。

产品模型加工实验室的设备配置,首先是要不断对行业新信息的了解研究,让新技术得以利用、新材料得到应用开发,使实验手段在产品开发中实现其设计目标;同时也要注重传统艺术造型手段,尤其是在传统工艺美术中汲取营养,为产品设计制造产生新的设计思路并使传统的手工艺技术服务于现代产品制造本身。从工艺美术中借鉴造型样式或造型技术中即可感知:工艺美术与工业设计不是矛盾的双方,工业设计只是在新时期工艺美术的“新生新质”[7]。

3 设计验证实效与成果示范

产品设计实验室的主要功能是要获得其实效性并产生成果,对产品结构造型获得直观的认知与了解,使设备的潜力为设计师的“创造”增添活力。数字艺术家肖永亮说,他们团队在做“泰坦尼克号”电影特技时,所在公司的硬盘大小也只有2G,但作品仍获得了第71届奥斯卡金像奖,这就是说,他的团队能把现有设备的潜力发挥到极致;其次要有掌握新技术的渴望,要有对新技术的敏感,尽早掌握新设备的性能,把用有限资金购置的新设备的作用及时地发挥出来[8]。

围绕着我校学科建设重大项目“数字技术与艺术融合发展平台建设”,建立起的产品设计实验室在促进教师发展与学生培养,为教师在技术艺术专业领域的科学研究、作品创作、技术艺术资源建设等提供必要的条件,为产品设计专业的人才培养提供相应的实验硬件支持并获得了对应设计开发的验证实效,同时也产生了相应的成果示范。

本校学生李凤芳,作品“‘凤之翼’未来高空长航时无人机设计”参加由中国航空学会2012年主办的“创新杯”第五届全国未来飞行器设计大赛,获得了“优秀奖”,如图2所示[9]。该作品在设计中,经过设计图、油泥造型局部模拟、最终利用计算机辅助设计手段Pro-E等软件建模完成,如图3、图4所示。

图2 设计三视图

图3 加电池板模拟飞行

图4 不加电池板模拟飞行

实验室模拟的重要作用是能在进行实践课程中或研究中最大化开发设计者的创新创造能力[10]。从渭南师范学院产品设计实验室的实效性个案来分析,其教师、学生的研究成果获得了业界的认可。作品参加国家制造业信息化培训中心、中国航空学会、教育部教育管理信息中心等部门主办的大赛获得了多项奖励,如作品“‘高山仰止’司马迁祠建筑漫游”获2013年第六届全国三维数字化创新设计大赛(3D大赛)陕西赛区一等奖,尤其是作品中的器物造型进行了模数化建模方式来完成。对设计对象及其构配件的设计、制作、安装所规定和使用的标准尺度体系,并使用这一体系进行深入设计,这一过程称为设计对象模数化设计[11],此件作品创作在数字化实验室历时近2个月完成建模。

4 结束语

产品设计从某种程度来讲,是横跨工科(制造)和艺术(形态)2个领域[12]。综合来看,产品设计实验室建设也是制造设计和形态设计这2个大板块的构建,即数字化制造设备与形态艺术造型辅助设备的建设。实验室是创新实践活动、实施技术制造与造型艺术结合教学与研究的主要阵地,对大学生创新实验实践教学进行定期的成果示范总结，也会增强大学生自觉进行创新实践能力训练的兴趣,进而全面推进大学生的专业素质教育。

References)

[1] 李立新.设计艺术学研究方法[M].南京:江苏美术出版社,2010.

[2] 吕琳.数字化制造技术国内外研究现状[J].现代零部件,2009(3):76.

[3] 查云帆.首款3D打印汽车走上街头[EB/OL].(2014-10-08).http://www.chinanews.com/gj/2014/10-08/6655021.shtml.

[4] 盛劲松.3D打印扶持新政呼之欲出[EB/OL].(2014-05-07).http://stock.eastmoney.com/news/1406,20140507382313953.html.

[5] 苏建宁,王鹏,张书涛，等.产品意象造型设计关键技术研究进展[J].机械设计,2013,30(1):97-199.

[6] 杨艳红,钟相强.工业设计中产品的逆向设计方法研究[J].机械设计,2013,30(10):102-105.

[7] 陈晓华.工艺与设计之间[M].重庆:重庆大学出版社,2007.

[8] 罗维亮,杨岗.传媒类实验教学示范中心的示范性研究[J].实验技术与管理,2014,31(4):115-117.

[9] 顾振芳.“创新杯”第五届全国未来飞行器设计大赛获奖名单[EB/OL].2012-10-27.http://news.stuclub.cn/document/2012/10-27/181043/181043.htm.

[10] 苏建宁,李鹤歧.基于感性意象的产品造型设计方法研究[J].机械工程学报,2004,40(4):164-167.

[11] 罗婷,徐伟.模数化家居设计研究及应用[J].艺术百家,2011(7):119-121.

[12] 李发权,熊德国,Tang Xinkui，等.设计认知过程研究的发展与分析[J].计算机工程与应用,2011,47(20):24-27，37.

Study on construction and effectiveness of product design laboratory in colleges and universities

Yang Mingyan

(College of Media and Engineering,Weinan Normal University,Weinan 714099, China)

In order to solve the practical problems in the design,improve the ability of innovation,explore the reasons of produce,develop and change in the product design phenomenon,it discusses the empirical utility of product development and design,analyses the case of construction,masters the rules of construction for product design laboratory,verifies the idea of product development and design and improves the efficiency of laboratory through the construction of laboratory for product design.It provides a certain significance of laboratory construction for product design specialty in colleges and universities.

product development; product design laboratory; 3D printing; computer aided design

2014- 11- 04

教育部国家教师科研“十二五”规划重点课题项目(GSX14012543) ；渭南师范学院特色学科建设项目(14TSXK09)

杨明彦(1975—)，男，陕西咸阳，硕士，讲师，产品设计专业建设负责人，主要研究方向为产品开发、计算机辅助设计.

E-mail：yanglaoshi528@163.com

TB472；G482

A

1002-4956(2015)6- 0254- 03