栩栩然蝴蝶
浅论应用ＣＡＤ技术的现代机械设计 摘要：在机械设计中引入CAD技术，可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题，缩短产品开发周期，具有巨大的经济效益和应用前景。 关键词：机械设计；CAD技术 1 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。 2 三维CAD技术在机械设计中的优点 通过实际应用三维CAD系统软件，笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点: 1 零件设计更加方便 使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然。 2 装配零件更加直观 在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。 3 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3~5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。 4 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CAD CIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。 3 CAD技术在机械设计中的应用 1 零件与装配图的实体生成 1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中，都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件，可通过对其进行结构分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件，往往难以分解成若干个基本体，使组合或分解后产生的基本体过多，导致成型困难。所以，仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此，可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓，然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”，进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。 2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后，利用机器运动分析过程中的资料，在运动的某一位置，按各零件所在的坐标进行“装配”，这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。 2 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展，制造行业的生产技术不断提高，从普通机床到数控机床和加工中心，从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE，制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时，模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等，几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础，进行统一管理，而实体造型是工程数据的主要来源之一。 3 机械CAE软件的应用 机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后，才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。 4 CAD前沿技术与发展趋势 1 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具，务求易学好用，得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此，智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 2 智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入，逐渐提出智能化需求设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助，智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中，用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用，设计人员在虚拟世界中创造新产品，可以从人机工程学角度检查设计效果，可直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到新产品的外形，从多方面评价所设计的产品虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析，以评价其性能，可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低产品成本虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向另外，随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展，利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术，实现真正的全数字化设计和制造，已成为机械设计制造业的发展趋势。 参考文献 [1]黄森彬主编机械设计基础高等教育出版社 [2]荣涵锐新编机械设计CAD技术基础〔M〕北京:机械工业出版社， [3]徐平，虚拟现实技术研究，文秘杂烩网 [4]葛海霞，刘村AutoCAD2004/2005辅助设计[M]上海:上海科学普及出版社， [5]秦志峰，齐月静，胡仁喜，等AutoCAD2005机械设计及实例解析[M]北京:机械出版社， 
现代包装设计的文化观 摘要 我们应把现代包装设计作为一种文化形态来对待，从文化结构的三个层面，我们可以看出包装设计文化的结构是由内层的观众意识层，中层的组织制度层和外层的物质层所构成。三者互为联系，包装设计文化既有民族性，又有时代性，它们表现在文化结构的不同层面上。共同构成了包装设计文化的整体。 关键词：设计文化结构 民族性 时代性 著名文化人类学家马林洛夫斯基说过"在人类社会生活中，一切生物的需要己转化为文化的需要；"现代包装设计正是一门以文化为本位，以生活为基础，以现代为导向的设计学科。因此我们无论是在理论上，还是在实践中，都应把包装设计作为一种文化形态来对待：在现代社会中，设计理论的研究已不仅是一门学科的深入剖析，而应是多种学科交叉的统观。把包装设计活动作为一种文化现象来观照，也就不仅是简单的物质功能的满足和精神需求能一言蔽之的，其中的内涵是现代设计师们所必须探究的。 文化是人类历史实践过程中所创造物资财富和精神财富的总和，那么包装设计文化是否可以说是包括人们的一切行为方式和满足这些行为方式所创造的事事物物，以及基于这些方面所形成的心理观念。一般说来，这些有许多设计文化要素构成的复合整体，可分为三个层次。 第一，包装设计的物质层，它是设计文化的表层，主要指包含了设计文化要素的物质载体，它具有物质性、基础性、易变性的特征。如各种包装设计部门和包装设计产品，交换商品的场所以及消费者在使用包装产品中的消费行为等； 第二，包装设计组织制度层。这是设计文化的中层，也是设计文化内层的物化。它有较强的时代性和连续性：主要包括协调设计系统各要素之间的关系，规范设计行为并判断、矫正设计的组织制度。世界上包装设计文化比较先进的国家都有自己相应的较为完整的组织制度。而包装设计文化比较落后的国家，组织制度大都不完整。 第三，包装设计的观念层。它是一种文化心理状态，所以也可以认为是设计文化的意识层。它处于核心和主导地位，是设计系统各要素一切活动的基础和依据。科技的发展，生产力的提高和文化的进步，带来的对包装设计文化的冲击，主要就表现在生产和生活观念、价值观念、思维观念、审美观念、道德伦理观念、民族心理观念等方面上。它是设计文化结构中最为稳定的部分，也是设计文化的灵魂，它存在于人的内心，并发展变化，最终会直接或间接地在组织制度层上得到表现。并由此规定自己的发展和规律，吸收、改造或排斥异质文化要素，左右设计文化的发展趋势。 包装设计文化结构的三个方面，彼此相关，形成一个系统，构成了包装设计文化的有机整体。包装设计文化的物质层，是最活跃的因素，它变动活跃，交流方便频繁，同时，包装设计文化的变化发展又总是首先在它的身上得到体现。如我国的改革开放，学习国外的先进科学、文化与技术，产品的渗入正扮演着这场文化冲击的先导的角色；在市场上，产品包装更新换代．层出不穷。而组织制度层是最权威的因素，它规定包装设计文化的整体性质，是设计的群际关系得以维系的重要纽带，更是包装设计得以科学有效实施的保障。这一层面由一整套内在的准则系统所构成，从而成为包装设计师从事设计活动的准绳。不同的设计观念会带来不同的行为方式和社会结果，认识到新环境所强加于我们的新要求，并掌握符合这样新要求的新思想、新观念和新手段，这正是设计观念的新高度。三者间互相依存，互相结合，互相渗透，并融合反映在每一个具体的包装设计活动和设计作品中。 包装文化要素在时空中传播，在一定空间中存在，即同一社会人群相关的必然中，产生了包装设计文化的民族性，由于文化在一定时间内存在，即同一定的社会历史变迁相关的必然中，产生了包装设计文化的时代性和民族性，构成了包装设计文化的社会属性和本质属性。 包装设计文化的民族性，涉及到文化的发生学，正因为全世界的文化不是来自于同一源头，当然就有了民族性的问题。世界上每一个民族，由于不同的自然条件和社会条件的制约，都形成与其他民族不问的语言、习惯、道德、思维、价值和审美观念，因而也就必然形成与众不同的民族文化。包装设计文化的民族性主要表现在包装设计文化结构的观念层面上，它反映了整个民族的心理共性。不同的民族，不同的环境造成的不同的文化观念，直接或间接地表现在自己的设计活动和产品中。如德国设计的科学性、逻辑性和严谨、理性的造型风格，日本的新颖、灵巧、轻薄玲珑而有充满人情味的特点，以及意大利设计的优雅与浪漫情调等，这些无不诞生于他们不同民族的文化观念的氛围中，再如中国包装设计风格上的平稳、圆满寓意和形式上的完整性、对称性、也正是我国人民内向心理特征和相对保守的社会意识的折射。 由于设计组织制度脱胎于设计的意识观念、是设计意识的物化、是民族设计意识的派生、于是它同人们设计观念指导下的活动方式和实践成果，都因此拉上了不同的民族色彩，打上了民族性的烙印。 包装设计文化既是民族的，又是时代的。 一个民族共同形成之后，便形成了漫长曲折的历史发展过程，在这—历史进程的不同阶段上，该民族文化分别会表现出一系列的时代性特征。只要我们承认包装设计文化的承接性和发展性，就有包装设计文化的时代性存在。这是因为包装设计文化首先是一个历史发展的过程，是该民族各个时代的设计文化的叠合及承接，是以该时代的现实的物质社会为基础，是传统设计文化的积淀和不断扬弃的对立统一、历史性与现实性的对立统一。 包装设计文化有其时代性，主要反映在包装设计文化的组织制度和物质外层上。但设计是紧随时代、重在观念的。在经济全球化、科技迅猛发展的今天．社会主观形式都已发生根本的改变．尤其是信息的广泛高速的传播，开放的观念激荡愈趋激烈，社会结构与价值观念、审美观念等的多元化，人与人交往的频繁，社会及人要求的不断增加，工业文明的异化所带来的能源、环境和生态的危机，面对这一切我们是否能适应它、利用它、使包装设计成为该时代的产物，这已成为当今设计师的重要任务。 包装设计文化的时代性特征，很自然地使我们的设计活动和产品不能用一个绝对的标准去衡量。不同的时代都有自己的标准，不能把今天的或昨天的当作绝对的、唯一的标准。对于历史的设计文化的评判必须认识到本身就是历史的。文化的时代性决定了一切历史的认识本身都是历史的，每一时代的包装设计文化都有其绝对的内容，都有自己的观念体系、都有自己的历史发展状态、都有这个时代的烙印，所以也都相应地具有时代的局限性，没有这些认识、我们就不能对包装设计文化的时代性有一个全面的把握。 包装设计文化的民族性与时代性既是内容又是形式，这两种基本属性，在包装设计文化结构的三个层面上，一般说来，物质层面更富时代性，因而是最活跃的因素，最易被人们所接受，所流行。心理层面具有较强的民族性，较为稳定而保守，因而变化越来缓慢。当两种异质的包装设计文化在平等或不平等的条件下接触时，首先被互相发现的多是物质的外层、习之即久，逐渐可以认识到中层即理论组织制度层的层面。最后，方能体味各自的核心层面即心理观念层面。日本战后包装业的发展，以及我国包装业自改革开放从引进物质技术设备开始、到各种先进的组织管理制度的引进，一直到现代包装设计观念的渗入都说明了这一点。 每一个民族的包装设计文化形成一个设计文化系统，每一民族的一定时代的包装设计文化也形成了自己的文化系统，而不同的包装设计文化系统里都包含了一些共同的文化因素，也包含了一些不同的文化要素，前者表现了包装设计文化的普遍性，后者表现了包装设计文化的特殊性。每一民族的包装设计文化，又都有其人类性的部分。包装设计的人类性寓于民族性之中，永恒性寓于时代性之中，普通性富于特殊性之中，这是辩证统一的包装设计文化观。 因此、我认为我国的包装设计无论是思维方式、价值判断方式、社会组织方式等许多方面，都当随着时代的前进、而不断地多方位吸收、更新，以建立健全一个既有民族性、又有时代性的新的包装设计文化系统，这是时代的要求、历史的必然、是我国包装设计水平跻身于世界先进之林的关键所在。 [本文系中国包协包装教育委员会第七次全体会议优秀论文之一]
