面向中国制造2025的计算机辅助工业设计教学改革
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摘要：计算机辅助工业设计以CAD技术为依托，涵盖概念设计、数控加工、快速成型、模具制造等多个环节，使现代工业设计呈现出综合化、多元化的发展趋势。《中国制造2025》作为中国政府实施制造强国战略的行动纲领之一，明确提出“推进制造过程智能化”，即“智能制造”。在未来的“智能制造”领域，计算机辅助工业设计将大有可为。就高等教育而言，计算机辅助工业设计课程的改革将以项目驱动式教学法、“互联网+”教学法、交互式教学理念等为主导，提高教学质量。计算机辅助工业设计要紧紧围绕“中国制造2025”，不断改革，锐意创新，适应新形势的要求，为中国制造走向世界舞台贡献一份力量。关键词：计算机辅助工业设计;中国制造2025;工业设计;产品设计
中图分类号：G64
文献标识码：A
文章编码：1672—7053（2019）05—0028—02
Abstract：Computer Aided Industrial Design is based on CAD technology， including conceptual design， numerical control machining， rapid prototyping， mold manufacturing， etc. "Made in China 2025"， as one of the action programs of the Chinese government to implement the strategy of becoming a manufacturing power， clearly puts forward the idea of "promoting intelligent manufacturing process"， namely "intelligent manufacturing". The future of "intelligent manufacturing"， CAID will be very promising. The teaching reform of CAID will be led by project-driven teaching method， "Internet +" teaching method and interactive teaching concept to improve the teaching quality. CAID should focus on "Made in China 2025"， make continuous reform， bold innovation， adapt to the requirements of the new situation， and make a contribution to the world stage of Made in China.
Key Words：Computer Aided Industrial Design; Made in China 2025; Industrial Design; Product design
《中国制造2025》是中国政府实施制造强国战略的行动纲领之一。《中国制造2025》明确提出“推进制造过程智能化”，即当下广受关注的“智能制造”。计算机辅助工业设计，以计算机技术为依托，以提高产品设计的科学性、可靠性为目的。面对“智能制造”时代所带来的挑战和机遇，计算机辅助工业设计如何改革与创新，为中国制造更好地走向世界舞台出谋献策，是一个值得深思的课题。
1 计算机辅助工业设计
计算机辅助工业设计（Computer-Aided Industrial Design简称CAID），以计算机技术为依托，以数字化、可视化为特征，以提高产品设计的科学性、可靠性为目的。具体而言，CAID以CAD技术为依托，并与数控加工、快速成型、模具制造相联系，使工业设计呈现出综合化的发展趋势。它广泛应用于产品设计的各个阶段，具备高度的灵活性、高效率、低风险、开放性等优势，侧重设计因素的整合。设计师可以利用计算机进行造型设计、结构设计、人机分析等，未来将更加智能化。
就目前的研究状况而言，国内部分学者已在该领域有所建树。如潘云鹤先生针对计算机辅助工业设计的发展情况，指出计算机辅助工业设計的核心在于产品设计，并对它的发展提出了许多富有前瞻性的建议[1]。李博等人以计算机辅助工业设计技术为切入点，结合材料、结构、工艺等因素，建立了产品设计的约束集，并在此基础上优化了设计流程[2]。彭程对图形图像处理技术的最新进展和应用情况作了研究，指出计算机图像处理技术提升了工作效率，降低了生产成本，并改变了以往的工作模式和生产方式[3]。
2 中国制造2025
《中国制造2025》明确提出“推进制造过程智能化”，在某些领域建设智能工厂，加快人机交互研究，推广工业机器人，实施物流管理的智能化等等。其中有一个值得注意的关键词，即“智能制造”，它是未来制造业的大趋势。
智能制造是由机器和专家组成的智能系统，能进行某种程度的逻辑分析、决策等智能活动，目的在于部分地取代人的脑力劳动，表现为一种高度的智能化。其基本格局是分布式网络化智能系统，设计是重要节点之一。设计结点由CAD（计算机辅助设计）和它的代理（设计Agent）组成，它提供了一个友好的人机界面，方便设计师与计算机进行有效沟通，共同承担设计任务。CAD的主要作用在于协助设计师从用户的需求出发，提供最佳的产品解决方案。在整个系统当中，设计结点承担了承上启下的作用，对于了解用户的真实意图，并决定最后的生产方式至关重要。
随着美国的“先进制造业伙伴计划”、德国的“工业4.0”、日本的“再兴战略”、法国的“未来工业”计划，中国制造2025的适时推出，可以说是与世界接轨。国内对于智能制造的研究正处于密切关注阶段，取得了不少有价值的成果。顾寄南教授从机器视觉、优化调度和系统自组织三个方面出发，指出了智能制造的最新发展趋势，为研究人员提供了理论参考[4]。 3 教学改革
3.1 教学的若干层次计算机辅助工业设计课程有相对固定的要求，通常而言，掌握基本的操作程序和方法是入门阶段，加深对复杂形体和结构的理解是提升阶段，熟练地运用于产品设计过程是最终目标。如此看来，计算机辅助工业设计的教学可分为四个基本层次，即基本操作、形体分析、造型方法、全流程思维。
1）基本操作。基本操作是计算机辅助工业设计类课程的基础。对于大多数计算机辅助设计软件而言，其操作都有一定的程序，而掌握這些程序当中的逻辑关系至为重要，这将大大减少对于一些命令的记忆时间。对于普通用户而言，记忆大量的命令、步骤是最为枯燥乏味的，学习效果也是最差的。有鉴于此，这里有必要提醒学习者，理清各个模块之间的逻辑关系，对于理解软件的架构，熟练使用这些辅助平台有着非同寻常的意义。以ProEngineer软件为例，它分为草图、零件、钣金、工程图等几个主要模块，各个模块对应不同的产品开发阶段，理解它们之间的逻辑关系，可以大大提高学习效率。
2）形体分析。计算机辅助设计软件有一个很大的功用即表达形体，不论是草图设计，还是效果图、模型设计，一个重要的动因就是推敲形体。因此，培养形态的分析与理解能力，是课程更深层次的目的[5]。在形体分析方面，计算机辅助设计软件有着天然的优势，特别是在360度演示、虚拟仿真等方面，可以很好地帮助设计师全方位的推敲形体，并最终作出正确的决定。手绘固然有快速、灵活等特点，但形体的真实效果、与形体有关的环境虚拟等这些方面，完全可以借助计算机辅助设计软件得以实现，这也是计算机辅助工业设计的初衷之一。尺有所短，寸有所长，对于计算机辅助工业设计要做到扬长避短、因势利导，才能更好地发挥它的辅助之用，为产品设计服务。
3）造型方法。形体分析之后便是造型方法的运用，这是每一个设计师都必须经历的过程。对于造型方法，如叠加、渐削、切割、堆砌、加减、虚实对比等等，传统的手绘费时费力，且效果不够理想;计算机辅助设计软件却能够轻松的驾驭，且效果直观，这对于设计师解放双手有很大的帮助。另外，计算机辅助设计软件奉行的“所见即所得”的处理方式，对于设计师灵活地使用各种造型方法，起到了一个直观的验证方式，这是手绘无法比拟的。任何一种造型方法都需要经过实践的检验，计算机辅助设计软件的虚拟验证阶段，大大降低了实践验证的风险，而且在某种程度上改善了这一过程，这是最为难能可贵之处。
4）全流程思维。产品设计是一个完整的过程，各个环节之间呈现出一种有机联系，它不是片断式的，割断任何一部分都将是有害的。这也就是现代产品设计所主张的全流程思维，将产品的创新融入一个完整的流程当中，以全局性、系统性的思维考虑问题，提出解决办法。计算机辅助设计课程就是产品设计全流程当中一个很好的联系纽带，贯穿产品设计的整个阶段。从形体分析到造型方法，从概念设计到模具开发，从产品投产到用户体验，计算机辅助设计都能够提供强有力的支撑，这对于产品设计而言，几乎是颠覆性的。
3.2 改革措施
探究式教学（InquiryTeaching），又称发现法、研究法[6]。针对一些基本概念和原理的学习，教师只提供具体的事例并提出问题，让学习者独立自主地通过观察、思考、阅读、讨论、实验等方式进行探究，自行得出结论的一种方法。国外研究机构曾对几种学习方法分别进行了实验，依据学生对知识点的掌握情况进行排序，依次为：传统讲授25%，视频教学30%，自学40%，讨论式学习50%，实践验证60%—70%，翻转课堂即学生替代教师授课高达90%。由此可见，在课程的学习过程中，学生的参与性超高，其对知识点的记忆和运用越娴熟。具体到计算机辅助工业设计课程而言，有必要改变现有授课模式，让学生参与教学，直至成为主角，教师负责启发和引导，共同营造一个良好的学习范围。
项目驱动式教学法。在教学中把实际项目引入到课堂教学中，通过对项目的讲解、分析、制作完成相关理论知识和技能训练[7]。这一点，在计算机辅助工业设计课程中尤为重要。以往的虚拟课题，缺乏针对性、更缺乏设计的情境感，对于提高学生的设计水平是不利的。将实际项目与课程结合才能真正体现其“辅助”价值。
“互联网+”教学法的改革。比如，当前广受学生欢迎的慕课、微课等形式，充分利用互联网技术并结合学生的兴趣点，以他们乐于接受的方式授课，这也是计算机辅助工业设计课程适应新形势的必然要求。从某种意义而言，“互联网+”教学法是一种因材施教、因时而异的典型应用。
交互式教学理念。交互式教学的本质是信息在“教”与“学”两者之间的双向流动，以培养学生的积极性、主动性、创造性为目标，将学生视为学习的主体，同时更好地发挥教师的引导作用，提高教学质量。计算机辅助工业设计课程引入交互式教学理念，目的在于实现学生与教师两者之间的良性互动。
4 结语
《中国制造2025》之中很重要的一个关键词即“智能制造”，在未来的“智能制造”领域，计算机辅助工业设计将大有可为。
“智能制造”可以理解为“智能机器”和“人类专家”两极，沟通二者的桥梁即计算机辅助工业设计，它一方面让机器更加智能，另一方面也让设计师更能读懂机器，二者相辅相成。如此看来，《中国制造2025》的实施，将是计算机辅助工业设计大发展的春天，挑战与机遇并存。计算机辅助工业设计要清醒地认识到“智能制造”所带来的挑战，特别是关于技术方面的，需锐意改革;同时，计算机辅助工业设计也要敏锐地意识到“智能制造”所蕴涵的机遇，找准切入点，大胆创新。创新没有终点，计算机辅助工业设计要紧紧围绕《中国制造2025》，做到“有所为，有所不为”，不断创新，适应新形势的要求，为中国制造走向世界舞台贡献一份力量。
本文系南昌航空大学创新创业教育课程培育项目“Pro/Engineer软件”阶段性成果（项目编号：KCPY168）。
参考文献
[1]潘云鹤，孙守迁，包恩伟.计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势[J].计算机辅助设计与图形学学报，1999（3）：248-252.
[2]李博，余隋怀等.多约束下的产品形态设计计算机辅助系统研究[J].中国机械工程，2013（3）：340-345.
[3]彭程.计算机图形学与图形图像的处理技术研究[J].电子质量，2018（8）：06-12.
[4]顾寄南，尚正阳等.当前智能制造若干关键技术综述[J].机械设计与制造工程，2017（9）：
11-15.
[5]梁峭.从计算机辅助设计课程看工业设计教学中的思维培养[J].装饰，2017（12）：81.
[6]麦秀好.人、物、事三位一体的工业设计史探究式教学研究[J].装饰，2018（8）：136.
[7]王文亮.基于项目驱动的《建筑模型制作》应用性课程建设探究[J].工业设计，2018（7）：127.
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