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第一章绪论第一节计算机辅助工业设计技术第二节CAID的历史及特点第三节CAID的功能与应用第1页，共45页。一、现代工业设计现代工业设计（IndustrialDesign，ID）的定义是众说纷纭，莫衷一是。1980年，国际工业设计协会理事会（ICSID）给ID下的定义是：“就批量生产的工业

产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应当在上述工业产品的全部侧面或其中几个方面进行工作，而且，当需要工业

设计师对包装、宣传、展示、市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。”由此，可以说工业设计就是科学与美学、技术与艺术等相互交叉、渗透、结合形成的以现代工业产品造型设计为主要研究对象的一门新兴交叉学科，是一种新型的

设计观与方法论。其基本矛盾是技术与艺术、美与用的关系问题。ID传统范围主要包括工业产品造型设计、视觉传递设计和环境设计3方面，狭义的工业设计就是工业产品的造型设计。第一节计算机辅助工业设计技术下一页返回第2页，共45页。在美与用的关系的对待上，工程设计与工业设计或艺术

设计（工艺美术），乃至技术与艺术，长期势不两立，至今仍是“两层皮”，明争暗斗。近年来在激烈的市场竞争压迫下，人们为寻找出路，逐渐提高了对ID、CIAD的认可度，但这远远不够。事实上，许多人（甚至设计专业人士）根本搞不清传统手工设计、工程设计、工业设计、

艺术设计、CAD与CAID有什么区别，不知道应怎样科学地应用它们来促进新产品研发设计。这种现象在科技论文、学术言论及政策文献中处处可见。这严重地制约了产品设计的进步和制造业的良性发展。如何更新设计观念，消除认识误区，是一项长期的艰

巨任务。但新生技术是不可阻挡的，ID的应用范围日益扩大，已远远超出了工业范围，还在向许多文化领域渗透，而且仍在发展变化之中。工业设计是欧洲工业革命的产物，迄今已有百余年的历史，它孕育于英国，诞生于德国，成长于美国，

二战后发展到全世界，真正在中国推广开来仅有30余年的历史，但它发展迅速，特别是工业设计教育，蓬勃发展；产品或项目的ID，CAID成果，层出不穷；学术论著，如雨后春笋；学术交流与合作，风起云涌；第一节计算机辅助工业设计技术上一页下一页返回第3页，共45页。现代

产品的工业设计空前发展，CAID技术前景光明。ID，CAID与先进制造技术如红花绿叶，相辅相成，将会在制造业的大发展中获得新生，“中国设计”如旭日东升。二、计算机辅助设计计算机辅助设计技术（ComputerA

idedDesign，CAD）是指利用计算机软、硬件系统辅助工程技术人员对产品或工程进行设计、分析、修改以及以交互式显示或输出结果的一种方法（手段），是一门多学科的综合应用技术。该技术已广泛应用于机械、电子、建筑、航空、航天、汽

车、化工、冶金、环境工程等领域。目前产品设计的大多数工作都可用CAD来完成，但对诸如需求分析、可行性研究以及概念设计等仍需要人的创造性思维活动的前期设计来完成，用CAD技术就很难实现了，而CAID却能辅助产

品感性强的概念设计等工作。CAD技术的形成与发展已有50余年的历史，1945年世界第一台电子计算机问世，1959年美国麻省理工学院首先提出CAD概念，第一节计算机辅助工业设计技术上一页下一页返回第4页，共45页。1962年麻省

理工学院首次提出“计算机图形学”这个术语，并提出“交互技术”等为计算机图形技术奠定了基础。20世纪70年代初，美国的Applincon公司开发出第一个完整的CAD系统；70年代后期，CAD进入实用化阶段；80年代中期以后，CAD向标准化、集成化、智能化方向发展，不但解决了2D图形处

理理论和3D图形的3D旋转、各种透视、消除隐线等问题，而且还在3D几何造型、自由曲面等理论方面取得了重大突破；90年代以后，随着信息技术的发展，CAD技术也由过去的单机或局部分布式联网方式向基于网络的设计发展，同时迅速发展的计算机技术也为CAD技术提供了强大的硬件支持环境。

经过几十年的迅速发展，计算机已从只能绘图发展到计算、绘图、造型、仿真模拟、虚拟现实等，几乎无所不能，达到了出神入化的高度。中国的CAD技术研究始于20世纪60年代，80年代中国航空系统的高校和研究机构率先进行CAD技术研究与技术引进，在全系统推广应用CAD系统。第一节计算机辅助工业设计技术上一页

下一页返回第5页，共45页。迄今，中国已初步建成有一定市场规模的自主版CAD软件产业，制定了一批本国CAD技术标准，在产品和工程技术设计各个领域都广泛采用了CAD技术。CAD技术正在由传统技术向现代技术转变。三、计算机辅助工业设计同对许多新科技的认识一样，犹如瞎子摸象，人们从多层次

、多角度对计算机辅助工业设计给出了不同的定义，众说纷纭，莫衷一是，但经综合分析可知，这些定义或注释的基本含义是一致的。CAID，顾名思义，就是计算机及其系统集成相关高新科技，辅助产品（工程）或服务工业设计的现代设计技术，也就是计算机科学技术与工业设计科学技术相互交叉、渗透、结合形成的

一门新兴边缘科学。简言之，就是计算机辅助工业设计的设计技术。CAID的技术原理是，将设计人员的最佳特性、创造性思维、经验知识、综合判断与决策能力、想象能力、审美能力与计算机系统强大的记忆、检索信息能力、海量信息高速精确计算与处理能力、易修改设计、虚拟真实显示、艺术渲染、一定的人工智能

、第一节计算机辅助工业设计技术上一页下一页返回第6页，共45页。工作状态稳定且不会疲劳的特性相结合，从而提高设计速度和效率，大大缩短设计周期，保证设计质量，降低设计成本，即在TQCSEP诸方面全面达到“产品”全生命周期性能指标、生

产出使用户完全满意的用品。这里的“产品”（工程）是指各行业中一切需要设计的对象，如交通工具、机电产品、水电工程、土木工程、建筑及城市规划、家具、服装、化学药品的分子结构等，包括微观电子到宏观宇宙开发工

程等。迄今，CAID正在发展变化之中，远未形成系统的理论方法体系。为了引导理论研究和实际应用向纵深方向发展，只好给出一个初步的“定义”，抛砖引玉，仅供参考。随着科技与艺术的发展，实践研究的深入，自然会水到渠成，逐步形成更加科学及美学的定

义，这是一个动态的发展过程。CAID与CAD密切相关，本是孪生姊妹，既有区别又有联系。区别就在于它们的艺术属性方面的差异，CAID是面向ID与艺术设计的，而CAD则是面向工程与技术设计的。第一节计算机辅助工业设计技术上一页下一页返回第7页，共45页。产品或工

程设计具有多种属性和多重环节，因此，可对应地选用不同的计算机辅助设计技术来完成，或将CAID或CAD单独或综合集成应用。比较而言，CAID代表着CAD发展的新方向，因此，抓住CAID的发展应用，就会“纲举目张”，带动工

程设计、工业设计、CAD技术的协同发展；促进美与用、感性与理性、技术与艺术、工业设计与工程设计、CAID与CAD的交叉融会与结合统一，解决它们之间根深蒂固的“两层皮”问题。四、CAID过程模型将设计过

程中可以用CAD技术完成的设计活动集合起来，就构成了CAD过程，如图1-1所示。同理，将设计过程中能用CAID技术完成的活动集合起来，就构成了CAID的过程，如图1-2所示。比较分析CAID，CAD/CAM和图1-3的传统机

械设计过程模型，不难看出它们之间的异同都是很大的。各具类特性，即各过程都具有自己的特殊的矛盾性。而对其特殊的矛盾的研究，就是对该过程对象的研究。第一节计算机辅助工业设计技术上一页下一页返回第8页，共45页。

当然，由于它们都属于设计过程这一大“类”，所以也还有一致性的另一面。特别是早期的CAD只是“数值+计算”；而CAID则是“知识+推理”。两者的主要区别是：①设计观念不尽相同，CAID更侧重人性化、情感性、绿色化和审美化设计，追求真正的技术与艺术的合一，即

“天人合一”；②CAID要求系统平台功能更高、更齐全、更先进，特别是3D曲面造型、渲染及模拟功能；③CAID要求设计师具备更高的技术美学素质和对计算机更加娴熟的操作技巧。所以说CAID要真正发挥主流作用，还有很长的

路要走，但这只是时间的问题，而且势在必行。第一节计算机辅助工业设计技术上一页返回第9页，共45页。一、CAID发展历程ID与CAD的联姻，催生了CAID技术。CAID技术的发展史其实就是计算机技术发展的历史，也就是计算

机辅助产品设计的历史，一个科技史的分支。CAID以工业设计、计算机技术及CAD技术为基础，并与各种计算机辅助技术，如CAD，CAM等协同发展。用历史溯源法来研究CAID技术，其根在文化。只是由于CAID技术受感性、艺术性、模糊性和难以量化的高难

性制约，所以发展相对迟缓。同ID一样，CAID的发生与发展依旧围绕技术与艺术、美与用、形态与功能及装饰问题的基本矛盾一直在运动变化。面对设计业务的强大压力，工业设计师们在寻找克服传统设计方式缺陷的新方法，自然地，如何采用计算机

技术便成了探索的大方向。早在20世纪60年代中期，IvanSuthcrland博士就在福特公司向汽车设计师们指出，应用CAD系统是工业设计的方向。从那以后，工业设计师们便不断探索应用CAD系统，1980年，首先将平面设计系统用于工业设计；1981

年，出现的动态立体CAD系统，已有了色彩等真实感描述功能；第二节CAID的历史及特点下一页返回第10页，共45页。Motorola公司于1985年在SiliconGraphics上运行了Alias软件系统；1988年世界设计大会指出，CAID是CAD与动画技术的结合，预示了CAID时

代的到来，至今不足20年。自90年代中期奔腾机出现以来，个人计算机迅速普及，各种软件系统不断涌现与升级，加速了CAID技术的发展，推进了工业设计的革命性变革。1991年西北工业大学就承担了国家机械工业部设立的“NC机床CAID‘八五’重点科技攻关项目”；1992年国内率先招收CAID研究生；19

95年“制造技术与机床”的第10期、第11期便连载了陆长德的论文《计算机辅助工业设计（CAID）》；1997年4月举办了国内首次CAID学术研讨会，台湾学者张悟非作了CAID主题讲座。自1998年开始，浙江大学及中国机械工程学会工业设计分会等单位每年联合召开一次国际CAID

&CACD学术年会。自“九五”以来，国家863计划一直设有CAID重点研究项目，许多高等院校都开设了CAID课程，许多设计公司都采用CAID技术取代传统设计法。这些重要事件标志着中国真正进入了CAID技术发展的新阶段。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第1

1页，共45页。当前，CAID硬件主要是工作站、苹果机和PC3大主流系统。PC系统不仅是自身软件丰富，而且许多工作站和苹果机的软件也纷纷向PC移植，加上网络和多媒体技术，PC市场空前繁荣。迄今，算得上CAID软件系统的如Alias等都在工作站上运行。

虽然有了PC版，但因价格及机器性能的关系，导致许多PC用品只能组合应用其他类似系统，如AutoCAD，3dsmax，Pro/E，Rhino等3D软件配合CorelDRAW，Photoshop等2D系统做设计。CAID技术教育，虽然许多院

校都开设了课程教学，但受到经济条件的限制，还缺少专业级CAID软件，只能沿用传统教学机制，组合应用功能类似的软件系统进行教学，这就严重地制约了CAID教育发展和CAID人才的培养，延缓了CAID技术的快速发展与应用。二、CAID技术现状CAID技术出现仅20余年，尚处萌芽期，

它随母体ID和CAD技术的进退而发展变化。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第12页，共45页。一方面，CAD技术空前发展，惊世骇俗，视觉仿真，达到以假乱真的程度，挑战“眼见为实”的旧观念。如雷诺等公司，设计新车时不做样车，全用模拟仿真，真假难辨，从而加快了设计速度

，节省了资金，效益巨大。网络技术加速了计算机合作设计（CSCD），使世界性交流合作轻而易举。虚拟现实（VR）技术，带来人机交互的新模式，用户完全“沉浸”于数字化世界之中，体验自我运动，在数字世界中观察、操作模型、感受（视、触、

听等）物理反馈效果，亦真亦幻，真伪莫辨，智能化初见端倪。另一方面，这些技术水平还远远未达到设计需求。不用说对工业设计远未达到所需的水平，就是对工程设计来说也还有许多瓶颈问题有待解决。当前工业设计师使用的两类软件中，一类是集成的CAD系统，这种系统大多是面向机械工程设计而非

工业设计，它们解决的是物—物关系问题，而很少考虑人与环境的因素；另一类是可视化造型设计软件，这类系统虽然具有强大的造型能力，但其本质上仍与传统纸和笔无多大区别。真正的CAID软件绝非只要具备造型能力就可以，还应具备创造性思维等功能。第二节CAI

D的历史及特点上一页下一页返回第13页，共45页。当然，随着科技的进步，计算机技术的发展，CAID系统将会由数个专家系统组成，具备一定的自动化和智能化功能，覆盖形态、色彩、人机、装饰、评价、制造、装配、管理、销售、服务及消费产品生命全过程，使设计、制造和使用一体化，更

大限度地发挥设计师的创造力。做设计时，设计师只需要进行简单的操作，即可得到优化方案，同时进行人及环境需求的设计评价。通过人机交互，及时向设计师提出合理化建议或自动改进设计，提高产品设计效率与设计质量。但迄今为止，高技术低智能的计算机还缺少这种功能，智能化是CAID不懈追求的目标。至今

，智能CAID系统尚处于低级阶段，还十分幼稚，并且有许多缺点亟待克服。①一般的软件系统，又盲又聋，不知道自己在做什么，只具有辅助建模、制图、计算和渲染能力，盲目地执行指令，去创造一个照片级真实设计效果而已。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返

回第14页，共45页。②还不具备令人满意的诸如辅助草图绘制等技巧。计算机绘出的图像总像机器人似的僵硬、不自然，不能作模糊识别，不能支持全过程设计。③因CAID系统制约因素多，内容复杂，研制难度大，所以，发展迟缓。④系统功能越先进，往往操作也越烦琐，越难掌握，要求用户有较

高的专业水准，令人望而却步，制约了CAID系统的推广应用。由国情所限，迄今为止，对CAID技术的研发和应用皆处于低水平，制约了制造业的发展和国际竞争力的增长。设计实践期盼着拥有智能型CAID软件系统，

因为它是CAID技术的核心。三、CAID技术特点CAID技术，初出茅庐少人知，其特点多而奇，但囿于见闻，只能摘其要者罗列如下，启迪研讨，引导应用。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第15页，共45页。（一）人性化人性化是指以人为本，全面考虑人

的物质和精神需求，按人情化、个性化和多样化原则进行设计，设计的目的是人而不是产品。CAID技术执行设计心理学、设计哲学、设计美学、仿生学、人机工程学和设计符号学等理论原则，使技术与艺术有机结合，具有人性化的设计功能和技巧

，使所设计的产品或工程安全、卫生和舒适。如美国波音777飞机就以人机工程学作为驾驶舱设计的尺度，使驾驶员更易观察，负荷减轻，工作舒服。计算机软件的人机界面设计就是工业设计新领域的典型案例，界面设计中不但应用了宜人学、认知心理学、符号学的知识，而且还借用了影视技巧，致使新式界面层出不穷，日新月

异。许多CAID软件系统都包含人机工程模块，西北工业大学工业设计研究所自行开发的中华设计1号软件就包含有人机工程设计及评价子系统。专用人机设计软件系统也日益增多，均有市售，有力地支持着CAID的人性化设计。第二节CAID的历史及特点上一页下一页

返回第16页，共45页。（二）绿色化绿色化是CAID设计技术的特色之一。所谓绿色设计，就是以环境和保护环境为核心概念的设计方法。与绿色制造相对应，设计也必须使人类自身的发展与自然界的发展和谐统一，这是人类社会经过无数悲惨教训才

得出的正确结论。从前人类没有正确的生态观，无节度地向大自然索取，将地球破坏得千疮百孔。绿色设计就是在生态哲学指导下，运用生态思维，执行人的需求，坚持环境保护与可持续发展相统一的原则，使人—机—环境相统一，以实现“天人合一”，使人与自然

协调发展。应用CAID技术设计绿色产品、绿色视觉传达和绿色环境。在方案设计时期就考虑产品的整个生命周期无污染、资源低消耗、可拆卸、回收再生利用与环境相适应，用虚拟仿真预验全过程。完成绿色设计的历史使命，既是CAID技术的已有优势，

也是CAID技术长期发展的方向。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第17页，共45页。（三）数字化计算机是数字的机器。计算机产生的影像就是数字化的影像，还有数字产品、环境、技术、艺术、娱乐和房屋等。计算机技术使设计从草图、模型到生产全

程数字化，基于数字化的虚拟现实技术（VR）可使人借助数据手套与数字头盔等和VR世界交互作用，完全“沉浸”于数字化世界之中。各种信息（如图形、数据、知识、技能等）均以数字形式在网上传递，消费电子、计算机、通信（3C）的一体化、数字化融合，已成为信息技术和

信息产业的发展趋向。数字科技、艺术和设计高度融合，产生了与CAID异曲同工的“数字化艺术与设计”新兴交叉学科。20世纪90年代初，美国波音777的设计是100%的数字化设计，是在计算机屏幕上“预装配”的第一架飞机，为以后的民航飞

机设计，树立了新标准，全面带动了数字化设计与制造的发展。数字化的CAID技术方兴未艾，推动现代设计的数字化是大势所趋。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第18页，共45页。但至今，数字化尚不能有效地支持创造性思

维及审美创造，不能使人随心所欲地绘制创新草图，只能对概念设计作有限的辅助。（四）系统化CAID技术是一个典型的开放式的巨系统。①CAID是由硬件、软件和人员构成的人机技术系统。软件和硬件又各成系统。②CAID是由工业设计、计算机、工程设

计相关科学知识组成的理论系统。③CAID技术是计算机辅助系统群体如CIMS等大系统、巨系统的分支系统。④CAID应用的系统是由产品（工程）的原理、功能、结构、材料、形态、色彩、人机、装饰、环境、评价、制造、销售、服务、使用、再设计不断循环往复的产品整个生命周期的生产—销售—使用（消费）的巨

系统。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第19页，共45页。⑤CAID还有信息管理即设计管理系统，这是近年来新兴起的研究热点。从系统论观点来说，系统犹如链条，哪一环出了问题，都会影响整个系统。系统又分为不同层次，大系统会包含许多子系统。（五）集成

化CAID技术具有高度集成性，主要表现在以下几个方面。①工程设计、工业设计与计算机辅助设计技术方法的集成。②设计师、工程师、用户共同参与设计的人员及企业集成，设计需要团队合作。生产波音777飞机就组成238个设计制造综合组同时工作。③同步设计、网络联盟、协同设计

信息资源的集成。④设计、制造、销售和服务过程的集成。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第20页，共45页。⑤感性与理性、物质与精神、虚拟与真实、技术与艺术、国际与民族、传统与创新各种科学理念的

集成。总之，集成化主要指信息集成、过程集成和企业集成，包括数字建模、数据管理、过程协调和CAX工具等技术。⑥应用软件系统做设计也需要“集成”，只用一种软件即可完成一项设计任务的情况很少，CAX工具等技术常常是要优选几种乃至多种软件系统作集成应用，

如人们通常选用Rhino，3dsmax，CorelDRAW，Photoshop一组系统来绘产品效果图。而今一有了设计任务，人们自然首先想到“上网！下载！”，这就是知识集成的新渠道。集合、综合就是创造。杂交出优种，集成化也是CAID技术新的生长点。（六）智能化智能化，既是CAI

D的特色，更是其发展的目标。智能与知识密不可分，很难划界。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第21页，共45页。简言之，智能，即人工智能，主要是指机器（系统）模拟人类专家的创造性活动，既有逻辑思维的条理性，又有形象思维、感性思维的跳跃性。像人一样进行分析、判断、推理、构思

、审美和决策，取代或延伸部分人的部分脑力活动，同时收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。终极达到所想即所得，这是人类谋求自身解放的理想化追求之一，于是就创造出人工智能理论方法和智能技术、智能制造、智能机器、智能计算机、智能软件系统等，自然也就出现了智能化

CAID（ICAID）系统。ICAID系统就是集成专家的经验、知识来设计，依托能够解决问题的强大知识库，具有选择知识、协调工程、设计与图形数据库的能力，实质上是一种“知识+推理”的程序。这里的知识，可以是不完全的、模糊的，用

模糊推理或多次评价，不断修正结果，从而得到符合实际的优化方案，而且还有自学习的模块。在计算机技术迅速发展之后，当“深兰”计算机一举打败世界顶尖级象棋大师斯帕罗夫之后，特别是在“克隆人”出现之后，人们忧心忡忡，自然又提出了人与工具关系的问题：第二节CAI

D的历史及特点上一页下一页返回第22页，共45页。第23页，共45页。人类创造的工具能完全控制人类吗？回答是否定的。科学发展观告诉人们，人类智慧的发展也是无限的，计算机永远无法模拟人类最高层的智能行为，更不用说超越了。人们不必杞人忧天，不必担心机器工具会统治人类。（七）高质

化CAID技术主要特点就是能使设计对象（产品、工程）最优化和高质量。一般CAD/CAM系统是面对工程设计，只解决物与物的关系问题，基于工程数据库，用于绘图、计算和分析。而CAID重点在于解决人与物的关系问题，基于知识库，用于产品的创新构思、概念设计，按照人—

机—环境和谐统一，技术与艺术相结合的原则创造产品新形象，即是创造技术艺术品。优秀的软件系统如Alias就基本具备了这种功能。利用CAID技术作设计，人与计算机分工合作，大量的绘图、计算分析等简单重复性工作由计算机来完成，设计师则集中精力

于构思创意，进行真正的创造性工作，确保设计的高质量。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第24页，共45页。计算机已具备较完善的生成、编辑、储存、合成、粘贴、变形、修改等功能，在虚拟环境中还可身临其境预览、观察、体验产品生命全过程；利用记录、储存功能实时修改优化新方案。美国波音777飞机优

秀的无纸化设计在1992年和1993年连续获得美国工业设计优秀奖。利用网络化，动态联盟，异地协同设计，则可全球知识共享，无墙设计，无纸设计，提高一次设计成功率；如果有美术功底，操作娴熟，则可利用软件设置特殊工具，亦可创造出如装饰画等艺术作品。总之，掌握了CAID技术就如

同手握“金箍棒”，可以“无中生有”，以假乱真，出神入化，创造神奇。（八）高效化CAID技术可使设计工作高效化。比尔·盖茨在《拥抱未来》一书中谈到莫尔定律揭示，每一年半计算机的速度和容量就提高一倍。今天用一小时绘制的一幅图，15年后只需3.5s即可完成；传统设计中上百

个设计步骤才能完成的设计任务，用计算机辅助设计只需按一下按钮就可完成。第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第25页，共45页。美国生产的波音777飞机，应用全数字化技术，无纸化设计，只用了4.5年就

完成了原来波音757、波音767飞机用10年才完成的任务。用CAID做设计，在虚拟环境下，可以实时预览产品从草图到装配全过程的形象，也可利用RP技术迅速制造出模型或样品。还可省去效果图绘制、实物模型制作乃至样机的制造，大大提高了设计速率，缩短了设计

周期。特别是网络化以后，可以通过网络联盟，实施异地协同并行设计，信息资源共享。利用虚拟设计系统可比一般系统提高设计效率5～10倍。真正实现多、快、好、省的设计目标，这是传统设计系统所无法比拟的。有关资料统计，应用计算机使设计周期缩短65%～80%，工艺设

计周期缩短80%～90%，效率平均提高2～20倍。（九）网络化网络化是CAID技术又一特点。计算机网络化就是用通信线路和通信设备将分散在不同地点的多台计算机，按网络拓扑结构连接起来，第二节CAID的历史及特点上一页下一页返回第26页，共45页。这些计算机按网络

协议通信，实现资源共享。在古代，“秀才不出门，便知天下事”自然是一种空想，而今有了设计任务，首先想到“上网查询”，网络打破了时空限制把世界连成一个地球村。开机上网，瞬间可知天下事。伴随网络联盟，虚拟企业，出现了无墙设计室。通过网络将不同地点的智力资源和生产设备资源组合起来，共享知识资源，协

同设计一个项目，交流方案设想，思想感情碰撞，互相启发，激发灵感。把整个设计项目的策划、设计、工艺、施工、预算、营销和管理售后服务全面地集成到一个虚拟互动设计制造体系中，极大地提高了设计质量、设计效率，缩短了设计周期。而今许多国家的设计中心都结成广域网，共同做设计。一个设计师只要能上网，不管在飞机上

，还是在家庭中，随时随地皆可做设计。设计单位或设计师个人可以集中精力发展自己的专业技术的强项，通过网络，交流合作，利用CAID异地协同设计，强强合作，优势互补，通吃共赢。这无疑就是设计技术的全球化。总之，CA

ID技术，是现代科技海洋中一朵闪光的浪花，它既有现代科技的共性，又有自身的特点，是共性与特性的统一体。第二节CAID的历史及特点上一页返回第27页，共45页。一、CAID的功能技术功能是指技术的功用、效用、作用和用途等。杂交出优种，由ID和CAD等科技交叉综合构成

的前沿技术CAID既具有ID和CAD的基本功能，又具有自身的一些独特功能，故更能贯彻“实用、经济、美观和创新”设计总则，创设出真正高质量的技术艺术品，即美与用相统一的人造物品。由CAID的多重属性决定了它的多种功能。严格地说，所谓CAID功能应是CAID的软、硬件

系统功能，但有时却仅指软件系统功能。这里仅从文化大视野提纲挈领地论述其几个主要功能，相关内容在有关章节还有详述。（一）实用功能实用功能又叫技术功能或物质功能。技术与艺术合一的CAID技术，易学好用，用途广泛，无所不能，能在更高的审美水平上完成产品、工

程或服务等。从需求分析、构思创意、方案设计、详细设计、设计评价到后期处理全过程的创新设计，第三节CAID的功能与应用下一页返回第28页，共45页。第29页，共45页。能使设计对象真正达到形优、色美和质佳，实用又美观，解决了传统设计用与美的“两层皮”问题。相比而言，CAID技术方便实用，远

远优先于CAD技术等。（二）经济功能CAID是迄今为止最先进的设计技术，突出表现在构思创意、品牌设计、增加附加价值、创建自主知识产权上。应用CAID技术能提高设计效率、缩短设计周期，通过数字化、绿色化和网络化多种先进方法改善设计质

量，加速新产品的研发，树立企业形象，增强企业核心竞争力，创造巨大的经济及社会效益。（三）审美功能审美功能是指用CAID技术所设计的东西具有使人满意的审美价值，能成为美的技术艺术品。而今能使现代工业产品成为技术艺术品的先进设

计技术莫过于CAID技术了，用CAID技术能设计出美与用合一的产品、工程或服务系统、景观环境和视觉传达物等。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第30页，共45页。这需要有审美与造美素质的设计师，高档硬或软环境配置，由懂美的人员决策管理。由有审美素质的人，用具有审美功能的技术，在审

美的环境中设计美的对象，形成人与机（CAID技术）交互的系统工程。始终贯穿审美追求，一个点、一条线都要讲究艺术化、人性化，创造第二自然。比如应用虚拟现实技术（VR），人能身临其境，体验立体空间的真实感觉，真假难辨。（四）创新功能创新是CAID技术的本质属性之一，它集成了相

关技术的创新功能，用创新观念、理论和方法主导设计。CAID承担了设计中简单重复的劳动，而将设计师从烦琐的体力劳动中解放出来，以集中思考创新问题，构思创新设计方案，决策控制创新设计过程，实现设计的审美化、智能化和最优化。通过设计加速发明创造，建

立自主知识产权，即新产品、工程、服务系统和生活环境，创造人类新文化。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第31页，共45页。（五）美育功能美育功能就是培养人的正确审美观点、情操和表达美、创造美的能力。CAID过程是一个人机互化过程，所有参与者都受着美的熏陶，净化着人们的灵魂；同时又

在创造即设计着新的美的人造物（事）。美的设计成果产品、工程、服务，第二文化构成人类生活、生存的文化环境，这是人类最基本、最普遍、最广泛的审美形式、审美对象。它们像雨露和阳光、空气一样对生活在其中的人们，时时刻刻进行着潜移默

化的教化、陶冶和升华，培育着人的美感，美化着人类社会。（六）管理功能所谓管理即是对有关事物的动态协调活动。与传统设计不同，CAID需要科学管理，同时它又是最先进的管理工具，本书提供的以流程为主线的设计过程即是有效的设计管理模式。它同样遵循5W1H

管理法，即要回答：用何功能？为何用？何时？何地？何人？用何种手段实现？应用CAID技术牵一发而动全身，涉及各方各面，皆需协调管理。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第32页，共45页。①设计管理理念；②组织机构；③设计师（团队）；④设计项目；⑤相关部

门、单位；⑥设计过程控制；⑦设计战略决策等。用CAID技术的管理功能能使设计系统有序、连续进行，克服传统设计的一盘散沙、杂乱无章、资源浪费等痼疾，以人的需求为“尺度”，真正做到：人—机—环境一体化、人性化和

最优化，达到真、善与美的合一。不会再出现“一次性”白色污染类的设计。目前用CAID技术还不可能一劳永逸，到达彼岸，但比传统设计大大进步了，如荷兰飞利浦公司的成功的设计管理模式就值得借鉴。CAID系统主要由软件、硬件和人员

组成。在硬件方面，除要求如主频等的配置越高越好外，其余硬件按常规配置即可。操作系统最好用稳定性较好的WindowsXP。CAID软件系统的主要功能如下所述，可按第三章提供的导则和流程优选巧用。（1）基于约束的实体造型，3D曲面建模，自由曲面造型

。（2）场景灯光、材质编辑、调整、渲染、动画、影像处理。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第33页，共45页。（3）文字、色彩、标志等装饰物贴图。（4）3D实体建模，计算产品体积、面积和重量等。（5）自动优化产品结构、材料和工艺，完成向CAD/CAM的转化。（6）参数化操

作，无论修改任何尺寸，工程图、装配图都会作相应变化。（7）由3D模型生成2D工程图，自动标注尺寸。（8）模拟仿真，在屏幕上边设计、边修改、边验算，进行产品的功能、运动和装配模拟检验。多方案优选特别是虚拟现实技术（VR），设计早期

在“真实”的人—机—环境系统中，仿真设计、制造与装配全过程，及时校验、评价、修改、减少盲目，确保设计目标最佳化。（9）人体动画制作，人体模型用于人机关系分析评价。（10）影像处理、影视数字合成、非线性编辑以及网页制作等。第三节CAID的

功能与应用上一页下一页返回第34页，共45页。迄今已有的许多CAD系统，乃至所谓CAID系统的功能只停留在“设计表达”上，还存在许多制约，基本上只是一个在设计方案基本定型之后的概念化（草图化）绘图工具，并非真正意义上的辅助工业设计工具，缺少智能，所以如何利用CAD技术

研制出真正符合上述诸种功能乃至更先进功能的CAID系统，支持从需求分析到求得设计方案最优解的全过程，才符合CAID技术功能的发展方向。因此今后CAID主要研究内容应是：①CAID方法学；②产品信息模型及基于此模型的CAID求

解方法；③CAID软件系统的研制。西北工业大学坚持研发中华设计1号软件系统就是一种有益的探索。总之，应用CAID技术有利于将传统单一的工程设计变为技术与艺术合一的现代工业设计，全面提高美学质量，美化人类生活环境。随着科

技的进步，设计的发展，CAID技术会逐渐被世人所认识——重视——应用——发展，发挥战略作用，开辟出一条有中国特色的工业设计道路。崛起中的中国制造业，呼唤着“中国设计”的早日来临。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第35页，共45页。二、CAID的应用常言道，工欲善其事，

必先利其器，“事”即设计；“器”即工具、技术或方法，如CAID技术等。只有应用先进的CAID技术才能做好设计，而对“方法”则是运用之妙存乎一心，只有用好方法，才能出奇制胜。设计师（用者）对CAID技术不但要好用

、爱用、乐用而且要“妙”用，只有在CAID技术的硬件、软件和人（用者）三位一体，组合成最大合力时，才能尽展CAID技术的威力，事半而功倍，否则只会徒劳乃至失败。故本书在推介CAID技术的同时还简介其用法，引导读者学好用好CAID技术。ID及CAID的传统应用

范围是产品设计、视觉传达（平面）设计和环境艺术设计。但实践却早已打破这一传统划界，CAID及ID已被广泛应用于各行各业的设计，新的领域在应用图中皆以“其他”指代，如农业、医疗卫生、商贸、金融以及未知行业等。但CAID技术同ID一样主要面向永不落的太阳——工业制造业，为产品、工程和服务设计服务。其具

体用法如图1-4所示，它的流程同全书内容的逻辑结构、论述顺序及设计实例的操作流程相对应，不妨称其为应用路线图。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第36页，共45页。已有研究说，注重“流程”的设

计方式受到大多数公司的推崇，对流程的管理和控制是企业成功的关键，设计“流程”就是一条有形或无形的“线”，犹如轨道或航线能确保连续性的继承和飞跃性的创新，但对设计人员的要求更高了。流程既是设计管理的捷径，又需要科学的管理，这是实践经验总结的升华，是一种虽不新奇

却很平实的设计方法。三、现代产品设计产品设计就是将创意构思转化为新产品（工程）的创新活动。所谓“产品”，狭义地说就是劳动生产出来的物品；广义地说是指各行各业所需的一切设计对象，一切人造物。所谓“设计”，传统地说就是在正式做某项工作之前，

根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等；广义地说就是为目的（标）的预先谋划、表现及其结果；具体地说是指根据需求确定产品应具备的功能，构思产品的工作原理、总体布局、运动方式、力和能量的传递、结构形式，策划产品形态、色彩、人机工程设计方案、

材料质感、工艺、装饰包装等，第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第37页，共45页。表现（草图、效果图、工程图、模型和设计文件等）方案以作为制造的依据。一个产品或工程设计都要经历系统的流程，如图1-4所示。现代产品设计强

调整个生命周期设计，即产品设计是一个设计—评价—再设计的反复迭代过程，在产品设计整个生命周期中，设计定型并不意味着设计工作的结束，只要产品还在生产和销售，就必须全面反馈用户的使用和生产制造等信息，用来指导再设计，对原设计不断修改完善，因此，设计贯穿于产品的整个

生命过程。现代产品设计要面向市场的用户需求，必须注重产品创新。现代工业产品，已由传统的机械产品转向机电一体化和信息电子产品，技术含量大大增加，艺术含量也必然增加了；产品的实用功能已不再是消费者决定购买

的主要因素，产品的创新性、宜人性、环保性和美观性等因素越来越受到重视，已成为人们是否购买和市场竞争成败的关键因素。市场对产品的T（时间）、Q（质量）、C（成本）、E（环保）、S（服务）和P（满意度）即TQCESP的要求全面提高。第三节CAID的功能与应用上一页下一页返回第38页，共

45页。理论上人们都知道产品应当实用、经济、美观并创新，因为孔子两千多年前就倡言“尽善尽美”，即人们常说的产品应当是“物美价廉”。但长期以来，中国的制造业主要面向加工，忽视甚至排斥产品美学质量，片面理解物美价廉、美观实用合一的原则，坚持“好用就行”，排斥“好看”的另一面，一味仿抄，伪劣假冒屡禁不止

，严重削弱了产品市场竞争能力。随着经济全球化的发展，中国的和平崛起，经济的振兴，企业面临着巨大的挑战和机遇。产品研发设计能力决定着企业的成败兴亡，因此，现代企业只有尽快采用先进科学的现代设计方法开发设计新产品，

不断提高设计质量和效率，降低研发成本，缩短研发周期，加速产品的更新换代，创造自主知识产权和品牌，强化市场核心竞争能力，才能持续生存与发展。四、CAID技术的应用效益（一）可量化的应用效益①缩短产品（工程）设计周期。第三节CAID的功能与应用上

一页下一页返回第39页，共45页。②节省劳动力，提高工作效率。③提高产品设计质量，提高一次性成功率，降低废品率，提高产品可靠性，延长产品寿命。④降低产品设计成本。（二）不可量化的应用效益①有利于计算机网上贸易，拓展国际市场。②提高新产品合作研发的企业核心能力。③提高产品综合应用高

科技创新与市场竞争能力。④提高企业对市场快速反应能力。⑤提高技术与艺术合一、满足精神需求的设计能力。⑥提高人—机—环境统一、天人合一，社会可持续发展能力。CAID技术是现代科技、经济及社会发展需求的必然结果，它将伴随科技、经济、社会的进步而升华，为科技、经济和社会建设服务，

不断创造新文化。第三节CAID的功能与应用上一页返回第40页，共45页。图1-1返回第41页，共45页。图1-2返回第42页，共45页。图1-3返回第43页，共45页。图1-4返回第44页，共45页。图1-4(续)返回第45页，共45页。