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工业设计实验室课程教学研究

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摘要:本文分析了现代实验室的组建要求,理论型与应用型教学模式间紧密结合的可行性。以及理论与实践之间无缝对接的可能性,并通过案例分析探讨产品设计到实物原型设计过程中出现的问题的解决方式方法。

关键词:数控技术;现代实验室;数字加工;文件互转

新形势在本文中的限制是指现阶断拥有成熟数字图形图像技术、数字制图技术、三维数字建模技术、先进的网络技术、快捷的信息传输技术、数字三维打印实物成型技术、数字多轴雕刻技术,以及拥有海量资源的信息时代。工业设计,目前还未有权威而被普遍接受的定义,一般指区别于手工业制品而批量化生产的产品的一种策略性解决问题的系列行为。其包括产品设计、环境设计、传播设计、设计管理、造型设计、机械设计、电路设计、服装设计、室内设计等,在某种意义上可以理解为“艺术设计”。工业设计的实验课程是指为此专业而开设的实践性课程,包括数字图形软件实践课程、手工体验实践课程,综合数字建模技术、数字制造技术的实物制造与表达课程。传统形式的工业设计实验室,主要是提高学生动手能力而存在的实践场所,但在新的形式下,数字化图形技术、互联网信息技术、数字化加工技术等,为实验室培养学生解决工作问题,打破理论与实践之间的瓶颈实现理论与实践无缝对接的可能性与可行性,并提供技术支持。

1正确认识实验室对践行理论的重要作用

当今,我们的大学教育人才培养大致分为二类,即理论型与应用型人才培养模式,因此,各院校都人为把理论与应用进行割裂,但这种强行分类方式在现代形势下就显片面,应该是偏重哪种类型而不是割裂开来。设计过程被认为是一种高尚的过程,即所谓的“劳心者”,而实践者被分类为“劳力者”或者“匠人”,从事理论设计者甚至看轻“匠人”这一称谓。但是不能被实践证明的设计理论终将是一纸空文或者“纸上谈兵”。殊不知,“设计(理论)过程”本身也是“实践”。所以一位设计师必须理论与实践结合。这个过程必须综合在一起。设计理念构思完成后,需通过实践表达出来,由设计者本人构思,并自己实践完成设计意图,最终表达出来,理论上可以最大限度地接近设计理念。而非本人全程完成,设计意图表达至下一环节的过程中,设计对象的完整度就会褪化部分,而下一环节的实施人员在表达时受学识与理解度等的影响与限制,又会丧失部分设计意图。另外作为产品设计,从理念到原型的被呈现的完整过程中,如果为下单,这必定会带来时间上的延期。为了最好地展现设计,尽快地缩短产品上市过程,设计人员必须重视自身的实践能力的培养。

2理论与实践的可行性结合的准备

理论与实践结合的重要性是每位设计都期望想达到的境界,但在传统的实验教学模式下,“理论型”与“应用型”不得不做出一个选择。例如,传统木工技术行业,一块木料的“取平”,学“刨”这个工艺就需要苦练二年,大学只有四年,时间成本就决定了院校的性质,但现阶段新形式下利用现代各种技术与设备,结合现代的数字科技,再以短暂的集训,即可打通理论与实践间的壁垒,让二者最大可能性融会。我们现代的工业设计课程的架构分为理论课程与实践课程,而实践课程包括CAD/CAM制图类,例如AutoCAD、Rhi-no3D、ProE.(或Creo);图形图像类软件AdobePhotoshop、AdobeIllustrator;三维建模类软件3DSMax、Cinema4D、Ske-tchUP、Rhino3D、ProE.(或Creo)、SiemensMX(UG);部分软件既具有制图功能,又具备3D建模功能,虽然软件众多,但这三类软件每类任选一种,并与数控类输出设备综合,并进行短时间集训,即可完成理论到实物模型的呈现。图像类软件Photoshop为基础软件,也是必修课程,AI为图形类基础软件,也为艺术设计专业必须掌握的基础工具软件,(图形类软件还有一种常用软件Coredraw,因其兼容性问题不推荐使用)。工业设计类专业通常开设Rhino3D软件课程,其具有强大的二维制图功能,也具有强大的3D建模功能,某些院校课程体系中也含有3DSMAX建模软件课程,或者其它类的3D建模软件,上述课程系统保证了数字模型构架的系统性,包括了二维与三维软件,其中AI软件建立了位图软件与矢量软件文件间转换互通的桥梁,由以上课程准备与基础,即可进入实物成型的制作过程。

3实践的实施原理

实践的实施需要使作适合的设备,快速对接理论的实践行为的完成需要利用精密的现代数字化设备,包括数字化照相设备、三维扫描设备、三维雕刻设备等。数字照像以及三维扫描仪可以归纳为前端数据采集设备,它与三维建模软件协同向数控输出设备提供二维或三维数字文件,三维数字模型提供数字成型设备的基础文件,基于数字加工技术,按照加工规则,进行短暂集训,则可以直接用机器代替人工加工制作。数控机器代替人工操作普遍为设计师接受的设备为三维打印机,但数字成型设备还有激光雕刻机、数控CNC雕刻机等。三维打印机,此类设备从理论上是最易使用与表达设计理念的设备,通常把3D模型文件转化为STL格式进行输出打印即可完成模型成型。其工作原理是利用X、Y、Z三轴的精确移动,利用“喷”或“照”等之类技术,对三维数据文件进行一定厚度切片解析,转化为机器文件,后进行“堆”、“叠”介质的“塑形”,完成造型,早期的三维打印机是在树脂类薄片上进行切割后叠加成型。技术不断发展,也有用光敏树脂与蜡做为打印介质热熔为液状精准移动、层层堆叠,利用紫外光照射固化成型;亦有碳粉介质与其它粘合方式的碳粉可重复利用的三维打印设备。三维打印机种类繁多,使用的耗材种类也极多,但是其有二个最基本的原则,其一,逐层叠加介质,后一层介质必须依托前一层作为支撑。其二、增材制造方式,即“塑”形工艺,其介质多数为“流质”,材料为复合材料,基于此原则,能较为便捷使用的三维打印机设备是可以在模型空白处自动增加“支撑”材料的机器,如光敏树脂类的打印机在打印三维原型样本时,会自动计算出空白处需用蜡介质的结构,并自动填充。无需设计师过多的人为干预。数控雕刻机,此类设备常见的分为三轴、四轴、五轴、多轴与机械臂等,雕刻机为一种“减”材成型设备,其三轴工作原理被三维打印机仿效。

利用主板芯片精确控制x轴、y轴、z轴的精确移动与定位。配合高速精密的主轴电机,选择适用规格的刀具、对文件进行适当的刀路设置、生成ENG或NC刀路文件文件。即可进行精密切割、浮雕雕刻;配合四轴机器可进行轴雕或称之为柱雕。五轴雕刻机可以完成被处理对象五个方向(前、后、左、右、上)的切削成型,完成产品的模具级的原型制作。如果采用多轴(五轴以上)雕刻机或机械臂可以对被制作对象全方位的精密切削。由于行业间信息交流的不对等,以及行业保护原因,工业产品设计人员总会被某些不实专业术语给误导。例如CNC(数字加工中心)设备的使用需要“编程”,此术语让非理工专业的学生对使用机器感到困难。理解为复杂的类似C语言编程的机器语言,实则“编程”正确的解释为“编辑刀路”,是指通过选定数字对象设置加工先后顺序的过程,即“编辑加工对象工作流程顺序”简称编程。激光雕刻机。激光雕刻机、数控水刀等运行部分的工作原理与三轴雕刻机运动一致。只是机头主轴不同而已。激光雕刻(严格意义应命名为激光切割)机。为激光发生器通过调焦汇聚激光束,灼烧加工对象完成切割。水刀切割是利用高压将水进行“射流”,完成切割。如需对之上设备进行分类,可以分三大类,数控切割设备,例如激光切割机、水刀切割机;“减材”数控类设备,例如三轴雕刻机、四轴雕刻机、五轴雕刻机、多轴雕刻机;“增材”数控类设备。基于设备运动原理一致,所以设备的工作原理及流程也基本相同,可以达到理论与实践的无缝对接,其中手工操作训练实践部分可以用“集训”方式快速代入,其中数字图形、图像、建模软件的学习也是不可或缺的辅助,也是实验课程重要环节。实验室教学课程。重点是用实践的手段,多变、灵活、自由的设计方法,实现理论。另外还需要利用现代便捷的信息,以及资源获得技术,打破设计思维禁锢,寻求最优化完成工作的能力,并尽可能全程完成自己的设计,缩短产品开发周期快速投入市场,并避免原型由于外包制作带来的时间成本损耗与知识产权泄露风险。现代新形势下,设计已经开始追求个性化,之前的批量化生产产品模式已经变为小规模,甚至是单个产品化的设计与生产,我们的应对的策略就不可能单纯依靠市场(购买)来完成设计方案,而需采用最大限度的自我全程完成设计作品的方式。在设计中的真实案例设计。案例一:玫瑰红色棉质面料的衬衫,其辅料为同色缝纫线与13颗纽扣。缝纫线较易配到色,但同色树脂纽扣极难匹配。

但衬衫纽扣的价格,每颗价格约在0.10~0.50元之内。但在匹配同色纽扣的过程中,所耗时间成本远远大于扣子本身成本。如何解决?案例二:厨房有不可拆除斜梁、厨房烟道过小、购买的侧吸式油烟机与灶具不在同一中心。问题如何解决?(见图1)案例一,解决方案难度在于如何找寻与面料匹配同色纽扣附件,从偏执追求完美的角度进行设计,则需在市场或网店中找寻,但商家不会为此种仅有13颗纽扣的需求进行定制完成产品,经济代价太大,折衷方案则采用黑、白、灰、金、银色或金属材质纽扣。但最佳解决方案,思路不应停留在同色钮扣购买上,而是采用中间媒介进行,购买染色扣子用的染色剂,利用自己专业特长,对色彩进行调和,进行配色染色。案例二,学生给定的解决思路,依然为找寻新的吸油烟机或者强行拆改房屋结构,但此例中找寻的新吸油烟机适合的尺寸,质量太差,继续找寻,而强行拆改房屋结构不可行,此案最合适的解决方法在于对油烟机的排烟结构进行更改,即自己重新制作排烟装置,以及墙体的排烟收集器。以上两例解决方案的解决方法并不难,但学生的思维表现受到禁锢,所以必须教授学生打破固定思维,学习灵活便捷的思维方式,归纳设计方法。在设计中,设计可分为主动对象、被动对象以及中间媒介,当主动对象与被动对象皆不可进行操作时,可以对中间媒介进行改良,此过程则需要实践实验。总而言之,现在新形势下的实验室完全可以尝试打破理论与实践间的壁垒,并充分利用现代数字技术。海量信息资源拓展学生想象力,丰富学生实验课程,让实践辅助理论、理论指导实践,当然这任重而道远,这需要我们研究现代新形势下如何提升工业设计教师工作能力,优化教师的知识结构,更好地利用好工业设计实验室。

作者:肖瑱 董佳 张轶哲 单位:南京工业大学浦江学院

工业设计实验室课程教学研究责任编辑:张雨    阅读:人次