當(dāng)代工業(yè)設(shè)計造型藝術(shù)與技術(shù)的發(fā)展探究

摘要：目的：文章旨在深入探討當(dāng)代技術(shù)與產(chǎn)品造型設(shè)計之間的內(nèi)在聯(lián)系及相互促進(jìn)機(jī)制，重點分析技術(shù)進(jìn)步如何影響產(chǎn)品設(shè)計方法和產(chǎn)品形態(tài)，進(jìn)而推動工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。通過揭示技術(shù)創(chuàng)新在設(shè)計方法、產(chǎn)品造型及表現(xiàn)風(fēng)格中的重要作用，為行業(yè)理論發(fā)展與實踐提供科學(xué)依據(jù)和系統(tǒng)指導(dǎo)，促進(jìn)工業(yè)設(shè)計不斷創(chuàng)新。方法：采用歷史研究與案例分析相結(jié)合的方法，立足工業(yè)技術(shù)演進(jìn)歷程，探討其對產(chǎn)品造型方法及形式的影響。重點考察20世紀(jì)后期，尤其是20世紀(jì)90年代以來，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)的獨立發(fā)展與協(xié)同應(yīng)用如何改變產(chǎn)品設(shè)計流程及制造方式，推動設(shè)計理念和產(chǎn)品形態(tài)的多樣化。結(jié)果：研究表明，20世紀(jì)90年代，計算機(jī)輔助設(shè)計和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展不僅推動了產(chǎn)品造型方法的創(chuàng)新，且二者協(xié)同發(fā)展加速了工業(yè)產(chǎn)品外觀風(fēng)格的轉(zhuǎn)變。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)提供了更精準(zhǔn)與高效的設(shè)計工具，而數(shù)控加工技術(shù)則為產(chǎn)品生產(chǎn)提供了更高的精度與靈活性，這一技術(shù)變革促進(jìn)了產(chǎn)品外觀、功能與結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，推動了工業(yè)設(shè)計朝著智能化、個性化方向發(fā)展。結(jié)論：文章旨在從學(xué)術(shù)角度為工業(yè)技術(shù)推動下的產(chǎn)品造型創(chuàng)新提供理論支持，揭示工業(yè)設(shè)計與技術(shù)進(jìn)步之間的緊密關(guān)系。對企業(yè)而言，研究成果能夠為產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)選擇與應(yīng)用提供實踐指導(dǎo)，有助于提升設(shè)計效率和產(chǎn)品競爭力；對產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，研究成果能夠為技術(shù)應(yīng)用的深化與創(chuàng)新提供參考，為未來的技術(shù)革新與設(shè)計創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)技術(shù)；工業(yè)設(shè)計；產(chǎn)品造型；計算機(jī)輔助設(shè)計；數(shù)控加工技術(shù)

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）17-00-03

0 引言

科技與設(shè)計是驅(qū)動社會進(jìn)步的關(guān)鍵動力。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展不僅重塑了人類生活方式，更在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域催生了深刻變革與創(chuàng)新。計算機(jī)輔助設(shè)計與數(shù)控加工技術(shù)通過長期的累積與沉淀，在20世紀(jì)90年代給產(chǎn)品造型技術(shù)與方法帶來了前所未有的革新。本文通過研究科技進(jìn)步如何改變產(chǎn)品造型技術(shù)與方法，揭示這種變化所蘊含的產(chǎn)品造型演進(jìn)趨勢，旨在闡明科技與設(shè)計間的內(nèi)在聯(lián)系與相互促進(jìn)機(jī)制，為工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展提供理論支撐與實踐指導(dǎo)。

科技的進(jìn)步為設(shè)計表現(xiàn)形式的多樣化提供了堅實的支撐，成為設(shè)計領(lǐng)域革新的重要推動力量。在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，科技手段的不斷革新使設(shè)計在形式、功能、體驗等方面呈現(xiàn)出更多可能。工業(yè)技術(shù)與工業(yè)設(shè)計共同演進(jìn)，旨在通過跨學(xué)科的合作與融合，為人類生活質(zhì)量的全面提升以及社會文明的多元化發(fā)展貢獻(xiàn)力量［1］。

審視歷史，工業(yè)設(shè)計造型的演變歷程始終根植于工業(yè)技術(shù)的驅(qū)動之中。設(shè)計史上的每一次重要轉(zhuǎn)折都與工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)，并在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展出新的設(shè)計手法、策略和工具。從早期借助紙張、墨水和顏料的手繪效果圖，到如今的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，科技與設(shè)計之間的緊密聯(lián)系日益緊密，設(shè)計成果也因此呈現(xiàn)出顯著的變革。技術(shù)的崛起不僅徹底改變了設(shè)計師的工作方式與產(chǎn)品的制造流程，還推動了制造業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級，對產(chǎn)品造型的技術(shù)與方法產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響［2］。本文聚焦計算機(jī)輔助設(shè)計與數(shù)控加工技術(shù)兩大關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)步，探討其如何協(xié)同作用于20世紀(jì)90年代工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，促進(jìn)產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計技術(shù)與方法的創(chuàng)新與演進(jìn)。

1 計算機(jī)輔助設(shè)計發(fā)展對產(chǎn)品造型的影響

在計算機(jī)輔助設(shè)計軟件尚未發(fā)展成熟的早期，傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計方法主要依賴手工繪制效果圖和制作模型，設(shè)計師通過手繪效果圖來傳達(dá)設(shè)計構(gòu)想與理念，雖然具有創(chuàng)意，但受到諸多限制，且制作過程煩瑣耗時。一般情況下，設(shè)計師首先在頭腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形，然后使用紙張和筆手繪草圖。手繪草圖通常在初步概念階段得到廣泛應(yīng)用，以幫助設(shè)計師快速傳達(dá)設(shè)計理念和形態(tài)構(gòu)想。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速推進(jìn)，傳統(tǒng)手繪效果圖的方式在新的環(huán)境中暴露出不足。

這一時期的產(chǎn)品設(shè)計在形狀和造型上受到了限制，設(shè)計師主要選擇簡單的幾何形狀如方形、圓形等，通過組合或削減這些基本的幾何形狀來形成產(chǎn)品的外觀（見圖1）。

一個典型的例子是1984年惠普公司推出的第一臺桌面激光打印機(jī)HP LaserJet Classic。這款激光打印機(jī)在整體外觀上采用了方形的設(shè)計，通過在方形結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加減，表現(xiàn)出筆直的有棱有角的方形外觀。

1971年Intel發(fā)布微型處理器，ADAM軟件成為現(xiàn)代商業(yè)繪圖軟件的基石。1982年，AutoCAD 1.0問世，成為首款廣泛商用的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件。在隨后的10年間，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件蓬勃發(fā)展，各類三維設(shè)計軟件的相繼問世極大地提升了設(shè)計的精準(zhǔn)性和效率。然而，在20世紀(jì)末，Maya、SoftImage等先進(jìn)軟件仍需在特定操作系統(tǒng)和圖形工作站上運行，并須搭配高端顯卡，安裝包體積龐大，且曲面造型的靈活性和整體設(shè)計效率依然存在局限性［3］。

20世紀(jì)90年代，Alias、Rhino等NURBS（非均勻有理B樣條）曲面建模軟件的發(fā)布改變了這一局面。曲面建模軟件將傳統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的精確性與以自由曲線為基礎(chǔ)的模型建構(gòu)技術(shù)的靈活性完美結(jié)合，構(gòu)建出的模型不再依賴直線段或多邊形網(wǎng)格，而是基于平滑的NURBS曲線和曲面，這是NURBS曲面建模技術(shù)的顯著特點之一。NURBS通過數(shù)學(xué)表達(dá)方式描述曲線和曲面，一條NURBS曲線由控制點、階數(shù)和節(jié)點構(gòu)成。曲線階數(shù)越高，造型就越流暢、圓滑且精確。這種技術(shù)使曲面片間的連接處理十分便捷，實現(xiàn)了曲率連續(xù)性，建立高階曲面，從而使產(chǎn)品外觀更加逼真、生動［4］。

計算機(jī)輔助設(shè)計是一項具有革命性的技術(shù)，對工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。傳統(tǒng)的設(shè)計方法依賴手繪草圖和手工模型制作，受制于有限的效率和精度。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展徹底改變了這一局面。計算機(jī)輔助設(shè)計軟件提供了精確的三維建模和渲染效果圖生成工具，能夠輕松處理復(fù)雜的三維曲面，這不僅允許設(shè)計師實時可視化產(chǎn)品造型，還可以使其在不同視角和光影效果下預(yù)覽設(shè)計成果，便于設(shè)計師即時評估并調(diào)整造型細(xì)節(jié)。設(shè)計對象越復(fù)雜，這種設(shè)計方式的優(yōu)越性就越突出。尤其是在需要極強(qiáng)創(chuàng)新性和復(fù)雜曲面造型的產(chǎn)品設(shè)計中，高階曲面能夠被建立起來，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件為設(shè)計師實現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性的造型提供了可靠的技術(shù)支持。因此，20世紀(jì)90年代以后，產(chǎn)品造型不再局限于簡單的幾何造型元素，增加了更多高階曲面的特征，朝多樣化方向發(fā)展，為工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域帶來了更為豐富和創(chuàng)新的造型語言。

以蘭博基尼跑車為例，其外觀演變充分展示了計算機(jī)輔助設(shè)計的深遠(yuǎn)影響。初代車型整體表現(xiàn)出簡潔而直楞的特征，如1971年發(fā)布的蘭博基尼LP 400 Countach，其具有標(biāo)志性的折線和角度，具有許多硬邊和幾何形狀，呈現(xiàn)出一種獨特而鋒利的外觀。這一設(shè)計理念在后來的蘭博基尼以及其他超跑中得到了繼承。隨著時代的發(fā)展，蘭博基尼跑車的曲面和線條設(shè)計變得更加流暢和精致，其曲線之間的銜接也更完美。例如，MURCIELAGO采用了更圓潤的車身曲面，與尖銳的線條相結(jié)合，形成了極強(qiáng)的視覺沖擊力。蘭博基尼跑車極具辨識度的線條和折線設(shè)計在當(dāng)代車型中得到了延續(xù)，其曲面之間的銜接更完美，曲面和線條設(shè)計更加流暢和精致。技術(shù)的發(fā)展使設(shè)計師們可以更加自由地塑造車輛的金屬表面，呈現(xiàn)出前所未有的藝術(shù)感和動感。

計算機(jī)輔助設(shè)計軟件所帶來的實時反饋不僅能確保產(chǎn)品外觀符合設(shè)計目標(biāo)，還能使設(shè)計師提前審視產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在物理制造前發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，從而節(jié)省時間和資源。這種高效的設(shè)計流程提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，同時節(jié)約了生產(chǎn)原料，提高了產(chǎn)品的首次合格率，進(jìn)而加速了產(chǎn)品的迭代更新。

計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的出現(xiàn)帶來了工業(yè)設(shè)計方式的根本性變革。這一變革不僅體現(xiàn)為使用計算機(jī)繪制設(shè)計圖，更為重要的是，它推動了并行設(shè)計系統(tǒng)的建立，將設(shè)計、工程分析和制造三者有機(jī)結(jié)合。通過這種集成化的設(shè)計流程，不同專業(yè)領(lǐng)域的人員能夠及時交換信息，從而有效縮短開發(fā)周期，并確保設(shè)計和制造的高質(zhì)量。這些變化不僅要求設(shè)計師具備一定的設(shè)計能力，還要求其具備更強(qiáng)的整體意識和豐富的工程技術(shù)知識，從而超越傳統(tǒng)的效果圖表現(xiàn)，參與到跨學(xué)科的協(xié)作和系統(tǒng)化的設(shè)計過程中。

2 數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展對產(chǎn)品造型的影響

工業(yè)設(shè)計的產(chǎn)品通常需要進(jìn)行批量生產(chǎn)，因此設(shè)計人員在考慮產(chǎn)品功能和造型時，必須同時考慮生產(chǎn)過程中的多個關(guān)鍵因素，如曲面的可加工性、脫模的可行性等。

工業(yè)產(chǎn)品的最終形狀由模具的形狀決定，因此模具的制造精度和復(fù)雜度直接影響產(chǎn)品外觀造型的精度與細(xì)節(jié)。在傳統(tǒng)的機(jī)械加工時代，缺乏高精度和復(fù)雜形狀的模具制造技術(shù)，傳統(tǒng)的加工工藝無法實現(xiàn)復(fù)雜的三維曲面模具的生產(chǎn)。這種技術(shù)限制使早期的設(shè)計師在設(shè)計時不可避免地受到制造工藝的制約，因此早期的產(chǎn)品造型往往趨向于簡潔的直線或幾何形態(tài)，通常表現(xiàn)為幾何形狀的堆疊或削減。

20世紀(jì)公交車的樸素形象主要源于當(dāng)時的技術(shù)條件，基本無法生產(chǎn)復(fù)雜的曲面鋼板模具。因此，公交車的外觀設(shè)計不得不依賴較為簡單的直線和平滑曲面。這種設(shè)計選擇是為了適應(yīng)當(dāng)時手工制造的局限性，確保能夠在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)高效和可行的制造。

數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)步有效扭轉(zhuǎn)了這一局面。數(shù)控機(jī)床是一種配備數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體及其他輔助裝置組成，能夠根據(jù)零件圖樣編制的數(shù)字化加工程序自動控制機(jī)床的軌跡運動［5］。

20世紀(jì)90年代，伺服電機(jī)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步推動了制造業(yè)整體升級。得益于伺服電機(jī)的精確控制，數(shù)控機(jī)床能夠使刀具精準(zhǔn)地定位到工件的每一個點，從而實現(xiàn)高精度的加工。這些先進(jìn)的機(jī)床能夠制造出復(fù)雜的三維曲面模具，極大地拓寬制造的可能性。數(shù)控加工技術(shù)將計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械加工方法有機(jī)結(jié)合。通過數(shù)控機(jī)床，設(shè)計師所創(chuàng)建的三維產(chǎn)品模型能夠精確地轉(zhuǎn)化為實體產(chǎn)品，從而實現(xiàn)高精度、高效率的生產(chǎn)。復(fù)雜三維曲面形態(tài)的可制造性大大豐富了工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計，復(fù)雜的三維曲面也被廣泛運用于產(chǎn)品造型設(shè)計，拓展了產(chǎn)品外觀的表現(xiàn)空間（見圖2）。

3 結(jié)語

技術(shù)的進(jìn)步深刻影響了工業(yè)設(shè)計的造型表達(dá)和方法變革。從20世紀(jì)90年代起，計算機(jī)輔助設(shè)計和數(shù)控加工技術(shù)在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，成為設(shè)計和制造的重要工具。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的引入使設(shè)計師能夠在數(shù)字空間高效實現(xiàn)復(fù)雜造型的設(shè)計與優(yōu)化，大幅提升設(shè)計的靈活性和精度。而數(shù)控加工技術(shù)則通過高精度的加工能力，將數(shù)字設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物產(chǎn)品，加快了設(shè)計的實現(xiàn)速度。這兩種技術(shù)在21世紀(jì)逐步成熟，通過融合發(fā)展，不僅豐富了產(chǎn)品的造型形式，還優(yōu)化了從創(chuàng)意到生產(chǎn)的流程。這種技術(shù)驅(qū)動的變革，極大地提高了工業(yè)設(shè)計的效率與精度，為創(chuàng)新造型語言和設(shè)計方法提供了可能，同時推動了整個行業(yè)持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步。

未來，隨著智能制造和增材制造等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)計將迎來更多創(chuàng)新可能。設(shè)計工具將更加智能化，設(shè)計師能夠通過算法生成設(shè)計、虛擬現(xiàn)實輔助展示等方式更高效地實現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)思。制造技術(shù)的升級也將進(jìn)一步突破傳統(tǒng)工藝的限制，使產(chǎn)品的形態(tài)、材質(zhì)和功能更加多樣化和個性化。

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基金項目：本論文為大連橡膠塑料機(jī)械有限公司“鈑金結(jié)構(gòu)外觀結(jié)構(gòu)評審與培訓(xùn)服務(wù)”研究成果，項目編號：SYLY2024090001

作者簡介：方珍妮 （2000—） ，女，研究方向：工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計；徐青 （1999—） ，女，研究方向：工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計；楊猛 （1970—） ，男，教授，系本文通訊作者，研究方向：工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品造型設(shè)計。

本文引用格式：方珍妮，徐青，楊猛.當(dāng)代工業(yè)設(shè)計造型藝術(shù)與技術(shù)的發(fā)展探究［J］.藝術(shù)科技，2024，37（17）：-.