基于计算机辅助工业设计的产品CMF课程实践与研究

    王燕　王馨

    

    摘要：产品CMF设计是决定产品设计成败的主要因素，导入计算机辅助工业，设计的CMF教学思路，能够让学生建立系统的学习方法，提高对产品的细节研究。课程通过色彩、材料、表面工艺设计三方面利用不同的计算机表达技术实现从概念到实物的转化。开创理论学习、CMF市场调研与经典产品分析、CMF再设计定位，表面肌理的创新设计五个教学环节，培养新一代产品设计人才。

    关键词：计算机辅助工业设计（CAID） CMF课程 创新思考

    中图分类号：G42 文献标识码：A

    文章编号：1003-0069（2017）05-0118-02

    一、产品设计专业开设CMF课程的意义与难点

    产品CMF设计，即产品的色彩（Color）、材料（Material）及表面处理工艺（Finishing）的系统设计，也可以通俗地将其理解为产品的“皮肤”设计。

    随着非物质时代的到来，产品的价值需求观由功能与造型的追求转向品质化生活的向往，产品设计更加强调社会符号属性与物品的关系，CMF设计逐渐成为决定产品设计成败的主要因素。因此，产品设计专业开展CMF设计课程具有时代的意义。

    （一）培养适销对路的人才，满足企业CMF设计人才的需求。

    国内目前很多企业都设有CMF设计部门，但CMF人才供不应求，尤其3C电子类产品行业比较普遍。然而，国内CMF设计行业起步较晚，真正精通CMF知识的设计人才也比较短缺，企业通常采取聘入再培养的方式，花费时间较长。基于这一现状，CMF课程的开设有利于为企业培养合适的设计人才。

    （二）建立产品色彩、材料与表面工艺的系统教学方法，提高学生的趋势洞察能力。

    在产品设计专业的课程体系与内容分布中，产品色彩、材料、设计工艺基本各以独立的课程开设，其优点是能够展开丰富的知识内容进行讲述，但缺点是缺乏之间的关联性。随着CMF设计与趋势研究的提出，更是强调了三者之间的联系性与系统性，能够把握好三者之间的关系就能够创造好的产品品质。另外，CMF设计的重点内容之一就是要求设计师有敏锐的趋势把握能力。通过课程的学习，学生能够由认识到理解，逐步的建立起独特的趋势洞察能力。

    （三）设计拉动市场内需，增强我国国有品牌的产品设计研发。

    在新产品的开发流程中，CMF设计是由最初的设计提案过渡到实际生产制造的必经阶段。目前许多产品的创新并不仅仅基于功能与技术的革新，产品CMF的革新设计逐渐成为拉动市场消费与形成竞品差异化的主要方式。以苹果系列的产品为例，其每一代新产品的推出多以CMF的设计创新取胜。因此，要提高我国国有品牌的设计创新能力，少不了对CMF设计的关注与大力支持。

    此外，目前产品设计专业很少有开设CMF的相关课程，其影响因素主要体现在以下几个方面：

    首先，目前许多高校对CMF设计的关注度不高，缺乏具有实践经验的专业教师。CMF是近些年才流行起来的一个设计领域，它是伴随着企业的技术加工与生产需要而产生一個专门的设计部门。现高校许多设计专业出身的教师具有很强的理论能力，但缺少生产与加工制造方面实践经验，由此导致了理论与实践之间的断层，很难开展具体的CMF设计教学。第二，设计教育与实际社会生产脱轨。在当下国内的设计教育体系下，高校开设的产品设计专业课程多注重设计思维与方法的教学，缺少实际产品生产工艺与制造环节的涉入，从而导致学生的创意概念化，不能直接领悟到材料与工艺的重要性。第三，高校缺少CMF设计材料实验室与样品展览馆。在CMF设计中，材料毋庸置疑是设计中最重要的内容。由于高校缺乏材料与样品室的建立，学生很难直接领会到材料与工艺样品的实际应用。

    基于时代意义催促与现实难点的挑战，CMF课程的设置应该以知识的应用与理解作为教学的首要目的，需要寻求可行的教学思路与探索方法。

    二、计算机辅助工业设计的概念及教学应用现状

    （一）计算机辅助工业设计的概念

    计算机辅助工业设计（computer aided industrial design，CAID）的概念是在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下，进行工业设计领域内的各类创造性活动。

    随着工业4.0的到来，3D打印技术与智能化制造的应用已成为趋势，逐渐丰富了产品制造方式，计算机辅助工业设计的应用趋势也有了更大的空间。在新产品的开发过程中，无论是技术工程师还是设计工程师都离不开计算机的应用与表达，计算机辅助工业设计成为促进设计进程与时代发展的有利工具。

    （二）产品设计课程体系下的计算机辅助工业设计应用现状

    计算机辅助工业设计是产品设计专业的基础课程，该课程的开设为实现学生的创意表达起到实际的效用。当下高校对产、学、研、创关注密切，越来越注重视教学成果的展示与宣传，计算机辅助工业设计在教学实践中的应用愈加重要，具体可表现为以下三个主要方面：

    第一、数字模型制作与图形渲染技术的广泛应用。在产品设计课程的实践环节，通过设计软件的操作实现真实效果的产品渲染图，同时能够清晰地表达或定义出产品的材质、纹理与色彩属性。随着计算机图形处理与三维工程设计软件的普遍使用，未来计算机辅助工业设计协同教学需要将继续应用与实施。

    第二、基于数字模型的CNC数控加工与3D打印技术在产品设计教学中逐步普及。在产品设计的教学中，实物模型的制作多用于教学成果的展示与部分课程的教学实践需求。CNC数控加工模型的过程属于数字化精细加工，它是产品模具制作与实现批量化生产主要工具。许多高校为产品设计专业开设了CNC数字加工实验室，保证了教学与设计实践的密切关系。3D打印技术是近几年热起来的智能制造方式，由于3D打印具有造价便宜、便捷、快速的模型成型优势，因此目前许多高校产品设计专业将3D打印实验室引进到课程实践中。例如西安美术学院设计系产品设计专业首次将3D打印技术应用在创意文化产品、主题生活的研发与教学中，并举办了一次别开生面的3D打印作品展览，取得了良好的反响。

    第三、虚拟现实技术在设计教学中实践与应用。VR技术是上个世纪80年代首次提出的概念与理论，主要实现手段是通过计算机及传感技术创造的一种崭新的人机交互手段。随着VR技术的广泛应用与成熟化发展，未来学生的设计概念与效果展示都可以通过VR手段进行超现实表现。鲁迅美术学院传媒与动画学院率先将VR、AR与MR引入到教学实践，在整个课程成果的展览中学生通过计算机编码引入与数字模型的建立，借助VR、MR设备操作，体现一场生动的技术实际应用成果。

    以上三个方面是产品设计专业主要技术设施的应用现状。但总的来说，各种先进技术工具的发展都基于计算机技术应用而壮大，其属于计算机辅助工业设计的范畴。

    三、基于计算机辅助工业设计的产品CMF课程的实践

    （一）导入计算机辅助工业设计的CMF教学思路

    基于计算机软件在设计教学中的广泛应用，为本次课程的开展奠定实践基础。课程最终CMF的设计表达可以借助计算机渲染效果进行视觉传达，同时结合3D打印设备，实现从概念想法到设计制作的环节。课程的目的是希望通过CMF课程的学习让学生建立起系统的学习方法，积极地采用合适的手段进行CMF设计分析与表达方式探讨。

    色彩设计思路：在产品的色彩设计教学中，可以介入数字化的教学手段，利用色彩的搭配软件与计算机图形渲染软件可以实现产品色彩设计应用。例如key shot渲染软件的可以通过产品数字模型的置入，可以针对模型的材质自由地进行色彩的添加与置换，很方便实现色彩的搭配与应用比较。

    材料设计思路：在材料的设计部分，首要注重的是，应该结合设计方案选择合适材料加以应用。在材料的表现与应用方面，很多产品设计的渲染软件都自带丰富的产品材料库，能够实现材料的模拟与应用，包括一些新的材料设置也可以通过设计师自己编辑进行创作。

    表面工艺设计思路：在CMF设计中表面处理工艺是相对比较难理解的部分，需要一定的工程知识经验支持。企业CMF设计师多靠具体的实践积累掌握产品制作工艺的实现方式。因此，基于实践与样板参考的前提下学生很难理解具体的工艺方法及理论。在本课程中我们主要集中对固定的集中常用表面工艺进行讲解。在实践部分，主要围绕产品的肌理进行设计实践，最终通过计算机辅助工业设计的思路，将肌理设计转化实际的应用层。

    （二）课程实施过程

    本课程的实施过程循序渐进，遵循由理论学习到设计实践的一般学习过程，分为以下5个阶段。

    第1个阶段是理论学习。该阶段教师主要对CMF设计相关理论知识进行讲解，内容包含CMF的设计背景、流程与应用价值。在理论讲解的过程中，值得注意的是需要以设计的角度进行知识的分享，例如可以讲述几个典型的CMF Design Story，故事既可以是成功的案例也可以是失败的案例，其讲故事的过程可以充分地将系统的CMF设计知识贯穿在内，让学生充分系统的理解CMF含义。

    第2个阶段是CMF市场调研与经典产品分析。该阶段是希望学生基于现行产品的市场调研，目的是能够结合理论知识的学习理解当前产品的CMF设计趋势。调研之前为了避免学生调研结果趋于雷同，代课教师通过分类产品的方式限定内容，要求学生最终的调研结果趋向多样化，类如將产品调研的种类分为掌上移动设备、家庭娱乐设备、智能家居产品等。最后学生以小组的形式对调研的结果进行分享，并选出一个经典产品进行CMF分解式分析。通过这样的方式，既能让学生收集到CMF设计素材，又能初步了解当前产品的CMF应用趋势。

    第3个阶段CMF再设计定位，即概念设计来源。本阶段定义“再设计”的目的是希望学生通过对CMF知识的学习与理解，重新寻找产品的色彩、材料与表面处理工艺的材料并明确设计方向，最终可作为应用方式附加于产品表面，从而实现新的品质感受与价值导向。本阶段教师确定收集范围与设计模板供学生参考，学生通过个人渠道去搜集CMF材料进并进行合理的搭配与组合，最终进行课上分享。例如对色彩方面可以从流行服饰或风景照片中寻找感觉；材料可以从废弃的产品或是有特殊质感物体寻找来源。最终需要将这些收集的元素进行合理的排布，并说明感受，定义CMF的概念来源。

    第4个阶段是表面肌理的创新设计。本阶段为计算机辅助工业设计实践阶段，构建产品独特视觉表面。通过计算机软件进行图形制作，并将学生设计的肌理进行3D打印制作，最终通过实物模型的方式展示肌理的设计效果。肌理作为一种纹样或是图饰置于产品表面，一方面能够起到装饰性作用，另一方面也可作为具有一定功能指向被设计应用。类如自行车车轮表面的细致纹理，其作用主要起到防滑的作用。音箱表面发音孔的设计，能够传播声音的同时，漂亮的音孔和细节表达让人们产生了购买的欲望。学生创作的肌理构成肌理材质库，方便学生后期将其运用到产品设计中。

    第5个阶段是CMF设计应用。本阶段是课程实施的最后一个环节，也是最重要的部分。学生需要对前4个学习阶段的学习内容进行深入思考，例如如何将前期的调研与肌理的创作运用于CMF设计实践中。整个过程需要借助计算机软件图形表达的方式进行CMF创新设计实践。首先，由教师指定50件工业设计史上经典的产品，学生通过对经典产品进行CMF设计置换，凭借最新的流行色彩趋势与新材料的应用，让失去“色彩”的产品重获新生，产生新的视觉感受。在置换设计的过程中，学生需要对经典进行CMF分析与设计理念的阐述，以便了解产品的时代属性。其次通过计算机软件建模，构建经典产品的数字模型，最后借助keyshot渲染软件对模型进行色彩、材料与表面工艺的视觉化表现。

    以上5个环节是本课程的具体实施过程，课程总共历时4周64个课时。课程最终在学生作品结课会看中分别展示了各个阶段的学习成果，受到了良好的评价（如图1），为下一次课程的完善起到铺垫作用。

    结语及展望

    在当下产品外观品质革新的时代，CMF是产品设计中的一个重要环节。产品设计专业开设CMF课程是符合时代的发展与对色彩、材料与表面工艺三者系统化教学的实际意义。

    随着工业4.0时代的到来，毫无置疑计算机辅助工业设计的应用更为广泛，本文基于计算机辅助工业设计的产品CMF课程实践是一次利用技术工具创新尝试，也是一次教学方式的多角度思考。除此之外，在实际教学的过程中，我们还需不断加强校企之间的探讨与合作，共同协同进步。换句话说，优秀的CMF设计也并不是与生俱来的，更需要专业的教育与实践的锤炼才能造就。