特別是在汽車、手機等持續火爆的產品市場中，產品的外觀造型是否美觀且有新意已成為該產品成敗的關鍵因素之一。有媒體調查顯示，3G手機之所以仍沒有被廣大消費者所接受的一個重要原因就是其外觀比較樸素，與目前市場上流行的手機相比，顯得笨拙。

    前車之鑒還有很多，幸運的是，產品外觀的重要性已經被越來越多的制造商認同：創新、時尚、獨具風格的產品不僅可以創造利潤、樹立品牌、贏得客戶，更能降低市場風險。那么如何使產品的外觀更具吸引力，這就是“概念設計”要完成的任務了。

    一、產品創新路漫漫

    一般意義上的概念設計是指在產品的功能和原理基本確定的情況下，對產品外觀造型的設計過程。概念設計位于詳細設計之前，對整個產品開發、市場拓展及企業經營目標的實現起著至關重要的作用。概念設計一旦確定，產品設計的60%～70%也就基本完成，而且詳細設計階段很難糾正概念設計產品的缺陷。

    但有些時候，概念設計僅僅被視為工業設計的一個分支，沒有得到足夠的重視。當然這與我國制造業發展的現狀有關。加入WTO后，中國正逐漸朝著“世界制造中心”的目標邁進，但我國制造業在技術含量和附加值較高的中、高檔產品上仍缺乏國際競爭力，其中一個主要原因就是新產品開發水平的落后。以汽車工業為例，中國的汽車設計開發一直被認為是汽車工業的“軟肋”。尤其是轎車，一向被認為只有少數發達國家才能開發，雖然很早就有人提出要自主研發，但是這么多年過去，大街上跑的絕大多數依然是引進的外國車型，中國專門進行汽車設計的公司更是寥寥無幾。

    相比之下，國外許多車型的設計都是通過設計公司來完成的。美國、日本和德國都有數百家大小汽車設計公司，全球最大的設計公司MSX約有1.6萬員工，年營業額超過20億美元。美國三大汽車公司的新產品開發中，有50％的設計任務交由設計公司完成；德國大眾公司約60％的設計任務出自設計公司。而在中國，專門的設計公司還遠沒有形成規模，大部分企業的設計部門要兼顧概念設計、詳細設計、工程分析等幾乎全套的設計流程，再加上落后的設計習慣和設計工具，“以產品創新制勝”似乎成為紙上談兵。

    制造業是一個國家經濟發展的命脈，它的發展反映了國家的綜合實力，對國家的經濟地位和政治地位也具有至關重要的影響。正因為如此，世界各國紛紛加大投入，研究先進制造技術，如美國提出的“敏捷制造”研究計劃，日本提出的“智能制造計劃”，我國政府也看清了這一發展方向，不失時機地提出了信息化帶動工業化的戰略構想，并以“863/CIMS計劃”作為實際技術推動力量。隨著數字化、智能化、三維建模、虛擬制造等先進技術進入應用階段，產品創新的技術基礎已經穩固；再加上愈加開放的市場環境，使越來越多的制造業企業認識到產品的重要性，“產品至上”的理念已經被廣為接受，產品創新也不再是一句空話。

    二、概念設計從頭躍

    產品創新的核心在于構思創新的產品概念，既概念設計。只有在這一過程中把握了產品的個性化和創新性，該產品才能在市場中更具競爭力。這也迫使企業在著手新產品開發時，必須把概念設計水平提升到一個新的高度。

    概念設計是產品設計中創造性設計的思維階段，在這一過程中，設計師將構思快速轉化為草圖是一種相當復雜的行為。因為一個好的設計方案既要有合理的功能結構、美觀的造型、簡便的操作，同時還要富有創新性。因此，設計師一般需要計算機輔助設計工具的幫助，既CAD軟件系統來完成這一過程。

    但是，傳統的CAD軟件主要應用在產品造型方面，還停留在“三維繪圖”的應用狀態，不能滿足創新的需求，使用者需要經長時間抽象嚴格的投影視圖和CAD系統復雜命令的訓練，將用傳統紙筆構思完成好的設計方案通過計算機“造型”表達出來，并沒有幫助設計人員真正實現創新設計，只是從二維草圖開始，由抽象的點、線、面按照嚴格的幾何約束關系和造型方法“繪制”成期望的三維圖形，對于已完成設計的任何改動都將成為令人頭疼的問題。

    針對以上問題，近年來研究人員和各CAD軟件提供商做了大量工作，以求從根本上改變這一現狀。三維建模技術的崛起和虛擬制造技術的出現為概念設計和產品創新提供了一種極好的工作平臺，設計者可以直接從三維概念和構思入手，進行概念設計，形成產品的初步框架，然后進一步通過工程分析、數字仿真、虛擬現實等高新技術手段來分析和評價設計方案的可行性及未來產品的質量、可靠性。這種設計方法尤其能充分發揮設計者的智慧和創新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創造性的勞動——創新。

    如今的CAD軟件，不僅在三維造型上已經不能與以往同日而語，更加強了美學設計和渲染能力，使其在概念設計方面的表現更加突出。

    三、CAD軟件顯崢嶸

    CAD軟件給人們的印象是作為計算機輔助工具，主要應用于產品的詳細設計階段，其實，目前市場上主流的CAD軟件都擁有強大的概念設計功能。

    在CAD領域叱咤了近20年的PTC公司，于近日推出了其產品設計和開發解決方案的最新版本——Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0。在新版“野火”中，PTC在概念設計方面大做文章：通過類型齊全的扭曲功能，設計人員可以方便地對內置幾何和導入幾何進行修改并妥善處理，從而達到在模型上即可改變設計的目的；野火版2.0的重新造型功能是根據掃描所得數據快速創建3D CAD模型的功能（即通常所說的逆向工程），它可以幫助設計人員把握設計意圖并維護重要數據，供后續設計階段使用，而其中新增的“自動表面平整”功能，使野火版2.0生成3D模型的過程更加便捷；而且，野火版2.0進一步完善了實時渲染功能，使設計人員可以快速地動態渲染各種 Pro/ENGINEER 模型；值得一提的是，由于“造型”(Style) 特征為設計者提供了一組交互式曲線和曲面工具，使得設計人員能夠在最短的時間內輕松創建復雜形狀，而曲面效果的完美和真實更是遠遠超出了同類軟件的水準。

    其實，在Pro/ENGINEER的早期版本中就包含了一個工業設計模塊——Pro/Design，用于支持自上而下的投影設計，以及在復雜產品的設計中所包含的許多復雜任務的自動設計。此模塊工具包括概念設計的二維非參數化的裝配布局編輯器，用于概念分析的二維參數模型的布局，以及組件的三維布局編輯器。此次推出的野火版2.0更增加了許多新功能，提高了軟件的易用性，使得設計人員能夠更加方便快捷地開發出令人耳目一新的產品。

    下面以Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0為例，簡要介紹CAD軟件在概念設計上的一些應用。

    1.交互式曲面創造完美造型

    產品的外觀是由曲面和曲線組成的，一個吸引人的產品更是多種形狀的曲面和曲線的完美組合。要在計算機中表現這些復雜的曲面和曲線并非易事，更不要說還要以交互方式控制它們的形狀和連接，但這些正是概念設計的基礎。Pro/ENGINEER Wildfire 提供了一種“造型”(Style) 特征，利用它，設計者可輕松的創建復雜的曲線和曲面，并能以交互方式控制它們的形狀和連接。

    如圖1所示，在“造型”(Style) 特征中，設計人員通過導入草繪來建立一個電鉆機的3D模型，這一導入的草繪用作可視參照。手柄的基本元素由兩部分組成：直接在現有模型曲面上草繪的曲線和電池曲面的頂邊。設計者需要先創建兩條“造型”曲線，這樣就構成了基礎曲面。然后調整曲線的角度，使它們與草繪吻合，而曲面隨之動態更新。設計者可以在曲線和曲面之間應用連接特性，使曲面更加平滑。

圖1 通過導入草繪建立3D模型

    設計者還可以通過徑向平面曲線，用與邊輪廓垂直的另一條曲線來控制曲面的形狀，并可以輕松地生成并維護這類曲線。此外，將曲線加入曲面后，仍然可以對它進行編輯，曲面也會隨之實時更新。

    2.渲染使設計圖像更逼真

    優秀的 3D 設計圖像可以讓人加深對設計的第一印象、吸引客戶并為公司節省巨資，同時間接產生營銷和市場效益。此時，強大的渲染功能可以使3D圖像擁有更加逼真的視覺效果。Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0能夠提供高性能的照片級渲染功能，而這種功能無需耗巨資更換最新的制圖和計算機設備即可使用。

    我們以汽車換檔桿的渲染為例。模型顯示對話框中啟用實時渲染功能后，可以調整陰影和反射，或產生貼花和紋理效果。通過 Pro/ENGINEER 的材料和紋理庫，設計者可以試驗各種類型的木紋效果，還可試用樣式的縮放和旋轉功能，如圖2所示。同時，設計者可以顯示環境及其在模型上產生的效果，或者顯示模型上產生的效果而隱藏環境。

圖2 經過渲染的汽車換檔桿

    如果設計者需要快速獲得渲染過的圖像，實時渲染功能是非常理想的工具。此外，“高級渲染增設功能”可創建最高質量的圖像，如同照片一樣逼真，并能模擬許多高級效果，例如鏡頭眩光、景度和光散射等。

四、下一代CAD技術

    毋庸置疑，CAD軟件正在向著大而全的方向發展，無論是概念設計、詳細設計、工程分析還是數字仿真，CAD軟件在產品設計的各個重要環節都提供了越來越強大的功能模塊，這也符合了“產品至上”的發展趨勢，各軟件提供商將向著為客戶提供“產品設計和開發整體解決方案”的方向努力。同時，為了提高設計生產效率，未來的CAD軟件還必須有完善的3D繪圖功能和與其他CAD軟件交換數據的能力。

    而此次PTC公司全新推出的Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0也順應了這一趨勢，以其易學易用、功能強大和互連互通的特點，推動了整個產品開發機構中個人效率和過程效率的提高，既節省了開發時間和成本，又提高了產品質量。野火版2.0 提供了符合CAD三維標注標準—— ASME Y14.41 標準的 3D 繪圖功能，以及與所有主流 CAD 系統的互操作性能，這些系統包括 UGS PLM I-DEAS、CATIA V5 和 Unigraphics NX。此外，野火版2.0通過將 Pro/ENGINEER 野火版用戶模型擴展到鈑金件、模擬和解決方案的其他領域，顯著地增強了軟件的實用性。

    正是由于與用戶需求的密切結合，野火版2.0剛剛推出便獲得了廣泛的認可。目前，野火版2.0的采用率正以引人注目的速度增長，迄今為止，已有超過 50% 的客戶方轉向采用該軟件。技術分析咨詢公司 CIMData 的 John MacKrell 說：“野火版2.0迅速在生產環境中得到采用的現象表明，該產品在幫助公司提升產品開發效率方面的強大力量已經得到用戶的普遍認可。”

    有專家預測，下一代CAD技術必須重點考慮產品設計的創新性、不確定性和隨機性，具備支持產品概念設計過程的工具，具備有描述整個產品設計過程的信息模型，具備自主和協作地求解問題和決策的能力。希望在不久的將來，CAD軟件會為設計師們提供更多的便利，成為我國制造業企業產品創新的有力武器。