维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第４期 ．２１．Ｎ０．４ ２００８年７月 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉ机电产品开崖与剀崭 ＶＯＩｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 自行式高空作业平台工业设计研究 孙元 ，高顺德 ， 白 日 ，高凯清 （１．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４： ２．北京京城重工机械有限责任公司，北京１０００１６） 摘 要：以北京京城重工机械有限责任公司产品ＧＴＢＺ系列高空作业车的转动平台外观造型设计为例， 说明了应用计算机辅助工业设计技术．实现高空作业车外观造型设计的设计程序以及其关键技 术与方法，阐述了产品结构设计与外形设计同步进行的并行设计思想，并且说明了在计算机三 维环境中实现产品的模拟真实感表现的相关内容。根据产品形象设计原理及产品外观的语意学 规律，完成了高空作业车的转动平台外观设计和整车的色彩设计。 关键词：同步设计技术：产品形象设计：真实感渲染 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６６７３（２００８）０４—１０８—０３ ０引言 １．１转动平台内部 结构布局 高空作业平台是用来运送工作人员和工作装备到指 转动平台内部布 定高度进行作业的一种大型工程机械设备。目前，国内 置发动机、液压油箱、 Ｉ机罩曲面修正Ｈ真实感渲染 Ｉ Ｌ。。。。。 。’ 。。。。一－。 。。。。。。。。 。。。 。。。。。。 一 ｛ 工程机械市场发展迅速．具备一定规模的高空作业机械 燃油箱、地面控制器 机罩加 文件 厂家超过２０多家，大部分厂家都存在着产品性能接近。 等重要部件。部件的 产品形象相似的问题。因此，要保证企业在行业中的优 相对位置直接影响转 图１工业设计流程 势地位，以及后续的健康发展，有必要从产品技术和工 动平台的外观造型设 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ 业设计两个方面提高水平，也就是全面提高产品性能和 计。结构布局遵循人性化原则，考虑到安装，拆卸、维 产品形象，从产品的内在品质和产品的外在品质两个方 修等因素，将发动机与液压油箱分别布置于转台立板两 面，确立在行业中的特色，保证企业的市场份额，提高 侧．发动机托架为可旋转式结构，为维修时提供了方 企业的利润收益。 便：同时有利于转台内部的结构布线。转台结构布局主 本文将讨论在产品开发过程中为促进产品形象提升 要由工程技术人员实施。 而应用的一些工业设计方法。由于这些方法在产品开发 １．２转动平台外观造型设计 中的使用，工业设计人员便成了工程师、生产厂商和消 工程技术人员在完成了转台结构的初步设计之后， 费者之间的连接枢纽，促进新技术被包装成对消费者有 工业设计师将转台外观的二维概念草图转化为Ｐｒｏ／Ｅ数 益的形式［ｔｌ。 字模型，然后将该模型与转台结构进行匹配。首先对转 １设计程序 台Ｐｒｏ／Ｅ结构模型进行简化，保留结构与机罩的公共边 界部分和必要的结构框架。模型匹配过程中，对于转台 在产品设计前期，结合技术开发过程的规范及产品 外观上的整体比例关系．局部与整体的比例关系进行严 在工业设计方面的重点，在本产品设计中订制了基本的 格的确认。然后按照一般的工业设计程序，依据转台结 开发流程。针对高空作业车产品进行工业设计，其重点 构的三维比例关系．细化机罩造型。分别从不同角度对 包括两方面：转台机罩外观造型和整体色彩计划。遵循 机罩造型进行概括，针对重点局部做尽可能细致的表 图１所示的设计流程。能够良好的控制结构设计与外观 现。通过ＣＡＤ软件将确定的理想方案构建为三维数据 设计的关系。 模型。模型的关键节点严格参照转台的结构数据模型进 行定位。关键节点分别为：地面控制器位置、燃油箱加 油口位置、机罩锁与转台托架结合位置。 收稿日期：２ｏ０８—０５—１９ 作者简介：孙元（１９７８一），男，讲师。工业设计教研室副主 造型设计重点：采用曲线的造型符号，突出饱满、 任。主要从事现代工业设计方法研究。 干练的机械产品功能要素和特点；封闭的造型能突出转 １０８ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・制造业信息化・ 工艺、包装、运输、展示、营销手段、广告策略等等一 系列进行统一策划、统一设计，形成统一的感官形象和 社会形象，以起到提升、塑造和传播企业形象的作用。 产品形象ｆＰｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｄｅｎｔｉｔｙ）是产品在设计、开发、研 制、流通、使用中形成同一的形象特质，是产品内在的 品质形象和外在的视觉形象统一性的结果 。 产品形象设计原理应用于本产品开发中，重点构建 图２机罩装配 Ｆｉｇ．２ Ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ｃｏｖｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ 产品的外观造型系统和产品的表面装饰系统。产品的外 观造型系统主要包括：外观造型风格、材料、色彩、表 台形态的整体性，它将转台内部复杂的机构加以简化并 置于机器的内部．同时这样的安排也基于安全性的考 虑。机罩造型元素采用四条首尾连接封闭的样条曲线为 边界，内部拟合两条样条曲线，构建成流畅，优雅的形 态。然后根据转台结构上功能区域的划分将机罩分解为 四部分。 新颖的外形特征是良好形象的组成部分，能够提高 方案 设计 与证 技术设计 与论证 论 分析Ｉ二二厂 。 工 ｌ 图３同步设计流程 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ 产品的知名度和品牌形象周。在进行造型设计前期，考虑 到产品的系列化生产要求，限定了机罩造型的标准比例， 为系列产品在外观造型方面保留了基本的设计元素。 ２应用的工业设计技术及方法 ２．１同步设计技术 同步设计是一极具发展潜质的管理方法，能够使团 队有效的控制设计方向，有待更深入的研究和发展。同 步设计中最主要的概念在于产品开发的程序可并行演 一一品型 一产原 面加工、装饰工艺等等。外观造型系统是产品形象设计 的重要内容．目的是确定相适合的设计语言和设计风 格，形成系列化产品，以形成自己特有的品牌风格。归 纳起来．机械产品的外观设计主要应满足以下要求：① 显示操控界面安全实用，便于操作；②整体外观形状、 线条、比例、颜色符合美学原理；③便于维护和检修； 进，与传统的顺序式产品开发程序截然不同。同步设计 ④有利于缩减生产成本；⑤充分地表达企业的设计理 念；⑥具有独特性并与企业形象保持一致。 产品的表面装饰系统主要包括：企业标志、标准字 体、标准色彩、铭牌、标识等等。表面装饰系统是产品 形象设计不可缺少的主要内容．它通过以上元素的个性 ＿［二 这一概念更能进一步辅助产品开发的整合性。其主要作 细化进计 用在于有系统地促进以下的产品开发目标 ：①提高 产品质量；②减低生产成本；③缩短产品开发周期。 同步设计要有一个以信息科技为核心的沟通网络． 其中应用计算机辅助设计（ＣＡＤ）；计算机辅助生产 （ＣＡＭ）；计算机辅助工程（ＣＡＥ）；产品数据管理；单 一化组合和表达方式，直观展现了有关企业的各种信息。 通过这一环节．使得产品形象与企业形象紧紧的联系在 一的数据库；以及利用一些电子化的和较传统的媒体作 起，形成有机的统一体。 通讯的渠道。工业设计师与同步设计之间关系的首要元 素是设计师的沟通能力。设计师的沟通能力并不仅仅限 于语言和文字的沟通，也包括视觉层面的沟通。而视觉 ２．３数字模型建立技术 转动平台内部结构复杂．在此基础上外观设计建模 的思路是将整个产品分解为多个特征．从基本特征到各 添加的特征依次完成，最终得到完整、准确的三维模 层面的沟通模式通常是设计程序中最有效率的方式 同步设计以基础信息数据为基础，在此层次上集成 地、并行地设计产品。强调功能和流程的集成，通过对 设计流程进行优化和组织，实现多专业领域和部门问的 协同工作。 型。在本案例中．三维建模采取从整体到局部的技术流 程完成。整体曲面后期分解为五个部分，即转台前部固 定机罩两部分，转台中部可动机罩两部分、转台后部配 重体。其中机罩结构与配重体结构不同，加工工艺亦有 ２．２产品形象设计原理 产品形象设计是为了实现企业的总体形象目标的细 化，它是以产品设计为核心而展开的系统形象设计．对 产品设计、设计观念、技术、材料、造型、色彩、加工 区别。配重体结构设计依据产品设计对其质量的要求． 同时满足工艺的限定条件。 ２．４产品真实感渲染 基于Ｐｒｏ／Ｅ软件的机罩模型完成之后，与转台结构 １０９ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・制造业信息化・ 模型进行虚拟装配。为使产品效果展示更加真实．须要 车身比例，着色之后的文档输入到ＣＡＤ环境中．根据 对模型进行渲染。应用摄影技术原理，对场景的光源、 设计要求调整二维图形在三维模型表面的坐标数据．最 产品的材质、摄影机位置进行设置并且匹配产品模型． 终文件进行色彩渲染。在产品的色彩计划方面．根据工 使虚拟环境中的产品模型在光照、质感等方面更接近真 程机械产品本身的特点，采取如下原则加以实施： 实模型的效果。 （１）视觉均衡原则：均衡指两种以上的色彩搭配在一 （１）产品材质的表达。材质的表达是虚拟产品真实 起时，视觉上感觉色彩间平稳安定，彼此相等。影响色彩 质感表现的关键。逼真材质效果的再现是以真实材质的 均衡的因素有色彩的明度、色度的高低和面积的大小比 物理参数为基础的，材质参数的设定需要反复的调节． 例。本案例中色彩计划采用红色与灰色进行均衡布局。 根据摄影机渲染视图的效果不断去改进材质的属性参数 （２）强调原则：两种以上的色彩搭配时，必须根据 的数值，以达到比较真实的效果。 产品的整体效果来考虑，依主要色、次要色、搭配色的 本产品的基本材质涉及塑胶、金属漆、高反光金属等 关系作适当的选择并对明度、色度和面积作适当调整。 种类，根据不同材质的光源特性，调节材质属性的反光度、 产品配色设计时根据高空作业车结构布局特点首先规划 光泽度、反射和折射等参数使其达到合理效果。见表１。 产品的轮廓色彩．在主体部分对比强调出来的基础上增 （２）虚拟展示环境。为虚拟产品创建一个生动、逼 加适当的变化来避免画面的单调。 真的展示场景能够反映产品的特色．使真实效果更佳 （３）主调原则：在整个产品的各种色彩中，加入一 场景的再现需要考虑到产品的功能和产品的使用环境。 种共通性的色彩，会使色彩不同的部件产生统一调和的 典型的环境包括：造船施工现场、高空检修、工业安装 感觉，起到了自然过渡和联结的作用。这种共通性的色 等。场景文件采用ＢＭＰ文件格式，分辨率应符合输出 彩，具有支配整体色彩的效果，使产品形成以其为主的 图形的精度要求。 基本色调。本案例中产品主 （３）虚拟光照参数选择。在ＣＡＤ虚拟环境中添加 调采用红色。 光照效果增强了产品表现的真实感。同时具有烘托环 境、突出产品的作用。可供选择的虚拟灯光包括环境 ３结束语 光、聚光灯、泛光灯。通过调节虚拟光源与产品的相对 应用上述方法对高空作 位置坐标及光源属性参数来达到预想的效果。虚拟光源 业平台进行工业设计．取得 图４计算机模型渲染图与 叠 的颜色、亮度、光照范围的设置直接影响到产品质感表 了良好的效果。图４所示为 产品样机照片 现的细腻程度、色彩变化范围、造型的重点。 制造出来的样机与产品真实 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｏｄｅｒｎ 表１基本材质属性设置参数 感渲染的对比效果。 ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｇｒａｐｈ ａｎｄ Ｔａｂ、１ Ｓｅｔｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｔｔｒｉｂｕｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｐｈｏｔｏ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ 金属漆 塑胶 金属 参考文献： Ｄｉｆｆｕｓｅ（ＲＧＢ） ２４５／１６／１６ １６３，１６３／１６３ ６２，６２／６２ Ｒｅｆｌｅｅｔ Ｆ丑ｌｌ０ｆｆ １．０ １．０ 【１］ｄｒ．Ａ．Ｒｅｉｎｄｅｒｓ，ｐｒ正ｄｒ． Ｆ｜Ｊ．Ａ．Ｍ．ｖａｎ Ｈｏｕｔｅｎ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｆ１．ｇｌｏｓｓｉｎｅｓｓ ０、９ ０．８ ０、８５ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｅｍ Ｆｕｒｌ Ｃｅｌｌｓ、Ｎｈａ Ａｎｎｕａｌ Ｈｙｄｒｏ— Ｓｕｂｄｉｖｓ １６ ８ ８ ｇｅｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６、 ２．５车身平面设计 ［２］王朝侠，梁浩，唐琳．形象设计一现代产品设计之关键［ＪＪ．天津科技 车身平面设计基本元素包括图形、文字、标识。在 大学学报，２００４，１９、 ［３］高桥正宏．从概念至产品［Ｚ］．：生产力促进局，１９９８． ＣＡＤ虚拟环境中导人平面设计基本图形，约束图形使其 ［４］徐江华，等、体现企业形象的产品形象设计研究 包装工程，２００７，４． 与产品进行标准的匹配。二维图形的绘制需要严格遵循 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ Ａｒｍ Ａｅｒｉａｌ Ｗｏｒｋ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＳＵＮ Ｙｕａｎ ，ＧＡ０ Ｓｈｕｎ—Ｄｅ ，ＢＡＩ Ｒｉ ，ＧＡ０ Ｋａｉ－Ｑｉｎ￣ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉｎｇｃｈｃｎｇ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔａｋｅ ＧＴＢＺ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｍｏｄｃｈｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｏｔｉ ｗｏｒｋ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｃｅｄ ｂｙ Ｂｅｉｉｊｉｎｇ Ｊｉｎｇｃｈｅｎｇ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ ｄｅｓｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｋｅｙ ｓｋｉＵ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｐｐｈｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｄｅｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｍｏｄｅｈｎｇ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ａｌｏｆｔ ｗｏｒｋ，ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｐａｒａ／ｄｃｌ ｄｅｓｉｎｇ ｔｈｏｕｇｈ６ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｍａｇｅ ｄｅｓｉｎｇ ａｎｄ ｒｕｌｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｓｅｍａｎｔｉｃｓ，ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｌａｔ－ ｆｏｒｍ ａｐｐｅａｒｎａｃｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ｌａｏｆｔ ｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｉｎｇ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｏｄｕｃｔ ｖｉｓｕａｌ ｄｅｓｉｎｇ；ｒｅａｈｓｍ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ １１０
