現代產品設計新方法實踐研究

康輝+盧文博

摘 要：本文利用CAD軟件對現有產品進行三維建模，并通過CATIA人機工程學模塊，對現有產品進行人機工程學數據分析，獲得改良設計方案，最后通過3D打印建立實物模型，驗證模型功能與改良效果。最終完成產品人機工程數據分析、依托數據進行產品改良設計、3D打印檢驗實物效果的產品開發過程。

關鍵詞： CATIA人機工程學分析；3D打??；產品設計；電腦桌改良

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2017）12-0018-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.12.007

一、產品設計綜述

（一）產品設計過程

產品設計是從無到有的過程，其中主要分為兩種：改良設計與新產品開發。不管是哪種，產品設計過程必然經過以下幾個過程：

1.產品市場調研與分析。產品市場調研主要是針對產品進行人性化的分析，找到產品的缺陷或市場空白，進而找到產品改良或開發的方向。人性化分析包括是否符合人類美學需求、個性化定制級別、是否包含無障礙設計理念、是否符合人機工程學、是否符合3R設計理念等。通過對產品特點以及數據的分析，確定產品設計方案。

2.產品外觀與結構設計并建立三維模型。結合產品的功能與使用特點，定位產品人群，在現有的結構基礎上，結合外觀設計，工程加工程序，材料特點以及加工成本，對產品進行綜合設計，并以三維CAD軟件進行模型構建，并在計算機上顯示出大致效果，以渲染方式構建出使用場景渲染圖，讓人們更加直觀地看到設計構想的使用效果。

3.制作簡易實物模型并進行評估。根據模型的特點選擇相應的材料，制作簡易模型，并對簡易模型的功能、形式改良效果進行評估，從整體上對產品再次進行評價，確定是否解有效解決了初期問題，并對產品進行簡單調整，直至產品各方面優化達到預期效果為止。

4.產品批量生產。在改良產品達到預期效果后，通過模具設計開發、采料、工程生產線程設計等過程后，將產品進行批量化生產，并投放市場。

5.產品市場信息反饋。對已經投放市場的產品進行信息采集，得到市場產品有效信息，得到產品改良或開發最終結果。

（二）產品設計過程分析

通過以上5個階段完成對產品的改良與開發。在上述過程中，產品方案數據獲取以及產品模型制作這兩個過程極其耗費時間與經濟成本。因此，設想從人機工程學基礎角度出發，通過對現有產品人機工程學數據分析對產品進行改良，再通過3D打印技術，對改良產品進行評估，以此可以大大節省產品市場以及產品模型評估方面所產生的時間與經濟成本。

二、以人機工程數據為基礎的產品設計可行性分析

（一）產品設計人機工程學理論基礎

產品設計最終的目標是使工具更加適應人的使用，同時通過美學的手段在技術基礎上提高產品價值。工具并非藝術品，因此，產品的設計最基本是要滿足產品功能性，是外觀與功能的結合。不管是依據功能設計外觀，還是依據外觀設計功能，其作為工業產品最基本的屬性是具有使用價值。因此，對于工業產品設計，人機工程就是基礎中的基礎，以人機工程數據為基礎的產品開發與改良具有極強的可行性與必要性。

（二）基于Caita人機工程模塊的數據分析的產品設計

1.創建人機工程學數據標準并獲取結果。產品開發與改良設計過程基本相同，下面以電腦桌改良方案為例對此過程進行說明。對現有產品進行人機工程學數據分析：

首先以實際尺寸建立現有產品模型，或用3D掃描設備自動生成產品三維CAD模型并將模型導入到Catia軟件中，通過查閱資料，確定人雙臂及手腕的使用數據，利用Catia軟件的人機工程學模塊對電腦桌進行人機工程學分析。

數據輸入完成后，通過Catia人機模塊進行分析，得到圖3-1的相關數據。對數據進行分析，找到現有產品存在的不符合人機工程的問題，即產品的改良方向。如后圖3-1所示。

最后通過數據可以得到，現代一半電腦桌的設計在左大臂、小臂、手腕處的設計，均有欠于人因工程學數據，尤其在左小臂，長此以往地按照不規范的方式使用電腦，不僅會降低工作效率，同時會對人的身心健康造成極大的影響。因此，在此基礎上，根據人際工程學的原理，同時基于機械結構的保證，對現有電腦桌進行改良。

2.根據人機工程學數據分析結果確定產品改良方向。由以上結論表明，現有電腦桌主要問題集中在用戶的大臂、小臂以及手腕部分，因此對現有方案進行改良設計。設計出更加符合用戶使用方案的產品并建立產品改良模型。

3.根據改良后的模型對數據進行進一步分析。同現有產品分析步驟一樣，對產品再次進行人機工程學分析。得到數據，如圖3-2所示。

通過數據可以看出，改良后的電腦桌在人體左臂方面有了較高提升，使人在使用時左手方面更加舒適。整體模型改良后將電腦鍵盤的高低提升到了與鼠標相同的高度，這樣使雙手基本在同一平面上，在使用起來也更加舒適和方便，尤其便于鼠標與鍵盤的切換使用方式。

4.基于3D打印技術的產品改良評估?，F有的產品改良設計基本彌補了原有產品人機工程學方面的不足，但是改良后的產品仍然只是在電腦中顯示出來，而無法給設計者以直觀的感受。因此，通過3D打印技術，可以高效、低廉地制作出模型樣品。

三、結論

通過3D打印出來的電腦桌模型，不僅能夠完全實現其改良設計的功能，同時可以從整體性對其進行評，另外，PLS材料的強度也足以給予所打印的模型足夠的支撐，這足以見得3D打印給予產品設計方面的絕對支持，因此通過Catia人機工程學模塊分析、基于人機數據的產品改良方案、基于3D打印技術的產品綜合評價的產品設計方案具有相當的可行性與社會價值，尤其在對于沒有加工基礎的創客進行產品設計與開發方面，具有相當的實用意義。

參考文獻：

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