基于計算機輔助工業設計的產品CMF課程實踐與研究

王燕　王馨

摘要：產品CMF設計是決定產品設計成敗的主要因素，導入計算機輔助工業，設計的CMF教學思路，能夠讓學生建立系統的學習方法，提高對產品的細節研究。課程通過色彩、材料、表面工藝設計三方面利用不同的計算機表達技術實現從概念到實物的轉化。開創理論學習、CMF市場調研與經典產品分析、CMF再設計定位，表面肌理的創新設計五個教學環節，培養新一代產品設計人才。

關鍵詞：計算機輔助工業設計（CAID） CMF課程 創新思考

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）05-0118-02

一、產品設計專業開設CMF課程的意義與難點

產品CMF設計，即產品的色彩（Color）、材料（Material）及表面處理工藝（Finishing）的系統設計，也可以通俗地將其理解為產品的“皮膚”設計。

隨著非物質時代的到來，產品的價值需求觀由功能與造型的追求轉向品質化生活的向往，產品設計更加強調社會符號屬性與物品的關系，CMF設計逐漸成為決定產品設計成敗的主要因素。因此，產品設計專業開展CMF設計課程具有時代的意義。

（一）培養適銷對路的人才，滿足企業CMF設計人才的需求。

國內目前很多企業都設有CMF設計部門，但CMF人才供不應求，尤其3C電子類產品行業比較普遍。然而，國內CMF設計行業起步較晚，真正精通CMF知識的設計人才也比較短缺，企業通常采取聘入再培養的方式，花費時間較長。基于這一現狀，CMF課程的開設有利于為企業培養合適的設計人才。

（二）建立產品色彩、材料與表面工藝的系統教學方法，提高學生的趨勢洞察能力。

在產品設計專業的課程體系與內容分布中，產品色彩、材料、設計工藝基本各以獨立的課程開設，其優點是能夠展開豐富的知識內容進行講述，但缺點是缺乏之間的關聯性。隨著CMF設計與趨勢研究的提出，更是強調了三者之間的聯系性與系統性，能夠把握好三者之間的關系就能夠創造好的產品品質。另外，CMF設計的重點內容之一就是要求設計師有敏銳的趨勢把握能力。通過課程的學習，學生能夠由認識到理解，逐步的建立起獨特的趨勢洞察能力。

（三）設計拉動市場內需，增強我國國有品牌的產品設計研發。

在新產品的開發流程中，CMF設計是由最初的設計提案過渡到實際生產制造的必經階段。目前許多產品的創新并不僅僅基于功能與技術的革新，產品CMF的革新設計逐漸成為拉動市場消費與形成競品差異化的主要方式。以蘋果系列的產品為例，其每一代新產品的推出多以CMF的設計創新取勝。因此，要提高我國國有品牌的設計創新能力，少不了對CMF設計的關注與大力支持。

此外，目前產品設計專業很少有開設CMF的相關課程，其影響因素主要體現在以下幾個方面：

首先，目前許多高校對CMF設計的關注度不高，缺乏具有實踐經驗的專業教師。CMF是近些年才流行起來的一個設計領域，它是伴隨著企業的技術加工與生產需要而產生一個專門的設計部門。現高校許多設計專業出身的教師具有很強的理論能力，但缺少生產與加工制造方面實踐經驗，由此導致了理論與實踐之間的斷層，很難開展具體的CMF設計教學。第二，設計教育與實際社會生產脫軌。在當下國內的設計教育體系下，高校開設的產品設計專業課程多注重設計思維與方法的教學，缺少實際產品生產工藝與制造環節的涉入，從而導致學生的創意概念化，不能直接領悟到材料與工藝的重要性。第三，高校缺少CMF設計材料實驗室與樣品展覽館。在CMF設計中，材料毋庸置疑是設計中最重要的內容。由于高校缺乏材料與樣品室的建立，學生很難直接領會到材料與工藝樣品的實際應用。

基于時代意義催促與現實難點的挑戰，CMF課程的設置應該以知識的應用與理解作為教學的首要目的，需要尋求可行的教學思路與探索方法。

二、計算機輔助工業設計的概念及教學應用現狀

（一）計算機輔助工業設計的概念

計算機輔助工業設計（computer aided industrial design，CAID）的概念是在計算機技術和工業設計相結合形成的系統支持下，進行工業設計領域內的各類創造性活動。

隨著工業4.0的到來，3D打印技術與智能化制造的應用已成為趨勢，逐漸豐富了產品制造方式，計算機輔助工業設計的應用趨勢也有了更大的空間。在新產品的開發過程中，無論是技術工程師還是設計工程師都離不開計算機的應用與表達，計算機輔助工業設計成為促進設計進程與時代發展的有利工具。

（二）產品設計課程體系下的計算機輔助工業設計應用現狀

計算機輔助工業設計是產品設計專業的基礎課程，該課程的開設為實現學生的創意表達起到實際的效用。當下高校對產、學、研、創關注密切，越來越注重視教學成果的展示與宣傳，計算機輔助工業設計在教學實踐中的應用愈加重要，具體可表現為以下三個主要方面：

第一、數字模型制作與圖形渲染技術的廣泛應用。在產品設計課程的實踐環節，通過設計軟件的操作實現真實效果的產品渲染圖，同時能夠清晰地表達或定義出產品的材質、紋理與色彩屬性。隨著計算機圖形處理與三維工程設計軟件的普遍使用，未來計算機輔助工業設計協同教學需要將繼續應用與實施。

第二、基于數字模型的CNC數控加工與3D打印技術在產品設計教學中逐步普及。在產品設計的教學中，實物模型的制作多用于教學成果的展示與部分課程的教學實踐需求。CNC數控加工模型的過程屬于數字化精細加工，它是產品模具制作與實現批量化生產主要工具。許多高校為產品設計專業開設了CNC數字加工實驗室，保證了教學與設計實踐的密切關系。3D打印技術是近幾年熱起來的智能制造方式，由于3D打印具有造價便宜、便捷、快速的模型成型優勢，因此目前許多高校產品設計專業將3D打印實驗室引進到課程實踐中。例如西安美術學院設計系產品設計專業首次將3D打印技術應用在創意文化產品、主題生活的研發與教學中，并舉辦了一次別開生面的3D打印作品展覽，取得了良好的反響。endprint

第三、虛擬現實技術在設計教學中實踐與應用。VR技術是上個世紀80年代首次提出的概念與理論，主要實現手段是通過計算機及傳感技術創造的一種嶄新的人機交互手段。隨著VR技術的廣泛應用與成熟化發展，未來學生的設計概念與效果展示都可以通過VR手段進行超現實表現。魯迅美術學院傳媒與動畫學院率先將VR、AR與MR引入到教學實踐，在整個課程成果的展覽中學生通過計算機編碼引入與數字模型的建立，借助VR、MR設備操作，體現一場生動的技術實際應用成果。

以上三個方面是產品設計專業主要技術設施的應用現狀。但總的來說，各種先進技術工具的發展都基于計算機技術應用而壯大，其屬于計算機輔助工業設計的范疇。

三、基于計算機輔助工業設計的產品CMF課程的實踐

（一）導入計算機輔助工業設計的CMF教學思路

基于計算機軟件在設計教學中的廣泛應用，為本次課程的開展奠定實踐基礎。課程最終CMF的設計表達可以借助計算機渲染效果進行視覺傳達，同時結合3D打印設備，實現從概念想法到設計制作的環節。課程的目的是希望通過CMF課程的學習讓學生建立起系統的學習方法，積極地采用合適的手段進行CMF設計分析與表達方式探討。

色彩設計思路：在產品的色彩設計教學中，可以介入數字化的教學手段，利用色彩的搭配軟件與計算機圖形渲染軟件可以實現產品色彩設計應用。例如key shot渲染軟件的可以通過產品數字模型的置入，可以針對模型的材質自由地進行色彩的添加與置換，很方便實現色彩的搭配與應用比較。

材料設計思路：在材料的設計部分，首要注重的是，應該結合設計方案選擇合適材料加以應用。在材料的表現與應用方面，很多產品設計的渲染軟件都自帶豐富的產品材料庫，能夠實現材料的模擬與應用，包括一些新的材料設置也可以通過設計師自己編輯進行創作。

表面工藝設計思路：在CMF設計中表面處理工藝是相對比較難理解的部分，需要一定的工程知識經驗支持。企業CMF設計師多靠具體的實踐積累掌握產品制作工藝的實現方式。因此，基于實踐與樣板參考的前提下學生很難理解具體的工藝方法及理論。在本課程中我們主要集中對固定的集中常用表面工藝進行講解。在實踐部分，主要圍繞產品的肌理進行設計實踐，最終通過計算機輔助工業設計的思路，將肌理設計轉化實際的應用層。

（二）課程實施過程

本課程的實施過程循序漸進，遵循由理論學習到設計實踐的一般學習過程，分為以下5個階段。

第1個階段是理論學習。該階段教師主要對CMF設計相關理論知識進行講解，內容包含CMF的設計背景、流程與應用價值。在理論講解的過程中，值得注意的是需要以設計的角度進行知識的分享，例如可以講述幾個典型的CMF Design Story，故事既可以是成功的案例也可以是失敗的案例，其講故事的過程可以充分地將系統的CMF設計知識貫穿在內，讓學生充分系統的理解CMF含義。

第2個階段是CMF市場調研與經典產品分析。該階段是希望學生基于現行產品的市場調研，目的是能夠結合理論知識的學習理解當前產品的CMF設計趨勢。調研之前為了避免學生調研結果趨于雷同，代課教師通過分類產品的方式限定內容，要求學生最終的調研結果趨向多樣化，類如將產品調研的種類分為掌上移動設備、家庭娛樂設備、智能家居產品等。最后學生以小組的形式對調研的結果進行分享，并選出一個經典產品進行CMF分解式分析。通過這樣的方式，既能讓學生收集到CMF設計素材，又能初步了解當前產品的CMF應用趨勢。

第3個階段CMF再設計定位，即概念設計來源。本階段定義“再設計”的目的是希望學生通過對CMF知識的學習與理解，重新尋找產品的色彩、材料與表面處理工藝的材料并明確設計方向，最終可作為應用方式附加于產品表面，從而實現新的品質感受與價值導向。本階段教師確定收集范圍與設計模板供學生參考，學生通過個人渠道去搜集CMF材料進并進行合理的搭配與組合，最終進行課上分享。例如對色彩方面可以從流行服飾或風景照片中尋找感覺；材料可以從廢棄的產品或是有特殊質感物體尋找來源。最終需要將這些收集的元素進行合理的排布，并說明感受，定義CMF的概念來源。

第4個階段是表面肌理的創新設計。本階段為計算機輔助工業設計實踐階段，構建產品獨特視覺表面。通過計算機軟件進行圖形制作，并將學生設計的肌理進行3D打印制作，最終通過實物模型的方式展示肌理的設計效果。肌理作為一種紋樣或是圖飾置于產品表面，一方面能夠起到裝飾性作用，另一方面也可作為具有一定功能指向被設計應用。類如自行車車輪表面的細致紋理，其作用主要起到防滑的作用。音箱表面發音孔的設計，能夠傳播聲音的同時，漂亮的音孔和細節表達讓人們產生了購買的欲望。學生創作的肌理構成肌理材質庫，方便學生后期將其運用到產品設計中。

第5個階段是CMF設計應用。本階段是課程實施的最后一個環節，也是最重要的部分。學生需要對前4個學習階段的學習內容進行深入思考，例如如何將前期的調研與肌理的創作運用于CMF設計實踐中。整個過程需要借助計算機軟件圖形表達的方式進行CMF創新設計實踐。首先，由教師指定50件工業設計史上經典的產品，學生通過對經典產品進行CMF設計置換，憑借最新的流行色彩趨勢與新材料的應用，讓失去“色彩”的產品重獲新生，產生新的視覺感受。在置換設計的過程中，學生需要對經典進行CMF分析與設計理念的闡述，以便了解產品的時代屬性。其次通過計算機軟件建模，構建經典產品的數字模型，最后借助keyshot渲染軟件對模型進行色彩、材料與表面工藝的視覺化表現。

以上5個環節是本課程的具體實施過程，課程總共歷時4周64個課時。課程最終在學生作品結課會看中分別展示了各個階段的學習成果，受到了良好的評價（如圖1），為下一次課程的完善起到鋪墊作用。

結語及展望

在當下產品外觀品質革新的時代，CMF是產品設計中的一個重要環節。產品設計專業開設CMF課程是符合時代的發展與對色彩、材料與表面工藝三者系統化教學的實際意義。

隨著工業4.0時代的到來，毫無置疑計算機輔助工業設計的應用更為廣泛，本文基于計算機輔助工業設計的產品CMF課程實踐是一次利用技術工具創新嘗試，也是一次教學方式的多角度思考。除此之外，在實際教學的過程中，我們還需不斷加強校企之間的探討與合作，共同協同進步。換句話說，優秀的CMF設計也并不是與生俱來的，更需要專業的教育與實踐的錘煉才能造就。endprint