第一节 产品建模设计概述
在我们利用SolidWorks进行产品造型设计之前，可以先来了解一下工业设计相关知识。
产品造型设计是技术与艺术，设计与审美文化的结合。最初产生于把美学应用于技术领域这一实践之中，是技术与艺术相结合而产生的一门边缘学科。技术与艺术本是相通的，技术偏于理性，艺术偏于感性，它们都是创造性的工作。总体上来说，技术主要追求功能美，艺术主要追求形式美。技术改变着人类的物质世界，艺术影响着人类的感情世界，而物质和感情也正是人类自身的两面。
工业设计发展至今，已不再是简单的技术加艺术，而是工程技术知识、人机工程学、人文社科知识、艺术美学知识、市场营销知识和消费心理学等知识体系的有机结合，是一门涉及多学科的边缘学科。工业产品——手机发展如图1-1所示。
图1-1 工业产品的发展
一、产品造型基础
产品造型基础以设计领域中造型形态为中心展开，综合研究结构、材料、工艺、色彩、肌理等因素与造型形态的有机联系。造型设计基础以造型为主要目的，注重培养学生的艺术审美能力、创造性思维能力及实践动手能力，从而在此基础上培养新型的造型设计人才。
1.产品的含义
产品是活动和过程的结果，可以是有形的、无形的，也可以是它们的组合。一般将产品分为4种通用的类别。
◆ 硬件：如零件、部件、组件等。
◆ 软件：如计算机程序、工作程序、信息、数据、记录等。
◆ 流程型材料：如原材料、液体、气体、板材、线材。
◆ 服务：如保险、金融、运输等。
画重点
产品不包括天然形成的物质。
2.产品设计方法
产品设计是一个将人的某种目的或需要转换为一个具体的物理形式或工具的过程，是把一种计划、规划设想、问题解决的方法，通过具体的载体，以美好的形式表达出来的一种创造性活动过程。产品设计的方法一般有3种。
1）组合设计
组合设计（又称模块化设计）是将产品统一功能的单元，设计成具有不同用途或不同性能的可以互换选用的模块式组件，以便更好地满足用户需要的一种设计方法。当前，模块式组件已广泛应用于各种产品设计中，并从制造相同类型的产品发展到制造不同类型的产品。组合设计的核心是要设计一系列的模块式组件。为此，要从功能单元，即研究几个模块式组件应包含多少零件、组件和部件，以及在组合设计时每种模块式组件需要多少等。
2）计算机辅助设计
计算机辅助设计是运用计算机的能力来完成产品和工序的设计。其主要职能是设计计算和制图。设计计算是利用计算机进行机械设计等基于工程和科学规律的计算，以及在设计产品的内部结构时，为使某些性能参数或目标达到最优而应用优化技术所进行的计算。计算机制图则是通过图形处理系统来完成，在这一系统中，操作人员只需把所需图形的形状、尺寸和位置的命令输入计算机，计算机就可以自动完成图形设计。
3）面向可制造与可装配的设计
面向可制造与可装配的设计是在产品设计阶段设计师与制造工程师进行协商探讨，利用这种团队工作，避免传统的设计过程之中“我设计，你制造”的方式而引起的各种生产和装配问题，以及因此产生的额外费用的增加和最终产品交付使用的延误。
一项成功的设计，应满足多方面的要求。这些要求，有社会发展方面的，有产品功能、质量、效益方面的，也有使用要求或制造工艺要求。一些人认为，产品要实用，因此，设计产品首先是功能，其次才是形状；而另一些人认为，设计应是丰富多采的、异想天开的和使人感到有趣的。
3.产品设计准则
产品的好坏如同麦兜说的一样是以“销量”来衡量的。但是这个词的涉及范畴很广，要细化审核交互设计局部的优缺点就要有一套产品设计准则去参考和衡量。很多公司是以用户使用量、PV量、页面乐成率等衡量产品设计，但是这些往往都涉及其他环节的影响，并且参考和测试的时间周期也比较长，所以在此给出一个产品设计准则——信息负荷度准则。
信息负荷度是产品对信息承载能力的一个衡量准则。信息负荷度主要影响了产品的舒适度、可用性和易用性等方面。信息负荷度不是简单的一个值，而是影响产品的几个公式，它不仅体现产品设计的优劣，而且更多的是预估产品的舒适度。这个准则要量化就一定要有数值的体现，体现这个准则的参数有很多，在此简单介绍3个参数。
◆ 马赛克切割（MosaicIncision，MI）是利用人眼对焦映像原理，将页面使用马赛克晶体化技术进行切割，形成若干个相同巨细的正方形，每个正方形的色调是取原界面正方形中心点的色调，最后形成一张低辨别的视觉导图，并且将界面处理成为可拆分的小面积众体。
◆ 色彩强度（ColorStrength）是指将MI的产品进行分化提取，剖析出近似色块的组合方法，并凭据色彩浓度将组合色块进行层级排序。层级排序是凭据色彩浓度品级的坎坷进行排列的，层级越少、坎坷间浓度差别越大，色彩强度就越大，信息负荷度就越低；层级越多、坎坷间浓度差别越少，色彩强度就越小，信息负荷度就越高。
◆ 结构密度（DistributionDensity）是将色彩强度中的组合色块还原成原始界面结构，并凭据组合色块的内容特性和组合面积分成主块、次块和尾块三大块。所有块的总量越多，密度越高，信息负荷就越大。
4.计算机辅助产品造型设计
随着科学技术的突飞猛进，人类有史以来第一次使了辅助脑力劳动的工具——计算机，在其迅速扩大的应用中，计算机不单纯是一种高效的运算工具，而且已经成为人们进行产品设计的得力助手。在产品的造型设计领域，特别是逆向设计的模型重建方面，已经有比较多的CAD/CAM软件出现，如CATIA、I-deas、GRADE、Pro-ENGINEER、UG、STRIM100等。由法国达索（Dassault Systemes）公司推出的SolidWorks软件也是其中重要的一种，其功能覆盖了产品设计的各个方面，如CAD、CAE、CAM等，广泛应用于航天航空、汽车、造船及电子产品等领域。
1）概述
计算机辅助产品设计具体是指设计师在产品设计流程中，使用计算机作为工具来完成产品设计过程中的各项必要工作，包括草图设计、产品造型设计、零件设计、结构设计、工装设计、工程分析等。
2）计算机辅助产品设计的特点
计算机辅助产品设计具有系统性、高效性、精确性及交互性等特点。
◆ 系统性：计算机是一套组织严密、分工明确的系统，计算机中的各个硬件和软件系统严格按照既定的逻辑指令来完成任务。计算机系统中的各个部分都是相互依赖、相互协调、共同进行信息的处理工作，构成了一个非常严密的结构体系。由于计算机系统本身的这个特点，决定了计算机辅助产品设计的工作流程也具有严密的系统性。产品设计本身也是一个完整的系统，其中的各个环节都是紧密相连的，而计算机技术的引入则强化了设计中的这种联系。在计算机信息系统的帮助下，信息的交换速度大幅提高，同时获取和发布信息的渠道也更加多样化，这就使得产品在设计的各个环节都能得到很好的监控，不同部门的设计师和工程师也可以借助信息共享的便利进行更加紧密的合作，从而提升产品制造生产的效率和质量。
◆ 高效性：发明计算机的最初目的就是提高数据处理的计算速度，进而减轻人们的工作量并提高工作效率。借助于网络技术，多台计算机可以并行同时完成一项工作，使得计算速度成倍提高，这样的工作效率是人力绝对无法企及的。计算机辅助设计的高效性还表现在其对设计图纸有极强的可修改性，任何时候都可以撤销重新制作，在传统的手工制图过程中，如果发现错误就很可能意味着要全部重新制作。同时计算机文件可以轻易地进行复制备份，这样就避免了工作文件丢失或毁坏所带来的对工作进度上的影响。
◆ 准确性：产品设计是一项严谨的工作，对于尺寸的精度要求十分严格。而计算机完全程序化的工作方式就决定了其在准确性上的绝对优势，只要系统设置无误，计算机就可以不出半点差错地一直工作下去。对于尺寸等具体的数值参数，在计算机软件中都可以按需要进行精确的设置，对于所有的尺寸都可以精确到小数点后四位，使用这样的工具进行绘图工作，无疑会使设计的可靠性大大提高。
◆ 交互性：计算机辅助产品设计实际上是设计师与计算机相结合，发挥各自的优势，相互配合，应用多学科的技术方法综合有效地解决设计中遇到的问题的一种新工作方式。设计师发挥自己的创造力和想象力，先在头脑中形成新产品的构思，然后借助计算机高效的处理能力将头脑中的概念快速转变为可视化的图纸。在这一过程中设计师的判断能力、创新能力与计算机高效的数据信息处理能力完美地结合在一起，设计师向计算机下达指令，计算机将数据处理结果反馈给设计师，设计师在进行判断后，根据反馈结果将自己的想法再次输入到计算机中。这种人机交互的过程是计算机辅助产品设计区别于其他设计方法的重要特点。
3）计算机辅助产品设计的发展历史
计算机辅助产品设计大致经历的阶段如下：二维绘图阶段→三维几何造型阶段→三维曲面造型阶段→三维实体造型阶段→参数化造型阶段→变量化造型阶段。
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参数化造型与变量化造型的对比
参数化造型：参数化设计，也叫尺寸驱动（Dimension-Driven），是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。
变量化造型：长期以来，变量化方法只能在二维上实现，三维变量化技术由于技术较复杂，进展缓慢，一直困扰着CAD厂商和用户。全国首届CAD应用工程博览会上，一种新兴技术引起了与会者的广泛关注。这一被业界称为21世纪CAD领域具有革命性突破的新技术就是VGX。它是变量化方法的代表。
参数化技术是一种建模技术，应用于非耦合的几何图形和简易方程式的顺序求解，用特殊情况找寻原理和解释技术，为设计者提供尺寸驱动能力。变量化技术是一种设计方法。它将几何图形约束与工程方程耦合在一起联立求解，以图形学理论和强大的计算机数值解析技术为设计者提供约束驱动能力。从技术的理论深度上来说，变量化技术要比参数化技术高一个档次。两种技术最根本的区别在于是否要全约束及以什么形式来施加约束。两种技术的应用领域也由于技术上的差异而不同。除去双方重叠的常规用户外，参数化技术的主要用户多集中于零配件和系列化产品行业；变量化技术主要用户多集中在整机、整车行业，侧重产品系统级的设计开发。目前，变量化技术和参数化技术还都在不断地丰富和完善自身。
二、基于SolidWorks的产品设计
SolidWorks采用了参数化和特征造型技术，能方便地创建任何复杂的实体、快捷地组成装配体、灵活地生成工程图，并可以进行装配体干涉检查、碰撞检查、钣金设计、生成爆炸图；利用SolidWorks插件还可以进行管道设计、工程分析、高级渲染、数控加工等。可见，SolidWorks不只是一个简单的三维建模工具，而且是一套高度集成的CAD/CAE/CAM一体化软件，是一个产品级的设计和制造系统，为工程师提供了一个功能强大的模拟工作平台。
1.产品设计流程
产品分类很多，不同产品设计的难易程度不同，但其设计的流程都是一样。产品设计流程如图1-2所示。
图1-2 产品设计流程图
2.应用于产品设计的功能模块
SolidWorks软件中有很多个功能模块，每个模块都有不同的功能，在使用SolidWorks软件的时候根据不同的需要选择不同的功能模块。
SolidWorks软件中应用于产品设计的功能模块有草图功能模块、特征功能模块、钣金功能模块、焊件功能模块、装配体功能模块和工程图功能模块。下面介绍各个设计功能模块的功能。
◆ 草图功能模块：草图是一个平面轮廓，用于定义特征的截面形状、尺寸和位置。通常，SolidWorks的模型创建都是从绘制2D草图开始，然后生成基体特征，并在模型上添加更多的特征。所以，熟练地使用草图功能模块来实现草图绘制非常重要。
◆ 特征功能模块：绘制好2D草图后，使用特征功能中的工具可以生成3D几何体。生成3D几何体后，使用特征中的工具可以对3D几何体进行编辑。
◆ 钣金功能模块：可以使用钣金功能模块中的工具从头生成钣金零件。此外还可以生成实体形状，将其作为起点，然后使用高级功能（如“将实体转换到钣金零件”功能）来生成可制造的钣金零件。
◆ 焊件功能模块：使用焊件模块中的工具可以将绘制好的框架布局草图，沿焊接轮廓自动生成3D焊件。
◆ 装配体功能模块：使用装配体模块中的工具，通过选择各个曲面、边线曲线和顶点来配合零部件，生成零部件之间的机械关系。进行干涉、碰撞和孔对齐检查。
◆ 工程图功能模块：工程图模块可以直接生成用于生产的工程图，能自动引用3D零件，以便每次修改零件或设计装配体时，都会更新工程视图和材料明细表。