康輝+盧文博

摘 要：本文利用CAD軟件對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行三維建模，并通過CATIA人機(jī)工程學(xué)模塊，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)分析，獲得改良設(shè)計(jì)方案，最后通過3D打印建立實(shí)物模型，驗(yàn)證模型功能與改良效果。最終完成產(chǎn)品人機(jī)工程數(shù)據(jù)分析、依托數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)、3D打印檢驗(yàn)實(shí)物效果的產(chǎn)品開發(fā)過程。

關(guān)鍵詞： CATIA人機(jī)工程學(xué)分析；3D打印；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；電腦桌改良

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)品設(shè)計(jì)綜述

（一）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是從無到有的過程，其中主要分為兩種：改良設(shè)計(jì)與新產(chǎn)品開發(fā)。不管是哪種，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程必然經(jīng)過以下幾個(gè)過程：

1.產(chǎn)品市場調(diào)研與分析。產(chǎn)品市場調(diào)研主要是針對產(chǎn)品進(jìn)行人性化的分析，找到產(chǎn)品的缺陷或市場空白，進(jìn)而找到產(chǎn)品改良或開發(fā)的方向。人性化分析包括是否符合人類美學(xué)需求、個(gè)性化定制級別、是否包含無障礙設(shè)計(jì)理念、是否符合人機(jī)工程學(xué)、是否符合3R設(shè)計(jì)理念等。通過對產(chǎn)品特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)的分析，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

2.產(chǎn)品外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并建立三維模型。結(jié)合產(chǎn)品的功能與使用特點(diǎn)，定位產(chǎn)品人群，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合外觀設(shè)計(jì)，工程加工程序，材料特點(diǎn)以及加工成本，對產(chǎn)品進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，并以三維CAD軟件進(jìn)行模型構(gòu)建，并在計(jì)算機(jī)上顯示出大致效果，以渲染方式構(gòu)建出使用場景渲染圖，讓人們更加直觀地看到設(shè)計(jì)構(gòu)想的使用效果。

3.制作簡易實(shí)物模型并進(jìn)行評估。根據(jù)模型的特點(diǎn)選擇相應(yīng)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(jìn)行評估，從整體上對產(chǎn)品再次進(jìn)行評價(jià)，確定是否解有效解決了初期問題，并對產(chǎn)品進(jìn)行簡單調(diào)整，直至產(chǎn)品各方面優(yōu)化達(dá)到預(yù)期效果為止。

4.產(chǎn)品批量生產(chǎn)。在改良產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期效果后，通過模具設(shè)計(jì)開發(fā)、采料、工程生產(chǎn)線程設(shè)計(jì)等過程后，將產(chǎn)品進(jìn)行批量化生產(chǎn)，并投放市場。

5.產(chǎn)品市場信息反饋。對已經(jīng)投放市場的產(chǎn)品進(jìn)行信息采集，得到市場產(chǎn)品有效信息，得到產(chǎn)品改良或開發(fā)最終結(jié)果。

（二）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程分析

通過以上5個(gè)階段完成對產(chǎn)品的改良與開發(fā)。在上述過程中，產(chǎn)品方案數(shù)據(jù)獲取以及產(chǎn)品模型制作這兩個(gè)過程極其耗費(fèi)時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。因此，設(shè)想從人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)角度出發(fā)，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)分析對產(chǎn)品進(jìn)行改良，再通過3D打印技術(shù)，對改良產(chǎn)品進(jìn)行評估，以此可以大大節(jié)省產(chǎn)品市場以及產(chǎn)品模型評估方面所產(chǎn)生的時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。

二、以人機(jī)工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可行性分析

（一）產(chǎn)品設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)理論基礎(chǔ)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)是使工具更加適應(yīng)人的使用，同時(shí)通過美學(xué)的手段在技術(shù)基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品價(jià)值。工具并非藝術(shù)品，因此，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)最基本是要滿足產(chǎn)品功能性，是外觀與功能的結(jié)合。不管是依據(jù)功能設(shè)計(jì)外觀，還是依據(jù)外觀設(shè)計(jì)功能，其作為工業(yè)產(chǎn)品最基本的屬性是具有使用價(jià)值。因此，對于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，人機(jī)工程就是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，以人機(jī)工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品開發(fā)與改良具有極強(qiáng)的可行性與必要性。

（二）基于Caita人機(jī)工程模塊的數(shù)據(jù)分析的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)建人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并獲取結(jié)果。產(chǎn)品開發(fā)與改良設(shè)計(jì)過程基本相同，下面以電腦桌改良方案為例對此過程進(jìn)行說明。對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)分析：

首先以實(shí)際尺寸建立現(xiàn)有產(chǎn)品模型，或用3D掃描設(shè)備自動生成產(chǎn)品三維CAD模型并將模型導(dǎo)入到Catia軟件中，通過查閱資料，確定人雙臂及手腕的使用數(shù)據(jù)，利用Catia軟件的人機(jī)工程學(xué)模塊對電腦桌進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析。

數(shù)據(jù)輸入完成后，通過Catia人機(jī)模塊進(jìn)行分析，得到圖3-1的相關(guān)數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到現(xiàn)有產(chǎn)品存在的不符合人機(jī)工程的問題，即產(chǎn)品的改良方向。如后圖3-1所示。

最后通過數(shù)據(jù)可以得到，現(xiàn)代一半電腦桌的設(shè)計(jì)在左大臂、小臂、手腕處的設(shè)計(jì)，均有欠于人因工程學(xué)數(shù)據(jù)，尤其在左小臂，長此以往地按照不規(guī)范的方式使用電腦，不僅會降低工作效率，同時(shí)會對人的身心健康造成極大的影響。因此，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)人際工程學(xué)的原理，同時(shí)基于機(jī)械結(jié)構(gòu)的保證，對現(xiàn)有電腦桌進(jìn)行改良。

2.根據(jù)人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定產(chǎn)品改良方向。由以上結(jié)論表明，現(xiàn)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(xiàn)有方案進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出更加符合用戶使用方案的產(chǎn)品并建立產(chǎn)品改良模型。

3.根據(jù)改良后的模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。同現(xiàn)有產(chǎn)品分析步驟一樣，對產(chǎn)品再次進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析。得到數(shù)據(jù)，如圖3-2所示。

通過數(shù)據(jù)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(shí)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(biāo)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(biāo)與鍵盤的切換使用方式。

4.基于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品改良評估?，F(xiàn)有的產(chǎn)品改良設(shè)計(jì)基本彌補(bǔ)了原有產(chǎn)品人機(jī)工程學(xué)方面的不足，但是改良后的產(chǎn)品仍然只是在電腦中顯示出來，而無法給設(shè)計(jì)者以直觀的感受。因此，通過3D打印技術(shù)，可以高效、低廉地制作出模型樣品。

三、結(jié)論

通過3D打印出來的電腦桌模型，不僅能夠完全實(shí)現(xiàn)其改良設(shè)計(jì)的功能，同時(shí)可以從整體性對其進(jìn)行評，另外，PLS材料的強(qiáng)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(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的絕對支持，因此通過Catia人機(jī)工程學(xué)模塊分析、基于人機(jī)數(shù)據(jù)的產(chǎn)品改良方案、基于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品綜合評價(jià)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案具有相當(dāng)?shù)目尚行耘c社會價(jià)值，尤其在對于沒有加工基礎(chǔ)的創(chuàng)客進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)方面，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用意義。

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