面向数字设计与制造的产品设计教学改革实践运行机制研究

1. 材料与工艺是设计实物化的基础

产品设计的发展和演化与生产材料和加工工艺一直是深度绑定的。这种绑定在很大程度上保证了设计概念的实物化过程，即从设计概念到实际的物品。纵观产品设计史，从包豪斯时期开始，设计教学中就已深度融入材料与工艺的内容，概念设计与实际生产是并行思考的，不存在线性的先后顺序。

然而，在目前的设计教学课程建设方 ，材料与工艺类课程的占比很少，相关课程的支撑和融入较为欠缺；教材方面，对于当下普遍的、先进的 教材中体现的较少；由于课程形式的限制，学生对于真实的普遍的工艺与材料 经验。我国设计教学的内容普遍绕着“用户需求”、“概念创新”展开，缺乏对实 过程的深度融合。 学生的创新思维能力有所提升，但这些优秀的概念因为脱离生产背景而难以成为实际的创新成果， 导致社会认为学生的设计实践能力缺乏，难以应对真实的设计实践。

将具体的材料与工艺因素并行的纳入设计概念创新之中，将材料与工艺具体有效地纳入课程实践，将实物化作为设计教学的最终结果，是当下设计教学革新十分迫切和必要的任务。

2. 数字设计与制造带来设计教学新契机

产品设计经历了传统手工艺时代、机械时代、电子时代、信息时代，目前真蓬勃的朝向 AI 时代前行。每次的工业革命都带来了技术与社会的巨大变革。材料与工艺的相关主题和内容也在同步革新。在每个时代下，产品的材料、工艺都深刻的反映着时代特点，例如，在机械时代下诞生的是各类型机械化的设备和机器，如黑胶唱片机、打字机等。彼时的设计师会优先选择利用机械原理、各类型金属零件来组合为产品，解决现实问题。而进入电子时代，代表产品以电子产品为主，如游戏机、打印机、数码相机等。利用电子电路来控制和实现功能是当时人们的创新思维方式。由此可见，不同的技术、材料、工艺对于产品的设计模式、呈现方式有着巨大的影响力。

新时代下，数字设计与制造为现代产 推行 数字设计与制造是以计算机技术为核心，将产品从概念构思、设计 智能化的一种方法论与技术体系。数字设计以计算机和软件为基础 仿真等手段，使设计师能够在虚拟环境中精确表达创意与功能。 段实现设计与制造的无缝衔接。这种一体化的工作方式将设计、制造、 材料 等 ，能有效的保证设计的实物化制造与落地，增强设计的现实意义。

数字设计与制造的优势具体有以下几点：

（1）设计模式与流程的转变。传统常规的产品开发流程中，设计与制造存在明显的线性顺序，设计师对于制造过程的参与度非常低。数字化设计与制造将二者用数据相统一，打破了这种线性关系的限制，设计师在概念创意时就已经对数字制造相关技术和材料有了较为深入的了解，甚至可以直接自行完成制造。

（2）数字化与精确化。数字设计与制造的核心是数据，数据的准确性势必带来设计的准确性。设计精度的提升往往能带来质的变化，这是设计和产品的进步。

（3）智能化的设计迭代。数字化设计与制造使得设计与实物制造成为一体。设计软件在当下的设计教育中得到了广泛的普及，帮助设计师进行方案设计、表达、模拟、展示等。在软件中，设计方案的修改变得非常容易。但在实际生产制造中，若产品发生变化，带来制造成本的变化是非常巨大的。工业生产采取标准化的制造就是为了应对这一问题，一旦设计投入生产，允许修改的可能性微乎其微。而数字制造技术能够智能化展开加工与制造，打破传统制造方式的局限，完全由数据驱动，数据发生变化，制造结果就相应调整，成本上几乎没有差异。

（4）自动化。数字制造技术依托的是各类型的数控加工设备，如数控机床、3D 打印机、激光切割机、机械臂、机器人等。这类设备的操作具备高度的自动化，对操作者的个人因素依赖较小，加工的过程、精确性完全由数据和机器来自行控制与完成。

3. 面向数字设计与制造的产品设计教学实践运行机制

对产品设计专业而言，数字设计与制造的引入不仅是工具更新，更是设计思维、流程组织和教学内容的深度变革，能够进一步打破技术、材料、工艺与概念设计的壁垒，实现更统一的融合。它能够培养产品设计专业的学生运用制造与设计并行的思维来构思创意，并实现实物化的设计结果，引发更多的现实性创新。常规的生产加工体系有着高度的专业化，在设计教育中，这方面的知识目前缺乏有力的课程支撑，学生大多以参观和了解为主，难以做到真实有效的运用，其试用的经济成本也是不可忽视的一个障碍。而数字设计与制造能够降低生产制造的难度，学生经过简单的学习即可自行上手操作完成制造。同时因为摆脱了模具等的限制，采用数据驱动，在实际成本上也能达到一个可接受的程度。引入数字设计与制造的相关内容，能够帮助学生建立起设计与制造并行的思维方式，极大提升设计实践的真实性和完成度，同时带来更多的智能化与数字化的创新方案。建立面向数字设计与制造的设计教学运行机制是十分有益且必要的。

面向数字设计与制造的产品设计教学实践运行机制

图3.1 面向数字设计与制造的产品设计教学实践运行机制

结合长期的设计实践教学经验，组织架构了面向数字设计与制造的产品设计教学实践运行框架，如图 3.1所示。在思维层面，结合大量的数字制造设计实例，来帮助学生培养设计与制造并行的思维方式，结合着制造来构思创意，转变其原来的设计与制造相分离的线性思维模式。课程内容是教学的基础，除了常规的概念设计课程以外，要重点引入数字设计与制造的相关内容。在现有软件教学的基础上，强调软件与制造的对接，鼓励学生多去尝试各类的数字设计工具来实现创意，去探索自己的工作流程和工具。对于数字制造的内容要结合实验实训重点去强化。学生只有能够自由使用工具，才能深度了解工具，才能运用工具创想出优质的设计方案。硬件和实验教师是实验实践教学不可或缺的部分，是提升设计教学实践程度的重要依托。在教学中，重点进行激光切割机、3D 打印机等智能化数控加工设备的原理与使用，这些类型设备自动化程度高、易于操作、安全性好。实验教师除讲授外，还应辅助学生进行设备操作，并制作简易的操作指南，进一步保证学生的有效使用。

面向数字设计与制造的设计往往能够得到完成度较高的设计结果，几乎接近于实际的产品。学生将获得较高的专业自信与认可度，设计与制造完成后，将组织学生进行公开的设计汇报，介绍设计概念和制作过程等内容。同时，在课程中还要求学生有意识的采用图片或视频的形式记录完整的设计实践过程，培养过程化的思维。教学结束后，将对学生满意度、作业完成质量、教学时间运行过程等进行全方位的评价与反馈，并对课程内容、实践教学安排等进一步优化，提升教学质量，更好的帮助学生增强设计创新实践能力。

4. 教学实践案例

图4.1 饼干集线器（3D 打印，PLA）

图4.2 皮包设计（亚克力、皮革）

图4.4 仿生水母灯具（激光切割，亚克力）

图4.3 灯具设计（激光切割，亚克力）

结合以上的运行框架，在产品设计 制造》课程，面向大三年级学生，共计64 课时。大三年级的学生基本完成了设计 课程进行中，先介绍了数字设计与制造技术的优势和对产品开发 作原理、使用方案、实际操作的教学与培训，帮助学生实现从原 术和相关材料的技术上，介绍大量的该类型设计案例，启发学生结合生活 过独立或小组合作的方式完成实物的制作，并进行公开的汇报展示，选取部 课堂作业展示如下，如图

5. 结论与展望

提升设计教学的实践性和真实性是产品设计教学一直以来面临的重要课题，是提升学生设计创新能力、保障优质就业的核心和基础。毫无疑问，数字化的设计工具和技术已经是现代设计不可或缺的重要组成部分，也是未来发展的必然方向。数字设计与制造技术因其自动化、数字化、智能化等特点，能够很好的融入设计教学过程中，帮助师生实现高完成度的设计结果，弥补之前脱离生产与制造的设计教育短板。建立一个面向数字设计与制造的产品设计实践教学运行框架势在必行。这其中离不开思维方式的引导、课程内容的建设和实验平台的保证。相信随着设计数字化的不断深入，这一框架的内容将不断优化和完善，甚至可以催生出基于数字设计与制造的一种设计类型和设计模式。

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