论文:基于AutoCAD的包装容器结构三维建模的设计与研究(3)

2019-05-18 20:11

武汉工业学院毕业论文

计创意领先于同类产品,以特定的产品视觉形态表现内在机能品质与人的个性价值诉求的高度和谐,才能在激烈的市场竞争中占有优势并获取高额利润。 (八)包装容器的仿生学设计

在自然力量的支配下,生物世界充满神秘的多样性与复杂性,成为造型的楷模,仿生设计的灵感就是源于自然,但应该超越自然,不能简单模仿自然物的外形。设计师以自然形态为基本元素,通过提炼、抽象、夸张等艺术手法的表现,把握自然物的内在活力与本质,传达其内在结构蕴涵的生命力量,使包装容器设计既具有质朴纯真的视觉效应,又蕴涵丰富的艺术精神与价值内涵。 (九)包装容器的传统文化体现

当今世界是一个东西文化相互冲突、相互交融的时代,西方文化的强势造成了全球范围的国际主义设计风格。但许多有识之士清醒地认识到,民族传统文化是一切艺术的沃土,在包装容器设计中体现民族文化的精神实质,展现鲜明的地域审美文化与风格特征,具有重要的现实意义。在强调传统文化的同时,切勿走入教条僵化的民族情结中,民族化决不是复古主义,我们要走出“越是民族的,就越是国际的”认识误区。

因此,在设计实践中,不能仅仅拷贝一些民族的图案就认为是民族化设计,使设计流于肤浅,而应该在设计中融入民族文化的精神实质,如自然和谐的造物原则、中轴平衡的布局式样等,或者对传统文化符号以打散、重组、拼贴等现代设计手法重新演绎,使民族传统文化在新的时代获得新的认同,焕发出更加迷人的风采。无论以何种基点展开设计,包装容器设计的价值与意义都首先体现在人与物的关系上,都是从不同认知层面体现对人的关爱。只有深入地研究各种类型的人的生活方式与价值观念,才能在多种基点上拓展设计的概念与构想,创造出亲切宜人的包装容器造型,以创新设计满足消费者的多样化、个性化需求,开创包装容器造型的新风格。

二、包装容器结构设计原则和设计依据[10] [11]

在进行包装容器结构设计时,我们首先要考虑到包装结构形式千变万化,我们怎么样才能选取正确的包装容器结构呢?首先我们得分析我们所包装的产品的用途,是更注重于哪些方面的因素。我们要抓住重点再进行我们的包装容器设计,设计时可以根据不同的需求,再选用适当的包装容器形式进行包装容器设计,从而达到包装所需要的目的。下面我们就列出几种我们在进行包装容器时所需要考虑的因素。

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(一)内装产品特性(性质)

内装产品也就是我们通常所说的商品。

1、 化学性质。它指内装产品在外界因素(环境)的影响和作用下(如光、热、氧、酸、碱、盐、温度、水分等)改变其本质或相关性质的化学变化及其表现。如易燃性、腐蚀性、毒性、霉变性、爆炸性、氧化性等。

2、 物理性质。它指内装产品在一般环境中表现出来的形态、结构、重量、密度、光泽、颜色、弹性、塑性、荷重、应力、强度、厚度、熔点、沸点等特性,或是在湿、热、光、电、温度、压力等外界因素作用下,发生不改变商品本质的相关性质。

3、 机械性质。它指内装产品在外力作用下表现出来的一些物理性质。如弹性与塑性、负荷与应力、强度、韧性和脆性等。

4、 生物性质。它指内装产品是有生命活动的有机体商品,如粮食、果蔬、鲜鱼、鲜肉、鲜蛋等,在存储过程中受到外界环境的影响而发生一系列的生理变化,这些变化主要表现为呼吸作用,萌芽抽苔(发芽)、僵直、软化、胚胎发育、色素变化等。

在包装容器结构设计时首先就应考虑上诉特性。根据所包装的产品所具有的特性,抓住其不同性质选择最佳的结构。 (二)内装产品形态

它指产品在一般环境条件下表现出来的外形结构,常见的有固体、液体和气体。而固体又分为成型的、颗粒的和粉状的等,产品形态见表1—1。

表1—1 产品形态

产 品 形 态 固 体 成 型 单件 包装容器结构要求:容器结构与产品形状相适应 多件 包装容器结构要求:容器结构多样,刚度与强度 颗粒 包装容器结构要求:多种结构与密封性或透气性 粉状 包装容器结构要求:多种结构与密封性 液体 包装容器结构要求:多种造型结构与密封性 气体 包装容器结构要求:多为圆柱结构、防渗密封、强度与刚度 对于不同形态的产品都有相应的容器结构,另外有些无规则结构的产品,其包装容器设计时根据所占体积和平面而重新造型。如衬衫的包装,应能体现领口部位的平面展示,所用包装多为长方体扁平状立体盒。有些产品的包装中游固定产品位置的要求,而有些则不作要求,例如对液体、气体、或无规则形态的颗粒

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状物品,在包装时是无位置要求的,而是在封口结构上有严格要求;对于多件或单件成型产品的包装,其结构要与产品形状及装入存放方位想适应。对于有规则形态的日用品的包装则要分固定位置和非固定两种方式,非固定比固定式所需的容器结构强度需要更大一些。 (三) 内装产品的性能和造型结构

内装产品的性能指内装产品功能性特征,而内装产品造型结构指其本身所具有的或内包装所具有的形状结构,例如某些电子仪表仪器,其性质要求有很多不能倒置或斜放(倾斜角度有限制),如冰箱、瓶装酒类及饮料等在包装中均不能倒置。再入灯泡等则要求其包装容器应为椎体或立柱桩,还有热水瓶这样的产品,包装容器均为立柱题且要求有防震功能。

根据产品性能和产品结构形状设计包装容器时,同时还应注意包装空间利用率和稳定性,所以一般容器的横截面多为方形或圆形,同时立柱盒下部均大于上部而且底部均为平面。 (四) 内装产品的用途

根据产品的用途不同,包装容器的结构也不同,对于礼品包装就需要高雅大方,携带方便的同时还能使提手折叠,所以礼品包装多为具有黄金分割比例结构的手提折叠式。而对于家庭或自己消费品的食品包装则应该注重简单实用与开启方便。再就是产品属于耐用品还是属于一次性用的,前者要求其包装具有更高的强度,坚固易开、易封,一次性用品则要求简单、价低。同时,对包装造型结构还要根据使用群体的消费心理进行设计,如年龄、性别、职业、民族等。 (五) 产品的运输条件

产品的运输条件主要指运输距离和运输工具,如长途、短途,水运、陆运、空运等。现代运输业的发展,促使各种运输工具现代化和运输装备标准化。如国际上通用的集装箱,这就使得设计的包装容器要与各类集装箱个规格、容腔和式样相匹配。所以包装容器结构造型更需规格化、标准化、还应考虑销售包装在大包装中的排列方式、尽可能的利用其空间容积,以减少空隙和提高运输中的稳定性(不晃动)。

三、包装容器结构设计与数字化的设计手段[12] [13] [14]

随着社会的发展,在三维建模领域已经有许多的建模软件适用于各个工作场所。下面简单的介绍几种三维建模软件,通过这些软件可以简单同AutoCAD三维建模相比较。与此同时,就更能看出研究这个课题的意义所在。

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(一)Solid Edge

Solid Edge是Siemens PLM Software公司旗下的三维CAD软件,将普及型

CAD系统与世界上最具领先地位的实体造型引擎结合在一起,是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。它支持至顶向下和至底向上的设计思想,其建模核心、钣金设计、大装配设计、生产出图、价值链协同、内嵌的有限元分析和产品数据管理等功能遥遥领先于同类软件,是企业核心设计人员的最佳选择,已经成功应用于机械、电子、航空、汽车、模具、造船、消费品等行业的大量客户。同时系统还提供了从二维视图到三维实体的转换工具,您无需摒弃多年来二维制图的成果,借助Solid Edge就能迅速跃升到三维设计,这种质的飞跃让您体验到三维设计的巨大优越性。使用Solid Edge,您不仅能建立产品的三维模型,而且还能获得完成精确设计的知识。工程助手能帮助您快速评估各种设计方案,从而优化机器性能和可靠性;企业知识库能将所有经过验证的设计经验进行数字化保留,并快速应用到新产品中去;质量特性计算、设计参数监视器、运动分析、干涉检查和其他多种内置工具,帮助您捕捉和实现您的设计理念。 (二) UG

UG是Unigraphics的缩写,这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计

算机辅助制造)系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站,但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长,在PC上的应用取得了迅猛的增长,目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG的开发始于1990年7月,它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而,所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂,以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术,特别是自适应网格加密(adaptivemeshrefinement)和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究,同时随着计算机技术的巨大进展,特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。UG的目标是用最新的数学技术,即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算,为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。

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(三)Pro/Engineer

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。Pro/E的总体目标是使曲面、实体、参数化特征设计融为一体,可以任意构造复杂零件和装配件,而且修改设计方便。它的发展过程并非一帆风顺,最大难点在于集合运算中的曲面求交、裁剪运算和参数化草图设计中的几何约束求解不能迅速达到可靠、高效,这就要求数学家深入钻研,努力突破某些技术关键。

(四)AutoCAD

AutoCAD的三维造型有3种层次的建立方法,即线框、曲面和实体,分别对应于用一维的线、二维的面和三维的体来构造形体。通过其建立的立体的、有光的、有色的生动画面,虚拟逼真地表达大脑中的三维设计效果,比传统的二维设计更符合人的思维习惯与视觉习惯。在进行三维造型时首先要对设计对象进行合理分解,根据其主要结构特征确定合理的建模顺序[13]。在造型时根据设计对象的主要结构建立特征模型,通过拉伸、旋转等建立一个合理的基体,再利用“并、交、差集”功能,在实体之间合并、挖除、相交成型,最后将不需要的实体部分进行剪切去除,以获得实体的外观形状。建模后就可以利用AutoCAD自带的计算和查询功能对设计对象的各类参数进行统计和保存。最后通过赋予材质、贴图、渲染等步骤完成三维造型的设计。

综上四种三维建模方法都各有各的优点,都有自己强势的地方,适用于不同的领域。针对本课题关于包装容器造型三维建模,相对于其他复杂的三维建模比如说机械零件、建筑建模、模具建模等相比之下是算简单的建模。无论从建模、着色、渲染等方面考虑我觉得CAD更适合做包装容器造型的三维建模。

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