SolidWorks嵌瓷设计新篇章：智能创新引领潮流

摘 要：

针对嵌瓷这类传统工艺创新程度极低，难以迎合现代的主流需求，已面临着被社会边缘化的问题，以冰墩墩“大白”嵌瓷创新作品为例，探讨基于SolidWorks的嵌瓷智能创新设计，将传统的嵌瓷元素与现代的潮流元素有机结合，使嵌瓷重放光彩。

关键词：SolidWorks;嵌瓷;智能设计;

0 引言

嵌瓷是从明代留传至今极具代表性的一门传统工艺，其出现可追溯至明代万历年间，盛于清代，迄今已有300多年历史，广泛分布在我国广东潮汕、福建闽南、台湾地区，并影响至泰国、越南等东南亚国家。嵌瓷是潮汕地区非常具有典型性的传统工艺，而潮汕地区物产富庶、人文荟萃、文化昌盛，民俗风情浓厚，使得嵌瓷艺术有悠久的历史和人文沉淀[1]。

随着中国文化自信建设的发展，人们对优秀传统手工制造业的认同感日益提升，而市场上能代表中国优秀文化的产业较少。并且由于人们居住环境和风俗习惯的改变以及市场经济和城市化进程的冲击，传统的嵌瓷工艺正面临着队伍青黄不接，和许多传统工艺一样面临着传承与发展的困境[2]。

就当今市场现状而言，大部分嵌瓷产品创新程度极低，难以迎合主流的现代消费需求，对嵌瓷行业的发展起不到推动作用。在制作工艺上，国内外也进行过工艺的创新，但基本上还是保持原来的手工制作，很少有将传统工艺与现代元素相融合的作品[3]。目前，嵌瓷在年轻人市场中并不活跃，已面临着被社会边缘化的状态。如何解决工艺传承与文化分离的问题，促进传统工艺的整体性保护是当前需要深入思考的问题。为推动嵌瓷产业发展，使之能更好地融入现代生活空间[4],需在传统嵌瓷制造工艺、手法、产品等方面寻求创新。

本文结合SolidWorks建模、AR虚拟增强现实等现代技术，实现嵌瓷产品的智能创新设计，不断赋予传统工艺新的时代内涵，实现传统工艺创造性转化和创新性发展，将传统的嵌瓷元素与现代的潮流元素有机结合在一起，让嵌瓷技艺重现光彩。

1 嵌瓷传统工艺及存在的问题

嵌瓷是广东潮汕地区富有地方特色的民间工艺，其特点是采用釉彩陶瓷片，经剪取、敲制镶嵌各种装饰图案或立体画屏。“瓦片是棱骨，水泥是肉，瓷片是外衣”简单的十四个字就道出了嵌瓷的工艺精髓[4],工艺流程包括灰浆的制作、塑胚胎、剪取瓷片、镶嵌瓷片等。

嵌瓷是在灰塑的基础上发展而来的，它先以铁丝扎制骨架，用灰泥塑造形象，再利用颜色鲜艳的瓶、壶、盘、碗等专制的瓷器，经过掰、敲、剪、磨等方法，制成形状各异的瓷片，然后用贝灰粘于灰泥胎表面，以圆嵌、浮嵌、半浮嵌、平嵌等形式表现出山水、人物、花卉、飞禽走兽等题材，具有色彩斑斓、形象生动的艺术特点[5]。

嵌瓷制作流程为从工具、原材料准备、整体造型到镶嵌瓷片，以及最后的调整。其中的每一个步骤工匠都会用心选材，运用不同的工艺来进行创作，多数时候，嵌瓷的制作并无图纸可依，由工匠现场发挥。嵌瓷的材料是碗、碟、坛、罐的碎片，钳剪出形状各异、大小不一、五颜六色的各种瓷片，通过一定的打磨加工再镶嵌拼贴。世界上没法找到完全相同的两片碎陶瓷片，因此工匠的每次创作都是一次全新创作，这让嵌瓷更加丰富多彩[6],因而也就没有雷同的嵌瓷作品。

由于嵌瓷制作的周期长，样式比较少，同时制作过程繁琐，因此对工匠的要求比较高。传统工艺的发展需要经过传承与创新，在当今社会，嵌瓷艺术运用于建筑装饰之中已较为少见，开发研究嵌瓷艺术新的实用性价值是社会发展的需求[7]。

传承和创新是传统工艺两个重要的方面，传承在于延续历史文化及民族记忆，展现传统工艺的文化内涵、审美价值和表现手法；创新则是将传统艺术充分结合当下新观念、新材料和新技术，不断赋予传统艺术新的时代内涵和精神面貌，使传统艺术实现创造性转化和创新性发展，更加适应现代生活空间和公共场景，不断保持生机和活力。

2 嵌瓷的智能创新设计

2.1 创作思想

SolidWorks软件是一款集二维设计、三维设计、有限元分析于一体的造型软件，在各领域均得到了广泛的应用。该软件具有开放的系统，添加各种插件后可以真正实现产品的数字化设计和建造，并大幅提高产品的设计效率和质量[8]。本文借助SolidWorks的智能建模功能，并以嵌瓷作品为例，探讨其在艺术文化领域创新建模的可能性。

嵌瓷属于拼接工艺，有平贴和浮雕两种方式。通过剪裁有一定弧度的瓷片，拼接形成需要的图案，因此在设计上需要一定的相似性。在此基础上，可以将国家游泳中心“水立方”的建筑风格作为模型的设计参考。“水立方”建筑外观有如冰晶状立方体的标志性特点，包含内外立面膜结构，由3 065个气枕组成，其外观弧形表面与浮雕型和平贴型嵌瓷的表面极为相像，气枕的组合与碎裂瓷片的拼接有异曲同工之妙。因此，可以借助水立方表面外观的启发，探索采用基于SolidWorks的嵌瓷智能创新设计方法，力求进行嵌瓷作品的创新设计。创作思路基本流程如图1所示。

2.2 创作流程

在确立创新思路后，最重要的步骤为设计创作，主要包括结构分析和建模两个过程，本文以奥运吉祥物冰墩墩“大白”嵌瓷创作为例详解创新设计流程。

2.2.1 结构分析

“水立方”建筑的一个个气枕皆为球形或椭球形，气枕不规则的组合可以采用由多个不同规格的圆在同一平面球形空间相交达到相似的效果。采用SolidWorks软件，使用“草图驱动阵列”,通过拉伸、切除、裁剪等实现同样的效果。

通过构造与国家游泳中心“水立方”建筑外观相似的球型组成结构，模拟嵌瓷作品形状，结合当下新观念、新材料和新技术创作嵌瓷作品。依照设计好的“大白”制作图，利用SolidWorks软件，使用“草图驱动阵列”,加以拉伸、切除、裁剪等技术，创作拥有以潮流元素“大白”为整体形状、国家游泳中心“水立方”建筑表面纹理为基础的“大白”嵌瓷作品。

2.2.2 建模过程

建模过程包括构画瓷片、构嵌底板、勾画临摹、实体构建、逆构碎化和作品拼接等几个过程，如图2所示。

在SolidWorks上完整的建模过程如下：

(1) 构画单个瓷片结构：

进入草图界面，建立基准面，按规定要求设计尺寸参数，并在已建立的基准面上画圆、旋转形成半球，还原瓷片的剖面外壳，以此构画出单个瓷片结构，如图3所示。

(2) 构嵌瓷底板：

以构画好的单个瓷片为基础模板复制出多片瓷片，通过相嵌构成嵌瓷“底板”。根据设计者所需拟定的每个瓷片位置，通过“草图驱动阵列”这一命令来实现。“草图驱动阵列”命令通过基准点来对选中的实体进行复制，在使用时需指定一系列基准点(参考点),它控制着阵列引用和草图点的相对位置。如果草图点来自一个三维草图，默认的基准点是阵列对象的重心，草图驱动的阵列会通过基准点进行定位复制。

图1 创作思路基本流程

图2 建模流程

“草图驱动阵列”只能复制形状，而各个图形都是单独的个体，所以需要将各个单位通过“组合”命令使所有单体合并成整体。通过“草图驱动阵列”将单个瓷片进行复制，同时通过“组合”使其相互嵌套。因为各半球相交会形成相互嵌套的效果，这样成为相嵌的整体，再按需进行剪裁，此时便成功构建好嵌瓷底板，如图4所示。

(3) 勾画临摹形状：

当嵌瓷底板构造完成后，需在图形的基础上进行分割处理，并在嵌瓷底板上勾画临摹设计图样。在平行于草图的正视图一定距离的位置新建一个草图，将自主设计的图案附在草图上，并且通过草图功能将图案临摹出来，在原来形状的基础上描画出设计图的嵌瓷形状，如图5所示。

(4) 嵌瓷实体构建：

在SolidWorks中使用“拉伸切除”命令进行实体构建是一个可行的方法。“拉伸切除”命令是通过投影的形式将创作者在草图上设计的闭合图形投影在已有的图形上，通过投影形状进行剪裁，以此获得需要的实体；同时选择剪裁的深度，通过选择切除、反侧切除等功能相结合去除冗余，保留所需实体部分，以此获得需要的实体轮廓，构建出嵌瓷基本实体，如图6所示。

图3 旋转构画单个瓷片

图4 构建嵌瓷底板

图5 勾画临摹形状

图6 实体构建

(5) 包覆优化：

基本实体构建完成后，需进行细节调整和完善，使构建实体真实化。通过“包覆”命令将相关细节(如眼睛)印刻在作品模型上，并且按照需求，在模型上产生与投影形状相同的小凹槽(蚀雕型)或突起(浮雕型),从而实现放置铭牌等作用，如图7所示。

在嵌瓷建模中，选择了一个基准面后在上面新建一个草图，并在草图上绘制图案，通过“包覆”命令将图案印在模型上，如图8所示。采用SolidWorks的特征造型技术——基于特征的设计(Design by Feature),将已调入特征库中的特征作为基本造型单元，并逐步输入几何信息、非几何信息建立零件的特征数据模型，并将其存入数据库[9]。

图7 包覆类型

(6) 实体瓷片化处理：

为了适应嵌瓷作品的创作，需要相应地将设计构建好的作品通过碎化处理成为碎瓷片。

运用“转换实体引用”命令，通过投影将实体的轮廓投影到草图上，将选中的实体图案轮廓边框以草图的形式投影在创建的基准面上，然后再用“拉伸切除”的方式只保留下每一块碎片，如图9所示。

为了逼真还原单个瓷片的形状，切合实际的瓷片结构，需要对平整的底面进行加工使其产生弧度。选中瓷片弧面为基准面，设定深度，选取到指定的距离，使用“拉伸切除”命令对底面进行弧面处理，如图10所示。完成单块瓷片的构造后，将其进行命名和标注，以便作品拼接及归档整理。

图8 包覆优化

图9 拉伸切除剪裁单块瓷片

图10 弧面处理

(7) 拼接作品：

将所有碎化后的瓷片按照嵌瓷样式和标注对应拼接成整体，完成嵌瓷实体构建并逆构碎化；为使作品潮流化，迎合现代的主流需求，在显示管理(displaymanger)中加以颜色渲染，如图11所示。

(8) 装配体文件建立：

为方便后期瓷片创作和作品拼接，需要在SolidWorks建立一个装配体文件，装配体文件包括成型文件和单瓷片文件，在这个文件中把所有碎片打开，将碎化单瓷片进行命名和标注，同时加注备注信息(工艺说明、制作方法、功能等)。文件采用以作品名称的命名方式，以便归档保存管理，确保设计创作的可溯性和延续性。完成的作品如图12所示。

图11 逆构拼接

图12 完成作品

3 结语

基于SolidWorks的嵌瓷智能创新设计，开拓了嵌瓷设计的新思路，使嵌瓷的表现形式更加多元化。SolidWorks作为参数化设计软件，可根据设计要求、设计原理、方法和设计结果灵活可变，有利于在人机交互的设计过程中根据实际情况随时加以更改。通过软件设计形式改善制作过程繁琐、无图纸可依等问题，使产品智能化生产成为可能。

同时，基于SolidWorks的嵌瓷智能创新设计，增加产品设计的多样性，拓展了新的应用领域。智能创新设计仍需不断探索创新，需进一步研究可以一次性碎片化处理所有瓷片的方法，提升创作效率；对于设计瓷块的拼接图形上力求探索创新，如以不同形状图片进行组合，也可以从配色中寻求新意，从而诞生一系列创新作品。

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