课程详述

COURSE SPECIFICATION

以下课程信息可能根据实际授课需要或在课程检讨之后产生变动。如对课程有任何疑问，请

联系授课教师。

The course information as follows may be subject to change, either during the session because of unforeseen

circumstances, or following review of the course at the end of the session. Queries about the course should be

directed to the course instructor.

课程名称 Course Title

计算设计

Computational Design

授课院系

Originating Department

系统设计与智能制造学院

School of System Design and Intelligent Manufacturing

课程编号

Course Code

SDM315

课程学分 Credit Value

课程类别

Course Type

专业核心课 Major Core Courses

授课学期

Semester

春季 Spring

授课语言

Teaching Language

中英双语 English & Chinese

授课教师、所属学系、联系方

式（如属团队授课，请列明其

他授课教师）

Instructor(s), Affiliation&

Contact

（For team teaching, please list

all instructors）

周鼎助理教授

系统设计与智能制造学院

Ding Zhou Assistant Professor

School of System Design and Intelligent Manufacturing

Email: zhoud3@sustech.edu.cn

实验员/助教、所属学系、联系

方式

Tutor/TA(s), Contact

待公布 To be announced

10.

选课人数限额(可不填)

Maximum Enrolment

（Optional）

待公布 To be announced

11.

授课方式

Delivery Method

讲授

Lectures

习题/辅导/讨论

Tutorials

实验/实习

Lab/Practical

其它(请具体注明)

Other（Please specify）

总学时

Total

学时数

Credit Hours

12.

先修课程、其它学习要求

Pre-requisites or Other

Academic Requirements

SDM352 计算机仿真设计

SDM352 Computer Simulation and Design

13.

后续课程、其它学习规划

Courses for which this course

is a pre-requisite

无 NIL

14.

其它要求修读本课程的学系

Cross-listing Dept.

无 NIL

教学大纲及教学日历 SYLLABUS

15.

教学目标 Course Objectives

This course aims to cultivate Industrial Design students’ ability to create, analyse, and optimise computational product

designs to solve authentic problems. Students will be instructed to apply handy computational design software to mass

customisable tangible solutions under the overarching theme – human-centred design application, instead of complex

generative programming. In doing so, students within the computational design project will be brought to:

1. Principles of Human-centered Design

a. Understand and address the core problems

b. Be people-centred

c. Use an activity-centred systems approach

d. Use rapid iterations of prototyping and testing

2. Computational Design Process for Mass Customisable Solutions (CDPfMCS)

a. Identify an authentic problem

i. Step 1: scenario study

ii. Step 2: problem definition

b. Develop mass customisable solutions

i. Step 3: solution definition

ii. Step 4: solution evaluation

iii. Step 5: idea creation

c. Solve the problem computationally

i. Step 6: prototyping

ii. Step 7: testing

iii. Step 8: computational generator building

In addition to these objectives, students will also be in trained computational design techniques (Tinkercad

Codeblocks/Rhino Grasshopper visual programming) in part-task practice workshops.The training workshops aim to

help students complete the computational product design and prepare for their project showcases using a product demo

video. Student success is assessed not solely on technical accomplishments but according to the integrity of CDPfMCS

and computational product designs.

本课程致力于培养工业设计学生创造、分析、优化运算化产品设计以解决真实问题的能力。在人本设计应用的主题下，学

生们将摒弃复杂的生成式编程，直接使用便捷的运算化设计软件去开发可批量定制的有形解决方案。因此，学生将在运算

化设计项目中习得：

1. 以人为本的设计原理

a. 理解并提出核心问题

b. 关注人的因素

c. 使用行为中心系统方法

d. 使用原型和测试的快速迭代

2. 面向可批量定制解决方案的运算化设计过程（CDPfMCS）

a. 发现真实问题

i. 第一步：研究情景

ii. 第二步：定义问题

b. 开发可批量定制的解决方案

i. 第三步：定义解决方案

ii. 第四步：评估解决方案

iii. 第五步：创造构想

c. 运算化解决问题

i. 第六步：原型制作

ii. 第七步：设计测试

iii. 第八步：搭建运算化生成器

除上述目标外，学生还将以工作坊的形式接受运算化设计的技术训练（Tinkercad Codeblocks/Rhino Grasshopper 可视化

编程）。这些训练工作坊旨在帮助学生完成运算化产品设计并准备采用产品演示视频的项目展示。学生的评估将不仅取决

于技术完成度，还取决于学生综合 CDPfMCS 和运算化产品设计的能力。

16.

预达学习成果 Learning Outcomes

Through coursework and lab sessions, Industrial Design students should have grasped the following computational

design content knowledge:

• Understanding computational design methods in the field of product design

• Finding problems to which computational design methods can be applied

• Developing mass customisable tangible solutions through computational design

• Analysing and optimising computational product designs using rapid prototyping and simulation techniques

• Acquiring handy computational design techniques, e.g., Tinkercad Codeblocks/Rhino Grasshopper visual

programming

By the end of the course, students should have mastered the following capabilities:

1. CDPfMCS Reasoning Pattern

a. Beginning with authentic problem identification

b. Validating a variable need of tangible solutions

c. Enabling mass customisation using computational design techniques

2. Essential Design Skills

a. Adaptability: the ability or willingness to change to suit different conditions

b. Process language: the communication used in a series of actions taken to achieve a result

c. Prototyping: the activity of making basic models or designs for a machine or other industrial product

3. Essential Design Mindsets

a. Metacognitive mindset: a key awareness to agilely respond to a problem’s changing parameters

b. Human-centred mindset: meeting the needs of others who might benefit from designer innovation

通过课程作业与实验课，工业设计学生应当掌握以下运算化设计的内容知识：

• 理解在产品设计领域的运算化设计方法

• 找到适合应用运算化设计的问题

• 通过运算化设计开发可批量定制的有形解决方案

• 使用快速成型和仿真技术分析并优化运算化产品设计

• 获取便捷的运算化设计技术，例如 Tinkercad Codeblocks/Rhino Grasshopper 可视化编程

在课程结束时，学生应该已经掌握以下能力：

1. CDPfMCS 推理模式

a. 以发现真实问题为开始

b. 证实有形解决方案的变化需求

c. 使用运算化设计技术以实现批量定制

2. 必要的设计技能

a. 适应性：改变以适应不同条件的能力或意愿

b. 流程语言：为取得结果而采取的一系列沟通行动

c. 原型制作：为机器或其他工业产品制作基本模型或设计的活动

3. 必要的设计意识

a. 元认知意识：一种敏捷响应问题参数不断变化的关键意识

b. 人本意识：满足人们可能从设计师创新中受益的需求

17.

课程内容及教学日历（如授课语言以英文为主，则课程内容介绍可以用英文；如团队教学或模块教学，教学日历须注明

主讲人）

Course Contents (in Parts/Chapters/Sections/Weeks. Please notify name of instructor for course section(s), if

this is a team teaching or module course.)

Course Schedule

Week

Lecture Class

Hour

Lab Session

Hour

Lecture 1:

• Introduction of

computational design

• Introduction of CDPfMCS

steps 1 to 2

Project 1: CDPfMCS immersion:

• Scenario study

• Problem definition

Lecture 2:

• Introduction of CDPfMCS

steps 3 to 5

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 1: CDPfMCS immersion:

• Solution definition

• Solution evaluation

• Idea creation

Lecture 3:

• Introduction of CDPfMCS

steps 6 to 8

Project 1: CDPfMCS immersion:

• Prototyping

• Case study on

computational design

and mass customisation

• Testing

• Computational generator building

Lecture 4:

• The operation of

scenario study

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• List a range of scenarios

• Experience the scenarios

• Reflect the experiences

Part-task practice workshop 1:

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper visual programming

Lecture 5:

• The operation of problem

definition

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Narrate a principal perceived problem

• Propose a superficial problem

description

• Search for explicit information to refine

the problem description

Part-task practice workshop 1:

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper visual programming

Lecture 6:

• The operation of solution

definition

• Case study on

computational design

and mass customisation

Students’ stage report 1:

• Outcomes of steps 1 to 2

• Future plan

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Generate a superficial solution

description

• Decompose the solution’ functional

features

• Refine a complete solution definition

Lecture 7:

• The operation of solution

Project 2: Computational product design for the

real-world:

evaluation

• Case study on

computational design

and mass customisation

• Consider the necessity of tangible

solutions

• Avoid the overlap of existing products

• Consider the necessity of mass

customisation

Part-task practice workshop 1:

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper visual programming

Lecture 8:

• The operation of idea

creation

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Address a preliminary design idea

• Reflect any inappropriate parts of the

design idea

• Sketch an improved design idea

Part-task practice workshop 1:

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper visual programming

Lecture 9:

• The operation of

prototyping

• Case study on

computational design

and mass customisation

Students’ stage report 2:

• Outcomes of steps 3 to 5

• Future plan

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Calculate dimensions based upon a

structure sketch

• Use CAD software to build a 3D model

• Utilise a 3D printer to fabricate the

model

Lecture 10:

• The operation of testing

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Evaluate the prototype for specific

defects

• Troubleshoot any defects ready for

further iterations of the prototype

Part-task practice workshop 2:

• Emotional design

Lecture 11:

• The operation of

computational generator

building

• Case study on

computational design

and mass customisation

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Define the mathematical alignment

among the product components

• Use visual programming to realise the

variable alignment

Part-task practice workshop 2:

• Emotional design

Lecture 12:

• Co-creation with 3D

printing

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Analyse the computational product

design

• Propose an optimisation for future

production

Part-task practice workshop 3:

• 3D printing post-processing

Lecture 13:

• 3D printing at home and

democratisation of

manufacturing

Part-task practice workshop 3:

• 3D printing post-processing

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Project implementation

• Individual tutorial

Lecture 14:

• 3D printing helps start-up

rides the mass

customisation wave

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Project implementation

• Individual tutorial

Lecture 15:

• 3D printing and the future

of supply chains

Project 2: Computational product design for the

real-world:

• Working prototype review

• Product demo video review

• Individual tutorial

Lecture 16:

• Course summary and

reflection

Students’ final report

Design project showcase

课程安排

教学周

讲座课

课时

实验课

课时

讲座 1：

• 运算化设计导论

• CDPfMCS 第一步至第二步

介绍

项目 1：CDPfMCS 沉浸：

• 研究情景

• 定义问题

讲座 2：

• CDPfMCS 第三步至第五步

介绍

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 1：CDPfMCS 沉浸：

• 定义解决方案

• 评估解决方案

• 创造构想

讲座 3：

• CDPfMCS 第六步至第八步

介绍

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 1：CDPfMCS 沉浸：

• 原型制作

• 设计测试

• 搭建运算化生成器

讲座 4：

• 研究情景的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 罗列情景

• 体验情景

• 反思情景

设计技能工作坊 1：

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper 可视化编程

讲座 5：

• 定义问题的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 叙述感知的主要问题

• 提出粗浅的问题描述

• 搜索详细的信息以提炼该问题

设计技能工作坊 1：

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper 可视化编程

讲座 6：

• 定义解决方案的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

学生阶段汇报 1：

• 第一步至第二步结果

• 未来计划

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 提出粗浅的解决方案描述

• 分解解决方案的功能特征

• 提炼完整的解决方案描述

讲座 7：

• 评估解决方案的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 考虑有形解决方案的必要性

• 避免与现有产品的重叠

• 考虑批量定制的必要性

设计技能工作坊 1：

Tinkercad Codeblocks/Rhino Grasshopper 可视

化编程

讲座 8：

• 创造构想的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 提出初步设计构想

• 反思该设计构想的不当之处

• 草绘改进后的设计构想

设计技能工作坊 1：

• Tinkercad Codeblocks/Rhino

Grasshopper 可视化编程

讲座 9：

• 原型制作的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

学生阶段汇报 2：

• 第三步至第五步结果

• 未来计划

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 基于结构性草图计算尺度

• 使用 CAD 软件构建三维模型

• 使用 3D 打印机制作模型设计

讲座 10：

• 设计测试的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 评估设计原型的具体缺陷

• 为进一步的原型迭代排除缺陷

设计技能工作坊 2：

• 情感化设计

讲座 11：

• 搭建运算化生成器的操作

• 运算化设计和批量定制案

例研究

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 定义产品构件之间的数学对齐

• 使用可视化编程以实现变化对齐

设计技能工作坊 2：

• 情感化设计

讲座 12：

• 3D 打印协同创制

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 分析运算化产品设计

• 提出面向未来生产的优化

设计技能工作坊 3：

• 3D 打印后处理

讲座 13：

设计技能工作坊 3：

• 家庭 3D 打印与制造民主

化

• 3D 打印后处理

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 项目实施

• 个别指导

讲座 14：

• 3D 打印助推批量定制浪潮

中的创业项目

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 项目实施

• 个别指导

讲座 15：

• 3D 打印和未来供应链

项目 2：面向真实世界的运算化产品设计：

• 检查工作原型

• 检查产品演示视频

• 个别指导

讲座 16：

• 课程总结与反思

学生最终汇报

设计项目展示

18.

教材及其它参考资料 Textbook and Supplementary Readings

Evans, M. A. (2005). Rapid prototyping and industrial design practice: can haptic feedback modelling provide the

missing tactile link?. Rapid Prototyping Journal.

Evans, M. A., & Campbell, R. I. (2003). A comparative evaluation of industrial design models produced using rapid

prototyping and workshop‐based fabrication techniques. Rapid Prototyping Journal.

Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B., & Khorasani, M. (2014). Additive manufacturing technologies (Vol. 17, p. 195). New

York: Springer.

Gilmore, J. H., & Pine, B. J. (1997). The four faces of mass customization. Harvard business review, 75(1), 91-102.

Piller, F. T., & Müller, M. (2004). A new marketing approach to mass customisation. International Journal of Computer

Integrated Manufacturing, 17(7), 583-593.

Zhou, D. (2017). Opportunity and challenge of 3D printing-based customized design. In 3rd International Conference on

Arts, Design and Contemporary Education (ICADCE 2017) (pp. 468-473). Atlantis Press.

Zhou, D., Gomez, R., Wright, N., & Rittenbruch, M. (2019). Experience of co-creation with 3D printing: Design model

and feasibility test. In International Conference of Experience Design, Innovation and Entrepreneurship.

课程评估 ASSESSMENT

19.

评估形式

Type of

Assessment

评估时间

Time

占考试总成绩百分比

% of final

score

违纪处罚

Penalty

备注

Notes

出勤 Attendance

课堂表现

Class

Performance

小测验

Quiz

课程项目 Projects

End of 16

week

截止第 16 周

NIL

无

Project 2: Computational product

design for the real-world

项目 2：面向真实世界的运算化产品

设计

平时作业

Assignments

书面报告

Written

Report

End of 4

week

截止第 4

周

NIL

无

Workbook of Project 1 (CDPfMCS

immersion)

项目 1 工作簿（CDPfMCS 沉浸）

End of

week

截止第 16

周

NIL

无

Workbook of Project 2

(computational product design for

the real-world)

项目 2 工作簿（面向真实世界的运算

化产品设计）

期中考试

Mid-Term Test

期末考试

Final Exam

期末报告

Final

Presentation

其它（可根据需要

改写以上评估方

式）

Others (The

above may be

modified as

necessary)

口头报告

Oral

Report

End of 6

week

截止第 6

周

NIL

无

Students’ stage report 1

学生阶段汇报 1

End of 9

week

截止第 9

周

NIL

无

Students’ stage report 2

学生阶段汇报 2

End of

week

截止第 16

周

NIL

无

Students’ final report

学生最终汇报

20.

记分方式 GRADING SYSTEM

A. 十三级等级制 Letter Grading

 B. 二级记分制（通过/不通过） Pass/Fail Grading

课程审批 REVIEW AND APPROVAL

21.

本课程设置已经过以下责任人/委员会审议通过

This Course has been approved by the following person or committee of authority