基于美學(xué)原理的外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

李思蒙 王 玲

(遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051)

1 外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及內(nèi)容

1.1 外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

首先要滿(mǎn)足剛度要求。對(duì)于承受較大載荷及作為支撐和其他零部件定位的外觀構(gòu)件或殼體，剛度設(shè)計(jì)是第一要求。

其次是強(qiáng)度要求。強(qiáng)度是考慮外觀構(gòu)件和保護(hù)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。

再者是設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性。受壓及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)的問(wèn)題，特別是薄壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在局部失穩(wěn)問(wèn)題，必須進(jìn)行校核。

最后還應(yīng)該考慮其加工性。外觀構(gòu)件以鑄造件和注塑件為多，鑄造和注塑構(gòu)件應(yīng)考慮液體的流動(dòng)性、填充性和脫模便利，沖壓外觀構(gòu)件應(yīng)考慮材料延展性和拉伸能力，并作相應(yīng)的計(jì)算，避免應(yīng)力集中。

1.2 外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

外部構(gòu)件設(shè)計(jì)主要包括殼體形狀設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和連接關(guān)系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還有其他安全設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)等。不同類(lèi)型的工業(yè)產(chǎn)品在外觀、材料、結(jié)構(gòu)、顏色、功能和形狀等方面差異很大。但是在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上均少不了外殼的包裝。外殼暴露在外，裝置內(nèi)具有所述產(chǎn)品的功能部件。殼體不僅是產(chǎn)品的重要結(jié)構(gòu)部件，也是產(chǎn)品外觀的保護(hù)主體。外殼設(shè)計(jì)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)的重要組成部分。根據(jù)儀表、家用電器、手持工具、機(jī)械設(shè)備等工業(yè)產(chǎn)品外殼或其他產(chǎn)品部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其稱(chēng)為產(chǎn)品的外件或外殼。外部構(gòu)件是產(chǎn)品的外殼，即產(chǎn)品的外部殼體或主體。

圖1 兩把美學(xué)原理的椅子

2 美學(xué)原理

美學(xué)原理是人們觀察自然界萬(wàn)事萬(wàn)物、以人的心理、生理、社會(huì)實(shí)踐等方面為基礎(chǔ)的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索而歸納總結(jié)出來(lái)而又被人們普遍所公認(rèn)的基本規(guī)律。人們?cè)诠I(yè)產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該以美學(xué)原理為設(shè)計(jì)的基本法則，具體問(wèn)題具體分析，靈活運(yùn)用，設(shè)計(jì)和創(chuàng)造出美的產(chǎn)品外觀造型。

2.1 美學(xué)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

美的創(chuàng)造是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。產(chǎn)品美學(xué)的基本理論的應(yīng)用，以及設(shè)計(jì)中美學(xué)的基本規(guī)律的把握，再結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的技術(shù)美等基本內(nèi)容，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中理解和創(chuàng)造性地運(yùn)用美學(xué)法則，進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

在德國(guó)這個(gè)設(shè)計(jì)大國(guó)，博朗就是設(shè)計(jì)的代名詞。它追求的是結(jié)構(gòu)與美學(xué)統(tǒng)一結(jié)合，博朗認(rèn)為一個(gè)好的設(shè)計(jì)要強(qiáng)調(diào)它的結(jié)構(gòu)功能性與美觀實(shí)用性，應(yīng)該為用戶(hù)提供一種人機(jī)感觸和體驗(yàn)。所以博朗的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一直堅(jiān)持著簡(jiǎn)約流暢、敢于創(chuàng)新但卻不突兀的特點(diǎn)。博朗時(shí)刻牢記一句話(huà)：Less is more。簡(jiǎn)單而純粹的設(shè)計(jì)才是最優(yōu)秀的。

2.2 設(shè)計(jì)審美的中心問(wèn)題是人與物的和諧

現(xiàn)代設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的目的是人而不是產(chǎn)品。同時(shí)，人是研究設(shè)計(jì)審美的主導(dǎo)因素。人在設(shè)計(jì)審美中的突出作用，主要體現(xiàn)在審美設(shè)計(jì)中必須充分考慮人的要求和人在設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)人體工學(xué)的因素，為了使設(shè)計(jì)產(chǎn)品更符合人的需要，人體工學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)美學(xué)的核心問(wèn)題是人與器物的和諧問(wèn)題,人類(lèi)的一切行為只有符合了善的目的，才可謂“美”。

法國(guó)愛(ài)可視是在移動(dòng)數(shù)字娛樂(lè)領(lǐng)域具有領(lǐng)先地位的國(guó)際性消費(fèi)電子制造商，他們認(rèn)為產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單，形態(tài)要美，功能鍵簡(jiǎn)潔明快。例如，實(shí)現(xiàn)1～2歲的孩子能夠自如地通過(guò)屏幕進(jìn)行游戲操作。眾所周知，在非常小的空間和體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)緊密而能產(chǎn)生高效率和高性能的結(jié)構(gòu)并不是一件容易事，但愛(ài)可視的設(shè)計(jì)師們都謹(jǐn)記這樣一句話(huà)：Think smaller。這成就了他們?cè)谑澜缟系捻敿?jí)地位。

2.3 美學(xué)原理與材料使用

(1)金屬材料：葉燈。其外形纖細(xì)，燈臂可靈活調(diào)節(jié)，讓人一眼看去就被吸引。產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中用整齊的模切方式來(lái)切割整體的形狀，確保連續(xù)形態(tài)的一致性，同時(shí)沖壓模切不需要特別精確的內(nèi)部元件。產(chǎn)品使用鋁材質(zhì)制造是為了確保輕薄表面的強(qiáng)度和表面效果，葉片部分是由不同模具沖壓逐步形成的，然后再慢慢彎折成最終形態(tài)。

(2)有機(jī)高分子材料:Myto椅。是一款整體成型塑料懸臂椅。椅子使用的是BASF公司的高流動(dòng)性工程塑料，這種塑料屬于聚對(duì)苯二甲酸丁二脂家族，具有優(yōu)異的工藝特性、高流動(dòng)性及高強(qiáng)度，可以制造優(yōu)美的由粗到細(xì)轉(zhuǎn)變的形狀。

(3)無(wú)機(jī)非金屬材料：Kikkoman瓶子。它是玻璃吹制法的典型案例。制造過(guò)程中需將含碳酸鈉和碳酸鈣的沙子混合放到高爐里加熱到1550攝氏度，融化后的玻璃被擠出來(lái)，并垂落到加工機(jī)器中。在這個(gè)階段，空氣注入瓶子使瓶子部分成型，其中也包括瓶頸。這個(gè)半成型的瓶子被放進(jìn)模具中旋轉(zhuǎn)180°，這是空氣再次注入模具，將玻璃加工成最終形態(tài)。

3 外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要目的之一就是產(chǎn)品的功能，而優(yōu)良結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保證產(chǎn)品功能得以實(shí)現(xiàn)最重要的環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的功能，也豐富著產(chǎn)品的形態(tài)。以鑄造外觀構(gòu)件及注塑外觀構(gòu)件為例，討論其設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)。

3.1 鑄造外觀構(gòu)件與功能實(shí)現(xiàn)

鑄造在此主要是指金屬材料的鑄造，將熔融的金屬澆注、壓射或吸入鑄型腔體內(nèi)，冷卻凝固后得到一定形態(tài)和性能的零件，或者毛坯料的金屬成型工藝。鑄造外殼構(gòu)件常用于對(duì)剛度和強(qiáng)度有較高要求，或者造型與內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

鑄造外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)鑄造外觀構(gòu)件、殼體結(jié)構(gòu)時(shí)，除考慮外觀構(gòu)件設(shè)計(jì)的總體要求與準(zhǔn)則外，還應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合鑄造生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，考慮相關(guān)的工藝性。對(duì)于砂型鑄造，盡量減少活塊部分，或者多塊連成片，應(yīng)該簡(jiǎn)化制造工藝。鑄造件結(jié)構(gòu)上考慮使砂型牢固，必要時(shí)修改一些局部結(jié)構(gòu)，容易保證砂型牢固。使用型芯會(huì)增加砂型的復(fù)雜性和工藝難度，在可能的情況下，應(yīng)通過(guò)修改結(jié)構(gòu)避免使用型芯或減少型芯數(shù)量。

3.2 注塑外觀構(gòu)件及功能實(shí)現(xiàn)

注塑外觀構(gòu)件具有如下特點(diǎn)：可使用材料豐富，適應(yīng)性強(qiáng)；產(chǎn)品質(zhì)量較高，一致性好、互換性強(qiáng)，成本低；生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)大批量、自動(dòng)化生成；幾何造型能力強(qiáng)，可生產(chǎn)形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品；功能性與裝飾性結(jié)合好；制作產(chǎn)品品種多，局限性小。

注塑零件的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要結(jié)合形態(tài)構(gòu)成與材料選擇，注塑的外觀構(gòu)件、殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品要求、外觀造型、注塑材料、各種功能要求、局部特點(diǎn)、生產(chǎn)規(guī)模和加工條件及成本等因素。通過(guò)零件的工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其功能，典型注塑工藝流程是粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)料筒加熱,熔融流動(dòng)狀態(tài),由活塞或料桶推動(dòng),通過(guò)料筒端部的噴嘴注入溫度較低的閉合塑料模具內(nèi),充滿(mǎn)模具的熔體在受壓的情況下,經(jīng)冷卻和固化后即可保持模具型腔所賦予的形態(tài),最后開(kāi)啟模具，取出制品。

4 總結(jié)

在上述的論述中我們分析了不同的外觀構(gòu)件的特點(diǎn)，并且舉例論述了在不同情況下不同構(gòu)件最佳的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)的方法，也列舉了一些融入美學(xué)原理來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)品的成功廠家的例子，證明了在基于美學(xué)原理的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的外觀構(gòu)件結(jié)構(gòu)以及功能實(shí)現(xiàn)方面是最能被大眾所接受的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在每個(gè)階段分別扮演適當(dāng)?shù)慕巧?，只有這樣才能使優(yōu)良的設(shè)計(jì)概念順利地轉(zhuǎn)變?yōu)槌晒Φ男庐a(chǎn)品。在當(dāng)下產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，工業(yè)設(shè)計(jì)師應(yīng)該充分利用自身的知識(shí)與能力，去賦予產(chǎn)品各種豐富的情感表征，去引導(dǎo)信息時(shí)代消費(fèi)者全新的感性生活方式。外觀構(gòu)件的設(shè)計(jì)，承載著形態(tài)的美感，承載著保護(hù)與安全，承載著功能的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)過(guò)程需要豐富的思維想象力，它是工業(yè)設(shè)計(jì)師要具備的共同特征，是從事創(chuàng)新設(shè)計(jì)必備的利器。