面向新工科的機械創(chuàng)新設(shè)計美學融合研究

杭魯濱 金曉怡

[摘 要]新工科強調(diào)多學科交叉，融合美學內(nèi)涵的機械創(chuàng)新是對機械環(huán)境生態(tài)協(xié)調(diào)與完美的無限追求的一個縮影。具有溫度、濕度、黏性的機械原理和機械創(chuàng)新設(shè)計，需要具有柔順而暴躁、張力的機械性能和特征。如何以實例引導工程師、研究者對機械美學概念的體會和欣賞，并對機械和美學融合，在嚴密邏輯、精密機械設(shè)計中進行創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)涵升華。

[關(guān)鍵詞]新工科;機械創(chuàng)新設(shè)計;美學;學科交叉

[作者簡介]杭魯濱（1965—），男，江蘇南京人，博士，上海工程技術(shù)大學機械與汽車工程學院教授，主要從事機械設(shè)計及理論研究。

[中圖分類號] TH122[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）45-0-02[收稿日期] 2020-06-10

黨的十八大以來，習近平總書記多次指出，未來幾十年，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將同我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展形成歷史性交匯，工程在社會中的作用發(fā)生了深刻變化，工程科技進步和創(chuàng)新成為推動人類社會發(fā)展的重要引擎[1]。在此背景下，“新工科”建設(shè)成為適應國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢的工程教育改革方向。與傳統(tǒng)的機械學科教學不同，新工科建設(shè)背景下機械創(chuàng)新設(shè)計教學與實踐以立德樹人為引領(lǐng)，以應對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，教學內(nèi)容不再局限于傳統(tǒng)工科教育對單純技術(shù)問題的傳授，而是在保證技術(shù)層面的基礎(chǔ)上，將機器美學、人文關(guān)懷、生態(tài)環(huán)保等多學科多方向內(nèi)容相融合，力求在技術(shù)層面之上創(chuàng)造出具有美學內(nèi)涵的機械產(chǎn)品，并引導學生在學習過程中體會領(lǐng)悟機械之美。

一、美學在機械設(shè)計中的體現(xiàn)

美學是從人對現(xiàn)實的審美關(guān)系出發(fā)，以藝術(shù)作為主要對象，研究美、丑、崇高等審美范疇和人的審美意識，美感經(jīng)驗，以及美的創(chuàng)造、發(fā)展及其規(guī)律的科學[2]。追求美是人類乃至整個生物界的天性，也是一切非生命物體如建筑、橋梁以及機械產(chǎn)品的自然屬性。而機械美學設(shè)計是將材料學、工藝學、設(shè)計學、邏輯學、生理心理學、現(xiàn)代光學和色澤學以及用戶滿意度和市場需求度緊密結(jié)合的一種新型設(shè)計方法[3]。

機械創(chuàng)新設(shè)計融合美學內(nèi)涵是對機械協(xié)調(diào)融合與完美無限追求的一個縮影?！鞍咽直頊惖蕉溥吷?，可以清晰地聽到擒縱機構(gòu)工作的聲音，那是時間流逝的聲音。如果有背透，看到齒輪精密地咬合、轉(zhuǎn)動，那是時間流逝的樣子”。素有鐘表界奧斯卡之稱的日內(nèi)瓦高級鐘表大賞近日公開了“卓越機械腕表”品類大獎得主，由江詩丹頓推出的閣樓工匠系列天體超卓復雜腕表3600獲得，其能夠在8.7mm的表身中實現(xiàn)23項復雜腕表功能，由三個獨立齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動的機構(gòu)，雙面同時顯示三種時間計量模式，機芯由514個零件組成，堪稱獨一無二的時計杰作。

手表是機械之美的集中體現(xiàn)，手表所凝結(jié)了機械的外觀造型美與內(nèi)部零件運行質(zhì)量和可靠性的內(nèi)在美。手表的外在美即各個部件外觀造型的美學設(shè)計，給人一種直觀的吸引力、親和力和愛慕度，留下一種揮之不去的好印象，造成一種強烈的美感刺激;手表機芯設(shè)計的內(nèi)在美較外在美更難達到，涉及內(nèi)部各零件的布置美、部件動作協(xié)調(diào)美、零件加工選材美、加工工藝美等，但帶給使用者的是內(nèi)心的舒適感以及對機械的認同感。

二、機械結(jié)構(gòu)的人性化內(nèi)涵

新時期機械機構(gòu)人性化設(shè)計目的在保障工作人員的安全之下，運用更多合理設(shè)計理念融入其中，滿足使用者對設(shè)備的舒適度要求，最大化滿足使用者的操作要求。以安全環(huán)保為前提，保障使用者安全性的同時，簡化操作，提高舒適度，從而極大地提升操作者的精確度。第一，要做好外觀設(shè)計，從色彩、造型以及識別牌等入手，以人的親切舒適度感為準，最大化迎合操作者的愉悅心情。第二，要以簡約為主，在設(shè)計中盡可能地減少零部件使用，選用可靠、使用壽命長的零部件，將控制頻率控制在最低頻次，同時提高產(chǎn)品的性能減少環(huán)境污染，以滿足人性化的需求。第三，要優(yōu)化潤滑設(shè)計，降低灰塵、顆粒等物品，避免對潤滑的影響，人性化設(shè)計要構(gòu)建自動阻擋的作用，以自動感應加入為主確保潤滑劑的加入，可延長產(chǎn)品的使用壽命，降低維修成本。

機械設(shè)備的均衡是以機械設(shè)備上的某一零部件作為支點，而表現(xiàn)出的平衡方式，從而使機械設(shè)備動態(tài)美、條理美、動中有靜、靜中有動的感覺，并把機械設(shè)備的色彩、肌理、表面裝飾與構(gòu)成幾何形體結(jié)合起來，使機械設(shè)備靈巧、生動、輕快。對稱是物體在某種變換條件下，其相同部分間有規(guī)律重復的現(xiàn)象，亦即在一定變換條件下的不變現(xiàn)象，它能使人們的視覺產(chǎn)生平衡感，我國的石油機械像石油鉆采機械、煉油機械、采油機械設(shè)備等從受力角度看，都是采用對稱的形式，把設(shè)備的功能與對稱性結(jié)合起來，產(chǎn)生條理美，不僅保證了機械設(shè)備的功能，還能凸顯出穩(wěn)定、莊重、安全的感覺，但由于對稱容易給人造成單調(diào)、呆板的感覺，所以在設(shè)計時一定要結(jié)合美術(shù)原理，避免靜感和硬感的問題。

三、機械美學思想在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應用

傳統(tǒng)的機械設(shè)計僅是考慮機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、生產(chǎn)和維護等的功能，而對于融合美學思想的機械創(chuàng)新設(shè)計來說，考慮較少。現(xiàn)有的機械產(chǎn)品的設(shè)計，大多都是基于設(shè)計工作者的經(jīng)驗設(shè)計，因此設(shè)計出來的機械產(chǎn)品雖然能基本滿足實用功能，不僅外觀笨重，而且產(chǎn)品的輕量化設(shè)計都略顯不足。因此，機械產(chǎn)品的美學設(shè)計對于機器的外形、結(jié)構(gòu)、能量傳遞等來說越來越受到重視。

最能體現(xiàn)機械之美的產(chǎn)品設(shè)計，就是機械鐘表的設(shè)計、汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。機械產(chǎn)品的運動協(xié)調(diào)與藝術(shù)美感一直是人類的追求。機械鐘表的齒輪、連桿、擒縱機構(gòu)等的聯(lián)動與整個框架間所流露出來的靈動與美感，無不令人驚嘆。

成功的機械產(chǎn)品不僅僅體現(xiàn)在產(chǎn)品功能、智能化、新穎等實用特征，更是體現(xiàn)在機構(gòu)與美學設(shè)計的結(jié)構(gòu)。考慮數(shù)學圖形美、生物結(jié)構(gòu)美，符合最優(yōu)設(shè)計等均是在機械創(chuàng)新設(shè)計中必須考慮的設(shè)計要素機械裝備的創(chuàng)新設(shè)計同時也離不開產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計，通過優(yōu)化設(shè)計的美學思想改善工業(yè)設(shè)計。另外，從自然界汲取創(chuàng)新設(shè)計的靈感，也正是學者們探索的熱門研究方向。因此，新工科的教學，應該是在創(chuàng)新思想指導下，將美學思想作為機械設(shè)計的基本考慮要素。

四、結(jié)論

在現(xiàn)代機械中設(shè)計中融入美學元素既可以滿足機械的功能性需求，同樣的也是人類社會對美好生活追求的必然趨勢，在新工科背景下的機械教學中注入美學的設(shè)計，機械學科發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)代機械與美學的融合，不僅教授學生專業(yè)知識，還能夠使學生更加深層次地體會到機械設(shè)計的發(fā)展是一個不斷優(yōu)化不斷追求完美的過程。

參考文獻

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究， 2017（3）：7-12.

[2]克羅齊，朱光潛.美學原理美學綱要[M].北京：外國文學出版社，1983.

[3]鄒十踐.淺談工程機械美學設(shè)計[J].建筑機械化，2004，25（9）： 46-51.

Research on the Integration of Innovative Mechanical Design and Aesthetics

in Emerging Engineering Education

HANG Lu-bin， JIN Xiao-yi

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering

Science， Shanghai 201620， China）

Abstract： The Emerging Engineering Education emphasizes interdisciplinarity.? An innovative mechanical design integrated with aesthetics is an epitome of the unremitting pursuit of machinery in harmony with ecological environment. Mechanical principles and innovative mechanical designs take temperature， humidity and viscosity into consideration but also needs to show the mechanical characteristics of meekness， irascibility and tension. This paper focuses on how to guide engineers and researchers to experience and appreciate the concept of mechanical aesthetics with examples， and how to integrate machinery and aesthetics， so as to sublimate the connotation of innovative design in strict logic and precise mechanical design.

Key words： Emerging Engineering Education; innovative mechanical design; aesthetics; interdisciplinarity