（设计艺术学专业论文）造物“选”材·“适”之为良——产品设计中金属材料选用的相适性研究.pdf

中文摘要 本文主要探讨了“设计选材活动的本质”以及“合理选用金属材料”这两 方面内容。首先，本文对设计与材料的关系进行了分析，得出设计选材是个复 杂的系统，本文中将设计选材问题看作是由决定用材的“外在因素”与决定材 料“可用”的“内在因素”共同组成的关联性复杂系统。其次分析了设计中合 理选用金属材料的方式，金属材料有其适应性，而决定金属材料选用的是外在 因素，合理用材就是要实现金属材料的适应性( 内在因素) 和外在因素间的最 佳匹配。而外在因素的不确定性是当今设计选材活动复杂化的根源，为此，本 文提出了“设计选材相适性系统”的理论体系。 “适”在我国造物思想中具有丰富的内涵，它既是造物活动追求的目标又 是衡量其是否合理的标准。对于设计选材活动来说，“适”体现了材料与产品、 材料与用户、材料与社会文化各因素之间的关系，蕴涵着入的动机、目的、情 感、价值等意义丛。在具体的设计选材活动中，材料与产品、用户、社会文化 之间的关系便具体化了。因此，设计选材活动应该从社会文化趋势、用户的需 求和产品的使用环境等外在因素下确定选材的目的；然后对可用材料的适应性 ( 内在因素) 进行分析，因势利导的合理应用，最终实现设计选材系统内在因 素( 材料的适应性) 和外在因素的相适。“材美”也只有在“工巧”的情况下， 才能散发光芒。“相适”是评价“选材”合理性的标准，也是用材的目标。只有 在具体的设计选材中，我们才能知道选材是否合乎社会文化趋势、合乎用户的 需求、合乎产品的功能造型需要，是否遵循了材料的适应性，只有都是肯定的 答案才为“相适”。设计选材看似简单，实为涉及多方面因素的复杂相适性系统。 金属材料以其广泛的适应性成为人们“衣食住行”中必不可少的材料。在 设计中选用金属材料要从外在因素入手，并遵循金属材料的适应性( 良好的力 学性能、加工特性和感觉特征等) ，因材施用，使金属材料在满足外在因素需要 的同时发挥了其特性，从而实现设计中金属材料选用系统内在因素和外在因素 的相适。 设计选材相适性系统就是要设计师从设计的角度去看待选材，以设计目标 为导向，对系统内在因素和外在因素的关系进行分析，充分发挥其主观能动性， 最终实现内外因素的相适。 关键字：选材，相适，系统，金属材料，适应性 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni s m a i n l ya b o u tt w oi s s u e sw h i c ha r et h e “e s s e n c eo f m a t e r i a ls e l e c t i o nf o rd e s i g n ”a n dt h e “r a t i o n a l i t ys e l e c t i n gm e t a lm a t e r i a l ”a tt h e b e g i n n i n g , b a s i n go nt h ea n a l y s i so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e s i g na n dm a t e r i a l , i ti s c o n s i d e r e dt h a tt h em a t e r i a ls e l e c t i o nf o rd e s i g n ( m s d ) w h i c hi sac o m p l e xs y s t e m t h ei s s u eo ft h em s di sr e g a r d e da sac o r r e l a t i v ea n dc o m p l e xs y s t e mw h i c hi s c o m p o s e do ft h e “e x t e r i o rf a c t o r s ，w h i c hd e c i d et h em a t e r i a ls e l e c t i o n ，a n dt h e “i n t e r n a lf a c t o r s ”，w h i c hp r o v et h eu s a b i l i t yo ft h em a t e r i a l n e x t , a f t e ra n a l y z i n gt h e r e a s o n a b l ew a y so ft h es e l e c t i o no fm e t a lm a t e r i a l s ，w h i c hh a st h eo w na d a p t a b i f i t y , w e 伽f i g u r eo u tt h a t “e x t e r i o rf a c t o r s a r et h ed e c i s i v ef a c t o r sf o rt h es e l e c t i o no f m e t a lm a t e r i a l s t h eg o a lo ft h er e a s o n a b l em a t e r i a ls e l e c t i o ni st of i g u r eo u tt h e o p t i m a lm a t c h i n gb e t w e e nt h ea d a p t a b i l i t yo fm e t a lm a t e r i a l ( t h ei n t e r n a lf a c t o r s ) a n d t h ee x t e r i o rf a c t o r s n ei n d e t e r m i n a t i o no ft h ee x t e r i o rf a c t o r si ss e e m e da st h em a i n r e a s o nf o rt h ec o m p l i c a t i o no ft h em s d a c c o r d i n gt ot h i s ，“t h es y s t e mo ft h e m a t c h i n gp r i n c i p l eo ft h em s d ”h a sb e e ni n t r o d u c e di nt h i st h e s i s “s h i ”s t a n d sf o ra d a p t i n gf o re a c ho t h e r , w h i c hh a sa b u n d a n tm e a n i n g si nt h e c r e a t i o ni d e ao fo u rc o b n u y i ti sn o to n l yt h ea i mo fc r e a t i o na c t i v i t i e s ，b u ta l s ot h e s t a n d a r dt om e a s u r et h e mw h e t h e rr a t i o n a lo rn o t s h ie m b o d i e dt h er e l a t i o n s h i p s b e t w e e ne a c he l e m e n t , s u c ha s ，m a t e r i a la n dp r o d u c t , m a t e r i a la n du s e r , m a t e r i a la n d s o c i a lc u l t u r e , c o n t a i n i n gs o m es i g u i f i c a n c e sc l u s t e ra m o n gp e o p l e sm o t i v a t i o n ， p u r p o s e ，e m o t i o na n dv a l u e se t c t h e r e f o r e ，m a t e r i a ls e l e c t i o np u r p o s es h o u l db e c o n f i r m e db yt h ef a c t o r so ft h et e n d e n c yo fs o c i a lc u l t u r e ，t h eu s e r ，sd e m a n dt h e o p e r a t i n ge n v i r o n m e n to ft h ep r o d u c td u r i n gt h em a t e r i a ls e l e c t i o na c t i v i t i e s t h e n a n a l y z et h ea d a p t a b i l i t yo f t h em a t e r i a l ( t h ei n t e r n a lf a c t o r s ) ，m a k i n gar e a s o n a b l eu s e i no r d e rt or e a l i z et h em a t c h i n gp r i n c i p l eo ft h ei n t e r n a lf a c t o r so fm s ds y s t e m ( t h e a d a p t a b i l i t yo fm a t e r i a l ) a n dt h ee x t e r i o rf a c t o r s t h eb e a u t yo fm a t e r i a lc a l lg l e a m o n l yi n t h ec i r c u m s t a n c e so ff i n es k i l l m a t c h i n gp r i n c i p l ei sb o t ht h es t a n d a r do f e v a l u a t i n gt h er a t i o n a l i t yo nm a t e r i a ls e l e c t i o n ，a n dt h ea i mo fu t i l i z i n go fm a t e r i a l s o n l yi nt h ep r o c e s so fm s d ，c a nw ek n o ww h e t h e rt h em s d i sa c c o r d i n gw i t ht h e t e n d e n c yo f s o c i a lc u l t u r e ，t h eu s e r sd e m a n d , h ep r o d u c t sf u n c t i o n a ln e e df o rs h a p e ， t h ea d a p t a b i l i t yo fm a t e r i a lo rn o t i ft h ea n s w e ri sd e f i n i t e 。“m a t c h i n gp r i n c i p l e ”w i l l c o m ei n t oe x i s t e n c e a c t u a l l y , m s di sac o m p l i c a t e da d a p t a b i l i t ys y s t e mw h i c hg e t s i u v o l v e dv a r i o u sd e m e n t s ，a l t h o u g hi ts e e m se a s i l y m e t a lm a t e r i a l sa r en e c e s s a r yf o ri t sb r o a da d a p t a b i l i t yo n “f o ot , c l o t h i n g , s h e l t e ra n dt r a n s p o r t a t i o n ”i ts h o u l db es t a r t e dw i t ht h ee x t e r i o rf a c t o r si fc h o o s i n g t h em e t a lm a t e r i a l si nt h ep r o c e s so fd e s i g n m a k es i n et oc a r r yo u tt h ea d a p t a b i l i t i e s ( g o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t y , p r o c e s s i n gp e c u l i a r i t ya n ds e n s ef e a t u r ee t c ) a n dt o f o l l o wt h ep r i n c i p l eo fd i s t i n g u i s h e dm a t e r i a li n s t r u c t i o nf o rt h es a k eo f s a t i s f y i n gt h e e x t e r i o rf a c t o r sa n d , m e a n w h i l e ，b r i n g i n gt h es p e c i a l t yo fm e t a lm a t e r i a l si n t op l a yi n o r d e rt or e a l i z et h em a t c h i n gp r i n c i p l eo ft h ei n t e r n a lf a c t o r sa n de x t e r i o ro n e si nt h e a p p l i c a t i o ns y s t e mo fm e t a lm a t e r i a l s t h em a t c h i n gp f j 疵i p l es y s t e mo fm a t e r i a ls d e c t i o ni st om a k et h ea d a p t a b i l i t y b e t w e e ne x t e r i o ra n di n t e r n a lf a c t o r sc o m et r u ef r o md e s i g n e r s v i e w , b yt h eg u i d eo f d e s i g np u r p o s e ，a n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee x t e r i o ra n di n t e r n a lf a c t o r si n t h es y s t e mw i t ha ne x e r t i o no fs u b j e c t i v ei n i t i a t i v e k e y w o r d s ：m a t e r i a ls e l e c t i o n ，m a t c h i n gp r i n c i p l e ，s y s t e m , m e t a lm a t e r i a l ，a d a p t a b i l i t y i l i 独创陛声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取彳导的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名肇够嗍半 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名师签名： 司一、 ， 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 本课题的源起背景 工业设计的核心是产品策划、设计、开发。只有通过对产品的功能( 不同 的使用者、使用环境、时问、条件) 、材料、构造、工艺过程、技术原理应用以 至形态、色彩、寓意、象征等因素进行技术经济市场社会的综合 处理，才能实现工业设计的目的和价值。1 因此，产品设计包括构成产品的内部 物质因素和驱动产品产生的外部因素。 产品的构成即是产品内部因素的组织关系。根据系统论的观点，任何产品 都是一个由各种材料以一定的结构和形式组合起来的，具有相应的功能系统。2 因 此，材料是产品设计得以实现的物质基础，设计选材就成为了产品设计中必不 可少的重要环节。合理选材不仅关系到产品的实现、产品的质量和寿命，还关 系到产品的成本、可靠性与市场竞争力。对设计师来说，合理选择和使用材料 有利于实现自己的设计构想。 在我国古代造物用材的哲理中，对材料的应用就遵循因材施用、物材相宜 的原则。周礼考工记中有：“审曲面势，以饬五材，以辨民器。”即审度材 料的曲直态势，根据其固有的材质特性进行加工制作，这才是好器具的评价根 据，也就是设计的原则。3 如今，产品设计的目标系统日益复杂，设计师为实现 设计目标而选择适宜的材料随用户需求的多样化和材料种类的不断丰富更加困 难。此外，产品设计中材料的选择也不同于工程设计中的选材，由于产品的形 态直接与用户接触，材料的感觉特性成为了产品的重要属性之一。因此，从设 计的角度看待选材问题，并探索建立合理选材的理论体系是目前迫切存在的现 实问题。 在导师郑建启教授的指导下，基于目前国内外产品设计中存在的选材问题， 为适应产品设计中选材的需要，并结合导师的课题国家“十一五”规划 教材设计材料工艺学的编写，将“造物选材适之为良产品设 1 柳冠中工业设计学概论哈尔滨： 2 柳冠中工业设计学概论哈尔滨： 3 柳冠中工业设计学概论哈尔滨： 黑龙江科学技术出版社1 9 9 7 p 6 8 黑龙江科学技术出版社1 9 9 7 p 6 8 黑龙江科学技术出版社，1 9 9 7 p 6 9 武汉理工大学硕士学位论文 计中金属材料选用的相适性研究”作为毕业论文研究课题。 1 2 本课题研究的目的、方法和意义 研究目的和意义： 设计自诞生起就和材料密切联系在一起，无论是石制工具、质朴敦厚的彩 陶、刚劲雄浑的商周青铜器、端庄典丽的汉代漆器、灿烂富贵的唐代金银器、 清秀绚丽的宋明瓷器，还是简洁典雅的明式家具、精致华丽的明清织物无 不体现材料是人类创造文明的基石。在中国传统造物中，“致用利人”是古代造 物的重要前提，强调使用技艺、讲求器物功能普遍存在于器物和造物行为中， 其中对材料、工艺乃至形式的重视表现得尤为强烈。天时、地利、人和，最终 都必须通过因材施用、因材施艺、以技成器才得以实现，才能以美的形式达到 善的功用。“物宜”是古代造物设计的先决条件和最终手段。1 由此可见，在中 国传统造物活动中，始终注重用材的合理性。这其中蕴涵了人类朴素的造物用 材思想，即充分尊重材料的材性，发挥入的聪明才智( 工巧) ，来创造合乎人们 目的的器物。 在现代产品设计中，材料同样是构成产品，且不依赖人的意识而客观存在 的物质基础，任何产品的使用价值、审美价值和文化价值的实现都是建立在材 料和工艺的基础上。所谓设计选材，就是为实现设计目的，在综合考虑影响设 计目的的各种因素( 如生产成本、用户需求、社会、文化、技术趋势等) 之后， 选择合适的材料。 金属材料作为人类造物用材的历史已有几千年。如今，在人们的衣、食、 住、行中金属材料的身影无处不在，不锈钢以其亮丽的色泽和防锈的特性，成 为厨具的首选材料；钢铁材料以来源丰富、综合力学性能优良，成为现代建筑 中必不可少的材料；铝合金以密度小、强度高，易于加工成型的特点，成为汽 车工业中的新宠 本文将探索着从设计的角度出发，对影响设计中金属材料选用的因素进行 系统的分析。把设计选材看着是一个设计师以设计目标为导向，充分分析系统 内外因素，最终实现内外因素的相适。其中，内在因素是指材料的适应性，它 是由材料的微观结构、力学性能、美学特性等构成；外在因素则主要是由三个 柳冠中事理学论纲长沙：中南大学出版社，2 0 0 6 p 6 8 2 武汉理工大学硕士学位论文 层面因素构成，即s e t 层面( 包含社会、经济、技术三因素) 、用户层面( 指用 户本能水平、行为水平、反思水平的不同需求) 、产品层面( 包括造型、色彩、 核心技术等因素) 。 简言之，本文将探讨以系统的观点来看待选材，并对设计选材活动中的内 在因素和外在因素间存在的关系进行分析。抛砖引玉，以期为面对越来越复杂 选材活动的设计师构建一个可以借鉴的设计选材理论体系。 研究方法： 分析与综合法：设计选材要借鉴系统论、社会学、美学、市场学、心理学、 认知科学、信息科学等多学科的理论与方法，系统的、综合的分析设计选 材的内在因素和外在因素的构成和相互关系，以探讨建立设计选材的相适性系 统必要性和合理性。 分类与举例法：结合相关学科的研究成果。从住、行、用三大领域对金属 材料选用的要求进行分类，并以典型的案例来充当论文有力的论据，通过总结、 分析，从而归纳出金属材料选用的最终目的是与s e t ( 社会、经济、技术) 、用 户和产品各层面因素相适。 ， 1 3 本课题国内外研究现状 材料是人类造物活动进行的基础，同时两者又是辩证统一的关系，彼此 间相互促进、相互制约。材料的选择和材料的发明( 因为现实中没有符合需要 的材料) 、生产工艺的选择以及形式三者之间相互依赖而发展，这是一个不断优 化的过程。纵观国内外对材料应用的情况，存在两种极端：一是工程用材，即 纯粹以功能的实现为目标。只考虑材料的力学性能和加工特征；二是从艺术 的角度来看待材料，把材料的表现性放在至高无上的位置，而缺乏理性的思 考。设计其实是人的意识的“物化”过程。在西方形而上学的历史上将物规定 为特性的载体、感觉的符号和赋形的质料，“物化”是人利用技术按照审美规律 和功能需求，将形赋予质料使之成为功能和情感的载体。5 从马斯洛对人的需求层次划分可以看出，产品的功能只是起点，用户渴求 的是精神层面的满足。因此。设计中材料的选择要从更加宏观的角度去看待， 设计选材也由此上升到社会和文化层面。它涉及到材料的适应性( 内在因素) ， 李万军生活世界中的设计种欲、技，道的游戏装饰，2 0 0 6 ，第3 期 武汉理工大学硕士学位论文 社会，经济、文化发展趋势，用户的多层次需求，产品功能和造型的实现( 外 在因素) 等多方面的因素。即从设计的角度看待选材，发挥设计师的主观能动 性，以设计目的为导向，充分考虑影响设计选材的内在因素和外在因素，选择 合适的材料，使两者达到相适。这种以系统的观点来看待设计选材的思想还未 被建立起来。对设计选材来说，外在因素的不确定性才是使它变得日趋复杂的 根源。以金属材料选用的为例，在不同领域，对金属材料的选用有不同的要求， 如建筑上则对材料的抗震性、强度等更加看重：电子用品由于是和用户直接接 触，材料的质感美则显得更加重要；汽车行业则对金属材料在安全、环保、节 能带来的好处更在意因此，以设计目的为导向，从决定金属材料选用的 外在因素入手，寻找适合的金属材料，才是设计选材活动科学合理的体现。 1 4 本课题研究的目标和创新点 课题研究的目标： 选材是人类造物活动中的固有行为，本课题通过对设计与材料之间的关系 进行分析，总结出设计选材是个复杂的系统。因此，设计师在选材时要从设计 的角度出发，以系统论的观点看待设计选材活动。基于这种观点，本课题研究 的目标是通过提出设计选材相适性系统，探讨金属材料在设计中合理选用的方 式，为此，拟构建设计中金属材料选用的相适性系统并对该系统的组织结构进 行分析，并初步建立设计选材相适性系统的评价方法。 课题研究的创新点： 从设计的角度看待选材问题，把设计选材活动看着是涉及多方面因素的复 杂系统。针对设计选材这样一个复杂的系统，本文提出“设计选材的相适性系 统”，来探讨“用什么材料”来造物和“怎么用”的问题，以实现选材活动的本 质合理性和过程合理性。此外，本文主要探讨了在设计中如何合理选用金属材 料，提出不论是“衣食住行”那个领域，要合理的选用金属材料，都要具体问 题具体分析，从社会文化趋势、用户需求、产品的构成因素入手确定设计目标， 并遵循金属材料的适应性( 良好的力学性能、加工特性和感觉特征等) ，因材旌 用，使金属材料在满足外在因素需要的同时发挥了其特性，从而实现设计中金 属材料选用系统内在因素和外在因素的相适。并提出对设计选材的合理性进行 分析时，要辩证的看待，只有在特定的社会环境中，在特定的时空中才能够对 4 武汉理工大学硕士学位论文 其是否合理进行评价。 1 5 论文框架 第一章是引言，简要介绍课题源起背景、课题的研究目的和意义、研究方 法、本课题国内外研究现状和课题研究的目标和创新点。 第二章内容是本文展开的基础，由两部分组成。首先探讨了设计选材活动 的本质是什么。这是设计选材活动合理进行的基础，首先我们要清楚设计选材 涉及的相关因素及其之间存在的关系，其次才有可能讨论设计选材。本章主要 是从设计与选材、设计选材的复杂性、设计与材料之间的辩证统一关系来探究 设计选材问题。其次针对设计选材的复杂性，提出设计选材是一个相适系统。 第三章内容是对设计中金属材料选用的相适性系统进行了分析。这部分主 要是对设计中金属材料选用的相适性系统的概念、组织结构进行阐述。并对该 系统内外因素的关系傲了较深入的分析，即对金属材料的适应性( 物理特性、 力学性能、审美特征等) 和外在因素( s e t 层面、用户层面、产品层面) 之间 的对应关系进行了阐述。为产品设计中金属材料选用的论述奠定基础。 第四章将着重探讨产品设计中金属材料选用这一相适性系统的内在因素一 一金属材料的适应性，即对金属材料的力学性能、工艺特征、审美价值进行分 析，并对设计中常用金属材料的适应性进行了简要的分析。 第五章由两部分内容组成。首先是对设计中金属材料的选用提出了“因材 施用”和以设计弥补材性不足的选材思想，其次是以典型案例来论证设计选材 相适性系统的普遍适用性和合理性。这一部分主要以。住”、“用”、“行”三个 不同领域为例，分析其不同的外在因素，导致不同的用材，但最终都是以实现 内在因素( 材料的适应性) 和外在因素的相适为目的。 第六章是对本文研究的成果进行总结，通过前面的分析，本课题研究的主 要成果有：得出设计选材活动是个复杂的系统、提出了设计选材的相适性系统、 探讨了设计中合理选用金属材料的方式、初步构建了设计选材相适性系统的评 价方法。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章设计选材相适性系统的提出 2 1 设计选材概述 2 1 1 设计中的材料因素 当人类用石头打制第一件工具时，设计诞生了。无论是神农因天之时、地 之利制耒耜，还是举世闻名的“四大发明”，乃至民间巨匠如鲁班、马钧、黄道 婆等为本行业发展做出的卓越贡献，都向我们昭示；人类任何创造都离不开设 计。 设计是人类的造物行为，是人为了实现意图的创造性活动。所谓造物，即 指人工性的物态化的劳动产品，是使用一定的材料，为一定的使用目的而制成 的物体和物品。8 任何人造物都是信息的载体，是特定时代、民族、地域的社会 观念及经济基础的体现，既有人们对材料、结构、加工工艺的理解( 自然科学 的信息凝聚) ，也有人们对生活方式、社会结构的反馈( 社会科学信息的记录) 。 诚如世界是由物质构成的一样，一切人造物都是一定材料所组成的。材料 是人类造物活动的基础，作为字宙大干物质世界中的一部分，材料的特性使其 能适用于制造工具、用品、建筑、装饰品等人造物。莫里斯科恩在为材料科 学与材料工程基础一书中所作的序言中写道：“我们周围到处都是材料，它们 不仅存在于我们的现实生活中，而且也扎根于我们的文化和思想领域。”即材料 既是造物的物质基础，又是人实现自己目的和理想的中介物、对象物。 石头、木材、金属、塑料等材料，是人类构筑、造型所必不可少的物质要 素，在设计造物的过程中，材料成为人类文化语言的一种符号。材料就如同其 他生产力要素一样是可变的、发展的，不仅仅是自然的存在或技术的产物，选 择材料、使用材料的过程也是设计造物的过程。 现今，材料科学对于人类的生存和发展依然是至关重要的，它作为现代文 明的三大支柱之一，在一定程度上影响着社会发展的方向。随着材料科学的发 展，各种新材料层出不穷，并且发生着日新月异的变化，这些都为人们造物活 李砚祖造物之美北京：中国人民大学出版社，2 0 0 3 年第二版p 2 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 动创造了更加广阔的天地。作为一名设计师，了解材料并合理的使用材料将成 为其设计过程中一个极其重要的环节，对材料的熟练掌握也是一位合格设计师 应具备的职业素质之一。 2 1 2 设计与材料的辩证统一关系 在人类的造物历史中，设计与材料始终是密切联系在一起的，它们在相互 制约和相互促进中相伴相随。 一、设计与材料相互制约 设计是人类所特有的一种造物活动，是指人们在生产中有计划、有意识地 运用工具和手段，将材料加工塑造成可视的或可触及的具有一定形状的实体， 使之成为具有使用价值或具有商品性的物质。7 人类制作任何产品都需要利用材 料，做木器家具离不开木材，盖房子离不开砖瓦、钢筋、水泥或玻璃。因此， 设计最终的实现离不开材料，这些材料既有来自于人工的，如塑料、钢铁、橡 胶等，也有自于天然的，如石材、木材、竹藤等。但在一定时期内，设计与材 料是相辅相成的关系。不同的设计形态需要与之相适应的材料来完成。例如： 小跨度的建筑可以使用木材或者石材来完成，而大跨度的建筑需要采用钢材或 复合材料才能完成；要求透光的需要透明材料来完成；必须保温的需要隔热材 料来完成由此看来，确定设计形态的同时也就等于确定了材料的种类，换 言之，也就是设计对材料具有支配作用。 材料对设计也存在着制约作用。由于材料在性能、规格等方面的特定要求， 因而在造型过程中就不得不考虑这些因素的影响。如钢材的热膨胀系数较大， 那么在造型过程中，就必须考虑其因温度变化而产生的体积变化。 可见，设计既决定着材料使用方式又受到材料的制约。 二、设计与材料相互促进 在石器时代，人类只能应用石头制作简单粗糙的工具，当掌握了烧陶、冶 炼技术后，造物活动就更加活跃，物的种类也渐渐丰富起来。这一历程反映了 设计与材料之间存在互相促进、互为因果的关系。材料科技的发展提高促进了 造物活动的发展，造物活动中新需求也促进了材料技术的发展。 首先，材料的发展，尤其是新材料的出现常常会给设计带来突破性的发展。 7 张锡设计材料与加工工艺北京：化学工业出版社，2 0 0 4 p i 7 武汉理工大学硕士学位论文 如巴黎埃菲尔铁塔的设计，在经历了工业革命后，人们对钢铁材料的性质有了 新的认识，尤其是其高强度的特性。与此同时，钢铁工业也进入了大规模工业 化生产时期，使它既来源充足又价格合理。设计师在这种背景下，设计出了举 世震惊的大型全钢铁建筑埃菲尔铁塔，这一至今仍是巴黎地标性的建筑。 其次，新的设计趋势的出现后，发现现有材料不能满足需要，这将促进新 材料、新工艺的出现。设计师总是以特定的材料、造型和结构等要素构成的产 品来满足特定的目的和需求，当目前的工艺技术不能确保某种造型和结构能够 被生产出来的时候，设计师可能会修改设计适应目前的工艺水平，也可能提出 改进工艺的要求。如设计师和用户对用黄金装饰产品表面有着长期的喜好，这 是因为黄金的化学稳定性好、不会生锈且其独特象征意义满足了人们的精神需 求。而黄金的珍贵使它难以被大量应用，在这样的设计趋势推动下，材料研究 人员发明了仿金装饰镀技术。这满足了新的设计趋势的需要。 综上所述，材料的发展使设计造物活动更加自由，由用户新需求导致的新 设计也往往促进了材料的发展。 2 1 3 设计与选材 在石器时代，人造物的目的是为了追求最基本的生存。如今，设计已实现 了从设计“物”向设计“事”的飞跃，即以“事”作为思考和研究的起点，从 生活中观察、发现问题，进而分析、归纳、判断事物的本质，以提出系统解决 问题的概念、方法及组织和管理机制的方案。8 在设计的外部环境越来越复杂， 实现设计的物质材料日益丰富的今天，在注重材料感性体验将成为新的设计用 材思考方向的今天，创造适合人们需要的产品，必将是功能、形态和材料三要 素的和谐统一。 在产品设计中，材料是构成产品，且不依赖人的意识而客观存在的物质基 础，产品功能造型的实现都是建立在材料和工艺的基础上。在众多的造型材料 中，各种材料都有其自身的材料特性，并因加工性能和装饰处理各异而体现出 不同的材质美，从而影响着产品设计。因此，产品造型设计的过程实质是对材 料的理解和认识的过程，是“造物”与“创新”的过程，是应用的过程。”人类 柳冠中事理学论纲长沙：中南大学出版社，2 0 0 6 p 8 2 江湘芸设计材料及加工工艺北京：北京理工大学出版社，2 0 0 3 p 3 ”江湘芸设计材料及加工工艺北京：北京理工大学出版社，2 0 0 3 p 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 在经历几千年用材积累后，尤其是近现代新材料、新技术的大量涌现，造物可 用的材料种类越来越多。此外，虽然材料和结构之间存在着比较确定的关系， 而结构与功能之间却是一种不确定的关系，从而材料与功能之间也具有不确定 关系。也就是说，为了实现同一功能，我们可以使用多种材料，而每一种材料 都可以形成合理结构而完成所要达到的功能，从而产生相应的造型形式。例如： 木制椅子和钢管结构椅子，虽然它们的材料、结构和造型都不同，但它们却实 现着相同的功能。而使用环境、使用地点、用户的不同也会产生不同的用材。 因此，设计师在产品设计中就面临如何选择合适的材料的难题即选材问题。 所谓选材，是指在众多材料中，寻找既能满足结构上的要求，又能降低产 品总成本获得最大经济利益，同时还能符合使用环境条件和环保与资源供应情 况的材料。“与产品设计的其它方面相比，材料的选择是最基本的，它是产品功 能、审美价值的物质载体。因此，合理的选材有利于设计目标的实现。 2 1 4 设计选材的复杂性 设计是人主观能动性的体现，是人有意识、有目的、有选择的活动，它也 就蕴涵了“用什么材料”来造物和“怎么用”的问题，这就是设计选材活动的 本质，它随设计的产生而诞生。设计选材虽有其独立性，但同时又从属于产品 设计活动。诚如赫伯特西蒙所说的任何人工物欲达到目的或适应目标，则涉 及以下三者之间的相互关系：目的或目标；人工物的性质；人工物的工作环境。 1 7 产品作为人工物，它必然要受到决定它产生的外在因素( 社会因素、经济因素、 技术因素和用户等) 和内在因素( 产品的造型、色彩、结构等) 的规范。而外 在因素的不确定性导致产品设计的复杂化，设计选材作为设计活动的一部份， 必然也随设计的复杂化而更加不确定，这是它从属于设计活动的特性决定的。 这主要体现在设计选材一直与材料技术、社会风气、流行趋势、经济水平等紧 密关联并随着社会生活方式的多样化而呈现逐渐复杂的趋势。设计选材的独立 性则体现在设计师打破传统用材，发挥其主观能动性而进行的创造性选材行为 上。 从人类整个造物选材的历程来看，设计选材的独立性和从属性往往是相伴 相随的，而不是截然分离的。在人类社会的早期，由于社会生产力水平低下和 “杨瑞成，邓文怀，冯辉霞工程设计中的材料选择与戍用北京：化工工业出版社，2 0 0 4 p 1 ”司马贺人工科学( ，武夷山译) 上海：上海科技教育出版社，2 0 0 4 年9 月p 5 9 武汉理工大学硕士学位论文 对材料认识的局限，人们的设计造物活动仅限于对自然材料的简单加工，设计 选材主要考虑满足生产生活的需要，如磨制石器、烧制陶器等等。随着社会生 产力的发展，阶级和国家出现了，人们的社会生活方式越来越复杂，造物活动 也越来越丰富多彩，设计选材考虑的因素也更复杂。比如奴隶主为了证明天赋 神权及其统治的合理性，选用硬度高、易铸造、耐腐蚀的青铜来制作表面铸有 巫教符号的“饕餮纹”或奴隶主阶级武功圣绩的器皿，其设计选材主要考虑的 不再是满足生产生活的需要，而是满足统治阶级肯定自身、统治社会“协上下”、 “承天休”的需要。后来，冶铁技术出现并逐渐成熟，铁器比石器、青铜器更 锋利、更坚硬，因此被广泛地用来制造兵器、手工具和农具。到了明代，家具 设计往往选用黄花梨、紫檀等优质硬木为材料，这与当时社会与经济发展有重 大关系。明代和清代中期是中国封建社会发展的顶峰时期，出现了资本主义萌 芽，商业高度发达。明初郑和先后七次下南洋，打开了中国与东南亚及非洲的 海上贸易通道，从非洲和东南亚地区输入大量制作家具所需的高档木材热 带硬木( 包括黄花梨、紫檀等) 。清代中期家具设计中常常采用镶嵌的工艺，镶 嵌的材料包括木、牙、螺甸、琥珀、玛瑙、玉石等等，这与清代统治者从游牧 民族到一统天下，追求华丽和富贵的世俗作风是分不开的。 正是设计选材所具有的双重特性从属性和独立性，使它成为了一门复 杂的系统工程。一方面，由于设计随社会生活方式的改变而变化，使选材也随 之改变；另一方面，随着材料品种的多样化，以及材料与功能、造型之间的不 确定性。使设计师在设计目标确定的前提下，选材的自由度增大了 2 2 设计选材的相适性系统 2 2 1 对“适”的理解 现代汉语字典辞海中对“适”分为动词和形容词两种词性进行解释。 作为动词，“适”是“切合，相合”的意思；作为形容词，是指“正巧，恰好” 的意思。”而“适”与设计的关系可谓源远流长，它早已成为设计活动的评价标 准。 在我国传统的造物活动中，对创造物( 包括衣、住、行) 的合理性就以“适” ”盛平辞海北京；文艺出版社1 9 9 2 p 2 8 2 3 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 作为衡量标准。在先秦诸子强调造物“以用为本”的思想指导下，“适用”成 为我国传统造物活动中应遵循的首要原则且成为评价标准。从墨子的。为衣服 之法适身体，和肌肤而足矣，非荣耳而观愚民也”，到王安石的“诚使适用， 亦不必巧且华，要之以适用为本，以刻镂绘画为容而已。不适用，非以为器也。” 强调的都是物以实用为本，不应华而不实。后来“适”的含义又衍生出“适合” 的意思，如北齐刘昼所说的“物有美恶，施用有宜裘蓑虽异，被服实同， 美恶虽殊，适用则均”指的就是物虽有美丑，但各有其用，只要使用得当，则 “适合”。在清代曹庭栋的老老恒言中也有“老年人着衣戴帽，适体而已， 非为容貌”之说。这的适体是指衣服和帽要以适合给老人保持体温，使其不受 风寒的伤害为目的，如衣帽不能遮体避寒，则不“适合”。由此可知，“适”在 我国造物思想具有特殊的内涵，它既是造物活动追求的目标又是衡量其是否合 理的标准。 如今，“适”更以其丰富的内涵，在“适用、适合”的基础上，衍生出“适 应、适度、适当”，这都已成为日益复杂的设计活动的限定和规范。 2 2 2 相适性系统 设计选材是伴随着造物活动诞生之时而产生的一种人为活动。在石器时代， 人们用石材作为使用工具的材料，而不是木材或其它天然材料，是受多方面因 素( 如对自然的认识、制作技术等) 决定的，选用石材是人们在特定背景下做 出相对适合的选择。随着社会的不断进步，人类驾驭材料的能力不断增强，在 设计中选材的主动性也日益凸现了人类运用材料的智慧。在材料日新月异的今 天，设计选材成为了一项无终极目标( 从纵向看) 的活动，同时又是一个不断 使材料与设计活动的最终目的( 决定设计的外部环境) 相适的系统。 所谓“相适性系统”是指在遵循客观规律的前提下，充分发挥人的主观能 动性，从人的目的、意图、用途并与外部环境相适的角度讨论系统或事物该怎 样的问题。它不同于达尔文进化论中所描述的生物是通过缓慢的进化最终达到 与生存环境适应，而是强调人的主动性，即是人为了达到某种目的，在对外部 环境进行分析后，对现有资源进行选择重构，使新的系统能够达到相适( 包括 系统内相关因素的相适和内部系统与外部系统的相适) 。因此，“相适性系统” 也可以说是“人为系统”。设计选材的相适性系统也是以目的为导向，它不同于 自然科学，自然学科研究的是自然物体和自然现象应该是怎么样的问题，探讨 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 是事物的必然性、有什么样的运动规律和变化趋势及其之间的相互作用这一没 有目的论色彩的客观认知过程。也即是设计选材是以达到一定目的为目标，通 过一定的方式组织相关因素来达到与客观条件和内部关系相适的人为相适性系 统，是一个带有创造性目的论的活动。 2 2 3 设计选材的相适性系统 设计选材是伴随着造物活动的出现而诞生的人类主观能动性活动。其产生 和发展经历了由简单( 从单一的使用石材) 到复杂的( 可供选择的材料极其丰 富) 过程。该活动同时又具有文化的特征，其变化反映着每个时代的物质生产 和科学技术水平，也体现了一定社会意识形态的状况，并与社会的政治、经济、 文化艺术等方面密切相关。如在人类造物用材活动中，从使用石材、木材等天 然材料过渡到烧制陶罐，反映了人类对自然认识的加深，知道通过烧制以改变 土的性质( 为后来的炼铜炼铁打下了基础) 来制造用品，而该造物用材方式的 改进，也改变了其原有的储物方式，可见，造物用材的不同，会对人类生活的 方方面面产生影响。设计师在选材时，不仅仅是为产品本身( 实现它的功能) ， 还要考虑产品在生产过程中的成本控制。如选用的材料是否能够与产品的形态 相适( 加工是否容易) ，后期的加工是否简便。选用的材料与产品所处的外部环 境( 消费者的使用环境和个人审美趋势) 是否协调等等。在这个过程中，设计 师的选材行为也就不知不觉或有意识的影响了人的生活方式，同时又通过用户 的反馈来不断完善自身的选材行为。因此，设计选材是一门复杂的系统工程。 系统“是人类为对复杂事物进行认识和观察的一种思维方法，它更有利于我 们对事物之间、学科之间的有机关系进行再认识，所以设计选材这样一个涉及 到多方面因素的行为活动，需要用系统论来研究、探索如何在复杂的内