（设计艺术学专业论文）家电产品设计及其材料工艺研究.pdf

摘要 随着计算机技术和计算机图形学的不断发展，家电产品设计已经到了实体设 计和虚拟设计相结合的阶段。本文以材料工艺学为切入点，对实体设计和虚拟 设计进行研究。再将这个切入点放大，从感性科学、物理学、化学、经济学、 人机交互学等角度研究材料的相关属性以及相关属性在家电产品设计中的运用 规律；利用归纳分析法对工艺可能提供的成型效果、表面处理效果，进行分析 并总结出工艺的成型、表面处理效果的基本规律。结合实例研究探索家电产品 设计从材料工艺进行创新的方法和途径。 对于虚拟设计，同样以材料工艺学为切入点，研究虚拟设计所包括的虚拟 材质以及虚拟成型技术。基于视觉质感的理论基础，从材质的物理视觉特性入 手研究虚拟材质的表达思路与方法，并结合实例论证虚拟材质表达思路与方法 的正确性。虚拟成型技术，是成型工艺的数字化形式，它的核心就是数字化造 型。基于实际工作经验和数字化造型理论的掌握，来分析虚拟成型技术的特征 与方法。本文的基本架构分为四大部分： 第一部分为本文的第一章和第二章。引言简要说明了选题的背景，以及本 课题要解决的问题。以图表分析法，剖析设计、材料与工艺三者的辩证关系以 及虚拟设计、虚拟材质、虚拟成型之间的辩证关系。 第二部分为第三章、第四章、第五章、第六章。主要研究对象是实体设计， 从感性科学、人机交互学、物理学、化学、经济学等角度来分析材料的特性，并 对材料特性的运用规律进行研究。工艺按照设计外观属性进行划分为成型工艺和 表面处理工艺，并对各种工艺的加工效果进行总结。并结合未来家电产品设计趋 势分析材质的感觉特性、物理学特性、经济学特性等的设计运用。与实体设计相 对，虚拟设计的发展越来越迅速，虚拟设计技术的使用大大地提高了产品研发的 效率。这部分对材料的虚拟表达思维进行和虚拟成型技术进行了研究。 第三部分为第七章。在实例研究中，以电饭煲为实例，对电饭煲所用材料、 工艺的合理性进行评价。 第四部分为本文的第八章。这一章总结了研究成果，并提出了研究的局限 性及本课题未来的发展方向。 关键词：家电产品材料工艺虚拟设计虚拟成型 a b s t r a c t a st l l ec o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rg r a p h i c sd e v e l o p i n gf a s ta n df a s t ， h o u s e h o l de l e c t r i c a la p p l i a n c e s d e s i g nh a sg o i n gt ot h ea g eo fe n t i t yd e s i g na n d v i r t u a ld e s i g n t h i sp a p e ru s et h ep e r s p e c t i v eo ft h es c i e n c eo fm a t e r i a la n dt e c h n i q u e ， t h eo b j e c t i v ei se n t i t yd e s i g na n dv i r t u a ld e s i g n t h eo b j e c t i v ei sa l s oi n c l u d eo f m a t e r i a l p r o p e r t yr e l a t e dt ot h es c i e n c eo fp e r c e p t u a l ，p h y s i c s ，c h e m i c a l ，e c o n o m i c s ， h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o ne t c u s et h em e t h o do fi n d u c t i v ea n a l y s i st oa n a l y s i s t h em o l d i n gp r o c e s sr e s u l t s ，t h ee f f e c to fs u r f a c et r e a t m e n tm a yp r o v i d e a n da l s o s u m m e du pt h e b a s i cl a wo fm o l d i n gp r o c e s sa n dt h ee f f e c to fs u r f a c et r e a t m e n t c o m b i n i n go fc a s es t u d i e s ，e x p l o r et h ei n n o v a t i v em e t h o d sa n dm e a n s o fh o u s e h o l d e l e c t r i c a la p p l i a n c e sd e s i g nf r o mt h em a t e r i a la n dt e c h n i q u e t h ev i r t u a ld e s i g n a l s ou s et h es c i e n c eo fm a t e r i a la n dt e c h n i q u ea st h e b r e a k t h r o u g hp o i n t ，i n c l u d i n g v i r t u a lm a t e r i a l sa n dv i r t u a l p r o t o t y p i n g t e c h n o l o g y b a s e do nt h et h e o r yo fv i s u a lt e x t u r e ，f r o mt h em a t e r i a l p h y s i c a lv i s u a l c h a r a c t e r i s t i c st os t u d yo ft h em e t h o d sa n di d e a so fh o w t oe x p r e s sv i r t u a lm a t e r i a l s ， c o m b i n i n ge x a m p l e st od e m o n s t r a t i o nt h em e t h o d sa n di d e a so fh o wt oe x p r e s s v i r t u a lm a t e r i a l s v i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y , i st h ed i g i t a l f o r mo ff o r m i n g p r o c e s s ，i t sc o r ei st h ed i g i t a lf o r m i n g b a s eo n t h ea c t u a lw o r k i n ge x p e r i e n c ea n dt h e t h e o r yo fd i g i t a lf o r m i n g ，t oa n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dm e t h o d so fv i r t u a l p r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y t h ep a p e r c o n s i s t so ff o u rp a r t s ： t h ep a p e r sf i r s tp a r ti si n c l u d e + o fc h a p t e ro n ea n dc h a p t e rt w o c h a p t e ro n e e x p l a i n st h eb a c k g r o u n do ft h et i t l ec h o o s i n g ，a n dt h ep r o b l e m st ob er e s e a r c h e d b y u s i n gt h em e t h o do fc h a r ta n a l y s i s ，c h a p t e rt w oa n a l y z e st h ed i a l e c t i c a lr e l a t i o n s h i p b e t w e e nd e s i g n ，m a t e r i a la n dt e c h n i q u ea n dt h ed i a l e c t i c a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e n v i r t u a ld e s i g n ，v i r t u a lm a t e r i a la n dv i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y t h ep a p e r ss e c o n dp a r ti si n c l u d eo fc h a p t e rt h r e e ，f o u r , f i v e ，a n dc h a p t e rs i x i i l p a r tt w o ，t h em a i nr e s e a r c ho b j e c t i v ei se n t i t yd e s i g n t h em a i nr e s e a r c ho b j e c t i st h e e n t i t yd e s i g n ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h es c i e n c eo fp e r c e p t u a l ，p h y s i c s ，c h e m i c a l ， e c o n o m i c s ，h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n e r et oa n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so f i i m a t e r i a l ，a n dt h eb a s i cl a wo fh o wt ou s em a t e r i a l a c c o r d i n gt ot h ea t t r i b u t e so f a p p e a r a n c e ，t e c h n i q u ei sd i v i d e di n t of o r m i n gt e c h n i q u ea n ds u r f a c et r e a t m e n t t e c h n i q u e ，a n ds u m m e du pt h ee f f e c to fa l lk i n d so ft e c h n i q u e c o m b i n i n g 、析t l lt h e f u t u r et r e n do fh o u s e h o l de l e c t r i c a la p p l i a n c e s d e s i g n , e x p l a i n sh o wt o u s et h e s e n s o r yp r o p e r t i e s ，p h y s i c sp r o p e r t i e s ，e c o n o m i c sp r o p e r t i e so fm a t e r i a l s a st h e c o u n t e r p a r to fe n t i t yd e s i g n ，t h ev i r t u a ld e s i g ni sg l o w i n gf a s ta n df a s t b yu s i n gt h e t e c h n o l o g yo fv i r t u a ld e s i g n ，t h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c td e s i g nh a sb e e ni m p r o v e d p a r t t h r e e sr e s e a r c ho b j e c ti si n c l u d et w of a c t o r s ，t h et h i n k i n go fv i r t u a lm a t e r i a l e x p r e s s i o na n dt h et e c h n o l o g yo fv i r t u a lf o r m i n g t h ep a p e r st h i r dp a r ti si n c l u d eo fc h a p t e rs e v e n i nt h ec a s es t u d i e s ，u s i n ga r i c ec o o k e rf o re x a m p l e ，e v a l u a t et h er e a s o n a b l e n e s so fh o wt ou s i n gm a t e r i a l sa n d t e c h n i q u e t h e p a p e r sf o u r t hp a r ti si n c l u d eo fc h a p t e re i g h t t h i sc h a p t e rs u m m a r i z e st h e r e s e a r c hr e s u l t s ，a n dp o i n to u tt h el i m i t a t i o n so ft h es t u d ya n dt h ef u t u r ed i r e c t i o no f t h es t u d y k e yw o r d s ：h o u s e h o l de l e c t r i c a la p p l i a n c e s ，m a t e r i a l ，t e c h n i q u e ，v i r t u a ld e s i g n ， v i r t u a lf o r m i n g i i i 独创性声明 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得的研 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：尬蔓五日期：2 星! 堇 学位论文使用授权书 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 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 研究的背景 第1 章引言 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、时间、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 随着时代的发展，人们对家电产品的要求也越来越高，对家电产品而言， 它不仅要具有功能性，还必需具备一定的审美性、艺术性。因而现今的家电产 品设计的实体表现形式就是现实具体的具备功能性、审美性的某一家电产品。 这是设计狭义具体的理解，意味着设计就是现实存在的物质，即现实具体的家 电产品。那么材料就是构成设计的物质基础。设计通过材料体现，经过加工处 理后的材料是设计的具体表现形式。由此可见，工艺是设计的实现手段和实现 途径。三者关系如图1 1 。 设计 工艺+ 面五丙r 材料 图1 1 设计、材料、工艺关系图 随着计算机技术和计算机图形学的发展，设计已经完全可以虚拟化了。计 算机成了连接实体设计和虚拟设计的桥梁。设计在没有被实体化之前可以以数 据形式存储于计算机中。由于虚拟设计的存在，那么同样带来了虚拟材质、虚 拟工艺的存在。虚拟设计、虚拟材料和虚拟工艺安全模拟实体，因而与实体的 设计、材料和工艺保持着相当的统一性。三者关系见图1 2 1 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 武汉理工大学硕七学位论文 虚拟设计 虚拟工艺+ 丽i 菊r 虚拟材料 图1 - 2 虚拟设计、虚拟材料、虚拟工艺关系图 1 1 1 设计与材料 材料是设计可以实现的基础和支撑，如果没有材料，设计只能是一个创意、 一个想法，无法成为现实的设计。因为家电产品设计必需要实现出来，才能提 高人们的生活水平并为企业带来经济效益，这就是设计的重要属性一一实现性。 没有材料设计便无法实现，设计只能是供人欣赏的艺术了，不能发挥它的经济 价值、社会价值、文化价值。 迈尔新百科全书对材料的定义：“材料是由原料中取得的，为生产半成 品、工件、部件和成品的初始材料，如金属、石材、木材、皮革、塑料、纸、 天然纤维和化学纤维等”。可见材料与人的设计行为是分不开的。材料的每一次 革新都会有力地提升设计水平。我们用材料名来命名原始时代和史前时代，石 器时代、铜器时代、铁器时代，以及现今有关专家把现时代命名为合成材料时 代，把未来时代称为智敏材料时代，可见材料的进步对设计的推动作用。 反过来，人的设计行为又推动着材料的进步。正式由于新材料对人的设计 思维的启迪，促使着设计对材料有进一步的要求，从而促进材料的进一步发展。 设计的重要原则之一就正确的掌握材料，赋予材料以生命，材料对设计师 而言就如同文学家手中的笔，设计师用材料塑造着人造物的历史，而不少失败 的设计，最突出的错误正是由于对材料的误解与生疏而造成。设计师对材料的 掌握不是去发现新材料；也不是去计算材料的寿命与强度，更不是研究材料的 成分构成，而是以了解材料成型后的材性及应用性能，掌握材料可能提供的形 态变化，分析并总结出形态成型、色彩运用的基本规律，了解并运用各种不同 的形态成型为设计服务对材料研究成来说是一个需迫切解决的课题。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 2 设计与工艺 工艺是利用各种生产设备、生产工具，对各种材料、半成品进行加工处理， 使之最后成为符合技术要求的产品的艺术( 程序、方法、技术) ，它是人类在生 产中不断积累起来的，并经过总结的操作经验和技术能力。 可见，好的设计需要工艺支持才能实现。所以设计与工艺是不可分割的统 一体。好的设计需要考虑加工的可行性、经济性，用最合理、最低成本来实现 设计，获得最大效益。 设计师对工艺的掌握不是去了解具体的工艺参数、工艺路线和工艺内容， 而应该掌握各种工艺的造型能力、赋予材料表面质感、色彩的能力。 1 1 3 材料与工艺 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。2 这说明了材料在设计中的重要作用。 家电产品设计具有使用功能和审美双重属性，其中审美功能显示出越来越 重要的作用，是产品的高品质性能的外在体现。而产品材料与生产工艺是决定 产品外观美和内在功能的重要因素。 工艺是改造材料并实现产品造型的技术手段。材料通过工艺过程成为具有一定 形态、结构、尺寸和表面特征的产品，将设计方案转变成具有使用价值和审美 价值的实体。 材料与工艺是设计的物质技术条件，是产品设计的前提，它与产品的功能、 形态构成了产品设计的三大要素，而产品的功能和造型的实现都建立在材料和 工艺上。 在诸多的造型材料中，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，从而影响着产品造型设计。任何一种产 品造型设计只有与选用材料的性能特点及其工艺特性相一致，才能实现设计的 目标和要求。 2 柳冠中事理学论纲长沙：中南大学出版社，2 0 0 6 。p 6 8 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 研究的对象 研究的对象包括家电产品材料的感性特征、工艺的成型能力与表面处理效 果、材料与工艺与设计的关联性、材料的虚拟表达、虚拟成型工艺研究、家电 产品实例分析。 电产品有三种分类方法。第一种按功能来分，如表1 - 1 所示。 表1 - 1 家电产品按功能分类 功能举例 鼹房用具 空气调节器 洁净器具 日常用具 电动工具 其它用具 微波炉、电烤炉、电磁炉、煎锅、搅拌机、榨汁机、液体加热器 空调、新风机、电暖气、湿度调节器 洗衣机、干衣机、吸尘器、蒸汽织物清洁器等 剃须刀、理发剪、电熨斗、按摩器、充电器、电风扇 电锯、电钻 鱼缸、池塘电子用具 第二种按造型和颜色分，如表1 - 2 所示。 表1 - 2 家电产品按造型、颜色分类 形状、颜色举例 黑家电 白家电 小家电 音频、视频产品，d v d ，c d ，电视接收机，i t 产品，数码产品，通信产品等： 电动工具：电动电子玩具：医疗电气设备等。 空调、冰箱、电扇、洗衣机等 微波炉、电饭煲、电风扇、饮水机以及电熨斗等 第三种按产品与消费者直接的关系分，目前市场上小家电产品可以分成厨 房小家电、家居小家电和个人生活用品小家电三部分。而按照产品的行业发展 成熟度，可以把小家电分成发展比较成熟的小家电，比如微波炉、抽油烟机、 电饭煲、电风扇、饮水机以及电熨斗等：处于行业成长期的小家电，比如消毒 柜、吸尘器、电动剃须刀等；处于行业导入期的小家电，比如榨汁机、净水设 备、除湿机力口湿机、洗碗机、洗手机等等。 4 武汉理丁大学硕士学位论文 1 3 研究的方法 与设计相关联的因素很多，例如，市场因素、科技因素、企业战略因素、经济 形式、国际政治形式、地域文化等等。本文紧扣材料与工艺，从感性学科、人机交 互等角度、提取设计的五个要素进行研究，这个五个要素包括造型、色彩、质感、 声音与光。从材料的物理性能、化学性能、感觉性能来研究材料的基本属性。从材 料工艺的特点发散开来，研究材料工艺的相关属性在设计中的运用。 分析归纳法：围绕着材料在设计中的作用，通过各种易于理解的实例来材 料的感觉属性以及基于感觉属性的生理感觉、心理感觉在设计中的作用。分析 包括逻辑上的推理，归纳包括对一些原理的提炼总结。 图表法：有很多抽象的概念和事物之间的关系仅凭语言是难以表达清楚的， 而图表正好能够弥补这一缺点。 观察法：为了逼真的模拟真实材料的质感，除了掌握材质虚拟表达的基础 理论，还要善于观察材质在现实世界中的实际视觉效果。细心的观察是提高材 质虚拟表达的基础。 1 4 论文的框架 本文共分四个部分。第一部分简要说明了选题的背景，以及本课题要解决 的问题。以图表分析法，剖析设计、材料与工艺三者的辩证关系以及虚拟设计、 虚拟材质、虚拟成型之间的辩证关系。 第二部分主要研究对象是实体设计，虚拟设计。从感性科学、人机交互学、 物理学、化学、经济学等角度来分析材料的特性，并对材料特性的运用规律进 行研究。工艺按照设计外观属性进行划分为成型工艺和表面处理工艺，并对各 种工艺的加工效果进行总结。并结合未来家电产品设计趋势分析材质的感觉特 性、物理学特性、经济学特性等的设计运用。与实体设计相对，虚拟设计的发 展越来越迅速，虚拟设计技术的使用大大地提高了产品研发的效率。这部分对 材料的虚拟表达思维进行和虚拟成型技术进行了研究。 第三部分为实例研究中，以电饭煲为实例，对电饭煲所用材料、工艺的合 理性进行评价。 第四部分结论，这一章总结了研究成果，并提出了研究的局限性及本课题 未来的发展方向。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章家电产品材料研究 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。3 在产品造型设计中，材料是用以构成产品造型，且不依赖于人 的意识而客观存在的物质，无论是传统材料还是现代材料、天然材料还是人工 材料、单一材料还是复合材料、均是工业造型设计的物质基础。 2 1 材料的特性 产品外观包括造型、色彩、质感三种主要属性。这三中属性分别与人的视 觉、听觉、触觉相关联。人对材料的敏感性，人对事物的联想似的美感往往通 过材料表现出来。4 所以从外观属性的角度出发可将材料特性分为两方面：一是 非感觉特性，即材料的物理特性、加工特性、经济特性和化学特性，如力学性 能、热性能、电磁性能、防腐性能等；二是感觉特性。 图2 1 材质特性关系图 人的感觉可以分两个层次，第一层次是人的外部感觉，包括视觉、听觉、 触觉、嗅觉和味觉。那么材料感觉特性，包括视觉特性、听觉特性、触觉特性 3 李砚祖造物之美北京：中国人民大学 b 版社，2 0 0 3 年第二版p 2 1 4 袁维忠材料实验南京：江苏美术出版社，2 0 0 4 年1 2 月p 2 8 6 武汉理工大学硕士学位论文 和嗅觉特性和味觉特性。一般家电产品的无毒无味，也不可以食用，所以材料 感觉特性主要是视觉特性、听觉特性和触觉特性。第二层次是人的生理和心理 感觉，它是建立在外部感觉的基础之上的。那么人对材料的生理和心理活动， 都是建立在外部感觉对材料的综合印象。 表2 - 1 不同材料的生理与心理感觉特性 材料感觉特性 木材自然、协调、亲切、古典、手工、温暖、粗糙、感性 金属人造、坚硬、光滑、理性、拘谨、现代、科技、冷漠、凉爽、笨重 设计师研究材料的切入点应当是材料的感觉特性，而不是材料的固有特性。 材料是设计的物质基础和表现形式，那么材料是如何来体现设计的，是我们要 继续追问的问题。这个问题应该从材料的本身属性入手。材料是物质，那么材 料就有物质的属性，物质是可以被人的感觉所感知的，通过视觉、触觉、嗅觉 和听觉等。从视觉的角度理解，材料应该具有可视的特性，应该包括造型、色 彩、质感，即材料的造型、色彩、质感；从触觉的角度理解，材料应该有触觉 的特性，就是质感和造型；从嗅觉的角度理解，材料应该有嗅觉的特性，就是 味，气味。家电产品的材料基本上是不能用来当作食物食用，所以不对味觉进 行研究。此外，还有听觉，从听觉的角度理解，材料应该有的特性就是音，敲 击材质可以发出各种各样的声音。材质的感觉属性如图2 2 。 7 武汉理工大学硕士学位论文 f 材料、 【 _ l-_i ，r1 嗅觉特性： ( 听觉特性： 视觉特性7 触觉特性 lj li i l 型色质光f质型 、 f味 f 立 1 日 lj l j 图2 - 2 材料感觉特性分析 综上所述，从工业设计角度可以得出研究材料的切入点应该是材料的感觉 特性，它包括了与视觉、触觉、嗅觉、听觉相关联的五个要素：造型、色彩、 质感、声音、光。 。 2 2 材料的分类 在工业设计范畴内，材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而客观存在 的所有物质。因此，设计材料所涉及的范围十分广泛，从气态、液态到固态， 从单质到化合物，无论是传统材料还是现代材料，天然材料还是人工材料，单 一材料还是复合材料，均是设计的物质基础。可以从以下几个角度对材料进行 分类。 1 按材料来源分类 第一代的天然材料不改变在自然界中所保持的状态，或只施加低度加 工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。 第二代的加工材料利用天然材料经不同程度的加工而得到的材料，加 工程度从低到高，有人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。 第三代的合成材料利用化学合成方法将石油、天然气和煤等原料制造 而得到的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等。 第四代的复合材料用有机、无机金属乃至金属等各种原材料复合而成 的材料。 8 武汉理工大学硕士学位论文 第五代的智能材料或应变材料随环境条件的变化具有应变能力，拥有 潜在功能的高级形式的复合材料。 2 按材料的物质结构分类 1 ) 金属材料黑色金属( 铸铁、碳钢、合金钢等) 、有色金属( 铜、铝 及合金等) 2 ) 无机材料石材、陶瓷、玻璃、石膏等 3 ) 有机材料一木材、皮革、塑料、橡胶等 4 ) 复合材料玻璃钢、碳纤维复合材料 3 按材料的形态分类 1 ) 线状材料 常用的有钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、木条、竹条、藤 条等。 2 ) 板状材料 常用的有金属板、木板、塑料板、合成板、金属网板、皮革、纺织布、玻 璃板、纸板等。 3 ) 块状材料 常用的有木材、石材、泡沫塑料、混凝土、铸钢、铸铁、铸铝、油泥、石 膏等。 2 3 材料的选择 设计是一种复杂的行为，材料的选择是最基本的。设计师在选择材料的时候， 除必须考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料与人、环境的有机联系。总 的来说，设计材料的选择应遵循以下原则： ( 1 ) 材料的外观：考虑材料的感觉特性。根据产品的造型特点、民族风格、 时代特征及区域特征，选择不同质感、不同风格的材料。 ( 2 ) 材料的固有特性：材料的固有特性满足产品功能、使用环境、作业条 件和环境保护的需要。 ( 3 ) 材料的工艺性：材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工 艺、加工工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应。 ( 4 ) 材料的生产成本及环境因素：在满足设计要求的基础上，尽量降低成 9 武汉理工大学硕士学位论文 本，优先选用资源丰富、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。 ( 5 ) 材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔的前提，满足产品 设计的要求。 、 1 材料选择的一般原则 供应来源广泛性 选用材料既要考虑有广泛的供应来源，同时又要考虑材料能够供应的批量， 因为材料供应批量，直接影响产品的生产成本。 生产加工的廉价性 选用材料要便于生产加工，同时费用要低，而且最好是选用可二次再生利 用的材料。 安全可靠性 材料要有足够的强度和坚硬度，在所使用的温度、湿度等范围内尺寸稳定， 在服役周期内安全可靠。 良好的环保性 选用材料要求对环境不产生有害的影响，同时，要有可降解性，便于废弃处 理。 2 ) 材料选择的技术经济准则 材料的选择在一般原则的指导下，还必须从材料的使用性能、工艺性能及 使用材料的经济性来考虑。 使用性能选材准则 产品设计过程中，应根据其构件应有的功能、预计的行为以及构性的工作 环境，明确规定对材料性能的要求，并把对材料的一些定性要求，进一步确定 出具体的力学性能、物理性能和化学性能指标，使这些指标符合设计要求的技 术参数，保证在服役周期内不出现意外现象。如产品的表面涂饰，就要考虑环 境的因素。举例如下表。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 2 产品的用途与涂饰应考虑的条件 产品名称涂饰应考虑的条件 耐酒精性、耐油性、附着性透明度、耐湿性、退色性、音响效果 金属家具 防蚀性、耐热性、耐水性、附着性、耐污染性 电风扇、缝纫机 色彩的照明度、硬度、附着性 洗衣机防蚀性、耐碱性、耐水性、耐黄变性 电冰箱、冰藏柜、空调防蚀性、耐寒性、耐水性、硬度、耐黄变性 厨房用具防蚀性、耐热性、耐水性、耐油性 工艺性能选材准则 材料的工艺性能，是材料被加工成成品构件形状的能力的尺寸，就金属材 料来说，根据特定的制造加工方法，其工艺性的要求主要包括：可焊性、可铸性、 可压力加工性、可切削性和热处理性等。从机械工业生产类型来看，材料工艺性 能的好坏，在单件批量生产条件下，并不显得十分突出，而对大批量生产条件下， 达到经济规模要求等成为材料选择中起决定性作用的因素之一。 经济性选材准则 材料的经济性，不仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且要综合考 虑材料对产品整个寿命周期成本的影响，以使达到最佳技术经济效益，这 对材料的最终选择有决定性意义。 满足人类文明的需求是材料研制和开发的出发点和回归点，出发点和回归 点的重合是通过若干个中间环节实现的。材料的开发经理从基础研究到应用再 到实用的过程。 2 4 材料的分析 从工业设计与感觉结合的角度研究材料的造型、色彩、质感。主要对金属、 非金属、塑料进行总结分析。 2 4 1 金属 人类使用金属材料的历史已有几千年，1 8 世纪欧洲工业革命兴起的对金属 武汉理工大学硕士学位论文 材料的深入研究奠定金属材料在现代社会中不可替代的地位，这极大地促进了金 属工业的发展。随着冶炼技术与加工工艺的进步，金属材料的种类日益丰富，它 已进入到我们生活的各个角落，小到勺、刀、剪子等，大到机器设备、交通工具、 航空航天器等，都离不开金属，它是现代工业生产和人民生活的重要基础。 从造型上看，金属的造型能力很强。金属成型工艺有铸造工艺、冲裁工艺、 拉伸工艺、数控加工工艺以及普通机加工工艺等。各种成型工艺的都有其特点， 铸造工艺成型比较自由，可以将金属加工成相当复杂的造型；冲裁和拉伸工艺 的成型有一定的相似性，主要是针对金属片材施以加工，造型的轮廓可以任意 形状，中间可凹可凸也可中空；数控加工工艺主要是加工比较规则但又相对复 杂的回旋体；普通机加工车、铣、刨、磨，可以将金属工件加工成几何规整的 回旋体和将合属工件的某个面加工成非常规整的平面。 正如罗阿拉德说：“金属质地坚硬、外观富有光泽，而且具有反光特性， 是一种奇妙的材料。如果正确使用，它们不会变旧，而且即便是生了锈的金属 也仍旧具有独特的美。5 金属的色彩主要是有金属的固有特性所决定的。不锈钢 是银白色；铜有紫铜和黄铜，也就有紫色和黄色；铝也是银白色。经过表面处 理的金属，又可以获得更多丰富的色彩，例如，铝经过阳极氧化，可以有乳白 色、黑色；经过砂光工艺处理，各种金属都可以获得砂光纹理 金属质感的属性表现为十分坚硬，并且表面光泽度极高。 从金属材质的造型、色彩和质感组合来看，使人产生的生理与心理感受有 人造、坚硬、光滑、理性、拘谨、现代、科技、冷漠、凉爽、笨重等。 2 4 2 塑料 无机非金属材料主要以塑料为代表。塑料应为最为广泛。塑料品种繁多并 可进行各种改性，力学性能范围宽，优异的耐化学腐蚀性，隔热性能好，成型 加工性能良好。 塑料是指以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和 流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。常用塑 料分为热固性塑料和热塑性塑料两类。热固性塑料的特点是在受热或其他条件 作用下能固化成不溶性物料。热塑性塑料的特点是在特定的温度范围内能反复 ( 英) 克里斯莱夫特瑞欧美工业设计5 大材料顶尖创意一金属上海人民美术出版社，2 0 0 4 年7 月p8 1 2 武设理1 大学硕士学位论文 加热软化或冷却凝固。 表2 - 3 各种塑料属性表 塑料缩写成型 型色质举例 名称名称工艺 薄膜状 闼 挤出 管状 透明白软、光滑 成型 长条黑色 硬、光滑 圆柱 白色 聚氯 蜮 p v c 管状白色 硬、光滑 乙烯 注射 成型 。 自由型彩色软、光滑 压延 薄膜状彩色 软、光滑、 成型粗糙 压延 f = 曩 成型 薄膜状乳白色 软、光滑 n ，囊 聚乙烯 p e 注射自由型 成型管状 黑色硬、光滑 挤出长条 乳白色硬、光滑 _ 成型圆柱 聚阿稀 p p 压延 片状彩色软、光滑 孽瞪 成型 聚苯 芏射透明、黑、 隅 p s 自由型硬、光滑 乙烯成型彩色 丙烯腈一 丁二烯一注射 透明 a b s 自由型硬、光滑 苯乙烯成型 彩色 共聚物 武汉理工人学硕士学竹论文 聚甲基 注射 自由型 透明硬、光滑 豳 丙烯酸p 眦 成型块状 甲酯 压延 片状透明硬、光滑 圈成型 注射 自由型 彩色、黑 硬、光滑 秣 成型色 聚酰胺 彩色、黑 国 挤出 条状 软、光滑 成型色 聚碳酸酯注射 自由型 半透明、 团 成型白色、 硬、光滑 注射 s 聚甲醛自由型白色 硬，光滑 _ ) ；趔 成型 聚四氟挤出 管状 白色、黑 硬、光滑 挣 乙烯成型色 注射 酚醛塑料自由型黑色硬、光滑一 成型 塑料给人的生理和心理感受足轻巧、细腻、艳丽、优雅、理性等 2 4 3 非金属 在设计中用到的非金属材料包括木材、玻璃、皮革等。 术材玻璃皮革 芏l2 - 3 材料质缚 武汉理1 = 大学硕士学位论文 木材的成型能力相比金属和熟料能力相对较弱，木材成型的基本j 口- r _ 方法 包括锯切、铣削、刨削、钻削、磨削等。成型的特征主要是几何规整平整的造 型。 木材成型的高级工艺是实木弯曲技术。实木弯曲成型是一种无屑实木成型 加工工艺，它可以分成三个阶段：塑化( 软化) 、弯曲和定型( 在模型框架中干燥 冷却) 。可以加工稍微复杂的造型。 玻璃具有一系列的优良特性，质地坚硬、透明、气密性、不透性、装饰性、 化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能，而且能用吹、拉、压、铸、槽沉等 多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品。玻璃作为现代设计中一大媒 介材料，已经成为人们现代生活、生产和科学实验活动中不可缺少的重要材料。 此外，从环境保护的角度看，玻璃作为“绿色 材料，将是2 1 世纪普遍看好的 材料。 玻璃的成型是将熔融的玻璃液加工成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的工 艺过程。其成型方法有：压制成型、吹制成型、拉制成型和压延成型。 皮革质地柔软，表面粗糙。主要以压延成型，用以包裹产品部件。给人的 生理和心理感觉包括柔软、感性、浪漫、手工、温暖等。 2 5 本章小结 本章主要从感性科学的角度对家电产品的材料特性进行分析总结。从外观 属性的角度出发可将材料特性分为两方面：一是非感觉特性，即材料的物理特 性、加工特性、经济特性和化学特性，如力学性能、热性能、电磁性能、防腐 性能等：二是感觉特性。 同时对家电产品所用材料进行分类，并对材料的选择原则进行总结。结合 材料的感觉特性对家电产品所用材料金属、非金属、塑料的成型能力、表面质 感进行总结。 武汉理 ：大学硕十学何论文 第3 章材料特性的设计运用 3 1 造型与设计 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。6 占据空间的实体形态就是造型。 家电产品的造型可以被视觉和触觉所感知，透过视觉和触觉感知造型的特性有 大l - j d , 、高与低、方与圆、规则与自由。不同的造型带给人的生理和心理感受 又是不同的。 31 1 造型的形式美法则 产品的造型必需符台诅的美学法则。这个美学法则，就是造型艺术要遵循 的形式美的美学法则。形式的美学法则并非是人们主观杜撰出来的，而是千百 年柬造型艺术实践的理论概括是艺术造型实践的理论反映。 i 反复和齐一 在造型中反复和齐一是一种简单形式的美学法则。反复是指造型时相同 或相似的型在一件产品外观造型上连续出现。这种连续出现可以求得形式的统 一，所以反复也属于整齐的范畴，是一种整齐的美。 图3 - 1 反复的逗川 张锅班”村# i m t t 艺北京：化学t n 出版社2 0 0 4p i 武汉理- 丁大学硕十学位论文 如图3 1 所示，洗衣机上的按钮，同等形状整齐排成一行；同一相似的形 体，在洗衣机造型上反复出现，体现出一种秩序感、节拍感。齐一是从整体结 构上，讲的是整齐美。它和反复一样，都使产品造型从整体上表现出一种一致 的美。 2 对称和均衡 作为一个立体造型，必定占有三维空间，在造型上必需以中心线分割成型， 或左右成型对称，或上下成型对称。可见，对称是指立体形态的局部与局部的 重复对等关系。对称是造型的一种传统法则，它既古老而又普及。对称营造出 均等、平衡、稳定的感觉，属于强调统一性的一种手法。 对称的形态是多种多样的，有垂直对称、水平对称、中心对称、对角对称， 也有平面对称、立体对称。 均衡，也是对称的一种变体发展。对称指造型的上下或左右的形体完全相 同，所以也可以叫完全对称。均衡则要求中心线两侧大体相同，所以，均衡也 可以叫近似对称。因为是大体相同，所以均衡比对称富有变化，也比较自由。 这是一种不变有变的形式美造型法则。 均衡在造型上实际是反映产品左右之间的轻重关系。家电产品的摆放，必 需保持稳定的状态，即是是，产品各部分之间的体积在视觉上要保持均衡的状 态。均衡的这种状态体现出静中有动或动中有静的审美效果。造型上的均衡， 一靠家电产品左右部分的体积来表现，二靠家电产品上的零部件，如旋钮、按 键、立面上的分割线和表面的花纹，色彩配置和材料的质量等造成视觉感平衡 心理。 3 调和与对比 调和与对比反映造型中矛盾的两种状态，是产品造型中相当重要的美学法 则。调和与对比是造型表现形式之间相异性，即不同形式要素之间的不同性质 的对照。 调和是异中趋同，对比则是在差异中相比。前者是两者中求同，后者是在 相异中求异，它们对产品造型能产生生动的效果，使产品具有鲜活的动感。 4 节奏与韵律 节奏是社会生活和自然界普遍存在的一种调节规律。普列汉诺夫说：“对于 一切原始氏族，节奏具有真正巨大的意义。 因为，它往往是伴随这劳动而产生 的，它既协同人们的动作，又有减轻劳动的疲劳。从自然界来看，春夏秋冬四 1 7 武汉理工大学硕+ 学位论文 季的推移，高山低谷的自然现象等，都表现出一种节奏。 节奏对艺术来说也是必不可少的，如鼓声的有秩序的强弱，歌声的有秩序 的抑扬，舞蹈的有秩序的起伏、快慢，它们的这种有秩序的连续形成的鲜明的 节奏感，就给人以强烈的感觉。由此可见，节奏不是别的，是指一种有秩序、 有规律的连续变化和运动，体现出一种特别强烈的持续感。这种节奏，表现为 时间上的运动过程，再是表现为力的强弱、大小。因此，凡是有秩序、有规律 反复出现的大小、多少、长短、强弱，以及结构上的疏密、色彩上的浓淡、深 浅，都是一种节奏。这种节奏在家电产品的造型上也有所表现。即是说，产品 造型，不论是点，是线，是面，是体的节奏，使产品造型表现出运动和力的美。 韵律是在节奏的基础上产生的，是情调在节奏中的运用，节奏形式的深化。 它是种更深层次的节奏在情调上的表现。就是说，韵律是一种富于感情的节 奏的表现。 节奏和韵律在造型活动中的主要作用在于使形式产品一种可意会不可言传 的情趣与意味。按形体划分，韵律可分为静态的韵律