（机械设计及理论专业论文）新材料对产品形态设计影响的探讨.pdf

华北电力大学硕+ 学位论文摘要 摘要 产品形态设计是立足现在、面向未来的设计，是对现实的产品形态和现有的产 品的一种超越现代产品形态设计的先进性不仅体现在它的功能和结构方面，同时 也体现在新材料的应用和工艺水平上只有依据不同产品的特性和功能，相应的选 择符合产品设计的造型材料，才能设计出优秀的产品产品材料的选择不仅必须符 合产品的功能和结构设计要求，而且还必须符合产品的生产工艺要求和人们的使用 习惯材料的不同，必然带来设计的不同，新的材料会产生新的设计，产生新的形 态形式，给人们带来新的感受。及时掌握和熟悉各种新材料的特性，并根据具体条 件大胆地用于产品设计尤为重要。笔者通过对产品形态、材料属性、产品功能、用 户需求的分析，掌握了产品形态设计和材料选择的理论依据，试图探讨合理的、可 行的产品形态设计和材料选择的程序、步骤和方法，并结合取暖器设计项目，将其 应用于取暖器设计实例中 关键词：材料，特性，人性化，产品形态 a b s t r a c t p r o d u c tp a t t 锄她i g ni sb 私e do nf o 皿w a d a ) ，s ，f o rt h e 如t u r e i ti sb e y o n d 血e e x i s t i n gp r o d u c t s 缸l dp a 艇锄m o d 觚p l 翻i u d 也舞s i g ni sn o to n l ya d 【v 锄c e di ni t s s t r u c t i 玎ca n d m c t i o 玛b u ta l s o 他f l e c t e di nt h c 印p l i c a t i o no fn e wm a t e r i a l s 龃d 伯幽o l o g y n so n l yo nt l l eb a s i so fd i f f c r c n tp m d 呶f e a t m 髑姐d 如n c t i o n st os e l e c tt h e a p p r o p r i a t em a t e r i a lt 0 印p l yi nt h ep f o d u c td 鹤i g n t h cc h o i o fp r o d u c tm a t 鲥a l si s to n l yd u et om e e tt h e 如n c t i o n a l 龃d 咖c t m 锄d 懿i g nr e q u i r 锄t s ，b u ta l s oi ti s n e c d e dt 0c o m p l yw i t l it l l ef e q i u i r e m 锄t so f 也cp r o d u c t i o np r o c 铭s 纽dp c o p l e sh a b i t s d i 饿棚1 tm a t c r i a l si n c v i t a b l yc o m ea b o u tad i f f 盯钮td c s i 乒，锄dt h en e wm a t e r i a l 谢n 誉i n 盯a t ean e wd 懿i g n ，n e wp a t t 啪sf o m ，蛆d “b d n g san e wf c e l i n gt 0p 鼠哪e g 吼 触i l i a rw i t l ln e wm a t 丽a l s p r o p e n i 鹳，姐dt h 钮a p p l yi n t 0p r o d u c td e s i 萨a c r d i n gt 0 s p c c i f i cc o n d i t i o n s 1 h i si s 懿p e c i a l l yi m p o r t a n t b 弱e do nt h e 锄a l y s i so f 也cp m d u c t p a t t 唧s ，m a t 研a lp r o p e r t i 懿，p r o d u c tf h n c t i o 玛u s 啪n d s ，t h et h d ro fp r o d u c td i g n 蚰dm a t 甜a ls e l e c t i o ni sl e 啪l e d t 0a t t 锄p tt ow o d 【o u t 他鹊o n a b l ei n df c 雒i b l c p m c c d u r c s ，s t 印sn dm e t h o d so fp r o d u c tp a t t 锄d e s i 印蛐dm a t 研a ls c l e c t i o n c o m b i n e dw i t hd e s i g np r o j c c t so fr a d i a t o r t h ep f o c c d u r e s ，s t 印s 锄dm e t h o d sw i l lb e a p p l i e dt ot h eh e a t e rd e s i g na sa ne x a m p l e x uj i 锄( m e c h a n i cd 商印& t h 劝 d i r e c t e db yp r o m ib a os h 细 k e y w o r d s ：m a t e r i “s ，c h i r a c t e r i 5 t i c l ，h u m 曩n i z e d ，p m d u c tp 曩t t e n 华北电力大学硕+ 学位论文摘要 摘要 产品形态设计是立足现在、面向未来的设计，是对现实的产品形态和现有的产 品的一种超越现代产品形态设计的先进性不仅体现在它的功能和结构方面，同时 也体现在新材料的应用和工艺水平上只有依据不同产品的特性和功能，相应的选 择符合产品设计的造型材料，才能设计出优秀的产品产品材料的选择不仅必须符 合产品的功能和结构设计要求，而且还必须符合产品的生产工艺要求和人们的使用 习惯材料的不同，必然带来设计的不同，新的材料会产生新的设计，产生新的形 态形式，给人们带来新的感受。及时掌握和熟悉各种新材料的特性，并根据具体条 件大胆地用于产品设计尤为重要。笔者通过对产品形态、材料属性、产品功能、用 户需求的分析，掌握了产品形态设计和材料选择的理论依据，试图探讨合理的、可 行的产品形态设计和材料选择的程序、步骤和方法，并结合取暖器设计项目，将其 应用于取暖器设计实例中 关键词：材料，特性，人性化，产品形态 a b s t r a c t p r o d u c tp a t t 锄她i g ni sb 私e do nf o 皿w a d a ) ，s ，f o rt h e 如t u r e i ti sb e y o n d 血e e x i s t i n gp r o d u c t s 缸l dp a 艇锄m o d 觚p l 翻i u d 也舞s i g ni sn o to n l ya d 【v 锄c e di ni t s s t r u c t i 玎ca n d m c t i o 玛b u ta l s o 他f l e c t e di nt h c 印p l i c a t i o no fn e wm a t e r i a l s 龃d 伯幽o l o g y n so n l yo nt l l eb a s i so fd i f f c r c n tp m d 呶f e a t m 髑姐d 如n c t i o n st os e l e c tt h e a p p r o p r i a t em a t e r i a lt 0 印p l yi nt h ep f o d u c td 鹤i g n t h cc h o i o fp r o d u c tm a t 鲥a l si s to n l yd u et om e e tt h e 如n c t i o n a l 龃d 咖c t m 锄d 懿i g nr e q u i r 锄t s ，b u ta l s oi ti s n e c d e dt 0c o m p l yw i t l it l l ef e q i u i r e m 锄t so f 也cp r o d u c t i o np r o c 铭s 纽dp c o p l e sh a b i t s d i 饿棚1 tm a t c r i a l si n c v i t a b l yc o m ea b o u tad i f f 盯钮td c s i 乒，锄dt h en e wm a t e r i a l 谢n 誉i n 盯a t ean e wd 懿i g n ，n e wp a t t 啪sf o m ，蛆d “b d n g san e wf c e l i n gt 0p 鼠哪e g 吼 触i l i a rw i t l ln e wm a t 丽a l s p r o p e n i 鹳，姐dt h 钮a p p l yi n t 0p r o d u c td e s i 萨a c r d i n gt 0 s p c c i f i cc o n d i t i o n s 1 h i si s 懿p e c i a l l yi m p o r t a n t b 弱e do nt h e 锄a l y s i so f 也cp m d u c t p a t t 唧s ，m a t 研a lp r o p e r t i 懿，p r o d u c tf h n c t i o 玛u s 啪n d s ，t h et h d ro fp r o d u c td i g n 蚰dm a t 甜a ls e l e c t i o ni sl e 啪l e d t 0a t t 锄p tt ow o d 【o u t 他鹊o n a b l ei n df c 雒i b l c p m c c d u r c s ，s t 印sn dm e t h o d so fp r o d u c tp a t t 锄d e s i 印蛐dm a t 研a ls c l e c t i o n c o m b i n e dw i t hd e s i g np r o j c c t so fr a d i a t o r t h ep f o c c d u r e s ，s t 印s 锄dm e t h o d sw i l lb e a p p l i e dt ot h eh e a t e rd e s i g na sa ne x a m p l e x uj i 锄( m e c h a n i cd 商印& t h 劝 d i r e c t e db yp r o m ib a os h 细 k e y w o r d s ：m a t e r i “s ，c h i r a c t e r i 5 t i c l ，h u m 曩n i z e d ，p m d u c tp 曩t t e n 声明户明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文新材料对产品形态设计影响的探 讨，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 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。 学位论文作者签名：猛4 建日 期： 2 1 1 丝l 盈2 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：篮i 建 日 期：兰竺丝l 旦郅园 导师签名：二援 日 期掣 华北电力人学硕士学位论文 1 1 选题的背景及意义 第一章引言 随着社会的发展，产品形态越来越受人们关注，对它的研究也越来越深入。进 入二十一世纪以后，科学技术突飞猛进，出现了大量的新材料，而且更多的被引入 到产品设计中新材料，新产品，新功能，新形态层出不穷。产品形态的实现要 依靠材料来体现。材料是伴随着人类社会的发展而发展着的，人们对材料的应用也 是由低级程度逐渐走向高级口1 。科学技术的发展把人类带进了一个运用材料的广阔 天地。新材料的不断出现，改变了人类传统产品形态设计选用材料的方式，因而也 促使了传统产品形态的革命性改变。运用新的材料来实现产品形态创新，是人们逐 步认识材料特性和利用材料特性的结果。 在这样的大环境下，产品形态与材料的发展之间的关系越来越受到人们的重 视。在生活中，材料与入之间就是通过产品形态设计将二者连接起来，因此，在新 材料大量涌现的情况下，产品形态设计将成为人们普遍关注的课题。 研究新材料对产品形态设计的影响具有其理论与现实两方面的意义：1 ) 在材 料的发展过程的研究中，材料的种类和加工工艺方法很多。因此，在产品形态设计 中材料使用的侧重点也各不相同。将产品形态设计理论方法与材料的触觉性、视觉 性等相融合，总结出符合产品设计要求的材料选择是本课题的理论研究意义所在 2 ) 在人类的历史上，新材料总不断更替出现，因此，材料的发展变化赋予了产品 形态设计研究广泛的现实意义解决生活中遇到的难题，使产品形态设计中材料的 选择环节更符合设计要求，更加符合人的情感特性，真正体现产品对人的关爱人 性化的材料选择理念成为产品形态设计的中心问题。 1 2 国内外研究动态 现代产品形态设计以更加开放的态度来面对消费市场明天的产品不仅要提供 合乎科学的使用功能，还应是充满文化内涵的、符合社会规范的，又是符合人情和 人道的。 产品形态设计必须洞察科学技术发展动向，密切注意新理论、新技术、新工艺、 新材料的出现，应及时地加以运用，充分将先进科技研究成果转化为具有实用功能 的商品媒介，设计出符合时代美学特征和文化倾向的产品 而产品形态的实现则要依靠材料来体现。产品形态设计中的材料选择，是以包 括“物一人一环境 的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、 废弃处理和环境保护看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的谐调关 华北电力人学硕士学位论文 系，评价各种材料在产品设计中的使用和审美价值，使材料具有开发新产品和新功 能的可能性。 在产品形态设计过程的最早阶段就应该考虑材料问题，选择材料应以产品实际 功能要求为准，或采用新型的高级环保材料创造出有吸引力的外观，或采用低廉的 与产品使用寿命相一致的材料，通过精心的设计创造出独特而诱人的形象。从设计 角度来看，在选择产品材料时，应特别注意它们是否有可能在使用中或用弃后产生 危害，所以应当在熟悉各种材料物理、化学、视觉的三方面综合特征的基础上，结 合生产、加工、使用等因素全面衡量成本、价值、造型结构、美感等关系，科学合 理地选择材料，从而最佳地发挥材料的性能特征。不仅可以延长产品的寿命同时 又达到造型美观和绿色环保的目的。 早在1 9 世纪以前的制品都是采用的天然材料制成，材料与产品造型都是相对 固定的由于材料的种类稀少，因此在产品的设计中改变材料性质、重新组合材料、 改变材料用途的可能性极小2 0 世纪初塑料的诞生，改变了传统的造型方式由于 塑料质地均匀、具有可塑性，价格便宜，很适合大机械生产，因此大部分产品纷纷 以塑料代替天然材料，产品设计中开始出现了大量的新造型。在最近几十年，材料 的发展速度十分惊人。据有关记载，截止到1 9 8 3 年联邦德国科学家发现第1 0 9 号 化学元素，地球上已经出现的化学元素总共才1 0 9 种但凭借着化合、混合、溶解、 复合等一切可以使元素之间相互作用的方法，对分子结构进行各种排列组合，形成 了各种各样的新材料。到1 9 7 6 年底，全世界已经注册的正式材料达到了2 5 万种， 并估计每年以5 的速度递增。如果这种估计符合实际情况的话，可以推算出目前 全世界材料的总数已经超过了6 0 万种随着科学技术的迅速发展，特别是光电广 技术、微米、纳米技术的发展及计算机技术的广泛应用，对新材料的开发、研究提 供了更为广阔的天地，并将极大地加速材料发展的步伐滔1 。随着后期新材料品种的 增多，产品设计开始面临确切的表达和利用个性材料等问题 尽管在现代社会中人们的物质生活得到了很大改善，但是人们仍期望通过对新 材料的开发与应用，充分利用材料的性能特征，来提高产品形态设计的质量和达到 人们对新功能的要求 近年来，一些设计师从“以人为本一的角度出发，积极评价各种材料在设计中 的价值，挖掘材料在形态设计中的潜力，有意识地运用新材料来创造新的产品形态， 从而出现了“材料设计”的理念，确定了材料运用已成为产品形态设计中一个不可 忽视的部分。目前，将产品形态的变化与产品材料的发展相结合，将这些理论应用 于实际的产品设计中是设计者普遍关注的问题，也是本论文研究的重点。 2 华北电力大学硕士学位论文 第二章产品形态 材料是入类赖以生存和发展的物质基础，新材料是营造未来世界的基石。在工 业化高度发达的今天，设计制造任何一件产品都离不开材料。在产品进一步电子化、 集成化和小型化的趋势下，新材料的使用有可能突破传统结构，甚至还可能引起一 场材料与技术的革命，产生新的产品设计风格因此，产品的形态设计工作应与新 材料的开发建立一种互相融洽的关系 产品的形态设计要具有未来性新材料的出现和使用，不仅对产品外观可以起 到新颖美观的装饰作用，还可以使形态设计本身变得更简洁、合理，更具时代感。 通过新材料的使用，设计最大限度地赋予产品新的魅力。 2 1 产品形态的定义 产品形态作为传递产品信息的第一要素，它能使产品内在的质、组织、结构、 内涵等本质上的因素上升为外在的表象因素，并通过视觉而使人产生一种生理和心 理过程。与感觉、构成、材质、色彩、空阔，功能等密切相联系产品形态的“形 指的是产品外形；产品形态的“态 则指产品可感觉的外观形状和神态，也可以理 解为产品外观的表情因素p 】产品形态展示着产品的功能，传递着产品的使用信息， 达到人们对产品的感知和认知，从而使产品的使用价值得到更大的提高。 2 2 产品形态设计的范围 产品形态设计是工业产品技术功能设计与美学设计的结合与统一，集现代科学 技术与社会文化、经济和艺术为一体是人们在一定文化艺术指导下，有意识、有 目的地运用人类科学文化发展的优秀成果，用现代工业化生产方式将各种材料转变 为具有一定使用价值或具有商品性的工业产品的创造活动。 产品形态设计以给用户带来最佳的问题解决方案为基础而展开，融合了技术、 材料、工艺等创造出一种和谐美。在设计领域中产品的形态总是与它的功能、材料、 结构等要素是分不开的因而可以说，产品形态设计是功能、材料、结构等要素所 构成的“特有势态一给人的一种整体视觉形式的设计 产品形态设计包括产品功能设计、结构设计以及产品的使用对象、成本、性价 比、销售市场等设计因素，可以说从产品的市场调研开始，一直到成型产品走向市 场，都是产品形态设计的研究范围。 2 3 影响产品形态设计的主要因素 产品形态不同于一般物体的形态，产品存在的目的是供人们使用的，为了达到 3 华北电力人学硕士学位论文 满足人们使用的要求，产品的形态设计必定要依附于对某种机能的发挥和符合人们 的实际操作等要求。因此产品的实用功能因素是决定产品形态的主要因素。而实用 功能因素和产品形态的实现要靠材料来体现，如一张课桌、一把椅子不管是使用什 么做成的，它都离不开材料材料的综合属性特征与生产、加工、使用等因素结合 起来必然会引申出如成本、价值、形态结构、美感等与产品形态有密切相关的要素 因此，一个好的设计必然要全面衡量这些因素，选择使用设计材料是产品形态设计 的主要因素 现代产品形态设计的先进性不仅体现在它的功能和结构方面，同时也体现在新 材料的应用和工艺水平上从功能上讲，材料本身不仅制约着产品的结构形式和尺 寸的大小，从形式上讲，材料除具有装饰效果外，还更能体现产品的品位与象征性， 材料的选择和处理是提高产品质量的有效途径，是升华产品品位的快捷方式。因此 材料的应用在整个产品形态设计中占有特殊的地位，是设计成败的关键因素，是设 计思维的承载体，是体现整个产品设计创造性的物质基础产品形态设计只有依据 不同产品的特性和功能，来相应的选择符合产品设计的造型材料。只有把握住材料 的特性，才能使材料更好的为产品设计服务 4 华北电力人学硕士学位论文 第三章设计中常用材料的概述 材料的广义概念是指人们思想意识之外的一切物质，或者是一种跨越人类时代 的物质n 剀。具体地说，材料是人们用以作为物品的物质。如它能用来制造各种构件、 工具、产品或设备。日常生活中，人们也会经常在不知不觉中提到材料。我们所说 的材料就是。能为人类制造有用器件的物质一因此，实际上材料和我们生活的衣、 食、住、行分不开，也和我们的学习工作紧密相连 在工业设计范畴内，材料是指用于工业设计并且不依赖于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，无论是天然材料还是人工材料，无论 是单一材料还是复合材科，均是产品形态设计的物质基础。 3 1 设计常用材料的分类 为了更好的了解材料的全貌，可以从以下几个角度来对材科进行分类： 3 。1 1 按材料的来源分类 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加工 而得的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等 第四代的复合材料用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复合而成的 材料。 第五代的职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“1 。 3 1 2 按材料的形态分类 设计所用材料为了加工与使用的方便，往往事先制成一定的形态，按这些形态 通常抽象地划分为三大类： ( 1 ) 线状材料 设计中常用的有钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、木条、竹条、藤条等 ( 2 ) 板状材料 设计中所用的板材有金属板、木板、塑料板、合成板、金属网板、皮革、纺织 华北电力大学硕七学位论文 布、玻璃板、纸板等 ( 3 ) 块状材料 设计中常用的块材有木材、石材、泡沫塑料、混凝土、铸钢、铸铝、油泥、石 膏等。 3 1 3 按物质结构分类 化学上有两大材料，有机材料与无机材料后者又可以分为金属材料和非金属 材料所以，一般可以把材料归纳为三大类在材料的应用中往往还利用不同材料 的结合形成复合材料，实现单一材料难以取得的性能所以，按物质结构，可以把 设计材料分为四大类啪如图3 一l 所示： 3 1 4 按照材料的用途分类 图3 一l 按照材料的用途，可分为结构材料和功能材料m 。结构材料是指利用材料的强 度、韧性、弹性等力学性能，在不同工作环境下承受载荷的各种结构件和零部件。 这类材料通常对国民经济各部门如交通运输、能源开发、海洋工程、建筑工程、机 械制造等的发展影响很大结构材料分为机器结构材料和建筑结构材料。如：用于 建筑结构或龙骨的材料一木材、钢材等 功能材料是指具有某种优良的电学、磁学、热学、声学、力学、光学、化学和 生物学功能及其相互转化的功能，并用于非结构目的的高技术材料，如电功能材料、 磁功能材料、热功能材料、声功能材料、光功能材料、能源功能材料、化学功能材 料、医用功能材料、机械功能材料、核功能材料等等n 1 3 2 设计中常用材料的特性 材料的特性包括两方面：一是材料的本身固有特性，即材料的物理特性和化学 特性，如光学性能、热性能、电磁性能、力学性能和防腐性能等；二是材料的派生 6 华北电力大学硕+ 学位论文 特性，它是由材料本身的固有特性派生而来的，即材料的加工工艺特性、材料的感 觉特性和经济特性。这些特性的综合效应从设计角度来讲决定着产品的基本特点。 材料的感觉特性 材料的感觉特性包括两个基本属性： 生理心理属性，即材料表面作用于人的触觉和视觉系统的刺激性信息，如粗犷 与细腻、粗糙与光滑、温暖与寒冷、华丽与朴素、浑重与单薄、沉重与轻巧、坚硬 与柔软、干涩与滑润、粗俗与典雅、透明与不透明等基本感觉特征比如运用金属 材料的感性特征充分地表现使用产品时的指示性特征例如门把手的设计，表面处 理为。亚光一，看起来很简单，但是正是通过对门把手的表面肌理的考虑和设计才 达到了对产品使用方式的暗示，使它比较适合手握，使用户很好的获取使用信息一 一握。 物理属性，即材料表面传达给人的知觉系统的意义信息，也就是材料的类别、 性能等主要体现为材料表面的几何特征和理化类别特征，如肌理、色彩、光泽、 质地等 材料的感觉物性 所谓感觉物性是通过人的器官感觉到材料的性能。如冷暖感、重量感、柔软感、 光泽纹理、色彩等 目前使用的材料品种繁多，一般分为两大类：即天然材料和人工材料，他们分 别都有自身的质感和外观特征，给入的感受也不同。 木材：雅致、自然、轻松、舒适、温暖。 钢铁：深沉、坚硬、沉重、冰冷 塑料：细腻、致密、光滑、优雅 金银：光亮、辉煌、华贵。 呢绒：柔软、温暖、亲近。 铝材：白亮、轻快、明丽。 有机玻璃：明澈透亮、富丽。 以上这些特征，有的是材料本身固有的，有的是人心理上的，有的是人们生活 习惯、印象造成的，有的是人触觉到的，等等。形态设计对材质的选用是根据不同 的产品特性和功用，相应地选用满意的造型设计运用美学的法则科学地把它们组 织在一起，使各自的美感得以表现和深化，以求得外观形态的形、色、质的完美统 一 材料的视觉性能特征 材料的视觉性是靠眼睛的视觉来感知的材料表面特征，是材料被视觉感受后经 大脑综合处理产生的一种对材料表面特征的感觉和印象。 不同性质的材料或不同形状的材料都会呈现出不同的视觉性能特征，并给人以 7 华北电力大学硕士学位论文 不同的视觉感受。因此，材料的视觉性能特征将直接影响到材料被用于产品后最终 的视觉效果 世界上存在着几十万种不同的材料，由于它们的质地、表面纹理、色彩、形态 各不相同，给人的视觉感受也不相同。就拿金属材料来说，在我们的周围有许许多 多用各种金属制成的物品，反映在它们的表面有各种各样的视觉特征。有的显得粗 犷凝重，有的趋于精细轻薄；有的表现出光洁明快的特点，有的则给人以含蓄深沉 的感觉：有的显得华丽昂贵，有的则显得拙朴与低廉h 1 可见，材料的视觉性能特 征只能是相对比较而言，并不是绝对的即使是同一种材料也会因它的形状、体 积、重量、肌理、色彩等不同呈现出不同的视觉效果因此，我们在具体感受这些 材料的视觉性能特征时，主要是受我们对这些材料的物理性能特征的理解及加工后 所构成的物体形态因素的影响。 化学稳定性( 环境耐受性) 一 指现代造型材料不因外界因素的影响而褪色、粉化、腐朽乃至破坏。 外界因素多种多样，有室外和室内，水和大气，寒带和热带，高空和地上，白 天和黑夜等如室外使用的塑料制品，就不能选用易于老化的a b s 树脂塑料，而应 选用耐受性优良的聚碳酸酯塑料材料。 加工成型性 产品的成型是通过许多种加工工序而成的，材料的加工成型是衡量一种造型材 料优劣的重要标志之一 如木材是一种优良的造型材料，主要是其加工成型性好。而钢铁之所以是现代 工业生产中最重要的造型材料，同样也是因为其具有加工成型性好的特性钢铁的 加工成型方法比较多，如铸造、锻压、焊接和各种切削加工( 车、钻、铣、刨、磨 等) 目前，现代化大生产中，成型性能好的造型材料除钢铁外，还有塑料、玻璃、 陶瓷等。 表面工艺性 工业产品加工成型后，通常对基材进行表面处理，其目的是改变其表面特征， 提高装饰效果；保护产品基材，延长其使用寿命等 表面处理的方法很多，常用的有：涂料、电镀、化学镀、钢的发蓝氧化、磷化 处理、铝及铝合金的化学氧化和阳极氧化、金属着色等 根据产品的使用功能和使用环境，j 下确地选用表面处理工艺和面饰材料是提高 工业产品外观质量的重要因素。 力学性能 材料的力学性能包括强度、弹性和塑性、脆性和韧性、硬度、耐磨性 强度是指材料在外力( 载荷) 作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力。强度是 l 华北电力大学硕士学位论文 评定材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用材料的主要依据 弹性和塑性：弹性指材料受外力作用而发生变形，外力除去后能恢复原状的性 能；塑性只在外力作用下产生变形，当外力除去后，仍能保持变形后的形状，而不 能恢复原状。 脆性和韧性：脆性指材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无明显变形 的性能。脆性具有突发性，容易受冲击破坏，不能承受较高的局部应力；韧性指材 料在冲击载荷或振动载荷下能承受很大的变形而不至破坏的性能。 硬度：材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力，材料硬度随试验方式不同而异 耐磨性：耐磨性的好坏常以磨损量作为衡量标准的指标。磨损量越小，说明材 料耐磨性越好。 ，一 材料的耐久性：材料在使用过程中抵抗各种自然因素及其它有害物质长期作 用，能长久保持其原有性能的能力 材料的热性能： 导热性：材料将能量从一侧表面传递到另一侧表面的能力，通常用热导系数来 表示导热系数大，是热的良导体，如金属；导热系数小，是热的绝缘体，如高分 子材料 耐热性：材料长期在热环境下抵抗热破坏的能力，通常用耐热温度来表示。 热胀性：材料由于温度变化产生膨胀或收缩的性能，通常用线膨胀系数表示 热胀系数以高分子材料最大，金属材料次之，陶瓷材料最小 耐燃性：材料对火焰和高温的抵抗性能。 耐火性：材料长期抵抗高热而不熔化的性能，或称耐熔性耐火材料还应在高 温下不变形、能承载 电性能、磁性能、光性能 电性能一导电性：材料传导电流的能力 电绝缘性：与导电性相反。 磁性能：指金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能 光性能：材料对光的反射、透射、折射的性质 3 3 设计中常用材料的加工工艺 在产品形态设计中，精湛的工艺技术是实现产品最佳效果的前提和保障。如果 不了解材料本身所特有的材质属性、工艺程序和技术要求，所谓的产品设计也是纸 上谈兵因此产品形态设计应依据切实可行的工艺条件和工艺方法，编排出一套合 理的加工程序方案，确保工艺条件在加工过程中得以尽量发挥，将工艺的美在产品 中淋漓尽致地体现出来正如丹麦著名设计师克林特所说：_ 运用适当的技巧去处 9 毕北电力人学硕士学位论文 理适当的材料爿能真，下解决人类的需要，并获得率直和美的效果。” 材料的t 艺性是指材料适应各种工艺处理要求的能力，材料的工艺性包括村料 的成型t 艺、加工工艺或表面处理工艺“。它是材料固有特性的综合反应，是决定 材料能否进行加工或如何进行加工的重要因素它直接关系到加丁效率、产品质量 和生产成本等。材料通过= 艺过程成为具有一定形态、结构、尺寸和表面特征的工 业产品将设计方案转变为具有使用价值和审美价值的实体 如图32l a b o r i o u s 钟，其形态简洁明快在这个产品中充分运用了各种加工 方式靳表面处理方法，不同的加工方式和工艺技巧产生了不同的效果。它采用整块 不锈钢加工而成，采用了冲孔、弯曲、切割、铆接、研磨、抛光、涂饰等工艺手段， 突出了机械加工所特有的力量感和现代感，并生动地体现出入类的心灵手巧和婀熟 的加工技能，创造出丰富的视觉效果。 图32l a b o r l o u s 钟 产品形态设计中，材料通过加工后，必须能构成并且长期“记忆”住设计的应 有形态，从而才能形成最终的产品。美观的形态设计，必须通过各种工艺手段将其 制作为物质产品，此外，即使是同一种款式的形态设计，采用同一种材料，也会因 为工艺方法与水平的差异，产生相差十分悬殊的质量效果。因此，在形态设计中实 现形态的工艺手段是重要因素。如f 图3 3 油烟机、圈3 4 音箱的设计，就是在符 合两个产品本身应用需求的基础上，根据可行的工艺条件，设计出比较美观的外形。 图3 3 油烟机 口f 圈34 音箱 范 华北电力大学硕十学位论文 相同的材料和结构方式，采用不同的工艺方法，所得到的外观效果差异很大 例如，用同样的钢板材料，弯板制作电气控制柜，用手工方法卷板成型很难达到预 期效果，且费时、劳动强度大；而采用机器弯板成型工艺方法，成型准确，外观平 滑、美观，生产效率高，适合弯折复杂的断面，是目前钢板成型的较好工艺方式 相同的造型，由于所选材料和工艺方法不同，其造型结构也发生相应的变化， 以致最终的外观形态效果也有一定差别。材料、结构和工艺方法均相同，但由于工 艺水平不同，所获得的产品质量也不同例如。同样的零件需要铸造成型，采用翻 砂铸造所得的零件粗糙，尺寸精度很低；采用熔模铸造，零件的精度和表面质量 就可以提高很多又如，为了提高机床外观质量，改变过去傻大粗黑的形态，机床 铸件应采用方形小圆角，显出棱角分明，形体平面平整光洁。但由于铸造工艺水平 低，逐渐很难满足要求。为了提高外观精度，许多精密机床不得不进行粗加工，以 弥补铸件精度低的缺陷。因此，提高工艺水平是保证产品形态设计效果的基本手段 华北电力大学硕士学位论文 第四章材料对产品形态设计的影响 产品，是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成。一件完美的产品必须是功 能、形态和材料三要素的和谐统一，是在综合考虑材料、结构、生产工艺等物质技 术条件和满足使用功能的前提下，将现代社会可能提供的新材料、新技术创造性地 加以运用，使之满足人类日益增长的物质和精神需求n u 作为物质的原始存在形式，材料是使产品设计得以实现的前提，材料选用得当 就能使产品的功能得到充分的发挥嘲。工艺生产相得益彰，审美价值更加突出，并 且取得最佳的经济效益。因此，正确的选用产品的设计材料，是产品设计过程的一 个不容忽视的关键环节。 材料是产品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在诸多的设计材料中，各种材料都具有其自身的材料 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，从而影响产品形态设 计。任何一种产品形态设计只有与选用材料的性能特点相一致，才能实现设计的目 标。材料的不同，必然带来设计的不同，新的材料会产生新的设计，产生新的形态 形式，给人们带来新的感受。 通过选择合适的材料来增加感性、浪漫成分，使产品与人的互动性更强。在选 择材料时不仅用材料的强度、耐磨性等物理量来做评定，而且考虑材料与人的情感 关系远近作为重要依据。不同的肌理能给人不同的心理感受，如玻璃、钢材可以表 达产品的科技气息，木材、竹材可以表达自然古朴人情意味等材料质感和肌理的 性能特征将直接影响到材料用于所制产品后最终的视觉效果 产品材料的选择不仅必须符合产品的功能和结构设计要求，而且还必须符合产 品的生产工艺要求和人们的使用习惯，符合产品的使用环境和使用寿命，这是产品 设计中材料选用最重要的选择标准。一般而言，产品的设计包含两个侧面，即功能 设计和形态设计产品的功能设计要求与材料的固有特性相匹配，而产品的形态设 计除了要考虑材料的形态外，还需要考虑材料本身所体现出来的色彩、肌理、质感 等特征去满足使用对象的不同需求，迎合人们的使用习惯只有充分了解材料的特 性并加以合理组合，才能使设计的产品好用、实用而满足产品的寿命要求是为了 保证材料不浪费或能在产品的使用周期内充分发挥产品的使用功能在产品形态设 计中，由于采用了新材料，使产品的形态新颖、别致，从而提高了产品的外观质量， 并占有市场。因此，及时掌握和熟悉各种新材料的特性，并根据具体条件大胆地用 于产品设计尤为重要。 4 1 材料的发展与造型 1 2 华北电力大学硕士学位论文 材料是伴随着人类社会的发展而发展着的，人们对材料的应用也是由低级程度 走向高级。在人与大自然搏斗以求生存的过程中，通过不断实践和总结，在制陶技 术的基础上又发明了冶金、制瓷、造纸等技术。在人类社会二三百万年前至今的漫 长发展过程中，人类先后经历了石器时代、铜器时代和铁器时代。在现代社会中， 已经由钢铁等金属材料为主的局面逐步向金属材料和非金属材料并驾齐驱的局面 过渡，出现了越来越多的人工合成材料，形成了一个规模宏大的互相渗透的材料体 系 翻开人类进化史，我们不难发现，材料的开发、使用和完善贯穿其始终人类 从石器时代、陶器时代、铜器时代、铁器时代步入当代的人工合成材料时代，材料 早已成为人类赖以生存和生活不可缺少的重要部分，它是人类文明和时代进步的标 志，是社会科学技术发展水平的标志。站在今天的时代，历史的来看，正是由于昔 日彩陶和青铜材料的出现才使人们有了装饰与美化它们的想法，也使人类积极地 寻找更多更方便的材料来美化生活，从而有了铁、玻璃、塑料以及更多新型材料， 使人们的生活更加现代化也更加的丰富多彩m 新型材料越来越多的运用到设计当 中，不同材料的特性，给人们带来了更为丰富多彩的想象空问。 4 1 1 石器时代：石材料的造型形态 人类的文化最早是写在石头上的，人类的设计最早也是出现在石头上i 早在几百万年前，人类就用自然界中最原始的材料石块作为制造工具的材料。 从猿到人的转变过程中，人类经历了一个使用天然木石工具的阶段当发现天然的 木石工具不能满足生活的需要时，便产生了一种改造或重新制造工具的欲望，并开 始动手制造，设计和文化便随着造物而产生了原始人把石头打磨成各种形状，以 适用于获取各种食物的需要。在人类发展的这段历史上称为。石器时代一。 石器时代有新旧之分。在旧石器时代，人类使用的石器工具比较粗糙，形状也 十分简单。到了新石器时代，人类的生活方式有了一定的变化，人们从以渔猎动物 为主的游猎生活逐步发展为种植和驯养动物的定居生活，石器工具也做得较为精 致，甚至创造了装有木柄的石斧 石器是人类最早的文化产物和信物早在原始社会旧石器时代初期，猿人就开 始打制石器，作为狩猎和剥皮的主要工具。但当时主要是使用，还谈不上“美一 此时的石器形态大体上还没有脱离原始石器的自然形态。到旧石器时代中期，他们 在长期的实践中发现原始的形态越来越不能满足生活和狩猎等的需要，摸索中发现 对称形式有着更好的使用价值如：在狩猎的过程中球形比其它形状的石块更容易 准确的击中目标，因此球形才被认知为“美 的到后期由于运用了磨光技术，其 形体更加准确，使用功能更好，美的特征也就更明显。如石镞( 如图4 一1 ) ，一般都 呈三角形，两面对称，并经过精细压制加工，压痕细密匀称，有一种稚拙的韵律感； 1 3 石锯是在一侧或两侧做出几个锯齿，有的还带短柄，可用十割据；琢背小川是很有 设计特点的石器，。般后背修得平齐，纵剖面呈楔形，使h j 功能更好。 图4 一l 石镟 412 青铜时代：青铜材料的造型形态 在人类物质文化史上，继旧石器时代、新石器时代之后的第三个时代被称作“青 铜时代”，这是一个流淌着奴隶的鲜血、铄金烈火的时代，是人类历史上利用金属 材料进行设计和造物的第一个时代也是最初使用青铜器和工具的时代。最早使用 “青铜时代”这一名称的是丹麦学者克吉汤姆森，他认为“以红铜或者青铜制 成武器和切割器”的时代即青铜时代。 人类青铜时代发展的三个阶段模式及特征：第阶段，兵器和装饰品中有红铜 或青铜的合金制造：第二阶段，红铜和青铜在手工业中起作用，但不用于农业活动 第三阶段将金属器具引进农业即用于繁重劳动中。这也是世界上大多数地区古代青 铜时代的特征。 中国的青铜时代长达一下五百余年，在商晚期和西周早期达到发展的高峰。进 入春秋晚期的铁器时代青铜技术仍有新的发展到战国时期由于铁器工业的飞 跃发展，青铜的历史地位逐渐被铁所取代。可以说，在世界艺术之林，中国的青铜 艺术是独树一帜的。其冶铸技术之进步、生产和铸造规模之宏大、品种形态之多样、 设计之匠心、装饰之精美，都是独一无二的。中国的青铜时代有着独特的中国文化 内涵和设计质量，仅就装饰而言，威严狰狞的人物、动物组合，其内蕴和表达的意 义，在其它文明中是不多见的。如：商代后期的四羊方尊( 如图42 ) ，整个器身由 四只站立的羊组成形象即写实义具有装饰性，羊首、龙头采用了铸造工艺，立体 圆雕突出在器表更增添了方尊的威严与神秘感。 毕j t 电力人学域十学侍沦文 41 3 瓷器的造型形态 图4 2 四羊方尊 瓷嚣是戎国古代工匠的一项伟大发明和创造，是世界闻名的一个重大贡献。瓷 器因其坚固耐用、清洁美观，而造价上比铜低廉，因此瓷器产生后，便迅速取代铜 器成为普及的日常生活甩品。 瓷器的种类很多，按大类来说，一般可分为青瓷、白瓷、彩瓷三大类”1 。青瓷 类从设计上看，日常用的碗、盘、杯、盏、壶类的瓷器，形态日益趋向实用和方 便。如盘口壶，作为一种容器，三国时的形态是盘口和底部都小，上腹大，熏心以 上部为主，在倾倒食物时不宜倒出，而且因重心在上有不稳定的感觉。东晋的盘口 壶在设计上作了明显的改进，盘口加太颈增高，腹部呈修长的椭圆形，造型优美 且线条流畅，而实用功能也增强了，使用时更为方便。白瓷类，从造型上看自瓷 产品以生活中常用的盘、碗为主，壶、罐、盆、炉、钵、瓶、盏、托等几乎应有尽 有。与青瓷不同的是自瓷产品特别注重形态设计，同一功能的产品会创造出不同的 形态，如碗、盘有六折、十折、葵花、卷口、直口、荷叶等多种不同样式：瓶有平 口、卷口、长颈、短颈、丰肩、硬腹、敛腹等不同样式；壶有瓜棱壶、风头壶、龙 颈壶等，在设计上显示出了极大的独创性。彩瓷类，产品大都是盘、壶、盒、碗、 杯、瓶等小件器物，其形态和白瓷相似，只是在制作工艺上不同，其制作工艺是在 素烧过的瓷胎上( 器内壁上釉，外壁无釉) 以黄、蓝、红、豆绿等色为底色，彩 绘缠枝牡丹、月季、莲、菊等图案，由于彩料较厚，有颜料堆起的立体感。如图4 3 。 华北电力人? 硬士学位论立 414 铁器的造型形态 图4 3 彩瓷 随着世界文明的进步，铁材料的出现，使产品形态与。石器时代”、“青铜时代” 和瓷器有了质的改变。铁器坚硬、韧性高、锋利，胜过石器和青铜器，它彻底改变 了青铜器的“笨