仿生设计在工业设计中的应用研究硕士论文.pdf

仿生设计在工业设计中的应用研究 摘要 仿生设计 b i o n i c sd e s i g n 是在仿生学的研究成果上衍生出来的设计 方法 具备严谨的科学性和艺术性 是仿生学和设计学互相交叉渗透结合而 成的一门边缘学科 仿生设计探寻自然生物的生存状态 利用自然界物质的 功能结构 图案组织 管理机制 为我们的科学技术 审美观念 物质结构 甚至是管理模式提供源源不绝的灵感来源 人作为自然的一部分有其自然属性 研究自然就是为了寻求人与自然和 谐共生的生活方式 仿生设计的发展给我们的生活带来巨大的改变 仿生设 计的色彩仿生 形态仿生 肌理仿生 结构仿生 功能仿生等方法在设计领 域有着广泛的应用 证明了仿生设计是与人类的进步息息相关的 为设计提 供了丰富多彩的形式和更为广阔自由的创作空间 带给人们更多的物质和精 神的双重享受 极大地减少了设计带给环境的负面影响 最大限度地达到了 人与自然及产品的和谐 是一门促进人类社会进步和发展的学科 本文是在设计思潮快速变革的前提下 在工业设计提出可持续设计 情 感化设计的基础上 分析仿生设计的情感因素以及从产品语义学角度进一步 探讨仿生设计作为一种沟通方式 在缓解物质生产带给自然资源的破坏以及 信息的泛滥带给人们精神压力的背景下 为进一步建构人与自然和谐共处提 供了现实 可行的建设性方法 本文首先论述了自工业社会以来人类社会的生产生活对自然环境的破 坏 引出了对工业设计可持续设计方法的思考 从人类对自然物质的直接使 用到有意识地模拟自然生物构成原理的造物活动 从这个过程阐释了自然对 人类生活重要的启迪作用 通过对仿生设计的设计来源 设计动机 设计灵 感 设计实现来分析仿生设计的实施过程 通过实例的分析比较 提出如何 分离自然物质的设计要素 并应用于设计实践 整个设计过程为仿生设计做 到有理可据 有物可证的有形创造提供了理论支持 通过了解仿生设计的研 究内容 解析其设计原理及方法 用于指导设计 具有很大的现实意义 关键词 工业设计 可持续设计 情感化设计 仿生设计 产品语义 t h ea p p l i c a t i o no fb i o n i c sd e s i g n i ni n d u s t r i a ld e s i g n a b s t r a c t b i o n i c sd e s i g ni sd e r i v e df r o mt h ep r o d u c t i o no fb i o n i c ss c i e n c e s h a s p r e c i s ep r o p e r t yo fs c i e n c ea n da r t s i ti s ab r i n ks t u d yi n t e r v e n i e n tb e t w e e n b i o n i c sa n dd e s i g n b i o n i c sd e s i g ns e e k st h ee x i s t e n ts t a t eo ft h en a t u r eb i o l o g y m a k e su s eo ft h es t r u c t u r ef u n c t i o n p a t t e r nf o r m m a n a g e m e n tm e c h a n i s mo ft h e n a t u r e o f f e r i n gt h en e v e r f a i l i n gs o u r c eo fo u ri n s p i r a t i o nf o ro u rt e c h n o l o g y t a s t ec o n c e p t s u b s t a n c es t r u c t u r e e v e nt h em a n a g e m e n tm o d e a sap a r to fn a t u r e h u m a nh a sh e ro w nn a t u r a la t t r i b u t e s t u d yf r o mt h e n a t u r ei st ol o o kf o rt h eh a r m o n i o u sa n dc o m m e n s a l l yl i f es t y l ew i t ht h en a t u r e t h ed e v e l o p m e n to fb i o n i c sd e s i g nh a st a k e nh u g ec h a n g e sf o ro u rl i f e t h e c o l o rb i o n i c s f o r mb i o n i c s t e x t u r eb i o n i c s s t r u c t u r eb i o n i c sa n df u n c t i o n b i o n i c sh a v eb r o a da p p l i c a t i o ni nd e s i g nf i e l d h a dp r o v e di tt h a tb i o n i c sd e s i g n i sc l o s e l yl i n k e dt oh u m a n sd e v e l o p m e n t p r o v i d i n ga b u n d a n c ef o r m a ta n dm o r e f r e e l y i n v e n t s p a c e b r i n g m o r ed o u b l ee n j o yf i o ms u b s t a n c ea n ds p i r i t d e c r e a s i n gt h en e g a t i v ee f f e c td e s i g nb r i n g s a n da tm a x r e a c ht h eh a r m o n i o u s b e t w e e nh u m a na n dn a t u r e i ti sak n o w l e d g et h a tp r o m o t eh u m a ns o c i e t y a d v a n c ea n dd e v e l o p m e n t t h i sa r t i c l ei si nt h ep r e m i s et h a td e s i g nt h o u g h tt r a n s f o r mf a s t o nt h eb a s e t h a ti n d u s t r i a ld e s i g np u t sf o r w a r ds u s t a i n a b l ed e s i g na n de m o t i o n a ld e s i g n a n d d i s c u s sh o wt h eb i o n i c sd e s i g na sac o m m u n i c a t i o nm e a nb e t w e e nh u m a na n d t h en a t u r et or e d u c et h en a t u r ed e s t r o yo fp e o p l e s p r o d u c ta n di n f o r m a t i o n r u b b i s ht h a tb r i n go np e o p l e sp r e s s t h i sa r t i c l ef i r s th a sas i m p l er e v i e wo fd e s t r o yt on a t u r ec o m e sf r o m p e o p l e sp r o d u c t i o na n dl i f e s t y l es i n c et h ei n d u s t r ys o c i e t y a n de d u c i n gt h e c o n s i d e r a t i o no fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tf o ri n d u s t r yd e s i g n t h ec r e a t i n g c o u r s et h a tf r o md i r e c t n e s su s en a t u r a ls u b s t a n c et os p e c i a l l ys i m u l a t et h en a t u r e i th a sp r o v e dt h a tn a t u r es u b s t a n c eh a si m p o r t a n te n l i g h t e n m e n tf o rp e o p l e sl i f e a n dt h e nt h r o u g ht h es t u d y i n go ft h e i n s p i r a t i o no r i g i n d e s i g nm o t i v ea n d 1 1 d e s i g ni m p l e m e n tt oa n a l y z et h ei m p l e m e n tc o u r s eo fb i o n i c sd e s i g n m a k et h e d e s i g n i n gs o u r c ev i s u a la n dr e a s o n a b l e a n dt h e nt og u i d et h ed e s i g n f i n a l l y a n a l y z i n gt h ee x a m p l et oa p a r tt h ed e s i g ne l e m e n t a n dt h e n a p p l y i n gt o t h e d e s i g np r o j e c tt oa c h i e v et h ed e s i g n s s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ew h o l e d e s i g nc o u r s ep r o v i d eag i s tf o rb i o n i c sd e s i g n t h r o u g ht h es t u d yc o n t e n t d e s i g n t h e o r ya n dm e a n s i tw i l lh a v eah u g er e a l i s ms e n s ef o ri n s t r u c tb i o n i c sd e s i g n k e yw o r d s i n d u s t r i a ld e s i g n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n td e s i g n e m o t i o n a l d e s i g n b i o n i c sd e s i g n p r o d u c ts e m a n t i c s 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立 进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 墨 日 期 垫q 王生 旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留 使用学位论文的规定 同意 学校保留或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 本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 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 保存论文和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 薹衄导师签名 仿生设计在工业设计中的应用研究 1 绪论 1 1 课题研究的背景 人类向自然学习的历史由来已久 早期人类对石块 木棒等工具的制造是出于一种 无意识的本能需要 随着生产技术的发展成熟 人类制造工具能力的提高 人类开始有 意识地制造生活需要的生产工具 去设计一些独特的生产生活方式 然而随着人类对自 然开采力度的加大 一方面向大自然掠夺式地索取资源 能源 一方面将自身活动产生 的废弃物不断地排放到自然中去 造成了诸如资源短缺 自然生态环境不断恶化的现象 现今制造业的发展是自然界最大的污染源 随着自然界对人类经济和社会发展的反馈作 用的增强 要求设计师以一种更加负责的态度去从事设计工作 设计的内容也随之增加 要求设计师由原来对产品硬件的设计扩展到对产品软件 产品生命周期的设计 设计活 动也不仅仅限于设计师个人 而上升为整个社会共同关注的主题 在新的世纪里 社会正发生着深刻的变革 新的社会发展阶段对产品设计提出了新 的要求 为了缓解物质生产给自然资源的破坏以及信息的泛滥给人们带来的精神压力 设计界提出了 健康设计 绿色设计 非物质设计 等设计理念 这些设计理念为更好的 理解人类制造与生存环境之间的关系提供了一定的理论依据 在这样一个时代背景下 提出对仿生设计的研究有其特殊的意义 自然生物优异的 系统结构和功能性质为人类提供了专业 完善的解决办法 仿生设计的学习使自然物质 的智慧能在更在广阔的领域得到充分的发展 基于可持续发展设计理念的仿生设计研究 在人类的物质和精神上 在环境的使用和人类的需求上都达到一个平衡的状态 仿生设 计从其设计形态上来说满足了人们求奇求新 回归自然的心理 从研究内容上来说 是 对人类自然属性的思考 为探索人类本原提供了一种认识形式 从研究意义上来说 则 是为人类与自然的和谐共生做长远的规划 仿生设计在作品中注入自然元素 通过趣味 性和人性化的设计形态 引起人们对自然生态环境的关注引发人们对自然的思考 让人 们更多的去关注人与自然的共生关系 在这样一个过程中 仿生设计作品成为人与自然 情感沟通的一个介质 在如今环境问题突出的时代背景下 仿生设计的学习同样也要注 入可持续设计理念的观点 可以说这是新的时代赋予仿生设计的新的学习内容 人与自 然和谐共存的设计理念是人类永恒的话题 仿生设计无疑是解决 一机 环境问题的一 个重要方法 1 1 1 环境的不断恶化引发对自然生态关注度的提高 a 可持续发展设计理念的提出 1 9 9 2 年在里约热内卢召开的联合国环境与发展会议就可持续发展在全球层面上达 陕f t i 科技人学硕十学位论文 成了共识 即可持续发展指满足当前而又不削弱子孙后代满足其需要之能力的发展 可 持续发展要求人们既考虑当前发展的需要 又要考虑未来发展的需要 不能以牺牲后代 人的利益为代价来满足当代人利益的发展 可持续发展是人们遵循的一种全新的伦理 道德和价值观念 其本质在于 充分利用现代科技 大力开发绿色资源 发展清洁生 产 不断改善和优化生态环境 促使人与自然的和谐发展 人口 资源和环境相互协调 相互促进1 1 i 据统计 造成全球环境污染的7 0 以上的排放物来自制造业 每年约产生5 5 亿吨 无害废物和7 亿吨有害废物 其中机电产品制造业是最大的资源使用者 也是最大的环 境污染源之一 整个人类的生存环境面临日益增长的机电产品废弃物的压力 以及资源 日益缺乏的问题 特别是工业设计的过度商业化 使设计成了鼓励人们无节制消费的重 要介质 有计划的商品废止制 就是这种现象的极端表现 因而招致了许多的批评和责 难 设计师们不得不重新思考工业设计的职责与作用 为了人类未来的生活和子孙后代 的幸福 在工业领域大力倡导可持续发展设计 无疑体现着工业设计师的职业道德和社 会责任 对整个社会的可持续发展具有极为重要的实际意义 所谓可持续发展设计 就是在生态哲学的指导下 将设计行为纳入 人 机 环境 系统 既实现社会价值又保护自然价值 促进人与自然的共同繁荣 在产品达到特定功 能的前提下 材料 能源在制造 使用过程中消耗得越少越好 产品在使用过程中或使 用后对环境的污染越小越好 可持续发展设计理念已逐渐渗透到世界各国的各行各业 它不仅造福于子孙后代 也给企业自身带来了荣誉和利益 具有环保 可持续概念的产 品不但受到消费者的青睐 同时也在贸易全球化当中成为畅通无阻的通行证 b 绿色设计理念 面对制造业严重的环境问题以及由它引起的社会经济结构变化 本世纪7 0 年代以 来 旨在保护环境 实现资源和能源合理化利用的 绿色 行动在世界各国纷纷兴起 生 命周期评价 l i f ec y c l e a s s e s s m e n t 绿色产品 g r e e np r o d u c t 绿色设计 g r e e n d e s i g n 绿色制造 g r e e nm a n u f a c t u r i n g 清洁化生产 o e 姐e rp r o d u c t i o n 再 制造工程 以及 绿色消费 g r e e nc o n s u m p t i o n 等新理论 新方法 新概念不断涌现1 2 1 随着环境保护浪潮的冲击 消费者对设计提出了越来越高的要求 即要求新型工业 设计必须符合3 r i d 原则 有时也称4 r i d 原则 这里的4 r 1 d 或3 r 1 d 是指减少材料 消耗 r e d u c e 再使用 r e u s e 或r e f i l l 回收循环使用 r e c y c l e 能量的再生 r e c o v e r 及材料具有可降解性 d e g r a d a b l e 3 r 是指r e d u c e r e u s e r e c y c l e 人们已从注重选 购实惠和健康为主的商品逐步转移到热衷于购买对环境无害的产品 绿色产品已成为人 们购物时的首选 当今所面临的环境污染和资源短缺等问题 并不是由于个别企业或某一行业的行为 z 仿生设计在t 业设计中的应用研究 造成的 而是整个社会在一段时间内共同行为的累计结果 所以 绿色设计理念反映了 人们对现代生产方式和生活方式所引起的生态和环境破坏的反思 从道德层面上提高了 对设计师和企业素质的要求 代表了一种新的设计文化 反映了人类道德认知水平的提 高 这种提高和认识的深化 必将从更高的层次上 推动社会文明的进步和实现所追求 的人类社会可持续发展的理想 在众多的设计新思想中 绿色设计被认为是解决目前环 境 人口和资源三大问题的重要手段 绿色设计所代表的是 以人为本 实现人与自然和 谐相处 的现代设计文化 所以 如果说 功能思想 的提出是在技术层面上推动了设计学 科的进步 而 绿色设计理念 的提出是在人的思想道德和设计文化的层面上推动了设计 学科的进步 它体现了 地球环境与资源保护是大家的共同责任 的崇高思想 绿色设 计理念的提出 是人类在探索实现可持续发展途径过程中的一个重要成果 是机械设计 学科发展历史上一个重要的里程碑 是机械设计理念的一次革命和飞跃 提出了在实现 保护环境 节约资源 实现人与自然和谐相处的历史进程中 设计者和企业应该自觉承 担的社会责任 c 生态设计的提出 产品生态设计即利用生态学的思想 在产品开发阶段综合考虑与产品相关的生态环 境问题 设计出对环境友好的 又能满足人的需求的一种新的产品设计方法 其基本理 论基础是产业生态学中的工业代谢理论与生命周期评价 在具体实施上 就是将工业生 产过程比拟为一个自然生态系统 对系统的输入 能源与原材料 与产出 产品与废物 进行综合平衡 而在这一平衡过程中需要对产品整个生命寿命周期的分析 即从最初的 原材料的采掘到最终产品用后的处理 生态设计源于人们对于现代技术文化所引起的环境及生态破坏的反思 体现了设计 师的道德和社会责任心的回归 基于现在突出的环境问题和资源问题 让我们对自然物 质的关注也日益加强 开始对人类物质世界和精神世界的关系进行深层的思考 产品生 态设计即利用生态学的思想 在产品开发阶段综合考虑与产品相关的生态环境问题 设 计出对环境友好的 又能满足人的需求的一种新的产品设计方法 其基本理论基础是产 业生态学中的工业代谢理论与生命周期评价1 3 l 传统的产品设计主要考虑市场需求 美观 成本利润 产品质量等因素 对环境因 素关注极少 如传统工业生产只注重如何将产品快速廉价的生产出来并送到消费者手中 对于产品原料是否有毒 对消费者健康是否有害 产品是否节能 产品废弃后是否易于 回收利用等根本未加考虑 这种设计也使我们对产品质量充满怀疑 有学者甚至认为传 统设计的缺陷正一点点侵蚀工业革命创造的文明 这种说法可谓恰如其分 随着生活和 知识水平的提高 人们开始关注生活的高质量和自身的安全健康 产品的环保 节能 安全成为普遍的追求 传统的设计已不能满足这种要求 生态设计 绿色设计 可持续 3 陕听科技人学硕十学位论文 性设计 生命周期设计等悄然兴起 虽然名称各异 但其实质相差无几 均是要求产品 对健康和环境的无害 并寻求设计阶段的改进 最终实现人 机 环境的和谐发展 可持续设计理念 绿色设计理念和生态设计理念都是针对现今环境日益恶化的情形 下提出来的人类可持续发展的设计方法 绿色设计和生态设计理念可以说是可持续设计 的具体体现 基于对可持续设计理念的了解 仿生设计方法的学习正是在这样一个重视 资源环境 重视生态平衡 重视人类可持续发展的基础上提出来的满足人类感性需求的 设计方法 因此 在本文的学习中 始终要以遵循可持续设计的理念为基准 在无害于 环境资源 生态平衡的基础上最大程度的满足人们的情感需求 寻求人一机 环境最大 的交融 1 1 2 情感化需求的满足 纵观设计的发展史 我们不难发现 不同时期盛行的设计风格具有鲜明的时代性和 局限性 反映了当时主流人群的审美偏好及情趣爱好 设计风格的形成是一个复杂的综 合体 涉及人类社会当下的文化 政治 经济等成因 这些软硬件对人审美意识的影响 具有直接的推动作用 其次 设计师对外间事物的感受反映在设计作品中 也对时尚风 格的形成起决定性的作用 所有这一切的综合体主导着人们审美观的形成 同时 人们 的审美观在设计师的作用下又推动着设计市场新的时尚元素的出现 多元化的设计风格 产生了多样化的消费需求 多样化的消费需求又刺激了多元化设计风格的形成 在这里 我们不难看出 产品作为现代生活具体的构成物质 在生活中扮演着重要的角色 在满 足各种使用功能的同时 丰富人们的生活 满足人们各种情感的需求 消费产品的同时 就是消费一种情感 产品在此时被赋予了一种象征寓意 随着新技术 新能源和新加工工艺的不断出现 市场上涌现了大批人性化 情感化 的设计作品 小就是美 少就是多 的功能主义产品 已远远不能满足消费者日益增 长的精神需求 造型简化到极致的产品形象带给我们甚微的情感沟通 甚至引发了各种 各样的社会问题 消费者审美水平的提高 要求产品能够象征个人的社会地位 兴趣爱 好以满足人们情感方面的需求 产品早已经不再是作为简单的附属物而存在于人们的生 活中 它是人们沟通的平台 倾诉的对象 身份的象征 而不仅仅只是作为一种帮助人 解决问题的工具 为了设计友善的操作界面 不少设计师在这方面进行了积极的探索 希望努力解决 产品功能问题的同时 也能够通过设计活动 在人 产品一环境之间建立起一种协调发 展的机制 以一种更为负责的 理性的方法去创造产品的形态 用更加人性化的 趣味 性的 长久型的观念去指导设计 从信息传播学角度来看 每一款产品都会给受众两方面的信息 其一是产品功能方 4 仿生设计在 f 业设计中的戍瑚研究 面的信息 这是设计传达的最本质 最直接的物质方面的信息 也是大多数人购买产品 的主要原因 另一方面则是产品情感方面的信息 这是设计传达的内在 闻接 非物质 方面的信息 也是顾客购买产品的重要原因 实际上 随着信息观念的普及与深入 产 品给受众情感方面信息越来越成为顾客购买产品的主要因素 在非物质社会中 设计的 重心已经从产品的创建中转移出来 人们开始把产品和事物看成一种文化和认识过程 从而赋予它新的意义 消费者的许多购买决定是建立在感性或情感基础上的 也就是说 只有诉诸情感的产品才是符合社会与时代要求的 在处处充斥着高技术的信息时代 人 们心理上的距离越来越大 导致高技术与低情感失衡的局面 工业设计的情感化正是对 这种失衡局面的一种平衡 中国关于情感化设计理论和实践研究虽开始不久 在理论结合实践 研究的深度 广度方面还存在许多不足 实际操作中也存在诸多的困难和问题 但是从目前的一些实 践来看 许多国内设计师已经开始针对具体的产品类型 从不同角度 运用不同方法 对中国情感化设计进行本土化探索实践 在情感化发展上做了大量的工作 开展了如情 趣设计 趣味性设计 人性化设计 情感化设计研究 并已经取得了一定的成续o 人类在向信息社会迈进的过程中 人们的价值取向和审美情趣也发生了变化 个人 的审美感受力和审美鉴赏能力从大的方面看是随着国家 民族 时代特征的不同而不同 从小的方面看是随着地区 家庭 性别 年龄的不同而不同 总的来说 随着年龄的增 大 知识经验的累积 人们的审美情趣也在不断的提高 在如今高度竞争的市场经济中 开发新产品以满足用户的需求和审美情趣是一个至关重要的难题 社会经济形态的转变 使得过去以生产为导向的卖方市场形态 转变为现今以用户为导向的买方市场形态 工 业设计师在设计产品时越来越注重用户的感知意象 为了增强吸引力 一件设计好的产 品不仅要达到预期目标 满足用户的生理要求 而且要满足用户的心理需求 现代人对 设计的理解 已不仅是如何实现产品的功能 材料 结构 形态 色彩 表面处理 工 艺 包装 运输 广告 销售以及售后服务等 同时要使设计参与生活的思维导向设计 使设计能够帮助人们创造更加合理 美好而有效的生存 工作和学习的方式 尤其注重 设计中的 环保 因素 即以可持续设计引导 绿色消费 消费需求由商品匮乏时追求 量的满足 转向追求 质的满足 继而转向目前边求 感情的满足 阶段1 2 1 仿生设计造型活动是种情感化的设计方法 它所描述的内容是自然的 实在的 要 求设计师在物化的环境中注入人为的情感 即设计师个人情感表现 通过其外观质量和 外观形态表现或传达出一定的信息 表情或情感 被人们的感官获取或感知 使人们能 在使用的过程中同样能体会到与自然交流 回归自然的感觉 引起使用者情感上的共鸣 仿生设计的设计理念就是赋予产品自然的外观质量和外观特征 然而其外观质量和 外观形态不是对自然的简单模拟照搬 而是要追求具象的 神 和抽象的 形 的统一 产 5 陕州科技人学硕士学位论文 品的 形 是精神的 文化的 软性的 有生命力的和有灵魂的 形驾驭在神上 通过神 的形态引发对形的联想 形态的本质也就是物质的物质性与人的精神性的综合 即主观 与客观的统一 未来社会追求的是高速度 环保 多元化 移动性 灵活性 多媒体的 生存状态 人们应该有更健康的生活方式 我们应以跨时代的审美意识去重新发现和认 识中国的千年的文化传统和民族文化中的审美意识及表现方法的价值和意义 即以 天人 合一 中国传统哲学思想为中心的 人与自然交融和谐的生活美学的价值和意义 1 2 本课题的研究内容 本文在文章的开头首先介绍了仿生设计的背景知识 即可持续设计理念和情感化设 计理念对仿生设计的影响 然后分析了自然美对人类的启示以及人类在设计领域对自然 美的应用 通过分析仿生设计研究方法 仿生设计流程 以及可行性分析来展开对仿生 设计理论和方法的探索 本文主要完成的内容如下 1 对仿生设计的相关背景 理论及原则作简单的论述 2 通过分析自然美的基本要素 以及自然美对人类生活的启迪 分析仿生设计方法 的基本内容 总结出常用的仿生设计方法 3 研究仿生设计在设计艺术中的应用 和同时期的其他作品进行比较 得出仿生设 计的优越性 4 研究仿生设计对产品造型形态的影响 着重对形态仿生设计方法进行了解 分析 其设计流程 5 在分析了仿生设计的设计流程后 通过实例解析仿生设计设计原理及方法 结合 设计理论知识指导设计实践 1 3 本课题的研究意义 仿生设计相比其他设计方法充满趣味性 更具亲和力 容易被更多的消费者接受 在某种程度上来说 一件外观造型充满趣味性 有很强亲和力的产品 它的使用价值和 附加价值是比较高的 从这一点来看 仿生设计方法为缓解当前资源短缺 环境恶化提 供了一种设计思维 一种解决办法 我们通常所说的设计灵感往往是一种抽象的 感性 的 个人意识为主体的顿悟 是一种难以把握的抽象思维过程 而仿生设计的灵感来源 却是建立在自然物质基础上的 它的研究对象是以生物物质为基础 是一种形象化 可 视化 易把握的设计过程 我们对仿生设计的灵感来源却可以追根溯源 仿生设计不同与其他的设计方法 它是一个形象化的可视的设计过程 同时 生物 体的形体过渡 结构传承 功能机制等特征又有很多值得我们借鉴学习的地方 仿生设 6 仿生设计在 业设计中的麻用研究 计能为造型设计提供新的原理 方法 因此 学习仿生设计方法是非常具有其现实意义 的 绿色设计 生态设计 生命周期 设计 人性化设计 情感化设计 易用性设计 图1 1 仿生设计体系构架图 f i g x 一1f r a m e o fb i o n i c sd e s i g ns y s t e m 陕两科技人学硕士学位论文 2 仿生设计对工业设计的启示 仿生设计 b i o n i c sd e s i g n 是在仿生学和设计学的互相交叉渗透的基础上形成的一 门新兴的边缘学科1 2 1 它以仿生学为基础 通过研究自然界生物系统的优异色彩 肌理 形态 功能 结构等特征 并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计 同时结合仿生学的研究成果 为设计提供新的思想 原理 方法和途径的 f o 学科 研 究范围涉及心理学 人机学 涉及到数学 生物学 电子学 物理学 控制论 信息论 人机学 心理学 材料学 机械学 动力学 工程学 经济学 色彩学 美学 传播学 伦理学等相关学科 仿生设计具备严谨的科学性和艺术性 它在自然美和人的审美情趣之间寻找着一个 平衡点 企图通过独特的设计视角探寻人和自然的情感沟通 利用自然界优异的功能结 构 图案组织来美化人类的物质生活和精神生活 显而易见 人作为自然的一部分有其 自然属性 研究自然就是为了研究人类本身与自然和谐共存的共生关系 设计的可持续 性是时代赋予设计的使命 本文以人类 产品和环境的可持续发展为中心 提出了基于 可持续设计理念的仿生设计研究 从而设计出符合消费者心理的 富有人性化 情感化 的产品 仿生设计包含对自然形态设计元素的提取和对自然形态设计元素的应用两个方面 这两个方面的实施主要建立在设计师个人的设计水平和对消费者审美需求的把握上 消 费者在选购产品时 往往通过产品形态所表达出的某种信息来判断和衡量是否与其内心 所希望的一致 从而最终做出购买的决策 因此 研究消费者审美及消费心理 考虑产 品的情感附加值带给用户的社会地位 生活方式等心理上的改变是仿生设计的前提 本 文首先对人类的仿生设计史作简单的回顾 通过对不同时期的仿生设计形式 设计来源 设计动机 设计灵感 设计实现来分析自然对人类生活重要的启迪作用 然后通过实例 解析仿生设计原理及方法 阐述如何提取自然物质的设计要素 并结合时代特征来指导 设计实践 具有很大的现实意义1 3 1 2 1 研究对象 2 1 1 生物形态的多样性为工业设计提供模型库 仿生形态是机能形态的一种形式 仿生形态既有一般形态的组织结构和功能要素 同时又区别于一般形态 它来自于设计师对生物形态 结构的模拟应用 是受大自然启 示的结果 主要研究的是生物体 包括动物 植物 微生物 人类 和自然界物质 如 日 月 风 云 山 川 雷 电等 存在的外部形态及其象征寓意 以及如何通过相 应的艺术处理手法 将之加以应用的设计方法 自然生物形态的奇异性丰富了设计师的 8 仿生设计在 业设计中的应 f j 研究 造型语言 为人工形态提供了新的设计方式和造型法则 a 生物多样性及其可持续利用 在生物界 动物家族有1 0 0 多万种 植物家族有4 0 5 0 万种 而微生物家族有1 0 多万种 为了避免混乱 人们想了许多办法给生物进行分类 2 0 0 0 多年前 中国有本 叫 尔雅 的古书 谈到了动 植物的分类 把植物分为草 木两类 动物分为虫 鱼 鸟 兽诸类 后来科学家们又定出了生物分类的等级 即界 门 纲 目 科 属 种 界是最 大的分类单位 往下依次递小 在越是大的分类单位中 生物彼此的共同特征越少 亲 缘关系越远 在越是小的分类单位中 共同特征越多 亲缘关系越近 生物的进化已有3 5 亿年以上的历史 经过大自然亿万年的精雕细琢 生物锤炼出了 适应自然环境的奇妙无比的技能 这些无穷的奥秘是人类的良师益友 深入探索它们的 奥秘 将为发展更加先进的技术提供不尽的源泉 可以预测 随着人类科学技术的发展 仿生设计将为人类设计提供新的途径 新的方法 为人类开发利用自然提供新的工具 b 海洋生物是仿生的重点 翻开地图我们可以看到 中国海呈孤形 拥抱着我国东南部的陆地国土 依据 联 合国海洋法公约 的规定 由我国管辖的海域面积可达3 0 0 万平方公里 大约相当于我 国陆地国土面积的3 3 我园所管辖的海域分为渤海 黄海 东海 南海四大海区 这 些海区自北向南跨越了温带 亚热带和热带 因此 我国海域兼有温带 亚热带和热带 这三大类型的生物种 我国的海洋生态系统复杂多样 海洋生物物种 生态类群和群落 结构都表现出丰富多彩的多样性特征 经过几年来海洋科技工作者的调查研究 已在我 国管辖海域记录到了2 0 2 7 8 种海洋生物 这些海洋生物隶属于5 个生物界 4 4 个生物门 其中动物界的种类最多 1 2 7 9 4 种 原核生物界最少 2 2 9 种 我国海洋生物种类约占 世界海洋生物总种数的1 0 1 海洋哺乳动物 我国现有各种海兽3 9 种 如 各种鲸类 海豚 海豹 海狮 儒艮等 2 海洋爬行动物 爬行动物是体被角质鳞片 在陆上繁殖的变温动物 3 海洋鸟类 海洋鸟类的种类不多 在中国海共记录了1 8 3 种海鸟 如红喉潜鸟 黑脚信天翁 海燕 小军舰鸟 海雀 白鹭 海鸥等等 4 海洋鱼类 鱼类是脊椎动物中最低级的一个类群 在我国海域里 目前己记录到 海洋鱼类3 0 2 3 种 其中软骨鱼类2 3 7 种 硬骨鱼类2 7 8 6 种 约占我国全部海洋生物种 类的1 7 5 海洋节肢动物 目前 在中国海共记录节肢动物4 3 6 2 种 约占中国海全部海洋 生物物种的1 5 如鲎 虾类 蟹类等 9 陕西科技人学硕十学位论文 6 海洋软体动物 在中国海共记录到各类软体动物2 5 5 7 种 约占中国海全部海洋 生物种的1 8 如石鳖 贻贝 珍珠贝 扇贝 牡蛎 文蛤 乌贼 章鱼等 7 海洋腔肠动物 腔肠动物因其特有刺细胞 故又被称作为刺胞动物 目前 在中 国海记录到各种海洋腔肠动物 共计是1 0 1 0 种 它们分属于腔肠动物门的三个纲 8 海洋植物 海洋植物可以简单分为两大类 低等的藻类植物和高等的种子植物 海底世界还有我们人类力量所不能触及的地方 因此也就还存在我们人类未知的海 底生物 海洋生物奇异的外观形态和特殊的生存技能使之成为仿生设计研究的一个重要 方面1 4 1 2 1 2 生物界丰富的物种资源是设计的源泉 仿生设计的学习是建立在对世间万物认识基础之上的 对自然物质的本质缺乏系统 的研究 必然会影响设计的最终结果 因此 通过研究生物的生活习性 研究生物的功 能本质 提取自然生物的形态要素 应当成为产品造型仿生设计研究中最重要的主题 并且 我们会逐渐认识到 在这些对自然生物本质的研究中 只有对事物客观存在及其 运动规律的认识 才从根本上构成了人类物质和精神财富涌流的源泉 人是一个富有生 命力的 能动的 具有创造性的认识主体 人类之所以伟大 完全在于他们获得了自然 的力量 迅速发现了事物的本质 倘若人类离开了自然的帮助 就不能把握客观世界的 存在和事物运动的规律 这样一来 人类全部的主观能动性就会丧失殆尽 在人类全部 的实践活动中 只有那些对事物客观存在及其运动规律的认识 才从根本上构成人类物 质和精神财富涌流的源泉 生物多样性是设计的无尽源泉 有助于人类审美意识的塑造 美是具体的 美的事 物总是以千姿百态 形象迥异的具体形式表现出来 而被人们注意和喜爱的 那么 作 为影响美的价值的 形式要素 又是什么呢 探究美的形式是寻求美的现象和美的作品一 般通用的原则 形式美首先见诸于自然美 自然界中的植物 动物 天体等均有诸如秩 序 比例 均衡 对称 节奏 韵律 连续 间隔 重叠 反复 疏密 粗细 交叉 一致 变化 和谐 生机 发展等形式特征 由此种种形式特征构成的美感 被康德称 为 不以对象的概念为前提 为自身而存在的自由美 被认为是一种最自由 最纯粹的 美 而在种种形式特征中就包含了形式美的规律和法则 这些形式美的规律和法则对于 现代产品造型设计具有直接的指导意义御 2 2 工业设计定义 2 2 1t 业设计定义 1 9 7 0 年国际工业设计协会i c s i d i n t e m a t i o n a lc o u n t o fs o c i e t i e so fi n d u s t r i a ld e s i g n 为工业设计下了一个完整的定义 工业设计 是一种根据产业状况以决定制作物品之适 1 0 仿生设计在丁业设计中的应用研究 应特质的创造活动 适应物品特质 不单指物品的结构 而是兼顾使用者和生产者双方 的观点 使抽象的概念系统化 完成统一而具体化的物品形象 意即著眼于根本的结构 与机能间的相互关系 其根据工业生产的条件扩大了人类环境的局面 1 9 8 0 年 国际 工业设计协会理事会 i c s i d 给工业设计又作了如下的定义 就批量生产的工业产品 而言 凭借训练 技术知识 经验及视觉感受 而赋予材料 结构 构造 形态 色彩 表面加工 装饰以新的品质和规格 叫做工业设计 根据当时的具体情况 工业设计师 应当在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作 而且 当需要工业设计师对包 装 宣传 展示 市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力 时 这也属于工业设计的范畴i q 随着人类由以机械化为特征的工业社会走向以信息化为特征的 后工业社会 工业 设计的范畴也大大的扩展了 由先前主要是为工业企业服务扩大到为金融 商业 旅游 保险 娱乐等第三产业服务 由产品设计等硬件扩展到公共关系 企业形象等软件 由 有形产品的设计扩展到 体验设计 非物质设计 等无形产品的设计 工业设计 的概 念为内涵更加丰富的 设计 概念所取代 工业设计是考虑到科技 经济和文化诸要素而进行的一种综合设计 旨在满足人们 日益增长的物质和文化的需求 提高人们的生活质量 工业设计的目的是在保证建立优 化的技术系统的同时 重视建立协调的 机 环境的系统 工业设计是以人为核 心 作为考虑问题的出发点 看重在人 物关系 机界面的研究 工业设计不但要 满足人们物质功能 技术功能 实用功能 环境功能 的要求 还要满足人们精神功能 审 美功能 象征功能 培训功能1 的要求 对于工业设计的理念而言 只有功能论 系统论 是不够的 还要有商品论和人性论的理念 如果说工程设计更重视技术导向 那么工业 设计更重视开发导向 根据美国工业设计协会的调查 在工业设计方面每投入1 美元 其销售收入可以获 得2 5 0 0 美元的回报 日本日立公司的统计数字也表明 每增加1 0 0 0 亿日元的销售额 工业设计的作用占据5 1 而技术改造的作用仅占1 2 中国的企业家们已经越来越认 识到工业设计对于自身企业品牌塑造的作用 2 2 2 工业设计设计程序 现代工业设计是有目的有计划按次序展开的 整个设计进程有时相互交错 有时会 出现循环 循环是为了不断检验每一步工作是否符合设计的要求 工业设计常用的是一 种五阶段程序 即 设计准备阶段 设计孵化阶段 设计诞生阶段 陕i 再科技大学硕士学位论文 设计定案阶段 设计管理阶段 对设计师来说 就是在明确设计目的的前提下 首先全面研究与设计有关的各种设 计要素 然后有意识地尝试各种组合的可能 接着是孕育过程 进而提出解决问题的方 案能达到的设计目的 最后通过科学的设计机构 推出具有开辟市场能力的产品 2 2 3 工业设计新趋势 第一趋势 工业设计转向消费者满意度 过去 工业设计这个词汇在传统观念中 不过是设计产品的外在形态 而现在中国 的企业家终于认识到 工业设计既不是设计师满足自己表现欲望的东西 更不是简单的 设计包装 而是能够提升品牌 促进销售 提高消费者满意度的东西 第二趋势 工业设计在前端与消费者沟通 这种趋势是将设计调研作为产品设计过程中最本质最重要的设计基础 从用户的需 求出发来设计产品 已经成为品牌企业在设计产品时的通例 国内的明基曾在设计一款 扫描仪前深入各大企业进行调查 观察扫描仪的使用环境和习惯 最后明基将扫描仪设 计为可平放 可站立 甚至还可以挂在墙上 最后这款扫描仪获得了德国设计i f 大奖 并取得了良好的销售成绩 第三趋势 新材料的运用 其实 工业设计的发展与新材料的应用密切相关 设计师经常采用新材料来为消费 者带来新的观感体验 2 2 4 工业设计技术性和艺术性两者的实现 a 技术性 工业设计不仅要研究人一机的关系 而且要扩及整个人类的人造环境 不仅只对机 器 设备和产品 还要将环境 人造环境和自然环境 作为一个整体来规划设计 现在的工业设计已经突破了技术与艺术相结合的范畴 走向广义工业设计发展的道 路 在中国设计出现了一种新的迹象 设计己经超出一般意义下的技术与艺术相结合的 范畴 成为一种促进现代工业产品 现代企业和社会发展的动力 随着人类和自然 社 会之间自适应状态的逐渐改变 综合 协调将日益发挥重要作用 设计除科技 艺术之 外还必须综合考虑经济 文化和社会实践各种要素 设计应是多元的 动态的 系统的 综合的 也就是广义的 广义工业设计的课题 已经大量的出现在我们的设计实践之中 设计师应竭尽所能为企业作设计开发 生产开发和市场开发的工作 协助企业克服在市 场竞争中所遇到的一系列新问题 以取得企业的生存和发展 这些问题包括 提出富有 竞争力的性能价格比的产品概念及设计 提出合理的产品结构和产业结构 研究企业的 综合优势和市场出现的机遇和企业的潜在问题 以制定企业在发展产品力 行销力和形 仿生设计在i 业设计中的应用