仿生设计在产品形态设计中的应用.doc

仿生设计在产品形态设计中的应用Nan JIANG, Heng WANG School of Mechanical Engineering Yangzhou University Yangzhou, China Hui LIU Siyang Productivity Promotion Center Suqian, ChinaXuelong HU School of Information Engineering Yangzhou University Yangzhou, ChinaWenfeiLI Jiangsu Best Baby Car Seat Mfg. Ltd. Company Zhenjiang, China摘要：大自然是一个有才华的设计师。她让每一个存在于这个世界的自然形态有自己的聪明和独特的形状，颜色，纹理，结构和功能。在产品形态的设计中，采用仿生原理，研究及应用天然的生物形式随之产生。根据具体的或抽象的仿生手段，通过提取，简化，对研究对象进行演变，设计师的设计灵感和创造性思维便被触发了。充分发挥设计师的创造性的想象力，以产品的形式将会使产品造型设计具有活力和情感。并呈现模拟大自然的美，以便极大的去提高了产品的价值。关键词：仿生设计;产品造型设计;仿生形态;具像仿生学;抽象仿生学1. 引言 自古到今，仿生学的概念伴随着人类的生存和发展一直在跟着时代的步伐。自远古时代，大自然一直是人类科学和技术发明和发现的源泉。例如，鲁班在春秋时期通过仿生设计发明了锯，它来源于带齿状草的形态特征，这是中国最早的仿生设计之一。在公元前三千年，我们的祖先模仿鸟营巢于树上，以防御野兽。一些古老的寺庙前的大厅入口模仿的是大象腿。在公元1500年达芬奇模拟鸟类的翅膀来进行仿生飞行，以及一系列设备的草稿和制作的模型。他们成为了现代直升机的原型。基于对鱼类的模仿，古人被记录制作了船。鱼的胸鳍和尾鳍被模仿成双螺杆和舵，以便实现水中的自由运输。通过对鸟类飞行器官详细的研究和模仿，并根据鸟的飞行结构的原理，接着载人飞行的滑翔机随之诞生了。 在近代，一些学科，如生物学，电子及动力学促进了仿生设计的快速发展，特别是在工业设计领域。利用仿生设计的各种生物模拟和重建带来很多优秀的产品。2. 仿生设计的内涵 仿生设计是一种创造性的活动，它的灵感来自生物原型。这是一个高度创造力思维的活动，基于对自然物体的深刻理解，并运用审美和造型的原则。仿生设计方法是指设计过程中运用选择性的特性，如形状，颜色，质地，功能和自然的结构。 工业设计中的仿生设计具有深厚的历史积淀和众多丰富的实践经验。与此同时它是最新鲜，最有活力的设计创新的方法之一。它的目的是回归自然，追求人性化的材料和可行的方法。 仿生设计的重要特性包括：艺术性，科学性，商业性，可循环性、可逆性，学科知识的综合和跨学科性。采用仿生设计，不仅可以创造优秀的具有功能齐全，结构紧凑，材料合理的产品，也可以形成一种回归自然，促进人与自然和谐统一的象征。 仿生设计是一种创造性的思维过程。其造型对象具有显著的特征，如趣味性，兼容性等。根据不同去解决的问题的仿生目的，它可以如下划分：1）生物种类：动物仿生学，植物仿生学，昆虫仿生学，人类仿生学和微生物仿生学。2）系统生物学特性：形式仿生学，结构仿生学与装饰仿生学。3）模仿度：具象仿生学和抽象仿生学。4）模仿的完整性：整体仿生学和局部仿生学。5）模仿的情境：动态仿生学和静态仿生学。6）模仿的量：单体仿生学组合仿生学。3. 产品形态仿生设计方法 “好设计”充满生活的性质。对于设计师，它是一个取之不尽，用之不竭的“设计数据库”。人类日用品的组成几乎都来源于自然仿生学。这些天然的“好设计”，一些具有合理的结构;一些具有合理的材料，并遵循自然经济法则;有些是美丽的，让我们爱不释手;一些形式甚至遵循数学规则。这些生物混合奇特能力，丰富了人们的想象力。当我们欣赏时，我们考虑是否可以从这些精美的设计中得到一些启发？ 产品仿生设计包括仿生产品形态，仿生产品功能，仿生产品质感，仿生颜色，仿生产品结构和仿生产品界面。其中，仿生形态设计是仿生设计的主要内容。 产品形态仿生设计和其它设计方法之间的差异之处在于，它是一种通过对自然对象形式的提取作为设计对象的设计过程。通过对自然物和人的形态之间的类比去丰富设计语言并应用到产品造型设计中。 形式是工业产品造型的主要元素之一。优秀的外形设计可以使产品有效的运用并给人以强烈的视觉冲击力。 利用对象的形式特征，设计师的灵感和创造性思维将被触发。充分发挥设计师对产品形式的想象力，产品价值将会得到提高。产品形态仿生设计通过模仿，变形和简化提炼有机体的全部或部分。通过对设计对象的分析，研究仿生的可行性 模仿哪种生物？ 全部或本土的生物？ 抽象生物体 特征提取、简化、创新 具象生物体 新设计图1形态仿生设计的设计过程。在保真度和特性的呈现的观点上看仿生形式，仿生产品可以分为具象形式和抽象形式。1）具象形式的仿生学 具象形式仿生学是指设计者在产品的形式上直接，形象地呈现出生物原型的造型特征。当设计时，我们可以选择生物体的全部或部分去直接模拟。例如，选择鸟作为生物原型。选择整个鸟或者只是小鸟的头部去进行设计原型。具象形式仿生学有很好的品味，亲和力，自然，并且一般人们都愿意去接受。它应用于玩具，工艺品，日用品等小件物品，但应用由于具象形式本身的复杂性，这使其不利于一些工业产品的造型。图2.榨汁机的仿生设计图3.花瓶的仿生设计图4.椅子的仿生设计图5.电动三轮车的仿生设计，2） 抽象形式的仿生学 抽象的形式仿生学用简单的形式反映了生活的独特功能。抽象的形式提炼物体的固有属性用于简化和演化。这种形式作用于人体可产生“心理”的形式。这种“心理”的形式一定是是生活经验的积累和在联想和想象之后，这种形式才出现的。因此，它充分释放自己的无限想象力。由于不同的生活经验，人产生不同的“心理”的形式。 抽象形式仿生学在现代工业产品设计中有一些特征，如高度简化和通用性，丰富的联想和想象。经过提炼某一些造型并没有表现出具体的生物形式，并让人可以明显感觉到像一个生物形式，同时让人不能很太容易的说出来源于哪种具体形式。用户可以不再判断产品形式是从什么生物模拟而来的，但我们可以深刻地感受到产品形式传达给我们的雄伟活力和感染性。 对设计师来说间接模拟需要更高的能力。设计师应具备敏锐的观察力和生物特征得高度敏感度。他们懂得对生命特征本质和强烈的抽象思维能力。当设计者间接地模拟生物原型，最重要的是要把握生物形式，例如，通常来说，植物有根、叶等;动物有眼、鼻、嘴和耳等。间接模拟经常使用这些共同的特征和生物原型的生长规律来进行抽象提炼。最重要的任务是反映它生命的姿态。 当产品的抽象形式仿生学已经实现，设计师的主观感觉应该补充并使生物学特性可以融合。抽象仿生形式应该努力到达精神境界。图6所示的抽象仿生电热水壶设计基于雨滴和芽的原型。图7所示的抽象仿生电热水壶设计基于小鸡的原型。图8所示的抽象仿生牵引卡车设计基于老虎的原型。（a）雨滴（b）芽（c）电热水壶仿生学设计图6.基于雨滴和芽仿生为原型的电热水壶抽象设计（a） 小鸡（b）电水壶仿生学设计图7.电热水壶设计鸡肉为仿生原型图8.牵引卡车仿生设计4. 结论 在工业设计领域，形态仿生学设计始终是一种重要的设计方法。产品通过仿生设计的形式满足人们心理喜欢的需求。他们引起人们自然地感受。从某种程度上说，随着时代潮流的发展，它提醒我们对自然和生态设计发展的重视。 采用仿生形态的产品可以使人们获得轻松，幽默，愉悦的感觉并缓解现代学习的单调和工作压力。在一定程度上，它可以满足人们在文化和精神方面更高等级的需求。仿生形态的宜人性可以使人与机器的形式更亲近。它在反映更多的人文关怀随着将来在人性化的设计的需求，满足人类回归自然的需求，丰富产品形态设计的形式方面具有很强的亲和力。因此，在产品设计中的仿生造型设计具有非常广阔应用前景。参考文献1王美娜，基于基础