工业产品造型设计第7、8章

1、工业产品造型设计 （第2版） 主编 韩春明 第7章工业产品造型材料与工艺 7.1概述 7.1概述 7.2产品造型材料 7.3造型材料的处理工艺 7.1概述 7.1.1产品设计与材料 7.1.1产品设计与材料 7.1.2材料的分类 7.1.3材料的基本性能 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 7.1.1产品设计与材料 产品设计是具有物质和精神双重功能的造型活动，材 料与产品设计的这两大特征都具有密不可分的关系。一 方面，材料是实现产品功能的物质载体，材料选择得恰 当与否直接影响产品功能实现的可能性、可靠性和经济 性；另一方面，在构成产品造型的形、色、质三大感觉 要素中，色彩和质感都与材料有着直

2、接关系，因此，材 料在赋予产品、体现产品的美学和人文价值方面起着同 样的关键作用。 7.1.1产品设计与材料 图7-1材料与设计 7.1.2材料的分类 (1)金属材料：材料原子间以金属键相结合，包括金属和以金属为基 的合金，常见金属材料如各种钢铁材料、非铁金属材料、铸造合金 等。 (2)无机材料：材料原子间以离子键相结合，一般为一种或多种金属 与一种非金属元素组成的非碳化合物，最常见的无机材料为各种传 统和新陶瓷材料。 (3)有机材料：材料原子间以共价键相结合，主要为各种有机高分子 材料，常见的如各种工程塑料、橡胶等。 (4)复合材料：由两种或两种以上的不同材料复合而成，具有任何单 一组成材料

3、所无法达到的优异性能，包括无机系、有机系或将两者 相互复合而成的材料，常见复合材料如玻璃钢、碳素纤维合金等。 7.1.2材料的分类 图7-2材料制品类型 7.1.3材料的基本性能 1. 材料的性能性能是一种参量，用于表征材料在给定外界条件下 的行为，即材料的性能受到外界条件的制约。 2. 材料的一般性能 (1)材料的力学性能 (2)材料的物理化学性能 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 (1)感觉物性：这是指通过人的感知系统对材料产生的综合印象，包 括人的感觉系统因生理刺激对材料作出的反应，或由人的知觉系统 从材料表面得出的信息。 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 图7-3材料的感觉物性

4、 (2)加工成形性：工业设计是建立在机器化大生产的前提和基础上的， 产品设计也只有通过对特定材料的加工成形，才能赋予其物质和精 神功能。 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 (3)表面工艺性：工业产品加工成形后，一般都需要对基体材料进行 表面处理，其目的是改变材料表面的物化特征，提高装饰效果，保 护产品，延长使用寿命等，根据造型材料的性质和产品的使用环境 正确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决 定性步骤。 (4)环境耐候性：工业产品是在多种多样的环境下使用，有室外和室 内、寒带和热带、高空和地面、内陆地区和沿海地区等。 (5)环保性能：绿色设计作为工业设计的一个发展趋势，

5、近年来越来 越引起人们的关注，国际市场上已开始出售印有“ecomark”生态 标志的商品，如废塑料的再生制品、婴儿尿布、再生纸的购物袋和 包装等。 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 7M4.TIF 7.1.4工业产品造型材料的特殊性能 7M5.TIF 7.2产品造型材料 7.2.1金属材料 7.2.2工程塑料 7.2.3其他造型材料 7.2.1金属材料 1.金属材料的特性及其分类 (1)金属材料的一般性质：金属材料是工业产品设计中使用最为广泛 的材料之一，具有其他材料所无法获得的下列优异性能。 (2)金属材料的分类 2.常用金属材料 (1)钢铁材料：钢铁材料是在工业产品中应用最为广泛的金属

6、材料， 产量约占金属材料总量的90以上。 7.2.1金属材料 图7-6碳素结构钢制品 7.2.1金属材料 图7-7碳素工具钢制品 7.2.1金属材料 图7-8合金结构钢、工具钢 a)低合金高强度钢桥梁b)合金调质钢齿轮c)合金工具钢刀具 7M9.TIF 7.2.1金属材料 7M10.TIF (2)非铁金属及其合金 7.2.1金属材料 7M11.TIF 7.2.1金属材料 7M12.TIF 7.2.1金属材料 图7-13铝合金 a)铸造铝合金制品b)防锈铝合金易拉罐c)变形铝合金机车 7.2.1金属材料 图7-14铜合金五金件 7.2.1金属材料 图7-15表面镀钛 合金的相机制品 7.2.2工

7、程塑料 1.工程塑料的特性及其分类 (1)工程塑料的一般性质：塑料与其他造型材料相比，具有以下优点： (2)工程塑料的分类：塑料的种类繁多，性质与用途也各有特色，通 常按照塑料的成形性可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。 2.常用工程塑料 (1)热塑性塑料：热塑性塑料的品种很多，常用的有聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、ABS工程塑料、 聚酰胺(尼龙)、聚四氟乙烯等。 (2)热固性塑料：常用的热固性塑料主要有酚醛树脂、环氧树脂、不饱 和聚酯等。 (3)复合塑料：其属于复合材料，由作为基体材料的塑料和作为增强材 料的玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等复合而成。 7.2

8、.2工程塑料 7M16.TIF 7.2.2工程塑料 7M17.TIF 7.2.2工程塑料 图7-18聚苯乙烯制品 7.2.2工程塑料 图7-19聚氯乙烯制品 7.2.2工程塑料 7M20.TIF 7.2.2工程塑料 7M21.TIF 7.2.2工程塑料 7M22.TIF 7.2.2工程塑料 7M23.TIF 7.2.2工程塑料 7M24.TIF 7.2.2工程塑料 7M25.TIF 7.2.3其他造型材料 1. 陶瓷它又称为无机非金属固体材料。 1)日用和建筑陶瓷按其吸水率和规格质量的不同可分为陶器、炻器 和瓷器三种，其中陶器和炻器外观质量相对较低，耐水性和耐候性 较好，一般用作餐具、卫生陶瓷

9、和外装修用瓷砖。 2)化工陶瓷具有优异的耐蚀性和耐磨性，不污染介质。 3)结构陶瓷具有优异的耐磨性、耐蚀性、耐热性以及弹性模量和高 温强度大的特性。 7.2.3其他造型材料 图7-26陶瓷制品 a)结构陶瓷制品b)功能陶瓷及其应用 4)功能陶瓷是指利用陶瓷材料特有的对力、热、光、电、磁、声等 7.2.3其他造型材料 敏感的特性而开发的性能和用途多样的新型陶瓷材料，如压电陶瓷、 超导陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷等。 2.玻璃玻璃是工业产品中常用的造型材料。 1)容器玻璃按其用途可分为瓶罐玻璃和器皿玻璃。 2)装饰玻璃按其外观特性和加工工艺可分为单光玻璃、镜面玻璃、 磨砂玻璃、压花玻璃、喷花玻璃、彩色

10、玻璃等，主要用于门窗、镜 子以及各种需要装饰性效果的场合。 3)钢化玻璃的抗弯、抗冲击、抗扭曲变形能力都大大高于普通玻璃， 又兼具普通玻璃良好的光学特性。 4)微晶玻璃的热膨胀系数接近于零，能经受温度的急剧变化，能透 过微波。 5)泡沫玻璃热导率低，不燃，隔热隔声性能优异，加工性能良好。 7.2.3其他造型材料 6)光学玻璃具有满足各种不同要求的光学常数，高的透明性、物化 均匀性和化学稳定性。 7)铅玻璃具有较高的光色散的能力，能吸收X射线和射线，主要用 于起屏蔽辐射作用的观察窗口、荧光灯外壳、电视机显像管等。 7.3造型材料的处理工艺 7.3.1成形工艺 7.3.2表面处理工艺 7.3.1成

11、形工艺 1.金属的成形工艺 (1)金属的加工成形方法：金属的加工成形方法可分为固体成形和液 体成形两大类，具体分类如下： (2)典型成形工艺 7.3.1成形工艺 图7-27铸造工艺过程 7.3.1成形工艺 图7-28压力成形工艺 2.塑料的成形工艺 (1)塑料的加工成形方法：同金属材料相比，塑料的加工成形性能更 为优异，易于成形各种具有复杂外观造型的制品。 (2)典型成形工艺 7.3.1成形工艺 图7-29注射工艺及其制品 7.3.1成形工艺 图7-30吹塑成形及其制品 7.3.2表面处理工艺 1.材料的表面装饰与处理 (1)材料表面处理的功效：工业产品造型的材料种类很多，其表面处 理和装饰技

12、术更是千差万别。 (2)表面处理与装饰技术的分类：表面处理与装饰技术按照工艺特点、 功能目的和作用机制，可分为表面精整加工、表面改质处理和表面 被覆处理三种类型。 7.3.2表面处理工艺 表7-1表面处理与装饰技术 2.金属材料的表面装饰工艺 (1)金属材料的表面精整加工：其主要目的是提高金属产品的表面质 量和降低表面粗糙度值而产生高光效果，或者形成金属制件表面的 凹凸文字、标志和纹理等，也常用作产品实施电镀、涂装工艺前的 预处理。 7.3.2表面处理工艺 (2)金属材料的表面改质处理：其主要目的是改善金属的表面性质， 提高其耐腐蚀、耐磨等性能，或者用于对金属进行着色处理，也可 用作产品电镀、

13、涂装前的预处理。 (3)金属材料的表面被覆处理：其主要目的是改善金属表面性质，赋 予金属表面层其基体金属所不具备的特殊机能。 7.3.2表面处理工艺 7M31.TIF 7.3.2表面处理工艺 7M32.TIF 7.3.2表面处理工艺 3.塑料的表面装饰工艺塑料制品的表面装饰工艺可分为一次装饰和 二次装饰。 (1)塑料着色：它是在塑料原料中加入普通或特殊染料，并在塑料成形 过程中就可直接实现的装饰工艺，是塑料制品最常采用的表面装饰工 艺。 7.3.2表面处理工艺 图7-33荧光着色塑料棒 (2)塑料的表面被覆工艺：塑料制品和金属制品一样， 7.3.2表面处理工艺 可通过电镀和化学镀等方法在其表面

14、生成金属镀膜，以获得金属质 感的装饰效果，并提高其导电性、耐热性、耐磨性和力学性能。 1.工业产品造型材料应具备的特殊性能有哪些？它们对产品设计各 有何影响？ 2.试比较金属和塑料材质的异同点及其在产品设计中的应用范围。 3.塑料的成形工艺有哪些？各有何特点？分别适用于何种造型的产 品？ 4.造型材料的表面装饰与处理技术有哪些？试从同质异感和异质同 感的角度分析产品材料与质感的关系。 5.选择一种工业产品，试从产品造型、材料、结构、成形和表面装 饰工艺诸角度探讨其形态与选材的内在关系，并提出改进设想。 第8章工业产品设计的方法和程序 8.1概述 8.2设计思维 8.3设计流程 8.4设计方法

15、8.1概述 8.1.1设计与设计方法 8.1.2设计空间 8.1.1设计与设计方法 1. 设计 (1)设计的类型：不同类型的设计工作所要达到的目标、要求及条件 各不相同，通常把设计分为三种类型。 (2)设计问题的解决模式：设计可视为问题求解的过程，设计问题的 求解一般有三种模式。 2. 设计方法设计方法是指设计过程中所采用的方法，是按照一定 步骤进行的程序。 (1)直觉设计阶段：该阶段设计体现为一种个体的、盲目的、试验性 的活动，是一种周期性长，把握性小且具偶发性的自发设计方法。 8.1.1设计与设计方法 (2)经验设计阶段：这一设计阶段主要参考现有产品图样和手册中的 经验数据进行设计，需经多

16、次试制才能投入生产，因而产品开发周 期长，且一般只能用于对现有产品进行局部革新设计，不能突破常 规进行创造性设计。 (3)中间试验辅助设计阶段：这一设计阶段中采用局部试验，模拟试 验等辅助手段的设计方法，能有效缩短设计周期。 (4)计算机辅助设计阶段：这一设计阶段中引入计算机辅助设计技术， 能实现产品的设计、试验和生产的一体化，通过动态的模拟和仿真 对设计中的问题进行及时反馈，设计效率和质量显著提高。 8.1.1设计与设计方法 图8-1设计空间 8.1.1设计与设计方法 (5)现代设计法设计阶段：这一设计阶段中引入系统论、控制论、信息 论、智能论、模糊论等科学方法论，作为指导设计的一般规律、原

17、则 和方法，使设计的稳定性、复杂性、准确性和快速性都有质的飞跃。 8.1.2设计空间 设计方法研究与设计活动有关的各个层面，涉及范围 极其广泛，通常可用设计空间来定义设计方法的研究内 容和范畴。如图81所示，由设计思维构成的逻辑维、 设计流程构成的时间维和设计方法构成的方法维组成三 维的设计空间，设计过程中的每一个行动都对应于设计 空间中的一个点，相应的设计方法学也从设计思维、设 计流程和设计方法三个方面对设计过程加以指导。 8.2设计思维 8.2.1创造性思维 8.2.2创造法则 8.2.1创造性思维 1. 创造性思维它又称变革性思维，是以各种智力和非智力因素为 基础,在创造活动中表现出的具

18、有独创性的、产生新成果的高级、复 杂的思维活动，是整个创造活动的实质和核心。 8.2.1创造性思维 图8-2创造无处不在 2. 创造性思维的形式创造性思维不是单一的思维形式，而是多种 思维形式的协调统一。 8.2.1创造性思维 (1)逻辑思维和形象思维：逻辑思维是在认识过程中用反映事物共同 属性和本质属性的概念作为基本思维形式，在概念的基础上进行判 断、推理，反映现实的一种思维方式。 (2)直觉思维和灵感思维：直觉思维是指以少量的本质性现象为媒介， 不经过逻辑推理而直接把握事物本质与规律的思维形式，具有直觉 性的特征。 (3)发散思维和收敛思维：发散思维又称求异思维，是以某一思考对 象为出发点

19、，沿着不同方向，多角度、多层次向外辐射展开设想， 以期获得新的构思和突破的思维形式。 (4)分合思维和逆向思维：分合思维是将思考对象加以分解或合并， 以产生新思路、新方案的思维形式。 8.2.2创造法则 图8-3综合法则 1. 综合法则在分析设计对象的各个构成要素的基础上加以综合，融 合多学科知识和多种设计技术为一体而产生创新成果的创造法则。 8.2.2创造法则 2. 还原法则排除设计物现有方案、原理和结构的影响，返回设计的 初始状态，抽取设计对象的最本质功能，集中研究其实现手段和方法 的其他可能性，以获得技术原理完全不同的革新成果。 图8-4还原法则 a)滚筒洗衣机b)波轮洗衣机c)坚果“E

20、洗机”d)空气洗涤洗衣机 8.2.2创造法则 3. 移植法则运用移植原理，把其他对象的概念、原理和方法应用于 设计对象的创造法则，能促进设计对象间的渗透、交叉和综合，使设 计在现有材料、技术的基础上获得意想不到的设计效果。 (1)原理移植：这是将某一事物的原理移植运用到另一事物上，从而创 造出新产品。 (2)结构移植：这是把某个产品的结构不经实质性的改进，移植到其他 产品上。 (3)材料移植：这是将某一用途的材料移植到其他物体上，产生新的效 果，就是材料移植。 (4)方法移植：这是将某一领域中的有效方法移植到另一领域中去，从 而解决此领域中的问题。 8.2.2创造法则 图8-5移植法则原理移植

21、 8.2.2创造法则 图8-6移植法则材料移植 4. 对应法则依据事物间在形态和功能上普遍存在的对应性，运用 相似、模拟等师法自然手段获得技术思想、设计原理、外观造型的 创造法则。 8.2.2创造法则 图8-7对应法则 5. 离散法则这是将现有设计对象的构成要素、功能或形式予以分 离，以产生新的设计概念和构想的创造法则。 6. 组合法则这是将一种或多种产品的构成要素、技术原理、结构 形式等进行适当组合，以形成新方案、新产品的创造法则。 8.2.2创造法则 图8-8组合法则 7. 强化法则针对现有设计对象的主要功能和技术特点加以突出、 强化或扩充，以产生具有量变或质变的革新产品。 8.2.2创造

22、法则 8. 换元法则换元法则又称替换法则，是将设计对象分解为若干设 计要素后，对其中的一个或多个元素的材料、工艺、形态、色彩、 原理、结构等使用其他可行方式进行置换而产生新构思的创造法则。 图8-9换元法则 8.2.2创造法则 9. 逆反法则此法则是通过反转常规的设计思路，从相反方向考虑 设计对象的原理、模式、顺序和因果关系，或在结构、形态上作正 反、上下、里外的颠倒处理，以产生新颖而巧妙的设计构思。 图8-10逆向思维 8.3设计流程 8.3.1设计的思维进程 8.3.2设计程序 8.3.1设计的思维进程 (1)分析：分析即设计问题的认识和定义阶段，是把设计问题基于系 统性的考虑，将设计问题

23、分解为各个要素的阶段，包括开展设计调 查、明确设计要求、制订设计规划、搜集设计资料等具体环节。 (2)综合：综合即设计展开阶段，是将分解的各设计要素用新的方式 重新组合建构的阶段，包括展开设计构想、综合原理解答方案、转 换功能结构等具体环节。 (3)评价：评价即设计收敛阶段，是对综合阶段形成的各种可行性解 决方案进行检验和评估，分析其优缺点，实现设计目标的程度和经 济性等，为设计决策提供依据。 (4)决策：决策即设计决定阶段，是根据使用条件、要求和设计评价 的结果，选定最终解决方案的阶段。 8.3.2设计程序 1. 设计规划阶段这一阶段要了解设计对象的用途、功能和造型的 要求及使用环境等；调查

24、国内外同类产品或近似产品的功能、结构、 外观、价格和销售情况等；搜集与设计对象有关的信息资料，掌握 其结构和造型的基本特征；分析市场的发展趋势，调查各类顾客和 消费者对此类产品的需求及其消费心理、购买的动机和条件等。 8.3.2设计程序 表8-1设计要求表 2. 设计分析与构想阶段通过设计准备阶段的调查和设计预测而进 入设计初步构想的阶段。 8.3.2设计程序 表8-2功能分析卡片 表8-3结构分析卡片 表8-4材料分析卡片 8.3.2设计程序 表8-5设计构想表 3. 方案设计阶段从自然科学原理和技术效应出发，对构思和草图 阶段产生的备选方案和设计草图进行评估，通过优化筛选，找出最 适宜于实

25、现预定设计目标的原理方案。 4. 深入设计阶段该阶段是将功能原理方案具体转化为零部件和产 品合理结构配置的过程。 8.3.2设计程序 5. 施工图设计阶段施工图设计阶段是方案设计的具体化和标准化 的过程。 8.4设计方法 8.4.1设计调查方法 8.4.2设计构想方法 8.4.3设计评价方法 8.4.1设计调查方法 1. 设计调查方法 (1)询问调查法：又称为问卷调查法，是设计师通过询问方式搜集设 计信息资料的方法。 (2)观察调查法：这是调查者在现场观察、记录用户对某一产品在使 用时的评价和意见的调查方法。 (3)试验调查法：这是在给定的限制条件下，通过控制某些相关参数， 以观察用户反应以及

26、某些市场变量之间因果关系的调查方法。 (4)抽样调查法：这是按照一定的规则，从被调查的对象总体中，抽 取部分具有代表性的对象作为样本进行调查，并通过样本的调查结 果推断总体性质的调查方法。 8.4.1设计调查方法 2. 问卷设计技术问卷调查是使用最广泛的设计调查方法之一，问 卷内容设计得好坏直接关系到调查资料的有效性、可靠性和准确性。 (1)二项选择法：又称是非法，让调查对象在“是”与“非”、“好” 与“坏”等对立选项中加以选择。 (2)多项选择法：调查者预先提供多项备选答案，让调查对象选择一 项或多项的方法，这种方法能克服二项选择法的强制选择的缺点。 (3)自由回答法：调查者只提出预先拟订的

27、调查问题，不给出备选答 案，调查对象不受任何限制，可自由表述意见。 (4)顺位法：在若干可供选择的项目中，让调查对象按重要程度进行 排序。 8.4.1设计调查方法 (5)图解评价法：这是将某一调查项目按照程度划分为以数字标示的 若干等级，让调查对象选取一个数值以对评价目标进行定量分析。 (6)项目核对法：此法是使用多个项目的图解评价法，列出产品的各 种特征，征询调查对象的意见。 8.4.2设计构想方法 1. 自由联想法 (1)智力激励法：智力激励法又称奥斯本智暴法、头脑风暴法等，是 一种多人参与以激发群体智慧的设计构想方法。 (2)戈登法：这是智力激励法最主要的变种技法，其方法和程序与后 者大

28、致相同，最大的区别在于问题提出的方法不同。 (3) 635法：这是常用的激发群体智慧的设计构想方法。 2.观察分析法 (1)属性列举法：属性列举法是通过遍历设计对象相关之属性，进而 探求改进方向的设计分析方法。 (2)缺点列举法：缺点列举法是从改进设计的直接诱因出发，通过分 析现有产品的缺陷或不足寻求产品改进方向的设计分析方法。 8.4.2设计构想方法 图8-11缺点列举法 (3)希望点列举法：常用于对功能和技术已经较为成熟的产品进行改 型或换代的设计，是通过对现有产品提出新的希望或理想，进而探 求解决新的设计问题和改善设计对策的分析技法。 8.4.2设计构想方法 表8-6属性列举法 表8-6属性列举法 3. 强制联想法 (1)焦点法：焦点法是以特定的设计结果为思考的焦点，不受限制地 进行发散联想，然后强制性地把选定的联想要素与设计问题相结合， 以产生新的构思的设计构想方法。 8.4.2设计构想方法 (2)目录法：目录是指具有丰富图片信息的设计资料，如各类产品目 录、图鉴、年鉴等。 (3)信息交合法：信息交合法是对产品整体进行