科技前沿丁啟明韓春明產品設計中的仿生設計合肥工業(yè)大學建筑與藝術學院安徽合肥230009[摘要]文章從仿生學的概念出發(fā),介紹了 仿生設計的概念,起源和發(fā)展,指出了仿生設計在產品造型設計中的地位和作用。從設計的本質、設計的觀念和情感表達、以及仿生設計是創(chuàng)新設計思維的源泉,是現(xiàn)代產品造型設計的大趨勢的觀點來說明為什么在產品設計中要運用仿生設計。形成產晶仿生設計系統(tǒng)觀,為產品設計提供了新的思路和借鑒手法。.[關鍵詞]仿生學;仿生設計;產品造型設計;創(chuàng)新設計思維;產品設計引盲是精神需求(外觀)。仿生設計源于仿生學,仿生學是以模仿生物系統(tǒng)的原理來構遣就仿生設計的設計形態(tài)語意來講是一一種 人性化的設計，在設計技術系統(tǒng)或使人造系統(tǒng)具有類似生物系統(tǒng)特征的一一門科學。它作為中全面考慮到了人的物質以及精神需求，將生態(tài)觀念巧妙地導人到一門獨立的學科是在本世紀60年代后期。仿生設計是設計創(chuàng)造的方法與枝巧中最為直觀的方法之一，仿生設計創(chuàng)作的源泉來自自然界使人們從心理上接受它。而且通過仿生特別是對人體本身的仿造進的各種生物體。行設計，可以達到產品形態(tài)與人親和的效果，能吏準確地表達產品仿生設計由來已久，模仿是仿生學的基礎，人類創(chuàng)造活動的第的功能，便于產品與人之間良好的溝通。如圖1所示:-步就是從模仿自然界的生物體開始的，這種模仿是人類為生存而表現(xiàn)出來的仿生意識與行為，雖然這些活動直接而樸素，但卻是仿生慨念與思想發(fā)展的基礎，是現(xiàn)代仿生學與仿生設計的起源錐形。如今，人們設計了更多模仿生物形態(tài)的產品。那么，為什么人們在產品設計中會常用到仿生設計呢?滿足畜求物質功覺1產品設計的本質說明在產品設計中，我們設計的對象是產品，設計的目的卻是人。也就是說，無論我們設計什么樣的產品最終都是為了滿足人們的需結構(物愛)傷生設計求:設計是人為的設計，設計也是為人而設計的。產晶設計的出發(fā)點和歸宿都是為了不斷滿足人們日益增長的物質和文化精神的需要。圈1產品設計本質示意產品設計的全過程都有人的因素存在。人的需求在產品設計中具有2工業(yè)產品的仿生設計是-種觀念和情感的表達重要的作用:“需求是發(fā)明之母?！?人類的造物行為是在人的需求基長期以來，人們生活在復雜的自然環(huán)境當中，接觸到各種各樣.礎上產生的必然的行為。在歷史長河中，人類從猿進化而來,其和的事物后，人們自然就會對事物的形態(tài)、色彩、質感等產生一種先動物的最大區(qū)別就在于人類能夠有目的地造物，這種目的就是人類人為主的認識，久而久之，某些事物的特點就會具有廣泛的意義，的需求。- -個能夠最大限度地滿足人類需求的產品就是一個好的產成為約定的符號。品。而人類的需求大體有兩個大的方向:一個是物質需求(功能); 一個美國學者赫伯特.西蒙提出:設計是人工物的內部環(huán)境(人工物綜上所述，“一體化” 技術與非“一體化”技術相比，首先是:計與擇優(yōu)的結果，也是在實際應用中不斷改進、調整并最終成熟而釺焊質量大幅度提高、熱處理技術指標符合工況需求，從技術上消獲得的結果。所以該技術硬件無論是大到中頻電源、專用感應設備,除了傳統(tǒng)工藝所固有的缺陷，保證了工業(yè)化生產中截齒產品釬焊質小到截齒安裝座、掛鉤等相互銜接匹配渾為一體，設備技術完善，量的各項技術指杯大幅度提病。以抗剪強度為例，按照國家截齒標運行平穩(wěn)，維護量極小。由于其節(jié)省直接生產成本，根據(jù)巳采用該準規(guī)定，釬焊縫抗剪強度合格指標為≥180MPa,優(yōu)質品指標為≥技術企業(yè)計算與未采用相比，一般在生產5- 7萬只產品過程中所節(jié)230MPa。一般上藝技術紫握控制好的可達到合格品指標但達不到優(yōu)省的成本即可達到技術設備投資額。質品指標的較少。而采用“-體化"技術后，批量生產的產品抗剪9、 “-體化”技術指標:，強度一般均能達到優(yōu)質品指標，很多均大大超過230 MPa，達到1、生產能力:加工各種類型截齒以10--17秒速度完成硬質合280MPa以上的也不少見，進口產品一般穩(wěn)定在240 MPa左右，特好金釬焊與熱處理兩工序。的也有超過280MPa的。2、以35CrMnSiA材質批量生產的截齒硬度、沖擊切性、合金焊第二是生產率提高、生產成本下降。因為采用“一體化”技術.縫抗剪強度、焊縫充滿度質量指標同時達到或超過M1246--1996標將兩次加熱縮短為一次加熱，就釬焊熱處理兩道C序而言，最少節(jié)準規(guī)定的優(yōu)質品指標。能50%，每只產品兩道工序所耗時間(扣除存放轉運、準備時間)3、 在保證綜合指標達到優(yōu)質品的同時，可根據(jù)工況需求調整工從平均2分30秒下降到915秒。沒有高溫鹽消耗，同時沒有高、藝參數(shù)，使截齒頭部硬度達到HRC49以上(合格為40.優(yōu)質為44)低溫鹽混合造成的低溫鹽失效的可能，低溫鹽消耗同比下降90%?；蛘呤箾_擊韌性達到100]/cm2以上(合格為49、優(yōu)質為60)。第三是改善S工作環(huán)境，大幅度降低了環(huán)境污染。由于取消了五、緒論高溫鹽爐，杜絕了工作環(huán)境中的煙氣污染，同時低溫鹽廢物排放減總之，通過以上分析可以看出，硬質合金釬焊~熱處理一體化少了95%以上。技術是我國目朐截齒生產行業(yè)一項較為成熟的新技術，它將截齒生第四、便于自動化生產,大大降低生產過程中影響質量人為因產工藝中硬質合金釬焊、熱處理兩道工序合二為一，有效地利用了素,產品一致性好，質量穩(wěn)定。硬質合金釬焊加熱過程中的熱能，提高了生產效率，降低了生產成第五、便于生產計劃、調度，對市場訂貨響應速度快。與一般本，減輕了環(huán)境污染,并且使產品質量大大提高，解決了長期閑擾生產技術比，采用“一體化”技術后,批次響應時間可從2天下降我國截齒生產的關鍵技術難題，該項技術具有很好的推廣和應用價到1小時。對同品種大批量、不同品種小批量均有相同的適應性與值。生產效率。從生產指令下發(fā)始各種變化都可在1個小時內獲得產品。中國煤化工第六、設備整體配套性好，日常維護量小，投資回收快。由于“一體化”技術在研究開發(fā)伊始就比較重視可操作性，所以就目前2潘大I:MHCNMHCGu“一體化"技術而言，無論是中頻電源頻率的選擇、功率的大小、專3.黑文林的著:《感應加熱裝0)。 機械工業(yè)出版社19812用加熱設備、傳動設備、等溢淬火槽、設備供應廠家等均是優(yōu)化設科技前沿自身的物質和組織)和外部環(huán)境(人工物的工作或使用環(huán)境)的相互的特征，而且較為簡法。接合。這種接合是圍繞人來進行的?！叭恕?是設計的一個方面，是(3)仿生形態(tài)直接模仿生物的局部優(yōu)異機能。如模仿海豚皮制作設計的主體和設計服務的對象，而作為“產品”則是設計的直接對的魚雷外殼減少了前進阻力,船舶采用魚尾型推進器可在低速下取象。我們設計一個產品不能單- -地考慮產品本身，當我們看見一件得較大推力。但是，在仿生形態(tài)的研究和應用中很少模仿細節(jié)，面產品時它帶給我們的不僅僅是使用功能、所用材料以及形態(tài)外觀，是通過對生命系統(tǒng)的構造和工作原理研究，總結出仿生形態(tài)的科學也包含者對傳統(tǒng)思考、文化理喻.科學觀念等的感覺和認知。任何規(guī)律。如圖3所示:一件產品的內容，都必須超出產品中所包含的那些表象。觀念和情感是-一個產品在設計時就要考慮的，如何傳遞給人，取得與人的感尸購飾晚功楚設計產的e1情丹節(jié)情共鳴。這種感受的傳達存在著確定性與不確定性的統(tǒng)-。情感把物”[廣品贈臺中咖新產品投H拋在于深人目標對象的使用者的感情，而不是個人的情感抒發(fā)。仿外聯(lián)設計嚴的生設計側重于用自然物的形態(tài)、色彩、肌理等引發(fā)心理情感，體現(xiàn)大自然和諧與共生的精神哲學，它反映著設計與人的關系。圖3產品設計思維來源尤其在當今的信息化時代，人們對產品的要求越來越高，他們不再滿足于過去簡單的單一的功能設計領先，而轉向了追求產品外4仿生性設計是現(xiàn)代化產品設計的大趨勢觀的清新、自然、淳樸，注重返璞歸真以及情趣化的設計。仿生設現(xiàn)實社會的主體是人與機器構成。機器是為人服務的，人類發(fā)計恰好叮以做到讓設計回歸自然并賦予設計形態(tài)以生命的象征，體明機器是為了讓其代替人，從而解放人類于強的壓力之中，面機器現(xiàn)人類特定的觀念和情感。這正如圖2:對人類的解放程度取決于人們對之使用的舒適度。如圖4所示:隨著生活的進步，工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)產品的形態(tài)也越來越多自熱物一-特定符號形樹”(的生設計產品了。雖然如此，在現(xiàn)實生活中，仍有許多設計師有很多很好的發(fā)明不能找到良好的合適的外觀造型去實現(xiàn)它。此時運用仿生學的原理，賦予產品一個形象的外觀造型就是一一個最好的選擇，而且生活節(jié)奏圖2產品設計觀念、情感表達的加快導致人們在產品的使用上越來越多地考您到宜人性。這種仿生形態(tài)的宜人性可使人與機器形態(tài)更加親近并蘊含著生3仿生設計是設計創(chuàng)新的思維源泉命的活力。產品設計的對象是產品，但設計的目的卻不是產品，而.德國著名設計大師路易吉.科拉尼說:“設計的基礎來 自誕生是為了滿足人們的需求、產品的功能是產品滿足人們要求的物質核于大自然的生命所呈現(xiàn)的真理之中?！边@是-句至理名言，一語中的心，而產品的外型卻是產品滿足人們要求的精神核心。所以設計師道破了設計界的真理:設計創(chuàng)新的思維源泉源自于仿生設計。自然不斷地在設計中做出適應的調整來滿足人類需求的不斷變化。生物生物微妙的結構變化始終影響著人類的設計意識。我國古代建筑設機體的構造不斷地生長變化著，設計師不斷地根據(jù)人類的物質和精計大師魯班因茅草割破了手指，于是仿造葉子的齒狀邊緣發(fā)明了木神需求，利用生物形態(tài)中包含的豐腐造型設計語育，不斷調整其舒工用的鋸子，現(xiàn)代人模仿昆蟲單復眼的構造特點，造出了大屏幕模適性和宜人性，從而使得人機對話史加輕松。順應了現(xiàn)代化產品設塊化彩電和復眼照相機，根據(jù)蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機。計的大趨勢。1985年瑞士設計師齊爾吉朵麥斯特拉爾發(fā)明了“貝爾克洛鉤拉在工業(yè)產品設計中仿生性設計思維是對基本產品設計能力的洲粘附帶"也是因為他在狩獵時看到褲管上粘滿了蒼耳籽，用放大鏡練，但是我們必須正確認識仿生設計的實質是對自然物的再創(chuàng)造過觀察發(fā)現(xiàn)蒼耳耔上布滿精倒鉤的小刺從而得到的設計靈感程,而不是簡單的模仿，注重“神似"而非“形似"。很多的產品設計者都是人類從極為平常的生物現(xiàn)象中領悟出的4結柬語深刻結構原理，從生物功能的進化上對產品進行的有效的設計。、仿生 設計作為產品設計的-種重要設計方法是很重要的。仿生科學研究表明，人類不具備的許多感官特征在生物界的眾多動患維是設計師在設計過程中的原創(chuàng)性設計意識，它能將設計師思維;植物身上卻存在。如蝙蝠能感受到超聲波;鷹眼能從三千米高空敏擴展開，從更多層次深入思考問題，無論人類社會發(fā)展到任何時期,銳地發(fā)現(xiàn)地面運動著的小動物;蛙眼能迅速判斷目標的位置、運動自然生物始終類生存和發(fā)展依附的主體環(huán)境，生活環(huán)境中的“仿生"方向和速度。大自然的奧秘不勝枚舉。意義始終左右著人類生存的品質。這種設計思維可以幫助設計師充每當我們發(fā)現(xiàn)一種生物奧秘，就產生了一種新的設計可能性,分發(fā)揮想象力，對工業(yè)設計的產品開發(fā)研究有積極作用;它將會為也可能帶給我們一種新的生存方式。工業(yè)設計的發(fā)展帶米生機與活力。仿生設計可以從三個方面應用于產品設計中:(1)從功能出發(fā)，研究生物的結構形態(tài)，在感性認識的基礎上,除去無關因素，建立一個生物的模型。對照原型進行定性分析，用模型模擬生物結構原理。(2)從生物形態(tài)出發(fā)，研究仿生形態(tài)、比例、機能。用模型的手法，對生物體進行定量分析，掌握生物機體的結構尺度，從具象的形態(tài)和結構中，探索其特殊功能和運動協(xié)調的特點。形態(tài)仿生有具象仿生和抽象仿生之分:①所謂具象形態(tài)是通過人的眼睛真實地反映感覺到的形態(tài)。它是通真的再現(xiàn)事物的形態(tài)。情趣性、可愛性、有機性、親和性、自然性，是具象形態(tài)具有的特點，所以在玩具、工藝品中應用得比較多。但是在工業(yè)產品不宜采用具象形態(tài)，因為具象的形態(tài)太過于復雜。②所謂抽象形態(tài)是抓住事物獨特的本質特征后用簡單的形體21 |中國煤化工”輕工業(yè)出版社。199京:江蘇美術出版社，2001把它反映出來的一種形態(tài)。此形態(tài)必需有一定的生活經驗的積累，爾濱工業(yè)大學出版社，1998經過聯(lián)想和想象把形浮現(xiàn)在腦海中，那是一種不實在的形，但是這51YHCN M H G1北京:中國人民大學出版社20.0個形經過個人主觀的情感聯(lián)想所產生的形變化多端、色彩豐富，在(6糖平,路易吉，科拉尼.傷生設計傳奇U1 藝術與設計:產品設計, 2004，0 (): 72-產品造型設計中常常會用到這種抽象形態(tài)的仿生，他能夠體現(xiàn)產晶?