工業(yè)產品造型設計第7、8章

1、工業(yè)產品造型設計 （第2版） 主編 韓春明第7章工業(yè)產品造型材料與工藝7.1概述7.1概述7.2產品造型材料7.3造型材料的處理工藝7.1概述7.1.1產品設計與材料7.1.1產品設計與材料7.1.2材料的分類7.1.3材料的基本性能7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能7.1.1產品設計與材料產品設計是具有物質和精神雙重功能的造型活動，材料與產品設計的這兩大特征都具有密不可分的關系。一方面，材料是實現(xiàn)產品功能的物質載體，材料選擇得恰當與否直接影響產品功能實現(xiàn)的可能性、可靠性和經濟性；另一方面，在構成產品造型的形、色、質三大感覺要素中，色彩和質感都與材料有著直接關系，因此，材料在賦予產品、體現(xiàn)產

2、品的美學和人文價值方面起著同樣的關鍵作用。7.1.1產品設計與材料圖7-1材料與設計7.1.2材料的分類(1)金屬材料：材料原子間以金屬鍵相結合，包括金屬和以金屬為基的合金，常見金屬材料如各種鋼鐵材料、非鐵金屬材料、鑄造合金等。(2)無機材料：材料原子間以離子鍵相結合，一般為一種或多種金屬與一種非金屬元素組成的非碳化合物，最常見的無機材料為各種傳統(tǒng)和新陶瓷材料。(3)有機材料：材料原子間以共價鍵相結合，主要為各種有機高分子材料，常見的如各種工程塑料、橡膠等。(4)復合材料：由兩種或兩種以上的不同材料復合而成，具有任何單一組成材料所無法達到的優(yōu)異性能，包括無機系、有機系或將兩者相互復合而成的材料

3、，常見復合材料如玻璃鋼、碳素纖維合金等。7.1.2材料的分類圖7-2材料制品類型7.1.3材料的基本性能1. 材料的性能性能是一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為，即材料的性能受到外界條件的制約。2. 材料的一般性能(1)材料的力學性能(2)材料的物理化學性能7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能(1)感覺物性：這是指通過人的感知系統(tǒng)對材料產生的綜合印象，包括人的感覺系統(tǒng)因生理刺激對材料作出的反應，或由人的知覺系統(tǒng)從材料表面得出的信息。7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能圖7-3材料的感覺物性(2)加工成形性：工業(yè)設計是建立在機器化大生產的前提和基礎上的，產品設計也只有通過對特定材料的加

4、工成形，才能賦予其物質和精神功能。7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能(3)表面工藝性：工業(yè)產品加工成形后，一般都需要對基體材料進行表面處理，其目的是改變材料表面的物化特征，提高裝飾效果，保護產品，延長使用壽命等，根據(jù)造型材料的性質和產品的使用環(huán)境正確選用表面處理工藝和面飾材料，是提高工業(yè)產品外觀質量的決定性步驟。(4)環(huán)境耐候性：工業(yè)產品是在多種多樣的環(huán)境下使用，有室外和室內、寒帶和熱帶、高空和地面、內陸地區(qū)和沿海地區(qū)等。(5)環(huán)保性能：綠色設計作為工業(yè)設計的一個發(fā)展趨勢，近年來越來越引起人們的關注，國際市場上已開始出售印有“ecomark”生態(tài)標志的商品，如廢塑料的再生制品、嬰兒尿布、再生

5、紙的購物袋和包裝等。7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能7M4.TIF7.1.4工業(yè)產品造型材料的特殊性能7M5.TIF7.2產品造型材料7.2.1金屬材料7.2.2工程塑料7.2.3其他造型材料7.2.1金屬材料1.金屬材料的特性及其分類(1)金屬材料的一般性質：金屬材料是工業(yè)產品設計中使用最為廣泛的材料之一，具有其他材料所無法獲得的下列優(yōu)異性能。(2)金屬材料的分類2.常用金屬材料(1)鋼鐵材料：鋼鐵材料是在工業(yè)產品中應用最為廣泛的金屬材料，產量約占金屬材料總量的90以上。7.2.1金屬材料圖7-6碳素結構鋼制品7.2.1金屬材料圖7-7碳素工具鋼制品7.2.1金屬材料圖7-8合金結構鋼、

6、工具鋼a)低合金高強度鋼橋梁b)合金調質鋼齒輪c)合金工具鋼刀具7M9.TIF7.2.1金屬材料7M10.TIF(2)非鐵金屬及其合金7.2.1金屬材料7M11.TIF7.2.1金屬材料7M12.TIF7.2.1金屬材料圖7-13鋁合金a)鑄造鋁合金制品b)防銹鋁合金易拉罐c)變形鋁合金機車7.2.1金屬材料圖7-14銅合金五金件7.2.1金屬材料圖7-15表面鍍鈦合金的相機制品7.2.2工程塑料1.工程塑料的特性及其分類(1)工程塑料的一般性質：塑料與其他造型材料相比，具有以下優(yōu)點：(2)工程塑料的分類：塑料的種類繁多，性質與用途也各有特色，通常按照塑料的成形性可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩

7、大類。2.常用工程塑料(1)熱塑性塑料：熱塑性塑料的品種很多，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(有機玻璃)、ABS工程塑料、聚酰胺(尼龍)、聚四氟乙烯等。(2)熱固性塑料：常用的熱固性塑料主要有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯等。(3)復合塑料：其屬于復合材料，由作為基體材料的塑料和作為增強材料的玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維等復合而成。7.2.2工程塑料7M16.TIF7.2.2工程塑料7M17.TIF7.2.2工程塑料圖7-18聚苯乙烯制品7.2.2工程塑料圖7-19聚氯乙烯制品7.2.2工程塑料7M20.TIF7.2.2工程塑料7M21.TIF7.2.2工程塑料7M

8、22.TIF7.2.2工程塑料7M23.TIF7.2.2工程塑料7M24.TIF7.2.2工程塑料7M25.TIF7.2.3其他造型材料1. 陶瓷它又稱為無機非金屬固體材料。1)日用和建筑陶瓷按其吸水率和規(guī)格質量的不同可分為陶器、炻器和瓷器三種，其中陶器和炻器外觀質量相對較低，耐水性和耐候性較好，一般用作餐具、衛(wèi)生陶瓷和外裝修用瓷磚。2)化工陶瓷具有優(yōu)異的耐蝕性和耐磨性，不污染介質。3)結構陶瓷具有優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及彈性模量和高溫強度大的特性。7.2.3其他造型材料圖7-26陶瓷制品a)結構陶瓷制品b)功能陶瓷及其應用4)功能陶瓷是指利用陶瓷材料特有的對力、熱、光、電、磁、聲等7

9、.2.3其他造型材料敏感的特性而開發(fā)的性能和用途多樣的新型陶瓷材料，如壓電陶瓷、超導陶瓷、光學陶瓷、生物陶瓷等。2.玻璃玻璃是工業(yè)產品中常用的造型材料。1)容器玻璃按其用途可分為瓶罐玻璃和器皿玻璃。2)裝飾玻璃按其外觀特性和加工工藝可分為單光玻璃、鏡面玻璃、磨砂玻璃、壓花玻璃、噴花玻璃、彩色玻璃等，主要用于門窗、鏡子以及各種需要裝飾性效果的場合。3)鋼化玻璃的抗彎、抗沖擊、抗扭曲變形能力都大大高于普通玻璃，又兼具普通玻璃良好的光學特性。4)微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)接近于零，能經受溫度的急劇變化，能透過微波。5)泡沫玻璃熱導率低，不燃，隔熱隔聲性能優(yōu)異，加工性能良好。7.2.3其他造型材料6)光學玻

10、璃具有滿足各種不同要求的光學常數(shù)，高的透明性、物化均勻性和化學穩(wěn)定性。7)鉛玻璃具有較高的光色散的能力，能吸收X射線和射線，主要用于起屏蔽輻射作用的觀察窗口、熒光燈外殼、電視機顯像管等。7.3造型材料的處理工藝7.3.1成形工藝7.3.2表面處理工藝7.3.1成形工藝1.金屬的成形工藝(1)金屬的加工成形方法：金屬的加工成形方法可分為固體成形和液體成形兩大類，具體分類如下：(2)典型成形工藝7.3.1成形工藝圖7-27鑄造工藝過程7.3.1成形工藝圖7-28壓力成形工藝2.塑料的成形工藝(1)塑料的加工成形方法：同金屬材料相比，塑料的加工成形性能更為優(yōu)異，易于成形各種具有復雜外觀造型的制品。(

11、2)典型成形工藝7.3.1成形工藝圖7-29注射工藝及其制品7.3.1成形工藝圖7-30吹塑成形及其制品7.3.2表面處理工藝1.材料的表面裝飾與處理(1)材料表面處理的功效：工業(yè)產品造型的材料種類很多，其表面處理和裝飾技術更是千差萬別。(2)表面處理與裝飾技術的分類：表面處理與裝飾技術按照工藝特點、功能目的和作用機制，可分為表面精整加工、表面改質處理和表面被覆處理三種類型。7.3.2表面處理工藝表7-1表面處理與裝飾技術2.金屬材料的表面裝飾工藝(1)金屬材料的表面精整加工：其主要目的是提高金屬產品的表面質量和降低表面粗糙度值而產生高光效果，或者形成金屬制件表面的凹凸文字、標志和紋理等，也常

12、用作產品實施電鍍、涂裝工藝前的預處理。7.3.2表面處理工藝(2)金屬材料的表面改質處理：其主要目的是改善金屬的表面性質，提高其耐腐蝕、耐磨等性能，或者用于對金屬進行著色處理，也可用作產品電鍍、涂裝前的預處理。(3)金屬材料的表面被覆處理：其主要目的是改善金屬表面性質，賦予金屬表面層其基體金屬所不具備的特殊機能。7.3.2表面處理工藝7M31.TIF7.3.2表面處理工藝7M32.TIF7.3.2表面處理工藝3.塑料的表面裝飾工藝塑料制品的表面裝飾工藝可分為一次裝飾和二次裝飾。(1)塑料著色：它是在塑料原料中加入普通或特殊染料，并在塑料成形過程中就可直接實現(xiàn)的裝飾工藝，是塑料制品最常采用的表面

13、裝飾工藝。7.3.2表面處理工藝圖7-33熒光著色塑料棒(2)塑料的表面被覆工藝：塑料制品和金屬制品一樣，7.3.2表面處理工藝可通過電鍍和化學鍍等方法在其表面生成金屬鍍膜，以獲得金屬質感的裝飾效果，并提高其導電性、耐熱性、耐磨性和力學性能。1.工業(yè)產品造型材料應具備的特殊性能有哪些？它們對產品設計各有何影響？2.試比較金屬和塑料材質的異同點及其在產品設計中的應用范圍。3.塑料的成形工藝有哪些？各有何特點？分別適用于何種造型的產品？4.造型材料的表面裝飾與處理技術有哪些？試從同質異感和異質同感的角度分析產品材料與質感的關系。5.選擇一種工業(yè)產品，試從產品造型、材料、結構、成形和表面裝飾工藝諸角

14、度探討其形態(tài)與選材的內在關系，并提出改進設想。第8章工業(yè)產品設計的方法和程序8.1概述8.2設計思維8.3設計流程8.4設計方法8.1概述8.1.1設計與設計方法8.1.2設計空間8.1.1設計與設計方法1. 設計(1)設計的類型：不同類型的設計工作所要達到的目標、要求及條件各不相同，通常把設計分為三種類型。(2)設計問題的解決模式：設計可視為問題求解的過程，設計問題的求解一般有三種模式。2. 設計方法設計方法是指設計過程中所采用的方法，是按照一定步驟進行的程序。(1)直覺設計階段：該階段設計體現(xiàn)為一種個體的、盲目的、試驗性的活動，是一種周期性長，把握性小且具偶發(fā)性的自發(fā)設計方法。8.1.1設

15、計與設計方法(2)經驗設計階段：這一設計階段主要參考現(xiàn)有產品圖樣和手冊中的經驗數(shù)據(jù)進行設計，需經多次試制才能投入生產，因而產品開發(fā)周期長，且一般只能用于對現(xiàn)有產品進行局部革新設計，不能突破常規(guī)進行創(chuàng)造性設計。(3)中間試驗輔助設計階段：這一設計階段中采用局部試驗，模擬試驗等輔助手段的設計方法，能有效縮短設計周期。(4)計算機輔助設計階段：這一設計階段中引入計算機輔助設計技術，能實現(xiàn)產品的設計、試驗和生產的一體化，通過動態(tài)的模擬和仿真對設計中的問題進行及時反饋，設計效率和質量顯著提高。8.1.1設計與設計方法圖8-1設計空間8.1.1設計與設計方法(5)現(xiàn)代設計法設計階段：這一設計階段中引入系統(tǒng)

16、論、控制論、信息論、智能論、模糊論等科學方法論，作為指導設計的一般規(guī)律、原則和方法，使設計的穩(wěn)定性、復雜性、準確性和快速性都有質的飛躍。8.1.2設計空間設計方法研究與設計活動有關的各個層面，涉及范圍極其廣泛，通常可用設計空間來定義設計方法的研究內容和范疇。如圖81所示，由設計思維構成的邏輯維、設計流程構成的時間維和設計方法構成的方法維組成三維的設計空間，設計過程中的每一個行動都對應于設計空間中的一個點，相應的設計方法學也從設計思維、設計流程和設計方法三個方面對設計過程加以指導。8.2設計思維8.2.1創(chuàng)造性思維8.2.2創(chuàng)造法則8.2.1創(chuàng)造性思維1. 創(chuàng)造性思維它又稱變革性思維，是以各種智

17、力和非智力因素為基礎,在創(chuàng)造活動中表現(xiàn)出的具有獨創(chuàng)性的、產生新成果的高級、復雜的思維活動，是整個創(chuàng)造活動的實質和核心。8.2.1創(chuàng)造性思維圖8-2創(chuàng)造無處不在2. 創(chuàng)造性思維的形式創(chuàng)造性思維不是單一的思維形式，而是多種思維形式的協(xié)調統(tǒng)一。8.2.1創(chuàng)造性思維(1)邏輯思維和形象思維：邏輯思維是在認識過程中用反映事物共同屬性和本質屬性的概念作為基本思維形式，在概念的基礎上進行判斷、推理，反映現(xiàn)實的一種思維方式。(2)直覺思維和靈感思維：直覺思維是指以少量的本質性現(xiàn)象為媒介，不經過邏輯推理而直接把握事物本質與規(guī)律的思維形式，具有直覺性的特征。(3)發(fā)散思維和收斂思維：發(fā)散思維又稱求異思維，是以某一

18、思考對象為出發(fā)點，沿著不同方向，多角度、多層次向外輻射展開設想，以期獲得新的構思和突破的思維形式。(4)分合思維和逆向思維：分合思維是將思考對象加以分解或合并，以產生新思路、新方案的思維形式。8.2.2創(chuàng)造法則圖8-3綜合法則1. 綜合法則在分析設計對象的各個構成要素的基礎上加以綜合，融合多學科知識和多種設計技術為一體而產生創(chuàng)新成果的創(chuàng)造法則。8.2.2創(chuàng)造法則2. 還原法則排除設計物現(xiàn)有方案、原理和結構的影響，返回設計的初始狀態(tài)，抽取設計對象的最本質功能，集中研究其實現(xiàn)手段和方法的其他可能性，以獲得技術原理完全不同的革新成果。圖8-4還原法則a)滾筒洗衣機b)波輪洗衣機c)堅果“E洗機”d)

19、空氣洗滌洗衣機8.2.2創(chuàng)造法則3. 移植法則運用移植原理，把其他對象的概念、原理和方法應用于設計對象的創(chuàng)造法則，能促進設計對象間的滲透、交叉和綜合，使設計在現(xiàn)有材料、技術的基礎上獲得意想不到的設計效果。(1)原理移植：這是將某一事物的原理移植運用到另一事物上，從而創(chuàng)造出新產品。(2)結構移植：這是把某個產品的結構不經實質性的改進，移植到其他產品上。(3)材料移植：這是將某一用途的材料移植到其他物體上，產生新的效果，就是材料移植。(4)方法移植：這是將某一領域中的有效方法移植到另一領域中去，從而解決此領域中的問題。8.2.2創(chuàng)造法則圖8-5移植法則原理移植8.2.2創(chuàng)造法則圖8-6移植法則材料

20、移植4. 對應法則依據(jù)事物間在形態(tài)和功能上普遍存在的對應性，運用相似、模擬等師法自然手段獲得技術思想、設計原理、外觀造型的創(chuàng)造法則。8.2.2創(chuàng)造法則圖8-7對應法則5. 離散法則這是將現(xiàn)有設計對象的構成要素、功能或形式予以分離，以產生新的設計概念和構想的創(chuàng)造法則。6. 組合法則這是將一種或多種產品的構成要素、技術原理、結構形式等進行適當組合，以形成新方案、新產品的創(chuàng)造法則。8.2.2創(chuàng)造法則圖8-8組合法則7. 強化法則針對現(xiàn)有設計對象的主要功能和技術特點加以突出、強化或擴充，以產生具有量變或質變的革新產品。8.2.2創(chuàng)造法則8. 換元法則換元法則又稱替換法則，是將設計對象分解為若干設計要素

21、后，對其中的一個或多個元素的材料、工藝、形態(tài)、色彩、原理、結構等使用其他可行方式進行置換而產生新構思的創(chuàng)造法則。圖8-9換元法則8.2.2創(chuàng)造法則9. 逆反法則此法則是通過反轉常規(guī)的設計思路，從相反方向考慮設計對象的原理、模式、順序和因果關系，或在結構、形態(tài)上作正反、上下、里外的顛倒處理，以產生新穎而巧妙的設計構思。圖8-10逆向思維8.3設計流程8.3.1設計的思維進程8.3.2設計程序8.3.1設計的思維進程(1)分析：分析即設計問題的認識和定義階段，是把設計問題基于系統(tǒng)性的考慮，將設計問題分解為各個要素的階段，包括開展設計調查、明確設計要求、制訂設計規(guī)劃、搜集設計資料等具體環(huán)節(jié)。(2)綜

22、合：綜合即設計展開階段，是將分解的各設計要素用新的方式重新組合建構的階段，包括展開設計構想、綜合原理解答方案、轉換功能結構等具體環(huán)節(jié)。(3)評價：評價即設計收斂階段，是對綜合階段形成的各種可行性解決方案進行檢驗和評估，分析其優(yōu)缺點，實現(xiàn)設計目標的程度和經濟性等，為設計決策提供依據(jù)。(4)決策：決策即設計決定階段，是根據(jù)使用條件、要求和設計評價的結果，選定最終解決方案的階段。8.3.2設計程序1. 設計規(guī)劃階段這一階段要了解設計對象的用途、功能和造型的要求及使用環(huán)境等；調查國內外同類產品或近似產品的功能、結構、外觀、價格和銷售情況等；搜集與設計對象有關的信息資料，掌握其結構和造型的基本特征；分析

23、市場的發(fā)展趨勢，調查各類顧客和消費者對此類產品的需求及其消費心理、購買的動機和條件等。8.3.2設計程序表8-1設計要求表2. 設計分析與構想階段通過設計準備階段的調查和設計預測而進入設計初步構想的階段。8.3.2設計程序表8-2功能分析卡片表8-3結構分析卡片表8-4材料分析卡片8.3.2設計程序表8-5設計構想表3. 方案設計階段從自然科學原理和技術效應出發(fā)，對構思和草圖階段產生的備選方案和設計草圖進行評估，通過優(yōu)化篩選，找出最適宜于實現(xiàn)預定設計目標的原理方案。4. 深入設計階段該階段是將功能原理方案具體轉化為零部件和產品合理結構配置的過程。8.3.2設計程序5. 施工圖設計階段施工圖設計

24、階段是方案設計的具體化和標準化的過程。8.4設計方法8.4.1設計調查方法8.4.2設計構想方法8.4.3設計評價方法8.4.1設計調查方法1. 設計調查方法(1)詢問調查法：又稱為問卷調查法，是設計師通過詢問方式搜集設計信息資料的方法。(2)觀察調查法：這是調查者在現(xiàn)場觀察、記錄用戶對某一產品在使用時的評價和意見的調查方法。(3)試驗調查法：這是在給定的限制條件下，通過控制某些相關參數(shù)，以觀察用戶反應以及某些市場變量之間因果關系的調查方法。(4)抽樣調查法：這是按照一定的規(guī)則，從被調查的對象總體中，抽取部分具有代表性的對象作為樣本進行調查，并通過樣本的調查結果推斷總體性質的調查方法。8.4.

25、1設計調查方法2. 問卷設計技術問卷調查是使用最廣泛的設計調查方法之一，問卷內容設計得好壞直接關系到調查資料的有效性、可靠性和準確性。(1)二項選擇法：又稱是非法，讓調查對象在“是”與“非”、“好”與“壞”等對立選項中加以選擇。(2)多項選擇法：調查者預先提供多項備選答案，讓調查對象選擇一項或多項的方法，這種方法能克服二項選擇法的強制選擇的缺點。(3)自由回答法：調查者只提出預先擬訂的調查問題，不給出備選答案，調查對象不受任何限制，可自由表述意見。(4)順位法：在若干可供選擇的項目中，讓調查對象按重要程度進行排序。8.4.1設計調查方法(5)圖解評價法：這是將某一調查項目按照程度劃分為以數(shù)字標

26、示的若干等級，讓調查對象選取一個數(shù)值以對評價目標進行定量分析。(6)項目核對法：此法是使用多個項目的圖解評價法，列出產品的各種特征，征詢調查對象的意見。8.4.2設計構想方法1. 自由聯(lián)想法(1)智力激勵法：智力激勵法又稱奧斯本智暴法、頭腦風暴法等，是一種多人參與以激發(fā)群體智慧的設計構想方法。(2)戈登法：這是智力激勵法最主要的變種技法，其方法和程序與后者大致相同，最大的區(qū)別在于問題提出的方法不同。(3) 635法：這是常用的激發(fā)群體智慧的設計構想方法。2.觀察分析法(1)屬性列舉法：屬性列舉法是通過遍歷設計對象相關之屬性，進而探求改進方向的設計分析方法。(2)缺點列舉法：缺點列舉法是從改進設

27、計的直接誘因出發(fā)，通過分析現(xiàn)有產品的缺陷或不足尋求產品改進方向的設計分析方法。8.4.2設計構想方法圖8-11缺點列舉法(3)希望點列舉法：常用于對功能和技術已經較為成熟的產品進行改型或換代的設計，是通過對現(xiàn)有產品提出新的希望或理想，進而探求解決新的設計問題和改善設計對策的分析技法。8.4.2設計構想方法表8-6屬性列舉法表8-6屬性列舉法3. 強制聯(lián)想法(1)焦點法：焦點法是以特定的設計結果為思考的焦點，不受限制地進行發(fā)散聯(lián)想，然后強制性地把選定的聯(lián)想要素與設計問題相結合，以產生新的構思的設計構想方法。8.4.2設計構想方法(2)目錄法：目錄是指具有豐富圖片信息的設計資料，如各類產品目錄、圖鑒、年鑒等。(3)信息交合法：信息交合法是