科技前沿丁啟明韓春明產(chǎn)品設(shè)計中的仿生設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院安徽合肥230009[摘要]文章從仿生學(xué)的概念出發(fā),介紹了 仿生設(shè)計的概念,起源和發(fā)展,指出了仿生設(shè)計在產(chǎn)品造型設(shè)計中的地位和作用。從設(shè)計的本質(zhì)、設(shè)計的觀念和情感表達、以及仿生設(shè)計是創(chuàng)新設(shè)計思維的源泉,是現(xiàn)代產(chǎn)品造型設(shè)計的大趨勢的觀點來說明為什么在產(chǎn)品設(shè)計中要運用仿生設(shè)計。形成產(chǎn)晶仿生設(shè)計系統(tǒng)觀,為產(chǎn)品設(shè)計提供了新的思路和借鑒手法。.[關(guān)鍵詞]仿生學(xué);仿生設(shè)計;產(chǎn)品造型設(shè)計;創(chuàng)新設(shè)計思維;產(chǎn)品設(shè)計引盲是精神需求(外觀)。仿生設(shè)計源于仿生學(xué),仿生學(xué)是以模仿生物系統(tǒng)的原理來構(gòu)遣就仿生設(shè)計的設(shè)計形態(tài)語意來講是一一種 人性化的設(shè)計，在設(shè)計技術(shù)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(xué)。它作為中全面考慮到了人的物質(zhì)以及精神需求，將生態(tài)觀念巧妙地導(dǎo)人到一門獨立的學(xué)科是在本世紀60年代后期。仿生設(shè)計是設(shè)計創(chuàng)造的方法與枝巧中最為直觀的方法之一，仿生設(shè)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(shè)計，可以達到產(chǎn)品形態(tài)與人親和的效果，能吏準確地表達產(chǎn)品仿生設(shè)計由來已久，模仿是仿生學(xué)的基礎(chǔ)，人類創(chuàng)造活動的第的功能，便于產(chǎn)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(chǔ)，是現(xiàn)代仿生學(xué)與仿生設(shè)計的起源錐形。如今，人們設(shè)計了更多模仿生物形態(tài)的產(chǎn)品。那么，為什么人們在產(chǎn)品設(shè)計中會常用到仿生設(shè)計呢?滿足畜求物質(zhì)功覺1產(chǎn)品設(shè)計的本質(zhì)說明在產(chǎn)品設(shè)計中，我們設(shè)計的對象是產(chǎn)品，設(shè)計的目的卻是人。也就是說，無論我們設(shè)計什么樣的產(chǎn)品最終都是為了滿足人們的需結(jié)構(gòu)(物愛)傷生設(shè)計求:設(shè)計是人為的設(shè)計，設(shè)計也是為人而設(shè)計的。產(chǎn)晶設(shè)計的出發(fā)點和歸宿都是為了不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)和文化精神的需要。圈1產(chǎn)品設(shè)計本質(zhì)示意產(chǎn)品設(shè)計的全過程都有人的因素存在。人的需求在產(chǎn)品設(shè)計中具有2工業(yè)產(chǎn)品的仿生設(shè)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(fù)雜的自然環(huán)境當(dāng)中，接觸到各種各樣.礎(chǔ)上產(chǎn)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(zhì)感等產(chǎn)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(chǎn)品就是一個好的產(chǎn)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(zhì)需求(功能); 一個美國學(xué)者赫伯特.西蒙提出:設(shè)計是人工物的內(nèi)部環(huán)境(人工物綜上所述，“一體化” 技術(shù)與非“一體化”技術(shù)相比，首先是:計與擇優(yōu)的結(jié)果，也是在實際應(yīng)用中不斷改進、調(diào)整并最終成熟而釺焊質(zhì)量大幅度提高、熱處理技術(shù)指標符合工況需求，從技術(shù)上消獲得的結(jié)果。所以該技術(shù)硬件無論是大到中頻電源、專用感應(yīng)設(shè)備,除了傳統(tǒng)工藝所固有的缺陷，保證了工業(yè)化生產(chǎn)中截齒產(chǎn)品釬焊質(zhì)小到截齒安裝座、掛鉤等相互銜接匹配渾為一體，設(shè)備技術(shù)完善，量的各項技術(shù)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(chǎn)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(zhì)品指標為≥技術(shù)企業(yè)計算與未采用相比，一般在生產(chǎn)5- 7萬只產(chǎn)品過程中所節(jié)230MPa。一般上藝技術(shù)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(shù)設(shè)備投資額。質(zhì)品指標的較少。而采用“-體化"技術(shù)后，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品抗剪9、 “-體化”技術(shù)指標:，強度一般均能達到優(yōu)質(zhì)品指標，很多均大大超過230 MPa，達到1、生產(chǎn)能力:加工各種類型截齒以10--17秒速度完成硬質(zhì)合280MPa以上的也不少見，進口產(chǎn)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(zhì)批量生產(chǎn)的截齒硬度、沖擊切性、合金焊第二是生產(chǎn)率提高、生產(chǎn)成本下降。因為采用“一體化”技術(shù).縫抗剪強度、焊縫充滿度質(zhì)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(zhì)品指標。能50%，每只產(chǎn)品兩道工序所耗時間(扣除存放轉(zhuǎn)運、準備時間)3、 在保證綜合指標達到優(yōu)質(zhì)品的同時，可根據(jù)工況需求調(diào)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(zhì)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(zhì)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(zhì)合金釬焊~熱處理一體化少了95%以上。技術(shù)是我國目朐截齒生產(chǎn)行業(yè)一項較為成熟的新技術(shù)，它將截齒生第四、便于自動化生產(chǎn),大大降低生產(chǎn)過程中影響質(zhì)量人為因產(chǎn)工藝中硬質(zhì)合金釬焊、熱處理兩道工序合二為一，有效地利用了素,產(chǎn)品一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。硬質(zhì)合金釬焊加熱過程中的熱能，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成第五、便于生產(chǎn)計劃、調(diào)度，對市場訂貨響應(yīng)速度快。與一般本，減輕了環(huán)境污染,并且使產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，解決了長期閑擾生產(chǎn)技術(shù)比，采用“一體化”技術(shù)后,批次響應(yīng)時間可從2天下降我國截齒生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)難題，該項技術(shù)具有很好的推廣和應(yīng)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(yīng)性與值。生產(chǎn)效率。從生產(chǎn)指令下發(fā)始各種變化都可在1個小時內(nèi)獲得產(chǎn)品。中國煤化工第六、設(shè)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(shù)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(shù)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(yīng)加熱裝0)。 機械工業(yè)出版社19812用加熱設(shè)備、傳動設(shè)備、等溢淬火槽、設(shè)備供應(yīng)廠家等均是優(yōu)化設(shè)科技前沿自身的物質(zhì)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。“人” 是設(shè)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(shè)計的主體和設(shè)計服務(wù)的對象，而作為“產(chǎn)品”則是設(shè)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(shè)計一個產(chǎn)品不能單- -地考慮產(chǎn)品本身，當(dāng)我們看見一件得較大推力。但是，在仿生形態(tài)的研究和應(yīng)用中很少模仿細節(jié)，面產(chǎn)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(gòu)造和工作原理研究，總結(jié)出仿生形態(tài)的科學(xué)也包含者對傳統(tǒng)思考、文化理喻.科學(xué)觀念等的感覺和認知。任何規(guī)律。如圖3所示:一件產(chǎn)品的內(nèi)容，都必須超出產(chǎn)品中所包含的那些表象。觀念和情感是-一個產(chǎn)品在設(shè)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(shè)計產(chǎn)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(chǎn)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(shè)計嚴的生設(shè)計側(cè)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(xué)，它反映著設(shè)計與人的關(guān)系。圖3產(chǎn)品設(shè)計思維來源尤其在當(dāng)今的信息化時代，人們對產(chǎn)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(shè)計領(lǐng)先，而轉(zhuǎn)向了追求產(chǎn)品外4仿生性設(shè)計是現(xiàn)代化產(chǎn)品設(shè)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(shè)計。仿生設(shè)現(xiàn)實社會的主體是人與機器構(gòu)成。機器是為人服務(wù)的，人類發(fā)計恰好叮以做到讓設(shè)計回歸自然并賦予設(shè)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(chǎn)品的形態(tài)也越來越多自熱物一-特定符號形樹”(的生設(shè)計產(chǎn)品了。雖然如此，在現(xiàn)實生活中，仍有許多設(shè)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(xué)的原理，賦予產(chǎn)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(chǎn)品設(shè)計觀念、情感表達的加快導(dǎo)致人們在產(chǎn)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(shè)計是設(shè)計創(chuàng)新的思維源泉命的活力。產(chǎn)品設(shè)計的對象是產(chǎn)品，但設(shè)計的目的卻不是產(chǎn)品，而.德國著名設(shè)計大師路易吉.科拉尼說:“設(shè)計的基礎(chǔ)來 自誕生是為了滿足人們的需求、產(chǎn)品的功能是產(chǎn)品滿足人們要求的物質(zhì)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(chǎn)品的外型卻是產(chǎn)品滿足人們要求的精神核心。所以設(shè)計師道破了設(shè)計界的真理:設(shè)計創(chuàng)新的思維源泉源自于仿生設(shè)計。自然不斷地在設(shè)計中做出適應(yīng)的調(diào)整來滿足人類需求的不斷變化。生物生物微妙的結(jié)構(gòu)變化始終影響著人類的設(shè)計意識。我國古代建筑設(shè)機體的構(gòu)造不斷地生長變化著，設(shè)計師不斷地根據(jù)人類的物質(zhì)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(shè)計語育，不斷調(diào)整其舒工用的鋸子，現(xiàn)代人模仿昆蟲單復(fù)眼的構(gòu)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(yīng)了現(xiàn)代化產(chǎn)品設(shè)塊化彩電和復(fù)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(shè)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(chǎn)品設(shè)計中仿生性設(shè)計思維是對基本產(chǎn)品設(shè)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(shè)計的實質(zhì)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(shè)計靈感程,而不是簡單的模仿，注重“神似"而非“形似"。很多的產(chǎn)品設(shè)計者都是人類從極為平常的生物現(xiàn)象中領(lǐng)悟出的4結(jié)柬語深刻結(jié)構(gòu)原理，從生物功能的進化上對產(chǎn)品進行的有效的設(shè)計。、仿生 設(shè)計作為產(chǎn)品設(shè)計的-種重要設(shè)計方法是很重要的。仿生科學(xué)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(shè)計師在設(shè)計過程中的原創(chuàng)性設(shè)計意識，它能將設(shè)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(zhì)。這種設(shè)計思維可以幫助設(shè)計師充每當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一種生物奧秘，就產(chǎn)生了一種新的設(shè)計可能性,分發(fā)揮想象力，對工業(yè)設(shè)計的產(chǎn)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(shè)計的發(fā)展帶米生機與活力。仿生設(shè)計可以從三個方面應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中:(1)從功能出發(fā)，研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在感性認識的基礎(chǔ)上,除去無關(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尺度，從具象的形態(tài)和結(jié)構(gòu)中，探索其特殊功能和運動協(xié)調(diào)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(yīng)用得比較多。但是在工業(yè)產(chǎn)品不宜采用具象形態(tài)，因為具象的形態(tài)太過于復(fù)雜。②所謂抽象形態(tài)是抓住事物獨特的本質(zhì)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(shù)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(jīng)驗的積累，爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998經(jīng)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(xué)出版社20.0個形經(jīng)過個人主觀的情感聯(lián)想所產(chǎn)生的形變化多端、色彩豐富，在(6糖平,路易吉，科拉尼.傷生設(shè)計傳奇U1 藝術(shù)與設(shè)計:產(chǎn)品設(shè)計, 2004，0 (): 72-產(chǎn)品造型設(shè)計中常常會用到這種抽象形態(tài)的仿生，他能夠體現(xiàn)產(chǎn)晶?