基于美学原理的外观构件结构设计及功能实现

李思蒙 王 玲

(辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114051)

1 外观构件结构设计的原则及内容

1.1 外观构件结构设计的原则

首先要满足刚度要求。对于承受较大载荷及作为支撑和其他零部件定位的外观构件或壳体，刚度设计是第一要求。

其次是强度要求。强度是考虑外观构件和保护性能进行设计的基本准则。

再者是设计的安全性和稳定性。受压及受压弯结构都存在失稳的问题，特别是薄壁结构，内部存在局部失稳问题，必须进行校核。

最后还应该考虑其加工性。外观构件以铸造件和注塑件为多，铸造和注塑构件应考虑液体的流动性、填充性和脱模便利，冲压外观构件应考虑材料延展性和拉伸能力，并作相应的计算，避免应力集中。

1.2 外观构件结构设计的内容

外部构件设计主要包括壳体形状设计、结构设计和连接关系结构设计，还有其他安全设计、外观设计、密封设计等。不同类型的工业产品在外观、材料、结构、颜色、功能和形状等方面差异很大。但是在结构构成上均少不了外壳的包装。外壳暴露在外，装置内具有所述产品的功能部件。壳体不仅是产品的重要结构部件，也是产品外观的保护主体。外壳设计是产品结构设计和造型设计的重要组成部分。根据仪表、家用电器、手持工具、机械设备等工业产品外壳或其他产品部件的结构特点，将其称为产品的外件或外壳。外部构件是产品的外壳，即产品的外部壳体或主体。

图1 两把美学原理的椅子

2 美学原理

美学原理是人们观察自然界万事万物、以人的心理、生理、社会实践等方面为基础的，经过长期的探索而归纳总结出来而又被人们普遍所公认的基本规律。人们在工业产品外观造型设计的过程中，应该以美学原理为设计的基本法则，具体问题具体分析，灵活运用，设计和创造出美的产品外观造型。

2.1 美学原理与结构设计

美的创造是产品设计中的核心内容，产品设计就是强调在产品设计的过程中技术与艺术的完美结合。产品美学的基本理论的应用，以及设计中美学的基本规律的把握，再结合产品设计中的技术美等基本内容，在产品设计中理解和创造性地运用美学法则，进行产品的创新设计。

在德国这个设计大国，博朗就是设计的代名词。它追求的是结构与美学统一结合，博朗认为一个好的设计要强调它的结构功能性与美观实用性，应该为用户提供一种人机感触和体验。所以博朗的产品设计一直坚持着简约流畅、敢于创新但却不突兀的特点。博朗时刻牢记一句话：Less is more。简单而纯粹的设计才是最优秀的。

2.2 设计审美的中心问题是人与物的和谐

现代设计，强调设计的目的是人而不是产品。同时，人是研究设计审美的主导因素。人在设计审美中的突出作用，主要体现在审美设计中必须充分考虑人的要求和人在设计中的主导作用。设计强调人体工学的因素，为了使设计产品更符合人的需要，人体工学应运而生。设计美学的核心问题是人与器物的和谐问题,人类的一切行为只有符合了善的目的，才可谓“美”。

法国爱可视是在移动数字娱乐领域具有领先地位的国际性消费电子制造商，他们认为产品的外观设计应该尽可能简单，形态要美，功能键简洁明快。例如，实现1～2岁的孩子能够自如地通过屏幕进行游戏操作。众所周知，在非常小的空间和体积内实现紧密而能产生高效率和高性能的结构并不是一件容易事，但爱可视的设计师们都谨记这样一句话：Think smaller。这成就了他们在世界上的顶级地位。

2.3 美学原理与材料使用

(1)金属材料：叶灯。其外形纤细，灯臂可灵活调节，让人一眼看去就被吸引。产品生产过程中用整齐的模切方式来切割整体的形状，确保连续形态的一致性，同时冲压模切不需要特别精确的内部元件。产品使用铝材质制造是为了确保轻薄表面的强度和表面效果，叶片部分是由不同模具冲压逐步形成的，然后再慢慢弯折成最终形态。

(2)有机高分子材料:Myto椅。是一款整体成型塑料悬臂椅。椅子使用的是BASF公司的高流动性工程塑料，这种塑料属于聚对苯二甲酸丁二脂家族，具有优异的工艺特性、高流动性及高强度，可以制造优美的由粗到细转变的形状。

(3)无机非金属材料：Kikkoman瓶子。它是玻璃吹制法的典型案例。制造过程中需将含碳酸钠和碳酸钙的沙子混合放到高炉里加热到1550摄氏度，融化后的玻璃被挤出来，并垂落到加工机器中。在这个阶段，空气注入瓶子使瓶子部分成型，其中也包括瓶颈。这个半成型的瓶子被放进模具中旋转180°，这是空气再次注入模具，将玻璃加工成最终形态。

3 外观构件结构设计及功能实现

产品设计的重要目的之一就是产品的功能，而优良结构设计，是保证产品功能得以实现最重要的环节。产品的结构决定了产品的功能，也丰富着产品的形态。以铸造外观构件及注塑外观构件为例，讨论其设计与功能实现。

3.1 铸造外观构件与功能实现

铸造在此主要是指金属材料的铸造，将熔融的金属浇注、压射或吸入铸型腔体内，冷却凝固后得到一定形态和性能的零件，或者毛坯料的金属成型工艺。铸造外壳构件常用于对刚度和强度有较高要求，或者造型与内部结构比较复杂的产品设计。

铸造外观结构设计与功能实现。在设计铸造外观构件、壳体结构时，除考虑外观构件设计的总体要求与准则外，还应重点结合铸造生产的工艺特点，考虑相关的工艺性。对于砂型铸造，尽量减少活块部分，或者多块连成片，应该简化制造工艺。铸造件结构上考虑使砂型牢固，必要时修改一些局部结构，容易保证砂型牢固。使用型芯会增加砂型的复杂性和工艺难度，在可能的情况下，应通过修改结构避免使用型芯或减少型芯数量。

3.2 注塑外观构件及功能实现

注塑外观构件具有如下特点：可使用材料丰富，适应性强；产品质量较高，一致性好、互换性强，成本低；生产周期短，生产率高，易于实现大批量、自动化生成；几何造型能力强，可生产形状、结构复杂的产品；功能性与装饰性结合好；制作产品品种多，局限性小。

注塑零件的外观结构设计，要结合形态构成与材料选择，注塑的外观构件、壳体的结构设计应综合考虑产品要求、外观造型、注塑材料、各种功能要求、局部特点、生产规模和加工条件及成本等因素。通过零件的工艺设计，实现其功能，典型注塑工艺流程是粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进料筒加热,熔融流动状态,由活塞或料桶推动,通过料筒端部的喷嘴注入温度较低的闭合塑料模具内,充满模具的熔体在受压的情况下,经冷却和固化后即可保持模具型腔所赋予的形态,最后开启模具，取出制品。

4 总结

在上述的论述中我们分析了不同的外观构件的特点，并且举例论述了在不同情况下不同构件最佳的设计方法和实现的方法，也列举了一些融入美学原理来进行设计产品的成功厂家的例子，证明了在基于美学原理的情况下进行设计的外观构件结构以及功能实现方面是最能被大众所接受的。产品设计师在每个阶段分别扮演适当的角色，只有这样才能使优良的设计概念顺利地转变为成功的新产品。在当下产品设计上，工业设计师应该充分利用自身的知识与能力，去赋予产品各种丰富的情感表征，去引导信息时代消费者全新的感性生活方式。外观构件的设计，承载着形态的美感，承载着保护与安全，承载着功能的实现，设计过程需要丰富的思维想象力，它是工业设计师要具备的共同特征，是从事创新设计必备的利器。