面向新工科的机械创新设计美学融合研究

杭鲁滨 金晓怡

[摘 要]新工科强调多学科交叉，融合美学内涵的机械创新是对机械环境生态协调与完美的无限追求的一个缩影。具有温度、湿度、黏性的机械原理和机械创新设计，需要具有柔顺而暴躁、张力的机械性能和特征。如何以实例引导工程师、研究者对机械美学概念的体会和欣赏，并对机械和美学融合，在严密逻辑、精密机械设计中进行创新设计内涵升华。

[关键词]新工科;机械创新设计;美学;学科交叉

[作者简介]杭鲁滨（1965—），男，江苏南京人，博士，上海工程技术大学机械与汽车工程学院教授，主要从事机械设计及理论研究。

[中图分类号] TH122[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）45-0-02[收稿日期] 2020-06-10

党的十八大以来，习近平总书记多次指出，未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同我国加快转变经济发展形成历史性交汇，工程在社会中的作用发生了深刻变化，工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎[1]。在此背景下，“新工科”建设成为适应国家战略发展新需求、国际竞争新形势的工程教育改革方向。与传统的机械学科教学不同，新工科建设背景下机械创新设计教学与实践以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，教学内容不再局限于传统工科教育对单纯技术问题的传授，而是在保证技术层面的基础上，将机器美学、人文关怀、生态环保等多学科多方向内容相融合，力求在技术层面之上创造出具有美学内涵的机械产品，并引导学生在学习过程中体会领悟机械之美。

一、美学在机械设计中的体现

美学是从人对现实的审美关系出发，以艺术作为主要对象，研究美、丑、崇高等审美范畴和人的审美意识，美感经验，以及美的创造、发展及其规律的科学[2]。追求美是人类乃至整个生物界的天性，也是一切非生命物体如建筑、桥梁以及机械产品的自然属性。而机械美学设计是将材料学、工艺学、设计学、逻辑学、生理心理学、现代光学和色泽学以及用户满意度和市场需求度紧密结合的一种新型设计方法[3]。

机械创新设计融合美学内涵是对机械协调融合与完美无限追求的一个缩影。“把手表凑到耳朵边上，可以清晰地听到擒纵机构工作的声音，那是时间流逝的声音。如果有背透，看到齿轮精密地咬合、转动，那是时间流逝的样子”。素有钟表界奥斯卡之称的日内瓦高级钟表大赏近日公开了“卓越机械腕表”品类大奖得主，由江诗丹顿推出的阁楼工匠系列天体超卓复杂腕表3600获得，其能够在8.7mm的表身中实现23项复杂腕表功能，由三个独立齿轮传动系统驱动的机构，双面同时显示三种时间计量模式，机芯由514个零件组成，堪称独一无二的时计杰作。

手表是机械之美的集中体现，手表所凝结了机械的外观造型美与内部零件运行质量和可靠性的内在美。手表的外在美即各个部件外观造型的美学设计，给人一种直观的吸引力、亲和力和爱慕度，留下一种挥之不去的好印象，造成一种强烈的美感刺激;手表机芯设计的内在美较外在美更难达到，涉及内部各零件的布置美、部件动作协调美、零件加工选材美、加工工艺美等，但带给使用者的是内心的舒适感以及对机械的认同感。

二、机械结构的人性化内涵

新时期机械机构人性化设计目的在保障工作人员的安全之下，运用更多合理设计理念融入其中，满足使用者对设备的舒适度要求，最大化满足使用者的操作要求。以安全环保为前提，保障使用者安全性的同时，简化操作，提高舒适度，从而极大地提升操作者的精确度。第一，要做好外观设计，从色彩、造型以及识别牌等入手，以人的亲切舒适度感为准，最大化迎合操作者的愉悦心情。第二，要以简约为主，在设计中尽可能地减少零部件使用，选用可靠、使用寿命长的零部件，将控制频率控制在最低频次，同时提高产品的性能减少环境污染，以满足人性化的需求。第三，要优化润滑设计，降低灰尘、颗粒等物品，避免对润滑的影响，人性化设计要构建自动阻挡的作用，以自动感应加入为主确保润滑剂的加入，可延长产品的使用寿命，降低维修成本。

机械设备的均衡是以机械设备上的某一零部件作为支点，而表现出的平衡方式，从而使机械设备动态美、条理美、动中有静、静中有动的感觉，并把机械设备的色彩、肌理、表面装饰与构成几何形体结合起来，使机械设备灵巧、生动、轻快。对称是物体在某种变换条件下，其相同部分间有规律重复的现象，亦即在一定变换条件下的不变现象，它能使人们的视觉产生平衡感，我国的石油机械像石油钻采机械、炼油机械、采油机械设备等从受力角度看，都是采用对称的形式，把设备的功能与对称性结合起来，产生条理美，不仅保证了机械设备的功能，还能凸显出稳定、庄重、安全的感觉，但由于对称容易給人造成单调、呆板的感觉，所以在设计时一定要结合美术原理，避免静感和硬感的问题。

三、机械美学思想在产品创新设计中的应用

传统的机械设计仅是考虑机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、生产和维护等的功能，而对于融合美学思想的机械创新设计来说，考虑较少。现有的机械产品的设计，大多都是基于设计工作者的经验设计，因此设计出来的机械产品虽然能基本满足实用功能，不仅外观笨重，而且产品的轻量化设计都略显不足。因此，机械产品的美学设计对于机器的外形、结构、能量传递等来说越来越受到重视。

最能体现机械之美的产品设计，就是机械钟表的设计、汽车的结构设计等。机械产品的运动协调与艺术美感一直是人类的追求。机械钟表的齿轮、连杆、擒纵机构等的联动与整个框架间所流露出来的灵动与美感，无不令人惊叹。

成功的机械产品不仅仅体现在产品功能、智能化、新颖等实用特征，更是体现在机构与美学设计的结构。考虑数学图形美、生物结构美，符合最优设计等均是在机械创新设计中必须考虑的设计要素机械装备的创新设计同时也离不开产品优化设计，通过优化设计的美学思想改善工业设计。另外，从自然界汲取创新设计的灵感，也正是学者们探索的热门研究方向。因此，新工科的教学，应该是在创新思想指导下，将美学思想作为机械设计的基本考虑要素。

四、結论

在现代机械中设计中融入美学元素既可以满足机械的功能性需求，同样的也是人类社会对美好生活追求的必然趋势，在新工科背景下的机械教学中注入美学的设计，机械学科发展的必然趋势。现代机械与美学的融合，不仅教授学生专业知识，还能够使学生更加深层次地体会到机械设计的发展是一个不断优化不断追求完美的过程。

参考文献

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究， 2017（3）：7-12.

[2]克罗齐，朱光潜.美学原理美学纲要[M].北京：外国文学出版社，1983.

[3]邹十践.浅谈工程机械美学设计[J].建筑机械化，2004，25（9）： 46-51.

Research on the Integration of Innovative Mechanical Design and Aesthetics

in Emerging Engineering Education

HANG Lu-bin， JIN Xiao-yi

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering

Science， Shanghai 201620， China）

Abstract： The Emerging Engineering Education emphasizes interdisciplinarity.  An innovative mechanical design integrated with aesthetics is an epitome of the unremitting pursuit of machinery in harmony with ecological environment. Mechanical principles and innovative mechanical designs take temperature， humidity and viscosity into consideration but also needs to show the mechanical characteristics of meekness， irascibility and tension. This paper focuses on how to guide engineers and researchers to experience and appreciate the concept of mechanical aesthetics with examples， and how to integrate machinery and aesthetics， so as to sublimate the connotation of innovative design in strict logic and precise mechanical design.

Key words： Emerging Engineering Education; innovative mechanical design; aesthetics; interdisciplinarity