論工業設計專業學習產品結構設計的重要性

趙曦

摘 要：日常工作中，總能聽到結構設計師抱怨工業設計師天馬行空，不考慮產品結構約束性，做一些不能實現的外觀造型；也能聽到工業設計師鄙視結構設計師呆板，不知變通實現產品造型上的美學特征。筆者認為，二者不能相對立的表現為割裂關系。在不同大小類型的項目設計任務中，二者所占比重會隨著所處設計環境和節點而不同。不管結構設計還是工業設計，其最終目的都是為了能把整個產品的設計做到極致，無論功能、結構或外觀效果呈現上，都能給使用者帶來良好的用戶體驗。

關鍵詞：設計；結構設計；產品設計；工業設計

工業設計包含內容廣泛，從外觀造型設計概念圖產生，到結構模具設計，手板成型及后期產品工藝處理等，都是工業設計涉及的范疇。在一個產品研發周期內，究竟是產品結構設計重要還是外觀設計重要，一直是結構設計師和工業設計師辯論的重點。

工業設計：產品設計者必須要以滿足消費者的心理審美需求為前提，否則會影響消費者的購買欲望；從產品研發流程中可以看到，結構設計在產品外觀造型設計之后，設計者只需滿足產品外觀審美即可。結構設計：要求高于外觀設計，產品結構設計的合理性和規范性會直接決定此產品是否可以投入生產和使用；結構設計中以毫米為單位（并且都是保留小數點后兩位）可見其精確性，一個小數點錯誤可能會導致生產的產品厚度增加（或減薄），從而導致產品不能契合（或者硬度不夠無法使用）；結構設計在不受外觀造型影響的情況下，需要多維度展現產品細節和功能特征，通過結構的優化設計從產品的材料和工藝上實現低成本、高質量。

筆者認為，不應該將工業設計和結構設計擺在排斥對立面，工業設計與結構設計之間不能錯誤理解為割裂關系，無論多么優秀的產品，必然是團隊合作的結晶。如果工業設計師具有一定的產品結構設計知識，不僅有利于工業設計師和產品結構設計師之間的溝通，而且能優化工業設計師的技能，使產品設計更具可行性和實現性。

1 工業設計專業為何要學習產品結構設計

討論到工業設計，一些機械設計（工業設計）專業的學生會特意說明自己非藝術類工業設計，以表明其在產品設計上的邏輯結構能力優于藝術類學生，而藝術類工業設計專業的學生則強調自己的藝術性，以突出在產品設計造型上的審美優勢。實際上，產品結構設計和工業設計都不應該只做分內事，產品結構設計師需要外觀細節處理能力，不能照本宣科的做結構，而工業設計師也必須要了解基礎的結構形式和工藝，尤其是某些結構和特殊工藝對造型的限制，否則設計出來的作品只能紙上談兵，無法成為真正的商品。

1.1 市場對未來工業設計師的要求

結構設計注重產品的材料、功能及可實現性，而工業設計注重外觀效果，在設計工作中想要完全區分外觀與結構，中小型公司是很難實現的。這些年針對工業設計上外觀和結構之間表面對立關系，衍生出了CMF（色彩、材料、工藝）設計師職位，其主要職責為判斷產品外觀效果的準確性，是工業設計師和結構設計師之間的溝通橋梁，CMF設計師既能最大化實現ID設計師的外觀審美要求，又能保證結構實現的可行性。目前在手機、家電、汽車行業等一些大型企業，基本都有自己的CMF設計團隊，人員3～5個不等，10個以上CMF設計師的團隊不多，但是能夠構建CMF設計師團隊的畢竟是一些大型企業，中國大部分中小型企業是少有意識和能力去組建。如何很好地在前期外觀設計時考慮結構的可行性？很多小公司的工業設計師兼顧設計和結構，因此，市場就對工業設計師提出不僅有設計能力還要具備與產品結構溝通的能力。

1.2 工業設計師自身的素質需求

很多工業設計的學生畢業進入企業工作后，發現設計概念不錯的作品被拒，排除產品外形設計上的設計經驗不足外，另一原因是產品結構設計知識的缺失，導致設計作品在結構評估時就死于非命；或者有時一個好想法，例如產品上設計了一條很優美的弧線，等到結構設計出來時卻發現完全沒有感覺，原因可能是結構空間不足，弧度太大或因材料縮水性限制結構設計等等。如何避免此類事件發生呢？作為一名工業設計師不能僅僅把產品設計出來，還需要跟蹤產品落地實現和關注市場反應；不只是設計產品的外部形態，還要有材料、形體構成、人機交互等方面的知識積累，只有預先考慮產品結構，才能增強產品設計實現的可能性，這就對工業設計師自身能力素養提出了新要求。

2 工業設計與產品結構設計關系認知

實際上工業設計和產品結構設計之間有著緊密關系，固定的結構功能和人機因素對造型有制約作用，但是也可在范圍內調節結構布局，形成新的比例結構而實現不同的視覺美感。

2.1 設計上明顯的區別特征

從產品開發流程上看，二者是新產品開發過程中的兩個環節；從工作性能看，工業設計決定產品的外在審美，結構設計決定產品內在的質量優劣；從設計手段上看，工業設計常用PS、AI、3D等設計軟件模擬產品，結構設計常用CAD、PROE、UG、CATIA、SOLIDWORK等設計軟件分解產品細節。

2.2 設計流程上承接關系

從產品開發流程上看，工業設計在前產品結構設計在后，二者存在先后承接關系；從工作性能上看，二者的緊密合作才能使最終的產品表里如一；從設計手段上看，當下的工業設計師已開始使用PROE、UG、CATIA、SOLIDWORK等軟件做工業設計，與結構設計采用一致的接口，使結構設計可以在3D表面基礎上，輕松設計與之對應的結構，更好地完成產品設計工作。

2.3 互相影響

一是內部基本結構對外形的影響，產品設計原理和技術要素影響內部結構，而內部結構是外部形態的骨骼，外部形態是內部結構的衣服，這種關系會由于工作原理的變化影響內部結構的變化，從而延伸到產品外形上的變化。如以功能結構為首要元素的探測儀器設計。二是外觀形態對結構設計的影響，為了能夠較高還原工業設計師的實際預想，外觀造型影響著結構分件和組裝，如果在造型階段合理考慮結構設計，可以避免后期加工和工藝影響，使外部形態更接近和實現工業設計師的創意效果。

3 工業設計需要學習的產品結構設計基礎知識

在產品研發過程中，如果工業設計師進行外觀設計時，參照產品1∶1的尺寸設計，是可以將后期與產品結構銜接的問題點降到最低，但是并非所有的產品在研發初期就有一個完全固定的尺寸可以指定。或者是在設計初期產品結構能夠參與評估，如果不能實現就修正外觀，或者調整內部結構件布局，最大化的平衡產品外觀和結構之間的沖突。

當然，工業設計師也沒有必要完全像產品結構去思考問題：空間是否能夠滿足，壁厚是否留足，拆卸組裝是否方便，模具是否能夠實現等等，筆者認為，工業設計師主要了解產品結構的材料、工藝基礎，就可在產品的設計過程中預見性的避免結構問題。

3.1 材料

塑料、玻璃、鋼、混凝土、瓷器等是構成產品的物質材料，是工業設計創意落地實現的載體。材料物性決定其塑造能力，不同材料在硬度、韌性及可塑性方面都有差異，不同的結構形式和搭配組合都能使其在設計上產生差異化效果。材料功能和特性都是影響產品設計的因素，設計過程中對材料及加工工藝的合理利用才能創造出美感與功能和諧統一的產品。

產品設計上，材料與外形相輔相成，如骨與肉；材料選取是設計方案實現的保證，合適的材料能完美詮釋外形美感。如果工業設計師具有一定的材料知識，了解和理解材料各種性能，就能合理利用材料的機械性能，打造自己滿意的設計形態；比如能在設計中避免造型與材料物性之間的結構沖突，準確選取材料和應用制造，合理傳達造型所要表達的設計情感因素：實用的、極簡的、舒適的、健康的、安全的等等。比如突破材料常規的應用方式，利用材料固有的物性做造型，比如運用不同材料特性搭配，產生新的創意設計等等。很多優秀的創意作品，往往是對材料物性完美應用的結果，如Philippe Starck以聚乙烯旋轉模塑成型制造的泡泡俱樂部沙發；墨西哥設計師Hector Leon用水泥和木材設計的混搭邊桌。

3.2 工藝

工藝是為了保證產品符合工業設計要求，利用機械加工的方法，塑造產品毛坯形狀、尺寸等使其成為合格產品的過程。是在基材表面人工形成與基材物性不同的工藝方法，其目標可滿足產品的耐腐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求，完善產品表面硬度和外觀等。隨著現代技術的不斷發展，表面處理工藝已經非常豐富，能夠滿足產品設計的多樣化。

以塑膠產品表面工藝為例，一類是通過模具表面加工處理，如化學腐蝕、激光鐳雕等改變模具表面形態得到所需的紋理圖案外觀，包括常見的拋光、火花紋、化學蝕紋、拉絲紋、圖案等；一類是對塑膠產品素材進行后期處理，常用方式有噴漆、絲印、燙金、電鍍等。

金屬材質常用的表面處理方式有機械打磨、化學處理、表面熱處理、噴涂表面等，這些處理方式不僅可保護產品外觀，防止生銹，延長使用壽命外，還可以美化產品表面。比如蘋果專業級電腦Mac Pro一次成型的圓筒鋁金屬機箱，其表面呈現玻璃感的晶瑩剔透，實際上是金屬鋁沖壓而成，經過酸洗、切削、拋光、激光切割等多道表面處理工序。

4 結語

工業設計師在產品設計流程中，利用合理、科學的產品結構設計基礎知識，能創造更完美的產品。首先，工業設計師在進行產品設計時，已經基于3D結構設計基礎上，甚至將2D設計轉化為3D，有利于設計交流。其次，作為工業設計師，能夠了解產品結構設計和后期工藝基礎知識，在設計過程中就預先考慮進各種材料和工藝的差異，將會減少后期結構開發過程中不必要影響。因此，作為工業設計專業學習產品結構設計是很有必要而且有意義的。

參考文獻：

[1] 羅家莉.產品結構設計的重要性及影響因素探析[J].包裝工程，2009（06）：127-129.

[2] 徐彬.結構設計對產品設計的影響[A]. 2005年工業設計國際會議論文集[C]. 2005.

[3] 楊文彬.結構設計準則系統[J].機械設計，1995（10）：1-2.

[4] 馬克·米奧多尼克（英）.迷人的材料[M].賴盈滿，譯.北京聯合出版公司，2015.

[5] 日經設計（日）.設計師一定要懂的材質運用知識[M].林大凱，譯.旗標出版股份有限公司，2014.

[6] 邁克·阿什比（英），卡拉·約翰遜.材料與設計：材料選擇在產品設計中的藝術與科學（原書第二版）[M].曹巖，等，譯.化學工業出版社，2012.

[7] 阿格尼絲·贊伯尼（法）.材料與設計[M].王小茉，馬騫，譯.中國輕工業出版社，2016.

[8] 黑川雅之（日）.素材與身體[M].吳俊伸，譯.河北美術出版社，2013.

[9] 柳宗悅.工藝文化[M].廣西師范大學出版社，2011.