面向新工科的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)美學(xué)融合研究

杭魯濱 金曉怡

[摘 要]新工科強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉，融合美學(xué)內(nèi)涵的機(jī)械創(chuàng)新是對(duì)機(jī)械環(huán)境生態(tài)協(xié)調(diào)與完美的無(wú)限追求的一個(gè)縮影。具有溫度、濕度、黏性的機(jī)械原理和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，需要具有柔順而暴躁、張力的機(jī)械性能和特征。如何以實(shí)例引導(dǎo)工程師、研究者對(duì)機(jī)械美學(xué)概念的體會(huì)和欣賞，并對(duì)機(jī)械和美學(xué)融合，在嚴(yán)密邏輯、精密機(jī)械設(shè)計(jì)中進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)涵升華。

[關(guān)鍵詞]新工科;機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì);美學(xué);學(xué)科交叉

[作者簡(jiǎn)介]杭魯濱（1965—），男，江蘇南京人，博士，上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] TH122[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）45-0-02[收稿日期] 2020-06-10

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記多次指出，未來(lái)幾十年，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將同我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成歷史性交匯，工程在社會(huì)中的作用發(fā)生了深刻變化，工程科技進(jìn)步和創(chuàng)新成為推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要引擎[1]。在此背景下，“新工科”建設(shè)成為適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)的工程教育改革方向。與傳統(tǒng)的機(jī)械學(xué)科教學(xué)不同，新工科建設(shè)背景下機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)與實(shí)踐以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，教學(xué)內(nèi)容不再局限于傳統(tǒng)工科教育對(duì)單純技術(shù)問(wèn)題的傳授，而是在保證技術(shù)層面的基礎(chǔ)上，將機(jī)器美學(xué)、人文關(guān)懷、生態(tài)環(huán)保等多學(xué)科多方向內(nèi)容相融合，力求在技術(shù)層面之上創(chuàng)造出具有美學(xué)內(nèi)涵的機(jī)械產(chǎn)品，并引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)領(lǐng)悟機(jī)械之美。

一、美學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

美學(xué)是從人對(duì)現(xiàn)實(shí)的審美關(guān)系出發(fā)，以藝術(shù)作為主要對(duì)象，研究美、丑、崇高等審美范疇和人的審美意識(shí)，美感經(jīng)驗(yàn)，以及美的創(chuàng)造、發(fā)展及其規(guī)律的科學(xué)[2]。追求美是人類(lèi)乃至整個(gè)生物界的天性，也是一切非生命物體如建筑、橋梁以及機(jī)械產(chǎn)品的自然屬性。而機(jī)械美學(xué)設(shè)計(jì)是將材料學(xué)、工藝學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、邏輯學(xué)、生理心理學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)和色澤學(xué)以及用戶(hù)滿(mǎn)意度和市場(chǎng)需求度緊密結(jié)合的一種新型設(shè)計(jì)方法[3]。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)融合美學(xué)內(nèi)涵是對(duì)機(jī)械協(xié)調(diào)融合與完美無(wú)限追求的一個(gè)縮影。“把手表湊到耳朵邊上，可以清晰地聽(tīng)到擒縱機(jī)構(gòu)工作的聲音，那是時(shí)間流逝的聲音。如果有背透，看到齒輪精密地咬合、轉(zhuǎn)動(dòng)，那是時(shí)間流逝的樣子”。素有鐘表界奧斯卡之稱(chēng)的日內(nèi)瓦高級(jí)鐘表大賞近日公開(kāi)了“卓越機(jī)械腕表”品類(lèi)大獎(jiǎng)得主，由江詩(shī)丹頓推出的閣樓工匠系列天體超卓復(fù)雜腕表3600獲得，其能夠在8.7mm的表身中實(shí)現(xiàn)23項(xiàng)復(fù)雜腕表功能，由三個(gè)獨(dú)立齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，雙面同時(shí)顯示三種時(shí)間計(jì)量模式，機(jī)芯由514個(gè)零件組成，堪稱(chēng)獨(dú)一無(wú)二的時(shí)計(jì)杰作。

手表是機(jī)械之美的集中體現(xiàn)，手表所凝結(jié)了機(jī)械的外觀(guān)造型美與內(nèi)部零件運(yùn)行質(zhì)量和可靠性的內(nèi)在美。手表的外在美即各個(gè)部件外觀(guān)造型的美學(xué)設(shè)計(jì)，給人一種直觀(guān)的吸引力、親和力和愛(ài)慕度，留下一種揮之不去的好印象，造成一種強(qiáng)烈的美感刺激;手表機(jī)芯設(shè)計(jì)的內(nèi)在美較外在美更難達(dá)到，涉及內(nèi)部各零件的布置美、部件動(dòng)作協(xié)調(diào)美、零件加工選材美、加工工藝美等，但帶給使用者的是內(nèi)心的舒適感以及對(duì)機(jī)械的認(rèn)同感。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)的人性化內(nèi)涵

新時(shí)期機(jī)械機(jī)構(gòu)人性化設(shè)計(jì)目的在保障工作人員的安全之下，運(yùn)用更多合理設(shè)計(jì)理念融入其中，滿(mǎn)足使用者對(duì)設(shè)備的舒適度要求，最大化滿(mǎn)足使用者的操作要求。以安全環(huán)保為前提，保障使用者安全性的同時(shí)，簡(jiǎn)化操作，提高舒適度，從而極大地提升操作者的精確度。第一，要做好外觀(guān)設(shè)計(jì)，從色彩、造型以及識(shí)別牌等入手，以人的親切舒適度感為準(zhǔn)，最大化迎合操作者的愉悅心情。第二，要以簡(jiǎn)約為主，在設(shè)計(jì)中盡可能地減少零部件使用，選用可靠、使用壽命長(zhǎng)的零部件，將控制頻率控制在最低頻次，同時(shí)提高產(chǎn)品的性能減少環(huán)境污染，以滿(mǎn)足人性化的需求。第三，要優(yōu)化潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，降低灰塵、顆粒等物品，避免對(duì)潤(rùn)滑的影響，人性化設(shè)計(jì)要構(gòu)建自動(dòng)阻擋的作用，以自動(dòng)感應(yīng)加入為主確保潤(rùn)滑劑的加入，可延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低維修成本。

機(jī)械設(shè)備的均衡是以機(jī)械設(shè)備上的某一零部件作為支點(diǎn)，而表現(xiàn)出的平衡方式，從而使機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)美、條理美、動(dòng)中有靜、靜中有動(dòng)的感覺(jué)，并把機(jī)械設(shè)備的色彩、肌理、表面裝飾與構(gòu)成幾何形體結(jié)合起來(lái)，使機(jī)械設(shè)備靈巧、生動(dòng)、輕快。對(duì)稱(chēng)是物體在某種變換條件下，其相同部分間有規(guī)律重復(fù)的現(xiàn)象，亦即在一定變換條件下的不變現(xiàn)象，它能使人們的視覺(jué)產(chǎn)生平衡感，我國(guó)的石油機(jī)械像石油鉆采機(jī)械、煉油機(jī)械、采油機(jī)械設(shè)備等從受力角度看，都是采用對(duì)稱(chēng)的形式，把設(shè)備的功能與對(duì)稱(chēng)性結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生條理美，不僅保證了機(jī)械設(shè)備的功能，還能凸顯出穩(wěn)定、莊重、安全的感覺(jué)，但由于對(duì)稱(chēng)容易給人造成單調(diào)、呆板的感覺(jué)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合美術(shù)原理，避免靜感和硬感的問(wèn)題。

三、機(jī)械美學(xué)思想在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)僅是考慮機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、生產(chǎn)和維護(hù)等的功能，而對(duì)于融合美學(xué)思想的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，考慮較少。現(xiàn)有的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，大多都是基于設(shè)計(jì)工作者的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品雖然能基本滿(mǎn)足實(shí)用功能，不僅外觀(guān)笨重，而且產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)都略顯不足。因此，機(jī)械產(chǎn)品的美學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)器的外形、結(jié)構(gòu)、能量傳遞等來(lái)說(shuō)越來(lái)越受到重視。

最能體現(xiàn)機(jī)械之美的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，就是機(jī)械鐘表的設(shè)計(jì)、汽車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與藝術(shù)美感一直是人類(lèi)的追求。機(jī)械鐘表的齒輪、連桿、擒縱機(jī)構(gòu)等的聯(lián)動(dòng)與整個(gè)框架間所流露出來(lái)的靈動(dòng)與美感，無(wú)不令人驚嘆。

成功的機(jī)械產(chǎn)品不僅僅體現(xiàn)在產(chǎn)品功能、智能化、新穎等實(shí)用特征，更是體現(xiàn)在機(jī)構(gòu)與美學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。考慮數(shù)學(xué)圖形美、生物結(jié)構(gòu)美，符合最優(yōu)設(shè)計(jì)等均是在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中必須考慮的設(shè)計(jì)要素機(jī)械裝備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)同時(shí)也離不開(kāi)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的美學(xué)思想改善工業(yè)設(shè)計(jì)。另外，從自然界汲取創(chuàng)新設(shè)計(jì)的靈感，也正是學(xué)者們探索的熱門(mén)研究方向。因此，新工科的教學(xué)，應(yīng)該是在創(chuàng)新思想指導(dǎo)下，將美學(xué)思想作為機(jī)械設(shè)計(jì)的基本考慮要素。

四、結(jié)論

在現(xiàn)代機(jī)械中設(shè)計(jì)中融入美學(xué)元素既可以滿(mǎn)足機(jī)械的功能性需求，同樣的也是人類(lèi)社會(huì)對(duì)美好生活追求的必然趨勢(shì)，在新工科背景下的機(jī)械教學(xué)中注入美學(xué)的設(shè)計(jì)，機(jī)械學(xué)科發(fā)展的必然趨勢(shì)。現(xiàn)代機(jī)械與美學(xué)的融合，不僅教授學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還能夠使學(xué)生更加深層次地體會(huì)到機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展是一個(gè)不斷優(yōu)化不斷追求完美的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[J].高等工程教育研究， 2017（3）：7-12.

[2]克羅齊，朱光潛.美學(xué)原理美學(xué)綱要[M].北京：外國(guó)文學(xué)出版社，1983.

[3]鄒十踐.淺談工程機(jī)械美學(xué)設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)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