產品結構設計理論精選(九篇)

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第1篇：產品結構設計理論范文

【關鍵詞】 結構；動態(tài)特性；試驗模態(tài)分析；有限元

1 結構動態(tài)分析的研究對象

機械動態(tài)設計是正在發(fā)展中的一項新技術，它涉及到現代動態(tài)分析、計算機技術、產品結構動力學理論、設計方法學等眾多學科范圍，目前還沒有形成完整的動態(tài)設計理論、方法和體系，許多問題尚需進行深入廣泛的研究。以下結合文獻[1～4]的論述，對機械動態(tài)設計發(fā)展與現狀作簡要評述。

目前,國外在結構動態(tài)分析設計領域的研究十分活躍，特別是美國、西歐等一些發(fā)達國家，十分重視關于結構動態(tài)分析設計問題的研究，并將其列為結構設計領域的重點發(fā)展方向之一。結構動態(tài)設計的主要內容包括兩個方面：①建立一個切合實際的結構動力學模型；②選擇有效的結構動態(tài)設計方法[1]。機械結構動態(tài)設計的一般大體過程是：對滿足工作性能要求的產品初步設計圖樣，或就需要改進的產品結構實物進行實體建模，并作動態(tài)特性分析。然后，根據工程實際情況，給出其動態(tài)特性的要求或預定的動態(tài)特性目標，再按結構動力學“逆問題”方法直接求解結構設計參數，或按結構動力學“正問題”分析方法，進行結構修改與修改后結構的動態(tài)特性預測，其結構的修改與預測往往需要反復多次，直到滿足各項設計要求為止，從而得到一個具有良好靜、動態(tài)特性的產品設計方案。

2 結構振動系統(tǒng)的建模

2.1 有限單元法。結構振動系統(tǒng)的建模問題是結構動態(tài)設計的基礎，目前建模的一種常用的方法是采用有限元法，這種方法首先將連續(xù)的彈性體離散化，然后從能量原理出發(fā)建立起整體控制方程，利用數值方法求解，得到結構的參數。該方法的優(yōu)點是可在結構設計之初，根據設計圖紙，預知產品的動態(tài)性能，預估振動、噪聲的強度和其它動態(tài)問題，并可在圖紙階段改變結構形狀以消除或抑制這些問題。該方法是一種近似解法，但就其計算精度來看，基本能夠滿足使用者的要求。對復雜結構，這是一種較為有效的分析方法。隨著計算機技術的發(fā)展，建立在有限元原理上的結構分析軟件已經相當成熟（如：IDEAS、ADINA、NASTRAN、SAP、ANSYS等），它們已卓有成效地應用于航空、航天、船舶、汽車和機床等工程結構的動態(tài)分析。

然而，對大型復雜結構而言，由于材料物理參數的不確定性，邊界條件的近似處理、接頭及連接處的連接參數估計不準確，以及缺乏阻尼參數等原因，要想直接依據圖樣資料建立一個能準確反映結構動態(tài)特性的有限元模型是比較困難的，其計算精度也難以保證。

2.2 試驗模態(tài)分析法。近10多年來，由于動態(tài)測試、信號處理、計算機輔助實驗等技術的迅速提高，試驗建模技術也得到了很大的發(fā)展，因此結構動力學分析的另一種有效的方法是試驗模態(tài)分析法。該方法是建立在實驗基礎上的確定系統(tǒng)動態(tài)特性的一種更為有效的方法。它是在結構上選擇有限個試驗點，在一點或多點進行激勵，在所有點測量系統(tǒng)的輸出響應，通過對測量數據的分析和處理，建立結構系統(tǒng)離散的數學模型。

這種模型能較準確的描述實際系統(tǒng)，分析結果也較可靠，但該法客觀上要求有一個實際模型，因而提高了建模成本，同時由于實測信息的不完整，導致模型的不完備，往往只能反映真實系統(tǒng)的低階模態(tài)特性，難以適應大型復雜結構。

2.3 基于試驗數據的有限元模型修正法。鑒于上述兩種方法的優(yōu)缺點，現代的發(fā)展趨勢是把有限元方法和試驗模態(tài)分析技術有機結合起來，用有限元方法建立先驗模型，而用實測的動態(tài)數據通過不同方法對其先驗模型進行修正，利用修正后的有限元模型計算結構的動態(tài)特性和響應，進行結構的優(yōu)化設計[1,5]。目前，一些較復雜結構系統(tǒng)的實驗模態(tài)分析和動態(tài)特性有限元分析在國內外都已取得了一定的成果[5]。用實驗模態(tài)分析結果修正機體有限元模型的方法，在機體有限元建模上已得到實際應用，從而為進行機體動力響應計算奠定了基礎。

基于實驗數據的結構有限元模型修正，近30年來國內外學者提出了大量的修正方法，這些方法從修正的對象來說，大體上可分為矩陣型與設計參數型兩大類。矩陣型方法的基本思想是：根據一定的準則和結構動力學關系來修正有限元模型的質量矩陣和剛度矩陣，使修正后的有限元模型計算的模態(tài)參數與實驗結果一致。這類方法首先由Berman等人于1971年提出，而由Caesar（1986）、Kaba（1985）和張（1988）等設法改進。雖然在數學上該方法可達到由修正后的有限元模型計算的模態(tài)參數與實驗結果相一致的目的，但其修正后的質量與剛度矩陣已失去了明確的物理意義，因此修正后的模型很難用于結構的動態(tài)設計；而設計參數型直接對結構的材料、截面形狀和幾何尺寸等參數進行修正，該類方法可直接應用于結構動態(tài)設計，例如Colluins(1974年)、曾（1991）、陳（1994年，1996年）等人曾用實驗模態(tài)參數辨識結構的設計參數，Ewins（1990年）、Link（1992年）等人曾用頻率響應函數進行過結構設計參數的識別。該方法屬于基于“逆問題”直接求解的動態(tài)設計方法。關于結構動態(tài)設計的“正問題”，即結構修改與修改結構的重分析，是目前較為廣泛的一類動態(tài)設計方法。例如：有關結構修改的靈敏度分析（Fox1968年提出），修改結構重分析中用到的基于小參數的矩陣攝動法（Rayleigh為先驅）等等都得到了廣泛應用。

3 結構動態(tài)分析在工程領域的應用

目前對結構進行動態(tài)分析時，應用較為廣泛的是利用有限元的方法，建立模型后，在對結構靜態(tài)分析的基礎上，進行模態(tài)分析、沖擊載荷作用下的結構分析等等。這種分析方法已成功地應用于航空、航天、船舶、汽車和機床等工程結構的動態(tài)分析。

參考文獻

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第2篇：產品結構設計理論范文

關鍵詞：自然散熱；外殼設計；壓鑄；鋁合金；鋅合金

隨著三網融合的推進，在廣電傳媒領域，數字化的新媒體帶來了一場深刻的革命[1]。有線電視網絡雙向化數字化改造是廣電業(yè)占領新的信息產業(yè)版圖的重要實施舉措。有線帶寬的提高、高清視頻、IP數據業(yè)務、語音業(yè)務、數據點播等的開展，對有線電視傳輸設備提出了更高的要求，熱問題在產品的研發(fā)過程中越來越突出，特別是傳輸干路和支路上的野外型和室外型設備的設計研發(fā)。這類設備以自然散熱為主要散熱途徑，使用環(huán)境復雜多變，所在的網絡平臺歷史較長，各地運營商對設備的要求和標準也參差不齊，產品結構方面可變的設計條件也有限，所有這些限制因素都增加了結構設計的難度，提出了更高的要求。本文以有線電視網絡傳輸數據監(jiān)控模塊（簡稱DOCSIS 模塊）的設計為例，探討了以自然散熱為主的設備的外殼熱設計要素和方法。

1.挑戰(zhàn)和機遇

DOCSIS模塊是配合DOCSIS網絡而產生的新模塊，是代替現有HMS應答器的產品。該模塊普遍應用于CATV傳輸網絡的光站和放大器設備中，這些設備基本都是野外型或是室外型。由于HMS模塊已經應用在諸多的光站和放大器平臺中，因此，DOCSIS模塊的外形尺寸和連接器位置都不能改變。但由于DOCSIS模塊功能的極大提升、新的集成芯片的使用，模塊的功耗有成倍的增長。在有限的空間范圍內，模塊熱設計遇到了極大的挑戰(zhàn)。

近十年，傳統(tǒng)的鋅、鎂、鋁合金的加工技術有較快的發(fā)展，導熱材料的熱導率有很大的提升，有限元熱設計分析工具更是被廣泛應用，這給外殼熱設計提供了強有力的技術支持。

2.熱設計理論分析

為了達到理想的散熱效率，將主要發(fā)熱芯片與產品外殼通過導熱材料相連，從而有效降低從芯片結到外部空氣的傳熱熱阻。將產品的導熱簡化成下圖，在此僅討論穩(wěn)態(tài)場產品的散熱：

其中t_j為芯片的結溫，t_c為芯片的表面溫度，γ是導熱材料的厚度，t_TIM是導熱材料的溫度，δ是外殼設計厚度，t_h是外殼的溫度，t_a是模塊工作的外部環(huán)境溫度，h是機殼表面自然對流換熱系數。

穩(wěn)態(tài)場指產品達到熱平衡時，各部件的溫度幾乎不變的熱場分布。穩(wěn)態(tài)場性能反應了電子產品正常工作情況下的熱學性能。

t_a為恒定外界溫度，自然散熱條件下表面換熱系數h為小于10的某一數值。由（2.4）式，芯片的選型，外殼材料的特性、厚度和表面積的設計，導熱介質的材料選型、厚度和接觸面設計都決定了t_j的值。因此，選用耐溫高、內部熱阻低的芯片，選用熱導率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，選用熱導率高、厚度薄的導熱材料做介質，設計合理的接觸面，能有效避免產品過熱問題。

輻射換熱效率與自然散熱產品效率相當[6]，可以增加表面處理（如噴漆、氧化）來強化輻射效果，增強自然散熱能力。

3.DOCSIS模塊結構設計比較

模塊的外形尺寸限制為 長×寬×高=78mm ×38mm ×12mm，FPGA芯片大小為長×寬=23mm ×23mm 。

下表為模塊結構設計選項：

設計選項1和設計選項2比較了不同合金材料的選擇對產品熱性能的影響；設計選項2和設計選項3比較了發(fā)熱芯片接觸面積和導熱介質對產品熱性能的影響；設計選項3和設計選項4比較散熱面積和表面輻射效果對產品熱性能的影響。

下圖為設計選項1和設計選項4的設計效果圖：

4.仿真結果比較

使用Flotherm軟件進行仿真比較。設置外部環(huán)境溫度為85°C，模塊總功耗為1.7w，FPGA芯片功耗為0.8w。按下表設置鋁合金和鋅合金材料的基本參數。

下表是各條件的仿真結果。

其中，t_j和t_h與章節(jié)2中對應的芯片結溫和殼體外表溫度意義一致。

比較設計選項1和設計選項2的結果，選用鋁合金比選用鋅合金，FPGA結溫下降0.23°C，殼體溫度下降0.25°C。結果顯示，Zmark3和A413散熱能力相當。因為鋅合金比鋁合金具有更好的鑄造性能，能鑄造出更薄的殼體，在PCB布板空間緊張、對模塊重量不敏感的情況下，選用鋅合金比鋁合金更有優(yōu)勢。

比較設計選項2和設計選項3的結果，增大導熱介質和FPGA芯片的接觸面接、選用導熱率更高、更薄的導熱材料，使得FPGA結溫下降了0.69°C，殼體溫度下降了2.57°C。結果表明，導熱介質的優(yōu)化可以帶來一定程度的溫度降低。但是熱導率為5w/m.k的導熱介質成本是2.5w/m.k的一倍以上，且越薄的導熱介質對產品的加工精度要求更高。因此，在成本和公差允許的情況下，選用更大、更薄、導熱率更高的材料能有效降低芯片結溫。

比較設計選項3和設計選項4的結果，增大表面積和輻射率，使得FPGA結溫下降了3.08°C，殼體溫度下降了2.01°C。結果表明，增大表面積和表面輻射率是自然散熱條件下最為有效的降低溫度的方法。而表面涂鍍是增加表面輻射率的有效途徑，它既增加了產品美觀性，又增強了表面耐腐蝕性，缺點是增加了成本。因此，在產品尺寸大小不敏感，成本壓力小，表面要求高的情況下，加強表面處理是解決散熱問題的有效途徑。

綜上所述，導熱率相當的鋁合金和鋅合金合金材料對模塊溫度的影響不大；增大芯片與導熱介質的接觸面積，增大導熱材料的熱導率、降低其厚度可以有效降低溫度；增加表面散熱面積，加強表面處理是最有效的提高散熱效率的方法。

5.結論

自然散熱的電子產品外殼設計中，選用耐溫高、內部熱阻低的芯片，選用熱導率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，增強表面輻射強度，選用熱導率高、厚度薄的導熱材料做介質，設計合理的接觸面，能有效避免產品過熱問題。

參考文獻：

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[4]包雪松.《鋁合金壓鑄散熱模塊結構設計研究》[D].上海：上海交通大學，2011年

第3篇：產品結構設計理論范文

關鍵詞：再制造 產品的再制造性 綠色模塊化設計

中圖分類號：F27 文獻標志碼：A文章編號：1673－291X（2011）26－0270－03

一、面向再制造的產品設計

20世紀80年代以來，一種更加順應可持續(xù)發(fā)展要求的廢舊產品處理方式――綠色再制造（Green Remanufacturing）引起了全社會的廣泛重視。綠色再制造是以產品全壽命周期理論為指導，以廢舊產品性能提升為目標，以優(yōu)質、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準則，以先進技術和產業(yè)化生產為手段，來修復、改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。再制造產品的優(yōu)勢十分明顯，其性能可達到或超過原型機新品，而成本僅為新品的50%左右，節(jié)能60%，節(jié)材70%以上，經濟效益和社會效益突出。

各大率先進行廢舊產品回收和再制造加工的企業(yè)在實踐中認識到，如果早在新產品的設計階段就考慮產品使用壽命到期后的回收和再制造階段的相關要求，融入新產品的可再制造性的設計理念，就可以顯著地提高再制造的效益，更好地實現資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

面向再制造的產品設計（Design for Remanufacturing），是指按照再制造的目的設計產品，在產品設計階段對產品的再制造性進行充分考慮，并提出再制造性指標和要求，使得產品到達壽命末端時具有良好的再制造能力。

（一）LCA在面向再制造的產品設計中的使用

LCA，Life Cycle Assessment，簡稱生命周期評價。國際標準組織（ISO）給出的LCA是：匯總和評價一個產品或服務體系在整個壽命周期所有投入與產出對環(huán)境造成的和潛在的影響的方法?？梢?，生命周期評價主要用于評估產品在它的生產、使用到回收整個過程中，對環(huán)境造成的影響。包括所耗費的原材料、能源以及所產生的排放。

面向再制造的產品設計應該在新產品設計階段就考慮產品服役周期結束后需要進行拆解和回收利用，運用LCA的方法對產品從原材料的選擇、設計加工、銷售運輸、回收清潔、拆解檢測、再制造加工、再制造成品組裝等各個環(huán)節(jié)充分考慮對資源的消耗和對環(huán)境的影響，盡量提高產品的再制造性。

面向再制造的產品設計完成了由傳統(tǒng)的“被動解決問題”向“主動預防問題產生”的方向的轉變，是產品設計思想的一次創(chuàng)新和變革，大大節(jié)約了資源和能源，并將帶來巨大的經濟和社會效益。

（二）設計重點是提高產品的再制造性

面向再制造的產品設計的重點是提高產品的再制造性。再制造性（Remanufacturability）也稱為可再制造性，是產品本身的一種屬性，是決定廢舊產品進行再制造的前提，是面向再制造的產品設計中的重要內容。其定義可描述為：再制造性是產品設計過程賦予產品的一種固有屬性，是指由于各種原因產品退役后，綜合考慮各種因素，該產品經過再制造加工后達到規(guī)定性能時，獲取原產品價值的能力。

再制造性評價具有明顯的階段性，主要包括新產品設計開發(fā)階段和廢舊產品再制造前的決策階段。其中，新產品設計開發(fā)階段十分關鍵，產品在新產品設計階段就已經將材料性能、各零部件的連接方式、產品結構等因素確定了下來。廢舊產品的再制造性的影響因素，既包括該產品在新品設計階段就確定下來的那些因素，又包括產品服役期滿后的產品狀況、當時的再制造技術的發(fā)展狀況、環(huán)境和經濟狀況等因素。所以，產品的再制造性具有動態(tài)性、個體性、地域性和時間性等特點，即使同一產品在不同情況下的再制造性也是不同的?？梢?，在新產品設計階段就考慮其后期回收和再制造的需要，盡量提高產品的再制造性是十分必要的。

二、實施綠色模塊化設計是提高產品再制造性的有效途徑

面向再制造的產品設計需要同時解決這樣一些難題：使產品在設計之初就全面考慮該產品在其多生命周期內的環(huán)境屬性及零部件的重復使用性，無論是所選用材料還是產品的結構，連接方法設計都能方便其日后的維修、升級，以及產品廢棄后的拆解、回收和處理，同時保證與環(huán)境得有更好的協(xié)調性。顯然，原有的傳統(tǒng)設計方法不能滿足這些要求。面向再制造的綠色模塊化設計方法正是在這種情況下提出來的，綠色模塊化設計是提高產品再制造性的有效途徑。

（一）面向再制造的綠色模塊化設計的含義

綠色設計（Green Design）是指在產品整個生命周期內優(yōu)先考慮產品環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性、可維護性和可充分利用性等，并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產品應有的基本性能、使用壽命和質量等。在產品的設計階段就考慮其回收、拆解等需要，才能最終實現產品的回收和再制造效率。

模塊是產品的子結構，它與產品的功能元素子集有一一對應的關系。產品的模塊化設計，就是在產品設計時，根據原材料屬性、產品的結構，以及日后的使用功能、升級、維修，廢棄后的回收、拆卸等因素，將產品劃分為不同的模塊單位，把離散的零件聚合成模塊。產品的模塊化設計，既可以在產品生產時大批量生產模塊化的半成品，降低生產成本，獲得規(guī)模效應；又可以根據顧客的個性化需要，將不同功能的模塊進行組合，提高了產品對市場差異化需求的響應能力。

綠色設計和模塊化設計密切相關。綠色設計要求產品易維修與升級，不易輕易淘汰；綠色設計要求產品具有可拆解性和易回收性，經簡單再制造加工后就能恢復或超過原品性能并能被再次利用。這些正需要模塊化設計思想來實現。模塊化設計方便失效模塊的簡易替換和產品的快速升級，延長產品的使用壽命，減少產品的丟棄和環(huán)境的破壞，與綠色設計的某些理念不謀而合。通過綠色模塊的構建，產品比傳統(tǒng)產品具有更好的多方面效益，產品的功能屬性和環(huán)境屬性能同時滿足，效果十分顯著。

面向再制造的綠色模塊化設計方法是將綠色設計和模塊化設計進行有機結合后，運用于產品的再制造性設計階段中，使產品同時滿足易于拆解和裝配、易于修復和升級、環(huán)境友好性等再制造性的指標和要求。在模塊化的設計時，考慮產品的再制造性，讓產品在壽命末端回收之后，能容易地拆卸為不同的模塊，且盡可能減小各模塊內的可再制造性的差異，則可提高產廢舊產品回收利用率。這種設計方法是一種順應時展的嶄新的設計方法，有助于實現制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（二）面向再制造的綠色模塊化設計的優(yōu)點

1．能有效提高產品的易拆解和裝配性

再制造加工過程包括前期對回收產品的拆解環(huán)節(jié)，和后期將再制造后的零部件裝配為再制造成品的環(huán)節(jié)。所以，面向再制造的產品設計一定要考慮零部件的易拆解和裝配性，這既影響再制造過程的效率，又影響再制造產品的質量。

再制造的拆解不同于再循環(huán)，需要確保拆解過程中盡可能少地損壞零部件。因此，產品結構設計，連接件的數量和類型，以及拆解深度的選擇成為面向再制造的產品設計的重點內容。不同的產品結構將導致不同的拆解方法和拆解難度。常見的拆解方法有兩種：有損拆解和無損拆解。常見的有損拆解是機械裂解或粉碎。機械產品中常見的連接方式有四種：可拆解連接、活動連接、半永久性連接和永久性連接。前三種連接一般都可以拆解，第四種則只能采用有損拆解的方法。

產品結構設計時應改變傳統(tǒng)的連接方式，零部件之間盡量不采用焊接或粘接的連接方式，代之以易于拆解的連接方式。扣壓和螺釘的方式便于拆解，前者較后者又更容易拆解、更省時。連接件方面，卡式接頭和插入式接頭更容易拆解和裝配，已經有越來越多的企業(yè)在產品設計時就采取了這些類型的連接方式。尤其是一些易損零件，由于更換次數較多，在設計其安裝結構時就考慮其易拆性，較多采用插入式結構設計、標準化插口設計等。如計算機主板上的插槽與上面插裝線路板的連接方式。

采用綠色模塊化設計既能明顯簡化產品結構，又能大量減少連接件的數量和類型，大大提高產品的易拆解和裝配性，并減少產品的破損率，提高產品的拆卸和裝配效率。

2．有助于提升產品的易分類性

同一部機器上往往有鋼、鐵、鋁、銅、塑料、木材等不同的材料，它們的表面常常有油漆覆蓋，不易區(qū)分，應加強標識，便于拆卸和分類存放。同一材質、不同形狀和尺寸的零部件，由于加工方式或使用機床的不同，也要進行標識和分類，提高總的再制造效率。

采用綠色模塊化設計有助于大量減少零部件的數量和種類，使拆解后的零部件更易于分類和識別，將使再制造生產加工時間大為縮短。

3．能顯著提升產品的易修復性和升級性

再制造工程包括再制造加工和過時產品的性能升級。前者主要針對報廢的產品，把有剩余壽命的廢舊零部件作為再制造毛坯，采用表面工程等先進技術使其性能恢復，甚至超過新品。后者對過時的產品通過技術改造改善產品的技術性能，使原產品能跟上時代的要求。所以，對原制造品進行修復和技術升級是再制造過程中的一個重要部分。

實施綠色模塊化設計，可以采用易于替換的標準化零部件和可以改造的產品結構并預留模塊接口，以備升級之需，在必要時即可通過模塊替換或增加模塊實現產品修復或升級，減少拆解中的破損，增強再制造加工和產品升級改造的效率。

三、面向再制造的綠色模塊化設計的具體實現步驟

在進行產品的再制造性設計時要兼顧產品材料的合理性、易運輸裝卸性、易拆解和裝配性、易于分類性、易清洗性、易修復和升級性。面向再制造的綠色模塊化設計方法將綠色設計和模塊化設計進行了有機結合，其具體實現步驟歸納如下：

1．進行用戶需求分析

面向再制造的綠色模塊化設計活動首先從分析用戶對產品的需求開始。在調查、了解用戶對產品的功能、使用壽命、價格、需求量、升級性能等具體要求后，考慮該產品采用綠色模塊化設計的可行性。如果經過分析，在滿足環(huán)境屬性的前提下用戶對該產品的要求均可滿足，則該產品的綠色模塊化設計的可行性獲得通過，面向再制造的綠色模塊化設計活動可以進入下一環(huán)節(jié)。

2．選取合理的產品參數定義范圍

面向再制造的綠色模塊化設計活動的第二步，是選取合理的產品參數定義范圍。通常，產品參數分為三類，即動力參數、運動參數和尺寸參數。合理地選取產品的參數定義范圍十分重要。如果參數定義范圍過高，將造成能源和資源等的浪費，有悖于綠色模塊化設計的思想；如果參數定義范圍過低，又滿足不了客戶的要求。通常的做法是先定義主參數，然后在參數滿足用戶需求的基礎上實現盡可能高的綠色化和模塊化。

3．確定合理的產品系列型譜

面向再制造的綠色模塊化設計活動的第三步，是系列型譜的制定，即合理確定綠色模塊化設計的產品種類和規(guī)格型號。型譜過大過小都不好。如果型譜過大，則產品規(guī)格眾多，市場適應能力強，環(huán)境屬性好，模塊通用程度高，但工作量也相應增大，人力資源能耗大，成本上升，總體來說效果并不好；反之，則又會走向另一個極端，效果也不好。因此，產品系列型譜的制定至關重要。

4．產品的模塊劃分與選擇

面向再制造的綠色模塊化設計活動的第四步，是產品模塊的劃分與選擇，這是模塊化方法最重要的內容。通常根據產品的功能，將其分為基本功能、次要功能、特殊功能和適應功能等，然后劃分相應的模塊。模塊的劃分使得產品的設計過程思路清晰，并有利于產品報廢退役后的零部件回收、重新利用或升級換代。

5．綠色模塊的組合

面向再制造的綠色模塊化設計活動的第五步，是模塊的組合。劃分完模塊后，將這些模塊按照直接組合、集裝式組合或改裝后組合等方法組合成系統(tǒng)。組合時要考慮今后的易拆解性、不易損壞性及產品的節(jié)能省時等環(huán)境友好性特征。

6．對設計好的產品進行分析校驗

面向再制造的綠色模塊化設計活動的第六步，是用機械零件設計軟件包、優(yōu)化設計軟件包、有限元軟件包等現代設計工具對設計好的產品進行分析、計算和校驗。如果分析校驗不合要求，就要回到模塊選擇上進行修改、完善，重新整合模塊，直至產品符合要求。

7．產品設計的綠色度與模塊度指標評價

面向再制造的綠色模塊化設計活動的最后步驟，是采用層次分析法（AHP）及模糊綜合評價法等數學工具對產品再制造設計的綠色度和模塊度指標進行計算及評價，再根據計算結果對產品的有關參數加以調整或進行重新設計。

收稿日期：2011-07-22

作者簡介：吳小艷（1972-），女，湖北云夢人，副教授，碩士，從事企業(yè)管理與市場營銷研究。

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Research on the remanufacturing products green modularization design

WU Xiao-yan

(Management college,Wuhan science and technology university,Wuhan 430070,China)

第4篇：產品結構設計理論范文

引言

經過多年的快速發(fā)展，我國的高等教育已經由精英教育進入大眾化教育的時代。隨著本科招生力度的逐年加大，本科生的整體數量在逐年增加，但整體質量呈現下滑趨勢，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式已經不再適合大眾化的高等教育，這就對高等教育學校提出了新的要求，特別是一些民辦院校，由于其辦學歷史短，招生質量參差不齊，師資力量以中青年教師為主，如何尋找一套合適的培養(yǎng)模式顯得更為重要。

應用型本科重在“應用”二字，要求以體現時代精神和社會發(fā)展要求的人才觀、質量觀和教育觀為先導，以在新的高等教育形勢下構建滿足和適應經濟與社會發(fā)展需要的新的學科方向、專業(yè)結構、課程體系，更新教學內容、教學環(huán)節(jié)、教學方法和教學手段，全面提高教學水平，培養(yǎng)具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才。應用型本科教育對于滿足中國經濟社會發(fā)展，對高層次應用型人才需要以及推進中國高等教育大眾化進程起到了積極的促進作用，同時也為民辦院校提供了一個新的發(fā)展方向。

工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)模式存在的問題

工業(yè)設計作為一門新興的學科，是一個非常強調應用性的專業(yè)，學生畢業(yè)以后能不能根據客戶的需求設計出相應的好的產品是衡量學校教學效果的一個重要指標。工業(yè)設計專業(yè)在我國的發(fā)展時間較短，還沒有形成一套完整的、適合工業(yè)設計專業(yè)自身特點的培養(yǎng)模式，目前大多數院校工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)模式基本還是延續(xù)傳統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)模式，即先學習基礎理論知識，然后逐步深入學習基礎專業(yè)知識，最后學習專業(yè)知識。教學模式基本上是先學習理論知識，再布置課堂作業(yè)，最后以課程考試或者課程設計的方式來檢驗教學成果，在課堂內容當中雖然有一定的實驗項目，但大都以單純的驗證性實驗為主，用以驗證理論知識，并沒有很好的與實際設計項目和設計課題相集合，對于學生的實際設計能力的提高作用不是特別明顯，這種人才培養(yǎng)模式會產生一系列的問題：

1.課堂教學目的性不明確

理論知識的學部分是比較枯燥、乏味的，在學習理論知識的時候無法引起學生的學習興趣，特別是對于民辦學校來講，生源質量參差不齊，錄取標準相對公辦院校偏低，學生整體的學習積極性偏低，再按傳統(tǒng)的授課模式來講課，勢必造型學生上課注意力不集中，不認真聽課，睡覺、玩手機等現象的產生，最終影響課程的最終教學效果。在前期的學習過程中如果不去思考理論知識的具體運用環(huán)境，機械的接受知識，不去分析、消化，在整個課程體系學習結束之后要做課程作業(yè)的時候，很有可能就發(fā)現不知道如何將所學到的知識用到設計當中。產生這些現象的原因之一就是學習的目的性不強，學生在接受專業(yè)理論知識的時候沒有明確的目標，不知道學習這些理論知識對于設計活動有什么作用，如何利用所學的理論知識來豐富設計，產生理論與實踐脫節(jié)的現象，與“應用型”本科的培養(yǎng)初衷相

背離。

2.課程之間的交叉不足

人才培養(yǎng)體系是一個完整的整體，每一門課程關注和解決某一個或某幾個方面的問題，人才培養(yǎng)的主要目標是通過各門課程的學習來提高學生的整體設計能力。工業(yè)設計專業(yè)所涉及的知識面比較廣泛，其課程內容包括美學、社會學、心理學、消費行為學、工程學、工藝學、材料學等學科內容，橫跨藝術與科學，課程之間的跨度較大，工業(yè)設計專業(yè)由于發(fā)展的時間較短，一部分教師并不是工業(yè)設計專業(yè)科班出身，對工業(yè)設計設計專業(yè)整體了解不足，在講授一些基礎專業(yè)課的時候不能很好的把握課程之間的交叉關系，容易將各門課程分割肢解設計的主體，學生需要學完大部分的課程并且要花費相當的精力彌補各門課程之間的裂痕，才能從總體上把握設計的綜合性。

工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)模式優(yōu)化改革

目前國內工業(yè)設計主要服務的領域集中在消費分析和產品市場定位;產品工業(yè)設計;產品結構、工藝設計等三個主要的方面，這體現出了目前我國的經濟對設計的需求水平，也是我們目前人才培養(yǎng)方案建立和優(yōu)化的依據之一。

應用型本科強調學生的應用能力，我們提出工業(yè)設計專業(yè)的課程體系的制定應以提高學生的實際設計能力為最根本前提，目前大多數高校的課程體系的設置都是先分門別類地學習和研究各門課程，每門課程完成特定的學習任務和目標，然后再通過課程設計等實踐將之綜合，這樣的設置方式缺少對學生的綜合設計能力的鍛煉，即使有一定比例的課程實驗和課程設計，學生真正做的完整的設計也不多，不利于學生綜合設計能力的提升，在應用型本科的背景下，必須對這種傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方案進行改革和優(yōu)化。

工業(yè)設計專業(yè)的全部課程主要包括基礎形態(tài)研究類課程、設計理論類課程、設計表現類課程、人文及商業(yè)類課程、設計邊緣類課程、與產品生產相關的工程類課程和實習實踐類課程等七個主要部分，概括起來可以分為“怎么做設計”和“怎么做好設計”兩大類。針對應用型本科的培養(yǎng)理念，我們對工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)模式提出以下改革措施：

第5篇：產品結構設計理論范文

[關鍵詞]注塑模具；模塊化設計；CAD/CAM

中圖分類號：TQ320.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）45-0083-01

1、開發(fā)和構建注塑模具產品模塊化設計平臺的重要作用

在當前的模具行業(yè)已經屬于技術和資金密集型行業(yè)，其在工藝裝備制造中形成了一個重要的分支。隨著塑料材料性能的提高以及塑料用品類型的增加，注塑成型工藝得到了快速的發(fā)展。但是，由于注塑成型工藝相對復雜，在模具設計過程中需要考慮諸多的問題，不論是在模具的整體結構布置還是在零件設計構造過程中，都沒有一成不變的設計方法，需要根據具體的產品要求進行具體設計。而不同的設計人員根據對應的設計因素會形成對應的結構設計方案，存在著較大的靈活性。同時，注塑模具多采用訂單式生產方式，具有品種類型多、批量小、工期短等特點，所以在注塑模具設計過程中急需一種自動化程度高的集成設計開發(fā)技術平臺。而當前國內外廣泛采用的是智能化、集成化程度較高的設計技術和方法來提高模具設計的效率和質量。面向注塑產品的設計方法能夠最大程度的實現設計資源共享，從而實現對相關產品設計的統(tǒng)一集成管理，最終構建一個成熟而通用程度高的模具產品設計平臺，能夠快速響應市場對產品的需要，從而提高模具涉及企業(yè)的競爭能力。

2、模塊化產品平臺的基本組成

通常，一個具體的模塊化產品平臺是針對具有共性特點的產品族而開發(fā)設計的，通過將既有的模塊化設計理論作為根據，構建一個具有較好通用性能的的大型設計平臺，其基本原理如圖1所示。

一個完整的模塊化產品設計平臺包括零件、部件以及接口等部分，其具有較好的通用性，其對應的模塊能夠進行組合和更換。同時，各個模塊之間又具有對應的獨立性，其有多個零件構成一個相對獨立的部件，通過標準接口與其他的部件相互連接，具備對應的互換性。因此，可以將模塊化產品平臺定義為：以提高設計效率為目的，將模塊作為基本單元，面向具體的具有通用性的產品族，基于模塊化設計的基本理念，并使用多種設計知識與經驗，在CAD系統(tǒng)支持下構件完成的一個綜合性設計系統(tǒng)。

3、模塊化產品平臺的構建的基本方法

采取模塊化思想進行產品平臺的設計過程中，模塊化產品平臺的構建方法是基本內容。一個科學合理的產品平臺構建方法不但影響到與之相連接的專門模塊的具體功能劃分和設計，還與整個產品族是否能夠滿足市場的需要以及后續(xù)的更新和改進潛能直接相關。通常，采取由頂向下和由底向上兩種方法構建產品平臺的設計系統(tǒng)。本文在此基礎上，基于由底向上方法提出一種基于功能分析的模塊化產品設計平臺構建方法，將產品的功能按照對應的單元進行布置和具體排列，然后從分析得到的功能映射到具體的零部件，然后在零部件之間進行連接、耦合。在整個過程中需要解決的關鍵問題在于產品族中選擇合理的結構作為產品模塊基礎，那些特征可以提取出作為個性模塊。通過這種設計方法能夠對產品族的基本結構進行優(yōu)化，提取出可以作為產品平臺的通用性模塊，從而滿足市場中不同類型的個性化產品需要。

在具體的設計過程中，就是在產品結構以及功能分析的基礎上，形成完整的產品功能圖，采取模塊劃分的方式得到具有模塊屬性的矩陣，并在此基礎上構建產品平臺。整個產品平臺分為通用部分和可調節(jié)個性部分。對于注塑模具設計人員而言，可以根據訂單的實際需求對其中的可調節(jié)個性部分進行對應的修改，通過添加對應的產品個性特點快速得到不同類型的注塑模具產品。

4、基于Pro/e的注塑模具產品模塊化設計平臺構建與開發(fā)

4.1 注塑模具產品模塊化設計平臺構建與開發(fā)系統(tǒng)架構

當前，針對注塑模具設計的CAD系統(tǒng)多維通用機械設計與制造軟件，包括常見的Pro/e、CATIA、UG等軟件。其都沒有針對注塑模具的設計和開發(fā)進行具體設計，所以直接使用這些既有的軟件進行開發(fā)和設計將導致涉及效率較低、人機界面不友好等問題。因此，需要對這些軟件進行二次開發(fā)，根據注塑模具設計的實際需要開發(fā)對應的擴展功能，形成一個專門的注塑模具設計系統(tǒng)，使得注塑模具設計的標準化程度以及設計效率得到顯著提高。

4.2 設計與開發(fā)系統(tǒng)的總體架構分析與設計

注塑模具通常包括成型零部件、澆注系統(tǒng)、合模導向機構、推出機構分型抽芯機構、溫度調節(jié)系統(tǒng)、排氣結構、支承零部件等幾個主要結構。從這個角度來看，注塑模具的設計工作涉及的零部件類型較多，而且重復性較強，因此需要將模具設計人員從大量的重復勞動中解脫出來。因此，設計的模塊化設計平臺應該能夠實現模具結構數據的查詢、計算、修改、圖像顯示以及圖形繪制等功能。為了實現上述基本功能，必須建立對應的注塑模具三維零件庫，設計人員只需要在界面輸入對應的設計參數之后，通過主程序運行就能夠得到具體的設計參數，然后使用Pro/TOOLKIT程序直接驅動Pro/e生成得到新的零件模型。

基于上述分析，一個完整的注塑模具CAD系統(tǒng)應該包括這樣三個主要的構成部分：參數化零件模型庫、用戶管理界面以及系統(tǒng)主程序。其中，參數化零部件模型庫使用Pro/e的特征建模與族表功能予以實現；系統(tǒng)主程序基于VC++的Pro/TOOLKIT進行編程得到；用戶設計與管理界面則分別使用Pro/TOOLKIT以及MFC類進行具體構造。

4.3 標準零件庫的開發(fā)

標準零件庫的開發(fā)是注塑模具產品模塊化設計的主要內容，因此本文單獨進行論述。其主要功能在于設計定位元件、復位元件、導套等重復性較強的零部件，在設計過程中只需要選擇對應的零部件插入即可，其基本原理如圖2所示。

為了實現注塑模具中標準化產品庫的生成，采用族表方法進行零件模型標準庫的建模。其中，族表使用Pro/e軟件進行標準化和系列化的設計，基于相類似的結構和特征尺寸開發(fā)和構建一個通用的模型，然后將不同系列的尺寸以數據形式存儲于數據表中，而在數據表中只需要針對對應的零件重新驅動、更新即可，不需要重新建模。最終實現了注塑模具的模塊化設計，提高模具的設計效率。

參考文獻

第6篇：產品結構設計理論范文

關鍵詞：城市客車；輕量化；有限元分析；優(yōu)化設計

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.198

汽車排放已成為我國大城市空氣污染的主要來源。汽車直接排放的顆粒物，以及排放的氮氧化物和碳氫化合物反應形成的二次顆粒物，均是環(huán)境空氣中PM2.5的組成部分。隨著汽車保有量的上升，機動車各類污染物排放分擔率每年上升1至2個百分點。

國際各大汽車生產商都投入大量的科研經費來尋求車身輕量化設計的有效措施，車身輕量化已成為汽車發(fā)展行業(yè)中的一項關鍵性研究課題。然而，我國很多中小型客車企業(yè)常常采用傳統(tǒng)的方法進行客車車身骨架的設計，比如采用經驗或者類比的方法，，可是這些方法缺乏建立在力學特性如強度、剛度等分析基礎上的依據，使材料得不到充分利用。

1 輕量化

1.1 輕量化與環(huán)保

隨著汽車保有量的迅速增加，汽車在帶給人們方便和快捷的同時，也帶來了許多負面的影響，如交通事故、噪聲和有害氣體排放等。其中汽車尾氣是一種流動分散污染源，在建筑物比較密集的居民集居地和繁華地帶，不能得到及時的稀釋和擴散，另外，由于汽車尾氣的排放高度在地面附近，正處在人的呼吸區(qū)域，因此人類生活空間及呼吸層會受到嚴重污染。為了減少汽車排放對環(huán)境的污染。

無論是從國家政策還是從企業(yè)對環(huán)境與社會的責任方面考慮，汽車工業(yè)要想發(fā)展就必須想辦法解決汽車尾氣問題。降低排放有多種途徑，但是最根本的方法是釜底抽薪，即減少石油的石油，汽車輕量化可以達到降低油耗的目的，可以有效地減少排放量。并且，汽車質量輕了，便減少了對道路的沖擊載荷，緩解對道路的破壞。

1.2 輕量化與整車性能

近年來隨著人民生活水平的提高，汽車越來越高檔次，為提高舒適性，許多客車已經安裝了空調、車載電視等，使客車質量增大，導致客車的碰撞慣性增加、重心高度提高和油耗增加等。客車輕量化與整車性能改善的關系主要體現在以下兩點：第一，輕量化可以提高客車的比功率，在客車發(fā)動機輸出功率不變的情況下，降低客車的整車質量，必將增加單位質量的輸出功率，從而使客車的后備功率和加速能力得到提高；第二，輕量化可以改善汽車的操縱穩(wěn)定性，客車的質心高度降低，行駛更加舒適，汽車的抗側傾能力也將得到提高[1]。

2 有限元分析

2.1 有限元概述

有限元法又稱為有限單元法，是結構工程師和應用數學研究人員共同智慧的結晶。有限元法是將物體即連續(xù)的求解域離散成有限個簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化成離散的有限自由度問題。

20世紀40年代有限元法起源于航空工程中飛機結構的矩陣分析，其基本思想和原理是“簡單”又“樸素的”。發(fā)展初期，許多學術權威都不承認這種方法的學術價值，國際著名刊物Journal of Applied Mechanics 許多年來都拒絕刊登關于有限元的任何文章，認為其沒有新的科學實質，然而經歷了幾十年的發(fā)展，有限元法研究范圍已經由桿件問題擴展到彈性力學乃至塑性力學問題，由平面問題擴展到空間問題，由靜力學擴展到動力學，由固體力學擴展到流體力學、熱力學和電磁學。目前，CAE技術作為有限元法的代表，已被廣泛運用到現代汽車設計的過程中。

2.2 有限元方法的一般過程

有限元分析是模擬物理現象，近似真是情況的數值，將分析對象劃分網格并且求解通過求解有限個數值來近似模擬真實環(huán)境地未知量。其分析過程包含了建立模型、加載求解、查看分析結果三個主要過程。

（1）建立模型：根據實際情況建立有限元分析的計算模型。其中心任務是離散即劃分網格，其它相關工作包括創(chuàng)建或讀入幾何模型、材料屬性定義、單元質量檢查、單元特性定義、編號順序優(yōu)化以及模型邊界條件模擬等。

（2）加載計算：完成與有限元方法有關的數值計算。包括選擇分析類型并設置分析選項、施加載荷、設定約束條件、執(zhí)行求解。計算分析往往需要計算機具備足夠的內存，并且需要耗費大量時間。

（3）查看分析結果：有限元計算得出的結果必須經過合理的處理，結果打印或顯示出來，分析計算結果，評估結構性能及結構設計的合理性，為結構的改進和優(yōu)化提供數據支持。

整個分析過程的關鍵是有限元模型的建立，所有實際結構的原始數據都通過有限元模型表現出來，模型的質量直接影響計算結果的精度；有限元模型既能保證計算結果的精度，又不會對計算量和計算機存貯容量有太高的要求。

3 輕量化研究的基本方法

目前汽車輕量化一般有三種途徑，第一是利用輕質材料進行材料輕量化；第二是利用革新制造工藝實現輕量化；第三是從結構入手，進行合理的結構優(yōu)化設計進行輕量化。

3.1 材料輕量化

世界汽車用材研究表明，輕質材料是汽車輕量化的重要部分。汽車材料選擇的好，一定程度下可以提升汽車設計、品質及競爭力，直接影響了汽車技術的發(fā)展。目前有兩大類輕量化材料在汽車上應用較多，一類是高強度材料；另一類是低密度的輕質材料，如鋁合金、鎂合金、塑料和復合材料等。

雖然汽車新材料可以在很多方面起到降低汽車自重的作用，但是由于部分新材料價格較貴，且各種應用于車身的輕質材料都存在著不同于目前普通低碳鋼的成型工藝問題，所以在汽車上的應用還不是很廣泛，目前主要集中在轎車上，而在大客車領域則較少應用。

3.2 新制造工藝

在利用結構優(yōu)化設計和輕型材料進行汽車輕量化的同時，常需要革新制造工藝，從而進一步減少質量，降低成本。革新制造工藝進行輕量化的研究主要集中在以下三個方面：

（1）輕型結構件的創(chuàng)新制造工藝：主要有管件液壓脹形新工藝和塑料中空成型工藝。德國大眾汽車公司成功開發(fā)出鋁合金液壓脹形的B5缸BMW汽車的后橋，減重效果明顯。美國福特公司在Mondco轎車上采用液壓成形技術制造的發(fā)動機支架，與傳統(tǒng)的加工技術相比，零件個數減少了5個，制造工序減少了29道，構件質量減少了6kg，成本減少了10英鎊[2]。在采用塑料中空成型工藝這上面最成功的例子就是用聚乙烯塑料中空成型轎車的燃油箱，在我國已經成功地用在捷達轎車上。另外，用輕金屬基復合材料制造殼體類零件和功能零件的壓鑄與冷鍛工藝業(yè)已取得了突破，達到了產業(yè)化程度。

（2）輕型結構件新的優(yōu)化連接工藝：將內高壓成型的管件，按優(yōu)化的尺寸加工好端面并清洗后，采用激光焊接將構件連接成輕型結構件，有的還可采用超塑性擴散連接新工藝[3]。

（3）產品開發(fā)中的集成創(chuàng)新工藝：對于汽車的某個總成件如車身或驅動橋都應貫徹采用輕型結構的原則。此時的最佳產品設計是將選擇材料、確定核心工藝等綜合起來考慮。即在產品結構設計階段，事先就把新選定的材料與減少質量的工藝集成到設計中去，這樣不僅可以縮短制造過程工藝鏈，還能顯著減小質量并降低生產成本。這種方法最成功的典范就是整體無縫式汽車驅動橋殼與轎車副車架的設計。

3.3 結構優(yōu)化設計

汽車結構優(yōu)化通過一些現代化的優(yōu)化軟件，比如Ansys，對汽車的整體結構進行優(yōu)化，既滿足了強度、剛度等各項性能要求，又去除了冗余材料，使車身部件中空化、薄壁化、小型化和精簡化，從而在根本上減輕整車質量。目前，可用于客車車身結構輕量化的研究方法主要有拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化，需要依據具體的設計要求、設計目的和設計約束限制加以選擇。

拓撲優(yōu)化的原理是依賴于有限元方法，找到結構剛度在設計空間最佳的分布形式，或者在設計域空間找到結構最好的傳力路線，從而優(yōu)化結構的某些性能或者減輕重量。

形狀優(yōu)化主要關注結構的具體形狀，包括整體形狀和零部件形狀，設計變量一般選擇控制結構形狀的邊界節(jié)點的幾何信息或者可以描述結構邊界的基函數，工程中常選用B- Spline，NURBS曲線或者曲面中可以自由變化的參數。連續(xù)體結構形狀優(yōu)化，使用適當的曲線、曲面方程或是一組基函數加上自由參數來描述結構邊界形狀，其設計變量為這些自由參數，運用數值法和解析法進行計算，或者先用解析法將所要優(yōu)化的問題公式化，再用數值法進行搜索尋優(yōu)。

尺寸優(yōu)化是在不改變現有結構布局和拓撲關系的情況下進行的優(yōu)化。將單元屬性如梁單元的橫截面積、殼單元的厚度、質量單元的質量和彈簧單元的剛度等作為設計變量；質量或體積最小作為目標函數。尺寸優(yōu)化不僅可以確定拓撲優(yōu)化后的結構構件的尺寸，最重要的是可以對現有的結構進行輕量化設計，在滿足技術要求的前提下，選擇最優(yōu)的尺寸參數降低結構重量；在利用有限元方法時，不需要改變結構的有限元模型就可以進行優(yōu)化計算，故已廣泛使用于汽車的輕量化研究項目中。

總之，汽車車身輕量化是一項有利于設計理論、工程設計、工程制造、實踐驗證的重要手段，必將有一段努力的探索過程。經過努力，汽車必然是清潔、強大、輕量的代步工具，必然引導新一代的潮流。

參考文獻：

[1]張屹林，王洪民，王海濤等.汽車輕量化與鋁合金[J].內燃機配件，2004（05）：37-40.

第7篇：產品結構設計理論范文

作者簡介：吳智慧（1963－ ），男，漢，江蘇揚中人，日本島根大學工學博士，南京林業(yè)大學家具與工業(yè)設計學院院長，教授，博士生導師，南京林業(yè)大學家具與室內設計研究中心主任，南京林業(yè)大學林業(yè)工程博士后科研流動站（木材科學與技術）合作導師，中國室內設計師學會會刊《室內設計與裝修》id+c雜志社總編輯，日本東京大學客員教授，教育部高等學校林業(yè)工程類專業(yè)指導委員會委員，教育部高等學校木材科學與設計藝術學科教材指導委員會副主任委員，中國家具協(xié)會常務理事，全國工商聯家具裝飾業(yè)商會常務理事。研究方向：家具設計與工程。)

（南京林業(yè)大學 家具與工業(yè)設計學院，江蘇 南京 210037）

摘 要：家具是一種豐富的信息載體與文化形態(tài)，其類型、數量、功能、形式、風格和制作水平，以及社會家具的占有情況，反映了一個國家和地域在某一歷史時期的社會生活方式、社會物質文明水平以及歷史文化特征，因而家具凝聚了豐富而深刻的社會性和文化性，一件或一套精品家具必然會體現出其具有的技術含量、藝術含量和文化含量。本文主要論述了家具的概念、家具的特性、家具文化的內涵與意義、家具文化的特性、家具文化的功能、家具文化的構成要素、家具文化的設計表現。

關鍵詞:家具；文化；設計；構成要素；表現特征

中圖分類號：J505文獻標識碼：A

一、家具的概念與特性

（一）家具的定義

家具，又稱家私、家什、砭摺h等，是家用器具之意。其英文為furniture，出自法文fourniture，即設備的意思。西語中的另一種說法來自拉丁文mobilis，即移動的意思，如德文mbel，法文meulbe，意大利文mobile，西班牙文mueble等。綜合幾千年來世界各地對家具的描述，可以得到一個較為完整的概念，即家具是可搬移的家用器具［1］。

現代家具的概念已帶有廣義性，即家具不一定局限于家中使用，用于公共場所或戶外者也可稱之為家具；家具不一定可移動，它也可以固定在地面或建筑物上；可移動的家用器具不一定就是家具。因此，要完整而確切地定義家具是困難的，至今尚無嚴密的標準釋義。本書根據傳統(tǒng)意義上的家具含義及其現代合乎邏輯的延伸，給出了如下家具的定義［1］：

廣義地說，家具是指供人類維持正常生活、從事生產實踐和開展社會活動必不可少的一類器具；狹義地說，家具是日常生活、工作或社會交往活動中供人們坐、臥、躺，或支承與貯存物品的一類器具與設備。

隨著人們生活水平和生活質量的改善和提高，對家具的造型、品種、款式和質量均提出了更高的要求。家具是室內的主要陳設，既具有使用功能，又具有裝飾功能，它與室內環(huán)境構成了一個統(tǒng)一的整體。因此，在設計和選用家具時，除了從人體工效學考慮在外觀尺寸上符合人體各部分的生理尺度、在款式造型上符合人的心理需求之外，還應與室內尺度和室內環(huán)境相協(xié)調。

（二）家具的特性

（1）使用的普遍性

在古代家具已得到了廣泛的應用，在現代社會中家具更是無所不在，無處不有。家具以其獨特的功能貫穿于現代生活的方方面面，與人們的衣、食、住、行等生活方式，或工作、學習、生活、交際、娛樂、休閑等活動方式密切相關，而且隨著社會的發(fā)展和科學技術的進步，以及生活方式的變化，家具也處在發(fā)展變化之中。如我國改革開放以來發(fā)展的賓館家具、商業(yè)家具、現代辦公家具，以及民用家具中的音像柜、首飾柜、酒吧、廚房家具、兒童家具等，便是我國家具發(fā)展過程中產生的新門類，它們以不同的功能特性，不同的文化語匯，滿足了不同使用群體的不同的心理和生理需求，它充分顯示出家具使用的普遍性［1-3, 6］。

（2）功能的二重性

家具不僅是一種簡單的功能性物質產品，而且是一種廣為普及的大眾藝術品，它既滿足某些特定的直接用途，又能供人觀賞，使人在接觸和使用過程中產生某種審美和引發(fā)豐富聯想的精神需求。它既涉及材料、工藝、設備、化工、電器、五金、塑料等技術領域，又與社會學、行為學、美學、心理學等社會科學以及造型藝術理論密切相關，所以說家具既具有物質性，又具有精神性，這便是人們常說的家具二重性特點［1-3, 6］。

（3）文化的綜合性

文化是一個有著狹義和廣義之別的詞匯。狹義的文化是指人類社會意識形態(tài)及與之相適應的制度和設施；而廣義的文化是指人類所創(chuàng)造的物質和精神財富的總和。文化一詞是一個發(fā)展的概念，時至今日，人們多采用規(guī)范性的定義，即把文化看作是一種生活方式、樣式或行為模式。人類的一切文化都是從造物開始的。中外家具的發(fā)展史便是人類造物活動的一個重要組成部分，也是人類文化在家具產品上的充分顯現。首先，家具是一類社會物質產品，作為重要的物質文化形態(tài)，表現為直接為人類社會的生產、生活、學習、交際和文化娛樂等活動服務。同時，家具又是一門生活藝術，它結合環(huán)境藝術、造型藝術和裝飾藝術等，以特有的形象和符號來影響和溝通人的情感，形成特定的精神文化形態(tài)［3,6］。

二、家具文化的內涵與特性

（一）家具文化的內涵

家具是一種豐富的信息載體與文化形態(tài)，其類型、數量、功能、形式、風格和制作水平，以及社會家具的占有情況，反映了一個國家和地域在某一歷史時期的社會生活方式、社會物質文明水平以及歷史文化特征，因而家具凝聚了豐富而深刻的社會性和文化性。

家具文化是物質文化、精神文化和藝術文化的綜合［6］。

（1）物質文化

作為物質文化，家具是人類社會發(fā)展、物質生活水準和科學技術發(fā)展水平的重要標志。家具的品類和數量反映了人類從農業(yè)時代、工業(yè)時代到信息時代的發(fā)展和進步；家具材料是人類利用大自然和改造大自然的系統(tǒng)記錄；家具的結構科學和工藝技術反映了工業(yè)技術的進展和科學的發(fā)展狀態(tài)；家具發(fā)展史是人類物質文明史的一個重要組成部分。

（2）藝術文化

作為藝術文化，家具是室內環(huán)境構成的一項重要內容。它的造型、色彩和藝術風格與室內空間藝術共同營造特定的藝術氛圍。家具的設計原則、文化觀念與表現手法是和建筑藝術以及其它造型藝術一脈相承的。

（3）精神文化

作為精神文化，家具具有教育功能、審美功能、對話功能、娛樂功能等。家具以其特有的功能形式和藝術形象長期地呈現在人們的生活空間，潛移默化地喚起人們的審美情趣，培養(yǎng)人們的審美情操，提高人們的審美能力。同時家具也以藝術形式直接或間接地通過隱喻或文脈思想，反映當時的社會與宗教意識，實現象征功能與對話功能。

（二）家具文化的特征

從一定意義上說，家具是某一國家或地域在某一歷史時期社會生產力發(fā)展水平的標志，是某種生活方式的縮影，是某種文化形態(tài)的顯現。而且隨著社會的發(fā)展，這種文化形態(tài)或風格形式的變化和更新浪潮，將更加迅速和頻繁，因而家具文化在發(fā)展過程中必然或多或少地反映出社會性特征、地域性特征、民族性特征、時代性特征等［6］。

（1）社會性

家具的類型、數量、功能、形式、風格和制作水平，以及社會家具的占有情況，反映了一個國家和地域在某一歷史時期的社會生活方式、社會物質文明水平以及歷史文化特征，因而，家具凝聚了豐富而深刻的社會性。

（2）地域性

不同地域地貌，不同的自然資源，不同的氣候條件，必然產生社會生產力水平、生活方式、文化形態(tài)、人的性格差異，并形成不同的家具特性。因而，反映出地域性。

（3）民族性

不同的民族有不同的傳統(tǒng)文化和生活習俗，從建筑造型到室內、家具均有著自己的特征。如日本民族榻榻米席地而坐，椅子則無腿；中國地處高寒地帶，家具也是低矮型；北歐森林豐富，追求自然美，流行實木家具。

（4）時代性

與整個人類文化的發(fā)展過程一樣，家具的發(fā)展也有階段性，即不同歷史時期的家具風格顯現出家具文化不同的時代特征。如古代、中世紀、文藝復興時期、浪漫時期、現代和后現代均表現出各自不同的風格與個性。如英國傳統(tǒng)（安娜）式家具、法國哥特式家具、巴洛克（路易十四）式家具、洛可可（路易十五）式家具、新古典主義（路易十六）式家具、美國殖民地式（美式）家具、西班牙式家具、中國明式家具等。

三、家具文化的構成要素

社會創(chuàng)造了家具，家具誕生于社會。任何一個時代的家具都必然受著當時社會的制約與影響。家具與社會的政治制度、經濟發(fā)展、文化藝術，以及人們的、生活習慣、民俗民風、科技工藝等方面，都有密切的聯系，浸透著歷史痕跡。家具記錄了本民族特定歷史時期的價值觀念、倫理道德、思想模式、行為模式和審美情趣等。數千年來，家具伴隨著人類歷史已經建立起自己的“獨立家族”與理論體系。數千年的人類歷史，已經孕育了一個獨立而富有的家具文化學科。胡文彥先生在《中國家具文化》［4］一書中，已經從家具與禮、家具與佛教、家具與民俗、家具與文人、家具與繪畫、家具與詩詞、家具與百工、家具與樂舞、家具與建筑、家具與社會等十個專題，探究家具與這些領域的關系，家具在這些領域里的作用和地位，家具本身在這些領域的影響下所形成的特質，家具從中吸收的文化含量，也可以說是，是家具被社會各個領域所賦予的文化內涵。

（1）家具與禮制［4］

禮，是奴隸社會的政治法規(guī)、上層建筑，道德規(guī)范和行為準則。禮，距今的確是十分遙遠，在我們追尋古代家具的蹤跡時，幸然發(fā)現家具與禮有密切的、直接的關系，從而知道在古代的奴隸社會，家具具有特殊的價值與地位。禮，決定了家具的政治性和社會性。家具，體現了禮的核心思想――等級制度。

（2）家具與佛教［4］

中華漢土文化，在歷史發(fā)展進程里，不斷吸收外來民族的營養(yǎng)，不斷地在融會中壯大自己。歷史證明，吸收外來文化最多、最廣，影響最大的莫過于佛教文化了。佛教文化的輸入，不僅給中華漢土的社會生活、思想觀念，文學、音樂、美術等等方面都帶來了新鮮活力。天竺佛國大量的高型家具，隨之也來到了漢地。這對漢地的生活習俗，特別是對華夏幾千年來席地而坐的起居方式是一個極大的沖擊，促進了家具的發(fā)展。伴隨高型坐具而來的垂足而坐方式，也自然地進入了漢地生活。

（3）家具與民俗［4］

民俗，簡之就是民族民間風俗。民俗是隨著人類生活而誕生，又隨著社會的前進而發(fā)展的一種文化現象。民俗的形成，首先受著一定歷史時期的政治、經濟類型，以及宗教等其他方面的影響。家具在民俗（節(jié)日風俗、家宴婚俗）事象中，處處可見家具的參與，扮演著十分重要的工具、手段――載體的角色。它投身于民俗活動，與民俗活動融為一體。在道器統(tǒng)一的中華傳統(tǒng)觀念里，它的價值遠遠超越它自身的本能，浸含著民族感情、民族心理的特質――民俗文化的內涵。

（4）家具與文人［4］

中國幾千年來都是以儒家思想為統(tǒng)領，歷來是重文輕技，尤其木工家具方面的技藝，被視為“梓人”、“工匠”。然而，中國的歷史文人，對木工家具是情有獨鐘。如南宋黃伯思的《燕幾圖》、明代戈汕的《蝶幾圖》、作者不詳的《匡幾圖》、明朝官方的《魯班經》、明代曹明仲的《格古要論》、屠隆的 《考盤余事》、文震亨的《長物志》、清代李漁的《閑情偶寄》等?！堆鄮讏D》可謂中國第一部家具設計專著，創(chuàng)造出中國家具史第一部組合家具設計圖?！兜麕讏D》也是一部組合家具設計圖。

（5）家具與繪畫［4］

家具是形象的歷史；繪畫是無字的史記。繪畫中有家具；家具中有繪畫。中國傳統(tǒng)家具和繪畫在造型語言、色彩、章法等形式上是充滿密切聯系的：中國傳統(tǒng)繪畫中的家具圖像不僅為研究家具史和家具文化帶來了便利，而且作為畫中實物，它們還為一些在斷代上有爭議的繪畫解開迷團帶來了重要佐證；中國傳統(tǒng)家具上裝飾有不同的繪畫，這些繪畫對于傳統(tǒng)家具的美化和意蘊的提升發(fā)揮了重要作用。

（6）家具與文學［4］

家具與文學的關系，可以說是歷史淵源。翻開中國古典文學作品（如小說、詩詞等）的歷史，處處可見家具的蹤跡。從那些與家具有關的文學作品（如小說、詩詞等）中，可以探尋家具在作者或詩人眼里的形象，在小說、詩詞中的地位，作者或詩人賦予家具的感情寄托等，從中可以探尋家具與文學的關系，家具在文學作品發(fā)展中自身所形成的文化內涵。

（7）家具與百工［4］

從奴隸社會到封建社會，幾千年來以農業(yè)為基礎的經濟形態(tài)，構建了龐大的手工業(yè)隊伍――“百工”、“一百二十行”、“三百六十行”。這支隊伍由于專業(yè)的需要，形成了特殊的家具――百工家具。百工家具又因其特殊的職能而形成了自己的特點。現代家具行業(yè)已經形成為一個包含制造、流通、零售、展覽、配套（材料、機械、配件、飾品）、教育、咨詢（設計、管理、技術、人才）等相互合作、并與國民經濟和人民生活密切相關的制藥行業(yè)，其工種和職業(yè)類型已經完全超出了傳統(tǒng)意義上的“百工”，為解決社會勞動力就業(yè)做出了巨大貢獻。

（8）家具與樂舞［4］

從周公的“制禮作樂”始，中國歷史上的樂舞活動――包括宮廷樂舞和民間樂舞，就一直貫穿于歷朝歷代。我們從現存的樂舞文物和樂舞史料中得知：在這些樂舞活動中，處處可見表演道具――家具的蹤跡。樂舞中的道具――家具的使用，可探求這些道具――家具在樂舞中的地位，以及對樂舞表演的形成和發(fā)展所起的影響、作用等。

（9）家具與建筑［4］

家具與建筑始終是相伴而生，互為依靠，并攜手共同為人服務。家具與室內空間及其它物品構成了人類生存的室內環(huán)境，又與建筑物、庭院、園林又構成人類生存的室外環(huán)境。家具與建筑的關系主要表現在：環(huán)境、造型、材料、榫卯結構、腿腳架柱、門窗圍子、窗格窗花、裝飾紋樣、制作與造作工藝、工具等相通與相似之處。

（10）家具與社會［4］

家具與社會及社會主體的人是緊密相連的?？梢哉f，家具是以人的需求而誕生、而變化，又以社會的前進而發(fā)展。社會創(chuàng)造了家具，家具反映出社會。

家具設計的目的是為人類服務，是運用現代科學技術的成果和美的造型法則去創(chuàng)造出人們在生活、工作和社會活動中所需的特種產品――家具。就人而言，既屬于生物的范疇，又屬于社會的范疇。人的需求具有雙重性，作為生物的人，要求家具滿足人的生理需要和不斷發(fā)展的工作方式和生活方式的需要；作為社會的人，對家具和由家具構成的環(huán)境的要求則是審美功能、象征功能、教育功能、娛樂功能等。

（11）家具與學科

現代家具產品再也不是一種無足輕重的簡單的生活用具，它對提高人的工作效率與休息效益，增加生活的便利和安適程度有著十分重要的作用。因此，現代家具的設計牽涉到許多學科的知識。在家具藝術內涵方面：包含諸如美學、藝術學、美術學、色彩學、繪畫藝術學、造型藝術學、環(huán)境藝術學、裝飾裝潢設計學、符號學、圖學等專業(yè)學科的成分。在家具人文內涵方面：包含諸如哲學、人類學、社會學、民族學、倫理學、歷史學、考古學、經濟學、管理學、營銷學、物流學、心理學、生理學、人體工程學、生態(tài)學等專業(yè)學科的成分。在家具技術內涵方面：包含諸如材料學（木材學、金屬學等）、數學、物理學、高分子化學、力學、工藝學、機械學、電工電子技術、計算機技術、建筑學、環(huán)境工程學等專業(yè)學科的成分。

（12）家具與科學技術

家具史的發(fā)展始終是融科學、技術、藝術與一體，隨著科學的發(fā)展、技術的進步、材料的變化而不斷達到新的高度。隨著新技術、新材料、新工藝、新設備的變化，科技對現代家具的設計和制造產生了直接的影響，帶來了現代家具的新設計、新造型、新色彩、新結構、新功能。近年來，隨著以工業(yè)設計理念為代表的新設計方法運用和以信息技術為代表的新技術革命，給現代家具設計和制造帶來了一系列重大影響，現代高新技術正在全面導入家具行業(yè)，引起了家具設計與制造管理和銷售模式劃時代的變革和進步。目前，家具行業(yè)正在根據科學技術發(fā)展的規(guī)律和應用現代先進的材料、設備、工藝和加工手段，考慮可持續(xù)發(fā)展的原則，使家具從簡單的手工業(yè)產品轉化為一種具有高度科學性的生活和日常工作用的有效“機器”。

四、家具文化的設計表現

（1）家具設計的概念

家具設計是為滿足人們使用的、心理的、視覺的需要，在投產前所進行的創(chuàng)造性的構思與規(guī)劃，并通過圖紙、模型或樣品表達出來的全過程。家具是人們生活、工作、社會活動不可缺少的用具。家具設計的任務是以家具為載體，為人類生活與工作創(chuàng)造便利、舒適的物質條件，并在此基礎上滿足人們的精神需求［3］。從這一意義上來說，設計家具就是設計一種生活方式。家具是科學與藝術的結合、物質與精神的結合。家具設計涉及市場、心理、人體工學、材料、結構、工藝、美學、民俗、文化等諸多領域，設計師需要具備專深、廣博的知識以及綜合運用這些知識的能力，同時還必須具備傳達設計構思與方案的能力。

（2）家具設計的性質

現代工業(yè)的發(fā)展使得家具成為藝術設計與工業(yè)設計高度發(fā)揮的結晶，藝術與工業(yè)的融合是現代家具的特色。所以，現代家具是一種工業(yè)產品，它是一類利用現代工業(yè)原材料，通過高效率、高精度的工業(yè)設備而批量生產出來的工業(yè)產品，因此家具設計屬于工業(yè)設計的范圍?，F代家具以功能與美觀并重，在功能方面與其他消費品一樣可以根據消費者形態(tài)而改變機能，依照個別的需求適應生活特點與個人美感的要求，使家具能適應與發(fā)揮其室內空間安排。在美觀方面能表現出自然的材料趣味，線條簡潔而富韻律，比例優(yōu)美，給人一種優(yōu)雅、新穎和真實的品質感。這樣的家具設計符合現代生活、人類生理心理與活動需求的多面性［3］。

因此，家具設計研究包含以下幾個方面［3］：

1）家具設計研究的第一個方面就是設計技術

家具設計是一項純技術工作，在人類文化發(fā)展初期雖然沒有這個名稱，但作為技術可以說潛藏于設計之中。設計技術不一定是手頭的工作，也不一定是依靠手的靈巧工作，而是靠動腦筋進行理智處理的成分占主要地位，不過多數還是由手和眼這些肉體器官的靈活動作所承擔的，在這個意義上，可以把其稱作設計的技法或者實用技術。在學習搞設計的初期階段，必須在肉體的感覺活動方面下很大的工夫，為了提高并加強這種感覺或判斷力的敏銳，無論如何都必須反復進行實際技術的練習。

2）家具設計研究的第二個方面是設計理論的研究

從近代設計的本質來看，可以說不應考慮沒有理論保證的設計技術。理論研究最基本的領域是關于形和色的研究，前者應該叫做形態(tài)的理論或形態(tài)學，后者應該叫色彩理論或色彩學。以上兩個方面的設計研究應首先齊備。

3）家具設計研究的第三個方面則必須擴展到歷史領域

因為在社會的發(fā)展中人類造型活動是連續(xù)進行的。對有關歷史進程是如何進行的就不能完全無知。縱觀歷史上的東西都是跟隨時間的演變在變動，這樣就要研究繼承和發(fā)展古今中外家具的形式與內容。特別是在國際貿易、科技、文化交流比歷史上任何時期更為頻繁的今天，不論是古今的，還是中外的，為了我們今天的需要，我們應當吸收其中一切有益的東西，使它融化在我們民族的家具設計里，達到融會貫通，從理論和實踐的結合上掌握家具設計的基本規(guī)律，作為我們設計新家具的借鑒。

4）家具設計研究的第四個方面是制造技術

家具設計要通過研究家具語言的“群眾性”、“民族性”，家具式樣的“時代性”、“多樣性”，家具技巧的“裝飾性”、“適應性”等特點，來了解家具的功能使用要求，熟悉家具生產的新材料、新工藝、新技術、新設備等，以充分發(fā)揮家具藝術的獨創(chuàng)性。

5）家具設計研究的第五個方面是消費市場的研究

家具設計工作者除了掌握本專業(yè)的業(yè)務技能知識、基本的設計理論、方法、手段及其相關知識外，同樣必須深入生活，細心地去觀察、體驗生活，了解市場、熟悉消費群體，進行消費市場的調查研究，這是設計師不可缺少的態(tài)度。家具本無生命，本無感情，但人是有生命、有感情的，設計師可以通過作品傳達自己的關懷與呵護，以自己的激情來感染他人、美化環(huán)境、造福人類。

（3）家具設計的內涵

家具設計和一般工業(yè)產品設計一樣，是對產品的功能、材料、構造、藝術、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾形式、工藝、包裝以至成本等諸要素從社會的、經濟的、技術的、藝術的角度進行全面設計和綜合處理，使之既滿足人們的物質功能的需求，又滿足人們對環(huán)境功能與審美功能的需求。它的設計內容是多方面的，具體包括功能設計、造型設計、結構設計、工藝設計、包裝設計和經濟分析等［3］。

1）家具的功能設計

就是根據家具的使用功能與用途，合理地確定家具的比例與尺度。

2）家具的造型設計

是指運用一定的手段，對家具的形態(tài)、質感、色彩、裝飾以及構圖等方面進行綜合處理所構成完美的家具形象的過程。

3）家具的結構設計

是在功能設計和造型設計的基礎上，根據結構力學的要求，進行家具材料的選用，產品、部件和零件尺寸的確定，接合方式的選擇，特殊零部件的力學強度校核計算等。

4）家具的工藝設計

是指通過一定的加工工藝路線和先進技術手段改變材料的形狀、尺寸和表面狀態(tài)，甚至改變其性質，使之達到設計目的，滿足設計要求的過程。

5）家具的包裝設計

是根據家具的性能，用適當的材料對產品采取的一種保護性措施，以保護產品的內在質量和使用價值，便于流通、運輸、裝卸、存貯保管和銷售，起到宣傳和推銷的作用。

6）家具的經濟分析

家具的生產成本、企業(yè)經營管理費用、產品經濟指標進行合理的分析和預算，為家具的生產和銷售提供準確的經濟指標數據。

（4）家具設計的原則

家具設計的目的是為人類服務，是運用現代科學技術的成果和美的造型法則去創(chuàng)造出人們在生活、工作和社會活動中所需的特種產品――家具。而家具與室內空間及其它物品構成了人類生存的室內環(huán)境，又與建筑物、庭院、園林又構成人類生存的室外環(huán)境。人與人、物與物、人與環(huán)境又構成了社會。從廣泛的概念出發(fā)，家具設計的目的是使人與人、人與物、人與環(huán)境、人與社會相互協(xié)調，其核心是更好地為人類服務。就人而言，也有雙重屬性，人既屬于生物的范疇，又屬于社會的范疇。人的需求也具有雙重性，作為生物的人，要求家具滿足人的生理需要和不斷發(fā)展的工作方式和生活方式的需要；作為社會的人，對家具和由家具構成的環(huán)境的要求則是審美功能、象征功能、教育功能、娛樂功能等。此外，家具作為一種工業(yè)產品和商品，必須適應市場需求，遵循市場規(guī)律［3］。

從家具工業(yè)發(fā)展近況來看，現代家具正朝著材料多樣、造型新穎、結構簡潔、品種豐富、加工方便、節(jié)省材料、易于拆裝或折疊，具有實用性、多功能性、舒適性、保健性、裝飾性的方向發(fā)展。因此，完美合理的家具設計，原則上應兼顧使用和生產兩方面的要求。對使用者來說，家具必須實用、舒適、方便、安全、外形美觀、結構穩(wěn)定、價格合理，對生產者來說，家具必須具有較好的工藝性，先進的生產效率，合理的經濟指標，使家具在質量、性能、品種和規(guī)格等方面，符合使用上可靠、技術上先進、生產上可行、經濟上合理的標準。也就是說，現代家具的設計應遵循實用性、藝術性、工藝性、經濟性、安全性、科學性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和資源持續(xù)利用等九項基本原則［3］。

1）實用性

家具的實用性體現了家具的使用價值。它要求所設計的產品首先應符合它的直接用途，能滿足使用者的某種特定的需要，而且堅固耐用；并且，家具的形狀和尺度，應符合人的形體特征，適應人的生理條件，滿足人們的不同使用要求，以其必要的功能性和舒適性來最大限度地消除人的疲勞，給工作和生活創(chuàng)造便利、舒適的條件。

2）藝術性

家具的藝術性體現了家具的欣賞價值。它要求所設計的產品除滿足上述功能使用之外，還應使人們在觀賞和使用時得到美的享受。家具的藝術性主要表現在造型、裝飾和色彩等方面，造型要簡潔、流暢、端莊優(yōu)雅、體現時代感，裝飾要明朗樸素、美觀大方、符合潮流，色彩要均衡統(tǒng)一，和諧舒暢。因此，家具的設計要符合流行的時尚，表現時代的流行性特征，以便經常地及時地推出適銷對路的產品，滿足市場的需求。

3）工藝性

家具的工藝性即要求所設計的產品應線條簡樸、構造簡潔、制作方便、在材料使用和加工工藝上，需滿足以下要求：

①材料多樣化（原材料與裝飾材料）；

②部件裝配化（可以拆裝或折疊）；

③產品標準化（零部件規(guī)格化、系列化和通用化）；

④加工連續(xù)化（實現機械化與自動化，減少勞動力消耗，降低生產成本，提高勞動生產率）。

4）經濟性

家具的經濟性要求開展市場調研與市場預測，在不斷了解國內與國際家具生產的形勢和家具市場行情的基礎上，必須從產品的材料、結構和加工等方面考慮所設計的產品有較低的成本和合理的經濟指標，設計出適銷對路的家具產品，達到質優(yōu)、價廉、物美、低耗、環(huán)保的要求。

5）安全性

家具的安全性既要求產品具有足夠的力學強度與穩(wěn)定性，又要求產品具有環(huán)保性。即在滿足使用者多種需求的同時，有利于使用者的健康和安全，對人體沒有傷害與毒害的隱患。也就是說，應按照“綠色產品”的要求來設計與制造家具，使其成為“綠色家具”，除了產品本身能夠符合標準中規(guī)定的力學性能指標和滿足精心設計的使用功能和精神功能外，應能通過從產品設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期的全過程實施，使產品最大限度地實現資源優(yōu)化利用、減少環(huán)境污染和滿足人們需求，在其生產、使用、回收處理全過程中，都不會對環(huán)境產生污染或對人體健康產生危害。

6）科學性

家具的科學性是要深入研究和應用生理學、心理學、人類工效學、技術美學、環(huán)境學、工業(yè)設計等相關學科的基本原理，根據科學技術發(fā)展的規(guī)律和應用現代先進的材料、設備、工藝和加工手段，考慮材料的可持續(xù)利用的原則，使家具從簡單的手工業(yè)產品轉化為一種具有高度科學性的生活和日常工作用的有效“機器”。

7）系統(tǒng)性

家具的系統(tǒng)性體現在三個方面，即：

①配套性，是指應考慮家具與室內環(huán)境以及其它家具或陳設制品配套使用時的協(xié)調性與互補性，將家具設計與整個室內環(huán)境的整體效果和使用功能緊密結合在一起；

②綜合性，是指家具設計應屬于工業(yè)設計范疇，家具設計工作不是只繪制出產品效果圖或產品結構圖，它是對產品的功能、造型、結構、材料、工藝、包裝以至經濟成本等進行全面系統(tǒng)設計；

③標準化，是以一定數量的標準化零部件與家具單體構成企業(yè)的某一類家具標準系統(tǒng)，通過其有效組合來滿足各種需求，以不變應萬變，將非標產品降到最低限度，以緩解由于產品品種過多、批量過小給生產系統(tǒng)所造成的壓力，并能把設計師從機械的重復勞動中解放出來。

8）創(chuàng)造性

家具的創(chuàng)造性是指家具新功能的拓展，新形式的構想，新材料、新結構和新技術的開發(fā)都是設計者通過創(chuàng)造性思維和應用創(chuàng)新技法的過程。一個有創(chuàng)新能力或創(chuàng)造力的設計師，應掌握現代設計科學的基本理論和現代設計方法，應用創(chuàng)造性的設計原則進行新產品的開發(fā)設計工作。

9）可持續(xù)性

家具的可持續(xù)性是指在設計家具時必須考慮木材資源持續(xù)利用的原則。具體說就是要盡量利用以速生材、小徑材為原料，減少大徑木材的消耗。對于珍貴木材應以薄木的形式覆貼在人造板上，以提高珍貴木材的利用率，對珍貴樹種應做到有節(jié)制和有計劃的采伐，以實現人類生存環(huán)境的和諧發(fā)展和木材資源的持續(xù)利用。

總之，對于家具的設計，就是要做到以下主要三個方面［6］：

第一，講求功能效果，運用人體工效學的理論和“以人為本”的理念來設計家具，不但要重視人的生理功能，而且要研究人的心理狀況，設計要滿足人的生理和心理兩方面的需求與健康；

第二，考慮合理使用多種材料，以最貼近自然的、對人體無害的、節(jié)省能源的材料，滿足產品功能需要，以最少的用料，實現最佳的效果；

第三，設計產品要高品位，應有深厚文化內涵和科技含量，高品位是沒有模式的，通常是指家具審美格調上的藝術品位。

簡單地說，家具的設計，在家具界就是這樣的三句話，即：“講求功效求其真，慎惜用材至于善，提高品位崇尚美?！保ㄘ熑尉庉嫞撼c）

參考文獻：

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Component factors and design philosophy of furniture's cultural characteristics

WU Zhi－h(huán)ui

(College of Furniture and Industrial Design, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037)