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1.1家具在室内空间中的地位
家具对人类来说是太重要了,它无所不在,无处不在。据有关资料统计,大部分的会员消费多期的占2/3天使用家具;家具是在室内空间中的一个重要因素,没有家具在室内设计中人们的工作和生活都不能进行,首先考虑的是家具的摆设,家具是室内空间的重要组成部分,离开了家具室内空间的表达就会欠缺。家具是室内风格的重要组成部分,随着现代科技的进步发展,人们对室内空间的协调要求更高,家具的功能直接关系到人们的各种需求能否实现以及实现的质量。
1.2家具在小户型住宅室内空间中的作用
(1)充分利用室内空间。使空间运用最大的功能,是现代家具设计所寻求的目标之一,尤其是在小户型住宅狭窄的空间中。21世纪20年代,欧洲著名建筑兼设计师布劳耶,为了满足住宅建筑工业化要求,曾提出家具设计的标准化。为了合理高效。其次,他大力倡导单贮藏体系和切入式家具。例如,厨房的装修水平与室内空间中的现代化的程度,直接体现着居室水平的高低与质量的高低。但是,现代厨房的吊柜和天花吊柜的墙几乎来接在一起的,是厨房的上面空间充分利用“,借”而“不”的空间利用手法,以至于那么受欢迎。
(2)组织并划分室内空间。在室内空间的中,人从事的各种活动是不同的,也就是说在相同的室内空间需要多种用途,合理的构造和满足多种使用功效就必须依赖家具的设置来实现,虽然这些家具不具备封锁和掩饰视野的功能,但却能够围合出不同用处的使用区域和组织人们在室内的行动线路。关于小户型住宅室内空间中,面积空间相对于比较小,空间与空间之间没有明显的分界,且需要不同,假如直接用墙体进行隔断构成实体空间,不免显得拥堵。相反,如果在空间设计中,充分利用家具的可变、灵活的特点,这样满足了空间的利用率,同时满足了人们在空间空能上的需求。
(3)调节室内空间感。家具的尺寸大小对室内空间感的具有调理的作用,在小户型住宅内空间中,使用合理尺寸的家具可节省家具的占用空间,增添视线范畴。家具的体积差对空间的标准有很大的影响,达到体积大的家具占据的较小的空间面积,从而使空间显得宽阔流畅,空间感觉较大。家具摆放的疏密程度直接影响空间的效果,密度大,空间堵塞,空间感觉就小;在小户型住宅的室内空间中,使用体积小的家具进行疏密程度的摆设可达到室内空间感的效果,已达到空间的更大程度的利用。
(4)调节室内空间环境色彩。在小户型室内空间设计中,形成室内环境的各个元素的材料颜色的关键的决定在于室内环境的色彩的不同,其中包含家具自身的固有颜色和材质感。在室内色彩设计中,设计原则是对比调和,相反,这小小的对比色彩设计的方法,往往就着落在装饰和家具的色彩的应用。
2针对小户型家具设计
2.1家具的功能设计
家具的使用功能主要包括家具的舒适性,以及使用中的舒适性、安全性、方便性等等。小户型家具应具有多功能性,由于小户型住宅户型小,在功能区组合多采用相近功能区域合二为一的方法来满足住户的多种需求,因此在针对小户型住宅设计时就应考虑家具的多功能性,一件家具具有多种功能既满足了使用功能的要求又使得家具的占用空间小。
2.2家具的造型设计
家具的造型美主要体现在:分散的水平。蜿蜒曲折的立面几何化,装饰等橱柜的门和抽屉。家具的形状追求线条简洁、通畅,总体造型新颖,适合现代人的审美要求和情调。动态稳定性的追求,在视觉上平衡,防止旧的传统的对称机械化、单调不灵活。在立面构成变化的地方,整体的和谐统一。在结构形状的多样性、变化的几何化,符合小户型空间家具的形状的要求,从而增加空间的通透感,如果加上精简的元素会使室内空间感更加动态灵活。
2.3家具的色彩设计
对于小户型空间家具的色彩设计的室内空间的心理影响生理效应,首先研究色彩、体积、距离程度的感觉,颜色和颜色之间的搭配。小户型家具色彩设计应当注重一下原则:第一,选择适合小型公寓的空间区域的颜色。第二,色彩设计应平衡用对比色,色彩平衡重量增加,弥补形体结构不对称的,不稳定的感觉。以小面积的色彩与整个室内空间面积的颜色形成鲜明的对比,从而打破单一的室内空间色彩,达到空间不同的效果。第三,纹理和家具材料的颜色组合使用,现代家具更适用于室内空间中的小户型;在大型公寓以实现不同,可以充分利用家具的风格、材料、颜色,从而获得高质量的彩色效果。
3结论
许多父母在为自己的孩子选择家具时往往以自己的喜好作为选择的依据,这样做是不恰当的,因为孩子也有自己的审美判断,对于已经具有独立思考能力的儿童,家长应当在科学引导的基础上鼓励孩子自己选择喜爱的家具。这样做的目的一方面是为了锻炼儿童独立思考与选择的能力,另一方面是为了杜绝父母替孩子做决定可能导致儿童不喜欢父母所选择的家具的尴尬局面的出现。
二、儿童家具设计中存在的安全性问题
尽管父母在为孩子选择家具时会考虑很多因素,但是市场上存在的许多儿童家具在设计之初就没有充分考虑儿童的身心健康需要,使得设计出的家具存在一定程度的安全隐患,对儿童的健康成长埋下了隐患。
1.缺少安全防护设计
在发生过的许多家具伤害儿童事件中,许多都是因为家具设计不合理、没有采用合适的安全防护设计导致的。例如在一些案例中,设计者在设计儿童上下双人床这一家具时,没有充分考虑儿童好动、喜欢攀爬的特点,将顶层床的防护栏设计过低,使得儿童受伤害的几率大大增加。
2.复杂结构中的安全隐患
一些设计复杂、功能繁多的儿童家具成功地吸引了儿童的注意力,但与此同时也带来了极大的隐患。例如有的设计者将儿童用的椅子设计成带有脚轮的结构,这样的设计使得椅子的功能性和趣味性都有所增加,但是设计者可能忽略了孩子们好动的天性,如果有孩子站到椅子上面,很有可能造成椅子滑动、孩子摔下的情况发生。
3.家具材料可能带来的伤害
随着科学技术的不断进步,许多新材料被运用到家具制作中来,它们可能具有良好的性能、可能具有亮丽的外表,但也可能存在能够使儿童受到伤害的危险。例如使用金属材料对家具进行封边处理、使用玻璃材质作为学习桌的桌面,这样做使得家具更加坚固与美观,但是金属边有可能造成儿童被划伤、玻璃桌面破损后有可能造成儿童受到伤害。另外一些可以散发有害气体的材料也可能被用于儿童家具的制作中,例如刨花板、三合板等合成板材在家具中的使用,这些板材使用含有甲醛的胶水黏合而成,不断释放的有毒气体会导致儿童的身体受到伤害。
4.色彩造成的视觉污染
儿童具有天真活泼的性格特点,他们对于色彩的敏感程度非常高,喜欢让鲜艳的颜色充满自己生活的环境。因此一些儿童家具的设计师抓住儿童这样的心理特点,将儿童家具设计成具有鲜艳色彩的样式,采用此种设计成功的案例很多,但也有许多设计师滥用色彩,造成了视觉污染,成为危害儿童健康成长的家具色彩污染。一方面是家具自身颜色的不协调,家具本身从整体看给人以非常难受的感觉,另一方面家具与周围环境之间的不协调,使得家具虽然摆放在某处,但是给人以非常突兀的感觉。长期处于这种环境中的儿童会形成心理上的阴影,不利于今后身心的健康成长。
三、儿童家具的安全性设计
儿童的身心特点使得他们更容易受到来自外界的伤害,因此儿童每天都在使用的家具有必要对其进行相关的安全性研究。儿童家具的安全主要包括物理安全与化学安全两种,物理安全指的是家具的硬度、棱角等物理方面是否符合儿童安全的需要,化学安全指的是家具材料中含有的化学成分是否符合儿童使用安全的需要。在对儿童家具成功设计案例总结的基础上,笔者将儿童家具设计安全性需要考虑的因素总结如下:
1.儿童家具设计的造型与结构安全性
在造型方面家具的设计应当更加多样化,用美观的造型赢得儿童的喜爱,但是在关注造型美观的同时更应当重视儿童家具的实用性,家具的设计应当满足儿童生活学习的客观需求,这是儿童家具设计的根本要求。另外还要考虑家具的舒适性,儿童正处于身体发育的关键时期,不舒适的家具有可能造成身体的发育受到伤害,影响孩子的成长。例如对于儿童课桌椅的设计,既要注重桌椅美观,在设计中加入卡通等儿童喜欢的元素,又要确保儿童在使用过程中有利于其视力、骨骼发育的保护。在设计结构安全性方面,应当充分考虑以下三个方面要素:一是要保证儿童家具的牢固与稳定,儿童家具的设计尽量避免使用可拆卸、折叠式的结构,防止儿童在接触家具时被夹伤,另外设计的家具应当具备一定的抗压、抗摔的强度,以免因为家具的破损对儿童造成的伤害。二是对于可抽拉、开关门式的家具在设计时要使用缓冲设备,防止儿童在抽拉抽屉或者开门时挤伤身体。三是注意小配件的安全性,小配件的安装应当非常牢固,不易于被孩子拆卸,另外在体积方面也可以考虑将小配件的体积设计得大一点,以免被孩子获得导致误食的危险。
2.儿童家具设计中的色彩
色彩是儿童家具设计中的重要元素,色彩的不同会使人产生不同的情绪和联想,儿童正处于自身个性形成的关键时期,他们的成长性与变化性决定了他们的心情与性格会因周围的环境与色彩的变化而变化。因此为了更好地利用色彩这一元素,促进儿童身心健康成长,儿童家具的设计师们应当详细了解儿童的心理需要与颜色所代表的含义及对人的影响。色彩鲜明、带有儿童趣味的家具是儿童喜欢的家具类型,设计师要充分利用色彩的对比与协调性将产品的设计理念表达出来,力求使家具实现开发儿童智力、增长儿童见识的目的。色彩的使用应当遵循两个原则,一是要确保家具本身色彩的协调性与一致性,二是要确保家具色彩与儿童学习、生活环境的协调性,避免在设计中滥用色彩,污染了儿童成长的环境。
3.儿童家具设计中材料的选用
儿童家具的制作材料非常丰富,每种材料都有不同的特点,可以用于制作不同类型的家具或者制作家具的某个部件。材料的选用应当充分考虑环保、安全因素,目前市场上儿童家具甲醛超标是常见的现象,这种类型的家具会对儿童的身体发育造成不良的影响,不利于保证儿童的健康,因此在选用家具材料时要尽量避免使用含有大量胶黏合剂的材料,应使用如实木、塑料、太空铝等不含有胶黏合剂的材料。另外为了减轻某些儿童家具的重量,确保儿童不会受到家具有可能带来的的伤害,中低密度的板材、中空的合金材料可能会是比较理想的选择,但需要注意的是使用这些轻质材料也要充分考虑家具的稳定性,确保儿童在使用过程中不会出现因为家具不稳定,翻到砸伤孩子的情况。另外在使用金属材料时要防止出现金属切割时出现的锋利边缘,尽量将金属材质的棱角处打磨圆滑,以免割伤孩子们的身体。
4.注重儿童身体发育的特点
人体工程学,也称为人类工程学、人间工学或者工效学等。人体工程学主要由6大部分组成,即人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生理学、工程心理学、时间与工作研究。按照国际工效学会的定义,人体工程学是一门“研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究人在工作和家庭生活中以及休假时怎样统一考虑工作效率,人的健康、安全和舒适等问题的科学”。
2人体工程学在家具设计中的作用
在家具设计中,人体工程学的运用原理是使家具的设计能够满足消费者的生理、心理的特点及需求,因此,对于人体的测量就显得非常重要。人体工程学在家具设计中的主要作用有两点。
1)确定家具的最佳尺寸
人体工程学的主要内容是,通过测量大量的常规的使用者,来统计、推算目标人群的各个部位的基本尺寸、肢体活动范围以及生物力学等。这些数据都为家具的设计提供了可靠而又精确的设计指导。通过精密和科学的计算,就可以确定家具的最佳尺寸,达到用最少的材料让使用者得到最大满意度的使用舒适感。同时精确的尺寸,也便于家具大规模的定量生产。
2)为家具的整体组合提供依据
一般而言,整套家具的设计,都必须根据固定的空间来确定。通过人体工程学的测量获得的数据,可以精确地对整体家具的设计提供空间参数和设计要求,并综合考虑了人与环境之间,人与家具之间的和谐感。最后将整体的设计方案实施,就可以达到最佳的整体效果。
3家具设计中的人体工程学
家具设计中的人体工程学首先要关注的是,人与家具之间的关系,以及研究人的人体结构以及主要的系统组织等生理学知识。人体是骨骼系统、肌肉系统、消化系统、血液循环系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、内分泌系统、神经系统、感觉系统等相互交叉、相互配合而组成的一个不可分割的整体。在这些组织系统中,与家具的人体工程学紧密相关的主要是骨骼系统、肌肉系统、神经系统以及感觉系统等。骨骼是人体的支架,是家具人体工程学设计中尺寸与生物受力的基础。神经系统在家具的设计中决定了何种角度与受力的设计才不会对神经造成压迫和不适。感觉系统可以决定采用何种设计的方式以及材料的选择,根据使用者的人群特点,选用最佳的材料,便可以达到最优质的舒适度。
人体的基本动作是千差万别的,从坐、立、卧、蹲、跳、走等行动,都会产生不同的人体形态,并对身边的空间产生不同的要求。家具的人体工程学设计,必须要充分地考虑人体对于空间与舒适的需求,以此来设计人体在一种特定的姿态下,肌肉与骨骼的结构都能处于一种较为合理与放松的状态,以此来降低人体的整体体力的消耗,减少肌肉与骨骼的疲劳,从而增加家具的适用性和实用性。家具设计的基本要素是美观和实用。相对于传统的重视美观而言,现在舒适这个要素显得比美观更加重要。因为即使再漂亮的家具,如果使用起来不舒服,或者使用之后会对人体的肌肉或者脊椎造成损害,那么家具的实用性能将大大降低。人体工程学应用于家具设计中,讲究的是家具在设计的时必须要充分参考使用者的生理、心理特征,对此进行科学的实验,在大量数据的基础上进行科学分析。同时,将使用者在使用家具过程中的各种姿势分解成姿势模型,通过计算生物力学的承受力来确定家具设计中应该加强或者减少的部位,让使用者使用时更加舒适,最后根据人的各种姿势的基准点来规范家具的基本尺寸。
具体来说,在家具设计中,一般柜子类、不带桌椅的讲台以及桌子的设计应该以人的立位基准点为准;坐位使用的家具,如写字台、餐桌、座椅等以坐位基准点为准;床、沙发床及榻等卧具以卧位基准点为准。如设计座椅高度时,以人的坐位(坐骨结节点)基准点为准进行测量和设计,高度为390~420mm,因为高度小于380mm,人的膝盖就会拱起引起不舒适的感觉,而且起立时显得困难;高度大于人体下肢长度500mm时,体压分散至大腿部分,使受压、下腿肿胀等。另外,座面的宽度、深度、倾斜度、靠背弯曲度都要充分考虑人体的尺度及各部位的活动规律。在柜类家具的深度设计、写字台的高度及容腿空间、床垫的弹性设计等方面也都要以人为主体,从人的生理需要出发。在日常生活中,人们都会有这样的体会,如果使用的餐桌较高,而餐椅不够高,就不方便夹菜,有时还会污染了衣服袖口。如果使用的书桌太高,而椅子却过低时,就会使人形成趴伏的姿势,无形中又缩短了视距,时间长了,就很容易造成脊椎弯曲和眼睛的近视,因此,使用的家具一定要有明确的标准要求。正确的桌椅高度应该能使人在正坐时保持两个基本垂直:一是当两脚平放地面时,大腿与小腿能够基本垂直。这时,座面前沿不能对大腿下增面形成压迫,否则就容易使人产生腿麻的感觉;二是当两臂自然下垂时,上臂与小臂基本垂直,这时桌面高度应该刚好与小臂下平面接触,这样就可以使人保持正确的坐姿和书写姿式。沙发类尺寸,在国标的标准中有规定:单人沙发,座前宽应不小于480mm,如果小于此尺寸,人即使能勉强坐进去,也会感到非常拥挤。座面的深度应该在480~600mm,如果过深,人的小腿就无法自然下垂,腿肚将受到压迫;如果过浅,就会感觉坐不住。座面的高度应在360~420mm,过高,会感觉不舒适;过低,无论是坐下或者站起来都会感到困难。国家标准对家具的功能尺寸一般都有详细而具体的规定,但是对家具的外形尺寸却很少做出限制,因为这样,才预留了设计的空间,促使设计人员在满足功能尺寸的基本条件下尽情发挥自己的奇思构想,设计出造型不同、风格各异的作品,以此来满足不同层次的消费者需求。
4家具人体工程学设计的发展方向
1)个性化的设计趋势
由于人的个体存在差异,即便是通过人体工程学设计的家具,也很难满足所有人的需求,例如我国进口了很多俄罗斯的大巴车,其软座的设计,对于中国人而言坐起来并不舒服,那是因为这种座椅在设计时是以身高较高的俄罗斯人作为参考的。同样的道理,一款大规模生产的椅子,往往都是以假设的购买人群的统计数字作为人体工程学设计的基础,这样的设计往往无法满足某些存在个体化差异的人,因此,对于外来的发展趋势而言,除了大规模的定量生产外,小规模的个体定制设计是必不可少的一个重要补充。毕竟对于追求高质量生活品质的人而言,价格就显得不是太重要了。
2)加强试制模式的研发
对于人体工程学在家具设计中的应用,试制车间和调试车间是非常重要的,它可以以最直观的方式让设计师感受与体验出设计本身是否合理,并第一时间找出不合理的部位。现在欧美发达国家都有自己的国民体格原型、一般是采取二维的人体模板,将来会有更先进的三维模板。而这些目前在我国都还是空白,亟需进行系统开发和数据的收集,以形成具有东方人体体格特点的人体模型。这对于我国人体工程学在家具中的实际运用,有着非常重大的推动作用。
3)采用新技术与新材料
每一次的家具产品创新,都基本与新材料的发明与应用息息相关。应用新的技术,为使用新的材料提供了更为广泛的形式。新的材料通过新的技术糅合在人体工程学中,为家具的设计带来了更多的可能性,为使用者提供了更舒适、更有创意的产品。
4)按人群分类设计与销售
即便是在中国,广大的国土范围也孕育了南北不同体格的人,因此在设计时可以适当缩小范围。例如针对南方人的体格进行设计,或者针对北方人体格进行设计,可以让消费者有更大的选择空间,找到更适合自己体格的产品,以更大程度地满足人的需求。
5结语
家具设计教学体系中,创作设计课一般在三、四年级开设,尽管此前已经过了立体构成、造型设计等三维设计类课程的学习,但面对设计创作,学生往往还是无从下手。在教学中,笔者通过研究学生的家具设计作业,发现主要有下面两种情况:造型过于复杂,无法实现;大多为日常生活所用家具的复制品,没有创新。学生在创意思维不够完善的前提下开始家具方案的表达,所画方案往往是歪歪扭扭,既不是规矩的二维设计,也不是透视关系准确的三维立体,更有甚者似乎是矛盾空间。为了方便教学,培养学生的创作能力,笔者尝试总结了“二维转三维”的家具设计创作方法,期间经过不断调整,并将该方法导入创作设计教学实践,获得了良好的教学效果。
二、“二维设计转三维设计”创作法
根据教学经验,结合对于家具设计程序的理解,提出针对家具设计教学环节的引导式教学方法——“二维设计转三维设计”创作法。此创作法从程序上分为3步,下面依次展开分析,并用案例例证。
(一)二维形态创作
二维平面是三维立体的基础,在家具设计教学中,二维设计较三维设计更易上手。在具体创作中,学生的常规思维习惯往往是依循二维设计开始。基于以上原因,我们有必要从二维设计着手。此步骤要求学生首先构思家具的基本二维截面形状,该截面可以是家具的某个二维视图(正视图、侧视图)。在此阶段,可能有若干个模糊、不确定的形态浮现于脑海中,在勾勒、推导这些基础创意形态时,要把握比例和谐感、形量平衡感、形态的重心稳固性、形态完整度等因素,更要考虑该二维图形上可成为家具结构的部分。案例“兰萨椅”创意源于传统蒙古族民间传统图案“”形符号,牧民称为“兰萨”,兰萨纹是生命永生繁衍的符号,具有天地相通、阴阳相合,万代延续的含意。民间刺绣荷包、描绘家具用品、缝制衣帽等经常用兰萨图案作为装饰。本设计以“兰萨”图案作为切入点,研究其造型观念和方法,探讨图案在家具设计中的运用。此二维形态的设计过程,是符号抽象变形的过程,是兰萨纹向符合座椅二维特征方向演变的过程,在此过程中适当考虑了形态的比例感、平衡感、稳定性等符合家具基本特征的要素,使方案朝着我们预计的方向推进。经过初步推演,一点家具基本二维形态的感觉,但距完整方案还很遥远。在此基础上,教师可引导学生继续推衍,拓展出家具的基本轮廓外形。
(二)二维平面转三维立体
作为家具设计方案,必须让其架构先趋完善,因此,本阶段最先考虑的应是家具的结构,装饰部分可置于后期的调整中。作为家具设计教师,在该设计程序中须引导学生充分考虑三维形态的稳定性、重心、比例平衡感等关键要素。该纹样经过演化,线型已经基本具备了家具二维形态。待该二维形经得住推敲后,下一步尝试将该形态向三维立体转变,这也是该创作法关键的步骤。
(三)完善设计方案
在“二维设计向三维设计转化”创作法引导下,已经推衍得到家具的基本三维形态。此设计程序是后期完善阶段,家具需要被继续推敲并添加装饰,以期得到完善的最终方案。在该阶段,家具形态经过赋予材质、环境渲染、摄影机视图等步骤,方案最终得以完善。以上是“二维设计向三维设计转化”创作法的三个步骤。文中所举案例看似简单,实则是笔者无数次反复推演才得到的结果,在此将几个关键步骤用作教学案例,目的是以此引导学生掌握家具设计创作过程。
三、结语
木材材料的干缩湿涨现象是木质材料在遇水后普遍表现出来的一个现象,木材的这一性质现状的出现严重影响了木制材料家具或工具在使用过程中的性能稳定,妨碍了木材使用过程中对工作效率提高的作用。木材的使用跟我们的生产生活以及工农业生产都有着极为密切的联系,鉴于我国木材总量大,但木材资源人均占有量仅仅为世界平均水平的三分之一的现状,我们更应该思考如何降低木材资源的浪费程度,合理利用现有的木材资源。所以说,研究考察木材的干缩湿涨现象对于提高木材利用率,防止因此现象造成的木材浪费现象,加强森林资源的保护,以及维护生态环境的健康可持续发展,具有至关重要的作用。
2木材千缩湿胀的基本特性
木质材料的干缩湿膨胀的整体的基本特征为:当木材的含水率在不高于木材质的纤维饱和点时,由于木材含水量随着外界各种因素的变化而变化,造成木材(水分和木材解吸)随含水量的大小变化而自身体积进行改变,木材的干燥收缩现象是所有木材都具备的一种特性,其干缩湿涨率的大小因其树种质地致密性大小而各有不同。这是比纵向横向,横向径向比切线方向大的所有方向都会有此次现象。由于不同种类的木质材料的,干收缩率也不同。纵向干缩是沿着木材纹理方向的干缩,其收缩率数值较小,仅为0.1—0.3%,对木材的利用影响不大。横纹干缩中,径向干缩是横切面上沿直径方向的干缩,其收缩率数值为3—6%;弦向干缩是沿着年轮切线方向的干缩,其收缩率数值为6—12%,是径向干缩的1-2倍。由于木材结构特点使得它在干缩和湿胀性质上表现出明显的方向性,各个方向干缩湿胀的不均匀性对木材加工利用有重要影响,不可忽视。由于木材径向干缩、弦向干缩数值均较大,导致其体积干缩数值大,通常木材体积干缩数值在1~20%范围内变化。这大数量的体积变化,对于含水量高的板材、方材和原木等产品来说,在贸易上会产生材积数量的短缺,木材流通领域应注意此问题。
3影响木材干缩和湿胀主要因素
木材干缩湿胀除了明显的各个方向的异性外,还与下列因素有关。
3.1树种树种不同,其构造和密实程度不同,干缩湿胀树种间差异很大。有的树种很容易干燥,干缩湿胀和变形都很小,而有的树种特难干燥,其干缩湿胀很大,使用和干燥过程别易发生开裂变形。
3.2微纤丝角度木材管胞或纤维胞壁S2层微纤丝角度对木材各向干缩有较大的影响。微纤丝角增大,纵向干缩变大,而弦向干缩变小。特别是微纤丝角大于30,木材纵向干缩明显增大,会因起板材翘曲现象。人工林短周期小径材或带有髓心的板材易发生此种现象,直接影响到板材的利用。
3.3晚材率木材年轮内早晚材颜色差异大,反映出其密实程度差异大。现代技术X-射线密度仪显示晚材最大密度要比早材最小密度大2-3倍。如马尾松木材晚材率与其横纹干缩间的关系,随着晚材率的增大,径弦向干缩率直线增加,并且弦向干缩始终大于径向干缩。有些树种为分离后的早材、晚材分别测定的结果,早材、晚材弦向干缩也大于其径向干缩。这也反映出密实程度大的晚材干缩性,要比密实程度小、松软的早材干缩大得多。木材的顺纹干缩与此相反,即木材顺纹干缩率与密度成反比。当晚材率增加时,顺纹干缩减小,即木材密度愈小,早材相应增多,顺纹干缩亦因而愈大。之所以如此变异,为早材次生壁的中间层较薄,微纤丝的排列相对的成较大角度,木材顺纹干缩与此角度成正比,所以早材率越大,木材顺纹干缩也越大;晚材率大,木材顺纹干缩小。
3.4树干中的部位树干中近髓心的木材,其纵向干缩率大,径向干缩与弦向干缩小;而远离髓心的和近树皮处的木材纵向干缩小,径向干缩与弦向干缩小。这种变化与木材密度和纤丝角度随年龄变化规律有关。
4干缩湿胀现象对木材使用过程中的影响分析及解决措施
4.1木材干缩湿胀对样接合的影响及榫的尺寸设计。现代家具设计过程中,引入了先进的设计理念,实木家具一般情况使用深度插入的处理方法,其方向是水平的,宽度方向是纵向,厚度方向为横向;桦头的长度方向是垂直向上设计的,宽度和厚度方向为横向行进。根据木材干缩湿胀率的不同和以及木材材质不同的特点,将连接强度的整体实力和粘接规则实现高强度的粘接力度,在粘头部厚度方向上应该依据木材的干缩湿胀率的不同以及木材质地的不同确定方向,应该采用间隙配合的设计技术进行,采用此种方式以保证家具在使用中减少质量问题的发生。
(一)课程
《家具设计与人体工程学》是我校把家具设计与人体工程学结合在一起所开设的一门专业基础必修课。课程共学时112学时,16学时每周,共7周课。课程旨在以项目实训的方式让学生在符合人体工程学的实验数据下进行家具设计,为“人、家具、环境”系统设计提供整体思路,为“以人为本”的设计思想提供可行方法。笔者长期从事家具与室内设计教学与设计实践工作先后收集并整理了十几套相应教材,基本可以归纳出课程包含四大部分内容:第一部分概述(介绍家具设计、人机工程学等概念)、第二部分人体工程学基础(主要介绍人体工程学的研究角度、方法和范畴等)、第三部分人体测量与数据的应用(侧重讲解在家具设计中常用的一些人体测量数据)、第四部分人体工程学与家具设计(人体工程学与家具设计的综合运用,结合案例,比如座椅设计、办公家具设计等)。显然第三、第四部分的内容为重点和难点。通过对本课程教与学师生调查问卷,我们总结了三大印象:第一印象——杂。课程涉及统计学、设计学、人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生理学、工程心理学、时间与工作研究等十多个学科。第二印象——困。课程中需要理解大量的新概念、专业术语,再加上几十组需要学生识记的常用人体尺寸统计数据表,很容易造成“困境”。第三印象——难。人体工程学(Ergonomics)又叫人体工学或人类工程学,人体工程学是探讨人与环境尺度之间关系的一门学科。人体工程学通过对人类自身生理和心理的认识,并将有关的知识应用在有关的设计中,从而使环境适合人类的行为和需求。人体尺度问题是课程的核心和难点。学生不仅要掌握人体自身的尺寸,还要掌握人体尺寸在设计学上衍生的人机尺寸,以及静态尺寸和动态尺寸等等。由于存在学科的跨越和知识点侧重的问题,很多研究方法和过程都没有反应在教材上,导致教与学中出现知其然不知所以然的现象。
(二)教师
1.教师过于重视理论讲授,教学手段单一,教学中与学生严重脱节,无法激发学生学习兴趣和主动性。究其原因教师与学生课前、课下沟通较少、教师引导激发学生自主研究学习不足等原因。
2.教师过于强调教材,注重理论的全面性,侧重点扩展明显不足,主次内容把握不够准确。究其原因是教师在本课程及其前后开设课程了解不足,导致了课堂上内容重复、或者涉猎不足等问题。
3.教师教学中实践教学与理论教学处理不当。常常出现理论与实践环节课时分配不合理、理论与实践环节不能同步或者错位、实践教学手段单一、案例剖析不到位等问题。
4.教师教学之余提升自身专业素养不够。凡事浅尝辄止,学术专研缺乏耐心和恒心。
(三)学生
1.积极主动性不够,被动学习情绪明显。究其原因是由于学生阶段性学习专业深入度不够,设计体验不足,影响其对人体工程学在专业领域重要性的正确认识。
2.无法从理论中联系到实践运用。究其原因是许多学校对人体工程学重视不够,然后错误地反应在教师的教学中,直接影响了学生对待课程的态度。许多教师把人体工程学作为一门理论课来讲授,最终以理论考试的方式作为结课考核。导致的结果是学生一开始就把精力用在备考上,对相关概念和知识只停留在记忆阶段而不是理解和掌握。
3.基础不足,价值观有余。我国大部分艺术类考生的理科基础、逻辑思维能力普遍较差,思维方式较感性,然而《家具设计与人体工程学》这门课程理科属性倾向较重,让很多学生望而却步。加上大部分艺术类考生自入学前价值观就出现了偏颇,他们认为上大学就是为了混文凭、考证书,至于专业好不好无所谓。这样一来《家具设计与人体工程学》这种课程很容易被学生忽略掉,表现为测试作弊、设计作业马虎应付。
(四)课程环境
课程环境对于一个专业、一门课、一位老师、一个学生来讲都是相当重要的。以家具设计与人体工程学为例,在学校专业成立初始,课程环境几乎为零。那时候如果老师上课连多媒体教室都无法实现,那么当量的优秀案例图片改如何向学生展示并讲解。家具设计与人体工程学这门课程重点在培养学生的家具设计造型能力,培养学生适应在“适合人的尺度”的思维模式下进行家具设计创作,所以教学的重点应该是突出体验教学。这种体验教学,不能局限在学生的想象阶段,不能仅仅依靠手绘或者电脑模拟效果图的制作来完成的。理想的体验教学应该是学生能在学习课程的时候能超越识记,掌握人体工程学的研究方法,明确设计是为人的设计的真正含义,能够通过图纸把自己的设计很好的表达出来并完成家具1:1模型,然后能充分的调动各感官机能,完成对模型的修改,完善设计。我校地处河南信阳市,2006年艺术系开设了家具设计方向,到今天已经有了8年的光阴。发展八年学校基本建立了美术基础实训室、模型制作实训室、计算机CAD设计实训室、手木工制作实训室等,应该可以说小有所成、初具规模了。但从我校家具设计方向历届毕业生就业调查反馈表来看,凸出问题表现在毕业生岗位概念模糊、岗前紧张、专业能力局限在方案设计和手工模型中、对于家具设计到家具生产过渡断裂等问题。所以学校离培养高度市场适应性应用型人才成功转型还需要走很长一段距离,这需要全校师生以及“多方来助”的情况下才能逐步实现。完整的家具设计课程环境处了学校自身软硬件环境以外,还应该包含校企合作环境、校政扶持和监督环境、校与校来往学习合作共荣环境等。
二、家具设计与人体工程学教学有感
(一)缘起藤和竹
我校西邻“长淮明珠”南湾湖,南望“云中公园”鸡公山,校园内山清水秀,花木交荫,绿围翠绕,景色宜人。山上有丰富的自然资源,其中最多的就是满上的竹林和成片的老树古藤。2012年学校土建动土,建设一些新校施,原本山上的野生的满山竹林和老藤,被一车车的拉往垃圾站焚烧殆尽,在笔者的眼里这是暴殄天物的行径。在家具史上,能工巧匠用老藤和竹子编制出了多少会计人口、流传古今的家具,多少作品在今天的世界非物质文化的收藏典籍中成为经典。回想多年前,大学时期到教师阶段,学生阶段最痛苦的是每次家具设计课都要花好多钱购买各种各样的模型制作材料,但制作出来的模型效果多少会让人联想到水晶宫时期的矫揉造作、粗制滥造的感觉。原因是我们制作模型购买的大部分是模型卡、ABS板、KT板、喷漆、石膏等工业模型材料,它们除了能粗糙的表达出家具设计的造型形态之外,别说结构,就是简单的接缝收口都很难到位的。当然这些材料制作完模型之后,本身材料的固有色是很难看的,没有任何保留的价值,所以还得用喷漆给制作好的家具模型赋予“五颜六色”的外衣。一个个原本制作还算精致的模型,披上喷漆外衣之后,俨然成了一个七彩家具王国。最让师生感觉头大的事,喷漆对环境的污染——刺鼻的气味加上斑驳的漆影到处可见。现在教师阶段强烈的责任感在一次次的逼近,告诫自己不能“重蹈覆辙”。回看我们的祖辈,他们用无数的惊世之作一次次的想我们呈现自然材料的无穷魅力和价值。竹子特有的质地、中空的结构、快速的生长率(竹子2-3年可以成才)、竹黄和竹青的特殊性、竹结之美等等,竹子有太多太多的研究价值。老藤的最大的特点是它的韧度好、质感美、自然古朴形态美。竹子和老藤都不需要喷漆和上色,这也是它们作为家具模型制作最佳材料的优势之一。于是藤和竹的研究首次在家具设计与人体工程学的模型制作上全面展开。
(二)果成竹与藤
家具设计与人体工程学在教学上笔者一改传统教学常态,主张以“理论讲解为辅,团队研究为主”的课程教学方案,事实证明效果很好。以其中“人机工程学与座椅设计”环节为例:
1.全班分位若干小组,每个小组控制在3-5人,落实名单;
2.每个小组至少收集2个较具典型代表的座椅作品,可以市场购买或者家中邻里收集,方式不限;
3.学生陈述作品来源,教师点评,每小组确定2个最典型作品;
4.解构作品,通过对作品的拆解、使用体验,弄清其结构、尺寸、材料、工艺以及作品的优缺点分析,并在A3图纸上表达清楚;
5.完成原始图纸,教师点评,针对优缺点分析,根据人体工程学所学知识,完成设计改良;
6.教师点评,完善改良方案,制作1:1家具模型,材料竹子、古藤。
三、结语
通过对工业产品装配阶段和拆卸及回收利用阶段进行的简要分析,说明了在产品开发设计阶段采取装配设计和拆卸设计对于简化生产工艺、节约产品成本以及对产品维修和回收再利用的重要生态意义。同时简单介绍了拆装家具的起源与发展,分析了家具拆卸性能设计存在的主要问题以及人们对拆装家具存在的一些错误认识,并提出了通过拆装设计提高现代家具生态水平的,从而提高产品竞争力的建议。
Abstract
Throughbriefanalysisoftheprocessesofassembly,disassemblyandrecycleofindustrialproducts,thesignificanceforthetechniques,cost,maintenanceandrecycleareintroducedwhenDFA&Dwasutilizedatthebeginningofindustrialdesign.Inaddition,thepresentsituationofDFA&Dfurnitureandsomemisunderstandingaboutitarealsoreferred.Attheend,improvingtheabilityofcompetitionthoughDFA&Ddesignisofferedformodernfurniture.
关键词:家具;拆卸;装配;设计;回收
KeyWords:Furniture;Disassembly;Assembly;Design;Reclaim
随着工业的快速发展和人们生活水平的提高,每年的废弃产品数量在不断增加,根据统计的结果,全世界制造业每年大约生产55亿吨无害废物和7亿吨有害废物[1]。图1是德国每年的汽车、家庭器具、消费电器、控制设备及信息系统的废弃物数量分布情况。工业产品废弃物的数量每年都在增加,而有效的回收利用率却不是很高,这些废弃物不仅造成资源和能源的巨大浪费,同时也对地球的环境造成了极大的压力和危害。要使废弃产品的零部件经过修配或其它处理以后可以再次利用,那么这些零部件就应该能够被方便地拆卸下来。可见产品的拆卸性能是产品能够再生的重要前提,直接影响着产品的可回收和再利用的程度。面向拆卸的设计就成为解决产品回收和再利用的有效设计方法。同时,这种设计方法也是生态设计的重要途径之一。
现代的工业制造中,装配工作量大约要占整个产品生产工作量的20%,装配费用占制造总费用的20~30%,在装配中若发现了问题,费用就会增加50%[1]。法国对355家公司的调查结果表明,通常产品设计是面向功能而不是面向装配的,结果导致产品的装配难度很大,生产周期长,产品成本高,装配质量难以保证,从而使产品的装配性成为制约生产的瓶颈。解决的办法通常是增加装配工人,增加装配机械和检测设备。而这些方法无疑都会导致产品成本的上升。
在目前的产品设计过程中,人们普遍对产品的可制造性关注较多,而对产品的可装配性和拆卸性则考虑的相对较少。因而经常出现设计出来的产品结构不完善或可拆装性能差,从而导致制造出来的零件无法进行安装或拆装难度大,需重新返工的情况。因此,在产品的设计过程中采用拆卸和装配设计,对提高拆装零部件的效率,降低拆装费用和提高产品的回收利用率具有十分重要的意义。
1、拆卸设计与装配设计概述
装配与拆卸设计(DesignforAssemblyandDisassembly,DFA&DFD)的基本含义是:在产品设计阶段就同时考虑到产品的可装配性能和可拆卸性能,从装配和拆卸的观点提供一套理论和方法,在产品的设计过程中利用各种技术手段如建模、分析、评价、规划、仿真等,充分考虑产品的装配与拆卸环节以及其相关的各种因素的影响,以便在保证产品功能要求的前提下,使产品装配与拆卸的成本最低。
1.1DFA与DFD之间的关系
拆卸与装配正好是相反的两个过程,所以装配设计(DFA)与拆卸设计(DFD)之间既有相同点又有不同点。它们的实质不同:装配的实质是建立零件之间的某种约束关系;拆卸则是解除这些关系。目的不同:DFA针对的是产品的装配阶段,通过简化产品的设计达到减少产品装配费用的目的;DFD则主要是针对产品的维修、报废处理阶段,使产品能够方便地拆卸、循环利用和安全地进行报废处理。而它们的相同点就在于:DFA与DFD可以共享相同的产品设计模型,运用相似的分析和评价方法。
单纯依照装配设计(DFA)设计原则设计出来的产品不一定便于拆卸,反之,依照拆卸设计(DFD)原则设计出来的产品也不一定便于装配,二者之间的不同点使得它们的结合(集成)很必要,而那些共同点使得它们之间的集成也具有可行性。可见,产品的拆卸过程与装配过程是密切相关的,在产品设计的初级阶段同时进行装配设计和拆卸设计,特别有助于产品设计的集成和产品综合质量的提高。
1.2实施装配与拆卸设计的意义
在产品设计阶段实施装配与拆卸设计具有重要的意义,主要表现在以下几个方面:
(1)有助于提高整个产品开发过程与拆装环节自身的效率,降低生产成本
有关资料表明[1],产品总成本的70%是在产品设计开发阶段决定的,而设计开发的费用在产品的总成本中只占5%,运用DFA&DFD方法对产品的整个结构进行优化,可以使错误在早期得到改善,避免后续环节中可能产生的不便,从而提高了整个产品的开发效率和成本;
(2)同时研究DFA&DFD,有利于产品设计集成和综合质量的提高,同时对产品进行DFA&DFD的设计,可以有效的协调产品对可装配性能和可拆卸性能的要求,从而系统的提高产设计的综合质量;
(3)DFA&DFD中对可拆卸性能的研究,能够方便产品的维修和回收处理,符合可持续发展要求产的品可拆卸性是产品维修和回收利用的前提条件。良好的可拆卸性将方便产品的维修,延长产品的使用周期,从而推迟新的废弃物产生的时间;另外,良好的可拆卸性能还方便废弃物的处理,既可节约资源又有益于环境保护。
家具制造业需要消耗大量的自然资源和能源。近年来家具产业迅速发展,根据意大利米兰CSIL工业研究中心调查,世界家具业目前的年产量是2000亿美元[10],每年要消耗大量的能源和资源。家具产品随着建筑业的迅猛发展和人们住宅条件的不断改善,淘汰率大幅增长。目前西方国家的富裕阶层每年要扔掉数百万张写字台、椅子、餐桌、橱柜、床垫等家具。但是目前废旧家具的回收利用率很低,其中原因之一,就是设计产品时没有考虑其拆卸回收性能,零部件和材料缺乏必要的标识,结果使有用的和无用的材料及零部件难以拆卸分离,使很多可重复利用的零部件无法有效地再利用,即使有些产品能够拆卸回收,但花费的代价已使其失去了回收利用的价值。
在环境保护已经成为人类迫在眉睫的任务的时代,这些被扔掉的东西不能再被看成是个人的私有财产,而应该看成是人类共有的有限的自然资源。有关研究表明,产品设计中良好的装配设计,可以减少20-40%的制造费用,同时可以提高100-200%的生产率[1]。在这种情况下,通过拆装设计对于提高家具产品的拆装性能、降低成本、节约资源,减少污染、增强家具的循环利用就显得尤为重要了。
2.拆装家具的发展与主要问题分析
人们一般将用各种连接件或插接结构将零部件组装而成的、可以反复拆卸和安装的家具称为拆装家具(ReadyToAssembly,RTA)。拆装家具在设计上应用工业设计的原理,把部件的标准化、通用化、系列化放在首位,进而简化了产品零部件的规格、数量,从而也相应地简化了设计工作;在生产上,由于简化了零部件的规格数,便于质量控制,提高了加工精度和生产率,相应地延长了设备的使用寿命,降低了产品的成本;在包装贮运上,可采用标准规格的包装,以便堆放,这样不仅有效地利用了空间,还减少了搬运工作的麻烦和可能对产品造成的损坏;在销售上,通过产品说明书使消费者参与到设计中来,真正地实现了以人为本的设计理念。
2.1拆装家具的起源与发展概况
家具制造业早在1900年就出现了拆装设计的雏形,当时德国的一家家具公司利用几种基本的板块设计书架,并方便地组装成顾客所需的书架,开辟了家具模块化设计的先河[2]。二战以后,重建欧洲迫在眉睫,各个工业领域都在寻求快速和创新的方式来满足需求,同样,家具业为能在短时间内给重建家园的人们提供充足的家居设施,也十分需要生产效率高、标准化、系列化、便于装配且具有良好结合性能的家具结构,在这种情况下,32mm系统应运而生。20世纪70年代,欧洲又开发出了32mm系统的专用设备,从生产工艺方面保证了32mm系统的有效实施。32mm系统的逐步成熟与生产设备、五金件及原材料生产的模数化、系统化使拆卸设计在板式家具生产中获得了前所未有的发展。随着技术的发展,拆装设计已不仅仅限于在板式家具中应用,实木、金属等材料的家具也开始采用这种设计方法。如设计师大卫·奎克(DavodKawecki)设计的“迷题“扶手椅,就是将椅子分成七个部件,通过在部件上设置精确的接口进行连接,这些不连续的部件可以用激光切割工具从一块平板上切割下来,再由消费者亲自组装。
2.2拆装家具的优点
拆装家具不仅在设计、生产、储存、运输、销售、安装等方面有许多适应现代化大工业生产的优点,而且从生态设计的角度讲,它对环境保护也具有重要的意义,具有传统框式家具难以相比的优点:
(1)产品结构模块化、统一化,使产品有较大的可预测性;
(2)减少了可回收零部件和材料再次使用所需的工作量;
(3)拆卸分离简单快捷;
(4)拆下的零部件易于手工或自动化处理;
(5)回收材料及残余废弃物易于分类和处理。
拆装家具是家具工业进步的反映。它要求有高精度加工手段的支持,要求有成熟应用的新材料、新工艺和新方法的支持,还要有发达的零部件及接口所用配件工业的支持。拆装设计的目标就是用最简单的工具快速拆装符合质量要求的成品家具。意大利设计师马士莫·莫罗兹(MassimoMorozzi)设计的“干燥“椅,只用一个简单的翼形螺栓就将椅子的各个部分连成一体,可以自由的拆装而不需胶粘。
2.3现代家具拆装设计存在的主要问题
设计一种易于装配又易于拆卸的产品是一个复杂的过程,需要解决材料选择、易分离性、模块化设计以及连接件等诸多问题。目前无论从制造商、设计者还是消费者的角度来讲,都更强调对时尚和精神需求的追求,追求DIY的自由随意,而对其中蕴涵的环保理念很少顾及,也因此对有关装配性因素的考虑多于对拆卸性因素的考虑。而从生态设计的角度来看,家具能够拆卸是其回收再生的前提,要想使废弃家具的零部件或材料经过维修或其它处理方法后被重新利用,就必须使其零部件能够被方便地拆卸;否则,不仅会造成大量可重复利用材料的浪费,而且因废弃物不好处置,还会严重污染环境。可见,家具的拆卸性会直接影响到产品的回收性,进而影响到产品生命周期评估的效果,所以,在拆装家具的设计中,拆卸设计具有更重要的社会意义,要想使拆装家具真正的具有环保性能,成为生态产品,就必须将家具的拆卸设计放到与装配设计同等重要的位置。
2.4拆装家具认识上的误区
误区一:拆装家具都是生态家具
目前,人们对生态家具的认识还很模糊,有的企业甚至在广告中将拆装家具直呼为生态家具,但是拆装家具就一定是生态家具吗?认为拆装设计就是生态设计、拆装家具就是绿色家具的观点是狭隘的和片面的。生态设计是针对产品的整个生命周期的设计,它在产品的整个生命周期中都要将环境保护作为设计目标,所以必须从系统的高度对产品的原材料获取、生产制造、包装运输、销售管理、使用及回收处理等方面对环境的影响进行具体的分析,在有序的状态下,使产品达到整体的“生态化“。在产品的整个生命周期中,如果只有一个环节符合生态设计的要求,或者只有一个环节不属于生态设计的要求,这种产品都不是生态产品。所以说,拆装设计只是生态设计的一个环节,拆装家具也未必是生态产品,具体的评价要根据对产品整个生命周期的评估而定。
误区二:拆装家具一定能100%的回收
在强调拆装设计的同时,需要注意的是一种产品要做到100%的回收是不现实的,也是不经济的,生态设计也只是在设计中寻求技术与艺术、功能与形式、环境与经济、环境与社会等联系中的最佳平衡状态,回收利用的目的是最大可能的利用这种回收资源,尽量减少产品的剩余量和污染。所以部分回收可能是最好的办法。宝马公司生产的Z1型和BMW3251型汽车,许多零部件都是由可回收利用的塑料制成的,在拆卸时,公司首先将注意力放在适合重新使用的、最有价值的零部件的拆卸上,从而以较低的成本获得了较好的拆卸效果。
3.加强拆装设计增强产品竞争力
拆装家具因为设计精巧、款式多样、规格类别齐全、搬运方便、拆装简易等优点,广受消费者们的青睐,且有经久不衰的发展趋势。多年来一直行销世界的瑞典IKEA家具奉行的就是“模块化设计“的理念,经营的产品大部分是可拆装的,这种方法使顾客在DIY(自己动手做)的过程中获得了对生活的享受和心理的满足,并同时亲自创建了属于自己的个性化空间。家具拆装式设计不仅有利于产品的回收和再利用,对环境保护具有重要的意义,同时也为追求个性的现代人提供了挖掘自我潜力的机会,因而已成为一种时尚。
另外,随着人们环保意识的提高,生态消费已经悄然兴起,消费者宁愿花多一些的钱来购买生态产品。有专家预言:生态产品将成为21世纪的主导产品,拆装家具因为具有较多的生态特征也将成为世界家具设计和制造的主流。拆装式家具目前在美国和欧洲的市场分额占到15%,而且每年以8%的比率增长,具有良好的发展势头[10]。目前家具行业在32mm系统设计、加工设备、等拆装设计配套技术方面日趋完善。家具五金的发展,包括隐形连接系统的问世无疑又为拆装家具的发展提供了良好的机会。所以有条件的家具企业要尽量利用这些条件,并按照生态设计的要求进行产品开发,将产品逐步过渡到拆装家具上,提高产品的生态性能,增强产品的竞争力,争取实现经济、社会与环境保护的同步发展。
参考文献
1常向青,面向装配与拆卸的设计理论方法研究,北京理工大学,博士论文,2001
2刘志峰,刘光复,绿色设计,北京,机械工业出版社,1999
3胡景初,戴向东,家具设计概论,北京,中国林业出版社,1998
4许柏鸣,家具设计,北京,中国轻工业出版社,2000
5张帝树,现代家具工业几项深有影响技术的开拓与发展,林产工业,第26卷第1
期,P14~16,1999
6胡景初,开发生态家具促进绿色消费,家具与室内装饰,第6期,P12~14,2000
7胡景初,家具产业的发展与绿色思维,林产工业,第28卷第2期,P3~5,2001
8文嘉,从KD到RTA,家具,第89卷第1期,P4~6,1996
新经济时代,科学技术从理论到应用的步伐加速,最新、最尖端的科技成果也会很快进入家具设计领域。高技术不仅仅作为材料和手段被广泛应用于家具的设计与制造中,而且还作为文化符号影响着当下的设计观念[2]。
1.1材料的开发与创新
材料的开发与创新主要分为两类,一类是将发明创造出的新型材料应用到设计产品中去,使产品的外观与功能受益于材料性能的独特性,从而解决产品研发中的难点问题,完成设计革命。另一类是在传统材料的基础上,进行不同材料组合搭配上的探索和创新,以获得全新的产品体验与视觉享受。作为创新的源泉之一的视觉体验是情感化体验变革的核心。通过打破人们对固有材料的情感上的认知,逆向推动材料的定向研发和改良,提高新技术在产品研发中的利用率[3]。材料演变曾在家具工业中对家具结构产生了巨大影响,传统材料演变对家具结构的影响。
1.2工艺的改良与革新
新工艺的改良与革新是建立在新材料的加工需求和制造技术的提升的基础上。针对新型材料的成型加工和表面装饰工艺的提升,不光是被动地去适应材料的设计学特性,更是从工艺美和细节设计的角度对产品设计进行诠释。先进的制造技术降低了生产成本,提高了产品的生产效率和附加值,从细节上提升了产品的品质。
1.3设计的开放与进步
新技术在推动设计对象,包括材料、结构、工艺等方面发展的同时,也在改变设计企业的运行和管理模式,使得设计过程更加虚拟化、信息化和数字化,为设计理念的革新提供了源源不断的动力。随着互联网技术的飞速发展,人们消费观念和生活习惯也发生了质的飞跃。现代设计过程中,设计师凭借信息技术,对设计进行科学、准确地分析变得更加容易。消费者与设计师之间的网络互动平台技术,也在循序渐进地改变着传统设计的研发模式和思维。设计不再是精英们的游戏,而成为普遍的社会化活动,设计服务也不再是单线从设计师到消费者,而成为设计师—消费者—设计师的一个反馈循环。
2技术美与家具结构创新设计
2.1技术美学概念
技术美包括生产中的美学问题和生产中与美学相关的设计问题,比方说结构美、工艺美和功能美等。就现代的工业产品而言,技术美存在于人们的日常生活和劳动环境之中,也强调产品设计中科技进步与社会及自然环境的协调统一,其技术美的表现形式可以归纳为产品功能与形态结构、材料成型工艺、表面装饰以及舒适性等多个方面[4]。
2.2家具结构创新设计
家具结构创新设计包括新结构形式的发明,新结构节点连接技术的应用,以及结构设计流程和方法的创新。新结构形式的发明,是为了获得全新的结构美的体验。所谓家具结构美,属于在结构形式影响下的各部件的构成艺术,属于造型美学的细节延伸。新结构节点连接技术适应材料设计学特性,以获得最佳的结构质量,同时完成一些特殊功能的需求。结构设计流程和方法的创新是在传统结构设计的基础上,吸收新材料技术、计算机应用技术、环境保护技术、现代管理技术等现代技术的科学知识,转化成新的家具结构设计理念和方法。
2.3意义与影响
创新性设计能够满足求新和多变的市场需求,有效地提高产品的市场份额。创新性已经成为当前评价产品开发成功与否、是否具有市场前景的一个基本尺度[5]。家具结构创新设计是家具设计的重要一环。推动家具结构设计整体创新,将新材料、新技术灵活应用到家具设计中,不光解决了家具产品结构美观和强度等实际问题,也为家具创新理论在实践中的推广与应用提供了平台。
3材料开发对家具结构创新设计的影响
3.1材料设计学特性与家具结构创新
材料设计学特性是指材料在产品设计、生产、使用和回收过程中所体现出的应用价值属性,如理化特性、力学性质、加工特性、装饰性、环保性、经济性、寿命以及感性属性等[6]。家具新材料越来越向复合化、多功能、多元化的方向发展,其不光关注产品制造的本身,也关注与涉及使用、回收再利用的整个材料生命周期。材料的绿色化发展也为家具结构设计创新提供了新机遇,便于运输和回收利用的平板家具、DIY待装家具日益流行;减少胶黏剂用量的可拆装化家具成为实木家具结构的新的形式。
3.2新型材料对家具结构创新设计的影响
新型材料的诞生,为家具设计提供了新的表达方式,其全新的材料设计学特性决定了家具新产品在造型与空间、结构与功能以及工艺与装配等多个角度上和传统家具材料的差异。例如纤维类(碳纤维、玄武岩纤维)复合材料,具有质轻、比强度和比模量大、耐腐蚀性好、高温性能好、抗蠕变性能强、抗疲劳性能好等优点,可用来制造强而轻,刚而薄的构件。碳纤维复合材料家具见图1(图1-2均摘自中国设计之窗网)。纤维复合材料的拉伸强度和弯曲强度都远高于普通家具材料,因此其家具的部件在一定空间内可以大尺度延伸而不弯折,可以给家具带来丰富的变化,亦可以作为室内空间分隔的装饰件。纤维复合材料通常是树脂型复合材料,既可以一次注塑成型,也可以具备特殊的柔韧性和可编织性,将其织成碳纤维布,覆盖在其他材料的表面起到装饰作用。纤维复合材料打破了传统家具结构的节点概念,使家具成为了有机整体,减少了装配环节。有时为了增加一些折叠移动的功能,其也可以安装金属五金件,实现结构的特殊功能。
3.3材料组合创新对家具结构创新设计的影响
传统材料的重新组合搭配也会给设计带来全新的视觉体验。由于不同材料的设计学特性不同,不同材料搭配时除了要在感性层面如质感、肌理、色彩上达到协调统一之外,还要保证结构的连贯性和稳定性。家具结构接合方式的选择应适应不同材料的特性,避免长时间使用后,产生不同材料之间相互分离或者破坏的结构问题。
4基于现代新技术的家具结构创新设计
4.1基于快速成型技术的家具结构创新设计
基于快速成型技术的3D打印机可以实现平面图纸的立体化构建,能够以小批量甚至单件设计、生产而不增加产品的成本。3D打印的家具产品和模型实现了结构一体化,通过材料的堆积,连续无缝隙搭建起的三维模型,其材料本身就是结构。由于目前成熟的3D打印技术都是用单一材料快速成型,因此产品模型打样的环节不存在异种材料连接过渡的问题。通过3D打印技术对模型进行初步打印,将抽象图纸转化成现实模型,为设计师提供直观的感受,同时也能发现结构设计中较为薄弱的环节。对结构问题进行针对性分析,或者改变造型样式,或者进行材料替换,或者研发新型连接方式。往往这些修改和创新都是基于计算机辅助设计完成,大大降低了成本,提高了设计的效率,同时也为设计普及作出了贡献[7]。除了利用3D打印技术进行家具概念阶段的模型制作之外,很多设计师探索利用强度较高的成型材料来制作家具。聚丙烯材料3D打印家具见图2,木质材料3D打印家具见图3(图片摘自碳纤维复合材料网),这些家具具备有机的整体造型,无关节,无连接。很多细微的局部被“打印”放大以后,成为瑕疵或者是意想不到的细节美。这种微妙的平衡处理给设计师带来了全新的设计享受,也为消费者带来了不一样的产品体验。
4.2基于虚拟现实技术的家具结构创新设计
虚拟现实是利用计算机建模和仿真技术提供一个沉浸式交互环境。用户可通过各项传感设备实现与虚拟环境的交互,进而产生相互影响和身临其境的作用。家具产品虚拟设计是在虚拟现实技术上,为设计师提供虚拟的感官世界,在仿真运行集成的数字化环境中进行虚拟加工装配及虚拟产品的设计和体验。这种数字化环境中的加工与制造消耗了更小的资源,压缩了开发周期[8]。基于虚拟现实技术的家具结构设计主要包括家具外观结构设计以及家具结构强度模拟仿真设计。首先可通过3D扫描技术,将大量实体家具转化为数字模型,最终形成家具产品的外观结构形式系统数据库,见表2。从大量家具产品外观结构形式数据库中调取所需的外观匹配结构形式,并结合研发需求对外观结构的外形以及连接方式进行重组、修改和评测,通过模拟仿真系统形成数字模型。其次建立家具结构工程数据库,见表3,从结构工程技术上归纳已有家具结构连接的具体节点解决方案,从而进一步指导造型、结构形式方案的二次修订。最后通过有限元模拟分析软件,对家具数字模型进行局部和整体的模拟静力学与动力学分析,发现家具结构最易破损的地方,通过调整结构连接匹配参数,优化结构零部件的尺寸规格和外观形式,针对性地对家具结构的形式和装配方式进行创新和优化设计[9]。结合有限元软件的模拟分析结构以及结构工艺性能的评价模型,对已有的结构方案进行初步的细节尺寸优化,得到最终模型。通过模型的制作与实体模型的打样,完成实体结构方案的评价,补充和修正概念设计阶段和细节设计阶段的方案问题,从而完成设计的修改,最终形成确定的结构方案,完成整个家具结构设计的流程。
4.3基于互联网技术的家具结构创新设计
人类社会已经进入一个网络和数字技术为代表的大数据时代。产品设计模式也由传统的设计师与企业主导、消费者体验的这种自上而下的方式,向设计师和用户共同设计的互动体验民主化设计转变。互联网技术为这种社会化的设计提供了一个开放的信息互动平台。设计师的角色由原来的设计参与者、推广者,转变为社会化设计的组织者和开放设计信息平台的维护者。Quirky是美国的一个创意产品社区与电子商务网站,利用众包方式,让社区参与产品开发的整个过程,包括提交创意、评审团审核、估值、开发、预售、生产、销售等多个流程。创意人变成发明人最后成为受益者。整个产品研发过程中,传统结构设计的一些问题在Quirky网站上被分解为几个阶段完成。创意提交阶段:创意提供者将概念图、草绘图(非专业人士)、效果图、结构装配图、生产工艺图(专业人士)等所有图纸上传至社区开放平台,社区用户可以通过客户端,下载PDF格式或者CAD原图进行修改,或者直接提出修改意见和建议。修改后的图纸方案亦可重新上传,反复修改、润色。专家评审阶段:Quirky产品专家团队涉及产品设计、材料、心理学、工业制造、广告等多个产品研发领域,因此专家对结构设计的合理性可以从结构外观评价、结构质量控制、结构成本控制、结构稳定性、结构强度、结构工艺性等多重角度综合考虑,最后通过和社区25万会员中的参与者的头脑风暴和民主协商的方式,确定合理的家具结构形式与家具结构节点技术。创意实现阶段:结构设计从概念设计阶段到最终的方案确定,需要经过模型试制和检测环节。通过3D打印技术结合实际打样的1∶1模型,对家具结构连接的实现性进行检验,对家具结构的强度和稳定性进行测试与实验,发现问题及时反馈到专家团队,进行方案的修改。
5结语
设计教育不能局限于知识的认知过程,而是要在课程体系中全面培养学生对设计定位的敏锐感知力、设计分析的洞察力和设计解决的创造力。教育不但要教会学生认识“What”,更要教会学生认识到“How”和“Why”,积极寻求思维转化途径、提升综合思维能力。
二、教学方法创新目标
1.关注材料与工艺的选择与运用
材料是家具陈设设计的物质基础,而工艺是家具陈设设计的方法基础,制作模型的过程需要学生实践家具的成型工艺以及形态、材质、空间对于家具设计的影响。许多学生在制作过程中体会到了不同材料的性能和构造方法,从而不断总结经验,结合家具的结构特性,在设计过程中避免了出现违背材料特性的结构形式;学习掌握常用家具施工机具的使用方法和注意事项,理解家具构造中各层结构的连接、嵌缝、饰面的工艺,了解家具施工构造,即“结构+基层+面层”的设计原则和内容。
2.关注家具尺度之于人体工程学和经济考量的运用
家具陈设设计不是单纯的“机械设计”,而是以人为本的“生命设计”,仅仅依靠书本上关于人体工程学的尺度数据,学生无法直观、有效地以科学的观点做设计。因此,在家具实践制作过程中,应当引导学生了解常用材料的规格,并学会计算和下料;同时,利用等大实物模型可以随时切身感受家具的尺寸和使用功能,并按需调整其尺寸使之舒适、耐用。
3.关注团队合作及沟通能力的培养
良好的团队协作精神及沟通能力是设计师的基本技能,在课程中引入团队学习的方法可以让学生提前演练自我发展能力和专业表达能力。团队成员之间在方案选择与优化、材料选择与购买、工艺操作与选择上都会有不同层次的沟通与交流,学生走上工作岗位后也会实时与同事、业主、工人、供应商等沟通交流,通过教学上的实战可以提高学生的协作能力和沟通技巧。在教学过程中,教师要重视塑造学生积极的动手能力、分析能力和创造能力,使其养成良好的学习习惯和严谨的工作作风,不仅仅要学会课本知识,更要学会做人和做事。