论工业设计专业学习产品结构设计的重要性

赵曦

摘 要：日常工作中，总能听到结构设计师抱怨工业设计师天马行空，不考虑产品结构约束性，做一些不能实现的外观造型；也能听到工业设计师鄙视结构设计师呆板，不知变通实现产品造型上的美学特征。笔者认为，二者不能相对立的表现为割裂关系。在不同大小类型的项目设计任务中，二者所占比重会随着所处设计环境和节点而不同。不管结构设计还是工业设计，其最终目的都是为了能把整个产品的设计做到极致，无论功能、结构或外观效果呈现上，都能给使用者带来良好的用户体验。

关键词：设计；结构设计；产品设计；工业设计

工业设计包含内容广泛，从外观造型设计概念图产生，到结构模具设计，手板成型及后期产品工艺处理等，都是工业设计涉及的范畴。在一个产品研发周期内，究竟是产品结构设计重要还是外观设计重要，一直是结构设计师和工业设计师辩论的重点。

工业设计：产品设计者必须要以满足消费者的心理审美需求为前提，否则会影响消费者的购买欲望；从产品研发流程中可以看到，结构设计在产品外观造型设计之后，设计者只需满足产品外观审美即可。结构设计：要求高于外观设计，产品结构设计的合理性和规范性会直接决定此产品是否可以投入生产和使用；结构设计中以毫米为单位（并且都是保留小数点后两位）可见其精确性，一个小数点错误可能会导致生产的产品厚度增加（或减薄），从而导致产品不能契合（或者硬度不够无法使用）；结构设计在不受外观造型影响的情况下，需要多维度展现产品细节和功能特征，通过结构的优化设计从产品的材料和工艺上实现低成本、高质量。

笔者认为，不应该将工业设计和结构设计摆在排斥对立面，工业设计与结构设计之间不能错误理解为割裂关系，无论多么优秀的产品，必然是团队合作的结晶。如果工业设计师具有一定的产品结构设计知识，不仅有利于工业设计师和产品结构设计师之间的沟通，而且能优化工业设计师的技能，使产品设计更具可行性和实现性。

1 工业设计专业为何要学习产品结构设计

讨论到工业設计，一些机械设计（工业设计）专业的学生会特意说明自己非艺术类工业设计，以表明其在产品设计上的逻辑结构能力优于艺术类学生，而艺术类工业设计专业的学生则强调自己的艺术性，以突出在产品设计造型上的审美优势。实际上，产品结构设计和工业设计都不应该只做分内事，产品结构设计师需要外观细节处理能力，不能照本宣科的做结构，而工业设计师也必须要了解基础的结构形式和工艺，尤其是某些结构和特殊工艺对造型的限制，否则设计出来的作品只能纸上谈兵，无法成为真正的商品。

1.1 市场对未来工业设计师的要求

结构设计注重产品的材料、功能及可实现性，而工业设计注重外观效果，在设计工作中想要完全区分外观与结构，中小型公司是很难实现的。这些年针对工业设计上外观和结构之间表面对立关系，衍生出了CMF（色彩、材料、工艺）设计师职位，其主要职责为判断产品外观效果的准确性，是工业设计师和结构设计师之间的沟通桥梁，CMF设计师既能最大化实现ID设计师的外观审美要求，又能保证结构实现的可行性。目前在手机、家电、汽车行业等一些大型企业，基本都有自己的CMF设计团队，人员3～5个不等，10个以上CMF设计师的团队不多，但是能够构建CMF设计师团队的毕竟是一些大型企业，中国大部分中小型企业是少有意识和能力去组建。如何很好地在前期外观设计时考虑结构的可行性？很多小公司的工业设计师兼顾设计和结构，因此，市场就对工业设计师提出不仅有设计能力还要具备与产品结构沟通的能力。

1.2 工业设计师自身的素质需求

很多工业设计的学生毕业进入企业工作后，发现设计概念不错的作品被拒，排除产品外形设计上的设计经验不足外，另一原因是产品结构设计知识的缺失，导致设计作品在结构评估时就死于非命；或者有时一个好想法，例如产品上设计了一条很优美的弧线，等到结构设计出来时却发现完全没有感觉，原因可能是结构空间不足，弧度太大或因材料缩水性限制结构设计等等。如何避免此类事件发生呢？作为一名工业设计师不能仅仅把产品设计出来，还需要跟踪产品落地实现和关注市场反应；不只是设计产品的外部形态，还要有材料、形体构成、人机交互等方面的知识积累，只有预先考虑产品结构，才能增强产品设计实现的可能性，这就对工业设计师自身能力素养提出了新要求。

2 工业设计与产品结构设计关系认知

实际上工业设计和产品结构设计之间有着紧密关系，固定的结构功能和人机因素对造型有制约作用，但是也可在范围内调节结构布局，形成新的比例结构而实现不同的视觉美感。

2.1 设计上明显的区别特征

从产品开发流程上看，二者是新产品开发过程中的两个环节；从工作性能看，工业设计决定产品的外在审美，结构设计决定产品内在的质量优劣；从设计手段上看，工业设计常用PS、AI、3D等设计软件模拟产品，结构设计常用CAD、PROE、UG、CATIA、SOLIDWORK等设计软件分解产品细节。

2.2 设计流程上承接关系

从产品开发流程上看，工业设计在前产品结构设计在后，二者存在先后承接关系；从工作性能上看，二者的紧密合作才能使最终的产品表里如一；从设计手段上看，当下的工业设计师已开始使用PROE、UG、CATIA、SOLIDWORK等软件做工业设计，与结构设计采用一致的接口，使结构设计可以在3D表面基础上，轻松设计与之对应的结构，更好地完成产品设计工作。

2.3 互相影响

一是内部基本结构对外形的影响，产品设计原理和技术要素影响内部结构，而内部结构是外部形态的骨骼，外部形态是内部结构的衣服，这种关系会由于工作原理的变化影响内部结构的变化，从而延伸到产品外形上的变化。如以功能结构为首要元素的探测仪器设计。二是外观形态对结构设计的影响，为了能够较高还原工业设计师的实际预想，外观造型影响着结构分件和组装，如果在造型阶段合理考虑结构设计，可以避免后期加工和工艺影响，使外部形态更接近和实现工业设计师的创意效果。

3 工业设计需要学习的产品结构设计基础知识

在产品研发过程中，如果工业设计师进行外观设计时，参照产品1∶1的尺寸设计，是可以将后期与产品结构衔接的问题点降到最低，但是并非所有的产品在研发初期就有一个完全固定的尺寸可以指定。或者是在设计初期产品结构能够参与评估，如果不能实现就修正外观，或者调整内部结构件布局，最大化的平衡产品外观和结构之间的冲突。

当然，工业设计师也没有必要完全像产品结构去思考问题：空间是否能够满足，壁厚是否留足，拆卸组装是否方便，模具是否能够实现等等，笔者认为，工业设计师主要了解产品结构的材料、工艺基础，就可在产品的设计过程中预见性的避免结构问题。

3.1 材料

塑料、玻璃、钢、混凝土、瓷器等是构成产品的物质材料，是工业设计创意落地实现的载体。材料物性决定其塑造能力，不同材料在硬度、韧性及可塑性方面都有差异，不同的结构形式和搭配组合都能使其在设计上产生差异化效果。材料功能和特性都是影响产品设计的因素，设计过程中对材料及加工工艺的合理利用才能创造出美感与功能和谐统一的产品。

产品设计上，材料与外形相辅相成，如骨与肉；材料选取是设计方案实现的保证，合适的材料能完美诠释外形美感。如果工业设计师具有一定的材料知识，了解和理解材料各种性能，就能合理利用材料的机械性能，打造自己满意的设计形态；比如能在设计中避免造型与材料物性之间的结构冲突，准确选取材料和应用制造，合理传达造型所要表达的设计情感因素：实用的、极简的、舒适的、健康的、安全的等等。比如突破材料常规的应用方式，利用材料固有的物性做造型，比如运用不同材料特性搭配，产生新的创意设计等等。很多优秀的创意作品，往往是对材料物性完美应用的结果，如Philippe Starck以聚乙烯旋转模塑成型制造的泡泡俱乐部沙发；墨西哥设计师Hector Leon用水泥和木材设计的混搭边桌。

3.2 工艺

工艺是为了保证产品符合工业设计要求，利用机械加工的方法，塑造产品毛坯形状、尺寸等使其成为合格产品的过程。是在基材表面人工形成与基材物性不同的工艺方法，其目标可满足产品的耐腐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求，完善产品表面硬度和外观等。随着现代技术的不断发展，表面处理工艺已经非常丰富，能够满足产品设计的多样化。

以塑胶产品表面工艺为例，一类是通过模具表面加工处理，如化学腐蚀、激光镭雕等改变模具表面形态得到所需的纹理图案外观，包括常见的抛光、火花纹、化学蚀纹、拉丝纹、图案等；一类是对塑胶产品素材进行后期处理，常用方式有喷漆、丝印、烫金、电镀等。

金属材质常用的表面处理方式有机械打磨、化学处理、表面热处理、喷涂表面等，这些处理方式不仅可保护产品外观，防止生锈，延长使用寿命外，还可以美化产品表面。比如苹果专业级电脑Mac Pro一次成型的圆筒铝金属机箱，其表面呈现玻璃感的晶莹剔透，实际上是金属铝冲压而成，经过酸洗、切削、抛光、激光切割等多道表面处理工序。

4 結语

工业设计师在产品设计流程中，利用合理、科学的产品结构设计基础知识，能创造更完美的产品。首先，工业设计师在进行产品设计时，已经基于3D结构设计基础上，甚至将2D设计转化为3D，有利于设计交流。其次，作为工业设计师，能够了解产品结构设计和后期工艺基础知识，在设计过程中就预先考虑进各种材料和工艺的差异，将会减少后期结构开发过程中不必要影响。因此，作为工业设计专业学习产品结构设计是很有必要而且有意义的。

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