科学技术对产品设计的影响

从设计产生的时候起，科学技术就一直是影响设计的一个重要因素。现代科学技术对设计的渗透和影响更加深入和广泛，表现出如下几个方面：

第一，表现在现代科学技术为产品设计提供了新的物质技术手段，新材料、新工艺层出不穷，促使新的具有智能、特殊产品的产生。

第二，表现在现代科学技术为产品创造了前所未有的文化环境和传播手段，为产品设计提供了更广阔的天地。

第三，表现在艺术与技术、美学与科学的相互结合与相互渗透，对人类生活产生了深刻影响，也促进了科学技术与产品设计的发展。

第四，表现在科学领域的重大发现对设计观念和美学观念产生了巨大而深刻的影响，例如系统论、控制论、信息论、模糊数学等观点和方法已经被运用到产品设计研究之中，成为某些产品设计理论和产品设计评价的观点和方法；人机工程学的理论为人性化设计提供了理论依据和指导；信息技术、网络技术和数字化相结合产生了虚拟现实技术，虚拟现实技术使得用户可以参与产品的设计，虚拟现实技术的应用大大缩短了新产品的开发时间，并降低了产品开发的成本。

2009年的最佳产品设计都是高科技产品。以往有将近1000万得慢性阻塞性肺病的美国人靠药物或干咳以促使呼吸冲破堵塞肺部的痰黏块，一种新型的医用声学肺笛（图3.10）能将积聚在肺部的痰黏块吸出，只需要吹15～20口气即可。朝这根管乐器吹气将持续的16赫兹颤动传导到吹气人的肺部，松动积聚在肺部的痰黏块，以将其咳出。这根笛子还可以作为提取肺积液简易方法用于肺结核测试，在肺结核流行的发展中国家特别有用。

图3.11所示为全天候的助听器，也称为吕雷克助听器，是第一款不必手术植入就可以持续佩戴数月的助听器。黄豆大小的装置在耳道里可停留长达4个月，洗澡和睡觉时也能佩戴。它比市面上任何助听器离耳鼓都近，仅相距1/6英寸。这样它可以最大限度地在自然状态下利用外耳来捕捉声响。在话筒口，距离接近也减少了变声。佩戴者凭借一根电磁杆便可以调节音量或者开关。佩戴者只要每3～4个月到听觉学家那里更换一次即可，用时也不长。

汽车本身就是科技发展的产物，从卡尔·奔驰造出的第一辆以发动机为动力的车辆到现代的汽车，科学技术的进步都集中在车辆上。轿车已经演变成一个容纳先进技术的平台，几乎现在流行和将要流行的先进技术最终都要被轿车收罗进来，成为其中的一部分。新材料和新工艺在轿车装饰中应用及其广泛。现在，有的轿车上已经设置了计算机局域网、无线上网、还配备了电视、音响、冰箱等生活设施，轿车从代步工具演变成家和办公室的延伸。现代轿车面漆技术变化最大的有两项：一项是油漆的黏附力和硬度都有大幅度提高。随着车速的提高，轿车更加容易受到碎石和尘埃气流的袭击，漆面很易被划花。1988年，美国福特汽车公司率先在雷鸟和美洲狮轿车上采用了局部聚氨酯底层-表层涂料系统。这种涂料系统能抵抗碎石的袭击，不易划花漆面，而且油漆黏附力极强，即使轿车车身被撞瘪了，油漆也不会脱落。目前多数轿车都采用了相似的抗击底漆和面漆。另一项是用水基油漆代替溶性油漆。许多发达国家的汽车厂家已用水基油漆逐步代替溶性油漆。水基油漆含溶剂极少，不污染自然环境，而且漆面质量优于溶性油漆，显得更加光亮悦目。

图3.10　医用声学肺笛

图3.11　全天候的助听器

汽车的“心脏”——发动机技术经历了三次重大变革，即从化油器到电喷技术再到直喷技术的历程。最先是化油器供油的发动机，然后是涡轮增压和电子控制喷射发动机，增加了发动机的动力，现在是缸内直喷式发动机，不仅提高了发动机的动力，而且还可以控制供油量。缸内直喷技术其实就是将喷油嘴安置在汽缸内，喷油嘴放置在气缸内的好处就是在供油时不需要再等待气门的开启，也不会受进气阀门的开关而影响油气进入汽缸的量，且能经由计算机的判断来自由控制供油的时机和分量，至于进气阀门，则只单纯提供空气进入的时程。缸内直喷引擎在中低转速节气门半开状态，空气由进气阀门进入气缸，由于采用缸直喷技术的引擎活塞顶部有特殊的曲面设计，会使空气进入气缸后在火星塞与活塞顶部间形成一股涡流，当压缩行程接近尾声时，高压喷油嘴会喷出少量适当的汽油来进行点燃，以充分提高引擎的燃烧效率和降低引擎运转时的油耗。汽车市场的未来“中坚力量”。TSI（涡轮增压与汽油直喷的结合）发动机成功地将来自柴油发动机的缸内直喷供油技术应用于汽油发动机，是发动机发展史上的重要里程碑。配合涡轮增压技术，TSI发动机实现了最大动力性能、最小燃油消耗和最佳清洁排放的优化结合，被称为划时代的创新技术成果，同时也代表着汽油发动机的未来发展方向。

3.3.1　产品设计材料选择与文化

产品设计的选材受到深刻的文化因素的影响。在产品设计中，材料的选择是一个非常重要的因素。材料是产品构成的物质基础，也是社会文明的标志。莫里斯·科恩在《材料科学与材料工程基础》一书中写道：“我们周围到处都是材料，它们不仅存在于我们的现实生活中，而且也扎根于我们的文化和思想领域。”事实上，材料一方面成为造物的物质基础和构成物品的基本内容，另一方面也成为人们实现自己目的和理想的中介物、对象物，而与人形成一种密切的联系。材料的选择是产品设计是否成功的决定因素之一。由于新材料和新工艺的层出不穷，使得产品设计的材料的选择范围不断扩大，材料的选择要考虑材料的物理、化学特性等内部因素，还要考虑经济、工艺、安全和环境等外部因素，产品设计选材的文化特性体现在以下从几个方面。

1.选择材料要体现民族文化特色

我国明代的家具之所以富有民族文化特色，很大程度上归功于红木的优良品质，明代家具的设计是中国传统文化的代表作，优质的红木成就了明代家具的结构美、造型美、材质美和装饰美（图3.12、图3.13）。红木一般都具有以下特点：木质坚硬，手感沉重，沉于水；年轮成纹丝状，波痕可见或不明显；纹理纤细，有不规则蟹爪纹；无香气或很微弱，浸水不掉色；大多数红木呈现褐红色、暗红色或深紫色，产于印度等热带地区。优质的红木能保证家具不变形、不怕虫蛀、能够保证家具连接时采用榫卯结构，不用钉子和胶水，家具表面不需要上油漆，红木本身的颜色和木纹就非常美丽。选材时，材料的种类要尽量精简，避免过多的材料堆砌，这样可以减少生产、制作成本，降低原材料的损耗。产品的表面装饰也要尽量简洁，表面的装饰材料要精练。

图3.12　靠背圈椅

图3.13　彭牙方凳

图3.14　茶壶

图3.15　调味瓶

2.选择材料要体现产品的艺术美

产品的艺术美感很大程度上依赖于材料的材质美，材料的美感体现在材料的色彩美、材料的肌理美、材料的光泽美、材料的质地美和材料的形态美。在设计中，要选择合适，将材料的上述美感融合在一起，就能使产品能够满足人们的审美需求。著名的阿勒西公司（Alessi）所设计的杯子和调味瓶就是利用材料的色彩美、肌理美、光泽美、形态美将产品的艺术美表现得淋漓尽致（图3.14、图3.15）。

3.新材料是产品设计创新的源泉

每一次新材料的出现都会给设计带来新的飞跃。设计大师密斯说：“所有的材料，不管是人工的还是自然的，都有其本身的性格，材料及构造方法不一定是最上等的，材料的价值只在于用这些材料能否制造出什么新的东西来。”20世纪60年代是高分子材料和染料工业发展的黄金时代，形成了当时人们对红、绿、黄色等流行色的狂热爱好，使人们深信美好的未来，从而改变了人们对于社会环境、生活方式和价值的观念，推动着历史的进程。如今新材料、新工艺更加广泛地应用于产品的创新，新材料和新工艺成为了产品设计创新的源泉。选材的新奇，能带来产品的创新。例如，碳纤维是一种复合材料，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能，利用碳纤维设计的概念厨房（图3.16）为当代家庭再次检验利用整个厨房空间在形式和计划上的可能性。一个厨房的构想不能仅仅依据空间，还必须从更广泛的意义上考虑，作为一个倾向于突破封闭空间的地方，这样的特征决定了能够从社会角度考虑。此款设计采用了先进的合成材料，使形式与技术创新一体化。Kevlar（凯芙拉）是由杜邦公司生产的一种高强纤维，用于防弹衣和防护服等，由其制成的防弹衣可以说是“一夫当关，万夫莫开”，而凝胶聚氨酯则在弹性和延展性上面具有独一无二的优势，两者结合制作的防弹衣既有弹性，又能防弹（图3.17）。这种产品可用于保护处于瓦斯爆炸危险之中的开矿人员，同时榴散弹和强大的压力波对于它也是无效的。LG电子在全球首先将镀铬合金技术应用在了MP3播放器上（图3.18），这种表面材料一般应用于太阳镜、化妆品盒子等时尚物品的表面，这款MP3简洁明快的造型节省了原材料，生产过程中可以轻松的组装起来，值得一提的是，明亮的外表面材料中并没有掺入有毒的防腐剂。

4.选择材料要体现极约主义的设计思想

图3.19所示的沙发是菲利浦·斯达克设计的，采用非常简约的造型，材料也较单纯，体现了极约主义的设计，减少了资源、能源的消耗，制作工艺也简单。

5.选择材料要实现绿色设计

目前，能源、资源的匮乏，无论设计什么产品，都提倡在产品设计的整个生命周期内尽量减少能源、资源的消耗，并减少对环境的污染。设计产品时，若能做到因地制宜取材是最好。由于全球气候变暖，造成阿尔卑斯山脉的雪逐年融化，严重威胁着滑雪胜地瑞士的旅游业。科学家将在瑞士中部的安德马特滑雪场展开一项惊人的工程：将一块3000平方米、相当于好几块足球场大小的超级“塑料保鲜膜”覆盖在当地的格胜冰川雪峰上，以抵抗炎炎烈日对雪山的侵蚀。这张巨型“保鲜膜”共有两层，表层为聚丙烯材料，底层则为聚酯材料，这种“保鲜膜”对阳光所含热量和紫外线的反射率要高出许多倍，在它的保护下，下面冰川融化速度将大大放慢。这种“保鲜膜”每平方米单价为20欧元，即总费用约为60000欧元，这比用稻草包裹冰雪，然后再用木棍铁棒异地拖运积雪，显然要省钱、省力得多。

产品设计选材与文化总有千丝万缕的联系，新材料、新工艺的应用总是给产品的创新提供了物质基础，社会的文明进步总是可以从产品的材料上体现出来。在物质文化和精神文化的浸润下，设计师一定能通过设计材料实现为人类造福的宗旨。

图3.16　碳纤维厨房

图3.17　防弹衣

图3.18　MP3播放器

图3.19　沙发