论文部分内容阅读
摘要：介绍了仿生设计的概念；指出了仿生设计在产品设计中的重要作用；提出了仿生设计详细的方法流程；通过研究仿生设计的具体方法流程，为产品设计提供了新的思路和借鉴手法，帮助设计师从大自然中寻求灵感，快速地开发出创新的、实用的和具有差异化的产品，有效的提高产品的趣味性、内在价值及其市场竞争力。
关键词：自然；仿生方法；产品设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2014）09-0129-02
大自然中有着极为丰富的生物形态、结构、生理反应以及各种生物生命活动现象，人类在漫长的生活实践中，从这些生物中受到了极大的启发，获得了极为宝贵的经验，创造出许多惊人的设计[1]。设计师不断从大自然中寻找灵感来帮助自己设计出更优秀的产品已经成为了产品设计的一个重要方向──仿生设计。
一、仿生设计
仿生设计是在仿生学和设计学的基础上发展起来的新兴边缘学科。仿生设计是人们基于自然生命的外在形态与内在功能的基础上进行的创新性模仿过程。仿生并非是完全的模仿自然生物特征，而是运用仿生学的原理对自然生物及其他物质形态进行分析、研究，参照目标形态的特征，启发自我的创新力从而进行再创造的造型方法。以自然界的生物特征为创意原点，通过研究发现它们好的功能、色彩、形态及结构等特征，从而借用其好的特征以应用于产品设计的活动。
二、产品设计中运用仿生设计的重要性
科学家和设计师总是从自然界获得灵感和智慧。不同世纪的两位大师达芬奇和路易吉科拉尼曾说：“人类的灵性将会创设出多样的发明来， 但是它并不能使得这些发明更美妙、更简洁、更明朗， 因为自然的物产都是恰到好处的”。“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中[2]。”
现在科学技术日新月异的发展正在逐渐改变人类生活的方方面面。在高科技的社会里，人们开始追寻传统的、自然的产品元素，设计师也开始将目光投向自然，从自然中汲取灵感，从自然中寻求设计素材。在众多高科技产品充斥着人们生活的同时，更需要自然的元素来平衡人们对产品的情感。
仿生设计作为产品设计中最新鲜、最具活力的设计创新方法，是设计回归自然、追求人性化的表现。仿生设计已经成为了连接设计与自然的桥梁和纽带，是产品设计发展的一个重要方向。在产品设计过程中，利用仿生学的相关方法去研究自然，为设计提供新的方法和途径，同时也丰富了产品设计的创意空间，更好地践行了“崇尚自然”的设计理念。
三、仿生设计的具体方法
仿生设计法， 是在设计方法学研究的基础上结合仿生学原理而形成的一种设计方法， 是仿生学在设计方法学方面的延续和发展。仿生设计法， 是指在设计过程中，有选择地应用自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等特征原理进行设计的方法，同时结合仿生学的研究成果， 为设计提供新课题、新原理和解决问题的新途径[3]。
在仿生设计过程中，设计师必须采用一系列正确的方式和方法来解决不同的复杂生物形式向产品设计转换的问题。自然界的有机生物有着多种复杂的结构形式，如何对其结构进行合理的简化，并转化为产品结构形式，是仿生设计的一个关键性的问题。另外，设计人员在获得可用于设计的生物特征之前，他们需要从一大堆有机形式和结构中分析提取出关键的生物特征，同时需要将复杂的有机结构简化成产品特征，使之能够满足现有的人造材料和制造工艺[4]。这一个过程的转化是非常复杂的，但是设计师可以依据科学的仿生设计方法来帮助自己洞悉前期的转化过程，使自己更迅速准确的从自然中发掘灵感，设计出创新性产品。
仿生设计研究方法：
1.样本选择。
对研究样本的选择从研究所存在的问题开始，当发现现有产品所存在的形态、功能或结构等问题不能满足于使用者时，设计师有必要对此存在的问题进行深入研究。在设计之初就应该意识到所有可能潜在的问题。通过对问题进行充分的细化分析（可能导致偏差的各种因素以及解决方案存在的必要性）能够使我们很好地理解实际情况，之后我们就可以设立解决问题方案并完成计划。通过这一系列操作，仿生学可以作为我们完成新产品的工具。
从本质上解决问题的方法可以分为两种：一种是筛选已知问题的最佳方案，另一种是通过对未知解决方案的观察来相关性地找到解决问题的办法。显然我们的研究需采取第二种方法。
问题的准备：解决问题首先要做的就是列举出所有的可能性的解决方案，也就是说当问题被简明地细化后，设计师们事实上可以通过找到样本来满足自己的创意的。
样本：要选择并强调样品的相关特性。
信息源：为研究提供必要性基础（样本的深入性研究）。信息的获取一般通过文献检索或通过相关领域专业人员进行技术支持。
2.收集样本。
实地工作：研究中的实际操作阶段，本质上就是寻找样本。研究者必须对样本习性有较为良好地认知，需要收集样本的设备：包括不同尺寸的带盖瓶，镊子等。如果工作涉及昆虫还需要有80%的酒精以避免真菌和污染物。如果涉及植物收集，需要干燥处理。在收集过程中，我们要尽所能保持样本的完整性以避免损害样本对研究产生负面影响。
样本认证：在收集最后，进行样品认证是很必要的步骤。我们可从专业人员那里获取帮助并标记好所收集的样品。
3.制备样本。
样本切片：样本认证后需要用手术刀对样本进行切片处理。精度要尽可能高，尤其当处理小型样本时，这一过程需要耐心谨慎。处理样本时要戴手套，照明充足也是一项必要条件。
草图：样本分析后要对选择部分进行草图绘制。
准备断株：用扫描型电子显微镜来分析支撑样本的断株，其表面要保持清洁，可以用400规格砂纸轻度打磨来避免毛刺对样本表面的损害。样本用银漆和无机碳胶带固定，并同时标注位置编号防止混淆。SEM观察是一项很耗时的工作，首先要对样本进行镀金处理使样品导电以便进行观察。金属处理后要将样品与容器挨紧处理以免灰尘污染。 4. 观察样本。
在这一阶段，对生态系统的调查将会被看做是对原型样本的研究。
需要观察的类目：结构，球颗粒，细胞，器官，物理部件。
结构和微观形态：组织的组成部分，同物种和不同物种个体的社会组织。生态系统内不同植物体的结构和功能关系。
功能和进程：系统生理学，包括不同水平下的调节机理。
时间分配：包括物种和个体间的改变
空间分配：动物地理学，植物地理学
环境相关联系：样本与环境的相互影响
分类：分类学，生态系统分类
为了完成对生态系统进行详尽的描述，观察可以分为以下阶段：裸眼观察，放大镜观察，光学显微镜观察，扫描电镜分析
5.参数化。
所获得图像通过计算机处理可以获得相关数据。主要元素的结构草图可能会通过数据使得设计者根据已有的信息萌生创意。在此阶段，所得信息通过参数化方法被转化成另一种技术语言。
6.自然系统和产品间的类比。
人们通过对自然界进行研究发现了解决问题的特点从本质上就是仿生学，比如阻抗，稳定性，粘附等等。人们通过对功能，形态学以及结构方面的研究为项目的进行提供了指导性的帮助，而不仅仅是简单的复制这种方式。由于具有足够数量的样本我们便可以对研究样本和所设计的产品和创意构思进行类比性研究。然而在此之前很有必要去深入理解其功能性，形态和结构来分析自然元素以评估它的应用可行性。
7.项目应用。
当项目分析可行后，生物的功能，形态和结构可以被应用到产品中去。这时，我们要进一步研究如何让生物的功能，形态和结构与产品的需求完美适配。在这一阶段，可采用反馈分析来实现功能性分析。采用仿生方法学研究产品概念时，会体现出高效实用的优势，众所周知的已经市场化的Velcro（魔术贴）就是通过仿生学研究的最好例证[5]。
8.流程图。
图2 基于仿生学研究的产品开发方法
仿生设计的研究方法为产品设计提供了新的思想、新的原理、新的途经和新的方法，特别是现代仿生设计学其研究范围更广泛，研究的内容更丰富[6]。该方法应用在产品开发过程中，有效的帮助设计师避免一些不必要的弯路，提高了设计效率，更为重要的是它有助于设计师顺着一个正确的思路设计出功能性、情趣性和创新性的仿生产品。
四、结论
仿生设计作为产品设计的一种重要设计方法，其地位是不可替代的。仿生设计思维是设计师在设计过程中的创性设计意识，它能将设计师思维扩展开来，从更多层面上思考问题，无论人类社会发展到任何时期，自然生物始终是人类生存和发展的依附，生活环境中的仿生设计也会左右着人类生存的品质。这种设计思维可以帮助设计师充分发挥想象力，对产品设计开发研究有着积极的作用。
同时，仿生设计的研究方法建立在有利于产品开发生产的有序的工作逻辑之中，能够为设计师提供一种准确的、便捷的、实用的，能直接应用于开展新产品仿生研究的方法。对于仿生产品越来越被追捧的今天，仿生设计的研究方法对于设计师而言无疑是另一个好的选择。
参考文献：
[1]Nina Louise Volstad and Casper Boks. On the use of Biomimicry as a Useful Tool for the Industrial Designer [J]Sustainable Development.Sust. Dev. 20， 189–199 （2012）。
[2]周伯军.工业设计中的仿生设计与应用[J].佛山科学技术学院，2008。
[3]田保珍.仿生设计方法探析[J].太原科技大学，2008。
[4]Hsi-Chi Hsiao；Wen-Chih Chou.Using biomimetic design in a product design course [J] World Transactions on Engineering and Technology Education. Vol.6， No.1， 2007。
[5]Wilson Kindlein Junior， Andr_ea Seadi Guanabara.Methodology for product design based on the study of bionics [J] Materials and Design 26 （2005） 149–155。
[6]DENIS A. COELHO， CARLOS A. M. VERSOS. An approach to validation of technological industrial design concepts with a bionic character [J] Recent Researches in Business Administration， Finance and Product Management，2010。
[7]谢大康.仿生设计在产品开发中的应用[J].艺术设计，2003。
[8]陈为. 产品形态中的仿生设计及其应用[J].包装工程PACKAGING ENGINEERING， Vol.31 No.8 2010.04。
[9]姜娜， 杨君顺.仿生在产品造型设计中的应用[J].包装工程PACKAGING ENGINEERING Vo.l27 No.6 2006.12。
作者简介：
胡勇（1991.04-），男，籍贯：湖南，院校：北京服装学院，学位：硕士，研究方向：产品设计。
关键词：自然；仿生方法；产品设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2014）09-0129-02
大自然中有着极为丰富的生物形态、结构、生理反应以及各种生物生命活动现象，人类在漫长的生活实践中，从这些生物中受到了极大的启发，获得了极为宝贵的经验，创造出许多惊人的设计[1]。设计师不断从大自然中寻找灵感来帮助自己设计出更优秀的产品已经成为了产品设计的一个重要方向──仿生设计。
一、仿生设计
仿生设计是在仿生学和设计学的基础上发展起来的新兴边缘学科。仿生设计是人们基于自然生命的外在形态与内在功能的基础上进行的创新性模仿过程。仿生并非是完全的模仿自然生物特征，而是运用仿生学的原理对自然生物及其他物质形态进行分析、研究，参照目标形态的特征，启发自我的创新力从而进行再创造的造型方法。以自然界的生物特征为创意原点，通过研究发现它们好的功能、色彩、形态及结构等特征，从而借用其好的特征以应用于产品设计的活动。
二、产品设计中运用仿生设计的重要性
科学家和设计师总是从自然界获得灵感和智慧。不同世纪的两位大师达芬奇和路易吉科拉尼曾说：“人类的灵性将会创设出多样的发明来， 但是它并不能使得这些发明更美妙、更简洁、更明朗， 因为自然的物产都是恰到好处的”。“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中[2]。”
现在科学技术日新月异的发展正在逐渐改变人类生活的方方面面。在高科技的社会里，人们开始追寻传统的、自然的产品元素，设计师也开始将目光投向自然，从自然中汲取灵感，从自然中寻求设计素材。在众多高科技产品充斥着人们生活的同时，更需要自然的元素来平衡人们对产品的情感。
仿生设计作为产品设计中最新鲜、最具活力的设计创新方法，是设计回归自然、追求人性化的表现。仿生设计已经成为了连接设计与自然的桥梁和纽带，是产品设计发展的一个重要方向。在产品设计过程中，利用仿生学的相关方法去研究自然，为设计提供新的方法和途径，同时也丰富了产品设计的创意空间，更好地践行了“崇尚自然”的设计理念。
三、仿生设计的具体方法
仿生设计法， 是在设计方法学研究的基础上结合仿生学原理而形成的一种设计方法， 是仿生学在设计方法学方面的延续和发展。仿生设计法， 是指在设计过程中，有选择地应用自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等特征原理进行设计的方法，同时结合仿生学的研究成果， 为设计提供新课题、新原理和解决问题的新途径[3]。
在仿生设计过程中，设计师必须采用一系列正确的方式和方法来解决不同的复杂生物形式向产品设计转换的问题。自然界的有机生物有着多种复杂的结构形式，如何对其结构进行合理的简化，并转化为产品结构形式，是仿生设计的一个关键性的问题。另外，设计人员在获得可用于设计的生物特征之前，他们需要从一大堆有机形式和结构中分析提取出关键的生物特征，同时需要将复杂的有机结构简化成产品特征，使之能够满足现有的人造材料和制造工艺[4]。这一个过程的转化是非常复杂的，但是设计师可以依据科学的仿生设计方法来帮助自己洞悉前期的转化过程，使自己更迅速准确的从自然中发掘灵感，设计出创新性产品。
仿生设计研究方法：
1.样本选择。
对研究样本的选择从研究所存在的问题开始，当发现现有产品所存在的形态、功能或结构等问题不能满足于使用者时，设计师有必要对此存在的问题进行深入研究。在设计之初就应该意识到所有可能潜在的问题。通过对问题进行充分的细化分析（可能导致偏差的各种因素以及解决方案存在的必要性）能够使我们很好地理解实际情况，之后我们就可以设立解决问题方案并完成计划。通过这一系列操作，仿生学可以作为我们完成新产品的工具。
从本质上解决问题的方法可以分为两种：一种是筛选已知问题的最佳方案，另一种是通过对未知解决方案的观察来相关性地找到解决问题的办法。显然我们的研究需采取第二种方法。
问题的准备：解决问题首先要做的就是列举出所有的可能性的解决方案，也就是说当问题被简明地细化后，设计师们事实上可以通过找到样本来满足自己的创意的。
样本：要选择并强调样品的相关特性。
信息源：为研究提供必要性基础（样本的深入性研究）。信息的获取一般通过文献检索或通过相关领域专业人员进行技术支持。
2.收集样本。
实地工作：研究中的实际操作阶段，本质上就是寻找样本。研究者必须对样本习性有较为良好地认知，需要收集样本的设备：包括不同尺寸的带盖瓶，镊子等。如果工作涉及昆虫还需要有80%的酒精以避免真菌和污染物。如果涉及植物收集，需要干燥处理。在收集过程中，我们要尽所能保持样本的完整性以避免损害样本对研究产生负面影响。
样本认证：在收集最后，进行样品认证是很必要的步骤。我们可从专业人员那里获取帮助并标记好所收集的样品。
3.制备样本。
样本切片：样本认证后需要用手术刀对样本进行切片处理。精度要尽可能高，尤其当处理小型样本时，这一过程需要耐心谨慎。处理样本时要戴手套，照明充足也是一项必要条件。
草图：样本分析后要对选择部分进行草图绘制。
准备断株：用扫描型电子显微镜来分析支撑样本的断株，其表面要保持清洁，可以用400规格砂纸轻度打磨来避免毛刺对样本表面的损害。样本用银漆和无机碳胶带固定，并同时标注位置编号防止混淆。SEM观察是一项很耗时的工作，首先要对样本进行镀金处理使样品导电以便进行观察。金属处理后要将样品与容器挨紧处理以免灰尘污染。 4. 观察样本。
在这一阶段，对生态系统的调查将会被看做是对原型样本的研究。
需要观察的类目：结构，球颗粒，细胞，器官，物理部件。
结构和微观形态：组织的组成部分，同物种和不同物种个体的社会组织。生态系统内不同植物体的结构和功能关系。
功能和进程：系统生理学，包括不同水平下的调节机理。
时间分配：包括物种和个体间的改变
空间分配：动物地理学，植物地理学
环境相关联系：样本与环境的相互影响
分类：分类学，生态系统分类
为了完成对生态系统进行详尽的描述，观察可以分为以下阶段：裸眼观察，放大镜观察，光学显微镜观察，扫描电镜分析
5.参数化。
所获得图像通过计算机处理可以获得相关数据。主要元素的结构草图可能会通过数据使得设计者根据已有的信息萌生创意。在此阶段，所得信息通过参数化方法被转化成另一种技术语言。
6.自然系统和产品间的类比。
人们通过对自然界进行研究发现了解决问题的特点从本质上就是仿生学，比如阻抗，稳定性，粘附等等。人们通过对功能，形态学以及结构方面的研究为项目的进行提供了指导性的帮助，而不仅仅是简单的复制这种方式。由于具有足够数量的样本我们便可以对研究样本和所设计的产品和创意构思进行类比性研究。然而在此之前很有必要去深入理解其功能性，形态和结构来分析自然元素以评估它的应用可行性。
7.项目应用。
当项目分析可行后，生物的功能，形态和结构可以被应用到产品中去。这时，我们要进一步研究如何让生物的功能，形态和结构与产品的需求完美适配。在这一阶段，可采用反馈分析来实现功能性分析。采用仿生方法学研究产品概念时，会体现出高效实用的优势，众所周知的已经市场化的Velcro（魔术贴）就是通过仿生学研究的最好例证[5]。
8.流程图。
图2 基于仿生学研究的产品开发方法
仿生设计的研究方法为产品设计提供了新的思想、新的原理、新的途经和新的方法，特别是现代仿生设计学其研究范围更广泛，研究的内容更丰富[6]。该方法应用在产品开发过程中，有效的帮助设计师避免一些不必要的弯路，提高了设计效率，更为重要的是它有助于设计师顺着一个正确的思路设计出功能性、情趣性和创新性的仿生产品。
四、结论
仿生设计作为产品设计的一种重要设计方法，其地位是不可替代的。仿生设计思维是设计师在设计过程中的创性设计意识，它能将设计师思维扩展开来，从更多层面上思考问题，无论人类社会发展到任何时期，自然生物始终是人类生存和发展的依附，生活环境中的仿生设计也会左右着人类生存的品质。这种设计思维可以帮助设计师充分发挥想象力，对产品设计开发研究有着积极的作用。
同时，仿生设计的研究方法建立在有利于产品开发生产的有序的工作逻辑之中，能够为设计师提供一种准确的、便捷的、实用的，能直接应用于开展新产品仿生研究的方法。对于仿生产品越来越被追捧的今天，仿生设计的研究方法对于设计师而言无疑是另一个好的选择。
参考文献：
[1]Nina Louise Volstad and Casper Boks. On the use of Biomimicry as a Useful Tool for the Industrial Designer [J]Sustainable Development.Sust. Dev. 20， 189–199 （2012）。
[2]周伯军.工业设计中的仿生设计与应用[J].佛山科学技术学院，2008。
[3]田保珍.仿生设计方法探析[J].太原科技大学，2008。
[4]Hsi-Chi Hsiao；Wen-Chih Chou.Using biomimetic design in a product design course [J] World Transactions on Engineering and Technology Education. Vol.6， No.1， 2007。
[5]Wilson Kindlein Junior， Andr_ea Seadi Guanabara.Methodology for product design based on the study of bionics [J] Materials and Design 26 （2005） 149–155。
[6]DENIS A. COELHO， CARLOS A. M. VERSOS. An approach to validation of technological industrial design concepts with a bionic character [J] Recent Researches in Business Administration， Finance and Product Management，2010。
[7]谢大康.仿生设计在产品开发中的应用[J].艺术设计，2003。
[8]陈为. 产品形态中的仿生设计及其应用[J].包装工程PACKAGING ENGINEERING， Vol.31 No.8 2010.04。
[9]姜娜， 杨君顺.仿生在产品造型设计中的应用[J].包装工程PACKAGING ENGINEERING Vo.l27 No.6 2006.12。
作者简介：
胡勇（1991.04-），男，籍贯：湖南，院校：北京服装学院，学位：硕士，研究方向：产品设计。