现代工业设计中的仿生设计综述.docx

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现代工业设计中的仿生设计综述

编号

毕业设计（论文）

题目：

现代工业设计中的仿生设计

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二〇一二年五月

摘要

21世纪是一个以科技飞速发展和情感化消费为主要特征的感性时代，在许多领域，自然界的诸多元素已作为设计借鉴的宝贵资源被加以模拟应用。

在设计领域，仿生的应用有利于提高产品的物质价值和精神价值。

仿生设计作为工业设计的潮流和趋势，已日益成为重要的产品设计方法。

工业产品设计方面，产品仿生设计能够满足消费者的情感需求，适合感情匮乏时代人们的精神需求。

论文首先介绍仿生设计的基本理论，并在此基础上，综合研究了现代仿生设计的时代背景。

其次，研究了古代、近代与现代仿生设计的特点，并列举了实例。

接着，研究并总结产品仿生设计的意义。

最后，对未来仿生设计提出展望。

关键词：

仿生设计；绿色设计；工业设计；环境

ABSTRACT

The21stcenturyismainlycharacterizedbyarapiddevelopmentoftechnologyandemotionalspendingemotionalera,inmanyareas,manyelementsofthenaturalworldasavaluableresourcefordesignreferencetosimulationapplications.Inthedesignfield,bionicapplicationtoimprovethematerialandspiritualvalues​​.Biomimeticdesignasthetrendandthetrendoftheindustrialdesignhasbecomeanincreasinglyimportantmethodofproductdesign.Industrialproductdesign,productbiomimeticdesigntomeettheemotionalneedsofconsumersforthefeelingsoflackofthespiritofthepeopleofthetimesdemand.Inthisthesis,fromtheperspectiveofthetheoryandpractice,focusingonproductsinthebiomimeticdesignoftheBionic,colorbionic,texturebionicapproach.

Thepaperfirstintroducesthebasictheoryofthebionicdesign,andonthisbasis,acomprehensivestudyofthehistoricalbackgroundofthemodernbionic.Secondly,thestudyofthecharacteristicsofancientandmodern,andmodernbionicdesign,andcitedtheinstance.Then,sumupthesignificanceofproductbionicdesign.Finally,theoutlookonthefutureofbionicdesign.

Keywords:

Biomimeticdesign;Greendesign;Industrialdesign;Environment

第1章仿生学与仿生设计概念

1.1仿生学的概念

所谓仿生学，是模仿生物系统的原理来建造技术系统的科学。

自然界的生物种群，经过上亿年的进化，为适应自然，必有其生命原动力的存在。

所有生物都具有由自然造就的必然性结构或组织内涵，在机能上不仅达到了需要、合理、科学的实用性，在形态上也具有了相当的形态完美性。

借鉴自然，可以启发人类在创作上的许多构思，仿生学应运而生。

仿生学的应用原理是对动植物的结构、形态、功能和行为的模仿或者利用从中得到的启发来解决面临的技术问题。

其突出特点是，最广泛地运用类比、模拟和模型方法。

1.2仿生设计的概念

仿生设计，一方面具有仿生的概念，另一方面其原理又构成了设计学的基础。

仿生设计学的主要知识要求包括人机工程学、美学、认知心理学以及符号理论等设计学基础知识、平面与立体的基础造型能力、设计表达能力、形象认知与设计思维知识、设计方法学、设计原理与程序等。

造型方面是这一学科关注的重点之一，所以与造型有关的认知、创造与评价的知识与能力的构建也缺一不可的。

另外仿生设计还需要自然和社会知识的支持，如材料学、心理学、仿生学、生物学、环境学、经济学、科学史等。

1.3工业产品的仿生设计

仿生设计是产品设计的一种手段，在产品设计中引入仿生方法的设计手段和设计仿生。

产品的仿生设计源于对自然生物的思考和启发。

通过对生物体的结构、功能、形态、色彩等一系列特征的提取、分析并进行模仿来取得创新设计的产品设计方法。

产品仿生设计作为一种设计手段，融合了产品设计和仿生学与仿生设计学的理论和方法。

从广义上讲，是对生物、生物本身所在的环境和生物的行为方式进行模拟和借鉴应用，但不是对功能、结构、形态、色彩等方面的单纯简单复制，而是根据产品设计的需要，有针对性的结合性使用。

从狭义上理解则是对被仿生对象的特征，包括其形态、色彩、肌理等进行模仿应用。

第2章现代仿生设计的时代背景

2.1居住环境的变化

今天，人们的居住环境正在发生巨大变化，城市拥挤的生活与糟糕的环境，使得大多数人越来越崇尚自然，追求自由、情趣、个性。

科技的进步，社会物质财富和精神财富的日趋丰富，使得产品设计成为提高人类生活质量及生活品位的一门艺术。

当今的时代是一个自然文化和感性消费盛行的时代，在这一时代背景下，仿生设计对探索现代产品设计无疑是新的发展机遇。

消费者对物品的需求也不再仅仅停留在实用功能上，其不仅要求物品具有显示消费者身份的独特个性、同时还能体现环境保护意识的美德。

在这样的时代下，人们思想也改变了，大家都希望生活在一个安全、健康、舒适的环境里。

人们自身及环境问题成为现在关注的焦点。

随着环境的破坏、资源的浪费，普通的消费者也已经意识到了环境保护的重要性，它们己经自觉的消费那些不会对环境有害的人造物。

2.2消费习惯带来心理学的变化

随着社会和科学技术的快速发展，人们的生活习惯、生活质量和消费模式都发生了显著变化。

与人们生活水平的显著提高相适应，消费观念已经从原来的物质消费发展到现在的感官消费，人们在购物时更多地考虑其象征寓意，可见我们进入了感性消费时代，心理发生了极大的变化。

感性消费之所以出现是有原因的。

一方面，当今社会高新技术的飞速发展，使的商品之间的差异越来越小。

现在的消费者对心理的满足越来越重视，产品要想赢得市场，就应该改变其外在形态、色彩等方面因素来增加产品的精神附加值，满足消费者的心理需求。

另一方面，人类社会的进步和经济的快速发展促进了感性消费的出现，它是比物质性消费更高的阶段。

物质消费是指人们购买商品主要关注其内在的功能、质量，而感性消费主要注重情感、心理的需求，期望能通过消费品体现人的不同品位和气质。

如香水包装就成为现代人们展现独特品位的重要形式。

可以说感性消费是以物质性消费为基础的一种复杂消费形式。

2.3生活方式的改变

当今的信息时代，人们的生活方式在发生改变，对于产品设计的要求不同于过去，不只是注重功能的完善，还要追求清新、淳朴，返璞归真的个性设计。

产品自身的造型设计也不利外，通过对产品工业设计的研究，我们可以从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行更深意义和层次上的仿生设计，使我们的产品造型，不仅功能完备、结构精巧、用材合理，而且赋予产品以生命的象征，使之变得有“生命”属性，让产品造型设计回归自然，增进人与自然的和谐统一。

第3章古代、近代与现代的仿生设计实例对比

仿生设计的发展一直伴随着人类社会的发展而不断的发展。

回顾仿生的发展历程对于今天研究仿生设计有重要的意义。

从人类社会发展历史角度来研究仿生设计的发展可以划分为古代发展阶段、近代与现代发展阶段。

3.1古代的仿生设计

远古时代人们工具的创造、生活方式的选择都是对自然生物及其构成方式的直接模拟，是人类初级创造阶段，是人类为了生存表现出的仿生意识和行为。

随着社会的发展，人类摆脱蛮荒，进入阶级社会。

人类对产品的仿生设计也就越来越频繁。

人类根据自己本身政治、宗教、劳动、生活日用品等方面的需要不断的仿生创造出各式各样的产品。

在我国古代，人们就从自然生物形态中设计出符合他们审美需求的产品。

图3.1（a）是莲鹤方壶，以龙为耳，以兽为足，盖上有两层向外开张的莲瓣，莲瓣上一只鹤振翅欲飞。

在商代的家具设计同样有仿生的缩影，在造型上常用鹿、龙、凤、羊等动物的形象来表达家具的隆重或者情趣，而且造型上情态生动，富有生命力。

图3.1（b）是龙凤铜方案就是以龙凤姿态作为造型特征的。

（a）莲鹤方壶（b）金银镶嵌龙凤图方案

图3.1古代的仿生设计

在西方，包含了丰富生产知识的古希腊神话中，有人用羽毛和蜡做成翅膀，逃出迷宫；还有泰尔发明了锯子，传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。

十五世纪时，德国的天文学家米勒制造了一只铁苍蝇和一只机械鹰，并进行了飞行表演。

上述的一切都是仿生设计在古代发展的历史事例，在这个时候，还没有形成一个完整的仿生设计概念，是人类初级创造阶段，也可以说是仿生学和仿生设计的起源和雏形。

3.2近代的仿生设计

随着历史的发展，人类进入近代文明阶段，人们开始从生物整体系统、结构、功能等各方面进行观察与研究，仿生设计也进入了近代发展阶段。

1800年左右，英国科学家、空气动力学的创始人之一--凯利，模仿鲜鱼和山鹏的纺锤形，找到阻力小的流线型结构,模仿鸟翅设计了一种机翼曲线，对航空技术的诞生起了很大的促进作用。

德国人亥姆.霍兹也从研究飞行动物中，发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。

人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿，根据鸟类飞行机构的原理，终于制造了能够载人飞行的滑翔机。

在一战期间，人们从毒气战幸存的野猪身上获得启示，模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具，如图3.2（a）所示。

通过对蝙蝠飞行的研究研制出雷达，如图3.2（b）所示。

（a）防毒面具仿生猪鼻子（b）雷达与蝙蝠

图3.2近代仿生产品

这些事例都是仿生设计在近代历史发展中的缩影。

在近代发展中，仿生设计的概念也逐渐清晰起来。

人类通过对自然物体的观察研究，发现了生物的优点，开始将仿生设计的概念清晰化与系统化。

仿生设计得到了前所未有的发展。

3.3现代的仿生设计

现代，仿生技术取得了飞跃的发展，并获得了广泛的应用。

仿生设计广泛的应用于工业、农业、军事、医疗和日常生活领域。

一大批仿生设计作品如智能机器人、雷达、声纳、人工脏器、自动控制器、自动导航器等应运而生。

同时也在仿生学与设计学的学科交叉基础上产生了仿生设计学。

图3.3是仿海豚体形设计的遥控飞行器。

图3.3仿海豚飞行器

目前，仿生设计学在对生物体几何尺寸及其外形的模仿同时，还通过研究生物系统的结构、功能、能量转换、信息传递等各种优异特征，并把它运用到技术系统中，改善已有的工程设备，并创造出新的工艺、自动化装置、特种技术元件等技术系统。

在工业设计领域，仿生学对工业设计界产生着重要的影响，仿生学在设计中的应用，逐渐延伸出一种仿生设计方法。

这种设计方法从家喻户晓的甲壳虫汽车到奔驰仿生概念车，都显示出它特有的魅力，成为产品设计中的一种重要形式和设计手段。

仿生设计在服装设计领域、建筑设计领域、产品设计领域都得到了飞速的发展，研究的代表人物众多，如服装设计领域的三宅一生，建筑设计领域的高迪、柯布西耶，产品设计领域的科拉尼等。

随着对宇宙的开发、认识，又将使人类不但认识宇宙中新形式的生命，仿生设计将为人类提供崭新的设计，创造出地球上前所未有的新的产品设计。

第4章现代仿生设计的意义

4.1现代仿生设计与绿色设计

现代设计已经趋于丰富和平缓，开始进入了多元化时代。

在这种多元化的背景下，设计也已不再有统一的标准、模式和原则，而是成为一个开放式的、多学科交叉的、各种风格并存的活动。

设计者们设计一件物品的时候，除了满足其实用性之外，还要表达自己的个性和气质，同时还希望把绿色、环保、传统文化等观念融合在设计作品中，期望其能够成为组成我们美好生活的一部分。

在设计领域，随着绿色设计、生态设计、可持续设计的提出，设计师的任务越来越大，它们己不再只是设计某件产品的外形，同时还具有了改变我们生活、环境的社会责任。

仿生设计的包装将设计与自然相结合，提醒着人们对于自然的关注，其来自于自然又归于自然，与环境保护的主题相适应。

计算机、网络的快速发展，改变了我们的生活方式，也改变了设计的形式和内涵。

消费者对产品需求越来越多样化，设计师为了满足其需要，需要充分发挥自己的想象力和创造力，而现在的高新技术为其将设想变成现实插上了翅膀。

如人机工程学的发展满足了人性化的要求，它是将艺术与人类联系在一起的重要技术。

仿生设计使包装具有亲和力、宜人性，满足了人们对于绿色的心理需求。

4.2人与环境的和谐共生

生物几十亿年演化形成的简约、优美、复杂、多样化的结构、形态、运动和变化为设计提供了无限的设计资源。

时代发展，人们对自然的向往，自然界万物优良的形态、结构和功能，以及人们对产品物质及精神功能的强烈要求趋势等诸多方面的因素，促使了企业和设计师对产品仿生设计日益重视。

通过仿生设计方法进行设计，体现产品的人文关怀。

通过仿生将产品的特质和自然情绪体现出来，拉近人与产品之间的距离，周全人的心理感受和生理舒适度，反映产品与人、环境三方面的和谐统一。

4.3更高层次精神需求

具有时代特点、情感价值、生活品味的仿生产品的出现，给人们带来新奇感，充分满足现代人情感和审美需求。

仿生产品设计与人类的动机、欲望、价值、情感、生活责任、生命意义等各种层面联系在一起，适应处于感情匮乏时代人们的消费需求。

“美国社会未来学家约翰·奈斯比指出:

无论何处人都需要有补偿性的高情感。

这种补偿性的高情感尤其体现在当今社会，社会越进步，人们就离大自然越远，亲近大自然的感觉反而越强烈。

”这句话说明在人的内心世界一直都怀有对自然的崇高敬意和对大自然的美好向往。

人们的这种补偿性的高情感，更加说明把自然界中的生物形态和人类的产品设计相结合，是永不停止的追求，仿生设计正是这种追求的最好体现，是高情感的审美体验的创造方法。

第5章未来仿生设计展望

目前，仿生设计学在对生物体几何尺寸及其外形的模仿同时，还通过研究生物系统的结构、功能、能量转换、信息传递等各种优异特征，并把它运用到技术系统中，改善己有的工程设备，并创造出新的工艺、自动化装置、特种技术元件等技术系统;同时仿生设计学为创造新的科学技术装备、建筑结构和新工艺提供原理、设计思想或规划蓝图，亦为现代设计的发展提供了新的方向，并充当了人类社会与自然界沟通信息的“纽带”。

对植物光合作用的研究，将为延长人类的寿命、治疗疾病提供一个崭新的医学发展途径。

对生物体结构和形态的研究，有可能使未来的建筑、产品改变模样。

最为值得期待的是对人脑的探索，可以展望未来的电子计算机有可能具有生物原理的功能。

同它相比，现在的电子计算机只能作为算盘。

虽然目前进入了信息时代，但是人工智能的发展水平仍然处与初级阶段，为了实现用户体验下的仿生设计交互，把仿生设计与人工智能结合起来，相互利用，相互促进，把抽象的理论知识转化为生产力，实现人工智能的产品化。

因此，在以后的设计中，必须时刻关注着人工智能的发展，把最新的成果用于产品仿生设计中，更好的实现产品与用户、产品与环境的和谐和完善。

自然界的进化产生和保留了世界上最完美的形态和色彩。

因此，自然界本身就是最高明的设计师，设计要遵从于自然、汲取于自然，使它与人类的聪明才智融为一体。

正如德国仿生设计师克拉尼所说：

“仿生设计，是一个揭示自然界生命体的设计领域，也可以称为一项“翻译自然”的事业。

”

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