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仿生設(shè)計(jì)在汽車造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用論文
從世界上出現(xiàn)第一臺(tái)汽車開始，仿生學(xué)就被應(yīng)用在汽車的整體車型設(shè)計(jì)上，并一直作為國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)設(shè)計(jì)師們對(duì)于前沿車型的一種探索手段。而如今，對(duì)生物系統(tǒng)優(yōu)異的結(jié)構(gòu)、功能及形態(tài)進(jìn)行研究并加以利用，已成為汽車設(shè)計(jì)與技術(shù)革命的新方向，是汽車設(shè)計(jì)創(chuàng)新與發(fā)展的源泉。
1 仿生學(xué)的定義及意義
仿生學(xué)是對(duì)生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、性狀及行為進(jìn)行研究，并將這一特點(diǎn)應(yīng)用于工程實(shí)踐中的一門學(xué)科，是一種基于生命科學(xué)、工程技術(shù)、物質(zhì)科學(xué)等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。
大自然中的生物種類多樣，針對(duì)不同的氣候條件，各自有著不同的結(jié)構(gòu)與外形，以適應(yīng)生存與繁衍。因此，我們?cè)谄囋O(shè)計(jì)時(shí)，要將目光投向大自然，從它們身上學(xué)到巧妙的方式和方法來(lái)解決我們?cè)谠O(shè)計(jì)上遇到的問題，設(shè)計(jì)出具有形式獨(dú)特、功能新穎的汽車。
2 仿生學(xué)的應(yīng)用形式
2.1 結(jié)構(gòu)仿生的意義及應(yīng)用
在對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用結(jié)構(gòu)仿生的方法，參照自然生物的結(jié)構(gòu)原理，包含其運(yùn)行及組織方式，再輔以當(dāng)代的設(shè)計(jì)思維與工藝方法，創(chuàng)作出原始的自然形態(tài)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代時(shí)尚之美的結(jié)合體，這對(duì)于在汽車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，具有積極的指導(dǎo)意義。
仿生魚的脊背結(jié)構(gòu)，其車身后半部參照魚的。階梯降。脊背，稱為魚型汽車。當(dāng)魚兒在水中快速游動(dòng)時(shí)，其身體階梯降處的脊背可儲(chǔ)存適量的水，如同水膜包裹全身，從而將魚與水間的摩擦形式轉(zhuǎn)變?yōu)樗c水的摩擦，降低了摩擦系數(shù)。因此，汽車設(shè)計(jì)師們采用同樣的原理，將汽車車身與空氣的摩擦形式，轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝馀c空氣的摩擦形式，從而降低了高速行駛時(shí)的汽車風(fēng)阻系數(shù)，達(dá)到了汽車節(jié)能的目的。另外，魚型汽車不僅在結(jié)構(gòu)上保留了船型汽車的視野開闊、車室寬大且舒適性好的優(yōu)點(diǎn)，還增加了行李艙的容積。
2.2 功能仿生的意義及應(yīng)用
在汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，功能仿生的應(yīng)用是比較普遍的現(xiàn)象，比較典型的例子是鷗翼式車門的設(shè)計(jì)，如圖2所示。汽車設(shè)計(jì)師們?cè)趯?duì)汽車的車門進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，受到鳥類翅膀形式的啟發(fā)，將常見的橫向車門開啟轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向開啟形式，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)獨(dú)特、新穎，就好像海鷗的翅膀，在提升汽車整體美觀性的同時(shí)，又減少了�？繒r(shí)的占地面積。
2.3 形態(tài)仿生的意義及應(yīng)用
生物所表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)是適應(yīng)大自然而生存的一種演變過(guò)程，是對(duì)待自然屬性的一種外在表現(xiàn)形式，這與自然環(huán)境等因素密切相關(guān)。而對(duì)于形態(tài)仿生的設(shè)計(jì)研究，其主要是對(duì)自然界生物體的象征寓意與外部形態(tài)進(jìn)行分析，再通過(guò)一定的設(shè)計(jì)和工藝處理方法將之應(yīng)用到產(chǎn)品中。形態(tài)仿生設(shè)計(jì)可分為抽象形態(tài)仿生和具象形態(tài)仿生。
抽象形態(tài)仿生設(shè)計(jì)，是在汽車設(shè)計(jì)師們對(duì)生物的形態(tài)進(jìn)行分析后，采用聯(lián)想、組合再現(xiàn)等方法，將之轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)汽車的形態(tài)設(shè)計(jì)上，讓人在心理、生理及情感上產(chǎn)生一定的呼應(yīng)，從而達(dá)到汽車設(shè)計(jì)的意義與功能要求;具象形態(tài)仿生設(shè)計(jì)，通常是直接對(duì)生物的外形特征進(jìn)行模仿的一種方式。這種設(shè)計(jì)形式在當(dāng)今汽車的內(nèi)飾領(lǐng)域應(yīng)用也較為廣泛，因?yàn)槠渚哂泻芨叩淖匀恍�、親和性及情趣性，所以易被人們接受。
3 汽車仿生設(shè)計(jì)的流程及方法
采用仿生學(xué)對(duì)汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其流程可歸納為：明確生物的仿生體;分析生物體的外形與結(jié)構(gòu);簡(jiǎn)化并提取生物體的特征曲線;將生物特征轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。
3.1 明確生物的仿生體
(1)對(duì)產(chǎn)品使用人群進(jìn)行定位并開展調(diào)查研究，以調(diào)研信息作為選取仿生對(duì)象的基礎(chǔ);(2)依據(jù)所定位人群的心理和生理特征，選擇該類人群所認(rèn)知和喜歡的生物的類別;(3)將選擇的生物種類的特征與將要設(shè)計(jì)的汽車車型進(jìn)行比較和分析后，找出兩者所具有的共同屬性;(4)在完成上述步驟后，再對(duì)生物進(jìn)行比對(duì)、聯(lián)想并推理，從而找出最恰當(dāng)?shù)姆律繕?biāo)。
3.2 分析生物體的外形與結(jié)構(gòu)
生物體的外形是展現(xiàn)在人類面前最直接的一種表現(xiàn)形式，而人類對(duì)生物外形的認(rèn)知通常也只是依靠人的視覺。汽車設(shè)計(jì)師們要依據(jù)生物體的外部結(jié)構(gòu)形式，有效并合理地提取、簡(jiǎn)化可利用的線條特征;而生物體的結(jié)構(gòu)特征，則不會(huì)直接展現(xiàn)在人們的面前，因此要對(duì)生物體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析并加以利用，對(duì)生物進(jìn)行解剖，這就涉及到解剖學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等其他方面的知識(shí)。
3.3 簡(jiǎn)化并提取生物體的特征曲線
對(duì)生物形態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化，就是對(duì)生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的數(shù)量進(jìn)行篩選的過(guò)程，其簡(jiǎn)化過(guò)程可分為兩個(gè)階段：提取生物的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)特征;進(jìn)一步簡(jiǎn)化并處理生物的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，并生成生物形態(tài)的簡(jiǎn)化式樣。第一階段的簡(jiǎn)化目的是為了獲得與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形態(tài)相關(guān)的主要生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，而大量排除次要的結(jié)構(gòu)特征;第二階段是對(duì)主要生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征中的局部特征進(jìn)行刪減或更改，以此確保產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計(jì)與主要結(jié)構(gòu)特征吻合。最后再將簡(jiǎn)化后的結(jié)果用于汽車產(chǎn)品形態(tài)的設(shè)計(jì)中去。
3.4 將生物特征轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品
在客觀地認(rèn)知生物特征的基礎(chǔ)上，直觀并感性地思考生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、色彩、機(jī)理等特征，開展產(chǎn)品化的模擬式設(shè)計(jì)。通常在概括并提煉生物的特征后，針對(duì)不同的產(chǎn)品概念與構(gòu)成要素，直接在產(chǎn)品上體現(xiàn)生物的特征，也可采用替代、移植、借用等措施進(jìn)行仿真、具象的模擬。直接模擬方式設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，其個(gè)性特征都會(huì)體現(xiàn)出生物的客觀性、自然性，在視覺上也會(huì)較為直觀地感知出仿生模擬的生物特征。
在對(duì)汽車造型的生物形態(tài)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足汽車造型的目標(biāo)、功能、操作和材料等關(guān)鍵因素的同時(shí)，還要體現(xiàn)出生物的概念和形態(tài)，而這兩個(gè)要素在汽車的造型過(guò)程中，很有可能出現(xiàn)矛盾現(xiàn)象。因此，在汽車造型仿生設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，要在對(duì)目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要素特征及概念特征進(jìn)行充分的研究與分析后，確定設(shè)計(jì)的目標(biāo)和方向，再有針對(duì)性地選取有可行性和仿生價(jià)值的生物形態(tài)，做到從局部到整體、從外至內(nèi)都能完好地結(jié)合、協(xié)調(diào)一致，不得出現(xiàn)僅僅是形式上的相似或盲目性的仿生設(shè)計(jì)現(xiàn)象。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著人們生活水平的提高，汽車存在的意義已經(jīng)不僅僅是在使用功能上，更多的使用者關(guān)注是汽車所帶來(lái)的心理感受。尤其是現(xiàn)如今生態(tài)環(huán)保概念的不斷提倡，汽車在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新過(guò)程中，采用仿生設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必不可缺的方法。生物在自然界不斷演化，形態(tài)各異，它是一個(gè)永不枯竭的思維源泉，汽車行業(yè)工程師要依據(jù)仿生學(xué)的基本原理，合理地篩選并利用生物體的特征優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)化為汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)良的汽車。
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