产品设计理论与方法

产品设计理论与方法（通用8篇）

产品设计理论与方法 篇1

3.1概论3.1.1产品设计的范畴工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物。从英国莫里斯的“工艺美术运动”，到德国的包豪斯设计革命及美国设计的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿、探索、形成、发展的百余年历史沧桑。时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。国际工业设计协会理事会(工CSID)给工业作了明确定义：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练，需要工业设计师对包装、宣传、展示、市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。工业设计主要包括三个方面内容。第一是产品设计。第二是与产品有关的视觉传达设计，如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展开的环境设计，如产品的展示与陈列，商品橱窗设计、以及室内设计等。产品设计作为工业设计的核心内容，它涉及面很广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无处不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品，也包括工业生产机床、加工工具;既包括家用小电器产品，也包括专业的仪器、仪表;既包括私有的自行车、摩托车，也包括大型的汽车、飞机等交通运运输工具;从口红到宇宙飞船，都属于产品设计的范畴。3.1.2产品设计与工艺美术在我国，工业设计作为一门新兴学科，尚未被有关部门及生产企业的各层人士充分认识，对产品设计有着不同程度的偏见和误解，往往简单地理解为艺术造型、装饰美化，对“设计”的含义缺乏全面、深入的理解。 工业设计源于手工艺和纯艺术，其表象特征与艺术极为相似。在产品设计中，我们要运用一些美术创作的规律和手法，掌握必要的色彩知识、美学法则、绘画工具等，其目的是为了加深对所设计产品形象的理解和认识，以及这种理解和认识得恰当表达;这种表达式综合性的，是在特定的设计思想指导下的功能与形式的统一，内容与画面的统一，而不是艺术创作中为“表现”而表现，形势高于一切的状况，在计算机高速发展、广泛渗透的今天，设计师只要掌握计算机操作基本原理，借助有关绘图软件，就可以在显示屏幕上进行表现与创作，随心所欲地变换产品的色彩，表现不同角度的立，体效果;可以分解产品的各个部件，也可以重新组合;可以提供完整的平面尺寸图，也可以任意剖视。计算机辅助设计，弥补了人们表现绘图的不足，可以在短时间内，快速地提供众多比较方案供评价选择。现代绘图工具也有很大进步，各种规格尺寸的画圆板、椭圆板、曲线板成为设计者表现复杂形体的好帮手，并使表现更准确、更迅速。而那些由不同明度、不同色相、不同纯度组成的系列“记号”笔、彩色铅笔，可以简化设计表现中颜料的调色工作，方便了设计。由此可见，“表达’’仅仅是产品设计的手段，而不是目的。产品设计的最终结果也追求整体的造型美及表面艺术效果，但这是一种实用的美，是对艺术美的一种特殊表现;这种美的表现，不是通过画布、油彩，而是通过结构和材料及表面的工艺处理来达到的;而产生的手段，不是通过画笔，而是通过加工机床、喷涂设备，这也就得到了与美术创作不同的结果。产品设计过程是一个多元的总和的创造过程，从广泛的社会、市场调查开始，充分考虑大多数人的需要，同时还要顾及到生产的工艺技术条件，顾及到才智的选择，顾及到生产成本、经济效益。设计过程是一个科学的、有计划的、有组织的创造过程，设计师不可能仅凭一时的灵感触发，不能以个人的想当然代替I业设计自身的规律，这也许是产品设计与工艺美术创作过程的差别。产品设计的对象而应该是内部使用功能的合理表现表现。而艺术品所追求的是形式至上，精神第一，强调个人情感的表现，是一种精神产物，只能满足人们的心理需求，达不到实用功能的目的。产品设计是大机器工业的产物，并且伴随着大工业而发展。产品设计具有大批量生产的特点，有一定的经济、科学规范性;产品设计具有商品特性，它的成果是作为商品进入市场，为广大用户或社会公众所承认和接受，不同于那些只能在沙龙上为少数人观赏的单件工艺美术品。3.1.3产品设计与机械设计第一类是所设计制作的零部件是为了影响带动控制另一部件，如：汽车的行驶是由控制发动机，通过离合器、变速箱、传动轴即后桥带动后轮驱动的。这一系列控制、传动装置就是第一类部件，是一种机器型部件，是相互关联的部件，是以“物与物”的关系出现的;类似的家用电器中各电子元件及联接，也属于这类部件。另一类部件是为了人的直接使用操作需要而设计制作的，如汽车驾驶员的座椅，它虽然是“物”，但不是作用于另一物，而是作用于人，即为了驾驶员操纵汽车的需要而设计的，要求它必须适合人的生理机能，使驾驶员能舒适持久地工作。同样，家用电器中操纵面板、按键、显示器及整体外形也是作用于人，为人所使用，为人所欣赏。这一类部件是一种工具型部件，与人密切相关，作用于人，是一种以“物与人”的关系存在的。产品设计最根本的出发点是以人为中心来考虑问题，人的基本需求有两方面：一是使用功能，二是审美要求。产品设计的任务就是要实现这两个方面的统一。设计师从人的生理、心理特性，从人使用舒适、方便、安全的角度，从人的审美要求出发，来探求物适合于人的形式，也就是从人的一侧，从产品的形状、色彩的一侧进行思考设计的。设计师追求的是产品与人的协调，技术与艺术的结合，科学与美学的融会。而工程技术人员是从产品有关的材料、结构、工艺等技术的一侧进入设计的。工程师们追求的是产品的结构合理、性能可靠等。在完成整个产品的设计过程中，设计师与工程时必然在某些地方相遇，这就要求设计师与工程师携手同完成设计，在设计初期设计师综合人的需要，在外形上提出多个方案，供工程师们参考，而另一方面，设计师与工程师的反复交流、合作，最终设计出既符合人的需要，又切实可行的产品。如座椅的设计，设计使首先研究使用该座椅的人的心理、生理特征，方面来求得座椅的合适尺寸，由于人们的高矮不同还要考虑座椅的前后、上下可调性;采用什么样的调节机构，可能要涉及到的新结构、新材料等技术问题，这也就需要与工程师们协商，把座椅的形、色、质与结构、工艺材料的可行性进行综合考虑，这样就与工程师们相遇了。工程师们从座椅的材料、工艺、结构等技术方面出发，考虑材料的成型方法，结构的局部处理，以及焊接工艺技术;对设计师提出的各个构思方案进行评价，完善设计结构的各个细节，确定材料及工艺生产流程，使方案更具体、更实际，最终共同完成设计。产品设计与机械设计，设计师与工程师，即有区别又有联系，机械设计不能代替产品设计，机械设计是产品设计的基础，设计师需要工程师的协助，只有双方的结合与协作，才能设计出理想的产品。3.1.4造型设计评价标准——作品、产品、商品评审产品造型设计方案，对于决策的领导及工程技术人员来讲，是一个棘手的事情，因为纯粹从美的角度，很难有一个统一的认识。事实上，依据产品造型设计的上述特征，综合、全面地评价，可以得到一个定性的标准。首先，好的设计应该是一件完美的艺术作品，新颖，时尚，具有鲜明的个性和强烈的艺术感染力，给人有尚心悦目，美的享受。如果在设计初期，图纸方案都不能吸引和打动观众，这样的方案必定先天不足，给以后的设计，生产，销售带来困难。其次评价产品造型设计不能停留在效果图上，要进一步分析，好的作品还必须能够转化成实际产品。技术应配套，方便批量生产，结构工艺合理，否则，将只是纸上谈兵。最终，制造出来的产品要进入市场，成为销售商品，具有性能与价格的比值高，才能满足消费者的需求，只有低成本，高质量，才能给生产企业带来经济效益。3.2产品设计相关因素如图3.2所示：功能、技术、审美三者是有机地结合在一起的，它们互相依存，互相制约、相互渗透，组成了一个矛盾的统一体;其中，矛盾的主要方面在功能上，功能是设计的根据、设计的目的;但功能的实现是有条件的，是受一定的物质技术条件和当时的审美观制约的;物质技术条件是设计的基础，审美要求则是设计凭借的手段和方法;材料、工艺、结构等技术因素是为功能目的服务的，但并不仅仅是一种被动和消极的因素，新材料、新工艺、新结构的出现将引起产品使用功能的变革和产品造型的变化;产品的外形是其功能、技术条件、审美观的综合表现。审美观与文化传统、风俗习惯、时代变迁有关，它影响着产品的造型，同时对功能和技术的发展起着能动的促进作用。只有正确认识和处理上述三个要素的关系，掌握它们之间的内在规律，才能有效地进行产品设计，并得到理想的结果。3.2.1功能因素3.2.1.1技术性能技术性能主要指产品本身有关的技术参数，如产品的应用范围、工作效率、加工精度、可靠性，使用寿命等。在产品设计中要注意外观质量与内部技术性能的适用关系;高精度的产品其外观艺术处理上应该是精致、典雅、高档的。大功率的产品应，该在外部造型上给人以浑厚、有力之感。某些零部件使用寿命有限的产品，应考虑其维修、更换的方便性。总之，设计师要运用可能的工艺手段和艺术手段，使产品的内部性能在外部造型相统一。3.2.1.2使用功能产品的使用功能包括两个方面，即产品本身应具之功能，产品与使用者配合的功能，产品与环境牵涉应具之功能。如一支笔，首先应具有书写功能，不论是使用天然材料制成的碳笔、铅笔、还是化工材料制成的签字笔、记号笔;也不管采用的是金属、塑料或硬的、软的哪种笔尖形式，其目的都是为了书写。其次，笔为人所使用，笔杆的外形必须符合人手的特征，必须方便人握和灵活地书写。此外，笔的外部造型还必须与其使用的环境相适应;笔经常置于平滑的桌面上，要考虑其防滚滑的特性;笔是随身携带的，应具有插挂的装置。产品本身应具有之功能是产品的基本功能，也即产品本身所担负的职能和所起的作用。设计产品归根到底是设计功能，如果我们从功能的观念出发，就能较容易地设计出全新的产品。如设计一张床，我们经过对床的功能分析得到：床的主要职能是供入睡觉、休息，实际上，我们要设计的是一个具有睡觉休息功能的东西，这样，设计构思就能够逾越传统床的四条腿、一块板的约束，跳出旧的条条框框，思想自然而然地展开，折叠床、沙发组合床甚至地台，这些新型的“床”就创造出来了。有些产品只有一些主要功能，有些产品具有两种或更多功能。在设计多功能产品时，这些功能必须是相互联系，互相补充的，而不能是矛盾和冲突的。如设计一种学生用多功能台灯，若将时钟组合到台灯中去，它将有助于学生加强时间观念，掌握学习时间，有计划地学习，时钟的功能对学习起到了积极作用。而若将收音机组合到台灯中去，学生在学习时可能会去拨弄收音机而影响正常学习。显然，这两种功能是相冲突的，是不应在一种产品上同时存在的。产品与人配合之功能，是设计者不可忽视的一个重要方面。追溯到17世纪开始的欧洲工业革命，机械化代替了手工劳动，由于设计的目的不明确，只追求理想的技术性能指标，只注重产品本身具有的功能，而忽略了操作者、使用者这样一个重要方面，将产品置于理想境界，犹如不是活生生的人去使用、操作，这一点，在电影《摩登时代》中，卓别林表演得淋漓尽致，结果导致不少产品功能不合理，操作不方便，容易出差错，甚至发生重大安全事故。有些产品色彩刺激、造型生硬，使人产生厌烦情绪，导致工作效率下降。产品是为人服务的，不同的人有不同的要求，设计者应以人为出发点，深入解析与人相关的各类问题。首先应该明白产品是给谁使用，是为老年人，还是为青年人，是为普通人还是为残疾人，设计均有不同的针对性;尤其是那些与人关系密切的产品，更要重点考虑人的视觉、听觉、触觉效果。为什么人们面对一些设备，有的一看就知道操作，而有的翻了几叠说明书仍茫然不知所措呢?原因就在于设计中没有考虑使用对象，没有掌握人的习惯动作，缺乏一种视觉、操作语言;设计师的工作是要让生活简单化而不是复杂化，不能为炫耀技术而丢掉了人性。为人服务是设计的核心，努力协调产品与人的关系，以满足人对产品在精神与物质方面的需求，这就是设计的起点和目标。与产品相关的环境有社会环境和自然环境，前者指与产品有关的国家政策和计划，相关的法规，社会经济状况，市场需求情况，以及文化传统、民族特征等;后者指产品的生产、使用环境。在产品设计中必须考虑环境因素，有针对性地设计。如我国的冰箱设计与国外的一些冰箱设计就不尽相同，在欧洲等发达国家，冰箱是作为保存食品的设施，放置在厨房或不显眼的地方，因此，其外部造型简洁明快，与其周围环境相协调;而在我国，冰箱不仅具有存放食品的功能，而且因放置在客厅中，显示一个家庭的财富，还必须具有装饰的功能，这也就造成了同一种产品，因文化、习俗、使用环境不同而要求设计有所差别。同样，组合家具在国外已成为过时产品，而在我国住房面积较小、生活空间较紧张的情况下，组合家具仍十分流行。总之，环境因素是直接影响设计的一个重要方面。3.2.1.3功能与形式功能与形式之关系问题，历来是产品设计的基本问题，也是各种设计潮流及风格派别矛盾的焦点。早在包豪斯时期，对这一问题就予以特别重视，由于当时资本主义社会的发展和工业技术的进步，冲破了封建的唯美至上的形式主义极端思想的束缚，从而提出了“功能决定形式”的设计原则，奠定了现代工业产品设计的基础。后来这一原则被“功能主义”推向了极端，他们认为功能就是美，功能好的东西外观就一定是美的，一切与功能无关的形象统统抛弃，剩下的仅是物体的使用功能和要达到这些功能必不可少的造型;机器只讲提高效率，不考虑操作者的健康和安全。这些对繁琐的形式主义来说，无疑是一次革命，然而却把功能的作用和地位强调到不适当的地步，使产品和机器都变成了冷冰冰的铁块，使机器与人的感情愈来愈疏远，使人的理智和生理机能不能适应机械的要求。在功能与形式的关系问题上，极端的功能主义与极端的形式主义都是错误的。正是在这两种倾向的交织斗争中，正确的观念得到逐步形成和发展，随着人们认识的深化以及社会的进步，人们对功能的概念有了更深刻的理解，功能这一概念的内涵和外延现在已经大大地扩展了，传统的物理功能的概念正被现在广义功能的概念所取代，成为物质功能、精神功能两大类别的复合体，产品的使用功能中已加入了人和环境的因素;功能概念的扩展，使“功能主义”得到了新的生命，“功能决定形式”的设计原则，成为当今产品设计的主导观念。产品设计中的功能与形式，如哲学范畴中的内容与形式一样，是矛盾的两个方面，既对立，又统一。功能与形式的关系，首先是功能决定形式，形式服从功能，反对脱离实际的传统至上、艺术至上，反对为迎合商业竞争而进行的表面装饰。在这样的原则前提下，不反对在符合功能要求下对产品的必要的美化。结构是功能的基础，功能并不是结构本身，而是结构的外部表现。功能与结构也不是单一对应关系，同一功能可以通过完全不同的结构发挥出来;而同一结构处于不同的环境，也可表现出不同的功能;结构的变化带来形式的变化。所以对于同一种功能要求，可以用不同的形式来满足;形式不是永远处于绝对的服从地位，即形式具有其相对独立性;任何一种产品不存在既定的外形模式，产品设计要求做到外形与功能的协调统一，提倡形式多变，提倡创新。3.2.2技术、经济因素3.2.2.1技术与设计材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面技术制约着设计另一方面，技术也推动着设计从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础，还具有其本身的功能作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形势和适当的加工工艺，就能够制造出实用，经济，美观的产品，即在产品中发挥技术潜在的动能。任何设计都是时代的产物，它的不同面貌、不同特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格，材料、加工工艺、结构、产品形象是有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。我国早期的椅子，采用原始的木材和竹子，使用榫卯的结构形式制成的，椅子的形体显得严谨而浑然一体，这些材料经过打磨加工，具有本质的色彩和纹理，不需要油漆，这样的椅子具有一种古朴典雅，明快流畅的造型风格，充分体现了材质和结构的自然美，这种椅子的风格式样和它的加工工艺与原材料的选用是分不开的，是当时生产力的体现;正是由于这种材料的局现，原始的榫卯结构使产品的舒适性及造型变化上有很大的限制，其生产效率也是相当低的。现代的椅子，采用金属型材，辅以工程塑料、泡沫海绵、化纤合成革、人造板材等制成的，产品的外观形象产生了质的飞跃;这些椅子，采用金属材料作骨架，结构更加轻巧，且形式多变化，有些还可折叠，充分合理地利用空间，方便使用;人造的各种填充物和面料，使人感到舒适和亲切;色彩和肌理更具现代感;金属型材，加工方便;采用机器大批量生产，工序简化，效率提高，成本降低，具有更好的性能，这是一种建立在高度工业化水平基础上的产品设计。材料和加工方法直接影响着产品设计;不同的材料和加工方法给人生理、心理上不同的感觉;由于材料的选用，成型的方式及表面加工处理的不同，使物体产生轻重，冷暖，光滑，粗糙，精细，粗犷等不同的形象感，影响着产品的外观质量，成为评价设计的一个重要方面现代产品设计以大批量、机械化为其生产特点，手工业时代的那种精雕细刻的传统设计方式已经不能适应现代化大工业生产的需求。设计中材料的选用和加工方法匹配是非常重要的，材料选用和加工处理得当，就能充分地、直观地表达出材质本身的自然美，提高产品的表面质量。如一些仪器仪表的操作面板，选用铝合金材料，经过喷砂、氧化处理，得到点状的表面肌理效果，适合人的生理视觉要求，给人们精密高级之感。科学技术的进步发展，人们不仅能够利用材料本身特性，经过不同的加工方法而得到不同的纹理、颜色、光度等艺术效果，而且可以改变材料原有的质态，形成一种新的材料质态，以廉价、易加工生产的材料来代替，补充自然昂贵的材料，实现产品设计的多样性和经济性。如用塑料来代替铝合金，贴面装饰板代替高级木材，人造革代替真皮革等，不仅能达到被取代材料的表面艺术效果，同时也降低了成本，易形成批量生产以满足大众的需求。产品设计除受材料和加工工艺制约外，结构也是影响产品造型的重要因素。不同的结构形式必然在外部;形态上得到反映，如皮带轮传动、齿轮传动两种不同的变速传动机构，在其外部造型上，皮带轮传动必然大而，笨，齿轮传动则可做得小巧，精细。如家用洗衣机从单缸、双缸到全自动单缸，外部造型的发展就是由于内部，结构的改变所致。现代科学技术带来了新材料、新工艺的不断出现，同时给设计也带来了新课题。我们应重视材料的物质特性，选用适当的材料制造产品。新材料应该有新结构，如果用现代材料来表现陈旧的结构和造型，必然招致材料和形式的背离。材料与结构要互相适应，材料与造型要相互协调，新材料不能袭用旧有材料所赋予的形态结构，只有充分发挥新材料、新工艺、新结构的特点，才能增加产品的功能，提高产品的价值。3.2，2.2设计与经济性产品设计必须注重生产成本，做到以最少的财力、物力、人力、时间来达到最佳的经济效果，这就是产品设计的“经济性”;经济性制约着设计中材料的选用、工艺方法的选择以及产品的结构等因素，使各技术因素与设计更协调合理;经济性是一个充分，全面评价产品设计的综合性指标 产品设计所涉及的产品将成为商品，即所设计的东西，最终要销售流通到社会，才能得到应有的经济效益。因此，产品设计一方面要有利于大机器批量生产，有利于生产管理，有利于降低能耗和材料成本，有利于提高工作效率，即有利于提高产品的产出与投入的比例;另一方面，还要考虑有关产品的包装、运输、销售、使用、维修等社会流通环节，要考虑与人有关的各个因素，要全面地提高产品的质量，让人购买、使用放心;如果生产出来的东西大量积压而无人买或少有问津，经济效益就无从实现。降低成本和提高质量是矛盾的两个方面，作为用户，希望付出的费用少，而得到的商品质量好;而对于生产单位来说，则希望花费的成本低而卖出高价钱。将用户与生产企业两者综合起来考虑，即以用户的希望“费用、质量”比上生产的实际“成本、价格”，其中的“费用”与“价格”抵消，可得到一个公式，价值系数=质量，成本价值系数包括了质量与成本两个方面，是评价产品经济性的综合指数，价值系数大则经济性好。从式子中清楚可见，要提高产品的价值系数，设计者可以从这几个方面考虑，一是提高质量量，降低成本;二是提高质量、成本不变;三是质量的提高幅度大于成本的提高;四是在保证质量不变的前提下降低成本。一个产品由众多的零部件组成，在产品设计中，除了要分别考虑各部分的经济性外，还要注意整体平衡，要分清楚各部分的主次、轻重、缓急，对于那些吸引人的视线、与人直接接触、影响整个产品的外观质量的部分，应重点设计，重点投资，即以合理、经济的投入而获得最大的效益。3.2.3审美因素3.2.3.1 时代性与创新时代性和创新是产品设计的重要特征，它关系到产品造型的成败与生命力，是审美因素中最灵活，最重要要的基因。随着社会、科技的发展以及人们精神生活的丰富，人们审美能力的提高，对产品的审美功能提出了更高的要求，那些过时陈旧的造型令人厌弃，而具有鲜明的现代特点，具有创新意识的产品为人们所接受。因此，要求设计师随时了解时代信息，跟上设计新潮，才能赋予产品更强的竞争能力。作为满足人们的现代物质生活和精神生活需要的产品，实用功能与审美功能是紧密联系在一起的，美感的功利性非常突出、明显。性能优越的产品容易使人赏心悦目，它的形态容易得到流行，如高科技综合代表的航天飞机造型，应用现代电子技术电器产品等，代表着一种设计趋势和潮流，即以先进科技作载体的产品形态往往代表了造型的时代特点，领导着时代的新潮流。从历史上看，某些新材料、新工艺、新结构的出现，往往是新的产品形态发展的先导。早期的汽车，是马车与发动机的组合体，车身采用铁、木材料，加工停留在手工艺生产阶段，造型美主要表现在车身、车灯、车轮及通风罩等附件上华贵的装饰;随着技术的发展，车身工程有所突破，锻金、冲压和焊接技术也相继出现，汽车机械化大批量生产成为可能，车身采用整体的大弧面、大曲线，简洁、明快的造型代替了那些繁琐的装饰，使汽车外观面貌一新。新工艺、新材料的发展与应用，为产品设计提供了新的物质条件，产品使用新的材质，采用新工艺手段，可以丰富其表面质感和色彩变化，获得良好的视觉效果，表现出精良的外观质量，体现出时代的工业技术美。产品设计的时代特征和时代潮流，还敏锐地反映着该时代人们审美观的变化。审美是时代的观念和意识的产物，具有时代性。由于时代的发展，科学技术的进步，人们生活水平及文化艺术修养的提高，人们的审美标准和审美意识也在改变。 20世纪30年代，流线型汽车的出现，带来了流线型这种“时髦线型”的风靡，各种产品争相摹仿。进入50年代，科技高速发展，为适合这种快节奏的生产生活方式，人们喜欢上了那种“大、平、正、方’’的挺拔有力而简洁明快的造型：方盒子形的日用产品，方基调的大客车到处可见。70年代以后，人们开始追求一种舒适、豪华的生活，对那种方形、生硬的造型产生厌恶情绪，希望产品造型柔和、亲切，更具人情味，从而出现了现在常见的大圆弧、小圆角的造型风格。人们的审美观念，与科学技术共同发展、不断提高。产品设计必须跟上时代潮流，为了延长产品的生命力，我们还可以“超前设计”，即把握住产品造型的发展趋势，从发展中看到产品的需求量，依据未来需要进行设计。但“超前设计”应注意“超前”的“前”，该有一个“度”，这个“度”便是人们的需要和需要前景、趋势。无限制地“超前”就会成为设计中的“自我欣赏”。3.2.3.2美学法则美学法则是人们千百年来根据自然形成的规律性不断创造和总结出来的，是产品造型设计的参考依据，是客观地分析、评价产品“美”与“不美”的基本原则。应用在产品设计中的美学法则主要有：统一与变化，均衡与稳定，比例与尺度等。(1)统一与变化—个产品由若干零部件组成，这些零部件的形式、材料、色彩、功能各不相同，但它们之间有非常密切的内在联系，有机的融合为一个整体。正是这些零部件的多样性，成为产品造型变化的基础，而各部分的内在联系和整体性，就是产品造型统一的依据。产品设计就是使产品外形具有既多样变化、又整体协调统一的艺术形象。因为任何物体的美都表现于它们的统一性和差异性之中，因此，产品完美的造型必须具有统一性，统一可增加造型的条理及和谐的美感和产品的整体感;但只有统一而缺少必要的变化，产品形态就会显得单调、呆板。可见产品设计的主要任务之一，就是有意识地考虑和利用各零部件的差异性和统一性因素，把它们有机地组合在一起，按一定的艺术规律处理，使其造型形象成为变化与统一的完美结合为使产品造型达到变化与统一，采用的具体手法是变化中求统一合统一中求变化变化中求统—的手法是取得造型形象完整协调、格调一致、多变而不乱的造型基本手法，使产品在变化中达到形式和功能的统一，比例和尺度的统一、造型风格和色彩的统一。为了实现变化中有统一，我们要从构成产品外观的因素中去发掘它们的一致性的东西，去寻找它们之间的内在联系。利用产品各部分的调和关系、主从关系、呼应关系、过渡关系等，达到整体的比例尺寸、造型风格、色彩质感的统一。统一中求变化的手法，是取得造型形象丰富多彩、生动活泼并具有特色、个性的基本手段;这种手段，是利用造型美感因素中的差异性，使得造型物在统一、完整、协调的基础上更加新颖动人，更增加视觉美感。利用产品各部分线型曲直、方向的对比，体量大小的对比，色彩明暗、冷暖、色相的对比，质感粗细的对比，达到整体的同一性中有差异、有变化的目的;还可应用造型中节奏的变化和突出重点来丰富产品的造型。(2)均衡与稳定均衡是指物体各部分之间前侯、左右的相对轻重关系;而稳定是指造型物上下部分之间的轻重关系。产品是由一定体量、不同材料和结构方式所组成的，它必然表现出自身的重量感;由于造型中所采用的比例、尺度、材料、结构、色彩等因素不同，所表现出来的重量感也是不同的;研究和分析产品的均衡与稳定，就是为了获得造型的完整和安定感。艺术造型中的均衡，是指造型对象的体量在人们的视觉感受上符合力学原则，保持平衡安定，从而取得物体外观庄严、稳定、安详的艺术效果。以体量对称达到的均衡，给—人以庄重、整齐的感觉了由于视觉停留在对称线上，物体产生静止不动之感;采用对称造型的产品，能增加人们心里上的安全感。以等量不等形、等形不等量、不等形又不等量达到的均衡，是一种变化的均衡，一种内在的、美的秩序的均衡，静中有动或动中有静，具有生动的条理美、动态美;产品造型采用这种方式，富于趣味，富于变化，具有灵巧、生动、活泼、轻快的特点，具有静中寓动、生动感人的艺术效果。造型中的稳定问题是解决造型物的上下或大小所呈现的轻重感关系，这种稳定主要指视觉上的稳定。稳定感给人以安定、平稳之感，不稳定给人以不安、危险、运动之感。增加下部的体量，增大支撑面积，应用下重上轻的色彩，以及进行下部粗糙，上部光亮的表面质地处理均能增强产品的稳定感。(3)比例与尺度“比例”是造型对象各部分之间、各部分与整体之间的大小关系，以及各部分与细部之间的比较关系,而“尺度”则是造型对象的整体或局部与人的生理或人所习见的某种特定标准之间的大小关系。美的造型都具有良好的比例和合适的尺度，造型体的比率美可以认为是一种用几何语言和数比词汇去表现现代生活和现代科学技术美的抽象艺术形式，正确的比例尺度是完美造型的基础，产品艺术造型的比例关系，是根据使用功能的要求和材料、结构、加工等物质技术条件，结合人们对各种造型的欣赏习惯和审美爱好而形成的。同时，这种比例关系，不是固定不变的，随着构成因素的变化，新功能的增加，生产工艺的改进，材料和结构的革新，社会的发展，人们审美情趣的改变，产品艺术造型的比例关系也将产生一定的变化。尺度是以人的身高尺寸作为量度标准，它是绝对尺寸或者是与此相互比较所获得的尺寸。所谓“相互比较”是指造型对象与人体高度的比较，或与人所熟悉的零部件，或与环境的比较。孤立的零部件往往很难判断出它的真实体量，但是，如果通过与人的比较或者与人所熟悉的环境进行比较，就易于判别它的大小了。人们经常接触使用产品中的手把、按钮等，虽然因产品不同、用途不同、使用者的生理条件和使用环境不同，但它们的绝对尺寸是较为固定的，因为它是与人体生理相适应，往往与机器大小无关，产品再大，手把尺寸仍然只能适应于手的尺寸大小。产品造型设计中，首先要解决尺度问题，然后才能进一步推敲其比例关系。产品如果只有各部分之间的良好比例，而没有合理的尺度，是不可能符合使用要求的。尺度不仅是因使用要求而形成的尺寸大小，也和人们长期沿用的大小概念有关。因此，改变造型中的某些尺度，首先应认真分析研究与人之间的关系，只有切合实际，才能做到恰如其分，给人以合理的尺度感。产品造型良好的比例和正确的尺度，一定要以产品的功能为依据，不能孤立地推敲比例和尺度而忽视这些比例尺寸与功能的密切关系，尤其应把比例尺度与功能直接相关的人机工程学、工程技术等问题全面综合地加以研究，才能使造型的比例及尺度完美。因此，要依据造型对象的功能、技术和艺术等自身特征中所蕴藏的数比因素，去创造独特的比例和确切的尺度。3.2.4设计师的素质和能力工业设计师应具备观察力、想象力、记忆力和思维能力这些基本的也是最重要的素质，不论这些素质是先天，还是后天培养训练，将决定设计师的客观条件和可塑性程度。工业设计师的能力是其胜任设计工作的主观条件，它对于基本素质的发挥水平具有决定性意义。能力包含两个方面：基本能力：设计师应具备接受与综合新思维的能力，自我提高与探索的能力，设计管理与相互合作的能力，在设计中发现问题、分析问题、解决问题的能力。行动能力：设计师除了具备基本能力以外，还要拥有一定的行动能力;基本能力是解决观念问题的基础，行动能力是实现观念，完成设计过程的操作表现。行动能力包括设计表现能力，实际制作动手能力，形体塑造能力以及设计材料、结构、工艺的应用能力。另外，设计师还要拥有广泛的与设计有关的学科知识，工业设计师不是某一学科领域的专业人才，但能够应用各学科的研究成果，并在多学科联系融合中实现其综合价值的通才。

3.3 产品设计程序

产品设计理论与方法 篇2

道路设计是公路建设的基础, 优秀的设计是高质量工程建设的基础保证。交通部组织开展的公路勘察设计典型示范工程活动, 正是希望通过借鉴国内外的设计经验, 力求以新的思想和理念指导设计, 努力提高设计者的设计水平, 以确保公路建设全面、协调、可持续发展。现代道路设计的新技术有全球定位系统、航空摄影测量技术、数字地面模型技术、三维动态技术等。

1 GPS (全球定位系统) 在道路设计中的应用

1.1 GPS介绍

美国国防部于1973年批准建立卫星导航系统-全球定位系统 (Global Positioning System) 。

GPS技术按待定点的状态分为静态定位和动态定位两大类。静态定位是指待定点的位置在观测过程中固定不动的, 如GPS在大地测量中的应用。动态定位是指待定点在运动载体上, 在观测过程中是变化的, 如GPS在船舶导航中的应用。

1.2 静态相对定位的应用

静态相对定位就是至少有两台接收机同时接收卫星信号, 经过信号的差分处理可精确的计算两点在WGS-84地心坐标系统中的三维坐标差, 根据其中一点的坐标系可推算出另一点的坐标。由于静态相对定位精度高, 因此广泛应用于大地测量、形变观测、工程测量等领域中。

GPS在道路工程中的应用, 目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。目前国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网, 比如沪宁、杭沪高速公路的上海段就是利用GPS建立了首级控制网, 然后用常规方法布设导线加密。实践证明:在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右, 达到了常规方法难以实现的精度, 同时大大缩短了工期。具有明显的经济和社会效益。

1.3 动态差分定位及其应用

所谓差分动态测量, 就是将一台GPS接收机置于基准站不动, 而另一台 (或几台) 接收机处于运动状态, 根据基准站与移动站信号的差分解算出移动站点各时刻的位置参数。差分动态测量数据处理有实时处理及后处理两种方式, 实时处理需要实时地把基准站的信息传到移动站, 需要传递数据的发射与接收设备 (称为数据链) , 后处理无需实时传递数据。根据不同的应用目的选用不同的处理方式, 如在利用动态GPS测定某些点的坐标时可通过后处理进行计算。差分动态GPS在道路勘测中有着广阔的应用领域。

2 航空摄影测量在道路设计中的应用

2.1 航空摄影测量介绍

为了取得供测制地形图用的航摄像片, 在飞机上安装摄影机对地面进行有规律的摄影以取得航摄像片全部过程, 称为航空摄影。航空摄影一般分为两大类:垂直摄影和倾斜摄影。当摄影时主光轴倾斜角很小 (倾斜角小于3°) 时, 称为近似垂直摄影;摄影时主光轴处于倾斜 (倾斜角大于3°) 时, 称为倾斜摄影。在航测中主要采用近似垂直摄影。

2.2 公路测设阶段航空摄影测量的作业过程

公路航测的主要任务是为公路设计提供大比例尺地形图, 根据航片立体观察和判断提供有关地质、地貌、水文等资料, 以及为公路设计提供原始地形数据。公路航测的作业过程包括:准备工作、摄影工作、外业工作、内业工作等4个阶段, 如图1所示。

准备工作。包括接受任务, 收集资料, 进行路线方案研究, 并会同航摄部门进行航带设计, 完成航摄技术计算, 编制领航图等。

野外摄影工作。选天气晴朗、阳光照射角度合适、气流平稳、雾气很小的条件下进行航空摄影工作, 以保证摄影质量, 并且要尽可能选择植物稀疏季节进行, 以消除植被影响。

外业控制测量工作。外业工作包括像片调绘和野外控制测量, 是内业测图的基础。控制测量的任务是根据已知的高级控制点测定外控点的坐标和高程, 内容包括点位选择、像片调绘、导线测量和水准测量。

内业工作。内业工作包括电算加密、立体测图、底图清绘整饰、晒印等。我们采用解析测图仪或经改装加有自动记录装置的精密立体测图仪测图, 则可在测图的同时, 自动记录地形量测数据, 以提供能用计算机自动识别和处理的地形数据资料, 满足公路测设的CAD与GIS数字化成图的需要。

路线设计。在完成的数字化地形图上, 结合公路设计原则与要求, 进行路线的在完成的数字化地形图上, 结合公路设计原则与要求, 进行路线的设计。

2.3 航空摄影测量在公路测设中的应用优势

利用航摄像片并配合少量地面控制测量 (GPS) 工作, 为公路勘测设计提供各种像片平面图和地面信息, 供选线和纸上定线使用, 特别是对人烟稀少、气候恶劣和地形困难地区, 效果比较明显。

利用航片上丰富的地面信息, 通过立体观察、判断和少量实地调杳工作, 可以在航测像片构成的立体光学模型上选线, 并通过航测判释和遥感为工程设计提供地质、水文等有关的资料。

借助于解析摄影测量以及处于研究发展阶段的数字摄影测量, 直接产生被摄区域的大比例等高线地形图和地形三维坐标数据, 为公路测设提供原始地形数据。

利用航测技术与数字地面模型技术相结合, 可以自动高速地为路线设计提供数据支持。

3 数字地面模型技术在道路设计中的应用

数字地面模型 (digital terrain model, DT M) 主要应用于模拟地形表面, 便于存储、更新、传播和计算机自动处理, 特别适合各种定量分析与二维建模, 是实施路线二维空间设计和进行全方位优化设计的前提条件。数模应用可对数字地面模型进行各种计算和分析, 它在公路勘察设计中主要应用以下几个方面。

3.1 公路选线

数字地面模型真实地模拟了地形表面, 包含有三维真实坐标数据, 设计人员可以不用到现场踏勘便可利用数模在计算机上完成公路的选线。

3.2 进行任意桩号或己知平面坐标点的高程插值

在数模边界内可以获得任意桩号或任意点的高程值, 也可以通过指定任一个x, y平面坐标, 程序通过搜索, 确定该平面点位于哪一个三角形中, 并通过插值计算准确得到该平面点在数模上的投影高程值。

3.3 完成路线任意方案的纵、横断面高程插值 (即对数模进行任意剖切) 。

设计人员利用数模不需要通过现场放线、打中桩、测横断面即可准确方便地获得路线纵、横断地面线数据。

3.4 路线方案的三维真实模型。

生成地面模型和路线三维真实模型后, 设计人员可以从任意的角度来浏览观察公路建成的景观;可以从行车时驾驶员的角度观察路线一公路全景透视图;设计人员也可以通过路线透视图发现所设计的路线是否合理, 以便及时改正;还可以将AutoCAD中的地面、路线模型输出到专业渲染、动化制作软件如3dmax或ads, 经过渲染制作后, 即可制作成漂亮的公路全景三维透视图或公路动态全景三维透视图 (公路动态仿真模型) 。

3.5 可以进行各种计算

利用数字地面模型可以进行面积计算, 如公路占地面积计算;也可以进行体积计算, 如公路土石方计算;还可以进行流水线、高程内插等计算。

4 三维设计在公路工程中的应用

三维设计是一种以三维数字地面模型为基础的CAD技术。采用三维设计方法进行土木工程设计, 可以实现真正意义上的工程方案的优化及多方案比较, 对于提高工程的技术指标和品质、降低工程造价、缩短设计周期、提高设计质量均可起到重要作用。

结语

总之, GPS、航测遥感、CAD技术使得地面数据采集、资料获取、数据处理、数模建立成为现实, 数模又使公路设计从一维平面设计变为三维空间设计, 由静态设计变为动态优化设计。数字地面模型的应用不仅可以节省大量的人力、物力、则力, 还可以提高公路路线设计质量和设计效率。在道路设计中可以进行多种设计新技术的应用, 可以大大改善道路工程设计水平, 同时节约大量的人力、物力等。

参考文献

[1]符锌砂.公路航空摄影测量与遥感北京.人民交通出版社2003

[2]杜勤.道路设计的三维可视化[J]城市道桥与防洪, 2004, 11 (6)

[3]王国强.道路、机场CAD系统三维工程设计模型研究[D].上海:同济大学, 1994.

[4]王福建等.三维表面模型在公路线形设计中的应用研究[J].中国公路学报, 1998, 11 (3) .

[5]蒋红斐, 蒲浩等.铁路线路三维设计模型建立方法的研究[J].铁道学报, 2000, 22 (4) .

城市设计的理论与方法 篇3

【关键词】新城市主义 城市设计 景观 规划

1.何谓新城市主义

新城市主义是城市规划一个新的城市设计运动。其核心人物是Peter Calthorpe，始于1990年初美国。由于市郊不断蔓延、社区日趋瓦解，新城市主义主张借鉴二战前美国小城镇和城镇规划优秀传统，塑造具有城镇生活氛围的紧凑的社区，取代郊区蔓延的发展模式。

从二战期间开始，美国人为了拥有私密性、机动性、安全性和私有住宅而大规模迁往郊区。郊区蔓延的发展模式造成建筑形式千篇一律、公共建筑散置各处、大都市地区边缘的农业用地和自然开敞空间被吞噬、拉大了通勤距离和时间、加大对小汽车交通方式的依赖、加剧能源消耗和空气污染，甚至导致城市与郊区发展的失衡、城市税源减少和种族隔离等问题。

面对郊区蔓延所导致的一系列问题，新城市主义提出了“公共交通主导的发展单元”的发展模式。其核心是以区域性交通站点为中心，以适宜的步行距离为半径，设计从城镇中心到城镇边缘仅四分之一英里或步行五分钟的距离，取代汽车在城市中的主导地位；在这个半径范围内建设中高密度住宅，提高社区居住密度，使每英亩1个居住单元增加到6个单元；混合住宅及配套的公共用地、就业、商业和服务等多种功能设施，以此有效地达成复合功能的目的，从区域宏观的视角整合公共交通与土地使用模式的关系。

新城市主义设计的城市以不规则的格网式道路为骨架，为减少车流量和增加社区的可步行性，社区内街道设计狭小，容许路边停车，沿街步行道平均宽度为1英尺，平均车行速度为15-20里/小时。新城市主义把简朴自律和可居性强的特点注入其城市里，减少房屋周围的草地面积，停车场地面积控制到最小，并规定停车库不能露在沿街路面。这些社区与众不同之处还在于它有许多维持这种简朴自律的魅力而制定的规章制度。

2.新城市主义出现对城市设计提出了新的要求

目前国内的城市设计中的景观规划与环境设计研究和实践领域只注空间形态设计，将城市空间系统的“隐性”的内在规律的探求和“显性” 外在形态的设计同等对待，缺乏一种全面、综合的城市设计观，不能得以保证城市设计工作的良性发展。从而不能为城市居民构建“舒适、方便、宁静、自然、人文、品质”新城市生活。

2.1景观规划与环境设计要适应新城市主义思潮的出现

在欧洲，"景观"一词最早出现在希伯来文本的<圣经>旧约全书中，它被用来描写梭罗门皇城（耶路撒冷）的瑰丽景色[1].这时，"景观"的含义同汉语中的"风景"、"景致"、"景色"相一致，等同于英语中的"scenery "，都是视觉美学意义上的概念.我国从东晋开始，山水画（风景画）就已从人物画的背景中脱胎而出，独立成门，风景（山水）很快就成为艺术家们的研究对象，丰富的山水美学理论堪称举世无伦，因此也才有中国山水园林的臻美.景观的这种含义（作为风景的同意语）一直为文学艺术家们延用至今.

目前，大多数园林风景学者所理解的景观，也主要是视觉美学意义上的景观，也即风景

景观规划早在文艺复兴时期与建筑学并驾齐驱，在巴洛克时期，发展到了登峰造极的程度，从此以后景观规划成为早期的城市设计的一个决定因素。

2.2如何体现新城市主义对我国城市设计的指导作用

与西方人相比，东方人更具有城市情结，更愿意在城市的氛围里生活交流，这可以从多数东亚国家和地区遍布繁华都市的现象中找到答案。发展中的中国，也出现了“居住郊区化”的趋势，究其原因主要是由于城区内缺乏高品质的自然、生态、绿色的景观和环境，无法满足都市居民对于新城市生活的渴求，在满足了物质生活之后对精神领域的追求。为此， “舒适、方便、宁静、自然、人文、品质”应为城市设计人员构建新城市生活的基本主张。

2.2.1 城市生活缔造者们应通过塑造具有城市生活氛围、完整紧凑的社区，取代郊区蔓延的发展模式，以新理念和形态来创造和复兴城市社区，力图构筑更合理的城市空间，形成更优化的、与原有城市互动的、具有新意念的城市社区或城市构成部分。这是以人性化为基础要求，功能性、文化性、艺术性、自然性、生活性极度和谐的社区模式。

2.2.2 考虑社会的进步，作为社会文明的缔造者“人”应当有权享受高品位的生活。前几年，由于空气污染、交通拥挤以及对自然的渴求等诸多原因，人们纷纷选址郊外，但是，随后人们又发现自己走入另一个误区：日常生活不够便利、人际往来稀少、时间大量浪费在路上、精神生活缺乏等等。于是，人们又开始寻找另一种全新的生活品位：有高级的住宅设施、优美的社区景观、全面细致的物业服务，与周边良好的政治、经济、文化、商业、旅游等资源有机的整合，构成全新的人性、人文、自然复归的生活空间。在开发区社区，正在努力构建这样的平台，以满足人们对新生活品位的追求。

2.2.3 人们的观念发生了巨大变化，旧有的建筑和城市面貌已经明显落后。于是，人们大兴土木，以满足整个社会经济充满活力的良性发展。一个国家、一座城市在"建筑新时代"到来的时候，能否以一种富有远见的先进的理念来指导城市建设显得十分重要。

3.新城市主义对我国的城市设计理论有重要的意义

由于新城市主义与我国追求传统的天人合一，人、自然、宇宙三元一体的古典的哲学思想相吻合，而且与我国的当前的经济发展、社会进步针对城市设计理论提出的新要求想一致。

3.1新城市主义是符合中国国情与文化传统的城市设计理论

新城市主义倡导在城市规划设计过程中，将公益设施与环境绿化同步配套到位，并注重历史文脉的构建及传统文化的弘扬，从而在有限的资源中，创造出更多更适宜人们居住的生活空间。

3.2新城市主义是适应国家经济发展、社会进步要求的城市建设理论

每个国家、每个时代的建筑都会鲜明地烙上那个国家、那个时代政治的、经济的、文化的、艺术的、宗教的烙印。建筑作为一门艺术，向来与政治、经济、文化等密不可分。拿破仑三世时代的建筑集中地体现了中央集权政体的强大力量以及新兴资产阶级的经济实力。纽约在1929年大萧条之前的10年里建造了一大批无人可与之比肩的超高层建筑，这是在第一次世界大战中从欧洲夺得经济主导权的美国大企业集团争相显示自身存在的建筑。中国古代的皇家宫殿，强调规整、对称、稳重，则体现了统治者追求"四平八稳"的政治心态。

在当代，随着国家的经济实力显著提高，人民的生活水平大跨步，在满足了基本的物质生活后，精神追求理所当然浮出水面。而新城市主义的提出侧顺应了这一历史趋势，为我们解决在新的历史条件城市设计出现的新问题提供了一个可供探究的方向。

参考文献：

《德國景观》《世界建筑》《日本景观》《建筑学报.》

《Landscape》《建筑学报.》

《城市设计理论与方法》金广君

《城市意象》凯文·林奇

《城市风貌设计》泽宽原（日）

产品设计理论与方法 篇4

给水管网优化设计的研究包括管网优化设计模型和优化算法两个方面，优化设计模型需要相应的优化算法进行求解。随着计算机的出现及其应用软件的开发，两者在理论和工程实际的应用中都逐渐成熟，应用比较广泛。

1.1给水管网优化设计模型研究

给水管网优化设计模型是进行优化设计的基础，其优劣程度决定优化设计是否成功。因此，所建的模型必须真实地反映管网运行特征及管理要求。其模型的发展经历单目标函数和多目标函数两个阶段。20世纪50年代后，国内的研究者开始对管网优化设计模型研究，取得一定成果的有同济大学、哈尔滨工业大学等。国内研究者一般都以管网年费用折算值最小为目标函数建立管网优化设计数学模型。此模型没有考虑管网的可靠性约束。随着研究的深入和实践证明，人们逐渐认识到若仅以经济性作为管网优化设计的目标函数与工程实际相比存在某种欠缺和不足，还需要考虑系统可靠性这一因素。

1.2给水管网优化设计模型求解算法研究

给水管网优化设计模型求解方法主要经历了以下三个阶段。

（1）拉格朗日函数优化法。该方法主要用于求解以管径和水头损失为变量的单目标单工况优化设计模型。应用拉格朗日未定系数法，将目标函数进行转换，然后用计算机进行求解。但是由于管径为离散变量，应用此法求得的管径需要进行圆整，化为市售管径，这在某种程度上破坏了解的最优性。该算法目前应用较少。

（2）数学规划法。

①线性规划。线性规划法是在一组线性约束条件下，求某个线性目标函数的最小值(最大值)。该方法只能解决树状管网的优化设计，因此该算法应用较少。

②动态规划法。动态规划法是一种求解多阶段决策过程最优化方法。该法对模型中的目标函数和约束条件的形式要求不高，以标准管径为变量计算结果不需要调整。该方法对小型树状管网能得到最优解;对于简单的环状管网，需预先假设一组管径并进行初始流量分配，将环状网化为树状网;对于复杂管网应用该法不能得到最优解。

③非线性规划法。非线性规划法是在一组非线性约束条件下，寻求非线性目标函数的最大值或最小值。在管网优化设计中，目前所建的模型基本都是非线性模型，因为此种模型能更好地反映管网系统各因素之间的关系，因此该方法能提高计算精度。非线性规划法能较好的反映管网系统的本质。

(3)随机搜索优化方法。

①神经网络算法。神经网络算法是将优化问题的目标函数和约束条件映射到神经网络动力系统，利用人工神经网络的动力系统演化机制，搜索到局部最优解，将最优解映射为动力系统平衡点。目前将神经网络算法用于环状管网方面的研究较少。

②蚁群算法。蚁群算法(ACOAs)是由意大利学者Dorigo于1996年提出的一种模拟蚂蚁寻食行为的算法。该算法能够智能搜索、全局优化，且易与其它算法结合。但有以下缺点：a:当规模较大时，算法效率下降得很快，需要较长的搜索时间；b:容易出现停滞现象，即搜索到一定程度后，所有个体所发现的解完全一致，不能对解空间进一步进行搜索，不利于发现更好的解，从而容易陷入局部最优。

③遗传算法。遗传算法(GA)近年来被认为是管网优化技术的飞跃，它通过模拟自然界生物种群的遗传和自然选择机制，随机搜索最优解。遗传算法是以标准管径为决策变量的，对其采用一定的编码方式，通过选择、交叉和变异等操作，求得最优解。它的优势主要在于:a:该算法不受可微、可导、连续等数学处理方式的限制；b:以离散的标准管径为决策变量避免了非线性规划法需对连续管径进行“圆整”带来的偏差；c:该算法是一种随机搜索过程，不会形成局部最优解；该算法也存在一些缺陷，如遗传算法的早熟现象、适应度值难以标定、接近最优解时收敛很慢等。

2、结语

文化批评：理论与方法 篇5

[内容提要]文化批评作为重新回到文学外部研究的批评，它的可能性如何证明?当年形式主义批评对于外部批评的指责是这样脱离了文学本身，那么文化批评有多少为自己加以辩护的理由呢?本文从文化批评的理论、方法以及它的言说的有效空间这样三个方面，对于文化批评的基本状况作了一些分析和说明。并且认为，文化批评作为当代文学研究的一种方式，不是追求一劳永逸、包治百病的对待文学现象，而是更这重于对于文学研究提供思想的解剖刀和反思。

[关键词]文化批评 理论 方法 话语权力

“文化批评”已经成为当前文学研究中的一种普遍共识，即文学研究除了应该深入到对于文学自身的剖析，尤其是语言分析之外，还应该有着一种文化层面的`眼光。那么这里的文化可以是文化人类学意义的范畴，探讨植根于民族文化心理和民俗中的基本样态，也可以是着眼于当代生活中或隐或显地起着引导、支配或者影响人们生活的事体。如果我们把眼光聚焦到后者，就有可能面对各种生活事实，这些事实是刚才发生或者正在发生的，缺乏成系统的言说渠道，也没有可以依靠的理论范式和话语规则，因此有必要对于其中的理论与方法进行研讨。

一、批评的根基：为何理论与如何理论

事实上，人们看待事物都是内含理论或依靠理论的。看到太阳从东方升起，人们有“早晨”的观念，而“早晨”除了是一个特定时段，同时还是一种循环的、多次重复的时辰。古代人们更多地从周而复始的意义理解它，今天人们主要从矢量发展的角度看待它，这里分别就有不同理论作为内在依据。除了日常生活有着理论的背后的依托，就是在学科研讨中，也同样有着理论的先行。在实验室里，科学家用显微镜观察微小的对象，这是非常客观的了，可是这种客观中也有发现的预期，而预期就有某种假设，它是依据理论的。诸如现代高能物理在探测新粒子时，要预先建立大型设备，投资巨大，探测的结果实际上是有着理论预期成分的。正如爱因斯坦指出的：

科学不能仅仅在经验的基础上成长起来，在建立科学时，我们免不了要自由地创造概念，而这些概念的适用性可以后验地用经验方法来检验。这种状况被前几代人疏忽了，他们认为，理论应该用纯粹归纳的方法来建立，而避免自由地创造性地创造概念。科学的状况愈原始，研究者要保留这种幻想愈容易，因为他似乎是个经验论者。直到19世纪，许多人还相信牛顿的原则――“我不作假说”――应当是任何健全的自然科学的基础。[1]

通过这种回顾可以见出，仅仅依靠经验的基础面对事物，这既是不可能的，也不是科学所推崇的态度。

为何理论是回答理论支撑的必要性，在此之后就有采用什么理论即如何理论的问题。这里当然应该包含经典的文艺学教材和专著的理论，也应该包含从文化学角度看待文艺的有关理论，此外还应该吸纳从日常生活经验中引发的理论思考。

马克・波斯特在结合电脑写作问题时，联系德里达关于说与写即语言与文字对立的观点展开了讨论。他指出，纸笔的书写方式使显现的文字有物质性质，难以抹去;这些纸面的文字脱离了作者，它的意思是在相应语境确定而不是听命于作者，因此也可以说这些文字成为作者的敌人，对抗作者。可是电脑写作中，屏幕显示的亮点能够轻易消除，它还没有成为物质存在，这样书写与说话就有了同一性。[2]它颠覆了笛卡尔以来主体与客体、精神与物质之间二元对立的关系;电脑是一种物质存在，可是它是模拟人脑的，在电脑的工作中，我们面对的不是主体与客体的关系，而是一种镜映效果(mirror effect)，在这里我们又一次遭遇拉康那种

外语阅读教学理论与方法 篇6

自文字诞生以来，阅读作为了解他人想法，传承人类文化的一种途径与人类的文明史一起前进。现代化的信息社会，阅读作为人类汲取知识的重要手段和认识周围世界的途径之一，是学习所有学科的基础，也是掌握外语的重要途径，是现代人类社会中不可缺少的一种认知活动。20世纪60年代之前，受语义学理论的影响，阅读被认为是读者从文字出发来求解文意的过程。外语阅读通常是从文字出发，在弄懂词句的基础上达到对篇章的理解。20世纪60年代以来，随着认知心理学和心理语言学的发展，人们认识到，阅读理解并不是一种单向的接受信息活动，也不只是对词、句甚至语篇的理解。阅读理解是一个极为复杂的心理语言学过程。这是一个以理解为目的的、多层次的、相互作用的、不断进行推测的过程。阅读理解的过程乃是读者在大脑中建立一种模式的过程。阅读是一种个人现象，使大量的语言想象在个体的头脑世界里无声地进行的。阅读理解的心理过程研究促进人们对外语阅读个体因素的研究，促进人们对对传统外语阅读教学的进一步反思。

一、对外语阅读的认识

阅读一直以来都被认为是人们学习知识、认识世界的重要手段和途径之一，同样也是英语教学中最重要的教学内容之一。高中英语教学大纲明确指出，阅读是理解和吸收语言信息的最重要手段，它能给学生提供更为丰富的教育教学资源，有助于学生开阔视野、丰富语言知识、扩大词汇量和了解英语国家的社会及文化等。高中英语课堂教学可以按年级制作媒体课件，有计划地指导学生掌握科学、有效的阅读方法和技巧。通过强化培训技能极大地提高学生的学习积极性，使学生的阅读能力得到显著的提高，为学生的后续发展奠定坚实的基础。

语言学家古德曼（Goodman）曾说：“阅读是一个复杂过程”。长期以来，阅读与听力一样，被认为是被动地吸收语言知识的“接受性技能”，大多数人把阅读看成一个理所当然的活动，很少意识到其中所牵涉的复杂心理过程。随着心理学、心理语言学、应用语言学和篇章语言学研究的发展，人们对阅读理论的探讨不断深入，逐渐认识到外语阅读是在第一语言环境中学习第二语言并获取相关语言材料的主要途径，是一种具有挑战性的认知和解码过程，是从书面语言中获取信息的一种复杂的心理过程，其中各种心理资源都得到调动以求理解得以实现。人们在阅读与听的过程中，人脑一直处于积极的信息处理与交换的状态之下。它需要依靠读者的思维、语言能力、知识水平等综合因素去理解语言、分析语言，并达到获取信息的目的，在实际教学中，老师应选择适当的阅读策略提高学生和阅读速度和阅读效率，并运用正确的阅读教学方法直接影响学生对阅读策略的掌握和运用。

1．外语阅读要素

对任何一种体裁的文章进行阅读的目的往往都是为了获取信息，影响人们获取信息的因素究竟有哪些呢？在英语阅读中，主要有词汇能力、句式识别、篇章理解和社会文化背景知识四个要素。

首先，词汇是生成语篇的基本单位，词汇理解是阅读理解的前提和基础。任何阅读都是以一定的词汇为基础的，因此所阅读材料的生词量必须要控制在一定的范围内。一般来讲，生词量不能超过8%，最好维持在4%左右。一旦超过10%，阅读就变成了生词查阅的游戏。结果虽惹得满眼的奇花异草，但最终只会疲惫不堪、徒劳而归。推断能力也是建立在此基础上，若超过一定的生词量，重要信息之间的联系就必然会割裂，生词推断也变得凌乱不堪。所以，无论是从获取信息还是从词句学习的角度，英语词汇的掌握都至关重要！

其次，句式识别就是辨认句子的构成形式。它本身包含了两层含义：对句子句法结构的识别和对该结构所包含的相关意义的识别。英语学习者们往往在阅读时会发现这样一种现象，一个句子里的每一个单词都认识，但是连成句子就不知所云了，出现这种情况的原因就在于学习者尚未能很好地把握句式识别的基本阅读策略。对规则意义句式的识别来说，由于规则的句法结构是有章可循的，所以这类句式中，复杂的句式结构是阅读过程中句式理解的一大难题，可以通过规则的句法分析来解决。对非规则意义句式的识别来说，可以通过识别这类非规则句式中蕴涵的文化因素和情感因素来理解其内在含义。也就是说，对这类句子的识别过程实际上就是对某种文化或某种情感的识别过程，即所谓的“意会”。

再次，篇章理解，顾名思义，就是从篇章的全局来把握文章，理解文章。这是阅读理解的高级阶段。段落是构成阅读篇章的最高单位。段落的理解对于整篇文章的理解起着举足轻重的作用，是整篇文章理解的关键。要准确地理解篇章，就要求学习者能够通过词汇、句式来理解段落，找出全文的主旨和作者观点，认识理解作者的立场，从而准确找出自己所需要的信息。

最后，有些外语阅读还涉及到目标语言国的一些社会文化背景知识，如科技类、农业类、政治时事类、民俗习惯类等，这需要广大外语学习者在平时的学习阅读中秉着时刻学习的观点，时时注意积累知识，扩充自己的文化储备，以更好地应对未知的学习与阅读，为日后的个人提升奠定基础。2．外语阅读教学中教师与学生的相互作用

自古以来，有学就有教，教与学是相辅相成的，所谓教学相长，也强调教师与学生之间的相互作用。

在实际的外语阅读教学中，首先教师要帮助学生建立起对外语阅读的兴趣，养成良好的阅读习惯并获得各种阅读技能。其次，教师要积极地了解学生的实际阅读能力，帮助他们找到自己的阅读缺陷。同时，老师要善于为学生选择适合的阅读材料，并设计出适合学生的阅读任务和活动，加速学生阅读技能的获得和提升。最后，老师要通过激励、理解、适当的帮助等手段使每个学生在阅读方面的潜能得到最大的发挥，培养他们的自学能力。

学生在阅读教学中首先应该是积极的参与者，只有积极主动的学习才能提高学习的效率。同时，学生也应是阅读教学中最积极的因素，学生应主动去了解阅读材料的结构，阅读技能的选择及阅读方法的运用，增强自我认知意识，才能在最短的时间里成为合格的读者。最后，学生应能够在课堂上具有冒险的精神，敢于犯错才能克服外语学习的紧张情绪。

3．外语阅读的关注问题

（1）阅读的选材。阅读材料的选择应注意难易适当，范围涉猎广泛，不给学生的阅读造成过多的困难和心理障碍。在内容上，所选材料要尽量涉及社会生活的各个方面，如文化教育、风土人情、传说、时事、人物及科普等，这样能够尽可能地调动起学生的阅读兴趣，有助于他们阅读能力的进一步提高。

（2）培养良好的阅读习惯。习惯的养成会给今后的进一步学习打下良好的基础，教师应从一开始就培养学生阅读英语的习惯，通过定时阅读、随机阅读、补充阅读等方式促进学生保持良好的阅读习惯，并以此提高学生的阅读兴趣，使学生能持之以恒。

（3）精读泛读紧密结合

要提高学生的阅读能力，必须使学生具有一定的阅读量。只有具备了一定的阅读量，学生才能建立起语感。语感是对语言文学的敏锐感觉，在阅读教学中加强学生语感的训练，是培养学生的阅读悟性的重要途径。首先，通过多媒体让学生感知文章的写作背景、可能出现的人物、可能出现的语言环境、可能出现的情感情调等，指导学生在倾听录音中感悟、欣赏、体会文章；其次，在指导学生朗读文章时，要引导学生体验作者的情境、心情、思想与意境，刺激学生的发散思维，加速获取、理解和处理文章的语言信息的速度、最终培养学生的阅读悟性。只有既注重阅读的量，又细化阅读的质，才能切实培养语感，提高学习者的阅读水平。（4）因材施教。培养学生阅读能力是一个漫长而艰辛的过程，应采取循序渐进的原则，对不同年龄段学习者的培养目标和教学要求要做到心中有数，对不同水平的学习者也应有不同的要求。不同阶段的学习者，从培养阅读兴趣，到注重阅读思维能力，再到文章的深层理解上都有相应的侧重。同时，教师还应传授给学生一定的阅读技巧，培养学生良好的阅读心态。

（5）培养英语文化基础。高中英语教学大纲明确指出：“语言是文化的重要载体，语言与文化密切联系。”如果学生缺乏一定的文化背景知识，即使认识所有单词，也不一定能正确理解文章的含义。因此，教师应注重在平时的英语教学中对有关社会文化背景的知识进行补充介绍，指导学生阅读有关的英语报刊，不断扩大知识面，从而紧紧跟上语言的发展，有效地提高阅读理解能力。

二、流行的外语阅读教学方法

阅读作为外语教学的重要内容之一，一直都是各界教育学者关注的问题，如何有效地培养学生的阅读能力，获得一定的自学能力，是摆在所有人面前的重要课题。迄今为止，在外语阅读的教学方法方面，目前比较流行的主要有自下而上阅读法、自上而下阅读法、交互式阅读法三类。

1．自下而上阅读法

早期的阅读过程为“自下而上”（the bottom-up approach）法，也被称作信息加工法，它描述了阅读的整个过程，即从看到文字的那一时刻起一直到了解文字的全部意义为止。这个模式对单个的语言单位（如音位、字位、词）进行解码，并从最小的单位到最大的单位构建篇章意义，然后修正已经存在的知识以及给予篇章信息所作出的预测1。依照此种自下而上教学法，读者首先识别看到的每个字母，然后将它与相应的语音匹配，形成单词，最后形成意义。这种方法把阅读过程看成一个直线形的过程，即由书面信息直接到读者的大脑，读者对文章的理解取决于文章所呈现的内容，读者仅根据书面信息（单词和句子）来理解文章的意思。

自下而上法认为读者获取信息是从辨认最基本的语言符号开始，即从字母到单词、短语、句子、段落最后到篇章，它要求学生由部分到整体地去理解语言材料，这种阅读模式可用于 1 姚喜明.潘攀.英语阅读理论研究的发展[J].外语教学，2004（1）外语初学者或对某一种篇章进行精读。许多学生，特别是处于学习英语初级阶段时，所学的阅读方法往往强调“部分”，如词汇和语法结构，这种方法就是“自下而上”阅读法的具体体现。应用自下而上阅读法时，需要学习者注意词、词组和语法，并且使它们相互作用，最后才能达到对整篇文章的正确理解和良好把握。

但自下而上阅读法由于过于强调语言的片断，而导致割裂了对语篇整体层次的理解，这与科学家在显微镜下研究生物物种的某一横段面有些相似，即它可以研究物种的某一特性，但却忽视了物种赖以生存的大的环境。它只是把阅读看成是从词到文章大意的信息解码过程。读者与文章的联系是单方面的，他只能通过一些词或词组来理解文章，因此读者往往会处于被动地位。运用自下而上阅读法很容易造成一种只知道词的意思却不知道或不完全理解整篇文章大意的孤立处境。例如，“see eye to eye”是指“达成协议”，但如果按字面意思来翻译却成了“看从眼到眼”，意思完全不同。

目前，在我国许多地区，英语阅读教学仍然基本上延续着自下而上的传统阅读法。大部分教师都擅长语法教学，在教学过程中过度重视字词和句子结构，而忽略了把文章看作一个整体。这样，学生们就只学会了消极地处理表面信息。这种阅读方法使人错误地认为，成功的阅读仅需要掌握更多的单词和精确的语法。后果是，即使能够认识文章的所有单词，能够正确分析所有句子成分，他们仍然不能理解文章内容。这不但影响阅读速度，同时也打击了学习者的积极性。

2．自上而下阅读法

由于认知科学的出现和发展，在20世纪70年代末，一些学者从认知心理学的角度研究语言对外语阅读方法进行了进一步的研究和发展。1976年，美国心理学家古德曼（Goodman）指出，读者不是逐字的获取信息，而是猜测、过滤和验证他们已获取的知识，并对他们猜想进行修订，然后实现准确的理解。该模式被称为“自上而下阅读法”（the top-down approach），它体现了读者的积极影响和意愿。

自上而下阅读法是一种依靠读者事先所具有的句法和语义学知识的心理阅读法，因此也被称之为语言心理法。这种模式从高端的信息出发，根据已有的知识，对文章进行推测或假设。然后依据篇章信息对预测和假设进行验证。按照这种理解，“阅读过程就是预测、选择、检验、证实等一系列认知活动，有效的阅读在于用输入信息中尽可能少的线索作出准确地判断”2。

Goodman, K.S.A Paycholinguistic guessing game [J].Journal of the Reading Specialist,1970(4)自上而下的阅读法意味着读者应该使用基本常识，语言知识，和对主题的认识来理解整篇文章的意义，猜测不理解的文段的意思，然后仔细地研究他所表达的意思。它倡导阅读时不要逐字逐句地去译码，而是从宏观上去推测与理解成段和整篇材料内容的过程。在这种从上自下的阅读法指导下，阅读过程是一个主动、有目的、有创造性的心理过程，读者在阅读中始终处于积极、主动的心态。

自上而下阅读法与自下而上阅读法截然相反。自下而上法注重从词的理解开始，而自上而下法注重从整篇文章的背景意义开始。不同于忽视读者的对阅读的传统看法，自上而下法在具体实践时特别强调读者的积极参与。首先，读者使用视觉方面找出的语言信息来改善,形成临时假设的文字资料。其次，读者使用经验及语言知识来验证临时的假设。最后，读者在再次阅读文章后对所做的假设进行证实或修正。因此，自上而下阅读法要求读者具备一定的社会文化背景知识，否则，便无法有效地参与文章的主动思考和理解。如“Let’s go Dutch treat”是指各付各的钱，即AA制，但是字面意思却不同。这个短语必须结合背景知识来理解。因为在16—17世纪，荷兰是海上运输贸易的起源地之一，商人们为了他们的贸易到处奔波，居无定所，这种情况下邀请朋友吃饭便不是明智之举，往往请别人吃了饭，却再也见不到对方了。因此，荷兰人开始习惯各付各的钱。就是因为荷兰人喜欢把什么都分得很清楚，英语中用“Let’s go Dutch treat”来表示AA制。如果读者不知道这段历史背景，他们就不能充分理解这个词组的意思，对文章的理解也会产生偏颇。

但由于读者在这种阅读过程中持有一种积极主动的心态，因此，基于文本字母和单词的识别只是用来确认他们所假设的文本的含义，“阅读成为了一场心理语言的猜测”3。根据这种看法，有经验的读者能够利用背景知识做出预测，而没有经验的读者只能局限于词汇，在阅读过程中不懂得利用上下文，更无法利用背景知识进行预测。即使他们也可以在某种程度上做出预测，所花费的时间也远远多余简单的认知单词。因此，自上而下阅读法也受到了一定的质疑。

3．交互式阅读法

交互模式（the interactive approach）实际上是自上而下法和自下而上法两种阅读方法的综合。上述两种模式通常被认为是线性的，信息处理需要几个非交互阶段。每个阶段独立工作后把处理结果传递给下一个阶段。信息传递的方向是单向的，高端信息无法影响低端的信息处理。而交互法则认为，阅读中的信息加工模式是从低、高或微技巧和宏技巧两个方面同 3 Goodman, K.S.A Paycholinguistic guessing game [J].Journal of the Reading Specialist,1970(4)时进行的，即每一阶段的知识分析既有来自低级阶段，也有来自高级阶段的分析。只有当低级阶段和高级阶段的信息吻合时，才产生令人满意的正确理解，否则假设就要重新修改和建立，直至两种信息完全吻合。之所以说它是交互式的，“是因为在任何阶段，不管在系统中处于那个位置，都可以和其他阶段任何阶段沟通”4。

简单地说，交互式阅读法是一种在阅读过程中对信息同时进行自下而上和自上而下处理方法的阅读法。Emerald Dechant认为，互动式阅读法要求读者选择性地利用所有层次上的信息（音素、语素、词、句子等等）来构建意义，而不只局限于某一层次。Kenneth Goodman 认为，在互动式阅读中，字面是一种输入，意义则是一种输出，读者本身也是一种输入。他通过与文章互动，选择性地利用文中线索来构建意义。

互动式阅读法的本质表明高层次的信息处理方法在阅读中起着更重要的作用，同时，许多低层次的阅读方法、技巧对于阅读来说也是至关重要的。读者需要熟练掌握一定量的词汇，这对于一些高级学习者来说同样重要。在实际阅读中，自上而下法与自下而上法是交替或同时出现的，二者缺一不可，但它们不是简单的相加，而是两者所包含的多种因素相互作用、相互影响的结果。

互动式阅读法吸取了自下而上和自上而下的阅读方法的优点，同时又克服了他们各自的缺点，在目前我国外语阅读教学中是比较实用的一种阅读法。在具体应用于英语精读教学中时，我们一般可以按照以下步骤指导学生阅读和理解：

（1）首先给学生讲解文章的背景知识，让学生对文章背景有个大概了解；

（2）让学生根据文章题目预测文章主要内容，这时可以组织小组讨论，必要的时候可以给学生一些提示。

（3）给学生一些时间浏览文章，要求学生找出文章主题，并跟自己的预测加以比较。并组织学生讨论，最后确定文章主题。

（4）对文章中出现的一些生词、习语以及难懂的句子加以解释。其中一些相对简单的可以要求学生根据上下文和背景知识自己推测意义。

（5）要求学生再次阅读文章，划分段落，明确段落大意。

（6）对于学生感觉困难的段落，要分析困难的原因，如，生词多、缺乏背景知识等。学生在这种交互式阅读法的指导下，很快就能学会把语言内容和形式融合起来，既提高了阅读速度，又增加了对文章的理解。长此以往，阅读水平必然会有一定的提高。因此，目 4 SAMUELS, S.J.& M.L.KAMIL.Models of the Reading Process [A].An Interactive Approaches to Second Language Reading [C].Cambridge University Press, 1998 前，交互式阅读法在我国应用较为广泛，也得到了普遍认可和接受。

阅读时英语教学中很重要的一部分。它是一项心理活动过程，它是一个很复杂的过程。只有了解了阅读的精髓，阅读教学才能进步。如今有很多不同的阅读方法，每种方法不能说是好还是坏，只能说是适合或不适合。每种都有不同的特点和所试用的对象。只有明确学习者自身的阅读水平，期望达到的目标，选择最适合学习者的方法才能有效解决存在的阅读障碍，提高阅读水平。

参考文献：

[1] 马瑞香：外语教学的哲学思考，外语学刊，2008（3）[2] 赵海艳：高中英语阅读教学之我见，教学交流，2010（12）

[3] 支永碧，吴延平：现代几种主要的语言观及其对外语教育的启示，国外外语教学，2007（1）

[4] 刘正光：认知语言学的语言观与外语教学的基本原则，外语研究，2010（1）[5] 杜萍：高中英语阅读策略与教学方法的研究，中小学外语教学，2002（4）[6] 王军：高中英语阅读教学初探，外语教学，2007（8）

[7] 张红：中学英语阅读教学策略探究，黔南民族师范学院学报，2002（2）[8] 李顺春，贺亚男：语篇与英语阅读教学，内江师范学院学报，2003（1）[9] 关翠琼：试论外语的阅读理论和教学，武汉冶金管理干部学院学报，2005（1）[10] 官芬芬：元认知策略在阅读中的作用及其在外语阅读教学中的应用，成都教育学院学报，2005（11）

[11] 姚喜明，潘攀：英语阅读理论研究的发展，外语教学，2004（1）

[12] 杨小燕：基于双重代码理论的国内英语教学研究综述，宁波教育学院学报，2009（6）[13] 刘芳：优化高中英语阅读技能探析，读与写（教育教学刊），2009（7）

[14] 马雪静，李敏：从语言的体验性到“以人为本”的外语教学模式，沈阳工程学院学报，2011（1）

产品设计理论与方法 篇7

《现代设计方法》是机械类专业本科生的一门专业限选课, 是一门综合性课程, 它融汇了当今科学技术的精华, 与各相关学科紧密相联。开设的目的是使学生对常用现代设计方法的理论、创新思维和技法有深入的了解, 对计算机在设计领域中的应用有较深刻的认识, 扩大学生专业知识的深度和广度, 提高其创新设计能力和理论认知能力。课程的特点是设计方法种类多、复杂抽象、理论性强, 涉及数学建模、数值分析、模拟仿真等方面的知识较多, 因此课程安排在最后一学年, 学生修完了机械原理、机械设计等大部分专业基础课和专业课, 以及工程数学、概率论等数学课程, 有一定的前期知识的基础, 在学习过程中不至于遇到太大的难度, 影响学习兴趣。

课堂教学中, 设计方法原理的讲解不可避免要涉及到大量数学公式, 而在实际应用中, 只需建立数学模型、设置参数、确定条件, 求解过程由计算机和软件来完成, 因此, 枯燥的理论学习和良好的计算机应用界面形成了强烈的反差, 学生往往对上机应用感兴趣, 而对理论学习缺乏热情。针对这一情况, 教师应积极应对、认真思考、总结经验, 探索在教学中如何采用适合的教学方法, 提高学生学习积极性, 使他们既学习好现代设计方法的理论知识, 又掌握好实际的应用, 培养具有创新能力、综合设计能力的新型人才。以下从教学方法角度对这一问题进行探讨。

二、教学方法探讨

1. 精选教材、分析教学内容

现代设计方法是在继承和发展传统设计方法的基础上, 融会新的科学理论和科技成果而形成一个知识群体, 经过三十多年的发展到现在已有几十种设计方法。课程教学大纲计划的授课学时是有限的, 如何让学生在规定的学时内接触更多的知识, 在将来的实际工作中正确应用, 是教师在策划和组织教学内容时要首先考虑的问题, 要根据现代机电产品的特点, 学校所在地方经济发展的特色, 考虑学生将来走上工作岗位以后可能遇到的工程实际问题, 精心选择教材, 分析教学内容。授课老师也应该具有扎实的理论基础, 参加过多项的科研项目, 有丰富的实践经验和较多的工程实际案例, 对于丰富教学内容, 增加课堂吸引力, 使授课顺利进行有重要意义。

通过分析现代设计方法教材, 可以把教学内容分成两大类:一是概念性强的内容, 如绪论、设计方法学、创新设计、计算机辅助设计等章节, 主要涉及设计理念、创新思维、空间想象能力的培养;二是理论性强的内容, 如优化设计、可靠性设计、有限元法、机械动态设计等章节, 主要涉及现代设计方法原理的讲解, 数学公式推导、计算机算法的建立等。

2. 针对教学内容的特点, 灵活采用合适的教学手段

在教学中针对不同类型特点的教学内容, 采用不同的教学方法和手段。在讲授概念性强的教学内容时适当采用多媒体教学, 使用图片、动画等讲解难以用语言表达或学生难以理解的概念、原理, 使教学内容生动、直观, 便于理解, 避免教学内容的单调枯燥, 提高学生学习兴趣。在概念设计、虚拟设计、机械结构的虚拟装配等有关计算机辅助设计的内容时, 采用三维设计软件, 调出设计实例, 使讲解更生动、更贴近工程实际, 使学生印象更深刻, 对于培养学生的创新思维有较大帮助。

讲解理论性强的教学内容时, 要让学生理解设计方法的原理和解决问题的算法, 必然涉及大量的数学公式推导。总结教学经验时发现, 使用板书的教学效果好于多媒体, 因为传统的板书式教学, 推导过程前后连贯、清晰, 信息停留时间长、内容可以及时修改等优点。在课堂上的公式推导过程是单调、枯燥的, 为了避免学生精力不集中, 产生厌烦情绪, 应分步骤详细推导, 层层设问, 逐步求解, 注意引导学生思维, 在得到最后结果时, 要进一步讲解计算机算法的建立, 让学生理解公式推导的目的是为了以后对实际项目的应用。

3. 采用多种教学方法, 注意调动学生的学习积极性

课堂教学最忌讳的是:教师灌得多, 学生接受少, 学习气氛沉闷。在教学过程中要注意启发和引导学生积极思维, 尤其是难以理解或枯燥的教学内容, 更应注意调动学生学习的积极性和主动性, 只有学生积极主动, 才能获得好的教学效果, 可以从以下几方面采用多种教学方法。

(1) 添加新的刺激成分。大学生通常对一些新事物感兴趣, 讲课时注意穿插一些工程实际中的新鲜事物, 科技发展热点, 教师科研项目的进展等, 增加知识的新颖度, 提高学生的学习兴趣。适当采用多媒体教学, 减少板书, 避免冗长的公式推导, 减少理论教学枯燥感。

(2) 采用比较法的教学方法。将现代设计方法与传统设计方法进行对比教学, 从系统性、社会性、动态化、最优化、创造性等方面讲解两种设计方法的特点, 传统设计方法只能获得简化条件下的近似解, 而现代设计方法能获得准确解和最优解, 从而认识现代设计方法的先进性, 提高学生设计理念的现代意识。

(3) 采用启发式教学方法。启发的方式有:采用逻辑推理, 讨论的方式;典型案例, 引导讨论的方式等, 在教学过程中注意启发和引导学生积极思维, 尤其是在难以理解的设计方法原理或枯燥的公式推导过程, 如果平铺直叙地灌输式教学, 学生就会来不及理解而容易走神, 影响学习积极性。在创新设计章节的教学中, 创新思维的培养更需要采用案例启发, 能从想象的事物看到虚拟结果的, 使学生感兴趣的教学内容更能启发思维, 培养他们的创新意识。

(4) 采用交互式教学。与学生进行双向交流, 了解学生兴趣所在和学习难点, 听学生谈论对现代设计方法的感受, 或就设计方法的发展趋势和应用, 某一具体的科研项目所需的设计方法的选择和应用等内容进行探讨, 改变教师单方面灌输的局面, 让学生有表达思想的场所, 同时也给教师一个了解教学效果的机会。

4. 注重实践环节, 培养设计能力

(1) 课后作业和大作业。实践环节是培养学生的动手能力和现代设计方法的应用的重要步骤。在理论课学习中, 做作业是学习过程中实践环节的一个部分, 主要是课后作业和大作业, 通过做作业对课堂所学内容进行巩固和复习, 加深对现代设计方法理论的理解, 教师通过批改作业可以及时了解学生是否掌握了课堂学习内容, 从而及时对教学方法进行调整。通过精选适量的习题, 确保学生对所学知识进行基本训练, 掌握基本内容和知识点。

在优化设计章节安排有一个大作业, 学生在课后根据理论公式和程序框图, 应用C语言编写并调试计算机程序, 操作界面和数据输入方式由学生自主设计, 计算过程由电算程序完成, 最后得到题目的最优解, 通过大作业培养学生独立运用设计方法的理论和计算机编程的能力, 激发学生应用计算机的兴趣, 加深了参数选择对设计结果影响的认识。

(2) 工程实际案例的演示。由于教学大纲没有现代设计方法的课程设计, 加上授课学时、学校教学条件的局限, 设计方法的综合应用环节, 只能采取课堂演示的方式进行教学。教师将自己以前参加过的科研项目作为实例给学生作演示讲解, 选用的典型案例是:大型液压机的设计, 机器工作情况是:压制频率高, 工作压制力大, 采用液压驱动方式。首先进行机械结构的功能分析、概念设计、设计方案的对比论证, 然后应用三维设计软件如:SolidWorks、Pro-E进行零部件的建模, 建立装配结构的实体模型;接着要对虚拟样机进行分析评价, 应用有限元分析软件如:ANSYS对关键零件和主体结构进行载荷数据输入、约束条件设置、建立解算模型, 对立柱进行力学分析、横梁进行疲劳强度分析、主体结构进行动态分析、进行模态仿真, 观察主体结构的应力、应变分布、振动的频率和振型图等, 最后进行结构优化分析计算, 获得需要修改的部位和数据, 以获得准确的最优解。

通过这样一个综合性的工程应用实例, 使学生对机电产品设计的过程有一个全面的了解, 获得大彻大悟的感觉, 原来机械设计要考虑这么多的问题, 同时又有这么多的设计方法可以解决, 对比以前采用传统设计方法的课程设计 (主要是指机械原理、机械设计课程设计) , 更能领会到现代设计方法的先进性, 解决问题的准确性。在后来带毕业设计时, 教师感到学生有现代设计方法的学习基础, 通过后来再深入的学习, 毕业设计项目完成得非常好, 他们将自己设计的机械结构在电脑里观察, 简直就像是做了一件真的机械设备, 获得了极大的成就感和成功的喜悦, 收到了非常好的教学效果。

三、结束语

现代设计方法的理论学习和实际应用有较大反差, 理论学习内容多、公式推导多、枯燥乏味, 而实际应用则显得简单直观, 应用软件有友好的用户界面, 结果显示清晰明确, 原因是计算机承担了所有的复杂计算, 使设计计算过程轻松而且有吸引力。现代设计方法的教材讲理论推导的多, 而实际运用涉及很少, 如果完全按照教科书来组织教学, 学生就会学得索然无味, 也不知道理论该怎么应用, 收不到好的教学效果。因此在教学中要分析教学内容, 采用好的教学方法和手段, 注重实践环节, 引用工程实际案例进行综合性应用演示, 将抽象的理论转化为具体的实际应用, 使设计方法的理论更有说服力, 学生更容易理解和接受, 学习起来更有兴趣, 对提高教学效果的起到促进作用。通过本课程的学习, 提高了学生创新意识, 对培养解决实际问题的能力, 综合设计能力和计算机应用能力, 理论联系实际的工作作风有重要意义。

参考文献

[1]赵松年, 佟杰新, 卢秀春.现代设计方法[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[2]孙新民.现代设计方法实用教程[M].北京:人民邮电出版社, 1999.

[3]张鄂.现代设计方法[M].西安:西安交通大学出版社, 1999.

产品设计理论与方法 篇8

【关键词】复合式路面；刚柔并济；理论研究

2006年以来，我国的公路建设取得了突飞猛进的发展，初步形成了纵贯南北、横跨东西的公路交通网络格局。国道主干线的里程数已经达到3.5万公里，我国的公路交通滞后的局面彻底得到了扭转。截止到2011年，高速公路总里程数达到8.49万公里，成为拥有高速公路总里程数第二的国家，相关专家预计到2016年之前，我国的高速公路网络将初步建成。在这些新建的公路中，“刚柔并济”的沥青-水泥混凝土路面作为一种复合式公路路面结构，成为我国公路建设的主要路面结构形式之一。随着重型车、大交通量的出现，为了促进高等级公路建设的飞速发展，推广复合式路面大有裨益。

一、复合式路面设计所具有的优点

我们所说的复合式路面设计是一种新型的公路建设方法，路面面层是由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的。这种铺设方法主要可以起到降低成本、提高公路行驶舒适度的作用。复合式路面的设计方案是在我国紧张的能源资源供应的情况下提出的，采用此种方案可以有效地减少资源消耗量。复合式路面无论从经济、技术、使用性能方面都优于单一柔性或刚性路面结构。具体而言，复合式路面结构具有以下优点：

与旧式的单一路面结构相比，复合式路面结构提高了路面的使用性能。传统的公路铺设方式有两种：一是单一水泥混凝土，即在施工过程中只使用水泥混凝土材料；二是复合式水泥混凝土路面，即在水泥混凝土下方铺设相当部分的工业废料，节能环保。但这两种方案仍然存在着诸多不足，水泥混凝土材料脆性大、变形适应能力差，单一水泥混凝土路面施工工艺复杂，操作繁琐，造价高，施工速度慢，质量不易控制，致使水泥混凝土路面的发展受到限制。尤其是采用水泥混凝土底层填充工业废渣的方案（这种废渣包括燃烧后的废弃煤灰和工业排泄物），这种路面的施工相当繁琐，车辆行驶噪音严重，破损公路的维修难度大，而且更为重要的是在这样的公路上行驶会造成汽车的燃油量很大，行驶的舒适度很低。这样一来，节省能源的建设初衷就不能够实现。而且目前国产沥青材料价格高、货源紧张且延伸度不好，达不到高级路面的技术要求，所以，采用在水泥混凝土路面铺设沥青的做法能够有效地应对这些缺陷。能够在当前石油资源匮乏的情况下既可以减少沥青的使用量，又可以弥补单一混凝土路面硬度过大的缺憾，从而提高了车辆行驶的舒适度，降低了燃油使用量，达到节能环保的设计初衷。

此外，以沥青加铺的刚柔复合式水泥混凝土路面设计方案还广泛地应用于旧路改造的工程之中。传统的旧路改造工程（主要是針对单一水泥混凝土路面），改造的工程量大、难度大、易修复性差。当前对旧路改造通常可以采用所谓“白加黑”的方案，即在原有水泥混凝土路面额外铺设一层厚度相当的沥青路面。这种沥青路面的结构可采用沥青混凝土外加水泥板的方式，还可以采用沥青加碎石层和水泥板的混合结构，采用复合式结构加固的路面，在当前交通运输业发展迅速、车辆种类增多的情况下具有重要的意义：一方面，这种混合式的路面结构具有较强的承载能力，能够经受不同载重车辆的重量（包括超出国家标准的超载车）；另一方面，采用沥青和混凝土的刚柔并济的铺设方案将能够大幅度地提升车辆行驶的舒适度，有效地减少车辆的燃油消耗，节约了能源，促进了环保。

二、当前复合式路面设计研究和实践中所存在的缺陷

“刚柔并济”的沥青-混凝土的公路铺设方案具有十分明显的优越性。研究者对这种复合式的路面铺设方法的理论和实践的研究也日益增多，在个别领域取得了相当大的突破。但从整体来讲，关于复合式路面的设计研究本身还存在着或多或少的缺陷，概括起来有以下几点：

1.复合式路面的设计研究方法过于复杂，实践操作性较差。当前和复合式路面相关的研究大都是基于工程经验而展开的。例如在处理混凝土路面裂缝问题上，研究者通常认为采用增加沥青厚度的方法是不可行的，因为这种方法非常不实用，而且操作起来经济成本过高。目前普遍采用的是AI设计方法，但这种方法只是在经验层面得到了应用，离理论研究还有较远的距离。此外，国外的力学研究方法也因其引入参数过多、计算过于复杂而不能够在实际操作中得到广泛的应用。

2.复合式路面的设计研究缺乏对旧式公路研究的统一标准。复合式公路理论研究在当前集中于对新建公路的探讨上，对旧有的公路改造方面的研究少之又少，而旧有的公路本身受损的因素较为复杂，这也使得复合式路面结构的研究设计缺乏一定的、统一性的标准。

3.复合式路面的设计研究偏向于具体的技术分析，对理论和方法的研究较少。从目前情况来看，无论是在国内还是国外，关于复合式路面的理论和设计研究仍然停留在经验技术层面，这主要是由于受现有的经济利益驱使决定的，对理论和方法的研究还未得到足够的重视。

三、对当前复合式路面设计与方法的建议

1.在改造当前旧有水泥路面之前，应该对不同阶段的路面状况进行充分的调查研究，综合分析旧路面病害产生的原因，因地制宜地采取补救措施，增强整条路面的承载能力和车辆行驶的舒适度。

2.在复合式路面研究参数没有得到统一的情况下，研究者和施工者应该将主要的注意力放在增强旧有水泥路面的强度上，以及在防止水泥裂缝再次开裂问题的研究方面。在实际的设计研究中，需要在实践经验的基础上，仔细考量并最终敲定合适的沥青铺设厚度。

3.在旧有水泥混凝土路面改造的过程中，必须把完善水泥路面的排水系统放在突出的位置。没有完善的公路排水系统，“刚柔并济”的复合型水泥路面就可能在雨水的浸泡下引发安全隐患、降低使用寿命，交通的安全和畅通也就无从谈起。

4.无论在旧有公路改造还是铺设新型复合式公路的过程中，都需要把强化复合式公路层级之间的结合力作为工作中的重中之重，在必要的情况下，应该在相连的各个结构层之间增洒适量的粘层油，这种粘层油能够显著提高复合式公路层级之间的结合力。