機電產(chǎn)品設(shè)計仿生技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：仿生設(shè)計正是一種創(chuàng)新型的設(shè)計理念，通過回歸自然的方式，進(jìn)行產(chǎn)品仿生創(chuàng)新設(shè)計，這對追求個性化的現(xiàn)代社會具有重要意義。在工業(yè)化社會中，機電產(chǎn)品作為必不可少的元件、設(shè)備，將仿生技術(shù)應(yīng)用于機電產(chǎn)品設(shè)計活動具有必要性和可行性。對此下文通過對仿生技術(shù)以及機電產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀入手，分析仿生技術(shù)在機電產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的重要意義，展開仿生技術(shù)的應(yīng)用途徑分析，旨在能夠為機電產(chǎn)品設(shè)計提供新的活力。

關(guān)鍵詞：仿生技術(shù)；機電產(chǎn)品設(shè)計；意義；應(yīng)用渠道

引言

在日常的生活和生產(chǎn)過程中，都離不開機電產(chǎn)品，與此同時隨著社會發(fā)展的日新月異，市場需求的不斷變化，機電生產(chǎn)設(shè)計行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，但是同時機電產(chǎn)品生產(chǎn)所面臨著的挑戰(zhàn)增加，機電產(chǎn)品需要具有更高智能化、柔性化和個性化才行。傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品在性能、結(jié)構(gòu)和特點上無法滿足人們的這一需求，對此實現(xiàn)機電產(chǎn)品設(shè)計理念的優(yōu)化創(chuàng)新，導(dǎo)入新的技術(shù)手段至關(guān)重要。

1仿生技術(shù)與機電產(chǎn)品設(shè)計分析

1.1仿生技術(shù)

仿生學(xué)是近年來發(fā)展起來的新的學(xué)科，是工程技術(shù)同生物科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，仿生形態(tài)是常見的機能形態(tài)，其根據(jù)大自然中動植物的特點，對于常見的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能要素進(jìn)行重新模擬和設(shè)計。這種對產(chǎn)品設(shè)計與制造必不可少的語言形態(tài)下所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就是仿生技術(shù)。利用仿生技術(shù)展開產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計其需要遵照兩個方面的原則。第一，要求仿生技術(shù)要能夠把握住事物的正確的規(guī)律和本質(zhì)方法、方式。如，汽車設(shè)計中采用同鳥兒近似的外觀，就是參考模仿鳥的外形所具有的減少空氣阻力的功能作用；第二，要求仿生設(shè)計人員具有豐富的生活實踐經(jīng)驗，能夠從大自然中挖掘到各種創(chuàng)新的設(shè)計理念。如，在老鷹能夠從高空中毫無障礙的看到地面上移動的小動物，這一生理特點可以應(yīng)用到攝影攝像領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計中。

1.2新時期下機電產(chǎn)品設(shè)計的特點

機電產(chǎn)品是指使用機械、電器、電子設(shè)備所生產(chǎn)的各類農(nóng)具機械、電器等生產(chǎn)設(shè)備和生活用機具。機電產(chǎn)品作為工業(yè)社會中不可或缺的元件，隨著人類社會的發(fā)展，機電產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)上面臨著資源、環(huán)境、創(chuàng)新這三座大山，當(dāng)前只有促進(jìn)機電產(chǎn)品設(shè)計理念實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，尋求更加科學(xué)的設(shè)計理念和設(shè)計策略，才能夠更好地發(fā)揮機電產(chǎn)品社會應(yīng)用價值。才能夠確保機電產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)成為人類共同的價值取向，對此新的形勢下，要求機電產(chǎn)品設(shè)計要具有更加豐富的性能。第一，機電產(chǎn)品的形式設(shè)計要求具有較高性價比。市場經(jīng)濟體制下，機電產(chǎn)品設(shè)計不僅僅需要擁有較高的創(chuàng)新性，其還需要在滿足技術(shù)條件的同時擁有較高的經(jīng)濟效益。第二，機電產(chǎn)品的形象設(shè)計要求具有創(chuàng)新性。隨著機電產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)的迅猛發(fā)展，行業(yè)內(nèi)競爭越發(fā)激烈，只有提供創(chuàng)新性的產(chǎn)品設(shè)計概念，主張形成不同的產(chǎn)品形象和產(chǎn)品特征，才能夠確保產(chǎn)機電產(chǎn)品市場形成積極的競爭關(guān)系，為機電產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展提供動力。第三，機電產(chǎn)品的需求層面要求實現(xiàn)多元化驅(qū)動發(fā)展。傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品需求層次的產(chǎn)品設(shè)計主要是資源能源驅(qū)動，當(dāng)前需要能夠?qū)爰夹g(shù)驅(qū)動、設(shè)計驅(qū)動等新的設(shè)計理念，不斷地推出新的產(chǎn)品，滿足用戶的需求。第四，機電產(chǎn)品的體驗層面要求實現(xiàn)人性化發(fā)展。機電產(chǎn)品是應(yīng)用于各種機械、電子電器設(shè)備中的元件零件產(chǎn)品。隨著人本理念的發(fā)展，當(dāng)今要求機電產(chǎn)品能夠給予消費者、使用者更多的人性化的體驗。如，在汽車的機電產(chǎn)品設(shè)計中，需要能夠符合互動參與性的特點，通過機電產(chǎn)品來提升整個汽車設(shè)計的人性化，柔性化等特點，提高汽車的市場消費能力?？傊?，機電產(chǎn)品設(shè)計作為一個系統(tǒng)性的行業(yè)，按照機電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點可以分為整體和局部兩個部分，因此仿生技術(shù)在機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用也可以分為微觀應(yīng)用和宏觀應(yīng)用。

2仿生技術(shù)在機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

2.1微觀仿生技術(shù)在機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用分析

微觀仿生主要是指通過借鑒動植物的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)展開機電產(chǎn)品設(shè)計活動。第一，功能機理的仿生設(shè)計。功能機理是指自然界中的動植物體所具有的獨特的功能機理。當(dāng)前對于自然界中的動植物特有的功能的挖掘，基于現(xiàn)有的設(shè)計技術(shù)和設(shè)計理念，實現(xiàn)機電產(chǎn)品的仿生設(shè)計。例如變色龍所具有的變色的功能特點，對于當(dāng)代機電產(chǎn)品設(shè)計具有巨大的參考價值，設(shè)計中可以導(dǎo)入變色龍所具有的變色的功能特點，由此設(shè)計出能夠根據(jù)周邊環(huán)境溫度變化而變化的機電產(chǎn)品，由此大大提升機電產(chǎn)品的使用范圍。如，將動植物隨著環(huán)境變化而變化的性能應(yīng)用到機電產(chǎn)品中，有的機電產(chǎn)品在環(huán)境溫度異常的情況下，可以實現(xiàn)變色，從而起到故障排查的效果。第二，材料的仿生設(shè)計。材料是機電產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)所在，機電產(chǎn)品的各種性能都是基于相應(yīng)的材料所實現(xiàn)的。隨著機電產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前要求應(yīng)用具有強度高、韌性好和實用性強的新型材料，由此提高機電產(chǎn)品的性能作用。對此可以借助仿生設(shè)計理念，從動植物身上挖掘到新型的材料。例如，荷葉上的水不會進(jìn)入到荷葉的肌理中，這是因為荷葉具有疏水性。而科研人員經(jīng)過科學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)荷葉之所以擁有疏水性能，是因為荷葉表面上具有納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)納米結(jié)構(gòu)這一仿生形態(tài)特點，材料科學(xué)家們由此開發(fā)設(shè)計出新型的納米疏水材料，廣泛地應(yīng)用到機電產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計中。另外，仿生技術(shù)還為新型材料理念產(chǎn)生、生產(chǎn)提供創(chuàng)新源泉。在上世紀(jì)末所出現(xiàn)的一些合型智能材料，通常都是由兩種或是兩種以上的材料按照一定的工藝技術(shù)合成的。而這些復(fù)合材料的理念、材料的結(jié)構(gòu)性能以及各種機械物理性能都是基于仿生設(shè)計理念所展開的。例如，具有高比剛度、比強度的多孔金屬材料就是從動物骨骼結(jié)構(gòu)中仿生設(shè)計出來的?？梢哉f，正是仿生技術(shù)的應(yīng)用，才使得機電產(chǎn)品設(shè)計所采用的材料的性能越來越豐富，從而才能夠設(shè)計出更加美觀、耐用、性價比較高的機電產(chǎn)品。第三，柔性形態(tài)的仿生設(shè)計。動植物具有柔性化的特點，其能夠?qū)ψ匀画h(huán)境發(fā)揮其自我調(diào)節(jié)的作用，從而感知、決策、指令和反饋自身的功能器官結(jié)構(gòu)，使得自身更好地在生態(tài)系統(tǒng)中生存。這是一種柔性生物特征。機電產(chǎn)品設(shè)計的根本目標(biāo)也是為人類的生產(chǎn)生活提供更加柔性化、智能化的幫助。因此提升機電產(chǎn)品設(shè)計的柔性仿生設(shè)計具有可行性。例如，根據(jù)土壤動物柔性非光滑體表的防粘性特性提供仿生信息，從而設(shè)計出能夠廣泛應(yīng)用于粘濕物料的挖掘、生產(chǎn)和運輸環(huán)節(jié)中的機電產(chǎn)品，提高機電產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。還可以將這一減粘脫附柔性化特點應(yīng)用到機械制造加工中，基于此來研究數(shù)控機床切削加工的曲面粘附問題。

2.2宏觀仿生技術(shù)在機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用分析

宏觀仿生技術(shù)主要是指對于自然的動植物的外形、外在結(jié)構(gòu)形態(tài)等的仿生學(xué)應(yīng)用。對于機電產(chǎn)品設(shè)計而言，優(yōu)良的外形結(jié)構(gòu)能夠提高機電產(chǎn)品的加工制造工藝效率，提高對原材料的節(jié)約應(yīng)用。第一，宏觀外形結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計。自然屆中的動植物所具有的獨特的外部結(jié)構(gòu)，是動植物經(jīng)過進(jìn)化所形成的成熟的生存特點。當(dāng)前在機電產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用仿生技術(shù)展開外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅僅可以達(dá)到吸引外界注意力的效果，推動機電產(chǎn)品的市場需求發(fā)展，其更可以優(yōu)化機電產(chǎn)品的性能作用。最經(jīng)典的外形結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計理念應(yīng)用就是對于蜜蜂蜂巢結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。例如，蜜蜂蜂巢所具有的六邊形結(jié)構(gòu)，強度較高，質(zhì)量較強、穩(wěn)定性較強，在汽車的車輪設(shè)計中，正是借助這種六邊形的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出質(zhì)量輕、強度高、防御性強和減震能力好的輪胎。例如，汽車魚型車的設(shè)計，該設(shè)計正是通過仿生魚在高速游行中較低水渦流產(chǎn)生的外形特點，通過改善傳統(tǒng)船型車子外部形狀，從而減少汽車高速運行中的空氣渦流的產(chǎn)生，提高汽車的運行速度。還有借助啄木鳥頭部結(jié)構(gòu)中所具有的外形抗震性強的特點，設(shè)計出新型的頭盔產(chǎn)品。第二，形態(tài)概念的仿生設(shè)計。自然中的生物體的形態(tài)呈現(xiàn)出各異發(fā)展，蝴蝶需要歷經(jīng)蟲子形態(tài)、繭形態(tài)等。生物不同的生物形態(tài)特點，在機電產(chǎn)品設(shè)計中也具有仿生設(shè)計的應(yīng)用價值。當(dāng)前可以將生物形態(tài)的仿生設(shè)計應(yīng)用分為具象的表現(xiàn)形式和抽象的表現(xiàn)形式兩種。前者主要是將生物的形態(tài)“寫實”地應(yīng)用到機電產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域中。例如，在汽車外形結(jié)構(gòu)設(shè)計中，1933年德國所稱生產(chǎn)出來的甲殼蟲汽車，充分地發(fā)揮甲殼蟲外形的特點，將甲殼蟲外形所具有的動態(tài)、精致等特點應(yīng)用到汽車設(shè)計中，從而使的甲殼蟲汽車成為汽車造型中的經(jīng)典之作。而后者抽象形態(tài)的仿生設(shè)計，主要實現(xiàn)形態(tài)仿生的神似設(shè)計，在這一過程中，通過整合其他的設(shè)計理念，不斷地調(diào)整機電產(chǎn)品的形態(tài)、性能等，做到產(chǎn)品的形神俱備設(shè)計。

3結(jié)束語

綜上所述，自然社會中所擁有的生物自有自己的一套功能形態(tài)和結(jié)構(gòu)特點，其所擁有的奇妙結(jié)構(gòu)讓設(shè)計者受益匪淺。對于機電產(chǎn)品制造加工行業(yè)而言，在節(jié)能減排理念下，更要求能夠從設(shè)計領(lǐng)域入手，提高機電產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)良性、綠色環(huán)保性，對此設(shè)計人員要能夠從仿生學(xué)入手，借助仿生技術(shù)展開對機電產(chǎn)品設(shè)計活動的創(chuàng)新，推動機電產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)入到新的階段?，F(xiàn)如今仿生技術(shù)在設(shè)計行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用空間，對于機電產(chǎn)品而言，仿生技術(shù)實現(xiàn)對機電產(chǎn)品的微觀功能、材料等方面的應(yīng)用，實現(xiàn)機電產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)良性的同時，仿生技術(shù)還在機電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)外形方面實現(xiàn)優(yōu)化應(yīng)用，改變機電產(chǎn)品的外部特點。在未來的發(fā)現(xiàn)中，還要求能夠不斷地借助仿生學(xué)形態(tài)語言，不斷地從自然界中汲取創(chuàng)新創(chuàng)意點，實現(xiàn)對機電產(chǎn)品的優(yōu)化升級設(shè)計。

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作者：傅彩虹 單位：江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校