機構創新設計助力產品創意設計
——以設計類專業工程課程為例

劉冀偉

（沈陽航空航天大學，遼寧沈陽 110136）

產品設計從設計構想、方案構思、模型建立，乃至最終形成市場產品，是一個知識不斷積累和不斷表達的過程，這不僅需要較好的設計能力，更需要扎實的工程知識作為支撐，如何助力設計類學生打開設計思路，實現產品設計的創新和工程實現，是教師教學中一直探索和追求的教學目標[1]。

1 工業設計專業知識儲備

1.1 工業設計專業知識體系

區別于其他工科專業，工業設計的內涵和外延隨著社會的發展而不斷發生改變，從最初的造型設計到現在提出的以創新為核心以服務為基礎的概念，涉及了工、文、理、藝、技等多學科多門類的知識，課程體系涵蓋設計史、人機工程學、設計思維與方法等設計思想基礎，設計制圖、材料與工藝、機械與機構、設計力學等設計工程基礎，設計素描、設計色彩、二維構成、三維構成等設計美學基礎，設計表現、圖像處理、建模與渲染、結構分析等設計技術基礎，以及產品造型設計、產品系統設計、產品開發設計和整合創新設計的專業設計課程，產品語義學、仿生造型、可持續設計等專題設計和設計實踐課程。這其中，工程類知識，成為實現工業設計方案不可或缺且極其重要的基礎知識。

1.2 工業設計專業工程知識課程設置特點

工業設計專業雖然需要對工程知識有所了解和熟悉，但并不一定要深入的理論計算，更加側重實際應用。設置工業設計專業工程知識的教學內容時，以設計類學生知識體系的構建和未來發展方向為切入點和結合點的，著重考慮專業就業方向和企業實際需求。例如在機械工程基礎課程的教學內容設置中，建立起以理論知識為基礎的創新能力訓練體系，結合每部分的理論知識，設置相應的訓練課題，注重設計成果的創新和完整性表達，增加設計中運動元素體驗、傳統文化元素凝練與表達、設計方案表達的可行性分析與邏輯嚴謹性表述訓練環節。

2 機構創新設計助力產品創意設計——以連桿機構的演化和機構設計創意拓展引導教學為例

產品的創意表達，除了包含造型的創新，還包括了在形態和功能方面的結構創新和機構創新。產品的創新，有一部分是通過組成產品的構件之間的相對運動來實現的，這必然需要機構運動工程知識的支撐。

2.1 以連桿機構的演化和創意拓展引導為內容的教學設計

在機械基礎知識教學中，引入機構設計的創意思維拓展環節，引導學生樹立創意設計思維，增強其融合工程知識的可實現能力，助力設計方案的創意表達。以連桿機構的演化和創意拓展引導為內容的教學設計如圖1所示。

圖1 連桿機構的演化和創意拓展引導為內容的教學設計

從原來的線下教學為主調整為線上線下混合式教學模式，以雨課堂平臺為基礎，課前進行知識內容的推送，并及時進行隨堂測驗，課上注重引導和啟發式教學，以其熟悉的形式來提高學生對知識學習的主動性，在知識探討與講授、設計方案邏輯表述及方案實踐、設計成果的小組驗證與發表等環節，都側重引導學生在利用所學理論知識進行設計方案時考慮“新”與“用”的思維結合，引導學生將知識應用到自己感興趣的設計方向中，然后結合所學進行設計表達，繼而形成設計創新成果。

多媒體教學形式和廣泛的應用實例可以有效增強形象的表達效果，并且引導學生主動去找尋身邊常用產品及經典產品的機構設計和結構表達。小組討論和教師總結相結合，平等師生關系，教學相長。增加產品設計中“動”的方案表達學生互評環節，學生的積極性和主動性通過這種同學之間的“小質疑”和“小競爭”的形式調動起來，開始主動探求知識的準確表達和創意應用，讓學生成為課堂討論的主體，教師加以引導，會迅速提升學生的創造性思維實現能力。

2.2 連桿機構的演化——引導學生拓展知識理解的深度

連桿機構是產品中常用的機構之一，也是學生最容易直觀認知的機構形式，以汽車雨刮器為例，切入連桿機構的產品設計應用，從連桿機構又稱為低副機構的命名形式，引導學生深入理解“低副”種類的應用，進而引出“改變運動副”“改變機架位置”“改變構件相對尺寸（位置）”對基本連桿機構產生的影響[2]，梳理出易于學生理解和記憶的表格圖，引導學生逐步思考并總結連桿機構的演化形式，并且這種演化方法，可以繼續多次使用。

連桿機構的演化形式，只是理論知識的深入理解，但對于設計類學生而言，其靈活的思維方式和多樣表達，才是學習的重點，是對學生嚴謹工程知識多樣展現的理解引導（如圖2中第一個虛線框中所示）。

2.3 連桿機構設計的創意拓展引導——引導學生拓展知識理解的廣度

知識學習的重要目的之一是可應用，通過之前對基本連桿機構演化的學習引導和相關機構應用舉例，提出課堂問題討論“演化后的連桿機構是否還可以繼續進行更改運動副，轉變機架位置等方式，形成多樣的機構和運動輸出形式？”通過曲柄滑塊機構倒置機構的舉例[3](見圖3)，進一步打開學生的知識理解大門，引導其再次思考知識之間的銜接關系和知識的靈活應用等。

圖3 曲柄滑塊機構的倒置機構

熟悉了連桿機構的演化方式，引導學生側重關注其運動形式和應用后，就可以利用桿件進行更加廣泛的機構設計，實現多種運動的形式設計、多路運動軌跡及各種運動效果等。從連桿機構與連桿機構的組合、連桿機構與其他機構的組合、方案表達的多元化、形態和動能的多樣性等方面（如圖2中最右側的虛線框），由淺入深的引導學生討論和理解機構創意設計的思維方法[4]，并列舉很多創意設計實例，激發其創意表達的熱情和參與性。在設置訓練課題時，為了鍛煉學生的設計能力，可以再增加多種限定方式進行設計訓練，例如，限定運動副（轉動副、移動副）數目進行設計、限定最終運動輸出方式進行設計和限定運動效果進行設計等等。

圖2 針對設計類學生的學習連桿機構演化和設計創意思維拓展的思維導圖

2.4 創意設計方案的制作——引導學生認識到理論與實踐的關系

產品設計，是以可實現為基礎的設計，產品創意設計中機構創意設計的實現，還需要綜合考慮很多影響因素[5]（如圖2最下邊虛線框）。實踐，是指引和校驗創意產品機構設計的最直接手段，多年的教學過程已經積累了一定的模型設計及制作經驗，這在指導學生把創造性設計方案在實際中實現方面有著很大的優勢，并且學生也會在這樣的實踐中獲得自信心和成就感，會提高學習更多理論知識的積極性和主動性。如圖4所示，以連桿機構和其他機構的組合為機構創意設計構思基礎，以“打開與閉合”作為動作形式，教師提示“打開與閉合”只是動作的一種最終的輸出現象，而這種現象的來源和起因可以是多樣的，學生分組探討，對“打開與閉合”這一動作行為進行了剖析，又探求觸動和傳遞運動輸出的原動件，發揮了設計類學生發散思維和創造性思維的優勢，最終形成設計方案表達，整體方案表達完整，動勢生動，代入感強，學生做完設計和分享后，成就感很強，方案設計和表達獲得其他小組學生的一致認可。

圖4 節日產品設計——連桿機構創意設計方案表達

3 結語

知識創新方案自主，是設計師需要具備的能力，以連桿機構演化為基礎的創意設計思維教學內容設置和教學研究，在實際教學中取得了一定的成效，學生對理性的工程知識的認知力和深入探索能力都有所提高，通過教學引導設計類學生建立起較為明確的設計自主意識[6]，可以形成一種良性的設計方案成果表達。通過將產品功能和運動設計方案的創新與完整性表達作為課程內容學習效果檢驗的標準之一，可以培養學生建立設計方案是否是可實現的創新、可表達的創新、被保護的創新的思維認知，設計思維中不再是單一知識的設計實踐，而是在切合實際需求的基礎上，具有踏實創新思維的工程知識學習。