萬程 馬彧

（1.天津城建大學(xué) 天津 300384 2.天津工業(yè)大學(xué) 天津 300387）

對于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，持續(xù)提升產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝及設(shè)計(jì)理念，使其兼具審美功能、技術(shù)功能，不僅能確保企業(yè)在激烈的市場環(huán)境中占據(jù)市場份額，同時也能幫助企業(yè)在全球化競爭的氛圍里脫穎而出?，F(xiàn)階段，我國在宏觀政策方面為機(jī)械制造企業(yè)提供許多核心技術(shù)及共性支持，這種良性競爭的行業(yè)發(fā)展規(guī)律，不僅有助于強(qiáng)化對稱美學(xué)思想在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，更有助于減少我國與其他國家在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等方面的差距。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中融入對稱美學(xué)思想，使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)既具備美學(xué)價值，又兼具機(jī)械功能，通過對稱美學(xué)應(yīng)用法則對產(chǎn)品的外觀及內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過大眾的審美標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)械設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范，使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、品牌增值、企業(yè)發(fā)展更具競爭力。

1 對稱美學(xué)思想的內(nèi)涵

對稱美學(xué)思想，屬于科學(xué)美學(xué)的研究范疇，科學(xué)美學(xué)是美學(xué)法則在時間沉淀、觀念進(jìn)化過程中衍生出的思想理念，這些理念間既存在互依互補(bǔ)的關(guān)系，又表現(xiàn)出相諧相反的秩序，既存在單獨(dú)性、美妙性、對稱性，又具備成對性、破缺性及多樣性。對稱美學(xué)思想的內(nèi)涵，不僅反應(yīng)出社會大眾對自然界美學(xué)生物對稱性表現(xiàn)的觀察與理解，同時還反映出社會大眾對自然界對稱美思想內(nèi)涵的探索與研究。關(guān)于對稱美學(xué)思想，可以結(jié)合自然界中的對稱美現(xiàn)象進(jìn)行研究，例如，雪花是一種具備感性特征的自然生物，其在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部形態(tài)方面，均表現(xiàn)出較明顯的科學(xué)美及對稱美特征。自然界的大部分生物，往往都是因?yàn)榫邆鋵ΨQ美特性，而反映出其自身形態(tài)或結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性或美觀性，其中包括人類的形體或面部結(jié)構(gòu)，恰好也是由于具備對稱性而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的美感，假如由于某種原因使這種對稱性遭到破壞，就會造成對稱美學(xué)思想的缺失。類似于這種簡單的表現(xiàn)性對稱美，幾乎所有人都可以感知并獲得切身體會，可見其作為感性審美思想，不僅具備適用性，還具備普遍性。

除表現(xiàn)性對稱美以外，自然界發(fā)展規(guī)律中還包括內(nèi)涵性對稱美，這種對稱美學(xué)思想不僅具備理性、復(fù)雜的特征，還因其深奧性及多元性，受到許多專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。2006年，馮培恩及其研究團(tuán)隊(duì)首次提出對稱性理論存在于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個過程，并在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段發(fā)揮著重要作用。歷時6年的時間，在馮培恩及其研究團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，對稱性理論在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究取得了重大突破，以對稱性理論在機(jī)械產(chǎn)品廣義功能設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)出的約束性、功能性為基礎(chǔ)，馮培恩重新對功能對稱要素進(jìn)行定義，通過研究變換操作與對稱基準(zhǔn)、對稱主體、對稱組元等要素的區(qū)別，構(gòu)建出完全符合功能對稱體系要求的樹狀結(jié)構(gòu)模型。從對稱美學(xué)思想的內(nèi)涵出發(fā)，構(gòu)建出多種類型的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從中挑選出符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理、滿足機(jī)械設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)，深入研究對稱美學(xué)思想在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方式、功能方式及存在方式等方面的內(nèi)涵，探索機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中美學(xué)法則及規(guī)律性知識的應(yīng)用。對稱美學(xué)思想的內(nèi)涵研究，可以借鑒廣義相對論研究的經(jīng)驗(yàn)，先提出一個對稱美學(xué)思想應(yīng)用的假設(shè)，再套用合適的求解公式，最后通過實(shí)驗(yàn)證明對稱美學(xué)思想符合機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)論。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)的對稱美學(xué)原則

2.1 設(shè)計(jì)中的變化與統(tǒng)一

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)遵循對稱美學(xué)思想及美學(xué)應(yīng)用法則，時刻關(guān)注市場變化，積極探索與其他同類型產(chǎn)品之間的差異，通過機(jī)械產(chǎn)品外觀、材質(zhì)、顏色、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等元素的變化，表現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的個性化特征。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的風(fēng)格不僅體現(xiàn)在色彩搭配的豐富性、材料應(yīng)用的多元性、模塊構(gòu)建的層次性、外形設(shè)計(jì)的變化性等方面，還體現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計(jì)元素的協(xié)調(diào)性及統(tǒng)一性方面。確保機(jī)械設(shè)計(jì)中相關(guān)元素的變化性與設(shè)計(jì)風(fēng)格的統(tǒng)一性，才能充分體現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品的審美價值。

將對稱美學(xué)原則應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，通過設(shè)計(jì)元素的變化，充分展現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)格，通過產(chǎn)品外部形態(tài)的變化、顏色搭配的順序與其他設(shè)計(jì)元素之間相互協(xié)調(diào)、相互影響、相互呼應(yīng)的關(guān)系，充分展現(xiàn)產(chǎn)品的統(tǒng)一韻味。通過材質(zhì)、色彩、外部形態(tài)的變化，可以有效提升機(jī)械產(chǎn)品的審美價值，但在強(qiáng)調(diào)美學(xué)效果的同時，需要與肌理、對比、呼應(yīng)、韻律相結(jié)合，提升造型整體的協(xié)調(diào)性。例如，在設(shè)計(jì)中確定主體色調(diào)，不僅要體現(xiàn)出產(chǎn)品的審美價值，還要綜合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)格、類型、功能、使用環(huán)境等相關(guān)因素；確定輔助色，不僅要體現(xiàn)出品牌的個性化及辨識度，還要與主體色調(diào)相呼應(yīng)，盡量滿足大眾的審美需求；確定產(chǎn)品材質(zhì)，不僅要考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，還要與機(jī)械設(shè)計(jì)的整體風(fēng)格相匹配。將對稱美學(xué)原則應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，既要實(shí)現(xiàn)造型整體的統(tǒng)一性，又要關(guān)注產(chǎn)品局部的變化，既要保證機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用性，又要體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的對稱美學(xué)原則。

2.2 設(shè)計(jì)中的對稱與平衡

細(xì)心觀察自然界中的生物，具備對稱性特征的物體或物質(zhì)形態(tài)無處不在，諸如動物、植物、建筑物，甚至于電子產(chǎn)品等，這些都具備明顯的對稱美特征及對稱性發(fā)展規(guī)律，此也是對稱美學(xué)原則被廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)的原因之一。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對稱主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的比例、結(jié)構(gòu)等方面，而平衡則是產(chǎn)品內(nèi)部物理學(xué)及力學(xué)原理的具體體現(xiàn)。將對稱美學(xué)原則應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)，通過軸對稱、中心對稱的方式，使機(jī)械產(chǎn)品展現(xiàn)出獨(dú)特的對稱美學(xué)思想及對稱性造型語言，只有具備美學(xué)法則、對稱性造型語言的機(jī)械設(shè)計(jì)，才是符合大眾審美，具有品牌特色的產(chǎn)品。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，結(jié)合對稱美與平衡性設(shè)計(jì)元素，使產(chǎn)品整體呈現(xiàn)穩(wěn)定、工整、排列有序的造型，通過美學(xué)法則的應(yīng)用，淋漓盡致的展現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的縝密性、實(shí)用性。

將對稱美學(xué)原則應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅要展現(xiàn)出產(chǎn)品的審美價值，還應(yīng)依據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的使用環(huán)境及作業(yè)內(nèi)容，將產(chǎn)品的對稱性及平衡性落實(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)中。協(xié)調(diào)控制局部零件與產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)間的平衡關(guān)系，準(zhǔn)確把握內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)間的對稱關(guān)系，確保機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性、產(chǎn)品使用的安全性、產(chǎn)品造型的緊湊性，使機(jī)械設(shè)計(jì)由整體到局部，由視覺到觸覺，全部符合對稱美學(xué)應(yīng)用原則。使大眾對產(chǎn)品的實(shí)用價值、生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生認(rèn)同感，幫助產(chǎn)品建立并維護(hù)好用戶群體，幫助用戶在獲得視覺愉悅感的同時，進(jìn)一步感受到產(chǎn)品的安全性及穩(wěn)定性。

2.3 設(shè)計(jì)中的韻律與節(jié)奏

機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)常會遇到同一種設(shè)計(jì)元素頻繁出現(xiàn)、重復(fù)使用的現(xiàn)象，這種極具特色、有規(guī)律的設(shè)計(jì)風(fēng)格，通常可以理解成機(jī)械設(shè)計(jì)的造型語言，其不僅能表現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計(jì)的韻律，還會因?yàn)樵O(shè)計(jì)元素的豐富變化，充分展現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計(jì)的節(jié)奏。通過韻律與節(jié)奏，反映機(jī)械設(shè)計(jì)的對稱美學(xué)思想，產(chǎn)品本身由于具備節(jié)奏感而使韻律感有所提升，韻律感則會帶動節(jié)奏感產(chǎn)生多元性的變化，兩者之間因?yàn)橄嗷ビ绊?、相互依存的關(guān)系，獲得長遠(yuǎn)的發(fā)展。節(jié)奏通常被定義成反復(fù)出現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或外部形態(tài)，其復(fù)雜、多變的形式需要通過韻律顯示或表達(dá)，可見韻律不僅是節(jié)奏的表現(xiàn)形式，還會因?yàn)槠湓跈C(jī)械設(shè)計(jì)中的變化，使節(jié)奏產(chǎn)生趣味性及美觀性。設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中涉及產(chǎn)品外形的部分，往往會通過造型、線條、顏色、形態(tài)、材質(zhì)等設(shè)計(jì)元素的變化，運(yùn)用回旋、漸變、交替、重復(fù)、間隔、起伏等表現(xiàn)形式的轉(zhuǎn)換，充分展現(xiàn)出產(chǎn)品的韻律與節(jié)奏。借助外部形態(tài)，增加機(jī)械設(shè)計(jì)的空間感；借助產(chǎn)品主體色調(diào)與輔助色調(diào)的轉(zhuǎn)換，增加機(jī)械設(shè)計(jì)的層次感；借助產(chǎn)品材質(zhì)的變換、復(fù)用，增加機(jī)械設(shè)計(jì)中局部造型與整體秩序的協(xié)調(diào)性，充分展現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計(jì)的趣味性、靈動性及美觀性。對稱美學(xué)原則的應(yīng)用對于機(jī)械設(shè)計(jì)至關(guān)重要，具備對稱美學(xué)思想的節(jié)奏、富有對稱美學(xué)思想的韻律，不僅能增加機(jī)械外形設(shè)計(jì)的動態(tài)元素，還能進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)的藝術(shù)性及美觀性，有規(guī)律的節(jié)奏、起伏的韻律，既能提升機(jī)械設(shè)計(jì)的藝術(shù)價值，還能左右使用者的情感變化。

3 機(jī)械對稱美學(xué)的實(shí)用價值

機(jī)械對稱美學(xué)的實(shí)用價值主要體現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的材料運(yùn)用、工藝選擇、層次構(gòu)建等方面，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的實(shí)用價值應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)計(jì)需求、使用頻率等，使其具備相應(yīng)的物理功能。鑒于審美價值與實(shí)用價值在形式及內(nèi)容方面表現(xiàn)出的密不可分的關(guān)系，要想在形式上體現(xiàn)出對稱美學(xué)思想，就要滿足科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)要求，否則永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用價值。機(jī)械設(shè)計(jì)本身就屬于目的性較強(qiáng)的活動，要想在功能上體現(xiàn)出對稱美學(xué)思想，就要增加機(jī)械設(shè)計(jì)的藝術(shù)功能，強(qiáng)調(diào)機(jī)械產(chǎn)品的審美價值，將對稱美學(xué)思想應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮出機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用價值。

機(jī)械設(shè)計(jì)針對的產(chǎn)品普遍存在固定用途，或?qū)I(yè)性要求極高，品質(zhì)較好的產(chǎn)品還應(yīng)在外形上具備多變、起伏的特征。具備審美價值的機(jī)械產(chǎn)品，一方面，可以通過外部形態(tài)迅速吸引使用者的注意力，進(jìn)而影響到使用者的情感表達(dá)，通過視覺觀感影響使用者的心理變化，使其對產(chǎn)品產(chǎn)生高度的認(rèn)同感，這也是大部分設(shè)計(jì)者重視產(chǎn)品審美價值，在機(jī)械設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)藝術(shù)性的原因之一；另一方面，就機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用價值而言，無論設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)中如何強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的形式美，歸根結(jié)底還是要以機(jī)械產(chǎn)品的功能美為主，只有兼具功能性及美觀性的機(jī)械產(chǎn)品，才是符合對稱美學(xué)思想，具備實(shí)用價值的機(jī)械設(shè)計(jì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要關(guān)注產(chǎn)品材質(zhì)的選擇，還要結(jié)合零部件與產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)在角度、位置、比例、層次的關(guān)系，充分利用好對稱美學(xué)思想，使零部件之間、零部件與產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)之間形成最佳比例關(guān)系，這樣才能體現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品的對稱性、美觀性。對比原則及調(diào)和原則是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)最佳比例關(guān)系，確保產(chǎn)品舒適性、穩(wěn)定性、安全性、功能性的基本原則。在滿足實(shí)用價值的前提下，將對稱美學(xué)思想應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，結(jié)合顏色、材質(zhì)、層次、外觀等設(shè)計(jì)元素，使機(jī)械產(chǎn)品兼具審美價值及實(shí)用價值，既符合美學(xué)法則的應(yīng)用規(guī)律，又符合使用者、設(shè)計(jì)者對該類型產(chǎn)品造型方面的要求。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對稱美學(xué)思想的實(shí)用價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 單主體復(fù)合對稱形態(tài)

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通過應(yīng)用對稱美學(xué)思想充分展現(xiàn)產(chǎn)品的實(shí)用價值，不僅要滿足大眾的審美觀念，還要滿足使用者對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用功能主要包括：信息存儲，能量傳輸，物料混合、傳遞、準(zhǔn)備、制造、提純等，此外，根據(jù)信息調(diào)控、檢測、處理的要求，改變能量傳輸?shù)姆较?、?nèi)部組元的大小，均屬于機(jī)械產(chǎn)品對稱美學(xué)思想應(yīng)具備的實(shí)用價值。以六角螺母為例，此類型物體或形態(tài)通常分為內(nèi)表面與外表面，外表面整體呈現(xiàn)旋鏡射多維復(fù)合對稱形態(tài)，內(nèi)表面則屬于旋移復(fù)合對稱形態(tài)，此類型物體可以實(shí)現(xiàn)差異化載體的集成性與功能性，通過其與螺桿的緊固與配合，可以連接、鎖緊單主體聯(lián)接件，六角螺母如圖1所示。

圖1 六角螺母

3.2 單主體多層次復(fù)合對稱形態(tài)

此類型機(jī)械產(chǎn)品反映出的對稱美學(xué)思想，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)層次的功能性及實(shí)用性方面。此類型產(chǎn)品更注重機(jī)械設(shè)計(jì)的滿足性及約束性，注重產(chǎn)品實(shí)用價值在零部件外形、重量、尺寸等方面的體現(xiàn)，以及其與整體之間在結(jié)構(gòu)、層次等方面產(chǎn)生的共振與呼應(yīng)。以平衡軸支撐座為例，此產(chǎn)品屬于不可拆卸型、整體支撐結(jié)構(gòu)部件，整個部件的上層結(jié)構(gòu)可將YZ或XY作為對稱軸，使部件整體呈現(xiàn)二維鏡射對稱形態(tài)；部件的下層結(jié)構(gòu)主是軸承，可將O1或O2作為對稱軸，形成中軸旋轉(zhuǎn)對稱形態(tài)。將對稱美學(xué)思想應(yīng)用到此類型機(jī)械產(chǎn)品，應(yīng)注意結(jié)合物理學(xué)有關(guān)變形協(xié)調(diào)、力的平衡及并聯(lián)復(fù)合分置等應(yīng)用原理，使具備實(shí)用價值的同類型機(jī)械產(chǎn)品，充分發(fā)揮出傳力與均衡受力，平行軸支撐座如圖2所示。

圖2 平行軸支撐座

3.3 多主體復(fù)合對稱形態(tài)

此類型機(jī)械產(chǎn)品反映出的對稱美學(xué)思想，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的工作效率方面。以整體結(jié)構(gòu)矩形花鍵拉刀為例，該產(chǎn)品的前導(dǎo)部、過渡錐部、頭部及頸部均可設(shè)置成對稱主體，將Y軸作為對稱軸，形成旋轉(zhuǎn)對稱形態(tài)，充分體現(xiàn)出該產(chǎn)品的連接功能、傳力功能及導(dǎo)向功能。將產(chǎn)品中段切削部設(shè)置成對稱主體，將Y軸作為對稱軸，形成標(biāo)度平移對稱形態(tài)，充分體現(xiàn)出該產(chǎn)品切削物料的連續(xù)性及功能性；通過XZ形成多維鏡射對稱形態(tài)，通過Y軸形成旋轉(zhuǎn)對稱形態(tài)，進(jìn)一步滿足零部件在加工過程中對多維鏡射、平移、旋轉(zhuǎn)等對稱形態(tài)造成的約束。將對稱美學(xué)思想應(yīng)用到此類型機(jī)械產(chǎn)品，應(yīng)注意結(jié)合載體的串聯(lián)分置功能及復(fù)合對稱形態(tài)，在確保產(chǎn)品一次成型的前提下，盡量提高工作效率，整體結(jié)構(gòu)矩形花鍵拉刀簡圖如圖3所示。

圖3 整體結(jié)構(gòu)矩形花鍵拉刀

4 結(jié)束語

對稱美學(xué)思想在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅能體現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用價值，還能結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)的可行性、功能性、需求性，充分展現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的審美價值。從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，可知對稱美學(xué)思想為機(jī)械設(shè)計(jì)的核心，實(shí)用價值為對稱美學(xué)思想實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。通過對稱美學(xué)思想在機(jī)械設(shè)計(jì)中的意義進(jìn)行分析，研究對稱美學(xué)思想的內(nèi)涵以及對稱美學(xué)思想的應(yīng)用原則，使機(jī)械設(shè)計(jì)的思路更清晰，通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)的協(xié)調(diào)變化，可進(jìn)一步展現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用價值與審美價值。在實(shí)際工作中，大部分機(jī)械產(chǎn)品需要承擔(dān)繁重的裝載或挖掘任務(wù)，設(shè)計(jì)者為滿足使用者在視覺方面的感受，既要凸顯出造型設(shè)計(jì)的美感，還要在外部形態(tài)上營造出安全、穩(wěn)定的操作效果，可見，研究、應(yīng)用對稱美學(xué)思想及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則，不僅能獲取更多的設(shè)計(jì)靈感，還能在滿足設(shè)計(jì)需求的同時，充分運(yùn)用美學(xué)法則、對稱美學(xué)規(guī)律，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的功能性及實(shí)用性。