可靠性設(shè)計在家具產(chǎn)品中的設(shè)計實驗

周東紅， 胡惠君

(中國美術(shù)學(xué)院 工業(yè)設(shè)計系， 浙江 杭州 310012)

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可靠性設(shè)計在家具產(chǎn)品中的設(shè)計實驗

周東紅， 胡惠君

(中國美術(shù)學(xué)院 工業(yè)設(shè)計系， 浙江 杭州 310012)

可靠性設(shè)計和可持續(xù)性設(shè)計是早年設(shè)計界流行并存在爭議的兩個問題，如今這個爭議正在趨于融合?？沙掷m(xù)性設(shè)計思想強調(diào)設(shè)計應(yīng)該考慮有限地球資源的使用，為保護地球環(huán)境而服務(wù)。這與可靠性設(shè)計中的簡化設(shè)計和設(shè)計預(yù)防的概念有異曲同工的相似之處。二者設(shè)計方向有所不同，但在設(shè)計過程中卻有許多相同之處。工業(yè)設(shè)計除了在產(chǎn)品外形上標新立異之外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化也日益成為一個越來越值得設(shè)計師深思的課題。現(xiàn)從中德教師合作課程“桌子的設(shè)計”工作坊中的5個課程實踐案例入手，對可靠性設(shè)計和可持續(xù)設(shè)計在家具產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用作了闡述。進而對“桌”這樣一種最常見的產(chǎn)品在功能上的擴散、借鑒與運用以及可靠性和節(jié)能環(huán)保等方面進行了探討。

可靠性； 可持續(xù)； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 家具產(chǎn)品

0 引 言

1 何為可靠性設(shè)計”

“產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的，生產(chǎn)出來的，管理出來的”，但實踐證明，產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計出來的?？煽啃栽O(shè)計的優(yōu)劣對產(chǎn)品的固有可靠性產(chǎn)生重大的影響[1]?？煽啃约夹g(shù)是從第二次世界大戰(zhàn)時期開始的，但是直到五十年代才開始進行系統(tǒng)的研究，并逐漸形成兩個主要方面：一方面是從使用的角度考慮的可靠性和從經(jīng)濟上考慮的維護性及成本效用的研究，另一方面就是對零件的故障進行物性論的研究，其中著重研究發(fā)生故障的原因，以便設(shè)法從根本上杜絕故障?？煽啃约夹g(shù)發(fā)展很快，目前各國都在進一步發(fā)掘這門科學(xué)，特別是美國、日本等國都有了很高的發(fā)展，不僅用于火箭、衛(wèi)星，也在一般的機電工程中廣泛地使用，并取得了很好的效果。人們常說：“xx產(chǎn)品靠得住嗎？”“xx型產(chǎn)品運用情況怎樣？”這些都涉及到機械或電器元件的可靠性,以及由這些元件所組成的機電系統(tǒng)的可靠性。

從某種程度上看，產(chǎn)品設(shè)計一旦完成，并按設(shè)計預(yù)定的要求制造出來后，其固有可靠性就確定了。生產(chǎn)制造過程最多只能保證設(shè)計中形成的產(chǎn)品潛在可靠性得以實現(xiàn)，而在使用和維修過程中只能是盡量維持已獲得的固有可靠性。所以，在設(shè)計階段認真考慮產(chǎn)品的可靠性問題，其中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計，材料、元器件選擇，安全系數(shù)等問題。因此，產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計出來的。其次，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，同類產(chǎn)品之間競爭激烈。產(chǎn)品被淘汰的速度日益加快，因而要求新產(chǎn)品研制周期要短，質(zhì)量要好，設(shè)計時如果不認真考慮可靠性要求，等到試制、試用后發(fā)現(xiàn)嚴重問題，再來改進設(shè)計，必然推遲產(chǎn)品投入市場的周期，提高產(chǎn)品的價格，降低競爭力。

在設(shè)計階段采取措施提高產(chǎn)品可靠性的耗資最少，效果顯著?！皳?jù)美國諾斯羅普公司估計，在研制階段為改善可靠性與維修性所耗費的每1美元，將可在以后的使用和保障費用方面節(jié)省30美元”。

2 可持續(xù)性的理解

正如美國設(shè)計理論家維克多·帕帕奈克(Victor Papanek)在“為真實的世界設(shè)計”[2]提到的：“食物、居所和衣服，這是我們經(jīng)常說的人類生活必需品。隨著社會日趨精致復(fù)雜，我們又在這個清單上加上了工具和機器，因為它們能夠使我們生產(chǎn)其他的三項。但是，人類有比食物、居所和衣服更多的基本需要。千百年來，我們呼吸著新鮮的空氣，喝著純凈的水，但如今這幅圖景卻遭到了急劇的改變。盡管空氣、河流和湖泊污染的原因十分復(fù)雜，但是，普遍來說，工業(yè)設(shè)計和工業(yè)本身顯然對現(xiàn)狀負有一定的責(zé)任?！笨沙掷m(xù)性設(shè)計是20世紀80年代末出現(xiàn)的一股國際設(shè)計潮流，它反映了人們對于現(xiàn)代科技文化所引起的環(huán)境及生態(tài)破壞的反思—由于目前科技的飛速發(fā)展和人類物欲的膨脹，人類在向大自然無休止的索取過程中正在遭受到大自然的無情懲罰。在這種大背景下，“可持續(xù)性設(shè)計”被提出來[3]。它的核心,宣揚的是“3R”思想，即Reduce、Recycle、Reuse，它要求不僅減少物質(zhì)和能源的消耗，減少有害物質(zhì)的排放，而且要使產(chǎn)品及零部件能夠方便的分類回收并再生循環(huán)或重新利用?？沙掷m(xù)性設(shè)計思想從20世紀90年代開始成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)研究的熱點問題，它強調(diào)設(shè)計應(yīng)該考慮有限地球資源的使用，為保護地球環(huán)境而服務(wù)。

可持續(xù)設(shè)計主要體現(xiàn)在四個屬性上，即自然屬性、社會屬性、經(jīng)濟屬性和科技屬性[4]。就自然屬性而言，它是尋求一種最佳的生態(tài)系統(tǒng)以支持生態(tài)的完整性和人類愿望的實現(xiàn)，使人類的生存環(huán)境得以持續(xù)；就社會屬性而言，它是在生存于不超過維持生態(tài)系統(tǒng)涵容能力的情況下，改善人類的生活質(zhì)量(或品質(zhì))[5]；就經(jīng)濟屬性而言，它是在保持自然資源的質(zhì)量和其所提供服務(wù)的前提下，使經(jīng)濟發(fā)展的凈利益增加至最大限度；就科技屬性而言，它是轉(zhuǎn)向更清潔、更有效的技術(shù)，盡可能減少能源和其他自然資源的消耗，建立極少產(chǎn)生廢料和污染物的工藝和技術(shù)系統(tǒng)[6]。

可持續(xù)設(shè)計要求在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)著重考慮產(chǎn)品自身能耗、復(fù)雜程度、器件選型及環(huán)境屬性的可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復(fù)利用性等，并將其作為設(shè)計目標，在滿足環(huán)境要求的同時[7]。保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。可靠性設(shè)計是在設(shè)計過程中挖掘和確定隱患及薄弱環(huán)節(jié)，并采取設(shè)計預(yù)防和改進措施有效地消除隱患。通過可靠性預(yù)計、FMEA(故障模式與影響分析)、FTA(故障數(shù)分析) 等定量計算和定性分析，進行器件降額設(shè)計、簡化設(shè)計、熱設(shè)計、壽命估算、可靠性增長測試、篩選策略制定等工作?？沙掷m(xù)性設(shè)計主要為產(chǎn)品環(huán)保屬性服務(wù)，而可靠性設(shè)計主要關(guān)注產(chǎn)品可靠的完成預(yù)期功能，兩者設(shè)計方向雖然不同，但在設(shè)計過程中卻有眾多的相通之處[8]?？沙掷m(xù)性設(shè)計要求降低能耗、簡化設(shè)計，無形中提升了產(chǎn)品固有可靠性，而可靠性設(shè)計降低失效率、延長產(chǎn)品壽命的目標，也與可持續(xù)性設(shè)計 形成本質(zhì)的統(tǒng)一。

3 如何實現(xiàn)(可靠性設(shè)計，可持續(xù)設(shè)計)

本次德國教授利茲堡為我院工業(yè)設(shè)計系學(xué)生組織的工作坊主題為“桌子的設(shè)計”。桌即桌子。古代“桌”亦寫作“卓”，也有作“槕”的，但今都謂“桌”，意為供人憑倚和支承物體的家具，是我們?nèi)粘Ｉ畹某Ｓ梦铮c人的關(guān)系密不可分。關(guān)于桌的課題主要是讓學(xué)生更加關(guān)注設(shè)計與人文、社會、科技的結(jié)合，提倡產(chǎn)品的用戶體驗，而不只是產(chǎn)品形態(tài)本身[9]。

在漫長的人類設(shè)計史中，工業(yè)設(shè)計在為人類創(chuàng)造了現(xiàn)代生活方式和生活環(huán)境的同時，也加速了資源、能源的消耗，并對地球的生態(tài)平衡造成了極大的破壞。特別是工業(yè)設(shè)計的過度商業(yè)化，使設(shè)計成了鼓勵人們無節(jié)制消費的重要介質(zhì)[10]。

《片片裝》作品從減少資源浪費的角度出發(fā)，在不是用釘子的情況下，利用塊與塊的插接組拼成一個完整的桌子，結(jié)實耐用。同時，這件家具還充分考慮到了運輸?shù)姆绞?，由于該家具在組裝之前是平板式的，這種形態(tài)大大降低了運輸?shù)目臻g。產(chǎn)品原材料和包裝材料設(shè)計減量化即在設(shè)計中在保證產(chǎn)品功能和產(chǎn)品外形的情況下，使用的材料盡量減少，盡可能地消除不必要的材料以節(jié)省資源，達到可持續(xù)的目的[11]。如圖1所示。

研究中水齡最大的為25 d，這與其他水齡為10 d時的樣本中檢測出的各致病菌的數(shù)量基本在一個量級上，這可能是因為水齡為10 d時壓載艙內(nèi)的環(huán)境變化已趨于穩(wěn)定，致病菌的各生物活動也趨于穩(wěn)定。此外，該研究對壓載艙新加裝的壓載水進行15 d的跟蹤檢測發(fā)現(xiàn)，隨著水齡的增加，3種致病菌數(shù)量僅在垂直分布上發(fā)生變化，且隨著水中其他動植物的死亡，逐漸集中于壓載艙底部，最終呈現(xiàn)出隨水深的增加而逐漸增加，但在總數(shù)上并沒有像水生動物和藻類一樣呈現(xiàn)出減少的趨勢。

圖1 《片片裝》

可持續(xù)性設(shè)計強調(diào)使用材料的經(jīng)濟性，摒棄無用的功能和純裝飾的樣式，創(chuàng)造形象生動的造型，回歸經(jīng)典的簡潔。產(chǎn)品的簡化設(shè)計是可持續(xù)性設(shè)計中一項必不可少的內(nèi)容，以此能實現(xiàn)降低地球資源使用的目的[12]。

如今，許多設(shè)計靈感來源于大自然，無論是植物、動物還是石頭，都可以給人以美的享受，為設(shè)計帶來一瞬間美的靈感。自然界的鳥兒是靈巧的化身，而其鳥巢更是美好事物的代表，其美感與結(jié)構(gòu)都具有代表性的意義[13]。

《交枝》，“交枝”與“交織”為諧音，她的設(shè)計靈感來自于樹。樹為生活中的常見物，也寓意著生命感，交枝客廳用桌的桌腿用六根木棍交織、拼插、組接而成，給人一種向上生長的生命力。結(jié)構(gòu)上由三組“Y”形的單元體互相組合而成，結(jié)構(gòu)上十分穩(wěn)固，材料上也十分節(jié)省，空間占有率較小。如圖2所示。

可持續(xù)設(shè)計，有時候便是將我們眼中所看到的自然，經(jīng)過自身的思想創(chuàng)造、簡化、抽象，成為與生活息息相關(guān)的物[14]。我們生活所處的環(huán)境便是設(shè)計的來源。

“浮”這一概念已經(jīng)被廣泛地運用在日常生活的設(shè)計中，如磁懸浮列車、磁懸浮臺燈，但是在桌子這一傳統(tǒng)的四條腿家具中卻用之甚少，原因可能是因為“浮”在自然界中通常讓人聯(lián)想到水的浮力，若想將這種懸浮的感覺在工業(yè)產(chǎn)品上體現(xiàn)出來，更多的時候需要借助“電”作為輔助力量，得以發(fā)揮“浮”的效果。

圖2 《交枝》

學(xué)生針對客廳這一居住環(huán)境設(shè)計了一款具有“浮”概念的桌子。從選材上，該作品另辟蹊徑，選用鋼板，金屬板材表面無處理，自然呈現(xiàn)，將板材進行裁切并且加以折彎的加工處理，發(fā)揮金屬本身堅挺銳利的特性，但并不生硬單一，三塊由鋼板折彎的體塊可以方便地組合與拆卸，并且整體由寬向窄進行變化。這款《浮》最有趣的部分是連接結(jié)構(gòu)，由三處螺釘與螺母連接而成，各個單元體之間由連接件隔開，產(chǎn)生懸浮升騰的效果。如圖3所示。

圖3

《矩正》作品的設(shè)計，外觀簡潔，由橫豎和面構(gòu)成，可以根據(jù)使用人數(shù)、空間大小來進行空間的變換、調(diào)節(jié)。主要運用翻轉(zhuǎn)和折頁的方式來完成調(diào)節(jié)過程，外觀上緊扣主題。如圖4所示。

4 結(jié) 語

本次“桌的設(shè)計”工作坊是一個想法、創(chuàng)意自由碰撞的平臺，不僅是同學(xué)和老師之間思想的相互交流，更是設(shè)計者之間的對話。這次的“桌子的設(shè)計”工作坊讓我們更加了解設(shè)計以后的發(fā)展方向，更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，無論是情感上的，還是環(huán)境上的相互影響關(guān)系。是設(shè)計讓未來變得越來越簡單，越來越可持續(xù)。

圖4

利茲堡教授建議我們，對于未來的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該更多關(guān)注產(chǎn)品功能的擴散以及環(huán)保、節(jié)能等當(dāng)代較為關(guān)注的領(lǐng)域。通過“桌子的設(shè)計”這個小課題，我們離設(shè)計的最初本質(zhì)、現(xiàn)代理念更近了一步。(如圖3、4所示。)

設(shè)計更需要我們經(jīng)常與自己、與自然進行心靈的對話。在產(chǎn)品最初研制和試驗期間，一方面需要反復(fù)改進產(chǎn)品設(shè)計和制造中的缺陷，提高可靠性。另一方面，還要重點關(guān)注產(chǎn)品的可持續(xù)性設(shè)計，將“減量化”放在首位,在滿足可靠性要求的條件下，力求使用材料最省、對環(huán)境污染最小，達到節(jié)能、降耗、減排的目的。實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性和可持續(xù)性的有機統(tǒng)一[15]。

[1] [英]AnneChick、PaulMicklethwaite著，張軍譯.可持續(xù)設(shè)計變革[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2012.

[2] 嚴 炎,劉 星,劉國余.基于可持續(xù)性設(shè)計理論的現(xiàn)代家具設(shè)計研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.

[3] 芮延年,傅戈雁.現(xiàn)代可靠性設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[4] 劉 新.清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計系可持續(xù)設(shè)計的觀念、發(fā)展和實踐[J].創(chuàng)意與設(shè)計，2010(2)：15-22.

[5] 陸廷孝.可靠性設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995.

[6] 余森林.產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的類型及其價值[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，2010.

[7] 李丹碧林,陶 晉,洪 華.基于可持續(xù)性設(shè)計思想的產(chǎn)品再設(shè)計北京科技大學(xué)[J].包裝工程，2007，28，(1).

[8] 林小芬.可持續(xù)性設(shè)計中的產(chǎn)品服務(wù)體系設(shè)計[J].消費導(dǎo)刊,2007年(11).

[9] [美]NathanShedroff.《設(shè)計反思：可持續(xù)性設(shè)計策略與實踐》[M].劉新,覃京燕譯.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[10] 曾聲奎. 可靠性設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社,2011.

[11] 葉德輝.工業(yè)設(shè)計中的可持續(xù)性設(shè)計研究[D].桂林:桂林電子科技大學(xué),2012，(4):121-122.

[12] 黃勁松.工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的可持續(xù)性發(fā)展[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2007.

[13] [美]NathanStegall.可持續(xù)性設(shè)計之路[J].文化藝術(shù)研究，2013，6(1):161-164.

[14] 孫 明.藝術(shù)設(shè)計系論以“自然為本”的可持續(xù)性工業(yè)設(shè)計[J].天津科技大學(xué),2002,18(2):36-39.

[15] 孫亞婷.淺談綠色設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用和發(fā)展[D].鄭州：鄭州輕工業(yè)學(xué)院易斯頓國際美術(shù)學(xué)院，2012(2):88-89.

Experiment of Reliability Design in Furniture Design

ZHOUDong-hong,HUHui-jun

(Department of industrial design, China Academy of Art, Hangzhou 310012, China)

Reliability design and sustainable design are two issues which came to popularity early in design in dustry but have become the focus in debate. The idea of sustain able design emphasizes that design should consider the use of the earth’s limited resources in order to protect the global environment. This thought is similar to the idea of simplifed design & design prevention. These design concepts move in different directions, but maintain many similarities in the design process. Op timization of internal structure and material is becoming a topic that is worth thinking about, parallel to the special appearance of industrial design products. This article expounds the application of reliability design and sustainable design in furniture product design and it sets about the fve cases of “Table Design” from a cooperative workshop course between China and Germany. And further discussed many aspects such as energy conservation and environmental protection, etc.

reliability; sustainable; design; structure

2015-05-08

周東紅(1971-)，男，浙江開化人，碩士，講師，主要研究方向：家具與工程。Tel.：0571-87200225；E-mial：zdh7171@163.com

文獻標志碼：A 文章編號：1006-7167(2015)11-0190-04