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| 編輯推薦： |
本系列教材的出版适逢我院产品设计专业荣获“一流专业建设单位” 称号，我们从全新的视角诠释产品设计的本质与内涵，同时结合院校自身的资源优势，充分发挥院校专业人才培养的特色，并在此基础上建立符合时代发展要求的人才培养体系。我们也充分认识到，随
着我国经济的转型及文化的发展，对产品设计人才的需求将不断增加，而产品设计人才的培养在服务国家经济、文化建设方面必将起到非常重要的作用。
结合一流专业建设目标，通过教材建设促进学科、专业体系健全发展，是高等院校专业建设的重点工作内容之一，本系列教材的出版目的也在于此。本系列教材有两大特色:第
一，强化人文、科学素养，注重中国传统文化的传承，吸收世界多元文化，注重启发学生的创意思维能力，以培养具有国际化视野的创新与应用型设计人才为目标;第二，坚持“科学与艺术相融合、创新与应用相结合”，以学、研、产、用一体化的教学改革为依托，积极探索一流专业的教学体系、教学模式与教学方法。教材中的内容强调产品设计的创新性与应用性，增强学生的创新实践能力与服务社会能力，进一步凸显了艺术院校背景下的专业办学特色。
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| 內容簡介： |
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产品结构设计与自然结构、人因工程、材料、力学、加工工艺等学科紧密相关，《产品结构设计》尝试从相对系统的多学科视角，阐述结构设计从理论到实践的一系列相关知识要点，内容包括认识、理解和分析结构，了解结构背后的物理学原理，以及不同材料及其加工工艺。全书共分为6章：第1章从自然界中的结构入手，延伸到建筑结构、平面设计结构，以不同的视角介绍结构；第2章从力学、机械原理、流体力学、光学等角度分析和讲解结构；第3章从几何的层面，介绍结构设计中的多面体、杆件、壳结构、膜结构，以及拓扑优化在结构设计中的应用；第4、5、6章介绍常用的金属、塑料和复合材料在结构设计中的应用，及其主要加工方法。 《产品结构设计》不仅可以作为高等院校工业设计、产品设计专业的教材，还可以作为广大工业产品设计人员的参考手册。
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| 目錄：
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第1章 结构概述 1
1.1 自然界中的结构 2
1.1.1 人体结构及其应用 4
1.1.2 动物结构及其应用 6
1.1.3 植物结构及其应用 12
1.1.4 系统结构及其应用 14
1.2 人造的结构 16
1.2.1 建筑中的结构 16
1.2.2 平面设计中的结构 17
第2章 结构设计基础原理 19
2.1 结构设计原理概述 20
2.2 力学原理 20
2.2.1 框架结构 22
2.2.2 桁架结构 25
2.2.3 悬臂结构 29
2.3 简单机械原理 32
2.3.1 斜面和楔子 33
2.3.2 杠杆 35
2.3.3 轮子和轮轴 38
2.4 流体力学基本原理 40
2.4.1 汽车和风洞试验 41
2.4.2 吸尘器和无叶风扇 43
2.5 光学基本原理 44
第3章 结构元素在产品设计中的
应用 49
3.1 结构元素与自然规律的关系 50
3.2 多面体结构及应用 51
3.3 杆件的结构及应用 56
3.3.1 杆件和网格 56
3.3.2 运动的杆件 61
3.4 面的折叠结构及应用 63
3.5 曲面的结构及应用 65
3.5.1 壳结构 65
3.5.2 膜结构 67
3.6 拓扑优化和产品设计 70
第4章 常用金属材料结构设计准则 75
4.1 金属材料应用简史 76
4.2 常用金属材料概述 76
4.3 铸造加工 78
4.3.1 常用铸造工艺流程 78
4.3.2 铸造结构基本设计原则 80
4.3.3 铸造加工案例分析 83
4.4 钣金加工 86
4.4.1 常用钣金加工工艺 86
4.4.2 钣金结构基本设计原则 89
4.4.3 钣金加工案例分析 93
4.5 数控加工 96
4.5.1 数控加工技术的出现和发展 96
4.5.2 数控加工中的结构设计原则 99
4.5.3 数控加工案例分析 102
第5章 常用塑料材料结构设计准则 105
5.1 塑料材料应用简史 106
5.2 常用塑料概述 107
5.3 热塑性塑料及其主要加工方法 108
5.3.1 热塑性塑料的类型 108
5.3.2 热塑性塑料的加工方法 110
5.4 塑料产品结构设计原则 112
5.4.1 塑料产品结构设计要点 112
5.4.2 塑料加工案例分析 118
5.5 生物塑料的类型及优势 119
5.6 3D打印技术及应用 121
5.6.1 3D打印概述 121
5.6.2 3D打印技术工艺 124
5.6.3 3D打印设计案例分析 126
第6章 常用复合材料结构设计准则 129
6.1 复合材料应用简史 130
6.2 常用复合材料概述 130
6.3 碳纤维复合材料 132
6.3.1 碳纤维复合材料概述 132
6.3.2 碳纤维复合材料加工方法 134
6.3.3 碳纤维复合材料结构设计要点 137
6.3.4 碳纤维复合材料设计案例分析 139
6.4 智能复合材料 143
6.4.1 压电材料的原理及应用 143
6.4.2 铁磁流体的原理及应用 149
6.4.3 记忆合金的原理及应用 151
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| 內容試閱：
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序
设计，时时事事处处都伴随着我们，我们身边的每一件物品都被有意或无意地设计过或设计着，离开设计的生活是不可想象的。
2012年，中华人民共和国教育bu修订的本科教学目录中新增了“艺术学-设计学类-产品设计”专业，该专业虽然设立时间较晚，但发展趋势非常迅猛。
从2012年的“普通高等学校本科专业目录新旧专业对照表”中，我们不难发现产品设计专业与传统的工业设计专业有着非常密切的关系，新目录中的“产品设计”对应旧目录中的“艺术设计(部分)”“工业设计(部分)”，从中也可以看出艺术学下开设的“产品设计专业”与工学下开设的“工业设计专业”之间的渊源。
因此，我们在学习产品设计前就不得不重点回溯工业设计。工业设计起源于欧洲，有超过百年的发展历史，随着人类社会的不断发展，工业设计也发生了翻天覆地的变化：设计对象从实体的物慢慢过渡到虚拟的物和事，设计方法越来越丰富，设计的边界越来越模糊和虚化。可见，从语源学的视角且在不同的语境下厘清设计、工业设计、产品设计等相关概念，并结合对围绕着我们的“被设计”的事、物和现象的观察，无疑可以帮助我们更深刻地理解工业设计的内涵。工业设计的综合性、交叉性和边缘性决定了其外延是广泛的，从艺术、文化、经济和技术等不同的视角对工业设计进行解读或许可以更全面地还原工业设计的本质，有利于人们进一步理解它。从时代性和地域性的视角对工业设计的历史进行解读并不仅仅是为了再现其发展的历程，更是为了探索工业设计发展的动力，并以此推动工业设计的进一步发展。人类基于经济、文化、技术、社会等宏观环境的创新，对产品的物理环境与空间环境的探索，对功能、结构、材料、形态、色彩、材质等产品固有属性及产品物质属性的思考，以及对人类自身的关注，都是工业设计不断发展的重要基础与动力。
工业设计百年的发展历程为人类社会的进步做出了哪些贡献？工业发达国家的发展历程表明，工业设计带来的创新，不但为社会积累了极大的财富，也为人类创造了更加美好的生活，更为经济的可持续发展提供了源源不断的动力。 在这一发展进程中，工业设计教育也发挥着至关重要的作用。
随着我国经济结构的调整与转型，从“中国制造”走向“中国智造”已是大势所趋，这种巨变将需要大量具有创新设计和实践应用能力的工业设计人才。未来，工业设计及教育，以及产品设计及教育在我国的经济、文化建设中将发挥越来越重要的作用。因此，如何构建具有创新驱动能力的产品设计人才培养体系，成为我国高校产品设计教育相关专业面临的重大挑战。
由于产品设计与工业设计之间的渊源，且产品设计专业开设的时间相对较晚，那么针对产品设计专业编写的系列教材，在工业设计与艺术设计专业知识体系的基础上，应当展现产品设计的新理念、新潮流、新趋势。
本系列教材的出版适逢我院产品设计专业荣获“一流专业建设单位”称号，我们从全新的视角诠释产品设计的本质与内涵，同时结合院校自身的资源优势，充分发挥院校专业人才培养的特色，并在此基础上建立符合时代发展要求的人才培养体系。我们也充分认识到，随着我国经济的转型及文化的发展，对产品设计人才的需求将不断增加，而产品设计人才的培养在服务国家经济、文化建设方面必将起到非常重要的作用。
结合一流专业建设目标，通过教材建设促进学科、专业体系健全发展，是高等院校专业建设的重点工作内容之一，本系列教材的出版目的也在于此。本系列教材有两大特色：，强化人文、科学素养，注重中国传统文化的传承，吸收世界多元文化，注重启发学生的创意思维能力，以培养具有国际化视野的创新与应用型设计人才为目标；第二，坚持“科学与艺术相融合、创新与应用相结合”，以学、研、产、用一体化的教学改革为依托，积极探索一流专业的教学体系、教学模式与教学方法。教材中的内容强调产品设计的创新性与应用性，增强学生的创新实践能力与服务社会能力，进一步凸显了艺术院校背景下的专业办学
特色。
相信此系列教材的出版对产品设计专业的在校学生、教师，以及产品设计工作者等均有学习与借鉴作用。
天津美术学院一流专业(产品设计)建设单位负责人、教授
前言
万物的生长和运行都遵循自然规律，在设计的过程中可以寻找、发现和认识这些规律。除了造物的过程和物品本身，物与人、物与环境的关系，以及由对物的使用而衍生出的人与人、人与环境的关系，也同样属于设计的范畴。这一系列的元素——物、人、环境，可以整合为一个系统，在某种意义上，这个系统就是我们的生活方式。基于自然规律，整合其他的元素，我们也可以构建各种不同的系统，比如经济、法律，以及人类社会。无论是有形的还是无形的元素，元素构成体系的方法和原则都可以称为结构设计，而结构设计需要遵循的是自然规律。
在传统的产品设计范畴内，结构设计与材料、工艺和力学相关，要解决的基本问题是如何使产品自身稳固、耐用，更加适合人的使用，以及选择与力学结构相适应的工艺及材质。但在广义的设计定义下，我们要考虑的问题远不止于此：作为科学与艺术的载体，设计应体现人类对外部世界的理解与认识；作为设计成果的产品，由于其自身的先天属性，使设计也同时承载了对社会与自然的责任。在广义的设计定义下，设计的命题可以扩展到生态、能源、社会体系，乃至生命。
詹姆斯 ? 洛夫洛克(James E. Lovelock)提出的盖亚假说认为，无论是否有生命，地球上的所有物质共同构成了一个具有自我调节能力的有机生态体系。同样，作为生态体系内的人类，其所构建的各种内部或外部联系也是这个生态体系的组成部分之一。由于人类在自然界中的独特地位和人类社会的复杂性，人的某些行为似乎在尝试摆脱自然规律的束缚和生态体系的规则限制，当下由于人类活动而造成的物种消失和环境破坏就是例证之一。设计的本质在于洞察、批判、思辨与创新，如果设计的视角只局限于满足人的需求与愿望，无疑会削弱设计本应具有的价值与承担的责任。
设计朴素的目标应该是遵循自然规律，所有通过人为努力而构建的物品、空间、组织与系统都可视为设计活动的结果，它们都是为了实现某种目的，而使人、物品、环境、社会与自然建立起各种各样的联系。本书尝试把基本的自然规律融入基础的产品结构设计中。
本书第1章结构概述，由自然界的结构形成引申到产品设计和其他设计领域，帮助读者破除对产品结构的固有认知，认识结构形成的本源，将结构的理论和生活的实例相结合。
设计的核心目的是以人类的解剖结构、行为习惯和认知为基础，构建有意义的物品或活动，使之改善人们的生活，促进人类社会的进步，协调人与自然环境的关系，而这些都建立在对自然规律的深刻理解和认识的基础之上。本书第2章对力学原理、机械原理、流体力学原理及光学原理等基础知识进行简单介绍，它们是学习产品结构设计的基础。
人为设计创造的结构和自然演化的结构一样，“好”的结构只有一个本质特点，就是用小的成本获得的效益。本书第3章介绍了常用的结构元素，从几何的层面对结构进行分析，并通过案例详细讲解了产品设计中结构元素的使用。
书中的第4章到第6章以金属、塑料和复合材料为例，通过实际案例阐述、分析产品结构与材料、加工工艺的关系。
本书将产品结构基础视为产品创新的重要一环，采用跨学科的思维方式对其进行介绍和分析，体现了产品设计作为交叉学科的特点。
为便于学生学习和教师开展教学工作，本书提供立体化教学资源，包括PPT课件、教学大纲、教案等，读者可扫描右侧二维码获取。
由于书中涉及的跨专业知识较多，加之作者水平有限，书中难免存在疏漏之处，望广大专家和读者不吝指教。
编 者
2023.1
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