發(fā)布時(shí)間：2023-03-13 11:16:17
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的設(shè)計(jì)方法樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)方法；用戶體驗(yàn)；心智模型；手持標(biāo)簽打印機(jī)
自2010年研究生入學(xué)以來，便一直和導(dǎo)師在做與手持IT設(shè)備相關(guān)的一些研究和一些實(shí)際項(xiàng)目。這是一個(gè)前景非常廣闊的領(lǐng)域。在這些研究過程中，我感覺到隨著手持IT移動(dòng)端功能模塊的不斷疊加，導(dǎo)致產(chǎn)品的可用性和人機(jī)交互性有所降低。而未來隨著移動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，突破以產(chǎn)品功能為主而忽略人機(jī)的局面，著重于功能的豐富性和用戶體驗(yàn)之間的高度契合將成為手持IT產(chǎn)品的一大重要課題。
紙張的消費(fèi)隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，每年已成倍的速度在增長。隨之打印機(jī)的銷量也在飛速的增加。這些結(jié)果預(yù)示著打印機(jī)并不會(huì)隨之而消亡，而會(huì)發(fā)展的越來越迅猛，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。手持打印標(biāo)簽機(jī)，即屬于打印機(jī)系統(tǒng)下面的一個(gè)分支，也可以說是一種滿足特殊需求的手持移動(dòng)端。在標(biāo)簽機(jī)的早期階段，隨著工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)力的極大發(fā)展，倉庫，工廠，商場，辦公室等越來越多的地方需要各種類型的標(biāo)簽。傳統(tǒng)意義上的打印機(jī)一般用于辦公室和家庭，需要與計(jì)算機(jī)連接，體積龐大不便于攜帶，無法滿足大部分用戶。
在手持標(biāo)簽打印機(jī)的整個(gè)操作流程中，由于需要通過手對其進(jìn)行攜帶，把持，操作，同時(shí)需要頻繁通過使用者讀取，輸入來對其有關(guān)的信息進(jìn)行處理，所以其人機(jī)形態(tài)和操作界面的布局設(shè)計(jì)涉及到了更多復(fù)雜的交互方式和交互因素。另一方面其中有很多本想為用戶提供更多便利的先進(jìn)技術(shù)、功能完備的新產(chǎn)品卻因設(shè)計(jì)師與使用者所在文化、社會(huì)、知識等的差異的影響，讓使用者有些措手不及，面對操作復(fù)雜、功能強(qiáng)大的新鮮事物感到生理和心理的疲憊，對此，一套合理的設(shè)計(jì)方法勢在必行。（圖1）
圖1
用戶體驗(yàn)要求就是指用戶在使用和操作產(chǎn)品時(shí)的行為，包括用戶的需求、目標(biāo)和偏好。設(shè)計(jì)師需要發(fā)現(xiàn)這些并為其設(shè)計(jì)。在此之間設(shè)計(jì)師需要對產(chǎn)品使用者進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，調(diào)查的方式i包括問卷的形式、用戶訪談、用戶行為觀察等。其次對問卷問題進(jìn)行篩選和總結(jié)，這就需要設(shè)計(jì)師能夠準(zhǔn)確的把握住用戶的心理特征，要知道什么樣的問題是使用者所關(guān)心的。最后對問卷結(jié)果再一次進(jìn)行歸納總結(jié)，得出一個(gè)能夠代表大多數(shù)用戶需求的合集，我們稱其為用戶模型。以手持標(biāo)簽打印機(jī)問卷調(diào)查為例，特別圍繞手持標(biāo)簽打印機(jī)的人機(jī)工程學(xué)、可用性、美學(xué)、等三個(gè)方面設(shè)計(jì)調(diào)查問題。
1.人機(jī)工程學(xué)方面的問題：
* 在使用手持標(biāo)簽打印機(jī)時(shí)，您最在意的是哪些方面？
* 在操作手持標(biāo)簽打印機(jī)時(shí)，你覺得哪些區(qū)域?qū)τ谑孢m度更加敏感？
* 在操手持標(biāo)簽打印機(jī)時(shí)，你覺得會(huì)產(chǎn)生哪些不舒適感？
* 您認(rèn)為影響手持標(biāo)簽打印機(jī)的操作方式是什么？
2.可用性的問題
* 您習(xí)慣操作方式是什么？
* 您認(rèn)為標(biāo)簽打印機(jī)的操作按鍵應(yīng)該在視覺的正面還是在側(cè)面？
* 您認(rèn)為現(xiàn)有手持標(biāo)簽打印機(jī)的按鍵會(huì)不會(huì)因?yàn)檫^于小而難以操作？
3.美學(xué)因素
* 您更看重是手持標(biāo)簽打印機(jī)的外觀，品牌還是功能。
* 您認(rèn)為手持標(biāo)簽打印機(jī)的造型對您的工作心情有影響嗎？
* 您希望手持標(biāo)簽打印機(jī)的外觀造型趨向于曲線修長型還是方正硬朗型？
您希望手持標(biāo)簽打印機(jī)的按鍵形狀是什么樣的？
通過分析資料建立用戶模型，主要包括用戶對使用方式、對按鍵改進(jìn)方面、外觀審美方面、情感價(jià)值、用戶思維模型。從標(biāo)簽打印機(jī)的手持方式，操作方式和美學(xué)因素上所得到的結(jié)論是：第一，用戶需求手持操作要達(dá)到一定的舒適度，手與打印機(jī)的契合度要適中以及標(biāo)簽打印機(jī)對使用者手部位置的壓力要分布均勻。操作方式上用戶要求在操作按鍵上做人性化處理，包括按鍵大小、按鍵的排布方式等。美學(xué)因素上用戶對于打印機(jī)的外觀造型需求：簡潔統(tǒng)一、需要與用戶的情感聯(lián)系起來等要求。
產(chǎn)品的可用性要求ii是指產(chǎn)品對用戶來說有效、易學(xué)、好記及令人滿意的程度，即用戶能否用產(chǎn)品完成他的任務(wù)，效率如何，主觀感受怎樣。如何更快的讓用戶在生理和心理上接受產(chǎn)品，即產(chǎn)品的生理接受性與心理接受性。這就需要設(shè)計(jì)師對產(chǎn)品的特征要求足夠了解。通過文獻(xiàn)資料等理論作為設(shè)計(jì)依據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行初步的概念設(shè)計(jì)。我們稱其為概念模型。最后通過概念模型與用戶模型相結(jié)合最終形成用戶心智模型iii。在對其進(jìn)行產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對最終設(shè)計(jì)出的用戶心智模型做設(shè)計(jì)評價(jià)。
通過對標(biāo)簽打印機(jī)手持方式設(shè)計(jì)的人機(jī)交互研究出發(fā)，通過對IT產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行用戶問卷調(diào)查，數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)建立了手持標(biāo)簽打印機(jī)的用戶模型和基于用戶心智模型的手持標(biāo)簽打印機(jī)的交互設(shè)計(jì)方法。并運(yùn)用其方法對實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)，評價(jià)，總結(jié)。
注釋：
i 美德利威斯著， 魏勇剛， 龍長權(quán)等譯.量表編制-理論與應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.0
關(guān)鍵詞：合作型設(shè)計(jì)；環(huán)境改造；人口特征
1 合作型設(shè)計(jì)
公眾的意愿與訴求是規(guī)劃及設(shè)計(jì)決策的依據(jù)，合作性設(shè)計(jì)即是使設(shè)計(jì)師與公眾之間形成合作關(guān)系，公眾將自己的需求與設(shè)計(jì)師交流溝通，并從設(shè)計(jì)初期的研究開始貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程直至設(shè)計(jì)的決策，而設(shè)計(jì)師則充當(dāng)公眾意愿的倡導(dǎo)者，保證公眾的意愿在規(guī)劃設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。
2 項(xiàng)目解讀
2.1 社區(qū)概況
汽發(fā)社區(qū)位于武漢市珞瑜路與關(guān)山大道丁字口處，毗鄰光谷廣場，北面為華中科技大學(xué)，南面以光谷街為界，東面為長江動(dòng)力集團(tuán)，西臨常青藤名苑、湖北省中醫(yī)院。
汽發(fā)社區(qū)上個(gè)世紀(jì)50、60年代的產(chǎn)物，為集團(tuán)家屬區(qū)，歷經(jīng)了歲月的侵蝕，現(xiàn)在的汽發(fā)社區(qū)已衰敗破舊，與周圍繁華發(fā)達(dá)的城市景觀格格不入，它正掙扎著、在夾縫中努力著，尋找它在這個(gè)城市中的位子。
2.2 項(xiàng)目目標(biāo)解析
2.2.1 對社區(qū)環(huán)境的改造提出建議
汽發(fā)社區(qū)隨處可見任意丟棄的垃圾，肆意停放或橫行的汽車、電動(dòng)車、自行車，以及荒棄的活動(dòng)空間，其擁有的人居環(huán)境與現(xiàn)在環(huán)境優(yōu)美的居住區(qū)可以說有天壤之別。因此，對汽發(fā)社區(qū)并不理想的生活環(huán)境進(jìn)行改造便成為了此次項(xiàng)目的直接目標(biāo)，以服務(wù)于社區(qū)居民，為社區(qū)居民提供良好的生活居住環(huán)境。
2.2.2 合作性設(shè)計(jì)方法的探究
此次項(xiàng)目是對合作性設(shè)計(jì)方法的探究，設(shè)計(jì)者希望擺脫慣有的藍(lán)圖式設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)設(shè)計(jì)建立在汽發(fā)社區(qū)居民的想法上，使居民充分的參與項(xiàng)目的每一個(gè)過程，做到真正意義上的實(shí)現(xiàn)公眾參與。
2.3 汽發(fā)社區(qū)特征解析
汽發(fā)社區(qū)為典型的老舊社區(qū)，這樣的社區(qū)除了居住環(huán)境較為惡劣外，其最突出的特征即在于其人口結(jié)構(gòu)，這也是使這樣的老舊社區(qū)形成現(xiàn)有文化特征的最重要因素。
汽發(fā)社區(qū)的人口結(jié)構(gòu)具有兩點(diǎn)非常鮮明的特征。首先，老年人所占比例大概占整個(gè)社區(qū)的30%左右，很明顯，汽發(fā)社區(qū)屬于老年人社區(qū)；其次，社區(qū)中大部分人居民為租客，占整個(gè)社區(qū)居民的40%左右。
2.3.1 社區(qū)原住民
這一部分居民大多為集團(tuán)老員工，在與他們的談話中得知，年輕員工幾乎都全部搬出汽發(fā)社區(qū)，以尋求更好的居住條件，現(xiàn)在留下的基本上為老年人。
2.3.2 租客
通過調(diào)查得知，由于汽發(fā)社區(qū)房屋破舊，其租金非常便宜，因此吸引了大量的外來打工者——即租客。租客是整個(gè)社區(qū)中極為重要的組成部分，他們來自于各行各業(yè)，由于汽發(fā)社區(qū)極為廉價(jià)的租金而聚集在了一起。
2.4 項(xiàng)目問題及特征解析
2.4.1 項(xiàng)目問題
2.4.1.1 與原住民的合作
社區(qū)中的原住民幾乎是從社區(qū)落成時(shí)便住在里面，他們是社區(qū)的活躍分子，是社區(qū)活動(dòng)中的中堅(jiān)組成部分，對社區(qū)充滿感情。但是由于大部分原住民為老人，除了對于規(guī)劃設(shè)計(jì)中的許多問題無法理解之外，還有一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，即無法對社區(qū)的改造提出意見，他們無法定義自己認(rèn)為適宜居住的環(huán)境，只能被動(dòng)的接受外界給出的條件，沒有自主參與改造的能力，在對社區(qū)的改造上顯得力不從心。
2.4.1.2 與租客的合作
租客平時(shí)比較冷漠，很少參與社區(qū)活動(dòng)，租客和原住民之間幾乎沒有交流互動(dòng)，各個(gè)租客之間交流也很少。他們雖然住在同一社區(qū)，但卻都是單獨(dú)的個(gè)體，社區(qū)對于他們來說指揮一個(gè)臨時(shí)的落腳點(diǎn)，隨時(shí)可以住進(jìn)來，也隨時(shí)可以離開。因此，對于社區(qū)的改造，他們是持一種漠不關(guān)心、事不關(guān)己的態(tài)度。
2.4.2 項(xiàng)目特征
汽發(fā)社區(qū)特有的人群結(jié)構(gòu)使得項(xiàng)目的合作有別于普通合作性設(shè)計(jì)，與原住民之間的溝通障礙和與租客間的交流隔閡對項(xiàng)目的進(jìn)行形成了巨大障礙。社區(qū)原住民對項(xiàng)目呈現(xiàn)出被動(dòng)的狀態(tài)，而租客則呈現(xiàn)出抗拒的態(tài)度。因此，如何調(diào)動(dòng)這兩類人群的公眾參與積極性成為了使此項(xiàng)目比普通的合作性項(xiàng)目更有難度，也是此次社區(qū)環(huán)境改造中需要重點(diǎn)突破的問題。
2.5 合作型設(shè)計(jì)方法探究
2.5.1 由政府機(jī)構(gòu)引導(dǎo)的合作型設(shè)計(jì)模式
中國特有的社會(huì)體制，決定了政府機(jī)構(gòu)對公眾參與的引導(dǎo)作用，而在此項(xiàng)目中則反應(yīng)為基層居民管理機(jī)構(gòu)——即居委會(huì)對社區(qū)居民積極性的引導(dǎo)。
為了改善社區(qū)居民對社區(qū)環(huán)境改造的被動(dòng)狀態(tài)，居委會(huì)充分發(fā)揮了其對社區(qū)居民的引導(dǎo)作用。在項(xiàng)目得到了得到了居委會(huì)熱情的支持后，由居委會(huì)組織與安排展開了一系列的宣傳與引導(dǎo)，主要包括兩種方式，第一種方式是通過居委會(huì)統(tǒng)一向居民發(fā)放問卷，第二種方式是通過居委會(huì)組織統(tǒng)一活動(dòng)號召黨員和一些社區(qū)活躍分子以帶動(dòng)整個(gè)社區(qū)居民參與的積極性。很大一部分居民開始關(guān)注本項(xiàng)目，并由一開始的被動(dòng)態(tài)度向主動(dòng)轉(zhuǎn)移。
居委會(huì)的引導(dǎo)對項(xiàng)目的進(jìn)行起到了推動(dòng)作用，它成為了設(shè)計(jì)者與社區(qū)居民之間的媒介，協(xié)調(diào)了兩者之間的關(guān)系，并為設(shè)計(jì)者和社區(qū)居民之間的合作打下了良好的基礎(chǔ)。
2.5.2 問題導(dǎo)向的合作型設(shè)計(jì)模式
正如前面所提到的，大部分原住民為老人，雖然在社區(qū)居委會(huì)的引導(dǎo)下激發(fā)了他們對于社區(qū)的改造的熱情，但由于老年人對于良好的社區(qū)環(huán)境幾乎沒有認(rèn)知，所以他們無法直接向設(shè)計(jì)者傳遞他們的需求。因此，在對這一部分居民進(jìn)行需求及意愿調(diào)查時(shí)，設(shè)計(jì)者并沒有直接詢問居民對社區(qū)環(huán)境的愿景，而是采用了問題導(dǎo)向型的調(diào)查方式，即通過居民反映出的社區(qū)問題來獲取社區(qū)的信息，成為之后設(shè)計(jì)過程中的依據(jù)。
這種方式是對設(shè)計(jì)語言的一種轉(zhuǎn)換，由于居民無法向設(shè)計(jì)者直接表達(dá)最終需求，所以便通過中間媒介的轉(zhuǎn)換，由居民反映問題，再由設(shè)計(jì)者將問題轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)語言。
2.5.3 激發(fā)式的合作型設(shè)計(jì)模式
租客對于社區(qū)環(huán)境好壞持無所謂態(tài)度，僅有少數(shù)租客會(huì)在設(shè)計(jì)者的熱情邀請下與之交流，反映社區(qū)狀況。在與租客的接觸中可以發(fā)現(xiàn)，租客收入少、社會(huì)地位低，導(dǎo)致他們對于生活的熱情不高；其次，租客通常較為急躁，所以通常無法耐心參與社區(qū)環(huán)境改造。這兩點(diǎn)直接導(dǎo)致在前期調(diào)查中無法收集租客的意愿及需求，也正是導(dǎo)致設(shè)計(jì)者無法與租客合作設(shè)計(jì)的根本原因。
通過初期的調(diào)查及居民意向反映，第一輪的社區(qū)環(huán)境改造方案出爐，這個(gè)時(shí)候的方案是較為缺乏租客的意向的。為了激發(fā)租客的積極性，設(shè)計(jì)者將初期作品通過模型、圖片等直觀的載體在居民日常活動(dòng)頻率較高的地點(diǎn)進(jìn)行展示，以引起居民的好奇心，當(dāng)然其中便不乏大量的租客，這個(gè)短暫的停留便贏取了與租客進(jìn)行交流的機(jī)會(huì)。
傳統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)過程可以大致分為三步，一為初期調(diào)查、二為方案設(shè)計(jì)，三為方案決策，通常二會(huì)在一結(jié)束后再進(jìn)行，而在這種設(shè)計(jì)模式中，由于初期調(diào)查并不完善，所以設(shè)計(jì)者將設(shè)計(jì)的一二兩個(gè)步驟融合，以二來彌補(bǔ)一的不足。這種合作設(shè)計(jì)模式改變傳統(tǒng)的由調(diào)查再到設(shè)計(jì)的方法，運(yùn)用靈活的操作使得各方面趨于完善。
2.5.4 交流式的合作型設(shè)計(jì)模式
在成功引導(dǎo)了原住民的共參與和激發(fā)了租客的公眾參與后，項(xiàng)目進(jìn)入了正式的設(shè)計(jì)過程，由于前期已經(jīng)將與居民交流上的障礙突破，所以在后期方案設(shè)計(jì)中便實(shí)現(xiàn)了真正意義上的合作——即居民主動(dòng)參與到設(shè)計(jì)中，并對設(shè)計(jì)提出意見與建議，以使居民的需求充分的融入到設(shè)計(jì)中。
這個(gè)環(huán)節(jié)與常規(guī)的合作型設(shè)計(jì)相同，但難得的是突破了與社區(qū)原住民以及租客之間的障礙，所以相同中又有些許獨(dú)特之處。
3 從合作性項(xiàng)目中獲得的啟發(fā)
3.1 對于與具有特征的公眾進(jìn)行合作行設(shè)計(jì)的思考
在中國，與汽發(fā)社區(qū)具有相同特征的社區(qū)不在少數(shù)，而老年人以及租客這兩種人群卻常由于其特殊性而不被考慮在合作設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，除此之外，弱勢群體等同樣具有代表特征的公眾群體也常遭受與老年人和租客一樣的待遇。通過本項(xiàng)目的探索，與這樣的帶有一定特征的人群進(jìn)行合作雖然可能具有難度，但有時(shí)反而會(huì)是一個(gè)設(shè)計(jì)中的重要考慮因素，不可忽略。反思在現(xiàn)在的許多設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者常常為了簡單方便而忽視與部分群體的溝通合作，這正是一種避重就輕的錯(cuò)誤表現(xiàn)。
3.2 對于中國現(xiàn)有公眾參與情況的思考
關(guān)鍵詞 對角優(yōu)勢；極限點(diǎn)；極限增益；極限頻率；多變量控制系統(tǒng)
中圖分類號 TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A
the design method for multivariable PID controller based on INA method
CUI Lianjie1 CAO Ming2 SONG Jianfeng1 ZHANG Min1
1(Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., LTD, Dalian 116001,China )
2(Automation Department of Southeast University, Nanjing 210096，China)
【Abstract 】 A design method of the multivariable PID controller based on Inverse Nyquist Array method is proposed based on reading plenty of literatures in this paper. The theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency) of this design method is launched firstly. Take TITO multiloop sytem for example, the design methodology is introduced in detail on the basis of brief introduction of the theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency). At the same time, a series of comparative simulation experiments between this proposed design method and the design method proposed by [8] are given with related analysis and conclusion.
【Key words】diagonally dominant; ultimate point; ultimate gain; ultimate frequency; multivariable control
0 引 言
羅森布洛克（H.H.Rosen-brock）在1969年提出的奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)法[1] （正Nyquist陣列（DNA）設(shè)計(jì)方法和逆Nyquist陣列（INA）設(shè)計(jì)方法）是多變量系統(tǒng)的頻域理論中提出最早、應(yīng)用廣泛的一種方法。它是基于近似對角矩陣的設(shè)想，利用對角優(yōu)勢的概念發(fā)展起來的一種分析和設(shè)計(jì)方法[2]。奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)法在多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，自誕生以來，一直是多變量控制系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)W者們研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]和[4]是對逆Nyquist陣列設(shè)計(jì)方法的擴(kuò)展，其中文獻(xiàn)[3]提出了一種魯棒逆Nyquist設(shè)計(jì)方法。逆Nyquist陣列設(shè)計(jì)方法在多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛地應(yīng)用[5][6][7]。另外，以正Nyquist陣列設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法[8][9][10]也在多變量控制系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
PID控制作為經(jīng)典的控制策略之一，產(chǎn)生并發(fā)展于1915年~1940年期間[11]。其算法簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)，并具有良好的魯棒性和簡易的操作性，在電力、化工、石油、冶金和機(jī)械等工業(yè)過程中得到了廣泛地應(yīng)用。對于單變量控制對象而言，其PID控制器的參數(shù)整定方法已趨于完善；然而，對于多變量控制對象而言，多變量控制系統(tǒng)的內(nèi)部互聯(lián)性使得多變量PID控制器的設(shè)計(jì)比單變量PID控制器的設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多。一直以來，多變量PID控制器的設(shè)計(jì)是多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，已有大量的相關(guān)文獻(xiàn)。就自己檢索到的相關(guān)文獻(xiàn)而言，多變量的PID控制器的設(shè)計(jì)方法大致可以分為兩類，第一類是基于解耦控制的設(shè)計(jì)方法；第二類是不需要解耦的直接設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)[8]、[9]、[12]、[13]中所提出的設(shè)計(jì)方法都屬于第一類方法。其中文獻(xiàn)[8]提出了一種基于正Nyquist陣列（DNA）設(shè)計(jì)方法中Gershgorin帶的設(shè)計(jì)方法，文獻(xiàn)[9]對這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了一定的改進(jìn)，在文獻(xiàn)[8]、[9]所提出的設(shè)計(jì)方法中，使用了PID控制參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)整定公式來求解控制參數(shù)，從而簡化了計(jì)算過程，然而，同時(shí)使得這種設(shè)計(jì)方法具有一定的狹隘性。1986年William L. Luyben基于單變量控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)PID控制器的整定思想，提出了BLT（Biggest Log Modulus Tuning）法，這是第二類方法的典型代表，此方法為后續(xù)的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法的研究提供了一個(gè)起點(diǎn)。文獻(xiàn)[14]所提出的設(shè)定方法也屬于第二類方法，它將單變量控制系統(tǒng)的極限點(diǎn)整定思路運(yùn)用到多變量控制系統(tǒng)的PID控制器的設(shè)計(jì)中，從而提出了一種有效的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法涉及到一個(gè)預(yù)期臨界點(diǎn)（DCP）的概念，對于如何選擇預(yù)期臨界點(diǎn)的問題，在許多文獻(xiàn)中有相關(guān)的論述[15][16]。
本文提出一種基于逆Nyquist陣列（INA）設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。首先，簡要介紹了設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)和相關(guān)概念（極限點(diǎn)以及極限增益和極限頻率）；其次，基于增大求解方法選擇性的目的，本文給出了一種新的求解極限增益和極限頻率的計(jì)算方法；再次，以TITO多變量控制系統(tǒng)為例，簡述設(shè)計(jì)思路，并給出其推導(dǎo)過程及其設(shè)計(jì)步驟；然后，在本文所提出的設(shè)計(jì)方法與文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法之間，進(jìn)行了簡要地比較分析；最后，借助仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探討了本文所提出的設(shè)計(jì)方法，而且與文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了一系列的對比仿真實(shí)驗(yàn)，并給出了相關(guān)的分析和結(jié)論。
1 基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法
1.1 理論基礎(chǔ)
在多變量的頻域理論中，對角優(yōu)勢系統(tǒng)的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)是一個(gè)重要而且極具工程設(shè)計(jì)意義的定理。下面所要闡述的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法就是以基于逆奈奎斯特陣列穩(wěn)定判據(jù)[17]作為理論基礎(chǔ)。這里需要指出，該設(shè)計(jì)方法是針對開環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)而提出的。
根據(jù)上述穩(wěn)定判據(jù)，可知：對于開環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)來說，如果系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)矩陣的逆具有對角優(yōu)勢，且其各對角元素對應(yīng)的Gershgorin帶的包絡(luò)線與負(fù)實(shí)軸的交點(diǎn)都在 的左側(cè)，那么該閉環(huán)系統(tǒng)必然穩(wěn)定。該多變量控制器的設(shè)計(jì)方法就是在這個(gè)結(jié)論的指導(dǎo)下進(jìn)行的。
1.2 極限點(diǎn)定義
文獻(xiàn)[8]給出了極限點(diǎn)以及極限頻率和極限增益的定義，其中極限點(diǎn)的定義有些狹隘，現(xiàn)給出一個(gè)更準(zhǔn)確的定義。
定義2.1 設(shè)多變量控制系統(tǒng)的對象傳遞函數(shù)矩陣 具有列對角優(yōu)勢，而且第 個(gè)對角元素的Gershgorin帶與實(shí)軸相交于一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，把其中距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的交點(diǎn)定義為對應(yīng)于 第 個(gè)對角元素Gershgorin帶的極限點(diǎn)。
定義2.2 設(shè)極限點(diǎn)在復(fù)平面內(nèi)的坐標(biāo)為 ，則對應(yīng)于 第 個(gè)對角元素Gershgorin帶的極限點(diǎn)的極限增益為 。
定義2.3 把對應(yīng)于 第 個(gè)對角元素Gershgorin帶的極限點(diǎn)的頻率定義為極限頻率。
在此，對極限點(diǎn)的相關(guān)概念有如下幾點(diǎn)說明：
(1) 文獻(xiàn)[8]給出的極限點(diǎn)的定義把極限點(diǎn)的范圍限定在Gershgorin帶與負(fù)實(shí)軸的交點(diǎn)中，在此，所給出的極限點(diǎn)的定義將這種限定擴(kuò)展到Gershgorin帶與實(shí)軸的交點(diǎn)中。
(2) 從上述定義中，不難看出極限增益的本質(zhì)是：在P控制器的控制下，能夠使得Gershgorin帶的極限點(diǎn)恰好為 時(shí)的控制器參數(shù)。
(3) 實(shí)際上，極限點(diǎn)就是相應(yīng)Gershgorin帶的外包絡(luò)線（若存在）與實(shí)軸的其中一個(gè)交點(diǎn)。
(4) 對于某些系統(tǒng)來說，相應(yīng)Gershgorin帶的外包絡(luò)線在零頻率處所對應(yīng)的點(diǎn)可能在實(shí)軸上，但是一般并不把此點(diǎn)作為極限點(diǎn)的考慮對象。
(5) 對于絕大部分的MIMO系統(tǒng)，該極限點(diǎn)是唯一確定的，因此，相應(yīng)的極限增益和極限頻率也是唯一的。
本文提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)極限點(diǎn)的定義與文獻(xiàn)[8]提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)極限點(diǎn)的定義有所不同，現(xiàn)給出其相應(yīng)極限點(diǎn)的定義。
定義2.4 設(shè)多變量控制系統(tǒng)的對象傳遞函數(shù)矩陣的逆 具有行對角優(yōu)勢，而且第 個(gè)對角元素的Gershgorin帶與實(shí)軸相交于一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，把其中距離原點(diǎn)最近的交點(diǎn)定義為對應(yīng)于 第 個(gè)對角元素的Gershgorin帶的極限點(diǎn)。
相應(yīng)極限增益和極限頻率的定義分別與定義2.2、定義2.3相同，在此，不再贅述。
本文提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)的極限點(diǎn)的定義與文獻(xiàn)[8]提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)極限點(diǎn)的定義之間的比較：
(1) 本文提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)的極限點(diǎn)的定義與文獻(xiàn)[8]提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)極限點(diǎn)的定義相似，一些相關(guān)的結(jié)論也相同，比如上述對文獻(xiàn)[8]提出的設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)極限點(diǎn)的定義的幾點(diǎn)說明。
(2) 從上述兩種極限點(diǎn)的定義中，可以看出，兩者主要區(qū)別在于Gershgorin帶與實(shí)軸交點(diǎn)的選擇條件，即：一個(gè)是距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的交點(diǎn)，一個(gè)是距離原點(diǎn)最近的交點(diǎn)。
基于INA設(shè)計(jì)方法的極限增益與極限頻率的計(jì)算可以借鑒文獻(xiàn)[8]、[9]中所提出的計(jì)算方法。一般不要超過兩行。（小五 宋體）
1.3 推導(dǎo)過程
由于計(jì)算過程復(fù)雜，以TITO多變量控制系統(tǒng)為例，簡述設(shè)計(jì)思路，并給出其推導(dǎo)過程。為了便于敘述，現(xiàn)假設(shè)如下：
到此，基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法的所有推導(dǎo)過程完成。這里需要指出，上述推導(dǎo)計(jì)算過程可以使用MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)。
1.4 設(shè)計(jì)步驟
簡單歸納一下基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)步驟，如下所述：
(1) 首先判斷對象傳遞函數(shù)矩陣的逆 是否具有行對角優(yōu)勢，若具有行對角優(yōu)勢，直接轉(zhuǎn)到步驟(3)。
(2) 設(shè)計(jì)預(yù)補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn) 具有行對角優(yōu)勢。借鑒文獻(xiàn)[18]所提供的常熟補(bǔ)償矩陣計(jì)算方法設(shè)計(jì)預(yù)補(bǔ)償器。對于設(shè)計(jì)過程中的對焦優(yōu)勢頻率范圍的問題，建議要保證 的行Gershgorin帶在所選的頻率范圍內(nèi)與實(shí)軸有交點(diǎn)。這里需要指出，本文只考慮常數(shù)補(bǔ)償器的預(yù)補(bǔ)償方案。
(3) 計(jì)算 的各對角元素行Gershgorin帶所對應(yīng)的極限增益 和極限頻率 ?？墒褂梦墨I(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]所提及的計(jì)算方法來計(jì)算極限增益和極限頻率。在這里需要注意，在計(jì)算極限增益 和極限頻率 時(shí)，計(jì)算的相關(guān)步長要盡可能的小，否則，對于某些對象而言，會(huì)出現(xiàn)較大的計(jì)算誤差，甚至是錯(cuò)誤計(jì)算。
(4) 設(shè)定尋優(yōu)參數(shù)的范圍。尋優(yōu)參數(shù)的范圍可按如下原則來確定。
對于 ， ，可以選擇 ， 的某個(gè)范圍；對于 ，可以選擇 ， 的小范圍；對于 ，一般在零附近的小范圍內(nèi)取值。有時(shí)也可以根據(jù) 第 個(gè)對角元素的Gershgorin帶的形狀來確定設(shè)置點(diǎn) 的移動(dòng)方向。在這里需要指出：一般來說，按照上述原則，可以很快找到穩(wěn)定的控制參數(shù)，但這些原則并不是絕對的。
(5) 計(jì)算PID控制參數(shù)。確定好 ， ， ， 后，利用方程（15），求解 ，然后，用不等式10判斷 的有效性。如果 在上述范圍內(nèi)，也就是說 是有效的，那么用式9求解 。在得到 ， 后，利用式17、式18計(jì)算PID控制參數(shù)。
從上述步驟中，可以看出：該設(shè)計(jì)方法的計(jì)算量較大，其中的原因如下所述：
首先，本文所考慮的PID控制器的形式較為復(fù)雜，即 ，若考慮PI控制器或者PID控制器的形式為 時(shí)，該設(shè)計(jì)方法的計(jì)算量會(huì)大大減少；其次，為了尋找更優(yōu)的控制參數(shù)，在該設(shè)計(jì)方法的計(jì)算過程中沒有采取任何經(jīng)驗(yàn)公式來簡化計(jì)算過程。
1.5 算法比較分析
文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法和基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法都屬于基于對角優(yōu)勢特性的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)對這兩種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡要的比較分析。
文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法計(jì)算簡便，可以找到較優(yōu)的控制參數(shù)，是一種有效的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，它也存在著一些缺點(diǎn)。由于該方法是使用某些經(jīng)驗(yàn)公式來求取控制參數(shù)，因此，在進(jìn)行PID控制參數(shù)尋優(yōu)時(shí)，該設(shè)計(jì)方法存在一定的狹隘性。對于一些特定的多變量控制系統(tǒng)可能存在無法得到滿意控制參數(shù)的問題。另外，該設(shè)計(jì)方法需要實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)矩陣在某個(gè)頻段內(nèi)具有列對角優(yōu)勢，以便求取各列Gershgorin帶所對應(yīng)的極限增益和極限頻率。然而，對于一些特定的控制對象來說，要想得到各列Gershgorin帶對應(yīng)的極限增益和極限頻率，需要在一個(gè)較大的頻段內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，這樣一來，就增加了計(jì)算量。
可以將文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法看作是一種基于正Nyquist陣列（DNA）設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，而本文所提出的設(shè)計(jì)方法是基于逆Nyquist陣列（INA）設(shè)計(jì)方法的。采用逆?zhèn)鬟f函數(shù)矩陣進(jìn)行多變量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn)[1]，這些優(yōu)點(diǎn)從側(cè)面說明了本文所提出的設(shè)計(jì)方法具有文獻(xiàn)[8]所提出設(shè)計(jì)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。另外，該設(shè)計(jì)方法思路清楚，可以實(shí)現(xiàn)大范圍尋優(yōu)。然而，該設(shè)計(jì)方法的計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算量大。在分析文獻(xiàn)[8]所提出多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法時(shí)，提到了對象傳遞函數(shù)矩陣對角優(yōu)勢頻段的問題。在此，針對這個(gè)問題，給出一個(gè)建議：通過一些仿真例子，發(fā)現(xiàn)上述兩種設(shè)計(jì)方法在這個(gè)問題上存在此消彼長的一種規(guī)律，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇性的使用這兩種方法來減小這種問題對設(shè)計(jì)工作帶來的影響。
2 實(shí)例驗(yàn)證仿真
為了進(jìn)一步深入研究基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法和驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法的有效性，選取以下兩個(gè)典型對象模型作為研究對象，進(jìn)行一系列的仿真實(shí)驗(yàn)研究。
仿真模型1：在許多文獻(xiàn)中[8][14][12][19]，前人都把Wood-Berry蒸餾塔作為研究對象。其數(shù)學(xué)模型如下所示：
仿真模型2：在文獻(xiàn)[14][16][19]中，采用下述模型作為研究對象，本文也以此作為一個(gè)研究對象。該數(shù)學(xué)模型如下所示：
2.1 常數(shù)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
仿真模型1的傳遞函數(shù)矩陣及其逆對應(yīng)的Gershgorin帶以及各對應(yīng)元素組成的Nyquist曲線對如圖1，圖2所示。
從圖1和圖2中可以看出：仿真模型1的傳遞函數(shù)矩陣具有列對角優(yōu)勢，同時(shí)其傳遞函數(shù)矩陣的逆具有行對角優(yōu)勢。因此，在使用基于對角優(yōu)勢特性的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法時(shí)，不需要額外的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
從圖3和圖4中可以看出：仿真模型2的傳遞函數(shù)矩陣不具有列對角優(yōu)勢，同時(shí)其傳遞函數(shù)矩陣的逆也不具有行對角優(yōu)勢。因此，在使用基于對角優(yōu)勢特性的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法時(shí)，需要額外的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。借鑒文獻(xiàn)[18]所給出的常數(shù)補(bǔ)償矩陣算法得到模型2的傳遞函數(shù)矩陣所對應(yīng)的常數(shù)補(bǔ)償矩陣 及其傳遞函數(shù)矩陣的逆所對應(yīng)的常數(shù)補(bǔ)償矩陣 。其結(jié)果如下所示。
利用上述常數(shù)補(bǔ)償矩陣對模型2的傳遞函數(shù)矩陣及其逆補(bǔ)償后，相應(yīng)的Gershgorin帶圖以及相應(yīng)的Nyquist曲線對如圖5和圖6所示。
從圖5和圖6中可以看出：常數(shù)補(bǔ)償矩陣使得仿真模型2的傳遞函數(shù)矩陣及其逆在必要頻段上具有了對角優(yōu)勢。這里需要指出，在進(jìn)行仿真時(shí)，需要將 取逆后作為常數(shù)補(bǔ)償器加入到仿真平臺中。
2.2 驗(yàn)證仿真
文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法和基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法都屬于基于對角優(yōu)勢特性的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，下面將通過實(shí)例仿真實(shí)驗(yàn)，對這兩種基于對角優(yōu)勢特性的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較。這里需要指出，因?yàn)槲墨I(xiàn)[8]所采用的PID控制器形式與本文所考慮的PID控制器形式并不一致，所以在進(jìn)行仿真結(jié)果比較時(shí)，并沒有使用文獻(xiàn)[8]所給出的控制參數(shù)，而是采用了雙協(xié)調(diào)因子 的方法擴(kuò)大了文獻(xiàn)[8]所給出的設(shè)計(jì)方法的尋優(yōu)范圍，來求取更好的控制參數(shù)。關(guān)于仿真模型1和仿真模型2的傳遞函數(shù)矩陣及其逆的對角優(yōu)勢問題已在3.1節(jié)中給出論述，在下面的敘述中，不再提及該問題。另外，為了方便表達(dá)，將基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法簡記為BINA，將文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法簡記為BDNA。
對于仿真模型1，兩種設(shè)計(jì)方法所給出的PID控制器參數(shù)如表1所示。文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所對應(yīng)的極限增益和極限頻率為：
從圖7中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在設(shè)定值階躍擾動(dòng)下的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都明顯小于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，而且抗干擾的性能也好于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。對于第二控制回路而言，基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在設(shè)定值階躍擾動(dòng)下的震蕩性明顯弱于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間略大于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，其抗干擾的性能明顯好于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。
從圖8中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在設(shè)定值階躍擾動(dòng)下的超調(diào)量明顯大于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，在調(diào)節(jié)時(shí)間上，兩種設(shè)計(jì)方法相差無幾；基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法的抗干擾的性能稍好于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。對于第二控制回路而言，基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在設(shè)定值階躍擾動(dòng)下的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都明顯小于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法；但其抗干擾的性能稍遜于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。
從上述仿真結(jié)果中可以看出和基于INA設(shè)計(jì)方法的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的控制器性能要好于文獻(xiàn)[8]所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法，但在某些控制性能方面各有千秋，因此，在進(jìn)行多變量PID控制器設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇性的使用這兩種設(shè)計(jì)方法。
3 結(jié) 論
從本文的敘述中可以看出，本文所提出的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法是逆Nyquist陣列（INA）設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn)，與文獻(xiàn)[8]所提出的設(shè)計(jì)方法之間存在著一種互為補(bǔ)充的關(guān)系，是一種可行有效的多變量PID控制器設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，該設(shè)計(jì)方法一味的追求更優(yōu)的計(jì)算結(jié)果，沒有進(jìn)行合理的簡化，從而計(jì)算量較大，計(jì)算過程復(fù)雜。
參考文獻(xiàn)[參考資料]
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崔連杰（1983－），男，碩士研究生，助理工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)槎嘧兞靠刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用；
曹鳴（1957－），男，碩士研究生，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)檎駝?dòng)信號檢測及處理，噪聲信號檢測及處理等；
【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品的使用要求對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、工作原理、方式等進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)并將這些方法應(yīng)用到具體的設(shè)計(jì)過程的方法。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法也稱常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，是需要設(shè)計(jì)人員去檢索資料、手工計(jì)算和繪圖，設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)質(zhì)量不高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。隨著科學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品迅速的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)要求，這就提出了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的完善和改變，它以發(fā)展并完善設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法、提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期為目標(biāo)為宗旨，包含了創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元分析方法、反求工程設(shè)計(jì)等。
1.傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的方法是以設(shè)計(jì)人員對于所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理論認(rèn)知和工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)而進(jìn)行靜態(tài)、直覺的設(shè)計(jì)。（1）產(chǎn)品的理論認(rèn)知來自于長期的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是固定不變的。但現(xiàn)實(shí)社會(huì)往往是復(fù)雜多變的，這就存在設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品考慮不全面，存在安全隱患，我們用安全系數(shù)來概述。如果選擇的安全系數(shù)過大，則投入產(chǎn)品的資金就會(huì)增加，成本增加；如果選擇的安全系數(shù)過小，則在保證產(chǎn)品的安全性方面很難做到。（2）工作經(jīng)驗(yàn)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品已經(jīng)存在的設(shè)計(jì)過程和經(jīng)驗(yàn)公式，或設(shè)計(jì)人員本身的設(shè)計(jì)思路與同類或者相似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行類比。隨著不斷提高的產(chǎn)品技術(shù)含量，設(shè)計(jì)體系變的越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足產(chǎn)品的更新速度和市場的需求。
以思維科學(xué)、設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)為工具的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)了。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是動(dòng)態(tài)，科學(xué)的?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在質(zhì)量上更可靠、更安全，在外觀上更自然、更吸引人，在總體功能上更人性化。顯然，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法具有很多傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法不能比的特點(diǎn)：（1）隨著社會(huì)的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代很快，設(shè)計(jì)人員要不斷的改善舊產(chǎn)品推出新產(chǎn)品。而在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，被動(dòng)的傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足要求，需要主動(dòng)性比較強(qiáng)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法來適應(yīng)。（2）現(xiàn)代社會(huì)的消費(fèi)群體在追求先進(jìn)產(chǎn)品的同時(shí)還要求產(chǎn)品的綠色環(huán)保性。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法追求的是產(chǎn)品本身的質(zhì)量和預(yù)定功能，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在追求產(chǎn)品預(yù)定性能的基礎(chǔ)上還要考慮產(chǎn)品在原料的選取、工件的加工、產(chǎn)品的裝配、產(chǎn)品的使用到產(chǎn)品的報(bào)廢回收都需要考慮和環(huán)境的關(guān)系，保證產(chǎn)品的綠色性。（3）傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法一般先根據(jù)設(shè)計(jì)思路制定出第一套方案并做出樣機(jī)，然后對樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、評定并且不斷的修改直到滿意而形成第二套方案，期間耗費(fèi)高、時(shí)間周期長?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法依據(jù)各種既定的條件，綜合運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，借助計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)仿真出產(chǎn)品，設(shè)計(jì)周期短，耗資低。
2.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是把科學(xué)方法論運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，它是以設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品為目標(biāo)的一系列設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)技術(shù)手段的完美結(jié)合?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在不斷的完善和改變中，但它以發(fā)展并完善設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法、提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期為目標(biāo)的宗旨是不會(huì)改變的。經(jīng)歸納總結(jié)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法有創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元分析方法、反求工程設(shè)計(jì)等。
2.1系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法
傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法一般是把要設(shè)計(jì)的對象分成獨(dú)立的幾部分來分別進(jìn)行研究。因?yàn)楦鱾€(gè)部分的研究人員不能及時(shí)交流，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)對象的各個(gè)部分是獨(dú)立的，所以得出的結(jié)論往往是片面的、不完整的?，F(xiàn)代系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法把所設(shè)計(jì)的對象看成是一個(gè)完整的系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程的方法來進(jìn)行研究，并且在尋求最佳的設(shè)計(jì)方案時(shí)還要考慮產(chǎn)品或系統(tǒng)的制造過程和運(yùn)行情況。即系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮系統(tǒng)的開發(fā)、系統(tǒng)的制造和系統(tǒng)的運(yùn)行這三個(gè)部分，只有這樣才能驗(yàn)證出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果。
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)代化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已不再是傳統(tǒng)的那種根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)或直觀想法來確定結(jié)構(gòu)方案，也不是再滿足所設(shè)計(jì)產(chǎn)品要求的前提下，先確定設(shè)計(jì)方案再根據(jù)安全準(zhǔn)則對產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度和壽命等分析計(jì)算，然后確定產(chǎn)品的尺寸等；而是不僅要考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要同時(shí)考慮產(chǎn)品的運(yùn)輸和產(chǎn)品的流通等各個(gè)方面?，F(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包含建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和選擇恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)的方法。因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)方法是根據(jù)在尋求數(shù)學(xué)模型的解決方法時(shí)得到產(chǎn)品解決的最優(yōu)方案，所以設(shè)計(jì)人員要根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，而數(shù)學(xué)模型一旦建立后，機(jī)械問題就變成了一個(gè)數(shù)學(xué)問題。設(shè)計(jì)人員根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)選擇合適的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，然后借助計(jì)算機(jī)軟件等工具求出數(shù)學(xué)解，然后把求出的解應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品中，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。
2.3有限元分析方法
有限元分析方法是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，它首先是應(yīng)用在連續(xù)力學(xué)領(lǐng)域的數(shù)值分析方法，隨后隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展而擴(kuò)展到熱、磁等連續(xù)性分析領(lǐng)域。有限元分析方法的原理是將要分析的產(chǎn)品劃分為有限的、獨(dú)立而又相互聯(lián)結(jié)的部分，這些部分一般都是常見的形狀，比如在有限元分析軟件ANSYS中，被分析的產(chǎn)品如果是平面則最好劃分為四邊形，如果是立體則最好劃分為六面體。劃分好單元后設(shè)計(jì)人員需要確定所分析產(chǎn)品的各個(gè)變量，然后建立單元函數(shù)進(jìn)行單元求解，最后聯(lián)立單元方程求解。概括起來說有限元分析方法可以分為三個(gè)階段：前處理階段是建立有限元模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分；處理階段是進(jìn)行參數(shù)的確定和單元的計(jì)算；后處理階段是提取分析結(jié)果，得出結(jié)論。
2.4反求工程設(shè)計(jì)
反求工程也稱為逆向工程，它是以先進(jìn)的產(chǎn)品為研究對象，通過現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究分析，探索并掌握產(chǎn)品應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，然后設(shè)計(jì)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品的一系列方法和技術(shù)的總稱。我國是制造業(yè)大國而非制造業(yè)強(qiáng)國，要想達(dá)到制造業(yè)強(qiáng)國關(guān)鍵是人才和技術(shù)，外國有很多機(jī)械設(shè)計(jì)方法和技術(shù)領(lǐng)先于我們，但他們對我國采取封鎖的政策。研究表明運(yùn)用反求工程設(shè)計(jì)掌握先進(jìn)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)可以使設(shè)計(jì)人員的研究周期縮短百分a之四十以上，極大的提高了設(shè)計(jì)速度?？梢娧芯糠辞蠊こ淘O(shè)計(jì)對我國的技術(shù)發(fā)展有很重要的意義。一個(gè)先進(jìn)成熟的產(chǎn)品，要在了解掌握原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出同類有競爭性的新產(chǎn)品也是有一定的難度的，所以反求工程是一種先被動(dòng)后主動(dòng)的創(chuàng)造性活動(dòng)，并非產(chǎn)品設(shè)計(jì)的逆過程。
關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)色彩藝術(shù)設(shè)計(jì)表現(xiàn)方法
在現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、包裝中色彩起著十分重要的作用，它與設(shè)計(jì)產(chǎn)品造型、圖案紋樣、材料加工一樣，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。所以，不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身就包括了不同色彩的設(shè)計(jì)。而設(shè)計(jì)色彩與繪畫寫生色彩既有區(qū)別，又有聯(lián)系。繪畫寫生色彩是以光照作用下產(chǎn)生的色彩變化為主、對表現(xiàn)物體瞬間引起變化的色彩進(jìn)行敏銳的捕捉，真實(shí)地再現(xiàn)自然物象，繪畫者的科學(xué)認(rèn)識與觀察是表現(xiàn)寫生色彩的正確方式。設(shè)計(jì)色彩則以繪畫寫生色彩為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)專業(yè)的特點(diǎn)和要求，運(yùn)用色彩歸納、概括、提煉等手段，表現(xiàn)物體之空間，它更注重和強(qiáng)調(diào)物象的形式美感以及色彩的對比協(xié)調(diào)關(guān)系，培養(yǎng)設(shè)計(jì)者表現(xiàn)色彩的能力。繪畫色彩是感性的、客觀的、空間的、真實(shí)的，而設(shè)計(jì)色彩則是理性的、主觀的、平面的。這就要求進(jìn)行色彩學(xué)習(xí)時(shí)，要有側(cè)重地做寫生練習(xí)。設(shè)計(jì)色彩將視覺中觀察到的色彩經(jīng)過有目的地篩選、梳理、提煉、變化體現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)色彩是繪畫寫生色彩與設(shè)計(jì)用色之間結(jié)合的橋梁，是以培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維及表現(xiàn)能力為主旨，經(jīng)過繪畫寫生色彩訓(xùn)練，在具備正確觀察和認(rèn)識色彩的前提下，進(jìn)入設(shè)計(jì)色彩表現(xiàn)方法的學(xué)習(xí)是從事藝術(shù)設(shè)計(jì)色彩的必經(jīng)之路。
一、設(shè)計(jì)色彩的特征
設(shè)計(jì)色彩是藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)一門基礎(chǔ)課程，它對現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)如廣告、插圖、標(biāo)志、設(shè)計(jì)、建筑外觀、服裝設(shè)計(jì)有著重要作用。它在美化生活、滿足物質(zhì)需要的同時(shí)，也提供了精神上的享受，因此色彩的協(xié)調(diào)與正確運(yùn)用是產(chǎn)品成功走向市場的保證。正是由于色彩的特殊性，在繪畫寫生色彩中可以有個(gè)人喜好來運(yùn)用和表現(xiàn)色彩，而在設(shè)計(jì)色彩中則不允許有明顯的個(gè)人偏好。當(dāng)人的審美觀念隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷提高時(shí)，設(shè)計(jì)色彩也在隨著時(shí)代而不斷創(chuàng)新，并要符合時(shí)代性與環(huán)境、地域等不同的審美要求。同時(shí)強(qiáng)調(diào)以實(shí)用為前提，注重大眾接受為目的，其要求色彩效果明確、清晰、單純。設(shè)計(jì)色彩在繪畫寫生色彩的基礎(chǔ)上通過高度概括、提煉、歸納等手段，夸張變化地表現(xiàn)出來。它不受光源色、環(huán)境色、固有色的影響，它的最大特點(diǎn)就是不滿足于自然中客觀變化的色彩，而要靈活地調(diào)配出比現(xiàn)實(shí)生活更理想的色彩，表現(xiàn)出更高境界的色彩。這就要求設(shè)計(jì)者有豐富的想象力和對色彩的控制能力，同時(shí)具備較高的個(gè)人審美藝術(shù)修養(yǎng)。
二、設(shè)計(jì)色彩的配色
藝術(shù)設(shè)計(jì)作品的造型以寫實(shí)和變形為主。寫實(shí)是指比較真實(shí)地反映生活中的物象特征；變形是在不背離物象的基礎(chǔ)特征以及自然規(guī)律的前提下，根據(jù)設(shè)計(jì)者的審美取向和審美感受對物象進(jìn)行概括、簡化，改變其表現(xiàn)物象的外在形式，將“自然”形態(tài)轉(zhuǎn)化為藝術(shù)形態(tài)，它是對自然物象“形”的美化過程?！白冃巍笔且罁?jù)不同對象特征所進(jìn)行的變形，是自然物象的升華?！皩憣?shí)”與“變形”二者是相互聯(lián)系的。視覺的需要促使著形的變化，有韻味、意味、趣味的“變形”也滿足了形式與內(nèi)容的高度統(tǒng)一。而設(shè)計(jì)色彩主要以表現(xiàn)平面、單純、秩序的形式為了。在藝術(shù)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的形象，無論是二維形象還是三維形象，在構(gòu)圖上都處于平面狀態(tài)；而物象色彩多采用單純的顏色，使形象具有審美感染力和表現(xiàn)力，形成畫面效果所具有的秩序感、韻律感、節(jié)奏感。這些形式設(shè)計(jì)者一般采用重復(fù)、漸變、放射、對比、統(tǒng)一等法則來體現(xiàn)，最終達(dá)到賞心悅目的效果。設(shè)計(jì)色彩配色原理，藝術(shù)設(shè)備者設(shè)計(jì)色彩時(shí)在顏色選擇上可以豐富多彩，也可以只選幾個(gè)顏色，甚至用一種顏色來表現(xiàn)。設(shè)計(jì)色彩作品之所以打動(dòng)人，不在于色彩是否強(qiáng)烈，而是色彩的豐富變化上。即使用一種顏色通過黑、白、灰變化其明度或純度，作出等級色組成的畫面，使畫面效果產(chǎn)生秩序感、節(jié)奏感。設(shè)計(jì)色彩的配色，要求色彩的形式和內(nèi)容應(yīng)該冷暖對比協(xié)調(diào)統(tǒng)一，通過形與色的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)色彩傳遞和表達(dá)感情的目的。不同表現(xiàn)主題具有不同的韻律，不同的色調(diào)可以給人不同的美感。設(shè)計(jì)色彩的調(diào)和方法主要包括同類色調(diào)配、類似色調(diào)配、鄰近色調(diào)配、對比色調(diào)配、互補(bǔ)色調(diào)配等。
三、設(shè)計(jì)色彩的表現(xiàn)方法
1.變換環(huán)境、物象引起的色彩變化學(xué)習(xí)：任何物體的色彩面貌呈現(xiàn)都是與周圍色彩比較的結(jié)果，它是固有色、光源色、環(huán)境色的綜合體現(xiàn)。通過練習(xí)可以使學(xué)生直接而生動(dòng)地認(rèn)識局部與整體色彩的關(guān)系，從中發(fā)現(xiàn)并掌握一些變化規(guī)律與表現(xiàn)形式，為日后理性地運(yùn)用色彩語言表達(dá)設(shè)計(jì)思想奠定有力的基礎(chǔ)。要求對一組靜物進(jìn)行寫實(shí)色彩寫生，然后變換靜物組合。如：a.變換光源色（由日光變?yōu)榘谉霟舻龋?；b.變換少量物體；c．變換和拆除靜物組合的部分襯布等，使該組靜物產(chǎn)生局部變化。最后將前后幾張作品對照，從中感悟局部色彩變化所帶來的整體色彩變化。在此基礎(chǔ)上，為了更進(jìn)一步地提高對色彩內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律的把握，以及自由運(yùn)用色彩語言的能力，可以繼續(xù)進(jìn)行色彩組合默寫訓(xùn)練、變調(diào)訓(xùn)練，使學(xué)生在解決問題的過程中，理解和掌握設(shè)計(jì)色彩知識。
2.色彩歸納表現(xiàn)：通過掌握對自然色彩的分析、概括與提煉，從中了解如何將畫面由三維向二維方向轉(zhuǎn)化的方法，了解由寫實(shí)表現(xiàn)形式向設(shè)計(jì)表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)化的過程。也便于更加理性地用色，為日后走向設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。在寫實(shí)的基礎(chǔ)上，對同一景物、風(fēng)景、花卉進(jìn)行色彩歸納，并進(jìn)行概括和提煉的實(shí)踐。由于客觀物象的色彩千變?nèi)f化，因此在做這一練習(xí)時(shí)，先畫一幅寫實(shí)性色彩作業(yè)，然后再完成兩幅不同處理方法的歸納色彩寫生作業(yè)。色彩歸納訓(xùn)練，是溝通寫實(shí)與裝飾色彩畫法的有效措施。歸納色彩寫生同樣重視色彩感受中的第一印象，只是更進(jìn)一步地表現(xiàn)對象色彩的本質(zhì)特征。其表現(xiàn)形式的不同之處是，歸納色彩寫生是在排除了光色影響下的色彩作去偽存真的處理，有意識地追求平面化的畫面效果。
歸納色彩寫生一般有兩種方法：一是在保持原有光色關(guān)系的基礎(chǔ)上，將幾種鄰近距離范圍內(nèi)的近似色都轉(zhuǎn)化成它們的平均值色，以平均值來代替它們，盡量以平涂式處理，但并不是將對象單純地用固有色來代替。二是在保持寫生物象色調(diào)特征下，加強(qiáng)對色彩的主觀處理，作必要而適度的夸張，如加強(qiáng)色線的曲直對比、色彩分布的疏密對比等。豐富的景物組合適宜作為寫生對象，處理畫面的方法除以平涂色塊，還可以勾線填色，或?qū)植窟M(jìn)行繁化處理等。同時(shí)還應(yīng)注意色塊之間的著色邊線必須肯定、明確，顏色在色塊內(nèi)一般不能漸變、滲化等變化。
3.色彩的裝飾性表現(xiàn)：要求這一環(huán)節(jié)是繼“色彩的歸納訓(xùn)練”之后的又一個(gè)培養(yǎng)具備設(shè)計(jì)思維能力和設(shè)計(jì)表達(dá)手段的重要命題，它分別以風(fēng)景、花卉、人物為對象進(jìn)行裝飾色彩的技法練習(xí)。以主觀性為主，以美化畫面為核心，運(yùn)用歸納、變色、象征等表現(xiàn)手法，講究色彩自身的韻律效果。裝飾性色彩表現(xiàn)是印象派和現(xiàn)代畫派畫家常用的手法，如高更、勞特里克等。練習(xí)應(yīng)循序漸進(jìn)，由歸納寫生開始過渡，在色彩歸納的基礎(chǔ)上盡可能地強(qiáng)調(diào)其裝飾性，將形體與色塊較大程度地整化。第二步可以嘗試“限制用色”的方法，達(dá)到以一當(dāng)十的目的，只用數(shù)種色彩根據(jù)不同搭配形式，產(chǎn)生各種不同的色彩樣式。第三步“借用色彩”，吸收古今中外優(yōu)秀裝飾作品的手法，尤其是裝飾繪畫和圖案設(shè)計(jì)的主要手法。與色彩同樣重要的還有體現(xiàn)色彩效應(yīng)的描繪手法如色點(diǎn)綴，勾線描邊、漸變、間隔色塊等可以增強(qiáng)畫面色彩的豐富性與裝飾性，使畫面色彩呈現(xiàn)出循序感，從而色彩效果達(dá)到調(diào)和。
4.色彩抽象化表現(xiàn)。要求擺脫視覺對形象直接識別的依賴性，鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能力，是設(shè)計(jì)表達(dá)手段的重要環(huán)節(jié)。使形象與色彩取之自然，逐漸脫離自然，最終又作用于自然。使色彩與形式具有暗示、象征、傳遞意念的功能。通過一些命題設(shè)計(jì)（如：激越、和諧、生命等進(jìn)行鍛煉）來完成。學(xué)生由于自己的經(jīng)歷、文化背景不同、性格等因素導(dǎo)致命題對其有著不同的心理響應(yīng)，在進(jìn)行抽象練習(xí)時(shí)，根據(jù)個(gè)人的理解不以任何具體形象為裝飾的對象，而運(yùn)用單純的點(diǎn)、線、面作為表現(xiàn)的形象，來組成作品的面貌。
5.色彩肌理效果表現(xiàn)。要求選擇歸納、裝飾、抽象中的一幅作品，在不改變其形的前提下，進(jìn)行肌理效果的處理。如將水粉紙更換為木板，顏料中加入沙子、木屑、碎玻璃粒、石膏粉等方法以取得很好的質(zhì)感效果，用油畫在畫面上運(yùn)用拓印、渲染、磨擦等技法，使畫面達(dá)到新的境地。
通過對繪畫寫生色彩、設(shè)計(jì)色彩特征的認(rèn)識，使學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐練習(xí)、從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，從繪畫寫生色彩的科學(xué)觀察認(rèn)識到主觀理性地歸納設(shè)計(jì)色彩。從而培養(yǎng)學(xué)生理解與把握色彩、生動(dòng)表現(xiàn)設(shè)計(jì)色彩的能力水平，使其掌握不同設(shè)計(jì)色彩方法在今后從事的不同藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮作用，為將來從事的藝術(shù)專業(yè)正確地使用色彩、設(shè)計(jì)色彩打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：隧洞 水工工程 方法研究 設(shè)計(jì)原則
水工隧洞的襯砌主要分為三個(gè)部分，主要包括支護(hù)鋼架、錨噴裝置和鋼筋混凝土內(nèi)襯。由于不同水工隧洞需要施工的巖石條件不同，在進(jìn)行設(shè)計(jì)方法的選擇時(shí)，需要加強(qiáng)前期的地質(zhì)條件和施工環(huán)境探測，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)，制定設(shè)計(jì)施工方案。水工隧洞設(shè)計(jì)方法的選擇對于施工的安全性和施工的質(zhì)量與效率影響重大。本文淺析了水工隧洞設(shè)計(jì)方法的主要類型，結(jié)合水工隧洞的設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)，提出了設(shè)計(jì)方法實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。
1.水工隧洞設(shè)計(jì)方法的主要類型
1 . 1結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)
經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前水工隧洞設(shè)計(jì)方法主要包括四種類型，具體是結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)、施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)和功能反饋方法設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)主要是指水工隧洞的設(shè)計(jì)方法的選擇結(jié)構(gòu)水工隧洞的實(shí)際力學(xué)要求，建立力學(xué)分析模型，對于設(shè)計(jì)方案采用以力學(xué)性能設(shè)計(jì)為主的方法。對于排沙水工隧洞、傳輸水工隧洞和施工水工隧洞而言，應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)可以有效提升水工隧洞施工方案的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)方法最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)目的明確，設(shè)計(jì)思路清晰。
1 . 2有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)
所謂有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)主要利用控制單一變量法實(shí)現(xiàn)水工隧洞設(shè)計(jì)影響因素的探究，該設(shè)計(jì)方法具有匹配性強(qiáng)的特點(diǎn)。水工隧洞有限元計(jì)算結(jié)合隧洞材料和荷載的指標(biāo)，對圍巖、鋼筋混凝土、二期襯砌和錨桿等進(jìn)行計(jì)算分析，利用實(shí)際變量的調(diào)控，將水工隧洞的施工工況、設(shè)計(jì)狀況匹配系數(shù)、水工隧洞開挖厚度、彈性抗壓能力等進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，可以結(jié)合具體的水工隧洞的實(shí)際設(shè)計(jì)要求，展開設(shè)計(jì)與施工。有限元計(jì)算設(shè)計(jì)方法的選擇適合水工隧洞施工方案較為清晰的工程項(xiàng)目，結(jié)合施工要求，可以提升設(shè)計(jì)方案的可控性。
1.3施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)
水工隧洞施工設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)方法的主要類型之一，加強(qiáng)施工預(yù)期的判斷可以有效提升水工隧洞設(shè)計(jì)方法選擇的關(guān)聯(lián)度和匹配性。所謂施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)就是結(jié)合水工隧洞的施工目標(biāo)合理制定設(shè)計(jì)方案和施工方案。在預(yù)期過程中，需要注重施工通道的場地布局問題，在進(jìn)行水工隧洞半徑選擇時(shí)，要嚴(yán)格限定旋轉(zhuǎn)半徑。對于較長的隧洞洞施工預(yù)期，設(shè)計(jì)方法路線要加強(qiáng)支洞和輔洞的設(shè)計(jì)與建設(shè)，進(jìn)而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空間內(nèi)有效提升施工效率，加快施工進(jìn)度。
1 . 4功能反饋方法設(shè)計(jì)
功能反饋方法設(shè)計(jì)類型作為21世紀(jì)新型的設(shè)計(jì)方法選擇，主要是利用先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案與水工隧洞功能要求的實(shí)時(shí)調(diào)整并逐漸完善的設(shè)計(jì)方法。水工隧洞設(shè)計(jì)方法的確立需要建立在對水工工況具有系統(tǒng)的勘探和認(rèn)識上，這對于現(xiàn)在施工項(xiàng)目而言，設(shè)計(jì)難度較大，對于設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)要求較高。功能反饋方法設(shè)計(jì)有效規(guī)避了由于設(shè)計(jì)人員能力不足而引發(fā)的后期設(shè)計(jì)和施工問題，極大擴(kuò)大了方法選擇的范圍，并提升了設(shè)計(jì)效率。水工隧洞設(shè)計(jì)方法的類型較多，在具體選擇時(shí)，需要充分結(jié)合不同類型的優(yōu)勢。
2.水工隧洞的設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)
2 . 1水工隧洞抗裂指標(biāo)要求
水工隧洞設(shè)計(jì)方法需要盡可能滿足施工的最低要求，特別是滿足抗裂性能的指標(biāo)要求，加強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用測試。對于抗裂水工隧洞的設(shè)計(jì)一般分為預(yù)壓式水工隧洞和堆砌式水工隧洞。堆砌式主要借助鋼筋混凝土實(shí)現(xiàn)抗裂性能指標(biāo)的達(dá)成。由于鋼筋水泥材質(zhì)自身的特性決定了堆砌式的水工隧洞容易開裂，因此設(shè)計(jì)方法的選擇，必須將鋼筋水泥材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)組分和地理環(huán)境相互匹配的灌漿配方的研制。需要指出的是抗裂性較好的水工隧洞，其設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性和可操作性優(yōu)勢明顯。
2 . 2水工隧洞施工方案簡捷
水工隧洞設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是保證水工隧洞施工進(jìn)度和目標(biāo)的達(dá)成，發(fā)揮水工隧洞的功能性和可靠性。在設(shè)計(jì)方法選擇時(shí)，需要明確水工隧洞的基本設(shè)計(jì)原則，保障設(shè)計(jì)方案與施工方案的對等一致性，發(fā)揮水工隧洞設(shè)計(jì)的施工便利優(yōu)勢。不同的地理環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造對于水工隧洞的設(shè)計(jì)而言，考慮的施工便利影響因素不同，這就需要結(jié)合先進(jìn)的施工技術(shù)和施工設(shè)備，合理制定水工隧洞的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方法選擇效率的高低直接影響設(shè)計(jì)方案的合理性，需要結(jié)合水工隧洞的設(shè)計(jì)原則，及時(shí)完善設(shè)計(jì)方法。
2.3水工隧洞檢修安全保障
水工隧洞方法設(shè)計(jì)的選擇，需要保障施工及其檢修的安全性。施工的主要原則就是“安全第一，預(yù)防為主?！痹趯φ麄€(gè)隧洞的路線進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇時(shí)，需要綜合考量周邊條件，水工隧洞的檢修安全設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)，與水利工程項(xiàng)目的施工理念相吻合，有效體現(xiàn)了人作為施工設(shè)計(jì)的主要參與者的主體作用。首先，檢修安全設(shè)計(jì)原則可以激發(fā)相關(guān)檢修人員的工作積極性，排除檢修人員的顧慮；其次，檢修安全設(shè)計(jì)原則有利于從根本上為解決其他設(shè)計(jì)問題奠定客觀條件基礎(chǔ)。最后，水工隧洞設(shè)計(jì)方法需要因地制宜，提升設(shè)計(jì)方法的普遍適用性。
3.水工隧洞的設(shè)計(jì)方法內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用需要注意的事項(xiàng)
3. 1水工隧洞的構(gòu)造設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
水工隧洞設(shè)計(jì)方法關(guān)于構(gòu)造設(shè)計(jì)與力學(xué)分析類型的選擇相似，由于結(jié)構(gòu)具體包括止水結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)和縫隙結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用需要格外注意水工隧洞可以滿足常壓下的無水滲透要求，在設(shè)計(jì)中需要完善止水結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計(jì)，可以利用銅制或石英制的實(shí)現(xiàn)水帶檢測。排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意調(diào)節(jié)洪峰的進(jìn)出隧洞洞口不會(huì)積水，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)，加強(qiáng)地形與地勢的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，為后期檢修打通安全通道?？p隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是考慮溫度對于水工隧洞整體穩(wěn)定性的影響。因此，水工隧洞設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用對于地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響規(guī)律加強(qiáng)探究，以不斷提升設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用水平。
3.2水工隧洞的灌漿設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
水工隧洞設(shè)計(jì)方法確定后，對于施工方案的確立需要盡快完成。由于水工隧洞灌漿材質(zhì)對于施工效果影響顯著，水工隧洞方法設(shè)計(jì)的內(nèi)容需要結(jié)合灌漿設(shè)計(jì)的主要方式合理制定。水工隧洞的灌漿設(shè)計(jì)結(jié)合灌漿方式的不同分為固結(jié)式灌漿設(shè)計(jì)和回填式灌漿設(shè)計(jì)。依據(jù)上文講述的水工隧洞設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)，加強(qiáng)周圍巖石的處理分析，明確固結(jié)式灌漿隧洞洞的參數(shù)。在對隧洞洞身進(jìn)行灌漿時(shí)，灌漿漿料一般采用水泥漿液。設(shè)計(jì)方法與施工方案相結(jié)合，需要弄清二者關(guān)系。設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)和類型的確定不是一蹴而就的，需要反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。
3.3水工隧洞的布局設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
水工隧洞布局設(shè)計(jì)方法主要包括水源和泥沙進(jìn)出口處的布局設(shè)計(jì)、隧洞洞身的布局設(shè)計(jì)和洞頂?shù)牟季衷O(shè)計(jì)。因此，對于設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用需要對每一個(gè)環(huán)節(jié)做好應(yīng)用結(jié)構(gòu)反饋整理分析工作。水源或泥沙進(jìn)出口布局需要上半部分設(shè)計(jì)成半圓拱形，下半部分設(shè)計(jì)成矩形，這樣可以緩解隧洞上端巖石對隧洞洞的壓力。隧洞洞身的布局直接影響傳輸效率和排沙效率，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。無論選擇何種設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)方案需要明確設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用優(yōu)勢，對于無明顯應(yīng)用優(yōu)勢的設(shè)計(jì)方法，及時(shí)進(jìn)行修訂和完善。
4.結(jié)論
綜上所述，水工隧洞設(shè)計(jì)類型分為四大類，本文對于每一種設(shè)計(jì)方法類型進(jìn)行了具體闡述，并結(jié)合設(shè)計(jì)方法選擇的參考依據(jù)，明確了水工隧洞設(shè)計(jì)方法解決方案制定的切入點(diǎn)。在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的驗(yàn)證，并結(jié)合注意事項(xiàng)及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)實(shí)施方法。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】建筑；設(shè)計(jì)；方法
【中圖分類號】TU247【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-3954（2011）02-0012-01
一、引言
建筑與人是密不可分,相互關(guān)聯(lián)的。人類生活及意識形態(tài)決定了建筑的意義。建筑設(shè)計(jì)反映著人類對自然的認(rèn)知和人類社會(huì)的發(fā)展的形態(tài)。簡單的講,建筑設(shè)計(jì)的好壞將直接影響著每個(gè)人的生活質(zhì)量。作為從事建筑設(shè)計(jì)的人員來說,人性化的、不斷完善的、優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)將直接作用于人民生活,從而帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。
作為一個(gè)建筑設(shè)計(jì)師來說,工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目真正變?yōu)榻ㄖ?是會(huì)讓人感到激動(dòng)和欣慰的,建筑師的自豪感也因此而生。建筑設(shè)計(jì)不應(yīng)該是盲目組織和不加思考的砌筑,建筑師們應(yīng)當(dāng)在形成作品前充分考慮社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、政治、人文以及美學(xué)各方面的因素,依據(jù)建筑設(shè)計(jì)原理及方法,從而對作品進(jìn)行系統(tǒng)分析,使建筑不僅能夠滿足現(xiàn)階段人們的使用要求,而且能夠豐富我們所賴以生活的社會(huì)與環(huán)境。
二、建筑設(shè)計(jì)的方法
建筑實(shí)用、建筑思想、建筑手法,這三個(gè)因素是建筑師支撐建筑創(chuàng)作的基本內(nèi)涵,也是建筑師在建筑創(chuàng)作過程中引導(dǎo)設(shè)計(jì)的主要依據(jù),它們之間互為因果、互相依存。我們說建筑設(shè)計(jì)的前提是設(shè)計(jì)形成的建筑首先要滿足使用功能,在此前提下,通過建筑思想的指引,運(yùn)用相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)方法,可以完成具有某種傾向的建筑作品;相反,面對具有某種傾向的建筑作品,分析其設(shè)計(jì)方法,也可以總結(jié)出一定的設(shè)計(jì)思想來。不論正反兩方面看建筑設(shè)計(jì),建筑的實(shí)用、思想、手法是貫穿建筑設(shè)計(jì)始終的。我們知道建筑設(shè)計(jì)的方法很多,也并不能統(tǒng)一出一種或幾種固定的設(shè)計(jì)手法。正因如此,我們才有了多種設(shè)計(jì)流派和多樣的建筑設(shè)計(jì)。但是就某種流派而言,都會(huì)有其相對特有的建筑設(shè)計(jì)方法和手段。從包豪斯到現(xiàn)在的高技、結(jié)構(gòu)、解構(gòu)、后現(xiàn)代以及簡單主義的發(fā)展等等,雖然設(shè)計(jì)方法多種多樣,但對這些設(shè)計(jì)方法而言,都對建筑多樣性的發(fā)展起到了重要作用。
建筑設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生在某種意義上是對人類生活與思想的總結(jié)。運(yùn)用它能使我們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶ΥㄖO(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)的最基本的過程是一個(gè)“由簡至繁,由繁至簡”的推敲過程。我們可以拿極少主義的建筑設(shè)計(jì)例子來看,“極少”并不是不經(jīng)過設(shè)計(jì),而是在建筑設(shè)計(jì)過程中對繁瑣內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的取舍。下面筆者就建筑設(shè)計(jì)的六種方法逐一進(jìn)行分析:
1、平面功能（流線）法
建筑平面設(shè)計(jì)是解決絕大部分建筑功能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在對建筑物的功能分析時(shí)就會(huì)對所構(gòu)想的建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的分析。雖然建筑是一個(gè)三維向量的產(chǎn)物,不應(yīng)該也不可能單一談?wù)撘粋€(gè)局部,但是對于建筑的今后使用,平面分析還是有必要單獨(dú)提出和研究的。平面處理的好壞直接作用于建筑的使用功能。我們所要研究的是怎樣通過使用流線的分析,設(shè)計(jì)出合理的建筑功能來。比如我們對公共建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,常常要從使用人員的使用流線之間的關(guān)系、密集人群的安全設(shè)計(jì)、個(gè)體私密性等問題進(jìn)行平面功能的組合;應(yīng)該提供一個(gè)開放、安全、穩(wěn)定、有親和力的公共空間。而這些處理在大多數(shù)情況下建筑師在分析平面功能關(guān)系時(shí)必須全面考慮。平面功能(流線)法是目前建筑設(shè)計(jì)人員大量采用的一種設(shè)計(jì)方法,其主要概念是,先分析用地關(guān)系,通過了解建筑物的使用性質(zhì),從功能出發(fā)進(jìn)行平面功能的合理組合,同時(shí)考慮建筑的空間設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。
2、構(gòu)圖法
現(xiàn)代建筑的基本體量、空間或其它要素,都可以歸納為簡單的幾何形體,如矩形、正方形等。建筑設(shè)計(jì)通過構(gòu)圖要素來分析幾何形體之間的關(guān)系,從中分析出形體之間的比例、尺度、對比、主從、韻律、均衡、重點(diǎn)等形式美的規(guī)律。使用構(gòu)圖法進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)前提是:建筑師是怎樣對其所設(shè)計(jì)的建筑進(jìn)行定位的。關(guān)于探討幾何關(guān)系與構(gòu)圖也并不是到現(xiàn)在才有的,早在希臘和羅馬時(shí)期,研究幾何關(guān)系就已經(jīng)相當(dāng)深入了。構(gòu)圖法的一個(gè)典型實(shí)例是巴西國會(huì)大廈。
3、結(jié)構(gòu)法
結(jié)構(gòu)法亦稱為結(jié)構(gòu)主義的建筑設(shè)計(jì)方法,其主旨是通過建筑的結(jié)構(gòu)形式來表達(dá)建筑設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)與建筑空間是密不可分的,可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的表達(dá)來演繹建筑物的性質(zhì),現(xiàn)代建筑大師也曾經(jīng)把建筑結(jié)構(gòu)要素當(dāng)作裝飾要素來處理。但那些結(jié)構(gòu)要素本身依然起著不可替代的作用。結(jié)構(gòu)外露,就像要告訴人們建筑內(nèi)容是如此的豐富,以至于人們看到此類建筑有時(shí)甚至?xí)悬c(diǎn)不知所措。
4、符號象征法
我們把特定的或約定成俗的符號,使用在建筑表面或建筑內(nèi)部的特定裝飾部位;或者,用這些符號來演繹建筑平面以及空間體量。比如國內(nèi)經(jīng)常能看到運(yùn)用傳統(tǒng)大屋頂這一特定符號來說明歷史文脈的呼應(yīng)和延續(xù)。雖然部分建筑設(shè)計(jì)生硬的照搬這一特定的符號并不一定能很好的體現(xiàn)建筑文化的傳承,但是縱觀國內(nèi)外的很多建筑作品,符號象征法在建筑設(shè)計(jì)中還是不斷的采用。該方法大量運(yùn)用在一些對建筑形象有特殊要求的建筑設(shè)計(jì)中,如企業(yè)可能試圖通過建筑設(shè)計(jì)與企業(yè)符號的結(jié)合來展示企業(yè)的形象等。
5、建筑沿革法
建筑沿革法,就是要對以往的建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的分析,從中提煉自然法則、歷史、文化和人們的生活習(xí)慣、情趣以及人們的思想,作為建筑設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn),從而進(jìn)行建筑設(shè)計(jì),力求通過建筑設(shè)計(jì)來改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣及行為習(xí)慣。
6、綜合法
我們在建筑設(shè)計(jì)的過程中并不是只針對一個(gè)簡單建筑而言。大量的群體建筑的建筑設(shè)計(jì)中,將不同的個(gè)體建筑分析為不同的幾何形體作為總體的設(shè)計(jì)方向和研究。使之對于每個(gè)單體建筑之間有著一種相互依存的關(guān)系。這種關(guān)系是清晰地、明辨的。我們運(yùn)用這種手法設(shè)計(jì)出了大型的、綜合的建筑和城市來。這種方法是以上幾種方法的綜合。
三、國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮的問題
在談建筑設(shè)計(jì)方法的同時(shí),我們還應(yīng)該意識到建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮些什么?我們是有著悠久歷史和文化的國家,建筑設(shè)計(jì)是不能沒有文化和歷史的。然而我們在繼承和發(fā)揚(yáng)我們的文化和歷史這一工作上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。迄今為止我們還沒有國際級的建筑大師?！斑@是為什么?”我們不禁要問!建筑是要靠對人們的熱愛和對建筑創(chuàng)作充滿激情的建筑師來完成的。我們的鄰國印度也是發(fā)展中國家,但是他們擁有世界一流的建筑師。查爾斯.柯里亞作為一個(gè)建筑師,在近40年的建筑實(shí)踐中,他注重將建筑和城市規(guī)劃緊密結(jié)合,并致力于解決第三世界國家發(fā)展而帶來的人民生活問題,并設(shè)計(jì)了著名的干城章嘉公寓。該公寓是為低收入群體做的居住建筑,在建筑設(shè)計(jì)中更多的是考慮人性的意義。建筑師不能是僅僅為少數(shù)有錢人工作來滿足他們的奢望。更重要的是能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)條件較差的民眾創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境,建筑對人應(yīng)該是平等的,我們需要這樣的民族建筑師。當(dāng)我們走在上海這一中國目前經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)的街道上的時(shí)候,我們不能只看到高樓林立,我們更應(yīng)該看到廣大市民的居住和生活狀況,雖然有了翻天覆地的變化,生活條件得到了空前改善,然而看到依然還有一根根簡易晾衣桿從破舊民居的窗臺伸出來的時(shí)候,作為建筑設(shè)計(jì)人員,大家都會(huì)有一種內(nèi)疚的思考。
[關(guān)鍵詞]：設(shè)計(jì)速寫 方法 訓(xùn)練 階段
設(shè)計(jì)速寫是培養(yǎng)設(shè)計(jì)構(gòu)想和快速捕捉、快速表現(xiàn)的一門基礎(chǔ)訓(xùn)練課。設(shè)計(jì)速寫的訓(xùn)練不僅能提高快速熟練的設(shè)計(jì)表現(xiàn)，更能促進(jìn)形象思維的積極運(yùn)轉(zhuǎn)，開拓想象空間，對設(shè)計(jì)構(gòu)想的深度、廣度和完善起著非常重要的作用。
設(shè)計(jì)速寫也是一種最快捷方便的表現(xiàn)語言，設(shè)計(jì)師通過設(shè)計(jì)造型能記錄被描述物的形體和色彩，這些造型將會(huì)為設(shè)計(jì)創(chuàng)作積累大量的素材和資料，而卻能夠快速記錄設(shè)計(jì)師的靈感和構(gòu)思，也是傳達(dá)設(shè)計(jì)師意圖、理念的工具，每件好作品背后都有大量的速寫記錄設(shè)計(jì)工作的每個(gè)步驟和階段，這種能力是設(shè)計(jì)師必不可少的重要技能。
要想成為一名好的設(shè)計(jì)師，應(yīng)當(dāng)具備兩方面的視覺造型表現(xiàn)能力，一是寫生表現(xiàn)能力，二是設(shè)計(jì)創(chuàng)作表現(xiàn)能力，設(shè)計(jì)速寫則是培養(yǎng)兩種能力的重要造型訓(xùn)練手段。
多畫速寫有助于我們形成正確的科學(xué)的觀察方法，這是由速寫本身的性質(zhì)所決定的。它要求我們在短時(shí)間內(nèi)迅速準(zhǔn)確地表現(xiàn)物象，這就在潛移默化中鍛煉了我們的整體觀察能力和整體思考能力，逐漸形成了抓大放小、簡明扼要的表現(xiàn)方式。其次，從造型角度來講，多畫速寫是快速提高造型能力、打好基本功的捷徑之一。
在練習(xí)設(shè)計(jì)速寫之前，我們需要特別注意的是，首先要分清設(shè)計(jì)速寫與繪畫的速寫之間的區(qū)別與表現(xiàn)的側(cè)重。
繪畫的速寫是在乎面(既紙面)創(chuàng)造真實(shí)的立體。繪畫速寫一般偏重寫實(shí)(簡單的說就是比較像真的)。如果是油畫系的要注意形體、質(zhì)感，藝術(shù)趣味，個(gè)性；雕塑系的偏重于結(jié)構(gòu)，體積感。就是所謂的“結(jié)實(shí)”；國畫重視筆法，強(qiáng)調(diào)線的運(yùn)用，重在“寫”?？偟膩碚f繪畫速寫強(qiáng)調(diào)形、體(國畫除外)、主觀表現(xiàn)。
而設(shè)計(jì)速寫則是把真實(shí)的立體歸納在平面(既紙面)里。設(shè)計(jì)速寫首先強(qiáng)調(diào)造型，形的要求更苛刻，在形準(zhǔn)的前提下可以根據(jù)需要夸張變形。總的來說設(shè)計(jì)速寫強(qiáng)調(diào)型和畫面構(gòu)成。學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)速寫的方法主要分為以下五個(gè)階段：
第一階段主要是通過臨摹他人優(yōu)秀的作品，直接學(xué)習(xí)他人的表現(xiàn)技法來為表現(xiàn)階段打下基礎(chǔ)，同時(shí)也加強(qiáng)了造型能力的訓(xùn)練。如果是初學(xué)著應(yīng)該線從線條的練習(xí)開始，如：使用美工筆進(jìn)行水平線和垂直線的練習(xí)，以及斜線和各種圖案的練習(xí)，這一訓(xùn)練主要目的是讓初學(xué)者能夠較自由控制線條的方向，為臨摹打下基礎(chǔ)。當(dāng)能夠自由控制線條的方向之后，就可以開始選擇優(yōu)秀的摹本來進(jìn)行臨摹，在臨摹的初期應(yīng)做到與摹本一模一樣，暫時(shí)拋開自己的技法，即有“你”無“我”。這個(gè)階段主要是積累他人的畫面印象，學(xué)習(xí)他人的表現(xiàn)手法，只有當(dāng)達(dá)到一定的量之后，把這些技法和他人畫面的優(yōu)點(diǎn)熟練化，并最終運(yùn)用到表現(xiàn)自我感受的過程中，這才達(dá)到了臨摹的目的。這種方法是學(xué)習(xí)速寫的捷徑之一。
第二階段主要是表現(xiàn)階段，這一階段主要是解決物體的表現(xiàn)方法，更加強(qiáng)化和鞏固表現(xiàn)技能，形成自己的表現(xiàn)風(fēng)格。通過收集一些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品案例和攝影照片進(jìn)行圖片表現(xiàn)，這個(gè)階段的表現(xiàn)盡量做到細(xì)致，仔細(xì)，注意線條的排列與穿插以及畫面整體效果和光影效果。
第三階段是寫生階段。在開始進(jìn)行寫生訓(xùn)練時(shí)，不要一味的追求速度，要穩(wěn)定好心情由慢寫開始，逐步訓(xùn)練眼睛的整體觀察能力和手頭的熟練表現(xiàn)能力，當(dāng)然慢寫并不是速度很慢地畫速寫，而是運(yùn)用筆的速度與相對寬裕的觀察、理解、思考、歸納、取舍的時(shí)間統(tǒng)一起來，在學(xué)習(xí)速寫的基礎(chǔ)階段，它對人的眼、腦、手三者協(xié)調(diào)一致的快速寫生能力具有十分有益的鍛煉作用。通過一段時(shí)間的練習(xí)，當(dāng)具備了一定的速寫能力和技巧后，速寫則成為設(shè)計(jì)師敏銳觀察、捕捉物象的本能，經(jīng)過提煉、概括又成為獨(dú)特的設(shè)計(jì)造型表現(xiàn)形式了。畫速寫便可以由慢到快并逐漸熟練起來。在寫生階段中要經(jīng)常進(jìn)行戶外寫生，感受大自然的魅力，收集資料。
第四階段為默寫階段。重視默寫即注重造型能力的培養(yǎng)，把再現(xiàn)與表現(xiàn)有機(jī)地結(jié)合起來，這是我們對速寫的較高層次的要求。默寫有助于速寫能力的提高，二者之間是相輔相成的。
