为什么工业设计师应该学好机械机构设计？

机械类课程在工业设计的syllabus里拥有雷打不动的一席之地：材料、结构、模具，以及笼统的“机械设计基础”、“机械工程基础”等。貌似有关机械机构的内容从来都不是主角，多数是“基础”课程里的一个章节。但机械机构对工业设计确实太重要，所以作者觉得有必要出来鼓动一下了。

一、“机构”与“结构”的区别

“机构”（mechanism）经常与“结构”（structure）相提并论，但实际上是两个不同的概念。

结构设计与机械零件的单体形态有关，如一根轴上各轴径的尺寸、箱体的壁厚、倒角大小、拔模斜度、筋板支撑位置等，以及确定这些设计要素的刚度、强度等计算内容和材料、热处理、机加工等工艺规划内容。

机构设计关注的是两个零件之间的相对运动关系，如把一个零件的转动变成另一个零件的移动（门锁）、把一个零件（电机）的恒定转速变成三个零件（钟表指针）不同的转速、把一个零件的移动变成一系列零件的复杂运动（折叠伞），等。

在机械专业里，机构属于“机械原理”，结构属于“制造工艺”，这两门课基本没有交集。

对工业设计而言，机构与结构在用途上的区别主要有一下机方面：

1. 不同的交流对象

工业设计师学结构是为了与产业链下游交流，主要面向制造环节；学机构则是为了与产业链上游交流，面向战略、规划、决策等环节。

2. 设计过程的不同阶段

从公理设计的角度来看，结构属于四个域的最后一个，即制造域（过程域），与产品实体关系紧密；而机构则介于功能域和物理域之间，与产品概念关系更近，也就是说，更接近设计师的本职工作，而不应算作外来学科的知识体系。

3. 对上下游交流重视程度的不对等

工业设计的操作技能体系（不是战略规划体系）重视与产业链下游的交流，而忽视了与上游（包括用户）的交流。也就是说，对执行环节很重视而对决策等环节重视不够。这种情况也可能是因为设计师对上游的影响力不够所致，也可能是因为操作技能本身就是面向下游的。

4. 机构在机械学科里也不算热门

机构以应用为主，做出原理性创新突破很难，导致学术界愿意啃这块硬骨头的人不多。市面上有关机械机构的专著很少，算是一个侧面的证据吧。但是机构在创新实践中的应用灵活多样，潜力巨大。工业设计与机械两个学科有相似之处，但其发展前进的推动力迥异，应用创新与市场联系紧密，对工业设计的价值要比机械学科大得多。

二、设计师应该学好机械机构的原因

基于以下几个原因，机械机构对设计师既是目前的短板也是潜在的增长点：

1. 设计师的机构应用水平普遍偏低

这种感觉来自几个方面。一是早年参与过五金大赛的协办，几个分赛中包含滑板车、健身器、电动工具等机械特色很强的产品；但是从每年超过2000件的投稿作品中，找不到几件在机构应用上有特色的设计。二是本科生和硕士生开设有智能硬件的课程，到了最后的实施阶段，很多学生的创意都卡在机械上，反倒是硬件部分都能搞定。

2. 机械机构知识是一个稳定的体系

不像材料、工艺、计算机软硬件等日新月异的工科领域，机械机构的知识体系基本处于停滞发展状态，十分稳定。基础原理性的东西早在工业革命时期差不多就都被发明完了，时至今日，旧知识不会过时淘汰，新知识的增长也很缓慢（基本不在设计师的理解范畴内）。因此学习机械机构需要做的只是在了解并不复杂的原理基础上识别各种变形，并对案例进行移植和组合应用。

3. 机械机构没有专利壁垒

不像造型一样不能抄不能仿，所有的机械机构知识都是全人类的共有财产，欢迎抄仿。抄得妙还会有人点赞，要是解决了特定产品的具体问题还有可能申请发明专利。这是一个非常有用的资源库，而目前工业设计领域对它的应用还处于非常初级的阶段。这一课应该在智能化时代到来之前补上的，但是很遗憾，没有。现在只能寄希望于智能化软硬件自带的吸引力把机构的兴趣提携一下了。

4. CAD软件提供了方便的物理引擎

参数化CAD软件（Pro/E、Solidworks等）基本都带有物理引擎，简单进行一下装配设置就可以得到“所见即所得”的运动机构，让自己的设计动起来。这个便利条件让设计师免去了很多复杂的（深恶痛绝的）计算过程，可以用简单试错模式完成运动设计。

5. 实物模型制作简单

现在激光切割机和3D打印机都很普及了，制作实物机构模型变得快速而经济可行，部分设计甚至用切割机制作纸模型也可以。