结构和材料的关联

产品结构设计是将设计概念具体化的一个重要阶段，受很多因素的影响和制约，除了前面所论述的功能和形态要素系统以外，产品的结构和材料要素系统关系也尤为密切，并且二者共同作用于产品的形态，服务于产品的功能，并且影响整个产品系统。

首先，材料是构成产品结构的具体物质。结构是产品实体要素的存在状态和连接关系，材料是结构得以存在的物质性基础，是结构的承担者和载体。不同的材料具有各自的性能，因此也适用于不同的产品结构。例如木材是常见的产品设计材料，因为木材是在自然环境下生长起来的，因此具有复杂的综合特性，对于产品结构来说具有质轻和易于加工的特点，但是由于其各向异性、易于变形和开裂的特性，使得木材的加工和利用受到了限制。材料作为结构的物质性存在，其选择和运用受到结构要求的影响，越是复杂的结构要素系统，运用到的材料越可能多样化，例如汽车车身用的材料包括两大类：金属材料和非金属材料，常用的金属材料有钢板、铸铁等重金属材料和镁、钛等轻金属及其合金材料，常见的非金属材料有工程塑料、玻璃、纤维、树脂、橡胶、泡沫材料和复合材料等。

结构是材料的具体存在形式。材料分析及选择是产品设计的重要组成部分，材料系统优化的环节主要考虑的问题有：产品的设计要求、产品的使用环境、各种材料特点和工艺性，其中产品的设计要求包括对于功能的要求、结构的要求、成本的要求等，因此产品结构要素系统对材料的选择提供了依据。材料不能离开结构而独立存在，因此产品的材料根据结构系统的作用关系可以分为产品功能材料、内部材料及外部材料。功能材料是产品核心结构的材料，一般是具有特定要求的、实现产品核心功能的技术性材料，例如，手机主板的计材是PCB板，一种双面玻纤板，用来支撑和安装各种元器件，实现电气连接和电绝缘的功能。内部材料一般是产品内部结构的材料，用来连接外部结构和核心结构，也称为结构性材料，对材料的力学性能、物理性能和化学性能都有很高的要求，如力学上对于材料强度和抗变形能力的要求，物理学上对于材料导热率、绝缘性的要求，化学上对于材料抗腐蚀、抗氧化性能的要求。外部材料是产品的外部结构的材料，是直接外部环境接触的可见材料，由外部材料经过特定的加工工艺所形成的产品外部结构决定了产品最终的形态，因此对产品外部材料的成型工艺性能提出了更高的要求，不同要求的形态需要由不同的材料来实现。

结构是材料经过一定的工艺加工方法并且在力的作用下所表现和维持的状态。材料形成结构的必要手段是工艺加工，不同材料的成型工艺方法不同，因此造型的特性也有很大的不同。例如，金属材料的成型方法有冷加工和热加工两种，常见的冷加工方法有车、铣、刨、磨、挤压、锻造等，常见的热加工方法有铸造、焊接、切割等，金属材料因其加工和成型手段多样化，可以适应不同造型的要求，是重要的产品结构材料。另外塑料也是我们日常常见的产品造型材料，塑料的加工工艺一般包括配料、成型、机械加工、接合、修饰和装配等，塑料的种类繁多，工艺性优良，适用于造型复杂的结构设计，因此在产品设计中被广为运用。在针对产品设计的具体结构要素进行材料选择的时候，要对加工工艺进行可行性分析。(www.xing528.com)

不同的材料有各自的性能，需要用不同的方法去加工、安装、连接、组合和表面处理，所以表现出的结构形态也是不一样的。因此很多新的结构都是伴随着新的材料或者新的加工工艺而产生的，同样结构的创新要求也会推进材料及工艺的发展，结构与材料的关系见图3.3：

图3.3　产品结构与材料的关系