内容摘要：《天工开物》内容丰富，几乎涉及到工业文明以前的所有农业、手工业各部门各领域各工种的生产技术、工艺流程、设计文化以及诸多问题。全书依据“贵五谷而贱金玉”的思想原则，进行理论架构，形成了独具中华传统造物设计理论特色的“天工”“开物”体系，并与《考工记》、《营造法式》共同完成了中华“考工学”设计理论体系建构。作为全球化进程中的转型性的集大成之作，《天工开物》是中华传统“考工学”设计理论体系和工匠文化精神的代表性著作，值得我们认真阅读、研究、传承与开新。
《天工开物》是明代科学家宋应星（1587 -约1666年，字长庚，汉族，江西奉新人）集数十年深入调查研究之功而完成的一部划时代的著作。该书首次由宋应星之友涂伯聚刊行于崇祯十年（1637年，代表着世界现代工业文明的大事件英国资产阶级革命爆发的1640年前夕）。《天工开物》原书为二十卷，刊行时保留了十八卷，删去了《观象》、《乐律》二卷。全书内容丰富，几乎涉及到工业文明以前的所有农业、手工业各部门各领域各工种的生产技术、工艺流程、设计文化以及诸多问题。全书依据“贵五谷而贱金玉”的思想原则，进行理论架构，形成了独具中华传统造物设计理论特色的“天工”“开物”体系，并与《考工记》、《营造法式》共同完成了中华“考工学”设计理论体系建构。作为全球化进程中的转型性的集大成之作，《天工开物》是中华传统“考工学”设计理论体系和工匠文化精神的代表性著作，值得我们认真阅读、研究、传承与开新。此次校勘出版，旨在为建构当代中国设计理论体系而发掘、积累、探索与开新。
中华传统设计的基本性质是以《易》《礼》体系为思想源头的“考工学”设计理论形态。中华文化发展大致形成了三个圆圈，亦即远古至秦汉（华夏融合）—中原文化圈、晋唐宋元（亚洲融合）—四教文化圈、明清（全球融合）——东西文化圈。由此，中华传统“考工学”设计理论发展历程大致也有三个基本时期：远古至秦汉（前7800-200，约8000年）：“考工学”设计理论体系的创构期（摸索与创立）；魏晋隋唐宋元（200-1368年，约1200年）：“考工学”设计理论体系的成熟期（发展与完成）；明清（1368-1911，约600年）：“考工学”设计理论体系的转型期（总结与挑战）。中华传统“考工学”设计理论史的三个重要理论形态分别为：《考工记》为中华传统“考工学”设计理论体系的奠基形态、《营造法式》为中华传统“考工学”设计理论体系的深化形态、《天工开物》为中华传统“考工学”设计理论体系的整合形态。
中国设计理论呈现为两个基本形态：“考工学”形态和“设计学”形态。由于社会历史背景的重大差异性，两者之间既有着本质的区别也有着实质性的密切联系。就其相互之间的差别而言，“考工学”是农业文明传统手工业社会历史背景下的产物，具有极大的个体性、自足性设计方式等特点。“考工学”形态下的设计，一般都是在小范围的，手工作坊式的，融设计、制作与施工为一体的，自产自销的环境下进行的。“考工学”设计的主体常常是某一方面的技术巧手或“匠人”。其接受的教育常常是师徒口授，传播的形式和范围及其有限。这种形态的设计，不是一种“自然稀缺经济”的产物，而是具有真正“以人为本”的造物设计活动。即真正是为了追求生活艺术化的表现以及充分展示人的智慧与创造精神的体现。现代意义上的“设计学”形态，是在大工业化时代、集约化整合、多工种多行业合作的产物，具有极大的群体性、分工合作性设计方式等特点。
在理解了中国设计思想的两个基本形态之后，就比较容易把握和定位中国古代设计思想的发展历程、基本规律和特征了。
要研究和阐述中国设计思想史的发展线索和主要特点，必须从其源头说起。要探讨中国设计思想起源于何时，就必然涉及到中国古代设计的起源问题。依据历史唯物主义观点，意识是社会实践的产物，也就是说实践和意识是同步产生的。因此，中国设计和中国设计思想应该是同时产生的，有设计活动就必然有与之相应的设计思想。人类的设计实践活动离不开人类设计思想的指导，尽管设计者可能是自发的或不一定自觉到了。那么中国设计产生于何时呢？李砚祖指出:“人类的文化最早是写在石头上的。人类的设计最早也是从石头上开始的。人类学研究表明，在从猿到人的转变过程中，人类曾经历了一个使用天然木石工具的阶段。当发现天然木石工具不能适应需要，而产生一种改造或重新制造的欲望，并开始动手制造时，设计和文化便随着造物而产生了。”[1]
这就是说明，中国设计和设计思想早在人类早期的原始社会即石器时代就开始萌芽了。这个萌芽时期就是中国古代设计的起源。萌芽时期的设计思想常常和巫术原始文化融为一体的。从产生到十九世纪中叶受到西方文化冲击之前，中国设计理论基本上是“考工学”设计学的系统。
依据中国传统文化发展的基本逻辑规律，中国设计思想的发展历程大致呈现三个基本阶段或时期。
第一个阶段为先秦两汉，即从远古到两汉（严格地说应是佛教文化进入中土以前，大约公元一世纪）。
这一时期是中国设计思想的创立和体系形成时期。这一时期大致可以分为三个小的阶段：远古至西周、春秋战国、秦汉。远古至西周——中国设计思想处于积累阶段，开始有零星的设计思想记载。春秋战国——达到第一个高潮，出现了以《周易》为代表的中国古代设计思想系统文献。秦汉——设计思想体系的进一步完善，这一阶段铸成了以《周礼》为代表的“考工学”设计思想体系的完整出现。
在这一时期，就其设计领域而言，各种设计领域均已不同程度地展开。依照《考工记》的记载，至少有30多类设计领域。如石器设计（包括玉器设计）、陶瓷设计、服饰染织设计、青铜器设计、铁器设计、砖瓦设计、建筑及装饰设计、弓箭设计、车辆设计、色彩设计、造型设计等等。
设计实践的繁荣，必定有与之相应的繁荣昌盛的设计思想理论。这一时期的设计思想充分体现着这一时期的时代精神——礼乐文化系统的确立。礼乐文化，已被公认为整个华夏文化的基本风貌。一般而言，礼乐文化产生于西周时期，即所谓的“周公制礼作乐”时期。“礼”观念的确立使人类文明进程中的一个重大事变，昭示着由崇尚“天”转到了认识 “人自己”从而提升“人”的地位和意义。“礼”所关注的祭祀活动、政治活动以及相关的民政、军事、刑律、教育等都体现着对“人事”的关怀。以“礼”为核心的早期中国文化思想体现在儒道墨等流派中。“礼”的观念及其“礼器”等设计制作，对后世设计造物活动产生了极大的影响。
这一时期，阴阳思想、五行思想等以及《周髀算经》等科学思想的盛行；《周易》体系的设计结构模式的建立；《周礼》虽发现于汉代，但记载的基本上是周代的礼仪制度。
这一时期最大的成就是以《周易》体系和《周礼》体系为代表的中国设计思想理论体系的建立。这一体系是以“礼乐文化”（中和）为核心融会了诸子学派、阴阳五行思想以及相关的科学思想等从而构筑起了中国设计学体系形态——“考工学”。
本时期的两大学风三阶段：所谓两大学风即汉学与宋学，汉学兴于汉而盛于唐。宋学的建构与完成。汉学宋学之争直接导引出这个时期“考工学”设计思想的特征：注重科学精神，从而形成了以追求实事求是的疑古思潮。所谓三个小的阶段：即东汉至魏晋六朝、隋唐、宋元。
儒道融合的玄学思潮，推进了中国古代逻辑思维的辩证发展。从而对佛教的中国化奠定了基础。
魏晋时期刘徽的“析理以辞，解体用图”的设计思想；晋代裴秀的“制图六体”的古代设计图学思想；“界画”及色彩理论的发展等。
佛教文化的兴盛及其中国化，促进了中国设计思想的发展和完善。如“意境”理论的完善。
隋唐出现了汉学的集大成——《五经正义》，以及《通典》、《唐律疏议》、《唐六典》、《艺文类聚》《初学记》等大书。这些著述中有大量设计思想文献。
宋元代表中国古代哲学思维最高水平的“理学体系”的完成。代表中国古代科技最高成就的“四大发明”在此时期完成。科技理论著作有《梦溪笔谈》、《武经总要》《营造法式》、《通志》《王祯农书》等。
汉至宋元时期出现了大量以设计为己任的设计家，如宇文恺、喻皓、苏颂、蔡襄等。陶瓷成为了世界农业时代手工业技术发展的最高峰，也铸就成了中国的代名词(china)。
这个时期呈现出中国古代设计思想的总结特征。就设计思潮而言，兴起于宋代的文人化设计理念获得了长足的发展。主要表现在园林设计、器物设计方面等。总结性的理论专著大量出现，如《园冶》、《长物志》《天工开物》《髹饰录》《农政全书》《遵生八笺》《远西奇器图说》《清工部工程做法则例》《陶说》《绣谱》《畴人传》等等。
就设计思想基本特征而言，这一时期创造性活力明显不如宋元。但更注重设计的生活化，从而也使得中国古代设计开始进入人们的生活。如《长物志》等著作中大量关于“容貌”“仪态”“饮食”“养生”“家居”等世俗生活的美学及设计问题。
第一卷 远古至秦汉（前7800-200，约8000年）：中华传统“考工学”设计理论体系的创构期（摸索与创立）
主要研究以《考工记》为核心的远古至秦汉设计思想，包括器物文明与诸子百家设计思想的兴起、《易》《礼》体系与中华设计传统精神、《考工记》与中华传统“考工学”设计理论体系创构、《说文解字》与中华传统文字设计理论等。
第二卷 魏晋隋唐宋元（200-后1368年，约1200年）：中华传统“考工学”设计理论体系的成熟期（发展与完成）
主要考察以《营造法式》为核心的魏晋隋唐宋元设计思想，包括典章制度与传统生活方式（以“三通”、《唐六典》和《事林广记》为核心）、回望三代与创新科技（以《博古图》、《梦溪笔谈》、《王祯农书》苏颂《新仪象法要》为核心）、虚拟与现实（以三教融合、理学挺立、艺术繁荣，以朱子《家礼》与设计思想为核心）、“法式”与中华传统设计理论体系成熟形态（以《营造法式》以及陶瓷设计思想为核心）等。
第三卷 明清（1368-1911，约600年）：中华传统“考工学”设计理论体系的转型期（总结与挑战）
主要讨论以《天工开物》《考工典》为核心的明清设计思想，包括走向综合（上）（以《天工开物》《考工典》为核心）、走向综合（中）（以《髹饰录》《园冶》《绣谱》《陶说》等为核心）、走向综合（下）（《鲁班经》、故宫设计思想等为核心）、为“遵生”而设计（以《遵生八笺》《长物志》《闲情偶寄》、家具设计思想为核心）、补儒易佛与中华传统设计思想的转型（以徐光启、王徴为核心）等。
《天工开物》的设计理论体系可以用一句话概括：“一个目标、两大系统、六大领域”。所谓“一个目标”即设计实用性目标；“两大系统”是指设计技术系统和设计图学系统；“六大领域”是指农用工具设计（乃粒、粹精）、衣料染织设计（乃服、彰施）、金属铸锻设计（五金、冶铸、锤锻、佳兵）、陶瓷砖瓦设计（陶埏）、造纸设计（杀青、丹青）、交通工具设计（舟车）。
这三个方面是相互联系的整体。第一方面是核心，其他两个方面是在第一方面的精神指导下进行的。也就是说“设计的实用目标”是贯穿在《天工开物》“设计技术和设计图学系统”、“六大领域”之中的。
设计目标是指完成某项设计任务应该和有意实现的目标，它包括功能、大小、成本、适应性等各项指标。设计是为了服务于有目的的系统、装置和工艺，有选择地利用科学技术总体知识的过程。明末在“崇实黜虚，致用厚生”等实学思潮的影响下，实用主义的造物价值观表现得十分明显，设计原则很自然地以功利、实用作为器械技术的基本评价标准，注重器械对农业效益、效率的提高。当时各种实用技术有了较大的进步，大批实用生产和应用性书籍得以刊印发行，宋应星的《天工开物》就是一个强有力的实证,书内载耕织造作练采金宝，一切生财备用秘传要诀，于民生财计大有利益。
《天工开物》虽是部优秀的技术著作，但它并不限于单纯叙述一些具体的技术操作方法，其中包含了宋应星对于古代儒、法诸家重民生实用的设计思想的不少深刻认识，而且从头到尾都是在这一思想理论的指导下叙述各种技术问题的。从《天工开物》所撰内容来看，主要着重于一般造物设计，《天工开物·五金》章中说：“黄金美者，其值去黑铁一万六千倍，然使釜鬻、斤、斧不呈效于日用之间，即得黄金，直高而无民耳。”(卷十四《五金》) “效于日用之间”便体现出其对于设计实用目标的重视。
“乃粒”篇是阐述人赖以生存的水稻、小麦种植，以及筒车、牛车、踏车、拨车、桔槔等水利工具及耕种器具的设计及使用情况介绍，整篇着重于与普通民众生活密切相关的设计。其实用主义的造物价值观表现得十分明显，设计原则以功利、实用作为器械技术的基本评价标准，注重器械对农业效益、效率的提高。“设计的目的正是通过造物创造性地改善人与自然的关系，使劳动变得‘悦以使人，人忘其劳’（《齐民要术·杂说》），其中一个关键的问题就是能否省工、省力、省时。”[3]
“乃服”卷紧步其后，宋应星重视广大人民防寒的布衣，枲著(棉衣)、夏服、裘、褐毡等棉麻织物和毛皮、毛布、毛毡的设计制作。而对于皇帝穿的龙袍，因为织造精细繁琐，人工和花费很大，只以“其中节目微细，不可得而详考云”（卷二《乃服·龙袍》）冷冷带过。宋应星对待设计的态度，已超过一般经世实用之学的见解，已有近代人道主义的色彩。“工艺美学中的人道主义体现，不同于美学中的兼爱或爱人，而是强调致用利人、强调功能，来体现对平民生活的关怀。”[4]
“陶埏”卷中宋应星则通过对景德镇的实地考察首先论述瓦砖罂瓮之类民用器物，对于“生人毋用必需”的“大小亿万杯盘之类”的常用器皿，详细地记载了整个生产流程。而对“朝廷所用龙凤缸”记述就很简略。“舟车”篇也以民用杂舟实用漕舫和普通驴马大车、独辕车为主。
“佳兵”章写道：“火药机械之窍，变幻百出，日盛月新。中国至今日，则即戎者（使用武器的军人）以为第一义。岂其然哉？虽然，生人纵有巧思，乌（怎）能至此极也？”[5]
这是说；制造各种火器的技术，变化百出，日盛月新。中国在明代时由于军事上的需要，把火器的生产放在头等重要地位。难道不是这样的吗？如果不然的话，人们再有巧妙的技术思想，又怎能使火器制造达到如此完善的地步呢？他这话的含义是，倘若社会上对某些产品有了迫切的实践需要，则这种社会需要就能刺激生产这些产品的技术获得更快的发展。社会实践需要是设计技术发展的动力。然而如果我们考虑到当时的社会历史背景，清政权借武力步步进逼，已直接威胁到明帝国京师的安全，则明政府加紧研制火器，亦是自卫措施。《天工开物》在谈到旋转式火箭弹“万人敌”时也说：“此为守城第一器……作者不上十年，守土者留心可也。”[6]
我们从插图得知，被此火器击中的，是攻城的清兵队伍，从其装束中清晰可辨。（图1）
在《舟车·车》节我们还读到：“凡车利行平地，古者秦、晋、燕、齐之交，列国战争必用车，故‘千乘’、‘万乘’之号起自战国，楚、汉血争而后日辟（少）。南方则水战用舟，陆战用步、马（步兵与骑兵）。北膺胡虏（北方与匈奴对持），交使铁骑，战车遂无所用之。但今服马驾车，以运重载，则今日骡车，即同彼时战车之义也。”[7]
这段话意思是：车适于平地行驶，战国时代北方平原地区各诸侯国之间交战必用战车，因有“千乘之国”、“万乘之国”的说法。秦末楚汉血战后，战车逐渐不用了。因为那时在南方水战用战船，陆战用步兵与骑兵。汉以后北击匈奴，双方互相都用骑兵，战车遂无从使用。但现在北方仍驾马车运载重货，因而今日的骡马车在形制上是从古时的战车演变过来的。在宋应星看来，作战形式也因时、因地而异，从而导致交战双方武器及战术上的变化。战国时北方平原地区作战适用于车战。但后来在南方作战，因地理环境不同，只能用战船及马步兵。汉以后与北方游牧民族匈奴作战，只好靠骑兵了，从此战车逐渐被淘汰，而弓箭与干戈仍继续使用。过去的战车虽不再用于战争，仍可作运输的交通工具，则制造这种车的技术能继续保存下来。从这里看到前述那条设计技术发展规律的另一表现形式：当社会不再需要车战时，车作为作战工具的功能便随之消失；然社会仍需要车作运输工具时，其功能为之一变，从战争目的转向和平目的，从运兵改为运货。在两种场合下，车作为运输工具的使用价值仍未变化，当然制造车的技术仍得以继续发展下去。换言之，某种技术是否具有发展动力，取决于其产品是否能满足社会需要。
在设计领域，实用的或功能的要素对产品的设计常常造成深刻地制约，这一点，已为近代技术的发展和欧洲工业革命后的设计运动所证实。宋应星这种重视民生日用和物品功能的设计思想，正是艺术设计的出发点，一切形式美都须首先服从功能和生活方式的需要，这是现代设计的最基本的原则之一。
在明代实学思想中，宋应星以他的实践体现出其设计技术理性思想的特殊性。《天工开物》是世界上第一部有关农业和手工业生产技术的百科全书，宋应星被英国著名的科技史家李约瑟称之为“中国的狄德罗”。其所阐述的技术哲学思想．对中国思想史尤其科学思想史，都有深远的意义。
令人惊叹的是，宋应星在《天工开物》中不但广泛地逐一阐述了30种工农业技术的具体知识，而且还将这些技术系统地纳入到他所构筑的体系之中，经宋应星这样处理后，工农业整个技术及技术知识不再是无秩序的堆积，而成了有秩序的设计技术体系。
宋应星将工农业30种不同技术的产品逐一作了分类，然后再将各类技术综合成层次不同的小系统、中系统内，最后进入大系统中。而每类技术又各自成为基层系统《天工开物》设计理论体系的当代建构，此系统又是由对单个技术产品的分类后而综合成的。单个技术产品的生产技术，才是他大体系中的结构单元。每一个技术结构单元又是一个“细胞”系统，其中包括原料种类及产地、技术过程、操作要点、工具设备、原材料及能源消耗、产品产率及其特性与用途等。每个技术单元系统都一律包括3个要素：“法”、“巧”、“器”。宋应星用“法”、“巧”及“器”三个概念加以说明。换言之，在他看来，技术＝法＋巧＋器。
“法”指各种产品的设计方法、工艺操作方法，如冶炼之法、纺织之法等，不知道这些操作方法就无从进行设计。例如，在《陶埏·罂瓮》中就谈到联窑法。不同的窑、不同的结构，可以烧制不同的陶器。因陶瓷器件有大有小，所需要的温度不一样，一般烧小件用瓶窑，大件用缸窑，但如果分开烧，一则成本高，二则难以达到高质量。
《天工开物》“鼎”卷介绍了群炉汇流铸造法的施工情景：熔化炉分成若干组，每组最后汇成一条总槽，流向一个总浇注口，这样不但省去了人数众多的杠抬浇包的劳动，而且分成几组的人员还可逐级设立指挥者，令行禁止，统一安排，避免了浇注场地的紊乱，保证了大型铸件浇注得以顺利进行。
其他如失蜡法铸钟工艺，见于《天工开物》“冶铸”卷：“凡造万钧钟与铸鼎法同。掘坑深丈几尺，燥筑其中如房舍，埏泥作模骨。其模骨用石灰三和土筑，不使有丝毫隙拆。干燥之后，以牛油黄蜡附其上数寸。油蜡分两，油居什八，蜡居什二，其上高蔽抵晴雨(夏月不可为，油不冻结)。油蜡墁定，然后雕镂书文，物象，丝发成就。然后舂筛绝细土与炭末为泥，涂墁以渐而加厚至数寸。使其内外透体干坚，外施火力炙化其中油蜡，从口上孔隙熔流净尽。则其中空处，即钟鼎托体之躯也。”[8]
“巧”指参与生产的劳动者的操作技能，宋应星常常用“人巧”、“工巧”加以表述。宋应星认为技术三要素中“人巧”是最积极的因素，因为“人为万物之灵”、“人巧造成异物也”。他又把劳动者的技能分为熟练的（“工夫精熟”者）或“巧思”者和非熟练的，而提倡勤巧。他在书中到处提请农民和工人提高自己的劳动技能，几乎在每一章里都树立了这方面的标兵。他甚至在《锤锻》章认为，对从事复杂劳动的锻造铜乐器的工人，应给予比锻造铁器的工人高一档的工资（“锤工亦贵重铁工一等”）。这就从技术政策上落实了他的思想主张。
既然他认为在技术的三要素中“人巧”是最积极的因素，这就导致他对从事设计的工农群众的尊重和对能工巧匠的称赞。他反对经生之家（儒生）和纨绔之子（富豪子弟）鄙视工农群众的任何表现。由于技术是农民、工人赖以从事生产劳动的基础，则创造技术的主力军首先应是这些劳动者，而不是四体不勤、五谷不分的所谓“圣贤”之辈。谁是创造各种技术的主力军？对这个问题的回答，反映出两种不同的技术观。
《天工开物》中记下了许多劳动者创造的技术。他在书中到处歌颂劳动者的技巧，而且在《乃粒》中指出“著书圣贤”不一定就懂技术，否则为什么他们在“五谷”中竟漏提稻，而稻为南方广大人民的主食。他还认为把造纸技术的发明归于东汉蔡伦一个人头上，是浅陋的见解。这些都体现了宋应星对传统造物设计人巧、工巧的重视。
“器”指生产中使用的各种工具和设备。宋应星在强调巧的同时也强调工具的重要性：“世无利器，即般（鲁班）、倕安所施其巧哉？”（《锤锻》），又说：“谚云：‘万器以钳为祖’，非无稽之说也。”
田自秉在《中国工艺美术史》一书中总结明代家具发展的原因：“一、园林建筑的兴起。二、木材的丰富。三、木工具的提高。”[9]
正如宋应星所云“金木受攻而物象曲成。世无利器，即般、倕安所施其巧哉？”[10]
没有良好的工具，是不能制作出精巧的物品的。硬木质地坚韧，更需要利用优良的木工工具。明代锤锻技术已大大提高，据《天工开物》记载：“凡健刀斧皆嵌钢、包钢，整齐而后入水淬之。其快利则又在砺石成功也。”[11]
因为锤锻技术的发展，木工具的种类也增多，因而适于各种加工需要。“长者刮木，短者截木，齿最细者截竹”[12]等。
“法”、“巧”、“器”，《天工开物》六大设计领域的各章节中，都要谈到这三者，作为设计技术的三要素缺一不可。设计之“法”固然重要，但只有通过”巧”与“器”才能实现“法”。它们共同构成了《天工开物》全书结构框架的主体。
古代设计师传达自己的设计的设计意图无非通过三种方式：一是借助感性和隐讳的口诀和直观的身教来传达；二是利用图谱和文字说明；三是制作小样。
宋应星撰《天工开物》所附128幅插图，由涂伯聚刻绘，出刊于明崇祯10年(1637年)，俗称“涂刻本”，流传最广。
承继“左图右史”的传统，宋应星的《天工开物》以其精微的图画，配合文字，给处于社会下层的种田人和手艺人描绘了一幅生动的造物的历史画卷。《考工记》，其“总叙”虽有“依于法，游于说”之论，然于图样疏略不讲，甚至《冬官》全篇无一“图”宇，而《天工开物》继承了宋以来中国科学技术著作的优良传统，一补《考工记》之不足，既是宋应星亲自见闻，又是调查研究的如实写照，“持寸符，握半卷，终事诠旨，风行而冰释”。《天工开物》中的设计图样是宋应星给我们留下的丰富图学遗产。
图说，是现代设计的基木语言；试验，是现代设计的基木方法。设计的独立性地位，在很大程度上倚赖图说和试验方法的成熟。虽然中国古代的能工巧匠也有绘图和制作小样的做法，但宋应星对图说和试验方法的重视更自觉，对设计表达的准确性要求也更高。
《天工开物》全面系统论述了我国农业和手工业的生产技术与经验，书中的大量插图与文字珠联璧合。梁启超在《中国近三百年学术史》中指出：“《天工开物》用科学方法研究食物、被服、用器，以及冶金、制械、丹青、珠玉之原料工作，绘图贴说，详确明备。”[13]
《天工开物》一书中共有各种与专业技术相关的图样123幅。每图绘制精细，幅面安排适当，大致具成比例，颇富立体感，易于解读。特别在七卷中，介绍一物一器，或言“具图”，或言“有图”；说明专业技术工具种类或言“皆具图”，或言“皆有图”；对复杂机械，譬之纺织机械的“机式”，则言“具全图”，以示各种不同图样的重要性。恰如“序”言所称：“披图一观，如获重宝矣。”从设计图样的角度考察，《天工开物》中的图样虽多以直观图的形式绘出，但它已超出一般插图和示意图的范围，而具有设计用图的实用价值，这为考察明代科学技术提供珍贵的资料。（表1）。
从书中所绘图样来看，宋应星善画，否则《天工开物》就没有那些绘制翔实的图样，而这类设计图样不仅需要画家具备绘画的技巧，更需要懂得科学技术以及工程设计的才能。
《天工开物》中的图样体现了中国古代“制器尚象”的学术传统，书中各卷文字，对各种生产技术考证详尽，井井有条。如物料、能源及设备诸方面都给出了具体数字和工艺操作流程，对各种技术过程不仅有定性的记载．也有定量描述，凡生产过程中涉及的数量关系都不厌其烦地加以介绍，如各种产品比率、材质比重、原料配比，以及各种机械零部件的尺寸，等等，一一载入。而书中所附的图样，置于文字之下。图中设备部件，清晰可见。比例适中；操作人物形象逼真，图文相资，真实地反映了古代科学技术的情况。
从《天工开物》的编撰编排设计上说，无疑是极为成功的图书典例。其刻本插图充满了设计的韵味，工整、明晰、详细而且可读易懂。作者成功地表达了丰富的内容和意图，与单一文字的书籍相比，明显有其优势的一面。制造与消费之间，即制造商与用户之间，是需要一种文化来加以概括、总结与反映，这不仅反映在他对科学事实的尊重上，更反映在他将科学技术知识进行了最有效的视觉传播，在缺乏照相机技术的当时，这样的记录不能不说是一项艰苦而又伟大的创举。
首先，《天工开物》中图样的绘制是宋应星在长期从事科学研究，深入生产实际，调查访求的基础上完成的，体现着重实践，轻空谈，提倡观察、实验的技术理性思想。《天工开物》中的图谱，以较粗旷的线条，较少的背景，写意的笔法，突出绘图中所要表现的器物。所绘之图结构较准确，比例较得当，并且部分图中用文字对零件作了一些标注，更增强了具有科技图谱的性质。以致到今天依其图样和数据，还可以将其中所绘的某些机器工具复制出来。
例如作者详细记述了明代提花机的构造，并能够用和现代“轴测投影”类似的方法清楚地表达出花机的结构、机件的形状大小和相互关系（图6-2），并对缫丝、整经、卷纬、机织、提花、精炼、织布、染色等方面作了详尽的介绍。其中钻井设备、蔗车、大型浇灌、垂锻千斤锚、炼锌、龙窑、玉石磨床等，都是历史上最早的记载，具有极高的科学价值和实用价值。
自《考工记》以来，探讨中国古代科学技术，无论冶金铸造，抑或机械纺织等等，倘若没有系统地记载设计技术的著作《天工开物》中的记载和图样，那么中国古代传统工程技术中许多迂缪郁结而不可解的问题，将一一难以探入探讨，这也是《天工开物》设计图学价值之所在。
在《天工开物》中有一百二十多幅图画，不同于一般的绘画艺术作品，这些图既说明技术，又描写人物，它们详细地表现了农业、手工业与交通运输等各行各业的情景，画面上没有老儒讲经与仕女游乐，也没有风花雪月与吟诗弄赋，画的全是生产活动中的劳动人民，有耕耘田间的农民，有织制彩色画锦的织工，有齐心协力锤锻千斤大锚的铁工群象，也有架舟奋战于惊涛骇浪的船工集体，连处于封建社会最低层的劳动妇女也活跃在养蚕、缫丝、纺织等许多幅画面之中。这些画使几百年前劳动人民的生产过程跃然纸上，栩栩如生，且很有艺术价值。用这样多的图画来表现生产与生产者，在我国科学史上是空前的，在当时世界上也是少见的。众所周知，中国水墨画自五代北宋出现以后，人物画一直是严重不足。中华民族的人物画一直是靠壁画和木版插图、木版年画支撑着。元代以前靠壁画支撑，明代靠木版插图支撑，清代靠木版年画支撑。正是靠着壁画、插图和年画的支撑，中华民族才有了一批炳耀千秋、光照世界的人物画。因此，从这个意义上说，《天工开物》中的插图还是一个十分丰富的绘画资源，尤其是它弥补了明代水墨画中人物画严重不足的缺陷。
需要指出的是，《天工开物》中的这些插图无论从科学还是艺术的角度上看都是上乘之作，作者和刻工的认真执著已到了为之献身的境界。中国绘画丰富的线条美经过杰出刻工的再创造，甚至超过了画稿。我们可以把以上图谱和其它传统绘画作比较，就会发现，那种线条的峻峭爽利是无法用毛笔表现出来的。《天工开物》中的插图，因其传承文明的目的和作者的特定性，它们不以传统的绘画题材为描绘对象，而是以与人们生活密切相关的东西为主题，使人耳目一新，感觉相当亲切，这正是多少年来中国传统绘画艺术所无法企及的。
《天工开物》总共十八章中有十三章与造物设计有关或属于造物设计范围，几乎涵盖了除漆器之外造物设计的各个方面。大体上可分为六大类：
相对于农业时代，具有提水灌溉功能的农用工具设计是关系到当时的国计民生的大事，其价值和地位相当于工业时代引导工业设计的主流的汽车设计和当今信息时代代表IT产品主流的手机设计那样，最能反映那个时代主要的意匠思想和造物规律的。在《天工开物》第一卷乃粒(指谷物粮食)中的水利篇中，宋应星就对当时使用的排灌机械：简车、牛车、踏车、拔车、桔槔及风车的使用条作、构造、特性、使用方法、工效等作了详尽的叙述。
筒车是一种从低处引水到高处的提水工具，又称天车。透过宋应星《天工开物·水利》对筒车构造法的记载，我们可大体上对筒车的设计巧思有一认识。
由《天工开物》所绘“筒车”的图样可知（图2），其设计的基本构造并不复杂，主要是由一个大型立轮传动链条、受水板、竹筒或木筒所组成，大轮的下部浸在水中，在水力的作用下，水面下的那些竹筒或木筒满灌后，转到轮上方的一定位置时，便自动倒入木槽，于是水便沿槽流到田里。
天工开物《粹精》卷记述了谷物（尤其是水稻和小麦）的收获和加工过程。对于各种粮食加工器械，如杵臼、砻、水碓、磨等的质量、规格、功效，以及制造和使用方法都有较详细的记述。其中某些工具及其设计原理，今天在部分地区仍有沿用。
作为一个农耕文明十分灿烂的国家，我国古代粮食加工器械种类多，功效高。“凡稻去壳用砻，去膜用舂、用碾。然水碓主舂，则兼并砻功。”[14]
稻谷去掉谷壳是用砻，去皮是用舂或碾。但是用水碓去舂，就同时起了砻的作用。谷物麦子粉碎用转磨。砻、舂碓、碾、磨皆属于传统的优秀的粮食加工器械，至魏晋南北朝时期，这些运用人力、畜力、水力驱动的各类加工器械就已基本定型。（图3）
明代衣料染织设计发展极快，品质不断提高。“乃服”中记“凡棉布寸土皆有，而织造尚松江，浆染尚芜湖”，反映了当时棉织业遍及全国。从《天工开物》中的记载我们可以看到丝织所用的器械的设计较前代作了很多设计改进。缫丝和纺纱用的机械在元代要用手摇，在明代普遍采用足踏式。织平面纹的有腰机，织花纹的有花机。《天工开物》卷二“乃服·机式”详细记载了花机的结构、安装和使用方法（图4）：
《天工开物》详细记载了古代金属铸锻设计，其“冶铸”卷专论古代冶铸技术，图文并茂记述了用小炉群汇流法铸造万钧以上的巨型铸件，以及用小炉连续浇注铸造千斤以内的铸件。
《天工开物》记述了中国古代许多炼钢工艺，其中对炒钢、焖钢工艺的记载是历史典籍中第一次详细的记述。
这些先进的生产工艺由宋应星详实的记录下来，其中所记载的科学成就，至今仍有参考价值。让我们看到我国的炼钢技术的发达，在明代处于世界先进行列。
《天工开物》还生动地介绍了明代各种武器的制造方法，包括古老的弓箭和后来的火炮、地雷、水雷，炸药包、鸟锐等比较先进的火器的制造，这对于我们了解当时的工艺技术水平和军事技术也是很有帮助的。
《天工开物·陶诞》在深入实际调查观察的基础上，比较详细地总结了我国十七世纪的部分陶瓷生产技术，从这里我们可以看到，明代劳动人民的陶瓷砖瓦设计，已经达到了非常高的水平。
《天工开物》一书中的《杀青》篇，专门介绍了明代的各种纸(竹纸、皮纸等)的生产过程，还附有生产设备操作图。尤其值得注意的是，书中对造纸(手工纸)生产比较系统地作了总结，对技术关键提出了比较深入的看法，具有较大的科学价值和参考价值。（图5）:
宋应里在第九卷“舟车”中.记述了作为当时主要交通工具的水运船舶和车辆的结构、制造、使用情况。书中记载：“凡舟古名百千，今名亦百千”，[15]即是说，从古代到当时，船的名称都有几百、几千种。这就充分说明，我国造船工业和技术，自古以来，是非常发达的。书中把船舶分为漕舫、海舟和杂舟三种。这种分类方法，充分说明，当时造船工业已有较高的技术水平，不仅可以制造各种不同的内河船舶，而且大量的成批制造沿海船舶和远洋船舶。古代民间最常用的车子有三种:一是大车，二是马车，这些车在《天工开物》中均有记载。
《天工开物》中，“一个目标”——设计实用性目标；“两大系统”——设计技术系统和设计图学系统；“六大领域”——农用工具设计（乃粒、粹精）、衣料染织设计（乃服、彰施）、金属铸锻设计（五金、冶铸、锤锻、佳兵）、陶瓷砖瓦设计（陶埏）、造纸设计（杀青、丹青）、交通工具设计（舟车），这三个方面是相互联系的整体。“设计的实用性目标”贯穿在《天工开物》的整个设计体系之中。“设计技术和设计图学系统”是全书“设计的实用性目标”最明显的体现，“六大领域”内，亦无不渗透着这一设计目标。
《天工开物》是一个“聚宝盆”，它昭示了中国工艺美术的制作性、实用性、创造性与审美性。它不仅对2000多年间中国民间工匠积累和技艺经验作了比较全面、系统的总结，同时也将物质原料的开发和造物实用功能以及民间工艺文化的内涵从科学的角度揭示出来。因此，我们将《天工开物》作为设计史上传统设计的终结，它为传统手工业设计向现代工业化设计的转型作好了准备。
此次整理选用武进陶湘涉园本（或称《喜咏轩丛书》本），简称“陶本”的初编本。也是《天工开物》20世纪以来在中国刊行的第一个新校本。关于“陶本”版本价值，当代著名《天工开物》研究专者潘吉星有比较中肯的论述，现转抄如下：
陶本：这是20 世纪以来中国刊行的第一个《天工开物》新版本。从整个版本史上属于第四版，1927 年以石印线装本形式出现。该书卷首印有下列字句：“岁在丁卯（1927）仲秋（八月），武进涉园据日本明和年所刊，以《古今图书集成》本校订付印。”1929 年该本又刊行重印本，在书的扉页背面印有“岁在已已（1929）/涉园重印”八字。出版此书的是出版家陶湘（1870—l940），陶湘字兰泉，号涉园，清同治九年生，江苏武进人，以其出版《喜咏轩丛书》而知名。由于他是民国年间《天工开物》的最早刊行者，故此本称为“陶本”。陶本是用安徽泾县宣纸印的，分上中下三册。早在民国初年《天工开物》便受到丁文江（1888—1936）、章鸿钊（1878—1951）、罗振玉（1866—1940）及陶湘等人注意，但国内难以找到传本，他们遂以明和八年（1771）和刻本为底本谋求出一新版。关于出版经过，丁文江在1928年写的《重印天工开物卷跋》中作了详细说明，载陶本1929 年版书末。陶湘本人也在《重印天工开物缘起》（1927）中作了类似简介。此本虽以菅本为底本，但亦参考了杨本。前三版（涂本、杨本及菅本）体例大致相同，版面、行款、文字位置都完全一样，插图也基本上为同一系统。至陶本开始则完全打乱了前三版原有的布局，而另起炉灶。
陶本在体例上的重大改变是对书中全部插图重新请画工加绘制版，有些图参照清代《古今图书集成》（1726）、《授时通考》（1747）加绘或改绘；有些图（如《作咸》章）据《两淮盐法志》（1748）、《河东盐法志》（1627）、《四川盐法志》（1882）加绘结果弄得面目全非、图文不符。也许陶湘的用意是好的，意在提供精绘插图，使之胜过原有版本。而实际上陶本在艺术技巧上确实精工，但因是民国年间画工所画，在人物服饰及神态、室内陈设上反不如涂本、杨本及菅本那样淳朴、真实，甚至有画蛇添足之虞。对此，三枝氏已在其论版本的文内作了中肯的批评。然而陶本也有可取之处，即它作了文字校订，排除了前三个版本中不少错字。陶本中文字可取，但插图则全不可取。遗憾的是，20 世纪以来中外学者使用插图时，常取自陶本，而其中插图已失去涂本原有的真实性。有绘画鉴赏力的人会看出，陶刊本插图带有民国年间艺人的画风，与明人画法迥异。陶本书首扉页有罗振玉的篆文题签，下面是陶湘的《重印天工开物缘起》、影印的杨本手书体序，再往下是涂本序及正文。删去了菅本中都贺庭钟的序，书未附丁文江撰《奉新宋长庚先生传》及《重印天工开物卷跋》。正文前还有原书各章总目，但又另加各节分目。陶本的贡献在于，它毕竟是中国中断了200 多年后于20世纪新刊出的本子。它的出版激发了国内外对《天工开物》的注意及研究，添补了中国版本上的不足。陶本问世多年不曾再版，直到1983年台北广文书局影印《喜咏轩丛书》时，才将陶本《天工开物》列入其中第一册，文字及插图都没有变动，只是将插图施以朱色，看起来效果不一定很好，反不如原来黑白分明。（潘吉星《宋应星评传》第620-622页，南京大学出版社1990年版）
关于《天工开物》一书的内容编次问题，潘吉星曾在其《〈天工开物〉译注》中做过详细的考辨，按其内在的逻辑关系，对全书进行过章节次序的调整，有一定的学术价值。但为了呈现事物的原貌，我们还是采用了原初本（涂本）的次序，也是陶本的次序。
本次版式设计方面也有一定的考究。保留了《喜咏轩丛书》独具特色的关键页面，主题内容全部采用现代版式并与原版相映衬，实现了传统美与现代美的融合。
关于图像方面，除继续保留原版的一图一页之外，还将两页一图进行了合页处理，更便于读者阅读。同时，处于本书版式的要求，将原版图片进行了一定的技术处理，是图片更具有参考价值。
本系列古籍整理，除唐宋之前的经典外，一般都只是采用原文整理，不加注释，这样便于读者依据自己的理解展开思考，也更有利于经典传播的力量与传统文化的创新。
注：本文为作者主编的“东方美学与设计”丛书中的武进陶湘涉园本《天工开物》“出版说明”。（人民出版社2015年6月第一版）。此文亦即上海市本级学科建设项目“中国设计理论与创意文化研究”的阶段性成果。
[1]李砚祖：《造物之美——产品设计的艺术与文化》第1页，中国人民大学出版社2000年
[2]本节初稿由作者指导的硕士研究生陈仲先提供，是其硕士论文《〈天工开物〉设计思想研究》（武汉理工大学2008）的概要，在此有些删节。文中基本上采用了我研究《营造法式》设计理论体系的观点，如“一个目标、两大系统、六大领域”等观念。
[4]杭间:中国工艺美学史[M]北京:人民美术出版社,2007.5（1）:14
[5]宋应星。天工开物[M]钟广言,注释.广州:广东人民出版社,1976:379
[6]宋应星.天工开物[M]钟广言,注释.广州:广东人民出版社,1976:404
[7]宋应星.天工开物[M]钟广言,注释.广州:广东人民出版社,1976:256
[8]宋应星.天工开物[M]钟广言,注释.广州:广东人民出版社,1976:213
[10]宋应星.天工开物[M]钟广言，注释.广州:广东人民出版社,1976:265
[11]宋应星.天工开物[M]钟广言，注释.广州:广东人民出版社,1976:269
[12]宋应星.天工开物[M]钟广言，注释.广州:广东人民出版社,1976:278
[14]宋应星.天工开物[M]钟广言,注释.广州:广东人民出版社,1976:129
[15]宋应星.天工开物[M]钟广言，注释.广州:广东人民出版社,1976:233
