基于幾何思維的模塊化產品設計方法

許曉云　高博寧　李智

摘 要：當今時代用戶對于產品功能、外觀、更新等要求逐漸突出，在產品設計中既需要滿足不同用戶的需求，還要保證產品的延續性和快速換代。本文主要以基本幾何思維作為產品模塊化設計的出發點，通過在設計過程中對幾何形體運用的探索，使得模塊與模塊之間的連接更加完整。以幾何形體的模塊化設計應用進行分析，最后得到運用幾何思維進行模塊化設計的幾何模塊重復法、相似模塊連接法、子模塊載體法等方法。

關鍵詞：模塊化設計；幾何思維；產品設計方法

1 產品形態的幾何化思維

塞尚說過：“自然界的物體，都可以還原簡化為正方體、球體、圓錐體、圓柱形的構成”，也就是說立體幾何中的基本形，是構成世間萬物的基礎。[1]現代社會，運用幾何形態、幾何原理進行產品造型的例子隨處可見，工業產品的一個顯著特點就是大批量生產。模塊化組合出的產品也需要參照幾何形態的特征，不同的幾何形態所連接的方式和接觸面都是不同的，所以幾何思維是在模塊化設計中必不可少的。

幾何形態是經過嚴格定義和精準計算出來具有一定規律的形體。按其特點不同，可以分為三大類：柱體、椎體、球體。[2]這些基本的幾何形態，在模塊化的使用中都可以利用面與角度等關系，再賦予模塊化的功能，使得體塊的銜接更完整，并且根據幾何形態設計的模塊化產品更加規整，組合方式更為有序。

2 運用幾何思維的模塊化設計方法

2.1 幾何模塊重復法

每個幾何體都有特定的線、面和接觸的點，想要做成完整的模塊化產品，就需要找好接觸面的特征，將規律運用在重復的單一模塊中，使得單一重復的模塊可以適合各種形體的連接。幾何模塊重復法只需按照幾何體的規律特征，重復排列幾何模塊即可，并且有很好的擴展性。整體性問題解決之后，就可以按照之前確定的功能模塊和適合的模塊整合方法，將功能劃分在重復幾何體上。

英國設計師Jack Godfrey Wood和Tom Ball hatchet設計了一個BUILD模塊化擱架系統，就是以單一標準幾何模塊重復組合，排列出完整的擱架系統，并且能夠符合不同的使用方式，可以將其變成書架、隔斷墻，形狀結構完全用戶自己定制。而且拼成擱架之后，所有單元的底面都在同一水平線上。使得產品在不規則排列造型的同時更好地實現功能（如圖1）。

2.2 相似模塊連接法

不同的幾何體雖然外形不同，但是細分其中的面與面或者線與線之間的關系卻有相似之處，相似模塊連接法，是借助模塊外形結構的幾個相同的塊面特征，使得模塊之間緊密連接。產品不同的功能模塊可以附加在不同的幾何模塊上，由于不同幾何體的外形不同，所以更能凸顯功能的區分，以適應不同的需求。但是一個相似模塊卻有幾個接觸面可以與其他模塊完美拼接，所以不同的相似模塊也可以達到產品的完整性。

西班牙Pottery Project設計工作室設計了一款Ma-ce-ta花盆，采用模塊化設計，可以大大節省花盆空間。Ma-ce-ta花盆由Ma、ce、ta三種基本花盆模塊組成，每個模塊都采用多面幾何體構成，既可以單獨使用，也可以拼接在一起使用。模塊化設計讓用戶可以根據家里空間的大小靈活擺放花盆。三種基本的花盆模塊可以組合成不同的拼接方式，所以擺放可以更加靈活（如圖2）。

2.3 子模塊載體法

產品想要實現不同功能，就可以設計不同的功能模塊，但是這些功能模塊并不是單一存在的，這需要一個主模塊作為載體存在，將不同的模塊連接在主模塊上，達到可以實現很多功能的效果。子模塊的設計可以更加自由，只是針對設計的功能。但是子模塊載體法必須使得子模塊和主模塊之間的連接緊密，并且在主模塊上預留出子模塊的結構位置，使拼接完成后產品整體性完好。

谷歌模塊化手機Ara是近年谷歌向外界展示的以多個不同模塊組成的智能手機，是由主模塊和多個不同模塊組成的手機。Ara手機最為重要的組件是由谷歌自行設計的包括通訊模塊和備用電池在內的鋁制手機骨架，而包括屏幕、處理器和電池在內的零部件都將能以模塊形式接入，最終組成一部完整的手機（如圖3）。

3 結語

本文主要介紹了幾何思維的模塊化設計方法，通過對幾何形態的分析研究，提出了產品的模塊建立可以先從幾何形態入手。總結出了運用幾何思維進行模塊化設計的幾何模塊重復法、相似模塊連接法、子模塊載體法等方法，并且舉例分析產品，歸類說明了不同幾何思維的模塊化設計方法所適用的范圍以及給產品帶來的優勢。

參考文獻：

[1] 程強.面向可適應性的產品模塊化設計方法與應用研究[D].湖北：華中科技大學，2009.

[2] 金曉姣.產品造型設計方法歸納分析與演變研究[D].遼寧：沈陽理工大學，2012.

[3] 尹翠君.模塊化產品藝術設計方法的研究[D].湖南：湖南大學，2004.

[4] 孫明陽.汽車造型模塊化設計研究[D].吉林：吉林大學，2014.

[5] 李國喜，吳建忠.基于功能-原理-行為-結構的產品模塊化設計方法[J].湖南：國防科技大學學報，2009.

[6] 黃穗.工業產品造型設計與理論[D].安徽：合肥工業大學碩士學位論文，2011.

作者簡介：許曉云（1960—），天津人，本科，教授，研究方向：產品設計及理論，人機工程。