模塊化設計原理解決產品設計中技術要素起到的作用

楊志超

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模塊化設計原理解決產品設計中技術要素起到的作用

楊志超

（武漢理工大學，湖北武漢，430070）

產品設計要解決產品的功能、造型和技術，這是三個基本的要素。設計師大部分條件下能夠很好地解決功能、造型這兩個基本要素，至于技術條件設計師只能通過經驗或者和工程設計師溝通才能知道設計方案的可行性。模塊化設計是基于標準化的前提下，將技術簡化、模式化，本文就模塊化設計原理為跳板，通過分析模塊化設計原理的概念、對比集成化設計和傳統設計、模塊化設計的具體案例，設想通過模塊化設計原理將造型與技術條件這兩者結合的可行性。

模塊化設計；造型設計；技術條件

引言：

功能、造型和技術是完成產品設計必須解決的三個基本要素。1907年奧沙利文提出形式服從功能的設計原則后，功能和造型這兩個基本元素在長達一個世紀的磨合中慢慢的達到了一種微妙的和諧。科學技術在近現代以驚人的方式在成長，很多產品的設計單單依靠它的黑科技貌似就已經足夠，功能依托于技術能與它共同前進，但是造型卻沒能趕上他們的進度，只能依靠之前一個世紀的經驗與功能結合慢慢的往科學技術上靠攏。而在學科界限分明的今天，雖然我們不斷強調復合型人才，不可否認的是今天的工業設計師對于技術的把握很局限，更多的時候主要依靠工程師才能知道方案的合理性。模塊化設計本身就是將復雜多樣的科學技術標準化、模式化，在經過模塊化處理后的技術相當于一個個小的單元，這有益于我們去認知它，所以筆者設想有沒有可能讓工業設計師參與到模塊化設計中去制定一些標準，讓這些技術單元更加容易被設計師學習，讓設計師在完全掌握整個設計單元的前提下去解決功能、造型、技術這三個基本要素。

1 簡述模塊化設計原理

模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求的設計方法。模塊化有兩個基本的特征：一是外部特征，模塊和外部環境連接的端口稱為外部特征（其他模塊或程序調用該模塊的方式，包括有引用的全局變量、輸入輸出參數）和模塊的自身功能；內部特征是指模塊的內部環境具有的特點（即該模塊的局部數據結構和程序代碼）【1】。模塊并不是一個新的概念，早在20世紀初期的建筑行業中，將建筑按照功能分成可以自由組合的建筑單元的概念就已經存在，這時的建筑模塊強調在幾何尺寸上可以實現連接和互換。然后，模塊被引入機械制造業，人們進一步將模塊與物理產品的功能聯系到了一起，模塊具有了明確的功能定義特征、幾何連接接口，以及功能輸入、輸出接口特征。

模塊是模塊化設計和模塊化制造的獨立功能單元，在模塊化設計的過程中應該遵循獨立性、置換性、通用性、可行性原理。獨立性，即模塊可以單獨進行設計、制造、檢測、修改和儲存，以便于不同的專業化企業分別進行生產制造。置換性，即模塊接口位置的結構、尺寸和參數必須標準化和精確化，這樣才容易實現模塊間的自由互換性，從而使模塊最大限度的滿足更大數量的不同產品的需求。通用性，即模塊的實際物理作用，有利于實現橫系列、樅系列產品的模塊的利用率，實現跨系列產品間的模塊的互換性。可行性，實踐證明，應用模塊的產品在技術、市場和經濟等方面存在的可操作性和可實現性【2】。

2 模塊化與標準化、集成化計的關系

就像通用設計和無障礙設計的關系一樣，模塊化從標準化中走出來，是他的一個更加高級的形式。模塊化的對象是可分解的結構復雜、功能多變、類型多樣的復雜系統，是以模塊為基礎，中和了通用化、系列化、組合化的特點。在它們的這種交錯的關系中，可以清晰的看出模塊化設計原理是標準化、組合化和系列化在實際的需求中培養出來的，它由標準化、組合化和系列化而來，作為相對新鮮的事物，他高于其余三者。“藝術源于生活而高于生活”，模塊化設計原理源于標準化但是卻又高于它。標準化是指在一定的范圍內獲得最佳秩序，對實際的或潛在的問題制定共同的和重復使用的規則的活動。標準化是建立技術標準的過程。標準化的重要意義是改進產品、過程和服務的適用性，防止貿易壁壘，促進技術合作；其基本原理是統一原理、簡化原理。

集成化的初衷是為了便于產品功能的組合二形成的集合方式。集成化的最大優點是簡化系統，降低整個成本。集成化的程度分為一般集成化和高度集成化兩種。集成化的層次分為小集成、中集成和大集成。集成化產品設計是一種行之有效的設計方法。產品集成化設計和制造有利于產品開發，提高產品市場競爭力。集成化技術一直引導產品設計和企業管理。【3】通過和模塊化設計的對比，他們的相似點很清楚，都是將單一的功能組合到一起，形成一個大的功能單元。產品的功能分攤給它整個功能系統中的小單元有兩種模式，這兩種模式正好相反的兩個模式，分別是模塊開放式和封閉的集成化方式。

比較了模塊化與標準化和集成化的關系后，模塊化設計的優點就能更加明顯的突出出來。首先我們在模塊的實際使用情況上看到模塊因為可以重復使用，不僅符合綠色設計原則，而且能縮短產品的研發制造周期，對于企業而言，縮短周期提高效率可以在很多方面提高企業的競爭力。模塊化設計還具有靈活性、獨立性、穩定性、安全性、經濟性、參與性、創新性等優點。

3 模塊化在汽車造型領域應用研究

汽車工業是工業設計史上一顆璀璨的明珠，也是各種高精尖科技、前沿設計理論應用最多的工業產品。流水線生產模式、模塊化設計原理在汽車工業上的運用已經很成熟，在科技大踏步向前不斷發生變化的今天，汽車工業也能第一時間緊跟科學技術的發展發出自己該有的光芒。在流水線生產模式、模塊化設計原理、標準化、集成化已經成熟運用到汽車設計生產的近些年，汽車基于已經固定的內核開始走上了“自由”創新階段。

這些趨勢我們可以歸納總結為七點：1.型面造型更加自由。很多時候實際生產出來的產品并不能達到設計師的預期設計，問題很大程度是出在加工工藝上，隨著科技的發展，以前將汽車造型限制在簡單化和生硬化的生產工藝現在允許汽車造型更加復雜化和藝術化。2.局部造型注重整合。世界范圍內，汽車前臉造型呈現出整體式的設計趨勢（將進氣格柵和左右大燈整合在一起）。3.非對稱新穎造型增加。對稱造型一直以來都是汽車造型的主流。近幾年打破傳統走到多元化的趨勢愈加明顯。4.色彩的生態環保時代。全球經濟增長速度明顯放緩，主流的汽車企業在色彩的嘗試和創新上缺乏動力。但是綠色設計卻在大行其道。5.強調材料的多樣化。比如林斯比得汽車公司（Rinspeed）與拜耳材料科技（Bayer Material Science）合作的eXasis概念車。6.車型款式有所突破。跨界車比比皆是。轎車、SUV、MPV的跨界我們比較熟悉，但是現在多功能轎車和商家車等多款式的出現，這種跨界在不斷地深化。7.家族化造型風格依舊延續【4】。

正是基于各種先進的設計理論的支持，汽車設計的技術層面的問題已經模式化，他有一個具體的技術骨骼（動力系統、傳動系統、電力系統等），設計師只需要在這個骨骼上賦予一個夸張奪目的外表就足夠，汽車設計產業能夠快速吸納各種黑科技的同時，還能保證在造型和功能上保持同步。

4 模塊化設計解決設計師與技術隔離的問題的可行性分析

模塊化設計原理等一些慢慢成熟的設計理論能否不簡單的去解決經濟性問題，而是將科學技術經過再設計傳遞給設計師呢？將復雜、多樣、專業性強的技術問題整合成易懂的、功能明確的、端口簡化的單元供設計師理解。讓設計師在充分了解內部機構功能的前提下進行“白箱”設計。

針對已經相對成熟的設計產品進行分析例如冰箱。設計師初步得到的技術原理很可能就是圖2所示的內部機構原理圖。他在很大程度上已經限制住了設計師在空間造型上的設計，筆者設想將近20個必要技術單元整合成預想模塊。設計師在就像拿到一副骨架，將零散的單元拼湊成自己想要的空間結構，然后再進行下一步的設計。可以打破設計師的思維常規，站在技術合理性的前提下綜合自己對純美學的功底，設計出既符合技術條件的又能完美和自己美學理念相吻合的創新造型。

預期的設想是對相同的技術先集成化，然后運用模塊化設計原理進行整合，這是目前已經成熟的模塊化設計理念，關鍵的一步是對已經模塊化的單元體進行初步設計，讓他有一個初步符合設計師審美的形體，讓他能夠通過簡單的學習就能知道各個單元件的功能和機制原理。設計師可以不用完全掌握技術的條件下能夠熟悉的運用這些技術是目標。筆者想要設計師在設計初期能夠達到的效果，設計師能夠在自己預想的畫布上進行作畫，而不是要求一個油畫家在水粉紙上畫畫。也不是非要經過專業的培訓后才能畫油畫，期待有一個更加方便、簡單、易懂的介質給設計師進行設計創作。而不是單單在不了解產品任何內部結構的情況下對它進行美化處理，這不是設計師，而是美工。

5 結語

現代設計應該從不斷發展的純美學和純科技中吸取營養。純美學的運用在奧沙利文提出形式服從功能后的將近一個世紀里，設計師不斷地將感性的純藝術和理性的技術條件結合，慢慢的形成了一種微妙的和諧。設計師在設計中對純藝術的運用已經得心應手，但是科技的快速發展卻把設計師丟在了一旁。標準化、集成化和模塊化等日漸成熟的設計原理不應該簡單的考慮經濟性原則，應該顧及到設計師的掌握能力，讓設計師能夠運用科學技術搭建產品的合理骨架，然后運用美學功底賦予她一個完美的造型，讓使用者也能透過外在造型理解產品工作的結構，而不是給用戶一個裝有黑科技的黑箱。

[1] 孫明陽. 汽車造型模塊化設計研究[D].吉林大學,2014.

[2] 包永江. 造物的文化與風格—中國傳統文化影響下的椅子風格研究[D].武漢理工大學,2009.

[3] 高衛國,徐燕申,陳永亮,章青.廣義模塊化設計原理及方法[J].機械工程學報,2007(06):48-54.

[4] 陳劍榮.產品造型設計的結構方法研究[J].浙江工藝美術,2002(03):13-14.

[5] 陳會鋒.面向公用事業綜合系統IPUS的標準服務的設計與實現[J].東北大學.2014

Modular design principle solves the role of technical elements in product design

YangZhiChao

(Wuhan University of Technology, Wuhan, Hubei, 430070)

Product design to solve the product features, shapes and techniques, which are three basic elements. Under most conditions, the designer can well solve the two basic elements of function and modeling. As for the technical condition, the designer can only know the feasibility of the design through experience or communication with the designer. Modular design is based on the standardization of the premise, the technology will be simplified and modeled, this article on the principle of modular design for the springboard, by analyzing the concept of modular design principles, integrated design and traditional design, modular design of the specific case, Imagine the feasibility of combining styling and technical conditions through modular design principles.

modular design，modeling design，technical conditions

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.051

TP311.52

A

1672-9129(2019)03-0144-03

楊志超（1991.12—），男，漢族，籍貫：湖北咸寧人，武漢理工大學藝術與設計學院，17級在讀研究生。E-mail：bianjibu20080808@163.com