基于几何思维的模块化产品设计方法

许晓云　高博宁　李智

摘 要：当今时代用户对于产品功能、外观、更新等要求逐渐突出，在产品设计中既需要满足不同用户的需求，还要保证产品的延续性和快速换代。本文主要以基本几何思维作为产品模块化设计的出发点，通过在设计过程中对几何形体运用的探索，使得模块与模块之间的连接更加完整。以几何形体的模块化设计应用进行分析，最后得到运用几何思维进行模块化设计的几何模块重复法、相似模块连接法、子模块载体法等方法。

关键词：模块化设计；几何思维；产品设计方法

1 产品形态的几何化思维

塞尚说过：“自然界的物体，都可以还原简化为正方体、球体、圆锥体、圆柱形的构成”，也就是说立体几何中的基本形，是构成世间万物的基础。[1]现代社会，运用几何形态、几何原理进行产品造型的例子随处可见，工业产品的一个显著特点就是大批量生产。模块化组合出的产品也需要参照几何形态的特征，不同的几何形态所连接的方式和接触面都是不同的，所以几何思维是在模块化设计中必不可少的。

几何形态是经过严格定义和精准计算出来具有一定规律的形体。按其特点不同，可以分为三大类：柱体、椎体、球体。[2]这些基本的几何形态，在模块化的使用中都可以利用面与角度等关系，再赋予模块化的功能，使得体块的衔接更完整，并且根据几何形态设计的模块化产品更加规整，组合方式更为有序。

2 运用几何思维的模块化设计方法

2.1 几何模块重复法

每个几何体都有特定的线、面和接触的点，想要做成完整的模块化产品，就需要找好接触面的特征，将规律运用在重复的单一模块中，使得单一重复的模块可以适合各种形体的连接。几何模块重复法只需按照几何体的规律特征，重复排列几何模块即可，并且有很好的扩展性。整体性问题解决之后，就可以按照之前确定的功能模块和适合的模块整合方法，将功能划分在重复几何体上。

英国设计师Jack Godfrey Wood和Tom Ball hatchet设计了一个BUILD模块化搁架系统，就是以单一标准几何模块重复组合，排列出完整的搁架系统，并且能够符合不同的使用方式，可以将其变成书架、隔断墙，形状结构完全用户自己定制。而且拼成搁架之后，所有单元的底面都在同一水平线上。使得产品在不规则排列造型的同时更好地实现功能（如图1）。

2.2 相似模块连接法

不同的几何体虽然外形不同，但是细分其中的面与面或者线与线之间的关系却有相似之处，相似模块连接法，是借助模块外形结构的几个相同的块面特征，使得模块之间紧密连接。产品不同的功能模块可以附加在不同的几何模块上，由于不同几何体的外形不同，所以更能凸显功能的区分，以适应不同的需求。但是一个相似模块却有几个接触面可以与其他模块完美拼接，所以不同的相似模块也可以达到产品的完整性。

西班牙Pottery Project设计工作室设计了一款Ma-ce-ta花盆，采用模块化设计，可以大大节省花盆空间。Ma-ce-ta花盆由Ma、ce、ta三种基本花盆模块组成，每个模块都采用多面几何体构成，既可以单独使用，也可以拼接在一起使用。模块化设计让用户可以根据家里空间的大小灵活摆放花盆。三种基本的花盆模块可以组合成不同的拼接方式，所以摆放可以更加灵活（如图2）。

2.3 子模块载体法

产品想要实现不同功能，就可以设计不同的功能模块，但是这些功能模块并不是单一存在的，这需要一个主模块作为载体存在，将不同的模块连接在主模块上，达到可以实现很多功能的效果。子模块的设计可以更加自由，只是针对设计的功能。但是子模块载体法必须使得子模块和主模块之间的连接紧密，并且在主模块上预留出子模块的结构位置，使拼接完成后产品整体性完好。

谷歌模块化手机Ara是近年谷歌向外界展示的以多个不同模块组成的智能手机，是由主模块和多个不同模块组成的手机。Ara手机最为重要的组件是由谷歌自行设计的包括通讯模块和备用电池在内的铝制手机骨架，而包括屏幕、处理器和电池在内的零部件都将能以模块形式接入，最终组成一部完整的手机（如图3）。

3 结语

本文主要介绍了几何思维的模块化设计方法，通过对几何形态的分析研究，提出了产品的模块建立可以先从几何形态入手。总结出了运用几何思维进行模块化设计的几何模块重复法、相似模块连接法、子模块载体法等方法，并且举例分析产品，归类说明了不同几何思维的模块化设计方法所适用的范围以及给产品带来的优势。

参考文献：

[1] 程强.面向可适应性的产品模块化设计方法与应用研究[D].湖北：华中科技大学，2009.

[2] 金晓姣.产品造型设计方法归纳分析与演变研究[D].辽宁：沈阳理工大学，2012.

[3] 尹翠君.模块化产品艺术设计方法的研究[D].湖南：湖南大学，2004.

[4] 孙明阳.汽车造型模块化设计研究[D].吉林：吉林大学，2014.

[5] 李国喜，吴建忠.基于功能-原理-行为-结构的产品模块化设计方法[J].湖南：国防科技大学学报，2009.

[6] 黄穗.工业产品造型设计与理论[D].安徽：合肥工业大学硕士学位论文，2011.

作者简介：许晓云（1960—），天津人，本科，教授，研究方向：产品设计及理论，人机工程。