組合體的形體構(gòu)型在產(chǎn)品設(shè)計中的啟示

【摘 要】介紹和分析了機械制圖中組合體的形體構(gòu)型設(shè)計，結(jié)合當今產(chǎn)品設(shè)計的基本方法，來挖掘其在產(chǎn)品設(shè)計中的啟示作用，旨在拓寬產(chǎn)品設(shè)計的思路，豐富設(shè)計的形式，更好的發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計方法理論。

【關(guān)鍵詞】形體構(gòu)型；產(chǎn)品設(shè)計；啟示與創(chuàng)新

機械制圖中組合體的構(gòu)型設(shè)計是指根據(jù)已知條件，以基本幾何體為主，利用各種創(chuàng)造性思維方式構(gòu)型設(shè)計組合體的形狀、大小并表達成圖樣的過程。[1]在實際設(shè)計工作中，人們一般先在頭腦中創(chuàng)建出產(chǎn)品（物體）的三維實體形狀，然后再將其轉(zhuǎn)化為二維的投影，使其可視化，繪出工程圖樣?？梢?，通過形體構(gòu)型的研究，可以提高設(shè)計者的空間想象能力、掌握用規(guī)范的工程圖樣表達三維產(chǎn)品形體的方法，還能在構(gòu)型能力方面得到啟蒙，尤其是在頭腦中初步構(gòu)造有價值形體（實用價值和美學價值）的思想意識，為后繼的一系列產(chǎn)品設(shè)計與實踐奠定基礎(chǔ)。下面將對組合體的形體構(gòu)型、產(chǎn)品設(shè)計以及從形體構(gòu)型研究應(yīng)用來展開論述。

1、組合體的形體構(gòu)型

1.1 以基本幾何體構(gòu)型為主

組合體構(gòu)型設(shè)計的目的，主要是培養(yǎng)學生利用基本幾何體構(gòu)造組合體的能力及掌握組合體視圖的畫法。一方面提倡所設(shè)計的組合體應(yīng)盡可能體現(xiàn)工程產(chǎn)品或零部件的結(jié)構(gòu)形狀并滿足其功能特點，以培養(yǎng)觀察、分析、綜合能力；另一方面又不強調(diào)必須工程化，所設(shè)計的組合體也可以是憑自己想象，以更利于開拓思路，培養(yǎng)創(chuàng)造力和想象力。組合體如圖1所示，基本上表現(xiàn)了一部卡車的外形。

1.2 構(gòu)型的多樣化，具有創(chuàng)新性

在給定的條件下，構(gòu)成一個組合體所使用的基本體的種類、組合方式、相對位置、表面連接關(guān)系盡可能多式樣、有變化，構(gòu)型過程要積極思維，大膽創(chuàng)造，敢于突破常規(guī)。如圖2（a）所示，要求按給定的俯視圖設(shè)計出組合體，由于俯視圖含六個封閉線框，上表面可有六個表面，可以是平面或曲面，位置可高可低可傾斜；整個外框可表示底面，可以是平面、曲面或斜面，這樣就可以構(gòu)想出許多方案。如圖2（b）所示，該方案均是由平面體構(gòu)成的，由前向后逐步拔高，顯得單調(diào)些；圖2（c）所示的方案中含有圓柱面，且高低交錯，型式活潑，變化多樣；而圖2（d）所示的方案則采用圓柱切割而成，構(gòu)思更加新穎。

1.3 構(gòu)型可體現(xiàn)穩(wěn)定、平衡、運動、靜止等造型藝術(shù)法則

構(gòu)型設(shè)計時，對稱的結(jié)構(gòu)能使型體具有平衡、穩(wěn)定的效果，如圖3（a）所示，而對于非對稱的組合體，采用適當?shù)男腕w分布，可以獲得力學與視覺上的平衡感與穩(wěn)定感如圖3（b）所示。

1.4 構(gòu)型有助于促進構(gòu)成實體和便于成型

（1）兩個形體組合時，可避免出現(xiàn)線接觸和面連接。

（2）一般采用平面或回轉(zhuǎn)曲面造型，沒有特殊需要不用其它曲面。

（3）非封閉的內(nèi)腔，便于成型。反之，一般不要采用封閉的內(nèi)腔。

2、啟示與創(chuàng)新

2.1 形體構(gòu)型與產(chǎn)品設(shè)計

由構(gòu)型發(fā)展出來的可變化的形象，其實早已被應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中，如由1967年意大利設(shè)計師喬·科隆坡設(shè)計的組合椅，通過給定的幾個形狀相同、大小不同的基本形體進行構(gòu)型設(shè)計，見圖4。

2.2 形體構(gòu)型理念的設(shè)計與拓撲學

形體構(gòu)型理念在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用與數(shù)學中的拓撲學有一定程度上的相似，其關(guān)系見表1。

2.3 形體構(gòu)型在產(chǎn)品設(shè)計中的創(chuàng)新

2.3.1 關(guān)于創(chuàng)新和創(chuàng)新思維

創(chuàng)新是思維意識的表現(xiàn)，是有生命力的，它會永遠無休止的運動下去，因此，產(chǎn)品要想獲得無限的生命，就得不斷的創(chuàng)新。好的現(xiàn)代設(shè)計是創(chuàng)新思維表現(xiàn)的結(jié)果，創(chuàng)新思維意識先行，而后是設(shè)計。創(chuàng)新性思維具有主動性、目的性、求異性、發(fā)散性、獨創(chuàng)性、突變性等特征[3]。

2.3.2 形體構(gòu)型在產(chǎn)品設(shè)計中的創(chuàng)新

對于組合體的形體構(gòu)型設(shè)計理念的創(chuàng)新應(yīng)用的空間是比較大的，可以以基本體為起點，采用發(fā)散思維方式與產(chǎn)品設(shè)計相聯(lián)系起來進行思考，見表2。

2.3.2.1形體構(gòu)型的方法

（1）切割法

一個基本幾何體經(jīng)數(shù)次切割，可以形成不同的組合體。如圖5（a）所示的主、俯視圖，可以認為由四棱柱或圓柱切割獲得，分別用五個左視圖表示。可以看出，該主、俯視圖可以表達多種組合體。將一個立體切割一次即得到一個新的表面，該表面可以是平面、曲面、斜面，可凹、可凸、可挖空等，變換切割方式和切割面間的相互關(guān)系，即可生成多種不同的組合體。

切割是產(chǎn)品造型的重要手段之一，通過切割，可以“化腐朽為神奇”產(chǎn)生造型上的視覺亮點，豐富造型效果，如圖5（b）所示的容器造型設(shè)計。

（2）堆積法

如圖6所示組合體可以認為是由基本體堆積而成，如圖6（a）由兩個 棱柱堆積，圖6（b）由一個三棱柱和一個半圓柱堆積，圖6（c）兩個三棱柱和四分之一圓柱堆積。

（3）綜合法

同時運用切割和堆積構(gòu)成組合體的方法稱綜合法，這是組合體構(gòu)型的最常用方法，同時運用切割和堆積所構(gòu)成的產(chǎn)品形體。

2.3.2.2產(chǎn)品設(shè)計中形體構(gòu)型的方式

（1）通過給定的視圖進行構(gòu)型

物體的一個視圖，不能惟一的確定物體的結(jié)構(gòu)形狀，因此某一視圖相同的物體會有多個。根據(jù)給定的一個視圖，可以構(gòu)型多個組合體。而物體有兩個視圖也不能惟一確定其結(jié)構(gòu)形狀，這樣就可以根據(jù)兩個視圖，來構(gòu)型組合體。如圖7所示，根據(jù)主視圖和俯視圖形狀相同，可構(gòu)思出不同的形體。

（2）根據(jù)給定的若干基本體構(gòu)型

給定若干個基本立體，來構(gòu)型組合體。通過改變基本體間的組合方式、相對位置和相鄰表面間的連接關(guān)系來構(gòu)型組合體。其中，通過給定的幾個形狀、大小相同的基本形體進行構(gòu)型設(shè)計，在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用與綠色設(shè)計方法之一的模塊化設(shè)計方法有一定程度上的相似：產(chǎn)品由有利于回收及重復(fù)利用的模塊組成，模塊即為構(gòu)成產(chǎn)品的單元，重點強調(diào)減少了零部件數(shù)量，簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)便于裝配，易于拆卸、維護，如圖8所示。

（3）根據(jù)產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)特點構(gòu)型

指定要構(gòu)型的組合體的一些結(jié)構(gòu)特點，來構(gòu)型組合體。例如：構(gòu)造一個組合體，要求至少包含三個基本立體，并帶有斜面和柱面、通槽，并用三視圖表達出來。這樣的組合體有多種，每改變一個形體或增減一個形體或變換一種組合方式或改變一種表面連關(guān)系，都將產(chǎn)生一種新的組合體。

（4）等體積變換構(gòu)型

通過給定一個基本幾何體，要求經(jīng)切割分解后，不丟棄任何部分再堆積成組合體。例如：給定一個長立方體，要求經(jīng)切割分解后，不丟棄任何部分再堆積成一個新的組合體，如圖8所示。

3、結(jié)論與建議

對于在設(shè)計中采用這種形體構(gòu)型創(chuàng)新理念的產(chǎn)品，不僅較好豐富了產(chǎn)品造型設(shè)計的形式創(chuàng)新，同時也很好的體現(xiàn)了工程與技術(shù)創(chuàng)新：首先在材料的選擇上范圍是比較廣泛的，金屬、塑料、木材等都是可以的；其次在產(chǎn)品的加工工藝與技術(shù)選擇方面提供了更多答案，等等。如何有效地進行構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練，如何在制圖課程教學中加入《設(shè)計方法學》、《立體構(gòu)成》、《思維方法學》的內(nèi)容并借鑒其教學方法，是當前在設(shè)計類與制造類等制圖教學中還要進行研討與實踐的。

【參考文獻】

[1]秦健.機械制圖組合體的構(gòu)型設(shè)計探討[J].Equipment Manufaetring Technology No.2，2008 ：78.

[2]應(yīng)放天.設(shè)計思維與表達 徒手畫在產(chǎn)品設(shè)計中的靈活使用[M].華中科技大學出版社，2005：77.

[3]周伯軍.創(chuàng)新性思維與方法的探討[J].包裝工程，2007，28（1）：143-146.