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基于排列组合算法下的产品设计方法研究——形状对照分析法作者：康晨、吴荣（常州机电职业技术学院艺术设计学院工业设计教学团队）摘要：本文针对改良产品设计的方法在设计过程中针对性不强的问题，依据基础数学中排列与组合的原理，从设计应具备的基本要素出发，探讨针对改良型产品应运用的设计方法。从方法论角度提出设计方法的可行性，为广大设计院校师生、工业设计师提供方法论的指导。关键词：改良产品设计排列组合形状对照分析法一.改良产品设计存在的现象与问题产品设计从大类上可以分为创新产品设计、改良产品设计和概念产品设计，三种不同的设计分类应采取相应的设计方法。但是目前社会上对产品生产周期及其苛刻，改良产品需求大于创新产品需求，因此急功近利下的产品非常常见。在国内，由逆向工程推导，修改产品形态、结构、生产工艺等，这是行业内在改良产品中普遍在运用的设计方法。这种方法相对死板、模仿，导致产品存在较大的知识产权争议问题，一时间“山寨”等名词运用而生，而国内类似于“盗版路虎”的现象尤为突出。那么我们在改良产品设计时，基于生产周期较短情况下，有没有一种既有科学的改良设计的系统方法又能避免知识产权争议问题呢？是有的，即“形状对照分析法”。这种设计方法针对产品设计的基本要素，以发散性思维为先导，通过科学的排列与组合的计算方式进行方案的整合，达到优化设计的目的，实现产品的改良。二.什么是形状对照分析法形状对照分析法，顾名思义，通过形状的对照与分析，依据设计目标群体的需求，排列组合优选设计方案，提出现有产品进行改进与改良的一种设计方法。那么形状该如何提取？提取之后该如何分析比对？以及分析完该如何排列与组合？是此设计方法的要解决的问题。1.设计准备，要素提取任何产品无论是创新产品设计还是改良产品设计，在设计之前我们的思考都应围绕着产品的设计六要素，产品人群定位、产品功能、产品制造、产品材料工艺、产品美学、产品使用方式。因此，形状对照分析法提取形状的来源就在设计六要素中。当然针对具体产品，设计师也可以增加相应的产品设计要素，比如“马桶”改良设计时，设计师应充分考虑到“卫生”这一要素；“打印机”改良设计时考虑到“可持续发展”这一要素。充分运用发散思维设计方法，在设计六要素阶段，尽可能发挥团队力量，结合市场调研进行头脑风暴，挖掘更多优秀创意点和改良点。产品要素可行性分析如图1所示图1某个产品的设计思维导图2.列表转化，方案提取形状的提取的相对比较容易完成的任务，简单说就是建立在六要素的深入分析基础上，将文字的表达方式尽可能的转换成形状、图片等视觉元素，构建设计师设计过程中的形态构想。比如，“产品美学”这一要素，头脑风暴后会发散出如色彩、形态等条件。那么我们可以将适合产品对象的色彩罗列出来，如白色、黑色、金属色等，并用市场上现有产品的图示方式或者图片的方式展示出来；“形态”那么我们可以收集市场是现有产品形态，并用简介的图示方式或者图片方式展示出来。最后将所有的设计要素下的创新或者改良思维点罗列出一张纵横向的可视化的设计图表。便于设计师在后续的分析上提供直观的视觉语言。形状提取表见表1:表1形状提取列表人群定位（P）功能（F）材料（T）美学（A）制造（M）使用方式（U）其他要素（O）形态(R)色彩(C)P1F1T1R1C1M1U1……P2F2T2R2C2M2U2………………………………………………PNFNTNRNCNMNUN……方案的选择，依据基础数学的排列与组合，科学计算出在N个要素下的排列组合下设计方法的最大值。设计方案的选择如图2所示图2设计方案的选择依据数学中的排列组合概念及公式,那么我们有多个设计方案。首先，在排列过程中，我们从N个要素中依次选取n个元素，那么假设有10个要素，我们的设计方案将是，我们得到的设计方案最大值应该是3628800个设计方案；其次，在排列过程中，主观因素下，我们从N个要素中，不一定每个要素都要选取，那么我们可以运用如下公式，计算我们的设计方案最大值，假设我们10个要素，选取8个必要的条件进行排列出设计方案，那么就得到个设计方案，其最大值为1814400个方案；再次，我们也可以按照组合算法下的设计方案的最大化，我们在N个要素中，可以任选出n个小要素，或许是功能（F）下，不止一个功能的选择，或许是多个，且没有一定的顺序，那么我们就可以计算出组合下的设计方案。3.对照分析，合理排列组合人类的思维是高度缜密的，并通过科学方法的罗列出可行性的形状，而这一过程，有序帮助我们整理我们的思维，做到不放过任何一个设计细节。接下来，就要依据设计定位、针对不同用户群体进行设计分析、比对、连线、反馈这一过程，在最大值中优化并形成多个优质的设计方案。例如：在P-N横向要素中，每列选取1-2个相应的设计要素，进行排列或组合。形成多个设计方案，如：P1+F2+T3+R4+C5+M6+U7,以此类推，可以形成如下众多设计方案。三.形状对照分析法优点1.设计方案优化，解决方案众多设计是科学性较强的学科，和艺术专业有一定的联系与区别，助理设计师和学生往往都愁于设计方案，往往觉得设计方案是灵光一现，其实是缺乏系统设计分析、缺乏行之有效的设计方法、缺乏相应的逻辑。因此，形状对照分析法是基于科学排列组合方法进行的设计方案的优化、组合。在此条件下，只要满足前期的设计要素分析，形状对照分析，就可以执行多做设计方案的组合和优化。2.改良设计的目标明确，提升产品竞争力形状对照分析法是针对改良产品设计而言的设计方法，目标性更明确，根据人群定位和需求分析，对具体要改良的环境提出众多设计点且解决方案众多，同时在通过排列组合下优化后的设计更具备后续产品开发的储备力和竞争力。3.随时调整细节，缩短开发周期形状对照分析法是诸多要素的整合与优化，在设计反馈阶段，如果市场反馈基本满意，但对某一环节需要调整，那么设计师可以从“形状提取部分”进行快速方案调整与优化，快速调整草图、局部的数字化模型，而并非全盘否定，以此设计难度，缩短设计——生产——流通的产品开发周期。4.科学、系统、全面掌控设计方案形状对照分析方法是较为科学、系统、全面的从设计方法面面解决、改良产品中存在的问题，依据是产品设计的六大要素，方法是排列组合下的方案优化，目的是精准快速形成众多优秀设计方案，从设计成本角度有效提升设计师工作效率。四.以“马桶”改良设计为例1.对“马桶”设计要素的提取通过对产品设计要素分析，确定了马桶作为生活日用品所必须涉及到的六大核心要素“制造”、“美学”、“功能”、“卫生”、“使用”、“特殊人群”展开更深层次的思维导图。在“制造”方面细化为马桶产品本身相关联的“构造”、“体积”与“模块化”；在“美学”方面细化为“创新”、“色彩”和“材料”；在“功能”方面根据需求细化为“基本功能”、“豪华功能”和“组合功能”等，层层拨开，细化方向，可以得出诸多设计过程中的必要因素、非必要因素、急需重要的问题、非急需但重要的问题、非急需非重要问题、亮点问题等等相关因素。2.对“马桶”要素转化，分析计算多种设计方案通过前期的产品要素设计要素分析，思维导图，接着将思维导图的末端转换为可视化的图形图像，便于设计师的整合，比如在“美学”—“材料”可再次细化到“陶瓷”、“玻璃钢”、“金属”、“PE”等。形成列表方案，可以根据用户需求，以用户调研数据为基础，以客户需求为目标，进行有目的的关联。可以行之有效的收集不同方向的设计方案。这些设计方案有创新新、改良性性、有未来预见性的，为企业（客户）迭代更新起到方案的储备，因此在这个阶段方案尽可能多多益善。3.对“马桶”方案优化，确定可行性实施方案经过之前多方向性的设计方案，这个阶段就是筛选择优的过程。根据“马桶”产品的各类综合因素，客户、市场、用户，选择具有典型性的6个设计要素“小空间的运用”、“材料”、“节约用水”、“除菌材料”、“站立使用”、“膝盖不便”为不同方案的核心指标，设计了5款服务于家庭小空间+节水的设计方案、为腿脚不便人群设计的站立式方案、服务于年轻人可更换外壳的设计方案、减少接触面积的马桶设计方案和新材料下一次性可降解的绿色设计方案。继而通过设计方案，逐步形成草图——效果图——结构图等。这些方案有改良设计同样也包含了创新设计，也培育了企业对产品迭代更新的储备方案。五.总结改良设计是设计中某些环节或者功能的优化。不是简单的逆向推导，完成数据修改。要避免知识产权的纠纷，实现原创，必须是依据科学的设计方法，有效的整合设计，而形状对照分析方法是基于产品设计要素分析前提下，进行科学排列与组合，最终优化设计方案，并对企业形成产品迭代更新的智力储备资源。在此方法论指导下，有科学依据和系统性，有效提高设计师工作效率，提高设计师的成就感，规避设计中的抄袭问题，值得推广，为广大设计院校师生、工业设计师提供行之有效的设计方法。五.参考文献[1]王青，消费电子的改良设计[D]，昆明理工大学研究生硕士研究论文，2015.9[2]董佳，产品改良设计思路[J]，艺术科技，2015.7[3]王脘卿;邓学雄;熊志勇，基于产品基本形态的改良设计方法探究[J]，包装工程，2014.7