摘要：产品的设计是一项复杂的工作，需要将产品的功能、外形和生产技术兼容并蓄。仅仅依靠设计师发散性的思维方式难免在产品设计时产生纰漏，因此很有必要将逻辑思维与发散思维相结合，指导产品的设计。本文在开关旋钮的设计过程中引入了组合数学中的基本思想-排列组合思想，首先将开关旋钮按照功能性分解为三个部分，之后将各个部分包含的形状因素进行排列组合，最后根据开关旋钮的功能性排除掉不符合功能应用要求的设计方案。在开关旋钮的设计过程中引入排列组合思想是一种将逻辑思维和发散思维相结合的产品设计思路，为提高工业产品设计效率提供了理论参考。
关键词：排列组合；产品设计；发散思维；逻辑思维
1引言
在进行工业产品的设计时，需要兼顾产品的功能和外形，同时还要考虑产品生产的技术问题。决定产品是否能在市场竞争中立足的因素是产品自身的功能，而产品的外形依赖于产品的功能[1]。在进行产品外形设计时，对于实现某一功能，往往存在许多的设计方案，此外，产品的外形也是吸引消费者的一个重要因素，在保证产品功能得以实现的基础上，设计师需要综合考虑加工材料和艺术美感，将点、线、面、体等几何元素有机结合，构思设计方案[2]。如果仅仅凭借设计师发散性的思维方式，产生的设计方案浩如烟海，并且毫无规律可循，同时个人的思维存在局限性，在进行产品外形设计时往往无法囊括所有可能的造型形式，这样就会使的外形设计的效率低下，没有目的性和系统性。因此很有必要将工程技术人员所擅长的逻辑思维和设计人员所擅长的创造性思维相结合，采用一种即有科学规律作指导，又能够满足艺术审美的产品设计思路。排列组合是组合学中最为基本的一项基本知识，其特征是对某一问题的数目进行计数，其内容简单，方法灵活，在实际问题的解决中有广阔的应用前景。本文以微波炉上定时旋钮开关为例，将排列组合思想应用于实际产品的外形设计过程中，对排列组合思想在开关旋钮设计中的应用过程进行了详尽的阐述。
2 排列组合在实践中的应用
要想完成一项工作，能够采用的方法有很多，而排列组合这种基本的数学知识可以完成对方法数目的计算，也就是说在解决日常生活中所遇到的问题时，采用排列组合思想实际上是计算问题解决方案的有多少中可能性。基本数学知识中重要的组成部分之一就是排列组合思想，无论在日常生活还是在科学研究中都有着极为广泛的应用前景，将排列组合思想应用于实践中是数学思想的充分展现。我国古代著作《易经》以及法国科学家帕斯卡都曾对排列组合进行了阐述和研究，其中后者最早将排列与组合相结合，奠定了后来概率论发展的基础[3]。在数学问题中，进行排列组合的是一组组数字，而实际问题中可以将各种具象的物质作为元素，再采用排列组合解决实际问题。世间万物，从恒星行星等天体到原子分子等粒子，都可以作为元素进行排列组合，正是由于元素种类多样，数量庞大，产生的排列组合结果必然不胜枚举。从这些无法尽数的结果中可以探寻出许多规律，从而发现新的理论和原理。
3开关旋钮设计中排列组合的应用
通过将基本立体形状元素，如圆，椭圆，正方形，柱状体等，通过切分，变化或者组合即可产生出多种形状。开关旋钮的设计可以将产品按照基本立体形状元素，以功能为基础，分为若干个部分，将这些部分进行排列组合即可得到不同的设计方案。本文以微波炉上的定时开关旋钮为例，将排列组合思想应用于开关旋钮的设计中。将旋钮按照功能性分为三个部分，如图1所示，底座分为A和C两部分，把手处为C。对开关旋钮的设计只需要把3个部分，即A，B和C，看作变量进行排列组合即可，这些变量是将形状代替数字，如图2所示。将不同形状对应的3个变量进行组合，这样就可以完成开关旋钮的设计。
图2 A，B，C三部分的排列组合
A+B+C就是整个开关旋钮，图2中各个部分包含的变量种类(即形状)越多，进行排列组合后获得的设计方案就越多，相应的旋钮开关的造型也就越多样，我们将获得的一些造型列于表1中。但是并不是所有的造型都可应用，因为中间把手部位如果是凹面或者不符合微波炉整体尺寸的设计，是不符合功能性应用要求的，因此必须舍弃，图3中列出了一些不符合设计应用要求的造型。在开关旋钮设计中必须对设计的造型进行精选，要以功能性为设计前提和基础。
表1 A，B，C三部分经排列组合后的整体造型
图3 几种不符合开关旋钮应用要求的设计造型
4结束语
综上所述，采用排列组合思想指导开关旋钮的设计是一种将逻辑思维和发散思维有机结合的产物，可以使设计方案更加全面，提高产品设计的效率，在满足产品功能性的前提下，有利于设计出更多富有创意的产品。
参考文献
[1] 吴凤芳. 工业产品造型设计模式的研究[J]. 山东工业大学学报, 2001, 31(5): 441-445.
[2] 金玲. 工业造型设计法则初探[J]. 电子机械工程, 1999, 1: 12-14.
[3] 陈庆新. 排列组合问题中的数学思想及其应用[J]. 中学生理科月刊: 高中版, 2004, 18(2): 8-8.
论文作者:彭煜珵
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/25
标签：旋钮论文; 排列组合论文; 产品论文; 功能论文; 思想论文; 外形论文; 组合论文; 《科技中国》2017年7期论文;