海水淡化產(chǎn)品系列設(shè)計

潘春佑，李 露，王可寧，薛喜東，馮 濤，安子韓，徐國榮

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

成套產(chǎn)品設(shè)計是工藝、結(jié)構(gòu)、色彩、材質(zhì)、標(biāo)識、文字、比例的結(jié)合與統(tǒng)一。隨著海水淡化技術(shù)的完善[1-2]，人們對海淡產(chǎn)品的附加需求不斷升級，不同的人群和使用環(huán)境決定了海淡產(chǎn)品的風(fēng)格樣式多元化。成套產(chǎn)品的設(shè)計風(fēng)格源于生活，并在生活的沃土中得到滋養(yǎng)，最終又回歸生活體現(xiàn)自身價值。風(fēng)格存在的魅力在于提升產(chǎn)品的附加值、調(diào)動人的購買欲、提高品牌的認(rèn)知率和辨識度，所以，企業(yè)對自身產(chǎn)品形象的定位極為重要。在成套產(chǎn)品設(shè)計中，定位既是設(shè)計的風(fēng)向標(biāo)，更是市場需求的價值取向。好的設(shè)計定位，將決定產(chǎn)品的適用度和銷量，定位及風(fēng)格的確立，是企業(yè)實施品牌戰(zhàn)略的關(guān)鍵因素[3-4]。

1 趨勢分析

國內(nèi)常見的海水淡化裝置主要以半裸露式鋼架結(jié)構(gòu)為主，具有噪音較大、操作復(fù)雜、結(jié)構(gòu)單一等問題[5-7]。而市場中的主流消費群體是不具備海水淡化專業(yè)知識的，那么針對無海淡知識的大眾人群而設(shè)計的智能化淡化裝置應(yīng)運而生。所以，降躁、降低操作難度、提升智能化自動化將是未來的重要發(fā)展方向之一。

2 設(shè)計展開

2.1 設(shè)計定位

人群，無海淡知識的大眾群體；

環(huán)境，島礁、艦艇、海上平臺、限高環(huán)境等空間資源緊張的使用環(huán)境。

2.2 設(shè)計參數(shù)

系列裝置采用“PP棉+反滲透淡化(RO)”工藝，具體參數(shù)及選型見表1。

表1 設(shè)計參數(shù) Tab.1 Design parameters

2.3 草圖繪制

設(shè)計采用了商務(wù)風(fēng)格，通過近似的顏色配比和框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生視覺上的統(tǒng)一性，如圖1所示。裝置擬采用鋼架全包結(jié)構(gòu)；觸控屏幕和產(chǎn)水取樣口置于正面，當(dāng)裝置維修時將通過側(cè)開的方式打開；為避免用戶操作時受到外接管路干擾(避免操作時產(chǎn)生躲避管路的動作，即避免非舒適操作狀態(tài))，將外接界面和加藥箱投料口置于側(cè)面。

圖1 設(shè)計草圖Fig.1 Design sketch

2.4 三維設(shè)計

使用Rhinoceros和KeyShot三維設(shè)計軟件，設(shè)計出仿真三維效果圖，如圖2所示。

圖2 效果圖Fig.2 Simulation effect diagram

3 設(shè)計說明

3.1 電控設(shè)計說明

該套設(shè)計的控制系統(tǒng)基于PLC(Programmable Logic Controller)+HMI(Human Machine Interface)技術(shù)。以高精度高可靠性的PLC作為自動化控制的邏輯控制器實現(xiàn)裝置電氣設(shè)備的邏輯控制，結(jié)合HMI人機交互技術(shù)將PLC內(nèi)部信息直觀的提現(xiàn)出來，通過其完成用戶和控制器的信息交互。該技術(shù)其具有直觀簡潔，控制靈活，可靠性高等特點，是目前中小型系統(tǒng)的主流控制技術(shù)。通過電子儀表和電動閥門監(jiān)視并操控各個元件，提升裝置的自動化、智能化，實現(xiàn)“一鍵式操作”，降低了操作門檻更加親民。

3.2 介面設(shè)計

由于系列裝置的各個界面基本一致，15 t/d的裝置界面更加直觀，下面以15 t/d裝置為例進(jìn)行設(shè)計闡述，如圖3所示。

圖3 介面設(shè)計Fig.3 Interface design

裝置正面主要是四個區(qū)域：控制區(qū)、采樣口、投藥窗、閥門外接界面，主要操作區(qū)都在一個平面上，且不受互相的干擾。由于15 t/d裝置不適合立置膜排列結(jié)構(gòu)，故而采用平置，并在側(cè)面增設(shè)了觀察窗、維修窗口、高置的外接電源口。系列裝置總高度2 000 mm，在推運情況下適用大部分限高門廊。由于外接界面管路緊湊，結(jié)構(gòu)相對脆弱，考慮到運輸時裝置的外接頭容易因刮蹭而受損，設(shè)計師采用內(nèi)凹的界面結(jié)構(gòu)，將所有閥門和外接頭置于凹槽內(nèi)，對外接界面形成了有效的保護(hù)。

3.3 立置換膜設(shè)計

在島礁、海上平臺、艦艇等空間資源較為緊張的環(huán)境下，5 t和10 t的裝置采用立置膜結(jié)構(gòu)可以大幅減少占地面積，提升空間利用率，但是在限高工況下，立置膜排列結(jié)構(gòu)的裝置在換膜時相對繁瑣。首先要進(jìn)行管路拆解，其次拆卸壓力容器，然后才能把舊膜取出進(jìn)行更換，最后再把壓力容器固定并重新連接管路。這種換膜流程不僅復(fù)雜，還對維修人員的體能和耐力要求較高。因此，在該系列裝置的設(shè)計中，5 t/d和10 t/d的裝置采用后仰平置結(jié)構(gòu)，將最大換膜的操作高度限制在2 200 mm，解決了在限高工況下裝置的膜更換問題，而且不必拆卸壓力容器，減少了操作步驟。示意圖見圖4。

圖4 示意圖Fig.4 Diagrammatic sketch

3.4 視覺傳達(dá)

如圖5所示，在平面設(shè)計中，觸控取樣界面作為主要共性元素，LOGO和文字作為輔助，在黑色啞光材質(zhì)的烘托下產(chǎn)生共鳴，形成了統(tǒng)一的設(shè)計風(fēng)格。在沉穩(wěn)厚重的黑色身軀中閃爍著醒目而神秘的光輝，伴隨著裝置運行狀態(tài)的改變而發(fā)生變化，讓黑客商務(wù)風(fēng)格又增添了些許時尚與科技感。裝置的主要色光變化是紅黃藍(lán)三種：紅色為故障預(yù)警，提醒用戶裝置處于異常狀態(tài)，屏幕會分析元件故障原因并伴隨警示音(G1251.1-89 促發(fā)聲)；黃色是休眠待機，隨時可被喚醒啟動，可預(yù)設(shè)啟動時間和運行周期；藍(lán)色是正常運行狀態(tài)。

圖5 海報Fig.5 Poster

3.5 人機設(shè)計

在成套產(chǎn)品設(shè)計中，加入了人機工程學(xué)原理，并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提升操作舒適度，具體標(biāo)準(zhǔn)：《人類工效學(xué)——工作崗位尺寸設(shè)計原則及其數(shù)值GB/T 14776-93》、《GB-12330-1990-體力搬運重量限值》、《工作場所的險情信號 險情聽覺信號G1251.1-89》。在人機設(shè)計中，主要操控區(qū)域具有優(yōu)先權(quán)，所以，將觸控屏幕和產(chǎn)水取樣口至于前端。裝置觸控屏幕、產(chǎn)水取樣口、外接管路面板為常用人機界面，按照立姿作業(yè)空間垂直方向布局尺寸的劃分，在700 mm～1 600 mm高度的范圍內(nèi)適合安置常用界面。而1 600 mm～1 800 mm高度的范圍為非常用界面，于是將加藥箱投料口設(shè)置在1 650 mm，如圖6。而觸控屏幕設(shè)在最佳垂直觀察視野內(nèi)。此外，5 t/d和10 t/d裝置設(shè)計總重量不超過300 kg，符合標(biāo)準(zhǔn)限定的單人推拉移動最大限值。

圖6 尺寸圖Fig.6 Dimension drawing

4 結(jié)論

該套設(shè)計站在人機工程學(xué)角度，對海淡裝置進(jìn)行設(shè)計補充，并在明確定位下，將統(tǒng)一設(shè)計風(fēng)格引入成套海淡裝置研發(fā)。對明確的使用環(huán)境、人群、條件，進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計定位，通過改變材料、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、色彩、表面加工及裝飾等方法對成套海淡裝置進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，具有節(jié)省空間、便于維護(hù)、操作簡單、外形結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的設(shè)計特點。

項目以人機工程學(xué)為基礎(chǔ)，將人性化、智能化、綠色設(shè)計等理念融入裝置設(shè)計中，提高了用戶體驗的舒適度并大幅降低了操作難度，實現(xiàn)了裝置的使用價值。而商務(wù)風(fēng)格的成功運用，將視覺、觸覺、聽覺等感官進(jìn)行了融合，在心理層面提升了裝置的欣賞價值，是海淡技術(shù)在商品化道路上邁出的重要一步，為后續(xù)開發(fā)船用淡化裝置、海上淡水補給站、中小型系列商品化裝置打開了設(shè)計思路。