工業(yè)設(shè)計在礦用磨機上的研究及應(yīng)用

王靜婕，劉 秀，程 波，孫 薛，孫潞潞，李 珂

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039 2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

工 業(yè)產(chǎn)品按用途主要分為 3 類：機械生產(chǎn)設(shè)備(如機床、機器、電動機等)、交通運輸設(shè)備 (如汽車、飛機、船舶等)、文化生活用品 (如家電、家具、飲食器具等)[1]。

工業(yè)設(shè)計是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合體，其目的是建立更加合理且健康的生活方式和生存環(huán)境。工業(yè)設(shè)計本身隨著經(jīng)濟、社會、文明的發(fā)展進(jìn)步而不斷發(fā)展變化，且受地域文化的影響。

隨著市場的發(fā)展，工業(yè)設(shè)計正在逐步進(jìn)入國內(nèi)礦山機械行業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中，其中人機工程顯得尤為重要。在礦山機械行業(yè)中存在著人機交互不暢的問題。造成此問題的原因有很多，但主要問題是由于設(shè)計師缺乏對有效人機交互設(shè)計的理解。所以在產(chǎn)品設(shè)計初期，機械設(shè)計師就應(yīng)當(dāng)與工業(yè)設(shè)計師相互溝通，才能加快產(chǎn)品設(shè)計的人機交互。梳理并打通適合礦山機械行業(yè)產(chǎn)品特征的工業(yè)設(shè)計方法，著重解決產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的藝術(shù) (美學(xué))、商業(yè) (市場) 和功能 (機械、結(jié)構(gòu))的平衡和諧問題，補齊產(chǎn)品設(shè)計中的短板是目前首先需要解決的。礦山機械行業(yè)工業(yè)設(shè)計的發(fā)展，需要做好工業(yè)設(shè)計中的創(chuàng)新工作，提升該領(lǐng)域工業(yè)設(shè)計技術(shù)水平，為礦山機械行業(yè)及企業(yè)工業(yè)設(shè)計發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。

近年來，有不少學(xué)者做了各個行業(yè)領(lǐng)域工業(yè)設(shè)計的研究。徐明昱等人[2]研究了工業(yè)設(shè)計在采煤機上的應(yīng)用；陶宇紅[3]研究了工業(yè)設(shè)計在煤礦產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用；韓克翔等人[4]研究了工業(yè)設(shè)計在輕軌車輛中的應(yīng)用；侯雙[5]研究了工業(yè)設(shè)計在軍用電子裝備設(shè)計中的應(yīng)用。以上研究取得了很多有價值的成果，但研究的大多不是礦山機械設(shè)備，尤其不是礦用磨機。筆者針對中信重工機械股份有限公司 (以下簡稱：中信重工) 所生產(chǎn)的礦用磨機進(jìn)行工業(yè)設(shè)計應(yīng)用研究。

在研究國內(nèi)外磨機先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中信重工對礦用磨機進(jìn)行逐步改進(jìn)和提升，但缺乏整機系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)設(shè)計。工業(yè)設(shè)計師通過現(xiàn)場考察、模擬磨機現(xiàn)場運行環(huán)境，并從色彩搭配原理、色彩心理學(xué)及人機工程學(xué)等方面出發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計，完成中信重工磨機的統(tǒng)一形象策劃，并形成品牌，打造出特色鮮明、識別度高、美觀大方的磨機產(chǎn)品，并進(jìn)一步提升產(chǎn)品競爭力。

1 設(shè)計原理

工業(yè)設(shè)計分為創(chuàng)新、適用、美觀、經(jīng)濟 4 個方面。創(chuàng)新是靈魂，是產(chǎn)品贏得行業(yè)競爭優(yōu)勢，是為產(chǎn)品帶來新生和希望的重要條件。適用是滿足，正確協(xié)調(diào)人與產(chǎn)品之間的關(guān)系，解決產(chǎn)品功能與形式相對人的關(guān)系的最優(yōu)選擇。美觀是需求，是人們在得到物質(zhì)、功能滿足的同時，也得到了精神上的愉悅。經(jīng)濟是效益，是以最低成本最短周期滿足人們最大的物質(zhì)、精神需求的同時，獲得最大經(jīng)濟效益。

好的產(chǎn)品設(shè)計需要具備幾個特點：①滿足功能要求；② 保證使用安全；③符合審美需求；④ 造型與環(huán)境相協(xié)調(diào)并在同類產(chǎn)品中可脫穎而出，無論何時都能令用戶感到物有所值甚至物超所值。

礦用磨機的工業(yè)設(shè)計是外觀和構(gòu)造的設(shè)計，主要針對美感的表達(dá)并考慮工藝的實現(xiàn)，與機械設(shè)計相輔相成，保證磨機系統(tǒng)各個部分的可操作性與舒適度、安全、價值和環(huán)境等方面構(gòu)成一個有機的整體。磨機的工業(yè)設(shè)計需從外觀設(shè)計、品牌識別系統(tǒng)、控制系統(tǒng) UI 設(shè)計等幾方面進(jìn)行整體形象提升。考慮磨機外觀形態(tài)、色彩等因素，整體統(tǒng)一構(gòu)思，運用色彩搭配平衡原則，從互補色平衡、冷暖平衡、深淺平衡、色彩面積平衡、有彩色和無彩色平衡等方面進(jìn)行設(shè)計。色彩搭配黃金法則如圖 1 所示。由圖 1 可知，主色調(diào)占 70%，決定產(chǎn)品整體形象；輔助色又被稱為主配色，占 25%，主要起調(diào)和作用，與主色調(diào)搭配決定產(chǎn)品主要風(fēng)格；強調(diào)色占 5%，是整個產(chǎn)品的點睛之筆，并以調(diào)節(jié)主色與輔助色之間的關(guān)系，讓產(chǎn)品風(fēng)格更為統(tǒng)一。

圖1 工業(yè)設(shè)計色彩搭配黃金法則Fig.1 Golden rule of color matching for industrial design

2 礦用磨機的工業(yè)設(shè)計

以中信重工所生產(chǎn)的大型礦用磨機為例，磨機的工業(yè)設(shè)計應(yīng)與機械設(shè)計相輔相成，從設(shè)計初期就應(yīng)開始與工業(yè)設(shè)計師進(jìn)行全方位合作協(xié)調(diào)。磨機的工業(yè)設(shè)計工作需從以下幾方面進(jìn)行。

2.1 色彩設(shè)計及色彩心理

色彩是產(chǎn)品明顯的外部特征之一，是人們對產(chǎn)品第一印象的來源。色彩設(shè)計與產(chǎn)品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能要求達(dá)到和諧統(tǒng)一，是色彩設(shè)計成功的重要標(biāo)志。

在做礦用磨機工業(yè)設(shè)計的色彩設(shè)計時，不但要考慮產(chǎn)品功能的突出、人機操作的協(xié)調(diào)、色彩與環(huán)境的協(xié)調(diào)和色彩搭配的統(tǒng)一，更要做出特點鮮明、極具特色的色彩搭配，以提高礦用磨機品牌識別度。礦用磨機的工作環(huán)境多以灰色為主，在磨機設(shè)計時應(yīng)根據(jù)人的心理感覺，結(jié)合磨機使用功能、部件結(jié)構(gòu)，使造型給人大氣、厚重、安全的藝術(shù)感受。下面從色彩搭配方向重點分析礦用磨機主機與輔助部件。

(1) 礦用磨機主機 為凸顯中信重工“國之重器”行業(yè)地位，以大氣、厚重為設(shè)計語言，在深入挖掘企業(yè)文化內(nèi)涵的同時，將品牌識別與產(chǎn)品特色進(jìn)行深度融合，打造出具有多元化、系統(tǒng)化的產(chǎn)品形象。中信重工生產(chǎn)的大型礦用磨機經(jīng)過色彩設(shè)計后的外觀如圖 2 所示，色彩主要以“中信藍(lán)”為主色調(diào)，是一種鮮艷、明亮、具有光澤感的藍(lán)色，內(nèi)含一點紫色，屬冷色調(diào)，具有理性、嚴(yán)肅、有內(nèi)涵，并充滿希望的文化性色彩形象。選用灰色作為輔助色，是因為廠房結(jié)構(gòu)、電動機、圓筒篩罩顏色大多為灰色，而灰色屬中性色，與主色調(diào)相搭配不會喧賓奪主，更為和諧。大小齒輪罩顏色選用象牙白色為強調(diào)色，其為偏暖色調(diào)，屬中性色彩，與中信藍(lán)、灰色搭配相平衡，冷暖層層交替，色彩清晰分明，使得色彩層次更加豐富，更具特色。礦用磨機整體色彩搭配為冷色調(diào)，在冷色調(diào)環(huán)境中可使工作人員減少煩躁心理，保持冷靜。

圖2 礦用磨機Fig.2 Mine-used mill

(2) 輔助部件 結(jié)合礦用磨機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，在整體搭配的基礎(chǔ)上進(jìn)行部件色彩調(diào)整，使得每部分都具有企業(yè)特色，如圖 3 所示。入料小車為中信藍(lán)、灰色搭配；大齒圈部為象牙白、灰色搭配；液壓潤滑系統(tǒng)為中信藍(lán)、象牙白、灰色搭配。

圖3 礦用磨機輔助部件Fig.3 Auxiliary parts of mine-used mill

2.2 人機工程

“人”、“機”、“環(huán)境”三要素為人機工程的基本構(gòu)成，設(shè)計過程中在充分考慮環(huán)境的前提下，對“人”、“機”合理分工并做有效交流，可提高整個系統(tǒng)性能(見圖 4)。在研究分析過程中不僅要從三要素本身的性能進(jìn)行分析，更應(yīng)從三要素相互之間的關(guān)系、作用、影響，以及相互協(xié)調(diào)方式來分析。

圖4 人機關(guān)系Fig.4 Man-machine relationship

重型機械類產(chǎn)品大多不夠重視 VI (視覺識別系統(tǒng))的應(yīng)用，大型礦用磨機產(chǎn)品在此方面的體現(xiàn)尤為突出。其主要表現(xiàn)在尺寸選用不合理、安裝位置不當(dāng)，品牌識別度低，如圖 5 所示。磨機作為礦山機械類產(chǎn)品，色彩既要呈現(xiàn)出大氣、厚重的形象特點，又要符合人機工程的基本要求。例如主機部分給人大氣、嚴(yán)肅的心理感受。品牌識別系統(tǒng)突出能提高企業(yè)品牌曝光率，磨機控制系統(tǒng)界面美觀、操作簡潔。其中主機部分色彩搭配已在前半部分具體分析過，下面從人機工程方向重點分析品牌識別系統(tǒng)與磨機控制界面。

圖5 中信重工磨機工業(yè)設(shè)計前 LOGO 所在位置Fig.5 Position of LOGO of mill produced by CITIC Heavy Industry before industrial design

(1) 品牌識別系統(tǒng) 人類正常情況下的視野范圍，如圖 6 所示，垂直方向為 -75°～50°，水平方向為 -100°～100°。運用人體工程學(xué)中的視野范圍、視距等設(shè)計原理，從產(chǎn)品與人、產(chǎn)品與環(huán)境、人與環(huán)境的角度考慮，最終確定以任意視角都可清晰看到企業(yè)LOGO 的位置 (見圖 7)，從而提升品牌識別度。

圖6 雙眼靜視野Fig.6 Binocular static vision

圖7 中信重工磨機工業(yè)設(shè)計后 LOGO 所在位置Fig.7 Position of LOGO of mill produced by CITIC Heavy Industry after industrial design

(2) 控制界面 礦用磨機改版前的控制系統(tǒng)界面如圖 8 所示。雖然在分區(qū)布局、色彩搭配等方面都有所考量，但依然存在色彩搭配混亂，界面布局雜亂、交互信息不夠清晰的問題。

圖8 礦用磨機改版前的控制系統(tǒng)界面Fig.8 Interface of control system of mine-used mill before modification

通過運用人機工程學(xué)、平面構(gòu)成及色彩構(gòu)成等原理，采用界面設(shè)計，使得磨機控制系統(tǒng)風(fēng)格統(tǒng)一、界面美觀、主次鮮明、分區(qū)明確、操作簡潔，實現(xiàn)功能與藝術(shù)的完美貼合，從細(xì)節(jié)方面提升了礦用磨機的形象。礦用磨機改版后的控制系統(tǒng)界面如圖 9 所示。

圖9 礦用磨機改版后的控制系統(tǒng)界面Fig.9 Interface of control system of mine-used mill after modification

礦用磨機主體色為藍(lán)色系，在考慮色彩搭配平衡原則的基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)主體色彩采用含一定比例紅(藍(lán)的互補色) 的灰色，主標(biāo)題色彩采用黃色 (藍(lán)的對比色)，整體色彩搭配以深灰、中灰、淺灰、白色相互搭配為主，預(yù)警色采用紅色。

3 結(jié)語

通過分析礦用磨機、工業(yè)設(shè)計原理、設(shè)計心理學(xué)等基礎(chǔ)上，從色彩設(shè)計、色彩心理、人機工程著手，開發(fā)出可提高中信重工礦用磨機品牌識別度的工業(yè)設(shè)計應(yīng)用體系。

對礦用磨機的設(shè)計，不但要考慮功能需求，更要考慮工業(yè)設(shè)計，特別是人機工程的需求。工業(yè)設(shè)計在同等級產(chǎn)品的競爭中，起到了提高附加值的關(guān)鍵性作用。工業(yè)設(shè)計在礦用磨機上的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，必須從實際出發(fā)，具體設(shè)計方向需要在參考設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，加以創(chuàng)新。