雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)研究與探索

張梁娟,胡長明,江 帥,李 陽

(南京電子技術(shù)研究所, 江蘇 南京 210039)

0 引 言

雷達(dá)作為典型的復(fù)雜電子裝備,是具有信息感知、通信、導(dǎo)航、干擾等功能的機(jī)電耦合系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代以來,隨著微電子及電子器件等領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展及數(shù)字化技術(shù)的不斷推進(jìn),雷達(dá)性能得到顯著提高,應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。在國防領(lǐng)域,雷達(dá)已成為“三軍之眼”,是獲取陸、海、空、天戰(zhàn)場全天候戰(zhàn)略情報(bào)的重要手段之一;在民用方面,雷達(dá)也被廣泛應(yīng)用在空中或海上導(dǎo)航、氣象監(jiān)測、地下探測、交通監(jiān)測、雷達(dá)遙感等領(lǐng)域。

工業(yè)設(shè)計(jì)是以工業(yè)產(chǎn)品為主要對象,綜合運(yùn)用科技成果和工學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識,對產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)及包裝等進(jìn)行整合優(yōu)化的創(chuàng)新活動[1]?，F(xiàn)階段,工業(yè)設(shè)計(jì)不再是僅停留在產(chǎn)品外觀層面的造物,而是更加注重解決產(chǎn)品在外觀形式、使用性能、人機(jī)工程、技術(shù)應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)效益、品牌樹立和發(fā)展方面的各種問題。隨著各國對雷達(dá)裝備綜合性能要求的不斷提升,雷達(dá)設(shè)計(jì)逐漸從功能至上開始向圍繞性能要求、技術(shù)水平、成本限度等多方面綜合性能的考量轉(zhuǎn)變,對產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)能力提出了新的要求。可以說,在以技術(shù)創(chuàng)新為主導(dǎo)的復(fù)雜電子裝備研制中,以工業(yè)設(shè)計(jì)為依托的設(shè)計(jì)創(chuàng)新正逐漸展示出不可替代的作用。

本文旨在通過綜述國內(nèi)外雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀,分析雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)并論述雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)方法,引起業(yè)內(nèi)專家和學(xué)者對雷達(dá)技術(shù)與設(shè)計(jì)交互融合的共同關(guān)注,促進(jìn)我國雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

雷達(dá)工業(yè)誕生于20世紀(jì)初,起初的雷達(dá)設(shè)備尺寸龐大、結(jié)構(gòu)笨重,工業(yè)設(shè)計(jì)在雷達(dá)設(shè)計(jì)中并未得到充分應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代之后,雷達(dá)新技術(shù)不斷被突破,對產(chǎn)品的外觀造型、人機(jī)交互、用戶體驗(yàn)等方面提出了更高的要求,工業(yè)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研制中逐漸發(fā)揮越來越重要的作用。對雷達(dá)裝備而言,工業(yè)設(shè)計(jì)可以增加裝備品質(zhì)感、提升人機(jī)體驗(yàn)和塑造企業(yè)產(chǎn)品形象。

歐美發(fā)達(dá)國家的雷達(dá)行業(yè)起步較早、技術(shù)成熟度較高,依托其強(qiáng)大的工業(yè)設(shè)計(jì)體系,在產(chǎn)品形象方面的研究和發(fā)展取得了豐富成果。國外雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)[2]:

(1)如圖1、圖2所示,國外雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)形態(tài)整合度和特征辨識度較高,同時(shí)具備一定的家族化特點(diǎn)。針對雷達(dá)結(jié)構(gòu)單元種類和數(shù)量繁多的特點(diǎn),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,利用簡化形態(tài)輪廓、整合視覺單元等方法降低產(chǎn)品各組成部分的拼湊感和孤立感,塑造出簡約、完整的產(chǎn)品形態(tài)。此外,通過風(fēng)格明確、辨識度高的產(chǎn)品視覺特征傳達(dá)給用戶不同的形象語義,并在產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)中提煉具有“繼承性、拓展性、異他性”產(chǎn)品族基因,將同一系列、同一領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品家族化,提升了產(chǎn)品市場競爭力和用戶忠誠度。

圖1 Ground Master系列雷達(dá)

圖2 NS系列雷達(dá)

(2)國外雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)十分重視產(chǎn)品的人機(jī)交互,針對“人-機(jī)-環(huán)”交互系統(tǒng)的構(gòu)建積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。一方面,如圖3所示,利用成熟的多通道人機(jī)交互技術(shù)打造高水準(zhǔn)的用戶界面,提高了人機(jī)交互的自然性和高效性,實(shí)現(xiàn)“機(jī)對人的適應(yīng)”;另一方面,注重交互環(huán)境的人因設(shè)計(jì),通過形態(tài)、顏色材料及工藝(CMF)、照度等要素的精準(zhǔn)匹配,在生理和心理層面提升用戶人機(jī)交互的效率和體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)“環(huán)對人的適應(yīng)”。

圖3 雷達(dá)方艙內(nèi)部

伴隨我國雷達(dá)技術(shù)性能的日益提高、設(shè)計(jì)需求的迭代更新以及國內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)的萌芽發(fā)展,工業(yè)設(shè)計(jì)逐漸在我國雷達(dá)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)在造型風(fēng)格、人機(jī)工程、生產(chǎn)工藝等方面的設(shè)計(jì)提升,國內(nèi)的學(xué)者和專家針對雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究并取得大量成果。

在雷達(dá)整機(jī)設(shè)計(jì)方面,對機(jī)動式地面雷達(dá)、固定式地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)等產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究,分析了雷達(dá)造型與功能的關(guān)系、雷達(dá)造型設(shè)計(jì)元素及方法,并基于產(chǎn)品族基因?qū)走_(dá)產(chǎn)品形象識別進(jìn)行了提取和應(yīng)用[3-5]。如圖4所示,在雷達(dá)氣象探測、航空管制等民用領(lǐng)域,也研制出一批結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)便捷的雷達(dá)產(chǎn)品,并采用了家族化的設(shè)計(jì)語言,在色彩搭配和材質(zhì)運(yùn)用上進(jìn)行了統(tǒng)一設(shè)計(jì),外觀辨識度高。

圖4 民用領(lǐng)域系列雷達(dá)

在天線陣面設(shè)計(jì)方面,雷達(dá)領(lǐng)域的專家學(xué)者對相控陣?yán)走_(dá)的天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化研究,對天線陣面的比例尺寸、架構(gòu)與造型、骨架結(jié)構(gòu)、形態(tài)與色彩等設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了探討,并對某雷達(dá)天線罩的外觀造型和密封散熱性能開展了提升設(shè)計(jì)[6-8]。

在雷達(dá)方艙設(shè)計(jì)方面,人體的舒適性受到廣泛關(guān)注。通過在方艙設(shè)計(jì)中引入工業(yè)設(shè)計(jì)思想,眩光照明、溫控系統(tǒng)、色彩分配、噪聲控制、設(shè)備布局方面等問題得到解決,進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的宜人性[9-11]。

在機(jī)柜顯控臺設(shè)計(jì)方面,外觀造型、通用化、模塊化、人機(jī)交互高效是研究的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備機(jī)柜的通用與互換[12-13],模塊化、系列化、組合化的設(shè)計(jì)手段被提出和應(yīng)用。在顯控臺造型設(shè)計(jì)中,為滿足品質(zhì)感和科技感的用戶需求,大量線形特征、裝飾板、色彩等設(shè)計(jì)元素被組合使用,形成造型上有節(jié)奏和韻律變化的系列產(chǎn)品[14-15]。此外,針對顯控臺人機(jī)交互密切的特性,國內(nèi)學(xué)者結(jié)合人體尺寸數(shù)據(jù)、操作習(xí)慣和造型風(fēng)格,開展了基于工作空間、視野和操作范圍、顯控交互界面的顯控臺人性化設(shè)計(jì)[16]。

綜上可知,工業(yè)設(shè)計(jì)在雷達(dá)產(chǎn)品研制中發(fā)揮著越來越重要的作用。在重視技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí),開始關(guān)注以工業(yè)設(shè)計(jì)為支撐的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。技術(shù)與設(shè)計(jì)雙驅(qū)動戰(zhàn)略逐漸得到應(yīng)用,通過綜合運(yùn)用全新技術(shù)和全新思路實(shí)現(xiàn)雷達(dá)產(chǎn)品的突破式創(chuàng)新[17]。

2 雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)分析

工業(yè)產(chǎn)品總是以一定的形象呈現(xiàn)在使用者面前,雷達(dá)也不例外,但雷達(dá)因其復(fù)雜的功能要求、特殊的使命任務(wù),其產(chǎn)品形象不僅蘊(yùn)含了其在整個(gè)生命周期中呈現(xiàn)出的視覺特征、功能品質(zhì),還承載了作為“大國重器”所傳遞的裝備文化、民族自信的精神價(jià)值。雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)水平不僅能體現(xiàn)雷達(dá)以及整個(gè)行業(yè)的形象,更能體現(xiàn)國家科學(xué)技術(shù)的綜合實(shí)力。作為典型的復(fù)雜電子裝備,雷達(dá)研制成本高、技術(shù)難度大、服役時(shí)間長,這對其工業(yè)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)也更為復(fù)雜。

2.1 技術(shù)主導(dǎo)性

雷達(dá)形態(tài)受技術(shù)指標(biāo)、裝載平臺的強(qiáng)約束性影響明顯。雷達(dá)通過電磁信號進(jìn)行目標(biāo)探測感知,是以電訊功能為主導(dǎo)的復(fù)雜電子裝備。雷達(dá)的形態(tài)應(yīng)遵循技術(shù)指標(biāo)、功能需求對整體構(gòu)型的要求。雷達(dá)形態(tài)的變化與技術(shù)原理的進(jìn)步息息相關(guān),如早期拋物面型的機(jī)械式掃描雷達(dá)和現(xiàn)階段平板型的相控陣機(jī)電掃雷達(dá)差異很大。工作頻段和威力大小決定了雷達(dá)的整體規(guī)模,如在相同頻段下,威力需求越大,則雷達(dá)規(guī)模越大;不同頻段下,頻段越高,則雷達(dá)陣面單元的排布越緊湊。

雷達(dá)裝載平臺覆蓋了陸、海、空、天各類領(lǐng)域,不同裝載平臺的雷達(dá)整體形態(tài)與規(guī)模也會有巨大的差異。車載平臺要求雷達(dá)具備優(yōu)良的機(jī)動性與戰(zhàn)場適應(yīng)能力,這就限制了雷達(dá)運(yùn)輸單元的形式與規(guī)模,對雷達(dá)的模塊裝配和架設(shè)撤收提出了較高的要求。機(jī)載平臺受限于載機(jī)外形與裝備重量,因此需要雷達(dá)設(shè)備隨形設(shè)計(jì)與輕量化、小型化設(shè)計(jì)。艦載平臺工作環(huán)境惡劣,對雷達(dá)提出了嚴(yán)苛的環(huán)境控制、耐腐蝕以及抗沖擊要求。對于星載平臺,每一克重量的增加都帶來更多的發(fā)射燃料需求,同時(shí),在軌工作需要克服維修困難的問題,要求星載雷達(dá)具備極致的輕量化和高度的可靠性設(shè)計(jì)。大型固定式雷達(dá)的空間和重量限制較小,形式較為多樣,可依托建筑進(jìn)行一體設(shè)計(jì)。

2.2 系統(tǒng)復(fù)雜性

雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)多因素混合特征更顯著。在傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,往往遵循密斯的“少即是多”原則,但是雷達(dá)作為一部復(fù)雜的電子裝備,其功能、性能的要求以及關(guān)聯(lián)的軟硬件的復(fù)雜耦合是必需的,同時(shí)為了確保維修性、環(huán)境適應(yīng)性、長期服役可靠性以及具備各種故障模式下的應(yīng)急操作等,復(fù)雜性必然是雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)的一部分,是不可避免的。從雷達(dá)產(chǎn)品本身來看,系統(tǒng)組成復(fù)雜,零部件眾多,還需要統(tǒng)籌傳力、散熱、屏蔽、密封、互聯(lián)等多維度因素。而對于雷達(dá)用戶來說,一方面,雷達(dá)的采購者和使用者可能是分開的,另一方面,雷達(dá)的功能還直接與系統(tǒng)效能的貢獻(xiàn)率息息相關(guān),具有顯著的產(chǎn)品組成復(fù)雜、客戶需求復(fù)雜、產(chǎn)品功能復(fù)雜的特點(diǎn),其工業(yè)設(shè)計(jì)不僅表現(xiàn)在雷達(dá)外在的感性形式所呈現(xiàn)的美,還需要通過多因素優(yōu)化實(shí)現(xiàn)雷達(dá)產(chǎn)品內(nèi)在的和諧與有序,呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)自身的技術(shù)美。

2.3 穩(wěn)定延續(xù)性

雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)對其風(fēng)格的長期穩(wěn)定性要求更高。相較于消費(fèi)類電子產(chǎn)品,雷達(dá)作為“大國重器”,使用和服役時(shí)間長,要求裝備具備極高的穩(wěn)定性和可靠性,造型風(fēng)格在短時(shí)間內(nèi)不會出現(xiàn)明顯代際變換。對于雷達(dá)的工業(yè)設(shè)計(jì)來說,一方面要求雷達(dá)產(chǎn)品的風(fēng)格設(shè)計(jì)要能夠經(jīng)得起時(shí)間的沉淀和設(shè)計(jì)趨勢變化的考驗(yàn);另一方面還需要提升雷達(dá)裝備模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的水平,在接口關(guān)系、外形包絡(luò)等方面使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),按照功能需求進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),保持裝備研制的延續(xù)性。同時(shí)從綠色設(shè)計(jì)角度來說,雷達(dá)裝備的穩(wěn)定延續(xù)性也能最大程度地減少維護(hù)和產(chǎn)品大修對于資源的消耗。

2.4 人機(jī)協(xié)同性

雷達(dá)使用效能與“人-機(jī)-環(huán)”設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)緊密。雷達(dá)裝備是復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng),具有人機(jī)協(xié)同關(guān)系復(fù)雜、系統(tǒng)交互操作繁多、工作環(huán)境相對惡劣等特點(diǎn)。在信息化的發(fā)展趨勢下,雷達(dá)接收和處理的信息量大幅增加,給使用人員的生理和心理帶來了繁重的工作負(fù)荷,雷達(dá)設(shè)備的布局、結(jié)構(gòu)尺寸、交互界面與人員的效率和舒適度密切相關(guān)。而方艙作為雷達(dá)使用人員日?；顒拥淖鳂I(yè)空間,其內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)(如色彩、光照、吸聲、隔熱等)也是雷達(dá)用戶體驗(yàn)的重要體現(xiàn)。此外,雷達(dá)架設(shè)的流程合理性、整機(jī)及設(shè)備維護(hù)保障的便捷性與雷達(dá)使用效能密切相關(guān)。因此,雷達(dá)人機(jī)工程設(shè)計(jì)已經(jīng)成為雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容。

2.5 環(huán)境多樣性

雷達(dá)服役環(huán)境多樣性對CMF提出了更高要求。雷達(dá)因其特殊的任務(wù)和使命,產(chǎn)品分布在各個(gè)經(jīng)度、緯度、海拔地區(qū),從地球、臨近空間到太空,面臨各種極端的低溫、高溫、高濕、高鹽、低氣壓、沙塵、輻射等嚴(yán)酷環(huán)境。普通消費(fèi)類電子產(chǎn)品的材料選擇、涂覆標(biāo)準(zhǔn)和加工工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足雷達(dá)裝備的設(shè)計(jì)、制造和使用要求。此外,雷達(dá)裝備種類多、形態(tài)各異、組成復(fù)雜,涉及的色彩、材料和工藝要素更是多種多樣,雷達(dá)的涂裝往往也有其特有的偽裝要求,因此雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)的構(gòu)型設(shè)計(jì)以及CMF上需要充分考慮使用場景和環(huán)境的要求。

3 雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)方法

針對雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)主導(dǎo)性、系統(tǒng)復(fù)雜性、穩(wěn)定延續(xù)性、人機(jī)協(xié)同性和環(huán)境多樣性的技術(shù)特點(diǎn),雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)以先進(jìn)技術(shù)為驅(qū)動,綜合考慮復(fù)雜的設(shè)計(jì)因素和多樣的環(huán)境條件,以用戶的良好體驗(yàn)為核心,提供美觀、可靠、高效的產(chǎn)品系統(tǒng)解決方案。

因此,在雷達(dá)研制的全生命周期(方案擬制、設(shè)計(jì)、制造和維修)中,應(yīng)充分結(jié)合研制周期、性能、成本、資源、環(huán)境等因素,運(yùn)用產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、CMF設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)原理和方法。以表達(dá)技術(shù)為目的,以設(shè)計(jì)內(nèi)容為主體,貫穿整個(gè)產(chǎn)品階段,最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)和設(shè)計(jì)的高度融合。

3.1 產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)

雷達(dá)產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)是提升產(chǎn)品品質(zhì)與核心競爭力的關(guān)鍵因素,貫穿雷達(dá)產(chǎn)品研發(fā)全生命周期的各個(gè)階段。要深入研究雷達(dá)產(chǎn)品形象設(shè)計(jì),首先要緊跟國內(nèi)外雷達(dá)發(fā)展趨勢,融合企業(yè)品牌戰(zhàn)略與企業(yè)文化,形成頂層形象設(shè)計(jì)策略。再針對不同領(lǐng)域、不同平臺雷達(dá)產(chǎn)品,構(gòu)建完善的雷達(dá)產(chǎn)品形象識別體系,體現(xiàn)不同領(lǐng)域雷達(dá)的產(chǎn)品形象特點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)施、驗(yàn)證、評價(jià)與迭代,最終形成各領(lǐng)域外觀設(shè)計(jì)通用規(guī)范與指南,保證產(chǎn)品視覺、品質(zhì)和使用感受的一致性,樹立具有高識別性、高品質(zhì)感的雷達(dá)產(chǎn)品形象,提升企業(yè)的核心競爭力。

以車載雷達(dá)為例。作為地面預(yù)警探測和情報(bào)偵察的核心力量,車載雷達(dá)在瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)場中有著舉足輕重的作用,因而將車載雷達(dá)產(chǎn)品形象定位為“力量、堅(jiān)固、威懾、可靠”。盾牌作為古代防御性武器,外表堅(jiān)固可靠,防御性強(qiáng),在冷兵器時(shí)代大顯神威,其象征意義與車載雷達(dá)的形象定位不謀而合,因此提煉車載雷達(dá)產(chǎn)品語義為“衛(wèi)國重器,國之后盾”。在簡化盾牌造型的基礎(chǔ)上,對其形象元素進(jìn)行提取凝練。提取棱角分明、強(qiáng)勁有力的折線線條作為產(chǎn)品族基因,表達(dá)軍事產(chǎn)品硬朗堅(jiān)實(shí)、具有強(qiáng)大威懾力的特點(diǎn),如圖5所示。

圖5 車載雷達(dá)產(chǎn)品族基因提取

在車載雷達(dá)產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)過程中,注重將車載雷達(dá)產(chǎn)品族基因靈活運(yùn)用到車載雷達(dá)整機(jī)外觀、平臺設(shè)備和通用部件的造型設(shè)計(jì)之中,打造具有獨(dú)特形象識別特點(diǎn)的產(chǎn)品系列。如圖6a)所示,通過貫穿首尾的腰線形態(tài)將相對獨(dú)立的單元聯(lián)系到一起,在增強(qiáng)整體感的同時(shí),使整車更富于力量和韻律。錯(cuò)落有致的腰線造型特征形成了具有強(qiáng)識別度的家族基因。在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中,結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將折線元素作為造型特征拓展運(yùn)用在不同部件設(shè)計(jì)中,在體現(xiàn)整車統(tǒng)一性和整體性的同時(shí),打造出契合家族理念的細(xì)節(jié)識別特征,如圖6b)所示。

圖6 車載雷達(dá)形象識別

3.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì)

在信息化的發(fā)展趨勢下,雷達(dá)需要接收和處理大量的監(jiān)測信息,系統(tǒng)的復(fù)雜程度大幅增加,因此雷達(dá)裝備的操作可靠性、人機(jī)舒適性、設(shè)備維護(hù)性與作戰(zhàn)效能密切相關(guān),雷達(dá)人機(jī)工程設(shè)計(jì)已成為雷達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。根據(jù)雷達(dá)操作人員的使用特點(diǎn),雷達(dá)人機(jī)工程設(shè)計(jì)主要包含雷達(dá)顯控臺工效性和交互設(shè)計(jì)、雷達(dá)艙室內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)和雷達(dá)整機(jī)人機(jī)工程設(shè)計(jì)。

(1)雷達(dá)顯控臺工效性和交互設(shè)計(jì)

雷達(dá)顯控臺作為主要的人機(jī)交互的媒介,是與人的關(guān)系最為密切的雷達(dá)設(shè)備,其人因工程設(shè)計(jì)需從操作性、舒適性、維護(hù)性以及信息結(jié)構(gòu)、視覺顯示等方面著手,通過設(shè)備和界面軟硬件協(xié)同優(yōu)化,以降低操作人員的工作負(fù)荷和疲勞度,提升操作效率和體驗(yàn)舒適性。

對于雷達(dá)顯控臺來說,臺體寬度及深度、臺面高度、容膝空間等工作空間尺寸按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求,已有較為完備的尺寸系列和推薦數(shù)值。而雷達(dá)顯控臺的維修便捷性受限于設(shè)備尺寸的影響,人員進(jìn)行機(jī)箱、插件的維護(hù)操作時(shí)通常處于蹲姿狀態(tài),帶來了極大的工作負(fù)荷和生理疲勞。

圖7為某雷達(dá)顯控臺在維護(hù)性方面進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì),利用基座轉(zhuǎn)動、鍵盤翻轉(zhuǎn)、臺面上翻等設(shè)計(jì),減輕人員維護(hù)時(shí)的生理負(fù)荷,降低雷達(dá)顯控臺故障修復(fù)時(shí)的困難程度,提升對現(xiàn)有功能改進(jìn)的可能性。

圖7 顯控臺維護(hù)性提升設(shè)計(jì)

在雷達(dá)交互操作設(shè)計(jì)方面,提高用戶在使用過程中的流暢性是需要關(guān)注的重點(diǎn)。現(xiàn)有雷達(dá)顯控界面交互一般以鍵鼠交互為主,也存在語音、觸控、手勢等交互方式[16]。如圖8所示,語音用以快速傳達(dá)或接收指令,觸控和手勢相比鍵鼠操作更符合人的生理習(xí)慣。通過多模態(tài)交互協(xié)同操作,可以幫助用戶更快適應(yīng)顯控界面操作,更加方便快捷,提高人機(jī)工效。

圖8 手勢和語音交互[16]

(2)雷達(dá)艙室內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)

雷達(dá)艙室內(nèi)部環(huán)境主要由空間、色彩、材料、燈光、設(shè)備、陳設(shè)等構(gòu)成,因此如何運(yùn)用空間規(guī)劃、色彩分配、防眩光、降噪吸聲等設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)艙室空間、色彩環(huán)境、光照環(huán)境、減振吸聲以及綠色環(huán)保的優(yōu)化是雷達(dá)艙室內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。圖9為某雷達(dá)方艙內(nèi)部環(huán)境,該方艙在空間利用、成型工藝、燈光布局、環(huán)境控制上取得突破,創(chuàng)造性地采用漫光燈帶間接照明、隱藏式出風(fēng)口等設(shè)計(jì)手法,打造了寬敞、明亮、舒適的工作環(huán)境,極大地提升了產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)。

圖9 某雷達(dá)方艙內(nèi)部環(huán)境

(3)雷達(dá)整機(jī)人機(jī)工程設(shè)計(jì)

雷達(dá)整機(jī)人機(jī)工程設(shè)計(jì)更多關(guān)注雷達(dá)架設(shè)和維修過程,以提升過程中的用戶體驗(yàn)為重點(diǎn),使工作系統(tǒng)中“人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)”整體協(xié)調(diào),有利于提高人的工作效績,減少差錯(cuò)、確保安全?？山柚脩趔w驗(yàn)地圖等流程分析工具,通過定位和描述用戶與產(chǎn)品、環(huán)境之間的復(fù)雜交互體驗(yàn)過程,圖形化整個(gè)體驗(yàn)流程、用戶與產(chǎn)品的接觸點(diǎn)和用戶的情感曲線走勢,挖掘產(chǎn)品的設(shè)計(jì)機(jī)會點(diǎn),并為產(chǎn)品的交互設(shè)計(jì)提供新的視角,最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)與用戶需求的綜合平衡。

3.3 CMF設(shè)計(jì)

雷達(dá)裝備制造技術(shù)涉及專業(yè)面廣,技術(shù)門類配套齊全,新材料、新工藝的出現(xiàn)給雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)帶來了更多的選擇性與創(chuàng)造性。雷達(dá)CMF設(shè)計(jì)應(yīng)從典型材質(zhì)、典型生產(chǎn)工藝、典型表面處理工藝出發(fā),以更好的產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)為目標(biāo),綜合考慮成本、周期、性能,在運(yùn)用新材料、新工藝的過程中穩(wěn)中求進(jìn)、充分驗(yàn)證,以提供最可靠的雷達(dá)整體CMF解決方案。雷達(dá)CMF設(shè)計(jì)主要包含以下三個(gè)方面:

(1)典型材質(zhì)

工業(yè)設(shè)計(jì)中,材料表示產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中使用的客觀存在的物質(zhì),工業(yè)表示由材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的整個(gè)過程。隨著大量的現(xiàn)代新型材料被研究開發(fā)出來,雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)中的造型設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)和加工工藝等設(shè)計(jì)內(nèi)容與材料的聯(lián)系更加緊密。如圖10a)所示,金屬材料在雷達(dá)產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越趨于多樣化,高強(qiáng)高韌材料、輕量化材料及部分具有特殊性能的功能金屬材料已有廣泛應(yīng)用。如圖10b)所示,為滿足雷達(dá)產(chǎn)品的透波性、高強(qiáng)度、低密度、耐沖擊性等性能,先進(jìn)復(fù)合材料在軍用電子裝備領(lǐng)域的應(yīng)用比例和范圍逐漸拓寬,有效提升了產(chǎn)品的綜合性能。

圖10 雷達(dá)產(chǎn)品典型材質(zhì)

(2)生產(chǎn)工藝

雷達(dá)裝備的制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子探測、通訊導(dǎo)航、電子對抗、指揮控制和數(shù)據(jù)鏈等系統(tǒng)及裝備制造的關(guān)鍵技術(shù),其重點(diǎn)在于“電、器、精、調(diào)、表”。電氣互聯(lián)技術(shù)是核心,元器件制造是電子機(jī)械裝備制造技術(shù)的基礎(chǔ),精密加工技術(shù)是支撐,裝配調(diào)試技術(shù)是保證,表面工程技術(shù)是保障。

雷達(dá)裝備從大中型的“天線陣面類構(gòu)件、天線座類構(gòu)件、承載平臺”,到中小精密的“高頻元件、鉸鏈類構(gòu)件、高效冷卻構(gòu)件、伺服傳動構(gòu)件、電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件”等,幾乎應(yīng)用了所有常規(guī)的加工成型方法。同時(shí),隨著新材料和新技術(shù)的發(fā)展,增材制造、虛擬制造、智能制造、微系統(tǒng)制造等前沿顛覆性技術(shù)和核心系統(tǒng)性技術(shù)應(yīng)用也發(fā)展迅猛。

(3)表面處理工藝

雷達(dá)裝備經(jīng)受的腐蝕環(huán)境較為復(fù)雜,極易受到鹽霧、濕熱、太陽輻射等腐蝕因素的影響[18]。電子裝備自身還將引入微波、電磁輻射及熱等因素,多種腐蝕因素的交互作用使得雷達(dá)絕大部分構(gòu)件需要通過有針對性的表面處理技術(shù)提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。此外,還可以通過表面處理改善產(chǎn)品表面的色彩、亮度和肌理等視覺和觸覺效果,并賦予基材導(dǎo)電、疏水和潤滑等特殊功能。

4 結(jié)束語

雷達(dá)工業(yè)自誕生起已有近百年的歷史,我國工業(yè)設(shè)計(jì)從誕生到發(fā)展也有40余年,工業(yè)設(shè)計(jì)作為跨學(xué)科專業(yè),將技術(shù)、設(shè)計(jì)及應(yīng)用場景(用戶)緊密聯(lián)系在一起,提供策略性的問題解決方案。對于以技術(shù)創(chuàng)新為主導(dǎo)的雷達(dá)裝備研制,以工業(yè)設(shè)計(jì)為依托的設(shè)計(jì)創(chuàng)新也正逐漸展示出不可替代的作用,對于引領(lǐng)技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新、優(yōu)化性能與成本以及提升裝備品牌價(jià)值有著重要的意義。

隨著新材料、新技術(shù)以及新工藝的不斷進(jìn)步,在未來雷達(dá)產(chǎn)品的研制中,需通過進(jìn)一步加強(qiáng)對工業(yè)設(shè)計(jì)理論與技術(shù)的應(yīng)用研究,將產(chǎn)品形象設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、CMF設(shè)計(jì)等完全融入到裝備研發(fā)過程,并開展雷達(dá)工業(yè)設(shè)計(jì)水平評價(jià)體系的研究,有力服務(wù)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新,提高雷達(dá)裝備的用戶體驗(yàn)和整體工業(yè)設(shè)計(jì)水平。