電動工具工業(yè)設計要素分析與研究

李剛，果霖，徐人平

（ 1.昆明理工大學，云南 昆明 650504；2.云南農(nóng)業(yè)大學，云南 昆明 650201 ）

0 引言

工業(yè)設計的內(nèi)涵和外延隨著時代的發(fā)展不斷進行變化，根據(jù)2015 年國際設計組織（WDO）的最新定義，工業(yè)設計旨在引導創(chuàng)新、促發(fā)商業(yè)成功及提供更高質(zhì)量的生活，是一種將策略性解決問題的過程應用于產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務及體驗的設計活動[1]。作為跨學科的專業(yè)，將創(chuàng)新、技術(shù)、商業(yè)、研究及消費者緊密聯(lián)系在一起，共同進行創(chuàng)造性活動，提供新的價值以及競爭優(yōu)勢。

電動工具作為具有復雜性、批量化特性的工業(yè)產(chǎn)品，幾乎包含了所有工業(yè)設計的定義內(nèi)容。因此，電動工具工業(yè)設計的設計要素需要從綜合方面進行考慮。

1 概述

傳統(tǒng)觀點認為工業(yè)設計僅僅是外觀設計、色彩設計等表面化內(nèi)容，隨著設計環(huán)境、設計對象和創(chuàng)新模式的改變，產(chǎn)品的工業(yè)設計內(nèi)涵迅速發(fā)生改變。德國政府2011 年發(fā)布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中明確提出，設計是工業(yè)4.0戰(zhàn)略中形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成。美國白宮科技政策辦公廳2013 年發(fā)布的《用工業(yè)設計支撐美國制造》提出，工業(yè)設計處于制造業(yè)創(chuàng)新的中心，工業(yè)通過融合設計、商業(yè)、工程來設計和改進產(chǎn)品與系統(tǒng)，強調(diào)創(chuàng)新設計對整合創(chuàng)新的重要性[2-6]。

2 研究范疇

電動工具工業(yè)設計的研究范疇，如圖1 所示。包括：體現(xiàn)產(chǎn)品文化特性的設計；針對生活方式或使用場景的設計和定義；體現(xiàn)產(chǎn)品人性化的設計；滿足使用者需求的技術(shù)性創(chuàng)造勞動；與產(chǎn)業(yè)鏈、知識供應鏈緊密結(jié)合的設計；滿足可持續(xù)性發(fā)展的設計；針對電動工具產(chǎn)品進行的創(chuàng)新性設計。

圖1 電動工具工業(yè)設計研究范疇

2.1 產(chǎn)品基因

產(chǎn)品基因（Product Gene，PG）是產(chǎn)品創(chuàng)新設計的研究熱點，文獻[7]在生物個體與機械產(chǎn)品類比的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品基因細分為進化基因、概念基因和具體基因；文獻[8]認為產(chǎn)品基因是參照生物基因提出的關(guān)于機械產(chǎn)品遺傳信息的概念，產(chǎn)品基因工程是生物基因工程思想在機械領(lǐng)域的應用；文獻[9]研究了產(chǎn)品功能原理層的設計方法，提出結(jié)合產(chǎn)品基因相關(guān)概念與物理學中物理信息的表達與推理過程，推導了基于物理推理的產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建過程，探討基于產(chǎn)品基因與物理表達的設計模型；文獻[10-13]分析了不同的演化原理和模型，包括分解重構(gòu)和適應性設計等方式。

結(jié)合電動工具設計特點，在前述文獻研究基礎(chǔ)上分析電動工具產(chǎn)品基因結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 電動工具工業(yè)設計產(chǎn)品基因結(jié)構(gòu)圖

1）原始創(chuàng)新（初始設計基因）構(gòu)建

電動工具設計的初始基因也稱原始基因，是區(qū)分不同品牌的重要標識，不僅體現(xiàn)了產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)歸屬，也影響著企業(yè)產(chǎn)品族的構(gòu)建和未來發(fā)展方向。以某款交流電動扳手為例，部分產(chǎn)品基因如圖3 所示。

圖3 某款交流電動扳手部分產(chǎn)品基因

2）符號語義特征

設計是技術(shù)與文化的融合，電動工具的符號語義表明，在與電動工具產(chǎn)品語言交流中，人們通過設計產(chǎn)品的造型、色彩和質(zhì)感來理解產(chǎn)品。因此，將設計意圖體現(xiàn)在產(chǎn)品中，促使該產(chǎn)品的功能、特點和操作方法得到清晰表達。

3）產(chǎn)品族構(gòu)建

電動工具產(chǎn)品族建立在設計基因完備的前提下，通常認為三款以上同一產(chǎn)品基因的產(chǎn)品構(gòu)成產(chǎn)品族系列化。

4）演化（變異）特征

電動工具產(chǎn)品設計基因的演化特征通過設計基因重組、設計基因突變和設計基因優(yōu)勝劣汰等方式表現(xiàn)。

5）延續(xù)性（遺傳性）特征

電動工具的產(chǎn)品基因至少延續(xù)兩代產(chǎn)品，其中一些設計基因隨著技術(shù)發(fā)展和需求的改變持續(xù)存在，而另一些產(chǎn)品基因暫時消失或長期消失。

6）自組織性特征

自組織描述復雜系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)形成過程，系統(tǒng)自組織功能愈強，其保持和產(chǎn)生新功能的能力也就愈強。電動工具工業(yè)設計自組織性是不斷創(chuàng)新的重要特點之一。

7）非線性特征

一個系統(tǒng)，如果其輸出不與其輸入成正比，則是非線性的。電動工具工業(yè)設計的非線性特征是電動工具設計多樣化的形成方式。

8）多次迭代特征

電動工具工業(yè)設計多次迭代特征表明系統(tǒng)的創(chuàng)新不斷演化，持續(xù)反饋并動態(tài)調(diào)整。

2.2 安全性

電動工具的安全性是設計中優(yōu)先考慮因素。文獻[14]認為影響產(chǎn)品設計的安全因素包括功能因素和造型方面；文獻[15]提出用層次分析法確定各指標權(quán)重的安全性評價方法，以提高產(chǎn)品設計中的安全性；文獻[16]匯總介紹了定性風險評價和定量風險評價。因此，電動工具工業(yè)設計安全性，需要考慮以下因素：

1）心理安全

主要表現(xiàn)在操作者使用電動工具時的心理感受，避免產(chǎn)生不穩(wěn)定、不安全的心理感受。

2）安全標識

包括警告信息、操作指示信息、材料可靠性和應當標注的信息等。

3）功能安全

包括電動工具產(chǎn)品設計語義簡潔清晰，各個功能部件信息傳達明確，體現(xiàn)功能的作用。

4）材料安全

電動工具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝和材料應當進行適配設計。選用不同材料進行組合設計時，應考慮材料的適配性，主動消除安全隱患。

同時，結(jié)合視覺安全、結(jié)構(gòu)安全、工藝安全、裝配安全、運輸安全、文化與傳播安全等諸多因素綜合考慮。電動工具工業(yè)設計安全性框架圖，如圖4 所示。

圖4 電動工具工業(yè)設計安全性框架圖

2.3 美學

電動工具工業(yè)設計美學是產(chǎn)品設計質(zhì)量的核心要素之一，是企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)水平的體現(xiàn)。在很大程度上，也是企業(yè)綜合實力、活力和發(fā)展前景的體現(xiàn)。

電動工具工業(yè)設計美學主要包含：設計時代特征、當代審美觀、設計數(shù)學特征、色彩特征、色彩禁忌與合理性特征。

設計語義體現(xiàn)電動工具的設計內(nèi)涵，是體現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)屬性的重要保證；造型體現(xiàn)電動工具產(chǎn)品的設計符合當代審美觀，有典型的、鮮明的設計語言。色彩特征和色彩禁忌應當符合文獻[18]的相關(guān)標準，設計中盡量避免使用傳統(tǒng)風俗、文化中的禁忌顏色，規(guī)避宗教、民族、團體等的相關(guān)禁忌[19]。

電動工具工業(yè)設計美學內(nèi)容框架圖，如圖5 所示。

圖5 電動工具工業(yè)設計美學內(nèi)容框架圖

2.4 人機工程

電動工具工業(yè)設計人機工程是產(chǎn)品運輸、放置、使用和安全性的重要基礎(chǔ)，主要解決“人—機—環(huán)境”的相互匹配和協(xié)調(diào)問題[20]。其中，產(chǎn)品的設計及操作應當符合大部分人群的認知和使用習慣，產(chǎn)品的使用不應受到操作者認知水平和使用經(jīng)驗的限制。電動工具工業(yè)設計人機工程學主要包含以下內(nèi)容：人機參數(shù)與人體姿勢；人機操縱裝置設計；人機系統(tǒng)與交互設計；可穿戴設備設計；智能電動工具規(guī)劃設計。

電動工具工業(yè)設計人機工程內(nèi)容框架圖，如圖6 所示。

圖6 電動工具工業(yè)設計人機工程內(nèi)容框架圖

2.5 可持續(xù)性設計

電動工具工業(yè)設計的可持續(xù)性設計概念與綠色設計概念存在緊密聯(lián)系[21]。綠色設計的電動工具產(chǎn)品體現(xiàn)在節(jié)約能源、保護環(huán)境、以人為本等概念，從設計到生產(chǎn)直至廢棄，貫穿綠色理念。因此，包含環(huán)境可持續(xù)性（制造和回收利用）、經(jīng)濟可持續(xù)性（知識產(chǎn)權(quán)）、社會可持續(xù)性（產(chǎn)品對社會影響）等方面。

3 結(jié)語

電動工具作為傳統(tǒng)制造業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品之一，量大且面廣。作為全球最大的電動工具制造國和出口國，推動電動工具行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展是相關(guān)人士群策群力的奮斗方向。本文分析電動工具典型設計特征，在符合行業(yè)基本規(guī)律和設計原則基礎(chǔ)上，探討電動工具工業(yè)設計所需要的設計要素，為電動工具工業(yè)設計評價標準和設計導則理論體系構(gòu)建提供一定的基礎(chǔ)。