工控機(jī)箱統(tǒng)型設(shè)計(jì)研究

童立超

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 河北石家莊 050081)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代人類越來(lái)越重視產(chǎn)品的質(zhì)量和含義。人們追求造型優(yōu)美、質(zhì)量上乘、人機(jī)關(guān)系良好的產(chǎn)品。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的背景下，企業(yè)目前亟待解決的重要性問題主要涉及要保證產(chǎn)品的外形連貫，同時(shí)提高其技術(shù)升級(jí)，或者保證擁有不同功能的產(chǎn)品在形態(tài)上具有統(tǒng)一性。工業(yè)設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新，從使用方式、材料、生產(chǎn)、組裝、用戶體驗(yàn)層面、服務(wù)方式、外觀等多個(gè)方面不斷求創(chuàng)新，并更好地為人服務(wù)，達(dá)到企業(yè)與市場(chǎng)的統(tǒng)一。具體來(lái)說，企業(yè)首先需要了解市場(chǎng)的實(shí)際需求，對(duì)產(chǎn)品實(shí)施生產(chǎn)以及技術(shù)升級(jí)。其次，要結(jié)合市場(chǎng)信息，對(duì)企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。提高設(shè)計(jì)能力與技巧，可增強(qiáng)企業(yè)的信譽(yù)，提高企業(yè)活力，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。產(chǎn)品系列化能夠有效整合產(chǎn)品，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可增強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新能力。企業(yè)需要認(rèn)真調(diào)研同一類型產(chǎn)品在市場(chǎng)方面的研發(fā)與銷售的實(shí)際情況，并結(jié)合自身企業(yè)的技術(shù)以及工藝從各個(gè)方面進(jìn)行研究，從而提高產(chǎn)品的性能、外觀造型，使其尺寸結(jié)構(gòu)較為合理?？傮w來(lái)說，利用產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)可以規(guī)范產(chǎn)品規(guī)格混亂的現(xiàn)象，同時(shí)也對(duì)產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)起到有效規(guī)劃的作用。對(duì)于企業(yè)來(lái)說，上述內(nèi)容不僅可以保證滿足消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的不同類、層級(jí)等多樣性的要求，也可提高企業(yè)自身管理水平，推動(dòng)高新技術(shù)的發(fā)展，使企業(yè)適合市場(chǎng)發(fā)展需求，不斷增強(qiáng)其規(guī)模。

1 工控機(jī)箱的產(chǎn)品屬性與設(shè)計(jì)要求

1.1 產(chǎn)品屬性

在條件惡劣的環(huán)境中，我們通常使用工控機(jī)箱實(shí)施操作，例如在擁有較多灰塵以及噪音的工作環(huán)境中。工控機(jī)箱的主板主要涉及底板以及CPU卡。該產(chǎn)品具有一定抗輻射能力、抗灰塵能力，具有良好的抗腐蝕性以及抗振動(dòng)性能，同時(shí)還具備一定的抗擠壓能力。因此，被廣泛用在環(huán)境較為惡劣的工作場(chǎng)合，例如：廣泛應(yīng)用在航海領(lǐng)域、化工電廠領(lǐng)域、地下作業(yè)、礦廠等各種環(huán)境下工作。工控機(jī)箱在散熱方面，性能也比較優(yōu)良，具有較好的可擴(kuò)展性，穩(wěn)定性能好較，因此，也被廣泛地應(yīng)用在電視臺(tái)、廣播電臺(tái)、軍隊(duì)等多種領(lǐng)域中[1]。

工控機(jī)箱的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格高度單位為U，一般常規(guī)的有1U、2U、3U、4U等[2]。

隨著科研模式由項(xiàng)目研制向產(chǎn)品研制的逐漸過渡，以技術(shù)平臺(tái)和產(chǎn)品平臺(tái)為核心的發(fā)展思路逐漸樹立。作為產(chǎn)品平臺(tái)組成部分的工業(yè)設(shè)計(jì)，其重要性也逐漸浮現(xiàn)出來(lái)。工業(yè)設(shè)計(jì)既包括對(duì)產(chǎn)品的色彩、造型等方面的表達(dá)，也包括人機(jī)工程等更深入的應(yīng)用。產(chǎn)品一旦賦予了工業(yè)設(shè)計(jì)的力量，就會(huì)插上競(jìng)爭(zhēng)力的翅膀：合理的色彩搭配、精美的產(chǎn)品造型、友好便捷的人機(jī)交互都會(huì)讓用戶對(duì)產(chǎn)品留下深刻的印象，可以說工業(yè)設(shè)計(jì)將會(huì)成為產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。

1.2 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)機(jī)箱的常用類型，初步?jīng)Q定對(duì)1U～6U的機(jī)箱進(jìn)行外形尺寸的系列化設(shè)計(jì)?；鞠盗惺菍挾炔捎靡粋€(gè)尺寸，深度采用兩個(gè)尺寸。如果基本尺寸部門滿足要求，還有一個(gè)擴(kuò)展系列供選用。擴(kuò)展系列只是深度增加，寬度和基本系列保持一致[3]。

通用機(jī)箱的工業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)鈑金和銑制拼接式機(jī)箱的外形進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)，主要包括前面板、把手、蓋板和側(cè)面的造型設(shè)計(jì)。機(jī)箱工業(yè)設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)重要內(nèi)容是機(jī)箱內(nèi)部的線束和零部件的固定方式的研究。這主要涉及人機(jī)工程的范圍，主要目的是結(jié)構(gòu)形式如何便于后續(xù)的整機(jī)裝配，例如螺釘選用組合螺釘，再如壓鉚在底板上固定板卡和部件的螺柱要選用內(nèi)螺紋的，而不是外螺紋的，等等。

其中，機(jī)箱和包裝箱的工業(yè)設(shè)計(jì)，不是針對(duì)某一兩種機(jī)箱進(jìn)行的特定工業(yè)設(shè)計(jì)，而是對(duì)通用機(jī)箱進(jìn)行的家族式工業(yè)設(shè)計(jì)，也就是對(duì)通用機(jī)箱的造型和色彩等各個(gè)方面提出工業(yè)設(shè)計(jì)的要求使其具備典型特征，這些典型特征要通過樣機(jī)來(lái)進(jìn)行展示。有了這些工業(yè)設(shè)計(jì)要求后，具體的機(jī)箱設(shè)計(jì)可以參照?qǐng)?zhí)行，使其具備統(tǒng)一的風(fēng)格[4]。

2 工控機(jī)箱統(tǒng)型設(shè)計(jì)原則

機(jī)箱工業(yè)設(shè)計(jì)的原則是：造型簡(jiǎn)潔、大方、有設(shè)計(jì)感；色彩穩(wěn)重、搭配協(xié)調(diào)；人機(jī)工程方面要方便用戶使用。

通用機(jī)箱外形尺寸的設(shè)計(jì)原則是：在現(xiàn)有各機(jī)箱常用尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納整理，選出常用的外形尺寸，形成系列。通用機(jī)箱外形尺寸的設(shè)計(jì)原則是：在現(xiàn)有各機(jī)箱常用尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納整理，選出常用的外形尺寸形成系列。

機(jī)箱通用件的設(shè)計(jì)原則是：對(duì)常用零部件進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，使其成為系列，并能夠適用于不同項(xiàng)目的機(jī)箱，設(shè)計(jì)師直接選用，不再單獨(dú)設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)箱內(nèi)常用零部件的情況，主要針對(duì)把手、蓋板、接地柱、掛軸、松不脫大同螺釘、支柱等常用零部件進(jìn)行通用化、系列化的設(shè)計(jì)，形成系列貨架產(chǎn)品，方便設(shè)計(jì)師直接選用[5]。

包裝箱的設(shè)計(jì)原則是：結(jié)合通用機(jī)箱的系列化尺寸，并只針對(duì)常用的紙質(zhì)包裝箱和木質(zhì)包裝箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。包裝箱的圖案要簡(jiǎn)潔大方，并能突出體現(xiàn)企業(yè)形象。

國(guó)內(nèi)關(guān)于工業(yè)設(shè)計(jì)的理論研究也在不斷地深入，其中清華大學(xué)柳冠中教授認(rèn)為，“有目的的造型”是設(shè)計(jì)者必須恪守的原則?！霸O(shè)計(jì)”將更多以整合性、集成性的概念加以定義?！霸O(shè)計(jì)不僅僅是生意，而還應(yīng)為人類可持續(xù)生存繁衍擔(dān)當(dāng)?！币小胺?wù)設(shè)計(jì)”的思維，既要發(fā)揮“服務(wù)設(shè)計(jì)”是創(chuàng)造和拉動(dòng)中國(guó)市場(chǎng)和社會(huì)進(jìn)步的新的強(qiáng)大力量，也要運(yùn)用“服務(wù)設(shè)計(jì)”是聯(lián)合現(xiàn)代科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)共創(chuàng)共贏的新的有力工具，還要將服務(wù)設(shè)計(jì)作為中國(guó)乃至世界文化和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新的活力[6]。

3 工控機(jī)箱統(tǒng)型設(shè)計(jì)分析

3.1 綠色化

21世紀(jì)，我們正處于世界百年未有之大變局的大背景下，全球面臨著眾多亟待解決的問題。新時(shí)代我國(guó)社會(huì)主要矛盾已經(jīng)變成人民日益增長(zhǎng)的美好生活需求同發(fā)展不平衡、不充分之間的矛盾，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展成為全球下一階段的重要課題?？沙掷m(xù)發(fā)展就是要使社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、生態(tài)環(huán)境、資源等各方面共同發(fā)展，要既能夠滿足現(xiàn)代人的實(shí)際需求，同時(shí)也給后代留下充足的發(fā)展空間。實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，既要提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也要保護(hù)人類賴以生存的大氣、水資源、土地資源、森林資源、海洋資源、淡水資源等各種自然資源，保證資源的可持續(xù)利用，能夠?yàn)楹蟠峁┯览m(xù)發(fā)展的空間。因此，在現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)過程中，我們也應(yīng)著重突出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提倡綠色設(shè)計(jì)、環(huán)保設(shè)計(jì)、健康設(shè)計(jì)、適度設(shè)計(jì)的原則。

所以，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，綠色設(shè)計(jì)不僅僅表現(xiàn)在綠色材料的選擇，回收利用，還包括加工工序是否符合要求、包裝是否浪費(fèi)、材料是否被完全利用。產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)上就需要加入這些方面的思考。例如：通過小面積的削銑量來(lái)展示產(chǎn)品造型，減少不必要的加工成品和材料成本就是體現(xiàn)綠色化設(shè)計(jì)理念的方式。

3.2 人性化

產(chǎn)品終究是服務(wù)于人，所以“以人為本”的設(shè)計(jì)是不可缺少的設(shè)計(jì)理念。好的設(shè)計(jì)應(yīng)該有兩個(gè)重要特征：可視性及易懂性。也就是說，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中不僅僅要滿足工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，同時(shí)，還需要格外注重消費(fèi)者的整體體驗(yàn)，要保證產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中能夠提高人機(jī)互動(dòng)的質(zhì)量，同時(shí)也要做到形式美。我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)過程中，要遵循以人為本的設(shè)計(jì)理念，有效面對(duì)市場(chǎng)帶來(lái)的壓力以及挑戰(zhàn)，企業(yè)需著重分析用戶的實(shí)際需求、用戶的消費(fèi)能力、用戶采取的行為方式。之后，保證采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以期最大程度滿足消費(fèi)者的實(shí)際需求、消費(fèi)者的消費(fèi)能力以及消費(fèi)者的行為方式。

3.3 交互設(shè)計(jì)體現(xiàn)人與產(chǎn)品的聯(lián)系

交互設(shè)計(jì)主要是以用戶為中心，結(jié)合用戶的實(shí)際需求，注重用戶的行為以及過程，在此設(shè)計(jì)過程中，主要強(qiáng)調(diào)過程性思考，涉及手段主要采用流程圖與狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖以及故事板。最重要的是了解軟件與硬件原型實(shí)現(xiàn)的評(píng)估技術(shù)與技巧方式。

交互設(shè)計(jì)在于定義人造物的行為方式（the“interaction”，即人工制品在特定場(chǎng)景下的反應(yīng)方式）相關(guān)的界面。交互設(shè)計(jì)作為一門關(guān)注交互體驗(yàn)的新學(xué)科在20世紀(jì)80年代產(chǎn)生了，它由IDEO的一位創(chuàng)始人比爾·摩格理吉（Bill Moggridge）在1984年一次設(shè)計(jì)會(huì)議上提出，他一開始給它命名為“軟面（Soft Face）”，由于這個(gè)名字容易讓人想起和當(dāng)時(shí)流行的玩具“椰菜娃娃（Cabbage Patch doll）”，他后來(lái)把它更名為“Interaction Design”，即交互設(shè)計(jì)。

綜合來(lái)看，未來(lái)工業(yè)產(chǎn)品的交互設(shè)計(jì)會(huì)與人們的日常生活息息相關(guān)，信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)可以為其提供技術(shù)支撐，傳感器、微型處理器在產(chǎn)品中的實(shí)際使用，可以在一定程度上提高交互設(shè)計(jì)的智能化水平，提高其響應(yīng)速度，使工業(yè)產(chǎn)品更加智能，朝著人性化方向發(fā)展。另外，智能化交互產(chǎn)品在未來(lái)的發(fā)展方向中，可以以解讀人的行為、交互意圖以及習(xí)慣，可使其做到精準(zhǔn)的預(yù)判。在未來(lái)，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須將人性化交互放在首要位置進(jìn)行創(chuàng)新，使其能夠?yàn)槿嗣穹?wù)，符合人們的實(shí)際需求，從多視角寬領(lǐng)域分析人的需求與生活習(xí)慣，在發(fā)展中使其能夠滿足人的多元化需求，保證人文、產(chǎn)品與科技有效融合。

4 工控機(jī)箱統(tǒng)型設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 市場(chǎng)調(diào)研

項(xiàng)目前期進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，一方面通過對(duì)所內(nèi)各部門走訪調(diào)研、研究討論，了解到各部門的機(jī)箱外觀風(fēng)格特征和對(duì)機(jī)箱的具體使用要求，找到設(shè)計(jì)切入點(diǎn)；另一方面，針對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種品牌、各個(gè)類型的機(jī)箱產(chǎn)品的外觀特征，進(jìn)行了研究分類?？偨Y(jié)到所內(nèi)機(jī)箱的部分問題：面板排布、產(chǎn)品顏色等無(wú)法形成統(tǒng)一化的表現(xiàn)；對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上的調(diào)研了解結(jié)合目前的項(xiàng)目情況，定制了針對(duì)機(jī)箱外觀設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路：整體外觀簡(jiǎn)潔，要有一定規(guī)范化的面板排布規(guī)則，有代表性的元素符號(hào)形成統(tǒng)一化體現(xiàn)，配色的整體表達(dá)符合現(xiàn)在市場(chǎng)的審美習(xí)慣。

4.2 頭腦風(fēng)暴

通過對(duì)實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀的產(chǎn)品往往是設(shè)計(jì)師將自身情感直接表現(xiàn)到產(chǎn)品中，而用戶則是在使用產(chǎn)品過程中去感受設(shè)計(jì)師所傳達(dá)到這種情感，即設(shè)計(jì)師要通過產(chǎn)品與消費(fèi)者之間進(jìn)行對(duì)話，讓用戶通過產(chǎn)品獲得某種特定的情感體驗(yàn)，對(duì)于這種設(shè)計(jì)的需求已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。

注重在機(jī)箱的設(shè)計(jì)中融入有意義的表達(dá)，關(guān)注產(chǎn)品本身的意義價(jià)值，設(shè)計(jì)出讓用戶擁有完美體驗(yàn)的機(jī)箱。對(duì)于該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究，將功能與造型相結(jié)合，符合人對(duì)工控機(jī)箱的需求，讓人在使用產(chǎn)品時(shí)更便捷。所以，從產(chǎn)品的統(tǒng)一化元素符號(hào)找到突破點(diǎn)：尋找與機(jī)箱有關(guān)的詞語(yǔ)，進(jìn)行思維發(fā)散，再將詞語(yǔ)轉(zhuǎn)化為圖案造型，這樣一個(gè)富有語(yǔ)意表達(dá)的工控機(jī)箱，更符合現(xiàn)代人類的需求。

4.3 草圖繪制

草圖階段就是初始化表達(dá)設(shè)計(jì)或者形體概念的階段，充滿了可以繼續(xù)推敲的可能性和不確定性，但是應(yīng)該能夠表達(dá)初期的意向和概念。針對(duì)發(fā)散思維，總結(jié)挑選，將詞語(yǔ)轉(zhuǎn)化為初步草圖表現(xiàn)，在這一階段是表現(xiàn)設(shè)計(jì)價(jià)值最重要的一步，草圖階段需要考慮到產(chǎn)品的尺寸約束、加工需求、創(chuàng)意表達(dá)等。具體如圖1所示。

圖1 草圖繪制

4.4 建模表現(xiàn)

三維建模就是建立模型，就是為了理解事物而對(duì)事物做出的一種抽象，是對(duì)事物的一種無(wú)歧義的書面描述。建立系統(tǒng)模型的過程，又稱模型化。建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模。

基于設(shè)計(jì)師對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)的產(chǎn)品造型把控，把繪制的草圖造型篩選修改，確定了外觀方案并將方案用直觀的方式表達(dá)出來(lái)。

設(shè)計(jì)說明：靈感來(lái)源于電路板布線，從中提煉出直線、短線和折線這3 根線?！叭笔且粋€(gè)量詞，通常用來(lái)表達(dá)多，這里利用直線和折線來(lái)表達(dá)通信信號(hào)的傳輸，上下中心對(duì)稱的方式也表達(dá)相互傳輸?shù)囊粋€(gè)寓意。四角做倒角，體現(xiàn)穩(wěn)固的感覺，表達(dá)出產(chǎn)品獨(dú)特的力量。

圖2是工控機(jī)箱設(shè)計(jì)圖。

圖2 工控機(jī)箱設(shè)計(jì)圖

4.5 產(chǎn)品模塊化、系列化表現(xiàn)

模塊化設(shè)計(jì)首先需要對(duì)不同功能、不同規(guī)格的產(chǎn)品實(shí)施功能分析，其次需進(jìn)行劃分與設(shè)計(jì)功能模塊在此過程中，可以利用模塊的不同選擇以及不同組合，構(gòu)建出新的產(chǎn)品以此來(lái)解決市場(chǎng)的不同需求。首先，模塊化設(shè)計(jì)的功能單元式模塊具備一定的獨(dú)立性，也就是說可以對(duì)模塊實(shí)施獨(dú)立的設(shè)計(jì)，修改儲(chǔ)存、調(diào)試、制造等各種功能，這也有利于不同企業(yè)開展不同的生產(chǎn)。其次，它具有一定的互換性，因?yàn)榻涌诓糠值某叽?、結(jié)構(gòu)、參數(shù)等各方面的標(biāo)準(zhǔn)化，可使其實(shí)現(xiàn)比較容易的互換，以期保證滿足不同產(chǎn)品的實(shí)際需求。最后，還具有一定的通用性，可實(shí)現(xiàn)不同系列產(chǎn)品之間的模塊通用。通過將產(chǎn)品各部件分開來(lái)，模塊化處理，更加方便維修更換，節(jié)省了大量的產(chǎn)品成本和維修成本。

此方案通過幾條等寬線條的造型組合，一方面符合產(chǎn)品簡(jiǎn)潔大方的設(shè)計(jì)要求，另一方面也降低了加工成品。提煉電路板的布線線路，表達(dá)通信的語(yǔ)意，也符合工控機(jī)箱的產(chǎn)品屬性。中間大面積的留白，也可以適配各部門的安裝需求，具有較強(qiáng)的兼容性，并進(jìn)行統(tǒng)一化表達(dá)，具體情況如圖3所示。

圖3 工控機(jī)箱系列設(shè)計(jì)圖

5 結(jié)論

針對(duì)工控機(jī)箱外觀設(shè)計(jì)，造型簡(jiǎn)潔、大方，還包括融合人機(jī)工程的原理，使產(chǎn)品不僅在外觀上可以做到最優(yōu)也極大程度地方便用戶使用，文章提供了一套設(shè)計(jì)方案，使其具備統(tǒng)一的風(fēng)格。主要表現(xiàn)在：（1）產(chǎn)品外觀整體風(fēng)格統(tǒng)一，造型元素保持一致，均使用線條的設(shè)計(jì)元素。（2）統(tǒng)型規(guī)劃面板排布：面板設(shè)計(jì)基于人機(jī)尺寸、人體視覺習(xí)慣和使用過程等方面，統(tǒng)一將設(shè)備名稱置于左上方便查看；產(chǎn)品LOGO置于右下；屏幕置于正中部分統(tǒng)一視覺中心；將按鍵置于右側(cè)符合人體操作習(xí)慣；指示燈和開關(guān)鍵位于左側(cè)一上一下；方便上柜時(shí)多個(gè)機(jī)箱統(tǒng)一打開、關(guān)閉；將開關(guān)部分和屏幕按鍵部分左右分開，區(qū)域劃分明確，防止誤操作。（3）綜合考慮了產(chǎn)品的外觀風(fēng)格、使用環(huán)境、流行趨勢(shì)、行業(yè)特點(diǎn)等，產(chǎn)品顏色選擇了經(jīng)典黑。