電力自動化裝置的工業(yè)造型設(shè)計

俞春林，杭仁蘋，陳福鋒

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210032； 2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，南京 211153)

電力自動化裝置的工業(yè)造型設(shè)計

俞春林1,2，杭仁蘋1,2，陳福鋒1,2

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210032； 2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，南京 211153)

闡述了電力自動化裝置進(jìn)行工業(yè)造型設(shè)計的必要性，針對該類產(chǎn)品應(yīng)用形式的多樣化，提出了基于公司品牌戰(zhàn)略的產(chǎn)品外觀基因(DNA)設(shè)計方法。介紹了常規(guī)及就地化電力自動化裝置工業(yè)造型設(shè)計的流程，開展針對性的需求分析，將整體外觀分割成多個要素，從多個維度解析各獨立要素的特征及要素間的聯(lián)結(jié)方式，歸納出適合于電力系統(tǒng)自動化裝置特點的產(chǎn)品風(fēng)格,并在此基礎(chǔ)上開展符合生理審美和人機工程的研究與設(shè)計。

電力自動化裝置；工業(yè)造型設(shè)計；產(chǎn)品族；外觀基因；人機工程；就地化

1 電力自動化裝置工業(yè)造型設(shè)計的必要性

電力自動化裝置是維系電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要設(shè)備。這些設(shè)備大多安裝在變電站控制室、二次設(shè)備艙內(nèi)或直接就地安裝[1]，設(shè)備支持本地及遠(yuǎn)方控制，用戶可根據(jù)相應(yīng)權(quán)限通過裝置界面或后臺控制系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)、定值設(shè)置、信息復(fù)位、數(shù)據(jù)存取等操作[2]。目前，很多公司在產(chǎn)品開發(fā)階段僅注重產(chǎn)品電氣功能及性能，而忽略了裝置呈現(xiàn)的外在特征，部分裝置的人機界面設(shè)計背離人體工學(xué)，導(dǎo)致操作人員存在明顯的不適感。因此，在裝置開發(fā)階段就需引入工業(yè)造型設(shè)計，以提高產(chǎn)品的整體水平。科技被視作是第1次競爭，而產(chǎn)品的工業(yè)造型設(shè)計則是第2次競爭，目前的趨勢是兩次競爭的時間間隔越來越短，很多大型跨國公司在市場長遠(yuǎn)戰(zhàn)略下將功能設(shè)計和工業(yè)設(shè)計并行開發(fā)，產(chǎn)品推出時，已經(jīng)在應(yīng)用形式和產(chǎn)品外觀上十分成熟了。圖1a為ABB公司的某系列低壓保護(hù)裝置，在面板的顏色搭配、區(qū)域劃分等可見風(fēng)格上明顯優(yōu)于圖1b國內(nèi)某品牌同類產(chǎn)品；此外，ABB公司產(chǎn)品的型號名稱和指示燈定義采用插紙的形式，能適應(yīng)電力類裝置的多品種小批量生產(chǎn)需求，而圖1b中的產(chǎn)品在更換型號時必須重新印刷，不利于生產(chǎn)預(yù)投。

圖1 國內(nèi)外電力自動化裝置外觀對比

通過引入工業(yè)造型設(shè)計[3]，并根據(jù)電力裝置產(chǎn)品族的特點分析其外觀基因(DNA)[4-5]，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計理念、方法及手段的更新，帶動新材料和新技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用[6]，使產(chǎn)品整體形式滿足人的生理-心理審美結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)工程技術(shù)設(shè)計和工業(yè)審美設(shè)計的交互作用、雙向滲透和內(nèi)在融合[7-8]。

2 電力裝置的外觀DNA設(shè)計

越來越多的產(chǎn)品都以品牌作為產(chǎn)品輸出的第1要素。同一代中不同型號的產(chǎn)品以及跨代的產(chǎn)品系列共同構(gòu)成了該品牌的產(chǎn)品族，產(chǎn)品族中的成員承載不同的功能需求，但這些產(chǎn)品卻共享許多共性的特征，使得公司的產(chǎn)品有著共同的識別因素。對電力自動化裝置來講，該產(chǎn)品族包含了具有保護(hù)、測量、計量、控制、信息采集、通信、錄波等不同功能的裝置。這些裝置外形尺寸各不相同，人機交互元素種類及數(shù)量也存在較大差異，為樹立公司形象，給用戶留下深刻印象，要求不同產(chǎn)品之間具有統(tǒng)一的視覺識別特征和相似的外觀布局效果。只有通過專業(yè)的工業(yè)造型設(shè)計和系統(tǒng)的需求分析，統(tǒng)籌考慮產(chǎn)品族中各成員的整體外觀，才能使產(chǎn)品既具有良好的工業(yè)特質(zhì)，又能體現(xiàn)公司的優(yōu)秀形象，邁出扎實的第一步。當(dāng)然，造型設(shè)計必須緊密結(jié)合并能充分滿足產(chǎn)品實際功能需求。

在造型設(shè)計過程中，應(yīng)分析各類需求要素的共性及差異性，以共性為主線、差異性為輔線，全盤統(tǒng)籌產(chǎn)品風(fēng)格。重點設(shè)計共性部分，并作為外觀風(fēng)格DNA元素貫穿整個產(chǎn)品線。外觀DNA元素應(yīng)體現(xiàn)公司產(chǎn)品的設(shè)計風(fēng)格，突出公司的企業(yè)文化、品牌內(nèi)涵。

同時，外觀DNA元素應(yīng)滿足產(chǎn)品的使用功能及產(chǎn)品性能：它可以是顯性的，體現(xiàn)為形狀、顏色、位置關(guān)系等；也可以是隱性的，以風(fēng)格特征、象征意義等形式描述，一般表述為形容性詞語，如“簡潔”“硬朗”“精致”“可靠”等。圖2為國電南京自動化股份有限公司產(chǎn)品風(fēng)格DNA的提取流程，其中的意向特征是指人們對產(chǎn)品形態(tài)的心理感受描述，可以根據(jù)感性工學(xué)原理用一系列抽象的形態(tài)語義進(jìn)行具體的描述，是用戶對產(chǎn)品情感認(rèn)知的提煉。

圖2 產(chǎn)品風(fēng)格DNA提取流程

該公司的第1代PS6000系列裝置的前面板鍵盤外形設(shè)計及第2代EDP02，03系列產(chǎn)品的指示燈布局設(shè)計提煉為公司兩代產(chǎn)品的DNA元素。在市場上，當(dāng)公司的各專業(yè)同代產(chǎn)品有了快速識別并可以傳承的外觀DNA元素后，就能很輕易地被認(rèn)可并留下深刻印象；另外，在做好外觀DNA同代橫向繼承的同時，還應(yīng)兼顧該元素的跨代縱向繼承。

3 電力裝置的工業(yè)造型設(shè)計

在開展電力類產(chǎn)品的工業(yè)造型設(shè)計時，需要考慮形式法則、造型要素及色彩設(shè)計等多個方面，使產(chǎn)品具備實用、美觀、大方等基本特點，而要達(dá)到以上目的必須要從以下方面入手。

3.1 充分調(diào)研，明確需求，建立設(shè)計預(yù)期目標(biāo)

國電南京自動化股份有限公司電力自動化業(yè)務(wù)板塊的產(chǎn)品族包括電力系統(tǒng)保護(hù)、測控、通信、錄波、配網(wǎng)、計量及穩(wěn)定控制等產(chǎn)品，為確保統(tǒng)一或兼容各產(chǎn)品的設(shè)計風(fēng)格，應(yīng)制訂規(guī)范化模板，搜集各類需求信息，形成需求報告。調(diào)研對象包括各專業(yè)設(shè)計人員、生產(chǎn)制造人員、現(xiàn)場服務(wù)人員以及市場用戶。調(diào)研的內(nèi)容分為風(fēng)格需求及要素需求兩個部分，包括外觀意向風(fēng)格、外形尺寸、界面要素、裝配工藝、電氣容量、產(chǎn)品性能等方面。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)格需求方面，更多的被調(diào)研者認(rèn)為電力自動化裝置應(yīng)具有“簡約的”“安全的”“穩(wěn)定的”意象特征，而不是“柔和的”“保守的”“本土的”(如圖3所示)。

圖3 風(fēng)格需求調(diào)研分析

在外觀要素方面，經(jīng)過外形尺寸、界面要素調(diào)研后，可歸納總結(jié)產(chǎn)品族中各成員產(chǎn)品的預(yù)期需求，提取各種需求的有效要素，如產(chǎn)品各組成要素的大小、顏色、按鍵、指示燈、顯示屏、主體材質(zhì)、告警需求等，然后進(jìn)行分類、統(tǒng)計、篩選，最終形成后續(xù)設(shè)計的需求輸入(見表1)。通過調(diào)研可以得出：4U高度主要來自于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化需求；19″ 的寬度適合搬運、安裝等操作，符合人體工程學(xué)；塑膠材質(zhì)的按鍵具有更佳的操作手感及操作靈敏度。

表1 電力自動化裝置的外形要素需求

注：1U=44.45 mm；19″=482.6 mm(等同于雙肩寬)。

深入廣泛的調(diào)研能更全面地了解潛在需求，進(jìn)行準(zhǔn)確的市場定位，拓寬產(chǎn)品的設(shè)計預(yù)期，減少產(chǎn)品成熟后由于補充需求帶來的設(shè)計變更。充分的品牌戰(zhàn)略研究可使最終的產(chǎn)品設(shè)計不偏離品牌戰(zhàn)略定位的預(yù)期。

3.2 結(jié)合需求，突出創(chuàng)新，符合人體工程學(xué)

在明確了外觀DNA需求、風(fēng)格需求以及要素需求以后，即可進(jìn)入工業(yè)造型具體設(shè)計階段。在設(shè)計初期，應(yīng)密切關(guān)注新材料、新工藝、新設(shè)備的發(fā)展動態(tài)，及時引入創(chuàng)新的設(shè)計手法，突出產(chǎn)品的可識別特征，增強辨識度。

電力自動化裝置主要由箱體及面板組件構(gòu)成，箱體部分受行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品功能制約，其造型特征相對固定，可識別特征一般位于裝置前面板，通常涉及鍵盤、指示燈、液晶屏、通信口等要素的分組及確定，因此面板的布局、用色等需要周密考慮。面板外

形尺寸、結(jié)構(gòu)形式與邏輯功能的區(qū)域劃分、操作方式密不可分，面板是人機信息傳遞和交互的主要載體，受生理、心理習(xí)慣影響，人們在操作時會本能地、隨機地出現(xiàn)錯誤觀察或操作。

面板總體布局設(shè)計需符合均衡性原則，例如在設(shè)計某電力裝置時，可沿著軸線把面板切割為4塊，然后再按照對稱軸線比較兩邊的質(zhì)量，面板的上和下、左和右應(yīng)具有質(zhì)量上的平衡和中心的穩(wěn)定，各造型元素相互調(diào)節(jié)后形成一種安定靜止的現(xiàn)象，以體現(xiàn)穩(wěn)定性特點。圖4a中，左圖比右圖好，右圖重心偏左；圖4b中，左圖比右圖好，右圖重心偏上。

圖4 視覺重心分析示意

總之，在設(shè)計時應(yīng)采用容錯、避錯手法，使產(chǎn)品安全可靠并始終處于最佳工作狀態(tài)。方便識別、功能突出、保證產(chǎn)品可靠性和提高使用人員的操作績效是產(chǎn)品設(shè)計時所必須考慮的人機要素。

3.3 兼顧生產(chǎn)，精益求精，成本最優(yōu)

產(chǎn)品的外觀好比人的外貌，人們通過它認(rèn)知產(chǎn)品的外部特征，獲得不同的心理感受，體驗來自產(chǎn)品的情感傳遞。外觀效果需通過材料的加工及表面處理來實現(xiàn)，因此，造型設(shè)計應(yīng)與生產(chǎn)制造密切相關(guān)，能設(shè)計出來的不一定能制造出來；此外，還需兼顧零件材料的可獲取性、制造的可實現(xiàn)性以及裝配的可達(dá)成性。造型設(shè)計的每個元素都應(yīng)有相對應(yīng)的制造手段，每個零部件都應(yīng)有相應(yīng)的裝配要素及裝配方法。

根據(jù)要求，電力類裝置需具有較高的電磁屏蔽效能，一般選用金屬材質(zhì)作為外觀殼體基礎(chǔ)材料，以鋼或鋁材為主，輔以相應(yīng)的表面處理方式。相比較而言，鋁質(zhì)材料的加工手段更為豐富，且其外觀表面處理手段更為多樣化(見表2)，因此，大部分廠商均以鋁質(zhì)材料作為裝置的主體材料。

表2 鋁質(zhì)材料表面處理方式

此外，還要考慮零件與零件之間、零件與模塊之間、模塊與模塊之間的裝配關(guān)系，并設(shè)計出相應(yīng)的裝配方法。具有快速裝配功能的機構(gòu)或零部件組合，可以降低裝配難度、減少裝配工時、降低裝配成本。

4 結(jié)束語

隨著智能變電站建設(shè)的進(jìn)一步推廣，電力系統(tǒng)二次設(shè)備裝置的應(yīng)用模式趨于多樣化，安裝環(huán)境的變化及運維手段的更新對可靠性及可維護(hù)性提出了更高的要求。直接安裝于變電站戶外開關(guān)場的現(xiàn)場級就地化繼電保護(hù)裝置要求能適應(yīng)戶外復(fù)雜的氣候環(huán)境、電磁環(huán)境及大氣環(huán)境，同時還須滿足戶外安裝、識別、觀測、更換等運維要求。就地化裝置相比較常規(guī)裝置體積更小、防護(hù)等級更高，對工業(yè)造型設(shè)計提出了更高的要求。國電南京自動化股份有限公司就地化保護(hù)裝置采用了表面回形刻槽設(shè)計、合理的色彩搭配、先進(jìn)的陽極氧化工藝等手段，增強了裝置殼體表面的散排積水性能，提高了裝置的可識別度，使其更能適應(yīng)運行環(huán)境。

總之，通過工業(yè)造型設(shè)計，能合理地創(chuàng)新產(chǎn)品形態(tài)，使其在適應(yīng)新發(fā)展需求的同時，減少生產(chǎn)成本，便于規(guī)模化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品利潤空間，提升公司的公眾形象，大大縮短新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期。產(chǎn)品設(shè)計形態(tài)創(chuàng)新是一個持續(xù)發(fā)展的過程，需要設(shè)計人員不斷地去研究和探索。

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[8]陳汗青.產(chǎn)品設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-03-15；

2017-04-17

TM 76

B

1674-1951(2017)05-0036-03

俞春林(1978—)，男，江蘇南通人，工程師，從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)及工藝等方面的研究(E-mail:chunlin-yu@sac-china.com)。

杭仁蘋(1982—)，男，江蘇南京人，工程師，從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)及工藝等方面的研究。

陳福鋒(1979—)，男，江蘇宜興人，高級工程師，從事繼電保護(hù)及智能變電站等方面的研究。