海水淡化產品系列設計

潘春佑，李 露，王可寧，薛喜東，馮 濤，安子韓，徐國榮

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

成套產品設計是工藝、結構、色彩、材質、標識、文字、比例的結合與統一。隨著海水淡化技術的完善[1-2]，人們對海淡產品的附加需求不斷升級，不同的人群和使用環境決定了海淡產品的風格樣式多元化。成套產品的設計風格源于生活，并在生活的沃土中得到滋養，最終又回歸生活體現自身價值。風格存在的魅力在于提升產品的附加值、調動人的購買欲、提高品牌的認知率和辨識度，所以，企業對自身產品形象的定位極為重要。在成套產品設計中，定位既是設計的風向標，更是市場需求的價值取向。好的設計定位，將決定產品的適用度和銷量，定位及風格的確立，是企業實施品牌戰略的關鍵因素[3-4]。

1 趨勢分析

國內常見的海水淡化裝置主要以半裸露式鋼架結構為主，具有噪音較大、操作復雜、結構單一等問題[5-7]。而市場中的主流消費群體是不具備海水淡化專業知識的，那么針對無海淡知識的大眾人群而設計的智能化淡化裝置應運而生。所以，降躁、降低操作難度、提升智能化自動化將是未來的重要發展方向之一。

2 設計展開

2.1 設計定位

人群，無海淡知識的大眾群體；

環境，島礁、艦艇、海上平臺、限高環境等空間資源緊張的使用環境。

2.2 設計參數

系列裝置采用“PP棉+反滲透淡化(RO)”工藝，具體參數及選型見表1。

表1 設計參數 Tab.1 Design parameters

2.3 草圖繪制

設計采用了商務風格，通過近似的顏色配比和框架結構產生視覺上的統一性，如圖1所示。裝置擬采用鋼架全包結構；觸控屏幕和產水取樣口置于正面，當裝置維修時將通過側開的方式打開；為避免用戶操作時受到外接管路干擾(避免操作時產生躲避管路的動作，即避免非舒適操作狀態)，將外接界面和加藥箱投料口置于側面。

圖1 設計草圖Fig.1 Design sketch

2.4 三維設計

使用Rhinoceros和KeyShot三維設計軟件，設計出仿真三維效果圖，如圖2所示。

圖2 效果圖Fig.2 Simulation effect diagram

3 設計說明

3.1 電控設計說明

該套設計的控制系統基于PLC(Programmable Logic Controller)+HMI(Human Machine Interface)技術。以高精度高可靠性的PLC作為自動化控制的邏輯控制器實現裝置電氣設備的邏輯控制，結合HMI人機交互技術將PLC內部信息直觀的提現出來，通過其完成用戶和控制器的信息交互。該技術其具有直觀簡潔，控制靈活，可靠性高等特點，是目前中小型系統的主流控制技術。通過電子儀表和電動閥門監視并操控各個元件，提升裝置的自動化、智能化，實現“一鍵式操作”，降低了操作門檻更加親民。

3.2 介面設計

由于系列裝置的各個界面基本一致，15 t/d的裝置界面更加直觀，下面以15 t/d裝置為例進行設計闡述，如圖3所示。

圖3 介面設計Fig.3 Interface design

裝置正面主要是四個區域：控制區、采樣口、投藥窗、閥門外接界面，主要操作區都在一個平面上，且不受互相的干擾。由于15 t/d裝置不適合立置膜排列結構，故而采用平置，并在側面增設了觀察窗、維修窗口、高置的外接電源口。系列裝置總高度2 000 mm，在推運情況下適用大部分限高門廊。由于外接界面管路緊湊，結構相對脆弱，考慮到運輸時裝置的外接頭容易因刮蹭而受損，設計師采用內凹的界面結構，將所有閥門和外接頭置于凹槽內，對外接界面形成了有效的保護。

3.3 立置換膜設計

在島礁、海上平臺、艦艇等空間資源較為緊張的環境下，5 t和10 t的裝置采用立置膜結構可以大幅減少占地面積，提升空間利用率，但是在限高工況下，立置膜排列結構的裝置在換膜時相對繁瑣。首先要進行管路拆解，其次拆卸壓力容器，然后才能把舊膜取出進行更換，最后再把壓力容器固定并重新連接管路。這種換膜流程不僅復雜，還對維修人員的體能和耐力要求較高。因此，在該系列裝置的設計中，5 t/d和10 t/d的裝置采用后仰平置結構，將最大換膜的操作高度限制在2 200 mm，解決了在限高工況下裝置的膜更換問題，而且不必拆卸壓力容器，減少了操作步驟。示意圖見圖4。

圖4 示意圖Fig.4 Diagrammatic sketch

3.4 視覺傳達

如圖5所示，在平面設計中，觸控取樣界面作為主要共性元素，LOGO和文字作為輔助，在黑色啞光材質的烘托下產生共鳴，形成了統一的設計風格。在沉穩厚重的黑色身軀中閃爍著醒目而神秘的光輝，伴隨著裝置運行狀態的改變而發生變化，讓黑客商務風格又增添了些許時尚與科技感。裝置的主要色光變化是紅黃藍三種：紅色為故障預警，提醒用戶裝置處于異常狀態，屏幕會分析元件故障原因并伴隨警示音(G1251.1-89 促發聲)；黃色是休眠待機，隨時可被喚醒啟動，可預設啟動時間和運行周期；藍色是正常運行狀態。

圖5 海報Fig.5 Poster

3.5 人機設計

在成套產品設計中，加入了人機工程學原理，并參考相關標準提升操作舒適度，具體標準：《人類工效學——工作崗位尺寸設計原則及其數值GB/T 14776-93》、《GB-12330-1990-體力搬運重量限值》、《工作場所的險情信號 險情聽覺信號G1251.1-89》。在人機設計中，主要操控區域具有優先權，所以，將觸控屏幕和產水取樣口至于前端。裝置觸控屏幕、產水取樣口、外接管路面板為常用人機界面，按照立姿作業空間垂直方向布局尺寸的劃分，在700 mm～1 600 mm高度的范圍內適合安置常用界面。而1 600 mm～1 800 mm高度的范圍為非常用界面，于是將加藥箱投料口設置在1 650 mm，如圖6。而觸控屏幕設在最佳垂直觀察視野內。此外，5 t/d和10 t/d裝置設計總重量不超過300 kg，符合標準限定的單人推拉移動最大限值。

圖6 尺寸圖Fig.6 Dimension drawing

4 結論

該套設計站在人機工程學角度，對海淡裝置進行設計補充，并在明確定位下，將統一設計風格引入成套海淡裝置研發。對明確的使用環境、人群、條件，進行精準的設計定位，通過改變材料、結構、形態、色彩、表面加工及裝飾等方法對成套海淡裝置進行系統設計，具有節省空間、便于維護、操作簡單、外形結構協調統一的設計特點。

項目以人機工程學為基礎，將人性化、智能化、綠色設計等理念融入裝置設計中，提高了用戶體驗的舒適度并大幅降低了操作難度，實現了裝置的使用價值。而商務風格的成功運用，將視覺、觸覺、聽覺等感官進行了融合，在心理層面提升了裝置的欣賞價值，是海淡技術在商品化道路上邁出的重要一步，為后續開發船用淡化裝置、海上淡水補給站、中小型系列商品化裝置打開了設計思路。