情境驅動指導下的農機造型設計探究

摘要：目的：為了更好地適應黃河三角洲的自然環境和氣候狀況，使農業機械設備具備人機互動功能，滿足環境需求，文章探究情境驅動指導下的農機造型設計。方法：從情境驅動的理論框架出發，構建情境驅動的理論模型，并進行造型設計研究。通過深入分析特定環境系統的功能特征與互動關系，調整人、機、環境之間的結構，以實現其優化。引入情境驅動設計方法，結合Kano模型，提出一種基于用戶意象的農機造型設計框架。結果：研究深入分析農機用戶的需求，從功能性、安全性、人機交互等方面明確農機造型設計的關鍵要素。對黃河三角洲環境系統中的約束和驅動因素進行實證研究，最終通過三維建模軟件呈現出設計方案。結論：以情境驅動的設計理念為基礎，深入研究裝備類車輛產品設計的關鍵因素，旨在解決裝備車輛在人機互動和用戶體驗方面的問題。以農業機械設計為例，探索一種全新的系統和流程，涉及大量設計創新和驗證工作。分析4個關鍵設計元素，包括人與物的關系、行為與目標、時間與空間、技術與規范，并以農機的優化設計為實證案例。這項研究不僅為農用機械裝備類產品設計者提供了創新思路，也具備一定的理論和實踐參考價值，可據此優化該地區的農機設計，并提升其工作效率。

關鍵詞：情境驅動；農機造型；造型設計；Kano模型；用戶需求

中圖分類號：S220.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）03-0-04

0 引言

在黃河三角洲地區，土壤主要為鹽土和潮土，其中鹽土占比高達62.64%。因此，當地生態環境相對脆弱，一旦遭遇鹽堿化，修復極為困難。鹽地堿蓬能夠在鹽堿地上生長，在恢復我國鹽堿地上的植被方面具有顯著作用，因此開發和利用這項資源能為我國創造可觀的生態效益及經濟效益。王沈策和他的團隊［1］研究了農用機械產品的設計發展趨勢，并從品牌體驗角度出發，提出農用機械產品外觀設計的新理念。姚湘和他的團隊［2］對汽車燈具設計進行了深入探討，研究了特定情形下，汽車燈具外形的特性，并探索汽車燈具設計與用戶需求之間的關系。周紅宇等［3］建立Kano-QFD-PUGH的集成模型，通過定位用戶需求，從造型等角度出發，將其映射為對應的設計需求。基于用戶需求與農機造型設計的研究現狀，從鹽地堿蓬特殊的生長環境出發，分析不同的使用情境，針對旱地與濕地、沿海灘涂不同的環境約束條件，搭建理論模型，最終提出由實際情境推動的農機樣式設計方案，以指導設計實踐。

1 情境驅動理論系統架構

國外有學者認為情境是用戶在特定動機和固定條件下執行或想要執行的任務［4］。柳冠中教授提出的“事理學”方法論則主張從“人—事—物”的角度，研究時間與空間情境下人的動機、目的、情感、價值等內容［5］。翁超提出了PAET情境驅動模型，這是一個針對裝備類車輛等設計的模型，并演繹出一個理論框架，該框架結合了典型情境和情境驅動設計的方法，將情況分析的結構與PAET的4個方面對應起來［6］。以上理論為情境驅動設計理論提供了研究視角與研究框架。本文以翁超搭建的PAET情境驅動模型為理論基礎，進行設計活動的探究。

1.1 概念

1994年，哥倫比亞大學教授Schilit將“情境”的概念引入設計領域，將其定義為物體、人以及人的位置的表示。簡單來說，情境可以被看作情景和環境，包括當下的心情和感受［7］。當研究對象或設計任務的內在驅動力主要是由具體目標決定的，當設計師面臨模糊的設計要求和問題時，可以采用情境研究作為主要動力，以幫助明確設計的目標，促進設計創新。這一方法被稱為情境驅動設計，它有助于降低設計過程中的不確定性。

1.2 PAET情境驅動理論模型搭建

在情境驅動理論中有4個關鍵因素。在“人與物（P）”方面，人是主體，是行動的發起者和信息的接收者。物作為實現人的目標的工具，可以是實際存在的實物，也可以是方法、理論等概念性的元素。在“行為和目的（A）”方面，行為代表人通過活動改變環境的過程，而目的引導活動進行。在“時間和空間（E）”方面，時間具有連續性，強調了系統性思維。空間包括自然環境和社會環境，作為背景存在。“技術與標準（T）”定義了技術標準，這些標準是基于科技水平和實踐經驗制定的規范。情境驅動概念為具有特殊使用環境和高度系統性的設計實踐提供了設計方法，并為具體的設計實踐提供了指導思想。

2 農業機械產品的造型特征

不同環境賦予產品不同功能，環境的各種制約和支持因素直接影響農機尺寸、形狀等的設計。通過對沿海灘涂鹽地堿蓬廣泛分布的深入調研和實驗室的種植實驗，李洪山等明確了該植物的主要生長和生態分布特性［8］。成海等選擇以江蘇沿海灘涂區域的鹽地堿蓬為研究對象，對地區性堿蓬保護與灘涂濕地群落穩定起到了引領作用，促進了“景觀型”群落建設［9］。

2.1 農業機械產品調研分析

（1）農業機械行業相對特殊，目標用戶比較小眾，因此對本次選取的專家訪談對象進行分層，從日常使用者（操作者）、產品研發者以及企業管理人員三個層面梳理設計過程中可能出現的問題。

（2）農機的特征一般與季節性自然環境特征相匹配。環海水影響下的灘涂鹽堿地，鹽地堿蓬表現為“景觀型”株型。盤錦與黃河三角洲等地的灘涂“紅地毯”景觀，是鹽地堿蓬景觀化的經典例子。而那些在輕鹽土或者甜土環境中且未有鹽水浸泡的鹽地堿蓬，則呈現出“菜用型”株型。

（3）農機的特征可以與使用過程相匹配。在黃河三角洲，農機的使用環境可分為旱地、水田、灘涂等。不同的土壤濕度、松軟度會使動力單元機身面臨不同的阻力。農機通常先行駛到農田附近，接著通過牽引方式搭載作業單元或者運輸農作物，最后穿越田地到達指定作業農田。而水文條件更加復雜的灘涂地區，對農機的靈活性和適用性提出了更高的要求。

2.2 農業機械產品需求分析

在設計人機環境系統的過程中，情境驅動的設計必須考慮人類的生理特質。這是妥善處理系統中的人機交互關系的必要步驟，能使其達到最理想且最不易疲憊的狀態。本次專家訪談招募了10名專家，其中農用拖拉機操作者3人、農用收割機操作者2人、農機產品研發專家3人、農業機械類企業管理人員2人。梳理出農業作業中的重要環節，以及其中的關鍵點。

（1）人與物（P）。梳理得到要點：勞累，緊張，壓抑。列舉設想與期望（假設性過程）：希望能坐得舒服一點，希望車內視野良好，希望能在車內放松、休息，希望車子漂亮、美觀。通過PAET模型轉化得到具體需求：內飾簡潔，駕駛座椅結構緊湊，具有現代感，形態優美，配色美觀。

（2）行為和目的（A）。梳理得到要點：攀爬上機，牽引，維修。列舉設想與期望（假設性過程）：希望機器操作簡便，希望上機輕松不費力，希望能一次性拉更多東西，希望維修起來方便。通過PAET模型轉化得到具體需求：安全可靠，上下車階梯便捷，控制面板合理，零件耐用，動力強勁。

（3）時間和空間（E）。梳理得到要點：復雜天氣，泥濘，危險。列舉設想與期望（假設性過程）：希望工作的時候安全一些，希望不要撞到別人，希望能隨時看到天氣情況，希望能跑各種地形。通過PAET模型轉化得到具體需求：排氣管清洗方便，能夠適應惡劣環境，能夠多地形作業，前后擋風角度合理。

（4）技術與標準（T）。梳理得到要點：人機交互，智能，自動化。列舉設想與期望（假設性過程）：希望成本低一些，希望機器清洗、維護方便，希望機器續航久，希望機器更智能。通過PAET模型轉化得到具體需求：續航穩定，自動化程度高，覆蓋件材料好，能單手實現操作。

3 基于Kano模型的用戶意象需求

3.1 用戶需求要素劃分

Kano模型又稱狩野模型，由日本管理專家狩野紀昭（Noriaki Kano）于1984年提出，即從用戶體驗出發，劃分產品的功能層級，獲取用戶需求及滿意度，并進行排序［10］。

依據Kano模型的結果分類表，對問卷獲取的數據進行分類。Kano問卷每個問題包含正反兩個方面，問題答案采用五級評價體系，即滿意、較為滿意、一般、較不滿意和不滿意。調查問卷采用紙質問卷和電子問卷兩種形式，被調研的人員分為農機操作者（占比50%）、農機專業教授（占比40%），以及產品設計專業和機械專業的學生（占比10%），共收集到122份有效問卷。最后，將農機的設計需求指標分成4個類別，每個級別中都涵蓋具體指標。

3.2 需求滿意度分析

采用Better-Worse系數分析法以取得各需求的滿足度指數［11］，并采用同樣的分析方法，確定Kano模型中各項功能需求所屬的需求種類數量，最后得出分類結果。

產品提供此項需求，Better系數如下：

Better=（A′+ O′）/（A′+ O′+ M′+ I′）" " " " " "（1）

在公式中，A′、O′、M′以及I′代表用戶在問卷中對激勵需求、希望需求、根本需求以及同質需求的選擇頻次。若此產品擁有特定的功能特性，那么用戶滿意度就會提升，對應的數值為正，通常在0到1之間。

產品不提供此項需求，Worse系數如下：

Worse=-（O′+ M′）/（A′+ O′+ M′+ I′）［12］" " " " "（2）

假設Better和Worse的系數絕對值都超出0.5，代表這是一種預料之中的需求；假如Better和Worse的系數絕對值都沒有達到0.5，那這就被認定是無關的需求；如果Better的系數超出0.5，而Worse的系數絕對值未達到0.5，這就被界定為吸引性需求；如果Better的系數沒有達到0.5，但Worse的系數絕對值已經超出0.5，這就被定位為基本需求。反向需求這種在實際運用中鮮見的情況，我們選擇無視。

按照Kano模型分類參照表，對收集的需求標準進行特征分析。根據數據結果，農機的造型設計應滿足以下7個要求：魅力型要求包括a2能夠適應惡劣的環境，b1可在各種地形上工作，c1帶有現代感；期望型要求包括b4的排氣管容易清洗，c3的配色漂亮，d2的駕駛座椅下背部受力舒適；基本型要求則是d3的控制面板操作舒適。根據上述分析結果可知：在農機方案設計中，靈活的行進方式，具有現代感、科技感的外形，漂亮的配色方案，合理高效的內部操作結構，舒適的駕駛體驗，是方案設計中的關鍵點。

4 農業機械設計實踐

通過對農用機械的情境驅動分析，確定設計的目標，包括農機的尺寸、功能定位、外形等。案例選取黃河三角洲地區，考慮農業工作的多元性和對農機用戶的友好性、輕便性，借助外觀設計和功能設計，優化農機的使用體驗。

4.1 外觀設計元素

選取市面上主流的農業機械品牌，整理出產品造型樣本，對車身造型樣本的正面和側面進行分析。車輛前照燈為前寬后窄的不規則幾何形狀。在車身外觀方面，車頭部分采用了前臉傾斜、前低后高的外觀形態；而進氣格柵的側面與整體輪廓線協調一致，邊緣圓角設計，整體呈流線型；駕駛室形態采用前視窗與頂面略有傾斜、后視窗呈垂直形態的方案。

農機裝備的主要色彩約占60%，配合烘托色約占30%，點綴色約占10%，合理的色彩搭配能使農機充滿活力與律動感。黃河三角洲地區主要由黃壤、磚紅壤等暖色土壤構成，鹽地的堿蓬主要呈紅綠兩色。在研究色彩對比和互補理論的基礎上，最終選擇以藍色為主要色彩，同時選用黑色作為烘托色進行部分裝飾。

4.2 功能性

（1）土壤在農田的各個地理位置顯示出不一樣的特性。農機的使用環境可分為旱地、大棚和沿海灘涂。作為動力牽引模塊，嘗試在尺寸上與其他功能模塊相配套，以便達到最佳的結構優化效果。分析結果顯示，中型設備更便于在連續小塊地里完成工作，而大型設備則受成本和推廣區域的限制。

（2）輪胎+履帶技術。徐工集團開發了一種專用的輪履互換工裝，該工裝具備多項功能，包括三角履帶的升降等，以滿足裝配需求［13］。同時，李勁松提出了一種新型的“輪式+履帶式”車輪模式，為輪履技術帶來了新的思路和概念化的農機設備［14］。筆者綜合借鑒上述文獻對車輪進行設計改良。

（3）人機交互。用戶以坐姿駕駛和操作農機，操控設備如控制把手、按鈕等為用戶操控農機提供便利。用戶要合理、安全地與控制設備進行交互，必須擁有良好的視野，以便頭部和頸部等的旋轉和椅子所處的位置、方向相協調。在維修與保養方面，要將底盤抬高，防止水、泥土、雜草或其他雜物進入排氣管。排氣管要采用可拆卸式設計，讓用戶更方便地清洗。還要采用快速連接器，方便用戶拆卸和安裝。

綜合考慮設備的各方面因素，通過三維設計提出設計方案。

4.3 基于情境需求的產品設計決策

該方案采用立方體切割削切面的方式。利用削切面造型設計的產品具有硬朗牢固、安全性高的特點，從而保障產品造型的準確性和前期開發的高效性［15］。注重突出科技感，給人一種硬朗且富有變化的感官體驗。在前蓋側面的處理上，方案的三維設計更注重整體重心的穩定合理性，同時注重整體造型的流暢度和科技感（見圖1）。

5 結語

本文以基于情境驅動的系統方法深入分析農機產品設計的用戶需求，旨在解決農業機械的人機互動與用戶體驗問題。以黃河三角洲地區的農業機械設計為例，探索一種全新的系統和流程，這需要大量的設計創新和驗證。本文分析了4個關鍵設計元素，即人與物的關系、行為與目標、時間與空間、技術與規范，并將農機的優化設計作為實證。這項研究為農用機械裝備類產品設計者提供了新的思考，同時具有一定的理論價值和實踐參考價值。

參考文獻：

［1］ 王沈策，劉德順，文星.品牌體驗視角下的農機產品造型設計［J］.包裝工程，2017，8（2）：105-109.

［2］ 姚湘，余祥杰.情境語義下的汽車前車燈造型特征與用戶意象映射研究［J］.包裝工程，2020，41（2）：154-160.

［3］ 周紅宇，朱倩，王嘉倫，等.基于Kano-QFD-PUGH的激光清潔機設計研究［J］.包裝工程，2023，44（10）：164-171.

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［9］ 成海，張亞楠，陳亞芹，等.鹽地堿蓬的鹽土適應機制及其在灘涂濕地上的群落構建實踐［J］.現代園藝，2020，43（22）：179-180.

［10］ 李曉英，董銥垚.基于KANO模型與聯覺體驗的兒童交互玩具設計［J］.設計，2022，35（3）：60-63.

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［13］ 梁康，相輝玉，張勇.輪履互換技術研究現狀及發展趨勢［J］.工程機械，2020，51（5）：73-77，10-11.

［14］ 李勁松.多目標驅動的溫室概念電動拖拉機形態仿生設計［D］.青島：山東科技大學，2020.

［15］ 尹紅俊.削切面造型在中型輪式拖拉機設計中的應用研究［D］.常州：常州大學，2022.

作者簡介：楊梅（1973—），女，山東泰安人，碩士，教授，研究方向：工業設計、藝術設計理論及設計實踐。

盧子奇（1997—），男，山東泰安人，碩士在讀，系本文通訊作者，研究方向：產品設計。