工業(yè)設(shè)計(jì)在工程機(jī)械的應(yīng)用

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0引言

在產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力已不再由技術(shù)性因素唯一確定，品牌、外形及設(shè)計(jì)風(fēng)格等工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域考慮的因素已成為影響購買行為的重要因素[1]。在一般機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品在美學(xué)上的主觀感受往往是影響用戶滿意度的關(guān)鍵因素，蘋果的iMac電腦就預(yù)示著一場(chǎng)“計(jì)算機(jī)的美學(xué)革命”[2]。工業(yè)設(shè)計(jì)的思想與方法已成為小型機(jī)電產(chǎn)品提高附加價(jià)值與競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段，在這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中扮演著舉足輕重的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，近年來在大型軌道交通工具的設(shè)計(jì)與制造中，工業(yè)設(shè)計(jì)也逐漸進(jìn)入技術(shù)人員的視野，并越來越體現(xiàn)出其意義與價(jià)值。在高速列車的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，國內(nèi)幾家主要企業(yè)都先后成立了專門的工業(yè)設(shè)計(jì)部門，著力培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，科研院校也已展開針對(duì)列車內(nèi)室的情感化設(shè)計(jì)等軟性技術(shù)的研究[3]。然而，在大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械軌道車的設(shè)計(jì)中，基于技術(shù)的工程設(shè)計(jì)仍然是其重心所在，基本沒有出于工業(yè)設(shè)計(jì)的考慮，在此背景下本文以國內(nèi)某軌道車制造企業(yè)為研究對(duì)象，探討工業(yè)設(shè)計(jì)的思想與方法在大型工程機(jī)械制造企業(yè)的應(yīng)用問題。

1某軌道車制造企業(yè)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

JY重型工程機(jī)械有限公司是國有鐵路控股公司，目前已成為軌道車輛、電氣化鐵路施工維修檢測(cè)車輛、大中型養(yǎng)路機(jī)械及輕軌地鐵維修車輛四大產(chǎn)品系列的專業(yè)生產(chǎn)廠家，是我國在軌道車制造行業(yè)的龍頭企業(yè)。JY公司沿用了我國制造業(yè)傳統(tǒng)的“串行設(shè)計(jì)”[4]工作模式，其軌道車設(shè)計(jì)流程如圖1所示。設(shè)計(jì)工作從產(chǎn)品規(guī)劃開始，在決定了產(chǎn)品功能與技術(shù)要求之后就進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與制造工作，與此同時(shí)進(jìn)行車輛電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，檢測(cè)合格之后就進(jìn)行產(chǎn)品試制，如果滿足要求就進(jìn)入量產(chǎn)環(huán)節(jié)。上述產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程是基于JY公司的一系列職能部門的，分別是工程機(jī)械研究所、技術(shù)應(yīng)用部、信息技術(shù)部及試驗(yàn)檢測(cè)中心等，這些部門中集中了鐵道車輛、鐵道電氣化、工程機(jī)械、流體力學(xué)、自動(dòng)控制、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等專業(yè)的技術(shù)人員，把開發(fā)智能化、高科技含量的新產(chǎn)品作為公司的宗旨。從JY公司的設(shè)計(jì)模式可以發(fā)現(xiàn)，其工作重心是技術(shù)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及電氣設(shè)計(jì)，而這些都是技術(shù)導(dǎo)向的工作，從設(shè)計(jì)思想上進(jìn)行考察，即是典型的“機(jī)器中心論”[5]設(shè)計(jì)思想。這種設(shè)計(jì)思想與工業(yè)設(shè)計(jì)“以人為本”的設(shè)計(jì)思想完全相反，在設(shè)計(jì)中以機(jī)器系統(tǒng)的有效性和運(yùn)行效率為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)往往變成機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)單堆砌，沒有整體的考慮與規(guī)劃，需要什么功能就增添什么設(shè)備，經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)的反復(fù)。另外，由于各職能部門相互之間的獨(dú)立性，很容易造成“信息孤島”而使信息流通不暢，使產(chǎn)品開發(fā)周期延長(zhǎng)、開發(fā)成本居高不下。近年來，JY公司注意到顧客需求多樣化的傾向，采用了CAD輔助設(shè)計(jì)手段，初步建立了公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），以此提高產(chǎn)品開發(fā)的效率。然而，這些措施仍然是基于技術(shù)的考慮，設(shè)計(jì)思想沒有發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致產(chǎn)品在很多細(xì)節(jié)方面都顯得粗糙與缺乏設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力大打折扣，這就凸顯出工業(yè)設(shè)計(jì)的重要性。

2工業(yè)設(shè)計(jì)思想的引入與實(shí)現(xiàn)

簡(jiǎn)單的說工業(yè)設(shè)計(jì)的思想就是“以人為本”，把用戶需求作為產(chǎn)品開發(fā)的原動(dòng)力，通過設(shè)計(jì)解決用戶碰到的問題，使產(chǎn)品更有用、更好用和更高效率。人和機(jī)器有著本質(zhì)的區(qū)別，人有著生理與心理的種種限制，人的注意資源有限，人有情緒的干擾，人不可能像機(jī)器一樣長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)多個(gè)信息源而不出差錯(cuò)，反復(fù)的機(jī)械勞動(dòng)往往造成人注意力的減退。以人為本的設(shè)計(jì)思想正是基于此的考慮，在設(shè)計(jì)中要求根據(jù)人的生理限制合理地設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的尺寸，同時(shí)要考慮人的認(rèn)知與行為特性進(jìn)行控制器、顯示器的布局與分組設(shè)計(jì)，另外車輛的色彩與室內(nèi)的照明設(shè)計(jì)也要考慮人的心理感受。工業(yè)設(shè)計(jì)的引入，可以在很大程度上改變JY公司的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，工業(yè)設(shè)計(jì)的思想在軌道車的造型設(shè)計(jì)、涂裝設(shè)計(jì)、作業(yè)空間設(shè)計(jì)、操作界面設(shè)計(jì)、內(nèi)室環(huán)境設(shè)計(jì)等方面（見圖2）得以實(shí)施，并從整體上提高JY公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)的品質(zhì)。通過工業(yè)設(shè)計(jì)可以改變軌道車造型設(shè)計(jì)一成不變的局面。在高速列車及地鐵、輕軌的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，富有時(shí)代象征意義及體現(xiàn)本地傳統(tǒng)文化特色的車輛造型層出不窮，給人們帶來了很多驚奇，而鐵路養(yǎng)護(hù)軌道車的造型則沒有什么大的變化，在這方面工業(yè)設(shè)計(jì)將有更大的發(fā)揮空間；車輛涂裝是軌道車外形設(shè)計(jì)的重要部分，多年來我國軌道車的涂裝設(shè)計(jì)一直保持著大型機(jī)械常見的黃色，車輛色彩不僅具有警示作用，而且對(duì)人具有很強(qiáng)的心理暗示，在涂裝設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮色彩的工效學(xué)與心理作用兩方面的影響，好的涂裝設(shè)計(jì)可以提升車輛的整體設(shè)計(jì)水準(zhǔn)；同時(shí)，軌道車是鐵路養(yǎng)護(hù)工人工作的場(chǎng)所，其操作界面設(shè)計(jì)有著特殊的重要地位，而目前的設(shè)計(jì)對(duì)于控制器和顯示器的功能布局、編碼形式、交互方式、顯示方式、信息分組等問題幾乎沒有考慮，這不但降低了操作界面的工效學(xué)效果，而且不利于操作人員的職業(yè)健康，如目前JY公司生產(chǎn)的軌道車扶梯一般都設(shè)計(jì)成垂直的，不但不便于使用，而且有一定的安全隱患，而這正是工業(yè)設(shè)計(jì)要解決的問題；另外，內(nèi)室環(huán)境與作業(yè)空間的設(shè)計(jì)都屬于軌道車的內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)問題，利用工業(yè)設(shè)計(jì)的方法可以從人體測(cè)量數(shù)據(jù)、人的認(rèn)知與行為特性入手進(jìn)行分析，保證設(shè)計(jì)不但符合功能的要求，而且滿足人的心理與情感需求。

3基于工業(yè)設(shè)計(jì)的軌道車設(shè)計(jì)程序與方法

工業(yè)設(shè)計(jì)的大部分工作在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期進(jìn)行，即產(chǎn)品規(guī)劃階段，從用戶需求研究開始到貫穿產(chǎn)品開發(fā)的全過程，基于工業(yè)設(shè)計(jì)的軌道車設(shè)計(jì)程序如圖3所示。整個(gè)軌道車的設(shè)計(jì)程序可以分為四個(gè)階段，分別是用戶需求研究、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及檢測(cè)和試制。用戶需求研究和方案設(shè)計(jì)階段是軌道車工業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。用戶需求的研究整體上可分為兩種方式，一種是從無到有的研究，就是順向工程。在研究中，可采用現(xiàn)場(chǎng)觀察用戶操作、設(shè)計(jì)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)研究的方法，找到用戶需求的關(guān)鍵點(diǎn)；另一種是從有到無的研究，就是逆向工程，對(duì)已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行模型重建工作，然后在人機(jī)關(guān)系計(jì)算機(jī)仿真分析系統(tǒng)（如Jack軟件）中進(jìn)行模擬分析，從中找到現(xiàn)有設(shè)計(jì)不符合人機(jī)工程學(xué)要求的所在。其中，設(shè)計(jì)調(diào)查主要采用問卷調(diào)查的方式，目的是調(diào)查用戶潛在的價(jià)值觀念、思維方式、行為方式、情感訴求等內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)研究主要是對(duì)用戶視覺特性的研究，因?yàn)槿祟惖囊曈X可以反映其大部分思維活動(dòng)，因此用對(duì)用戶視覺特性的研究來反映其思維與認(rèn)知特性，常用的實(shí)驗(yàn)器材是眼動(dòng)儀及行為分析工具。通過對(duì)用戶操作的觀察、設(shè)計(jì)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)研究，可以建立用戶模型，并提出符合用戶需求的設(shè)計(jì)建議。在用戶研究與人機(jī)關(guān)系仿真分析的基礎(chǔ)上，可以明確定義設(shè)計(jì)定位，用于指導(dǎo)后續(xù)的方案設(shè)計(jì)工作。方案設(shè)計(jì)階段主要完成軌道車造型、涂裝、人機(jī)界面、內(nèi)室環(huán)境及作業(yè)空間的創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作，采用工業(yè)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行方案構(gòu)思，并從眾多方案中擇優(yōu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)的工作與JY公司目前的設(shè)計(jì)模式的差別主要是，方案設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)是并行設(shè)計(jì)的關(guān)系，詳細(xì)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)也是并行設(shè)計(jì)的關(guān)系，改變了以往一個(gè)部門設(shè)計(jì)完成之后轉(zhuǎn)給另一個(gè)部門的工作方式，圖3中用雙向箭頭進(jìn)行表示。

4面向工業(yè)設(shè)計(jì)的工程機(jī)械制造企業(yè)流程再造

為了實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的并行工作，在原有職能部門的基礎(chǔ)上需要對(duì)JY公司進(jìn)行流程再造，設(shè)置專門的設(shè)計(jì)部門，其與其他職能部門級(jí)別一樣，隸屬于公司董事會(huì)，在具體的產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目中以設(shè)計(jì)部門組織的設(shè)計(jì)專案組形式進(jìn)行運(yùn)作。設(shè)計(jì)專案組的成員可以流動(dòng)，隨著設(shè)計(jì)進(jìn)程的發(fā)展，可以靈活安排各專業(yè)的人員進(jìn)入專案組，也可以針對(duì)具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容去掉某些專業(yè)的人員，如圖4所示。在用戶研究階段，可以將市場(chǎng)營(yíng)銷人員納入設(shè)計(jì)專案組，協(xié)同工業(yè)設(shè)計(jì)人員、用戶研究人員及人機(jī)工程專家共同研究用戶需求；在方案設(shè)計(jì)階段，去掉營(yíng)銷人員，將機(jī)械設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)人員納入專案組，這樣可以在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)就綜合考慮技術(shù)的可實(shí)施性，減少設(shè)計(jì)的反復(fù)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，去掉專門的用戶研究人員，而納入工藝設(shè)計(jì)人員，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)與電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并行進(jìn)行，符合并行設(shè)計(jì)的要求；在檢測(cè)與試制階段，可以去掉人機(jī)工程專家，加入模具設(shè)計(jì)與檢測(cè)人員。產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目完成之后，設(shè)計(jì)專案組可以臨時(shí)解散，技術(shù)人員回到原來的職能部門，待下一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開展時(shí)重新組建。需要注意的是，在整個(gè)軌道車的開發(fā)過程中，工業(yè)設(shè)計(jì)人員始終參與設(shè)計(jì)專案組，確保工業(yè)設(shè)計(jì)的思想在產(chǎn)品開發(fā)的每個(gè)環(huán)節(jié)都得以貫徹落實(shí)，把設(shè)計(jì)作為一種企業(yè)資源來利用，用工業(yè)設(shè)計(jì)的手段創(chuàng)造產(chǎn)品的附加價(jià)值，進(jìn)而提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。這種形式有利于開發(fā)系列化的產(chǎn)品，用工業(yè)設(shè)計(jì)保留優(yōu)秀的產(chǎn)品基因，最終形成JY公司的品牌形象。

5結(jié)束語

目前，JY公司已設(shè)置了專門的工業(yè)設(shè)計(jì)部門，正在展開軌道車工業(yè)設(shè)計(jì)程序的實(shí)踐工作，在具體的產(chǎn)品項(xiàng)目中嘗試設(shè)計(jì)專案組的效果。下一步的研究工作主要集中在具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目的組織與實(shí)施上，例如如何進(jìn)行體現(xiàn)中國設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的軌道車車體設(shè)計(jì)，以區(qū)別于國外的產(chǎn)品，并形成JY公司自己的產(chǎn)品形象等。本文對(duì)JY公司的工業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)入與實(shí)施情況進(jìn)行了分析和總結(jié)，希望能為我國的工程機(jī)械制造業(yè)發(fā)展工業(yè)設(shè)計(jì)提供一個(gè)可參考的范例。