張士強，吳 娜，才為國

（唐山學(xué)院a.機電工程系；b.?？平逃?，河北唐山063000）

汽油機氣道檢測試驗臺的工業(yè)設(shè)計

張士強a，吳 娜a，才為國b

（唐山學(xué)院a.機電工程系；b.?？平逃浚颖碧粕?63000）

傳統(tǒng)汽油機氣道檢測試驗臺缺乏整體感，整個試驗臺幾乎是功能的堆積，無形態(tài)設(shè)計，大部分結(jié)構(gòu)裸露在外，視覺上松散、雜亂，而且色彩單調(diào)。運用工業(yè)設(shè)計的思想對其進行改造，提高了試驗臺的人機工程學(xué)品質(zhì)，實踐表明效果良好。

氣道檢測試驗臺；工業(yè)設(shè)計；人機工程

0 引言

發(fā)動機在工作中的不合理燃燒造成了燃油的過量消耗和大氣污染，這對人類環(huán)境和健康造成的危害已被人們廣泛關(guān)注，因此降低發(fā)動機的排放及提高燃油耗率已成為世界性的課題。從影響發(fā)動機燃燒規(guī)律的主要零件之一的氣缸蓋進排氣道著手，許多學(xué)者已研制出各種缸蓋氣道檢測試驗臺，為研究、檢測發(fā)動機氣缸蓋的進排氣道性能提供了方便可靠的工具。文獻［1－4］介紹了幾種穩(wěn)流氣道試驗臺，但是這些產(chǎn)品由于不重視工業(yè)設(shè)計，無論外觀形象還是設(shè)計理念均嚴重滯后于國際潮流，大大削弱了這些產(chǎn)品的市場競爭力。筆者針對這種現(xiàn)象運用工業(yè)設(shè)計的思想，在基本不改變其功能的前提下，對氣道檢測試驗臺進行了改造設(shè)計，以盡可能實現(xiàn)產(chǎn)品視覺形態(tài)、結(jié)構(gòu)與內(nèi)在質(zhì)量的完美統(tǒng)一。

1 傳統(tǒng)試驗臺形態(tài)缺陷分析

從圖1可以看出試驗臺各部分組成在形象上缺乏整體感，整個試驗臺的造型幾乎是功能的堆積，各功能單元間缺乏統(tǒng)一的聯(lián)系。無形態(tài)設(shè)計，只有缸蓋測試平臺有部分罩殼，而其他功能單元則沒有。不少結(jié)構(gòu)裸露在外，視覺上雜亂、松散。色彩上，整體采用單色或金屬本色兩種主色。而且由于流量計前后管道較長，大部分采用單色，給人以乏味、單調(diào)的感覺。原設(shè)計著力體現(xiàn)了功能性，而忽略了它的形態(tài)美感，即忽略了人們的心理需求。功能上的先進性未能在形態(tài)上體現(xiàn)出來，相反卻給人以廉價、復(fù)雜、難于控制的印象。

圖1 傳統(tǒng)氣道檢測試驗臺

2 氣道試驗臺的工業(yè)設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

簡單性：用直線造型符號，突出快速、明朗的造型，方便加工。

整體性：封閉造型突出設(shè)備的整體性，并基于安全性的考慮，將一些累加的復(fù)雜的功能機構(gòu)加以簡化并置于機器的內(nèi)部，同時一些零部件盡量簡化結(jié)構(gòu)，這也是基于經(jīng)濟性的考慮。

創(chuàng)新性：新的外形特征是良好形象的組成部分。如果有鮮明的個性特征，會給人以與眾不同的感覺，對提高品牌形象有極大意義。內(nèi)部結(jié)構(gòu)也需作必要的改進以適應(yīng)功能的要求及外部形態(tài)的變化。

人機協(xié)調(diào)性：機器的信息顯示方式、結(jié)構(gòu)、控制器的布置與人的特性如身高、認知能力、聽覺、視覺相適應(yīng)。

2.2 改造設(shè)計

2.2.1 試驗臺各部分的空間位置設(shè)計

改變傳統(tǒng)試驗臺各部分連接的直線、平面布置，充分利用立體空間，結(jié)合工藝流程對試驗臺各部分重新布置，方案如圖2所示。

圖2 試驗臺改造方案

為方便制造及裝配，對以上布置進行三維造型設(shè)計，如圖3所示，其中主要用到拉伸、三維草圖掃描等方法。

圖3 改造后試驗臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2.2 試驗臺各功能部分的結(jié)構(gòu)改造

傳統(tǒng)試驗臺其缸蓋測試平臺、調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機、數(shù)據(jù)采集與顯示部分相互獨立，占地面積很大。特別是數(shù)據(jù)采集與顯示部分（計算機）就占用一張電腦桌。改造以后使用單片機控制面板，節(jié)省了很大空間。

圖4表明渦街流量計對前面管道的長度有很嚴格的尺寸要求［5］，用直管道長度來保證流體的穩(wěn)定性，從而獲得準確的流量值。但很長的直管道卻是氣道試驗臺造型改良的主要制約因素。為了解決這個問題，可以在流量計的前端直管段的末段加一整流器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，阻力很小，能起穩(wěn)流作用。這樣可使直管段的長度縮短許多，從而實現(xiàn)試驗臺的一體化，達到整體性的要求。

圖4 流量計對上、下游直管段長度的要求

氣道穩(wěn)流試驗臺用于模擬發(fā)動機實際運行時的狀態(tài)，采用離心風(fēng)機在被測缸蓋氣缸側(cè)形成穩(wěn)定的負壓，使壓力傳感器處測得的壓力與大氣壓力之差為定值。壓力的調(diào)節(jié)一般采用手動調(diào)節(jié)閥或電動調(diào)節(jié)閥，但手動調(diào)節(jié)閥操作不便，電動調(diào)節(jié)閥又很不經(jīng)濟。因此根據(jù)離心風(fēng)機提供的負壓與流量成反比，與轉(zhuǎn)速成正比，采用富士變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)壓力的調(diào)節(jié)，既方便又經(jīng)濟。風(fēng)機采用全風(fēng)環(huán)形鼓風(fēng)機，它具有體積小、重量輕、低噪音、低震動等特點。

2.2.3 試驗臺外部形態(tài)的設(shè)計

產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計改造目的之一是提高產(chǎn)品的人機工程學(xué)品質(zhì)，即在遵循造型形式美法則的同時，使產(chǎn)品造型符合人機功能學(xué)的要求。因此在產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計中要考慮人的心理因素和生理因素，來確定適合人體結(jié)構(gòu)特點的有效造型尺度和工作范圍，選擇操縱指示裝置的合理形式和布局，以及有利的動作軌跡、操縱力和操作姿態(tài)。研究信息傳遞和操作的可靠性和準確性，最終設(shè)計出經(jīng)濟、實用、美觀、宜人的產(chǎn)品［6］。

試驗臺為中型設(shè)備，各個部分由于功能不同，在形態(tài)上差異較大。為取得整體感較強，簡潔的視覺效果，將整個設(shè)備處理成整體封閉的形式。利用罩殼遮擋局部外露的結(jié)構(gòu)，概括差異較大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之趨于規(guī)整與統(tǒng)一。同時，這種簡潔化處理方式也能滿足CE標準對設(shè)備安全性的要求。

本試驗臺調(diào)整了臺面的高度和控制面板的位置。它們的位置設(shè)計符合人的視覺特點，能夠?qū)崿F(xiàn)識別信息的目的。在水平面布置信息裝置時，最佳范圍應(yīng)在視力界限以內(nèi)，即30～400mm的范圍；若頭部轉(zhuǎn)動時，則不要超過90°范圍；若視線移動，最好限于50～600mm的范圍。操作者的視線與控制面板成直角為最優(yōu)。由于人的頭部在作業(yè)時一般略向前傾，所以在布置時應(yīng)使板面相應(yīng)斜仰，以保證控制面板與人的視線相垂直。板面后仰角一般為15°～30°。圖5為身高170cm左右的人站姿作業(yè)時工作臺設(shè)計尺寸［7］。圖6是根據(jù)此尺寸設(shè)計的試驗臺側(cè)視圖，控制面板位于斜面位置，視覺效果好。

圖5 站姿作業(yè)時工作臺設(shè)計尺寸

圖6 試驗臺側(cè)視示意圖

色彩是工業(yè)設(shè)計中非常重要的造型要素。在一般情況下，人們在觀察物體時首先引起反應(yīng)的就是色彩。產(chǎn)品色彩處理得好能彌補形態(tài)設(shè)計中的不足，使造型更加完美，并給人以愉快、舒暢的感覺。本試驗臺本身就構(gòu)成了一個完整的環(huán)境。因此，其色彩對保障安全生產(chǎn)、提高工作效率、改善工人操作環(huán)境的影響關(guān)系很大。

為了使試驗臺色彩產(chǎn)生安全、穩(wěn)定和舒適感，主色調(diào)采用柔和、與人親近的低純度色。試驗臺的工作臺、面板等是令人眼睛繁忙活動的部位，它們的色彩應(yīng)盡量避免對人眼產(chǎn)生不良視覺刺激，且易于視認，所以采用低純度、低明度的中性色。試驗臺的控制面板等操作部位，色彩應(yīng)當不眩目又易于識別，這些部位可采用對比色。主體部分與輔助部分使用同一色調(diào)。

因此基底統(tǒng)一使用淺灰色，以形成整個設(shè)備視覺上的穩(wěn)定感與一致性。此外，控制面板為黑色，使其成為視覺重點。最終外部形態(tài)如圖7所示。

圖7 改造后試驗臺外部形態(tài)

3 結(jié)論

要獲得具有現(xiàn)代感的成功產(chǎn)品，必須把工業(yè)設(shè)計的理念貫穿于整個產(chǎn)品設(shè)計當中，在整個產(chǎn)品設(shè)計過程中充分重視造型與人機工程相結(jié)合，并與產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計緊密聯(lián)系。此試驗臺就是在現(xiàn)有機構(gòu)的基礎(chǔ)上，進行工業(yè)設(shè)計改造，提高了其美學(xué)品質(zhì)和人機工程學(xué)質(zhì)量。注重產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計對于目前我國不少企業(yè)的成熟產(chǎn)品而言也是提高競爭力、擴大市場占有率的有效途徑。

［1］ 楊恒發(fā).缸蓋氣道流量試驗臺設(shè)計［J］.內(nèi)燃機，2002（4）：6－7.

［2］ 劉書亮，宋飛舟.汽油機滾動渦流模擬試驗臺和滾流進氣道的試驗研究［J］.內(nèi)燃機工程，1995，16（4）：1－9.

［3］ 張宗林，王會良，王秀葉.全自動缸蓋氣道檢測試驗臺的研制［J］.山東內(nèi)燃機，2001（4）：16－19.

［4］ 羅福強，劉勝吉.穩(wěn)流氣道試驗臺數(shù)據(jù)采集與處理［J］.小型內(nèi)燃機，1996，25（4）：47－50.

［5］ 廣州漢川儀器儀表有限公司.智能渦街流量計使用說明書（三線制）［K］.http：//wenku.baidu.com/view/108bae8102d276a200292ebc.html.

［6］ 王繼成.大型機電產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計改造［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2003，24（2）：137－140.

［7］ 周美玉.工業(yè)設(shè)計應(yīng)用人類工程學(xué)［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001：85－87.

（責(zé)任編校：李秀榮）

Industrial Design for Intake Port Test Bench of Gasoline Engine

ZHANG Shi－qianga，WU Naa，CAI Wei－guob

（a.Department of Electromechanical Engineering；b.Division of Junior Education，Tangshan College，Tangshan 063000，China）

Traditional intake port test bench is short of whole feeling，the test bench is pure function accumulation，no form design and most bare outer structure，ln addition，it is visually loose，mixed and monotonous in color.The idea of industrial design is used to modify and improve the quality of the test bed of human engineering.The practice shows that the effect is good.

intake port test bench；industrial design；human engineering

book=21,ebook=21

TB47

A

1672－349X（2012）03－0079－03

2012－04－06

張士強（1974－），男，河北灤南人，講師，碩士，主要從事發(fā)動機配氣系統(tǒng)研究。