摘要：科技日新月異，技術(shù)的進(jìn)步使得船舶操縱更趨智能化?；谌藱C(jī)工程學(xué)的支持，船舶控制器系統(tǒng)技術(shù)需要滿足用戶的多元化需求，并確保操作安全、可靠與有效。新時期船用控制器設(shè)計要求概括為舒適性、安全性、宜人性以及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化等特點。工業(yè)設(shè)計思想、人機(jī)工程學(xué)體系廣泛應(yīng)用于控制器設(shè)計旨在營造更加優(yōu)良的人機(jī)環(huán)境操控系統(tǒng)。本文通過介紹某船用復(fù)合車鐘的設(shè)計個案來引出特殊產(chǎn)品控制器設(shè)計方法的討論，以期達(dá)到為相關(guān)產(chǎn)品提供設(shè)計借鑒的目的。

關(guān)鍵詞：船舶 控制器 工業(yè)設(shè)計 人機(jī)工程學(xué)

1、引言

科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展促使人類空前關(guān)注產(chǎn)品設(shè)計的人性化，如何使產(chǎn)品滿足人們對“技術(shù)美”的直觀追求并能夠更好的為人所使用成為當(dāng)今關(guān)注的熱門議題。合乎美學(xué)質(zhì)量的產(chǎn)品能夠提升其附加值，增強市場競爭力已變的毋庸置疑。作為船用電子設(shè)備，其外觀的設(shè)計要素與結(jié)構(gòu)中的人機(jī)要素也越來越受到重視。船用控制器的發(fā)展歷程從車鐘的發(fā)展中可見一斑。船舶車鐘是駕駛臺與機(jī)艙聯(lián)系用車的一種最重要手段。船舶車鐘一般有前進(jìn)一、前進(jìn)二、前進(jìn)三、前進(jìn)四、前進(jìn)五、停車、后退一、后退二、后退三等幾種檔位。如果駕駛臺想用前進(jìn)一，就把車鐘推到前進(jìn)一位置向機(jī)艙發(fā)出用車指令，機(jī)艙下面就會聽到，輪機(jī)員把車鐘推到同樣的位置鈴聲才會停止，機(jī)艙立即執(zhí)行用車指令，把主機(jī)開到前進(jìn)一。每次變更用車指令，駕駛室和機(jī)艙控制室都需要做記錄，專門有車鐘記錄本。隨著時代發(fā)展，技術(shù)的變更，2000年以后造的船舶大多車鐘的變換會被計算機(jī)直接記錄了，樣子也有了較大的變更。更多的科技融入設(shè)計當(dāng)中，如何使機(jī)器更好的為人所用變的愈加重要，這就不得不提到人機(jī)工程學(xué)。所謂人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法。人機(jī)工程學(xué)的顯著特點是，基于人、機(jī)、環(huán)境三個要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個別要素的優(yōu)良與否，而是將所設(shè)計的物和使用物的人以及物所處的環(huán)境作為一個整體系統(tǒng)來研究。德國Sturlgart設(shè)計中心評選優(yōu)良產(chǎn)品時在人機(jī)工程上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為：

1、產(chǎn)品與人體的尺寸、形狀及用力是否配合；

2、產(chǎn)品是否順手和方便使用；

3、是否能防止使用者操作時意外的傷害和錯用時產(chǎn)生的危險；

4、各操作單元是否實用；各元件在安置上能否使其意義毫無疑問的被辨認(rèn)；

5、產(chǎn)品是否便于清洗、保養(yǎng)及維修。

站在使用者的角度，產(chǎn)品的視覺效果通常能夠決定購買行為的成立與否。但作為一名設(shè)計師應(yīng)該更加關(guān)注產(chǎn)品的長期使用效果及其舒適性，尤其是避免傷害與危險的防治更需重視。

2、船用控制器設(shè)計概述

控制器是按照預(yù)定順序，通過改變控制電路來達(dá)到預(yù)定功能的主控裝置。許多產(chǎn)品上鑲嵌著各式各樣的控制器，它們不僅代言了產(chǎn)品的不同功能，亦同時映射了人對產(chǎn)品的操作方式與使用程序?？刂破魇遣僮髅浇?，人機(jī)工程學(xué)廣泛應(yīng)用于控制器設(shè)計目的在于使操控更加符合人的使用習(xí)慣。控制器的分類方法繁多，常見小型手動控制器分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，航運業(yè)的發(fā)展也十分迅速，海上航行船舶的類型、數(shù)量都發(fā)生著巨大變化。同時對船舶運動控制的要求也在日益增高，針對船舶運動控制的各種算法也是層出不窮，隨著船舶大型化和船員數(shù)量越來越少，船舶的操作控制比以往更加困難和復(fù)雜。

工業(yè)設(shè)計向船舶電子設(shè)備的逐漸滲透使得結(jié)構(gòu)設(shè)計人員面臨著新的挑戰(zhàn)。他們不僅需要通曉結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面的專業(yè)知識，同時也要具備基本的美學(xué)知識，掌握工業(yè)設(shè)計現(xiàn)代表現(xiàn)手法和設(shè)計思路。結(jié)構(gòu)工程師一般不具備專門的設(shè)計教育背景，只靠“感覺創(chuàng)新”很難將工業(yè)設(shè)計付諸于產(chǎn)品。這種挑戰(zhàn)隨著工業(yè)設(shè)計專業(yè)人員向船舶企業(yè)的滲透而逐步得到改觀。

隨著設(shè)計人員工業(yè)設(shè)計水平的不斷提高，船舶電子設(shè)備的面貌將邁上嶄新的臺階。怎樣站在更高的層面，在設(shè)計過程中結(jié)合產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)、性能特點，運用工業(yè)設(shè)計的思想和人機(jī)工程學(xué)的理念，使設(shè)計不斷趨于人機(jī)和諧與突破創(chuàng)新，這是非常值得深究的課題。船舶電子設(shè)備與其他工業(yè)產(chǎn)品相比有其自身特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在造型方面有自身的局限性，單從功能出發(fā)很難設(shè)計出人性化的產(chǎn)品，這就需要工業(yè)設(shè)計師的創(chuàng)造性思維來支撐設(shè)計的環(huán)節(jié)，他們需要與結(jié)構(gòu)設(shè)計師在每個設(shè)計環(huán)節(jié)縝密配合，進(jìn)而尋求功能結(jié)構(gòu)與外觀設(shè)計的最優(yōu)解。

船舶車鐘是駕駛臺與機(jī)艙聯(lián)系用車的一種最重要手段，船用控制器獨特的操縱環(huán)境、特殊的使用功能決定了其獨特的外觀性能。一般在封閉式駕駛室和集控式駕駛室使用手柄式車鐘。機(jī)艙和開放式駕駛室兩翼可以使用按鍵式車鐘。一般復(fù)合車鐘設(shè)計需滿足前進(jìn)、后退、空車、加速、減速、操舵轉(zhuǎn)向等功能

船艙特殊的操縱環(huán)境會對控制器的可靠性不可避免地產(chǎn)生影響，船用控制器大部分時間都處在振動、沖擊、顛震、傾斜和搖擺等機(jī)械環(huán)境當(dāng)中，特殊的環(huán)境決定了控制器需要進(jìn)行有效地抗震緩沖設(shè)計。潮濕、鹽霧和霉菌是船舶電子設(shè)備最常遇到的破壞性環(huán)境條件，這三方面的防護(hù)設(shè)計稱為三防設(shè)計，設(shè)計人員必須根據(jù)控制器所處的艙室確定其防護(hù)等級，選擇三防性能優(yōu)良的材料和表面處理方法，確定防潮防凝露的措施。夜間航行還需足夠的光補給，通常在控制器上使用夜光材質(zhì)按鈕以及利用發(fā)光二極管提供照明。除此之外，還必須采取合理的熱交換方式，進(jìn)行相關(guān)的電磁兼容設(shè)計。綜上所述，特殊的船艙環(huán)境要求控制器必須進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。

以上特殊因素是在一般工業(yè)設(shè)計過程中考慮不到的，所以通常的工業(yè)設(shè)計方法對于特殊產(chǎn)品設(shè)計只起一個“方法論”的指導(dǎo)作用，具體的深入設(shè)計還需結(jié)合專業(yè)背景進(jìn)一步深入探索。

3、某船用復(fù)合車鐘設(shè)計

3.1設(shè)計概述

該船用復(fù)合車鐘可以為推進(jìn)動力裝置的自動控制、主機(jī)遙控操縱系統(tǒng)提供可靠的控制信號和開關(guān)量信號及傳遞車令應(yīng)答聯(lián)絡(luò)的功能。兼具新穎脫俗造型，可靠穩(wěn)定的定位結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)，符合人機(jī)工程學(xué)要求的操控手感等特點。

車鐘橫縱操縱角度均為120度；縱向有“前進(jìn)、停、后退”范圍內(nèi)九個定位檔；水平面同樣有“左舵、直行、右舵”范圍內(nèi)九個定位檔。透光刻度面板，指針指示，可滿足夜航的操作要求。

考慮到船舶夜間行駛的特殊條件，每個按鈕都包含自己的發(fā)光二極管。這就確保了操作人員在任何狀態(tài)下都能夠在視覺上確認(rèn)按鈕的位置，包括低光條件、夜間條件等特殊環(huán)境。

特殊的結(jié)構(gòu)使模塊化思路與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計理念深入設(shè)計。能夠應(yīng)用在不同操作平臺，根據(jù)實際需求增減如按鈕、臺面、屏幕等模塊，如圖1所示。

3.2智能操控面板設(shè)計

先進(jìn)易使用的多功能控制器應(yīng)該能處理系統(tǒng)中的所有功能，及時提供操作所必需的信息及易于理解的圖形信息。優(yōu)良的操作界面使得操作變的簡便而有效率，操作員可以通過屏幕獲取相關(guān)的幫助和建議。復(fù)合車鐘搭載的智能操控面板引用了“信息圖形”的理念，界面設(shè)計如圖2所示?！靶畔D形”又稱為信息圖，是指數(shù)據(jù)、信息或知識的可視化表現(xiàn)形式。信息圖形主要應(yīng)用于具要有清楚準(zhǔn)確的解釋或表達(dá)甚為復(fù)雜且大量的信息源，例如在各式各樣的文件檔案上、各個地圖及標(biāo)志、新聞或教程文件，表現(xiàn)出的設(shè)計是化繁為簡。這就使操作顯示更為直觀，凸顯操作的人性化，提高操作的可識別性。界面圖形通過幾何形狀穿插組合，風(fēng)格簡明又不失嚴(yán)謹(jǐn)。中規(guī)中矩的配色與圖形可較好的搭配車鐘的“氣質(zhì)”。智能面板邊緣呼應(yīng)車鐘外輪廓形狀，使設(shè)計渾然一體。

3.3“手型”操作手柄設(shè)計

機(jī)械制造背景下的產(chǎn)品設(shè)計通常將手與手柄接觸的位置設(shè)計為圓柱形或其他規(guī)則幾何形式，如圖4所示，有些易引發(fā)操作疲勞感。

為增加操控舒適度，抓握手柄打破通常的規(guī)則幾何形狀，模仿手指的弧線蜿蜒而生，盡可能貼合手指與掌面，帶來舒適的操控感，將人機(jī)關(guān)懷體現(xiàn)于此，如圖5所示。設(shè)計造型亦輕盈流動，很容易產(chǎn)生親切感，為海上枯燥的工作帶來幾分情趣。

3.4標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思想的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計思想使用了分離式處理單元，單元被放置在方便、利于降低布線成本的地方，確保了可靠的操作與平穩(wěn)的控制。

標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計使其易于滿足客戶的個性化需求。根據(jù)客戶需要，增設(shè)調(diào)光旋鈕，蜂鳴器以及開關(guān)量、數(shù)字量或其他元器件。

3.5開放式的系統(tǒng)構(gòu)造

本設(shè)計使用開放式的系統(tǒng)構(gòu)造，可與其他設(shè)備端口方便對接，車鐘控制單元和操作面板可按需自由組合安裝于不同操控臺面；并可根據(jù)不同的材料、器件、實驗測試等標(biāo)準(zhǔn)來劃分不同的用戶等級。

3.6模式功能的配置

智能操控面板可基于多種控制模式：自動模式，惡劣海況模式，恒定燃油模式，設(shè)定模式等。船舶性能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計可以協(xié)助尋找船舶的最佳速度、吃水和縱橫傾、航線和主輔機(jī)模式，利于天氣的規(guī)劃，避免不利的航行條件并最大程度地減少油耗。

4、船舶控制器設(shè)計規(guī)律總結(jié)與特殊產(chǎn)品設(shè)計研究方法探究

本文旨在通過某船舶復(fù)合車鐘的設(shè)計提出一種特殊用途產(chǎn)品的設(shè)計思路，以期達(dá)到為相關(guān)產(chǎn)品提供設(shè)計借鑒的目的。筆者將“工業(yè)設(shè)計”作為造型設(shè)計的法則或綱領(lǐng)，但各行各業(yè)的產(chǎn)品千差萬別，適用環(huán)境各異，操作方法不盡相同，如何使工業(yè)設(shè)計在應(yīng)用于特殊產(chǎn)品造型設(shè)計時不過分依賴“感覺”而獲得更有效的設(shè)計思路與途徑，文章結(jié)尾結(jié)合這款設(shè)計作出如下探討。

4.1傳統(tǒng)制造企業(yè)需融入專門的“設(shè)計血液”

提高設(shè)計效率、避免盲目設(shè)計的最好方法就是從閱讀任務(wù)書開始，根據(jù)任務(wù)書的要求，在滿足艦載設(shè)備技術(shù)規(guī)范的前提下，利用人機(jī)工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計、美學(xué)等手段創(chuàng)作出外型美觀、經(jīng)濟(jì)、性能優(yōu)良的設(shè)備結(jié)構(gòu)。特別要說明的是在一般制造業(yè)為主的企業(yè)這項工作基本都主要取決于結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計構(gòu)思及創(chuàng)造性。但結(jié)構(gòu)工程師多為機(jī)械設(shè)計出身，一般缺乏專門的設(shè)計教育背景，只靠“感覺創(chuàng)新”很難將工業(yè)設(shè)計付諸于產(chǎn)品。這種瓶頸隨著工業(yè)設(shè)計專門人員向?qū)I(yè)制造企業(yè)的滲透而逐步得到改觀。

4.2具體設(shè)計方法探討

首先要找出設(shè)計目標(biāo)的關(guān)鍵詞，如船用產(chǎn)品可想到簡潔、挺拔、威嚴(yán)、莊重、樸素、淡雅等。腦海中對設(shè)計目標(biāo)的“大方向”進(jìn)行定位，這樣就為設(shè)計賦予了“定義域”，才能確保之后的設(shè)計工作不會偏離主題。

然后依據(jù)美學(xué)法則做出設(shè)備形態(tài)的總體構(gòu)思。適宜的比例與尺度是造型的基礎(chǔ)框架，并要力求總體外形上的勻稱與和諧。大小尺寸、各部分比例、結(jié)構(gòu)模式、材質(zhì)色彩、操作方法、操控體驗感受應(yīng)該同時考慮，多管齊下，而不應(yīng)“分步進(jìn)行”。這種整體設(shè)計法則有利于最終設(shè)計效果畫面感的提前展現(xiàn)。畫面感的展現(xiàn)對于設(shè)計的深入推敲起到事半功倍的效果。從方案設(shè)計階段就對設(shè)備的外觀模式進(jìn)行通盤的規(guī)劃，是塑造優(yōu)良造型的前提，也是造型過程中從整體到細(xì)節(jié)，由外及里的開端。

接著應(yīng)重點把握好操控部件及面板的布局性設(shè)計，包括元器件的排布要求，面板上的顯示區(qū)和操作臺面的整體規(guī)劃。顯示面板是艦員觀察與操控最頻繁的部位，也是人機(jī)界面的核心，其好壞直接影響到造型的整體效果。色彩是最能刺激人的心理情緒的直觀因素之一，因此色彩與材質(zhì)機(jī)理的合理選擇可起到“畫龍點睛”的效果。由于特殊產(chǎn)品的用色規(guī)則一般限制較為嚴(yán)格，應(yīng)嚴(yán)格遵循于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定，如船用產(chǎn)品通常以中綠灰色、海灰色、船綠色、黑色等為主選，但材質(zhì)選用得當(dāng)、機(jī)理處理創(chuàng)新也可創(chuàng)造出創(chuàng)意優(yōu)良的設(shè)計。

很多設(shè)計都談人機(jī)工程學(xué)，但將其真正付諸于設(shè)計卻不易，筆者認(rèn)為最直接的付諸方式就是利用“機(jī)”（設(shè)備）的獨特因素圍繞人性化設(shè)計理念來采取一系列技術(shù)措施，并始終將人的因素作為設(shè)計的落腳點與支撐。例如將操作最頻繁的控制器設(shè)置在離手部最近處，以便長時間操作而不致產(chǎn)生手臂肌肉疲勞這種有層次感的布局可以減輕艦員產(chǎn)生生理疲勞，能提高人機(jī)工效?！斑壿嬓浴痹谔厥猱a(chǎn)品設(shè)計中至關(guān)重要，能否把握好感性與理性之間的“度”是設(shè)計是否優(yōu)良的關(guān)鍵。

最后就是評估與設(shè)計優(yōu)化階段，特殊產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化階段尤為重要，通過進(jìn)行專業(yè)實驗獲得的數(shù)據(jù)來檢測產(chǎn)品性能指標(biāo)，尺度要求與人機(jī)功效等，然后進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化與改進(jìn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，還可利用各種設(shè)計軟件進(jìn)行真實狀況的模擬與仿真，從而及早而方便地從人機(jī)要素方面對造型進(jìn)行修改與優(yōu)化，既節(jié)約成本，亦效果顯著。

造型設(shè)計屬于“工業(yè)設(shè)計”的范疇。特殊產(chǎn)品的造型設(shè)計并不是孤立單一的工業(yè)設(shè)計。以船舶設(shè)計為例，它是從滿足環(huán)境要求的前提出發(fā)，在設(shè)計過程中必須將造型設(shè)計，熱設(shè)計，抗振動沖擊，電磁兼容性，三防設(shè)計等設(shè)計項目予以綜合分析、決策并力求協(xié)同的設(shè)計。所以特殊產(chǎn)品的設(shè)計是個“雜家”，需在特殊環(huán)境中考慮特殊因素才能達(dá)到特殊的設(shè)計目的。

5、結(jié)語

工業(yè)設(shè)計為特殊產(chǎn)品的設(shè)計過程提供了感性的指導(dǎo)，人機(jī)工程學(xué)為設(shè)計的可行性提供了理性的依據(jù)。技術(shù)背景下的特殊產(chǎn)品設(shè)計，往往會缺乏感性認(rèn)識使設(shè)計重心過于偏向理性。感性趨于形式，理性趨于功能，感性與理性之間度的把握才是設(shè)計取得突破的關(guān)鍵。這就使得人機(jī)工程學(xué)視野下的工業(yè)設(shè)計方法探究變的尤為重要。

探究之道在于構(gòu)筑解讀形式與功能的分析思路，形成感性與理性疊加的設(shè)計方法，如此方能探尋特殊產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展的航向。另外，還需要一系列非設(shè)計因子的支持，如完善的制度與有效的管理等。同時，針對產(chǎn)品的特殊性，應(yīng)以結(jié)構(gòu)功能為基礎(chǔ)，探索基于人機(jī)工程學(xué)的工業(yè)設(shè)計方向與途徑，只有如此，人機(jī)工程學(xué)視野下的特殊產(chǎn)品設(shè)計才有可能真正與工業(yè)設(shè)計交融并取得創(chuàng)新與發(fā)展。