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(tǒng)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(huán)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(yǎng),最終又回歸生活體現(xiàn)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(yè)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(yè)實施品牌戰(zhàn)略的關鍵因素[3-4]。
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(yè)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(fā)展方向之一。
人群,無海淡知識的大眾群體;
環(huán)境,島礁、艦艇、海上平臺、限高環(huán)境等空間資源緊張的使用環(huán)境。
系列裝置采用“PP棉+反滲透淡化(RO)”工藝,具體參數(shù)及選型見表1。
表1 設計參數(shù) Tab.1 Design parameters
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(tǒng)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(tài)),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
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
該套設計的控制系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)的主流控制技術。通過電子儀表和電動閥門監(jiān)視并操控各個元件,提升裝置的自動化、智能化,實現(xiàn)“一鍵式操作”,降低了操作門檻更加親民。
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(qū)域:控制區(qū)、采樣口、投藥窗、閥門外接界面,主要操作區(qū)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。
在島礁、海上平臺、艦艇等空間資源較為緊張的環(huán)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
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(tǒng)一的設計風格。在沉穩(wěn)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(tài)的改變而發(fā)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(tài),屏幕會分析元件故障原因并伴隨警示音(G1251.1-89 促發(fā)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(tài)。
圖5 海報Fig.5 Poster
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(shù)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(qū)域具有優(yōu)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(yè)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
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(tǒng)一設計風格引入成套海淡裝置研發(fā)。對明確的使用環(huán)境、人群、條件,進行精準的設計定位,通過改變材料、結構、形態(tài)、色彩、表面加工及裝飾等方法對成套海淡裝置進行系統(tǒng)設計,具有節(jié)省空間、便于維護、操作簡單、外形結構協(xié)調統(tǒng)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(xiàn)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(xù)開發(fā)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。