李剛，果霖，徐人平

（ 1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650504；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650201 ）

0 引言

工業(yè)設(shè)計的內(nèi)涵和外延隨著時代的發(fā)展不斷進(jìn)行變化，根據(jù)2015 年國際設(shè)計組織（WDO）的最新定義，工業(yè)設(shè)計旨在引導(dǎo)創(chuàng)新、促發(fā)商業(yè)成功及提供更高質(zhì)量的生活，是一種將策略性解決問題的過程應(yīng)用于產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)及體驗(yàn)的設(shè)計活動[1]。作為跨學(xué)科的專業(yè)，將創(chuàng)新、技術(shù)、商業(yè)、研究及消費(fèi)者緊密聯(lián)系在一起，共同進(jìn)行創(chuàng)造性活動，提供新的價值以及競爭優(yōu)勢。

電動工具作為具有復(fù)雜性、批量化特性的工業(yè)產(chǎn)品，幾乎包含了所有工業(yè)設(shè)計的定義內(nèi)容。因此，電動工具工業(yè)設(shè)計的設(shè)計要素需要從綜合方面進(jìn)行考慮。

1 概述

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為工業(yè)設(shè)計僅僅是外觀設(shè)計、色彩設(shè)計等表面化內(nèi)容，隨著設(shè)計環(huán)境、設(shè)計對象和創(chuàng)新模式的改變，產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計內(nèi)涵迅速發(fā)生改變。德國政府2011 年發(fā)布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》中明確提出，設(shè)計是工業(yè)4.0戰(zhàn)略中形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成。美國白宮科技政策辦公廳2013 年發(fā)布的《用工業(yè)設(shè)計支撐美國制造》提出，工業(yè)設(shè)計處于制造業(yè)創(chuàng)新的中心，工業(yè)通過融合設(shè)計、商業(yè)、工程來設(shè)計和改進(jìn)產(chǎn)品與系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計對整合創(chuàng)新的重要性[2-6]。

2 研究范疇

電動工具工業(yè)設(shè)計的研究范疇，如圖1 所示。包括：體現(xiàn)產(chǎn)品文化特性的設(shè)計；針對生活方式或使用場景的設(shè)計和定義；體現(xiàn)產(chǎn)品人性化的設(shè)計；滿足使用者需求的技術(shù)性創(chuàng)造勞動；與產(chǎn)業(yè)鏈、知識供應(yīng)鏈緊密結(jié)合的設(shè)計；滿足可持續(xù)性發(fā)展的設(shè)計；針對電動工具產(chǎn)品進(jìn)行的創(chuàng)新性設(shè)計。

圖1 電動工具工業(yè)設(shè)計研究范疇

2.1 產(chǎn)品基因

產(chǎn)品基因（Product Gene，PG）是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[7]在生物個體與機(jī)械產(chǎn)品類比的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品基因細(xì)分為進(jìn)化基因、概念基因和具體基因；文獻(xiàn)[8]認(rèn)為產(chǎn)品基因是參照生物基因提出的關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品遺傳信息的概念，產(chǎn)品基因工程是生物基因工程思想在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用；文獻(xiàn)[9]研究了產(chǎn)品功能原理層的設(shè)計方法，提出結(jié)合產(chǎn)品基因相關(guān)概念與物理學(xué)中物理信息的表達(dá)與推理過程，推導(dǎo)了基于物理推理的產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建過程，探討基于產(chǎn)品基因與物理表達(dá)的設(shè)計模型；文獻(xiàn)[10-13]分析了不同的演化原理和模型，包括分解重構(gòu)和適應(yīng)性設(shè)計等方式。

結(jié)合電動工具設(shè)計特點(diǎn)，在前述文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上分析電動工具產(chǎn)品基因結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 電動工具工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品基因結(jié)構(gòu)圖

1）原始創(chuàng)新（初始設(shè)計基因）構(gòu)建

電動工具設(shè)計的初始基因也稱原始基因，是區(qū)分不同品牌的重要標(biāo)識，不僅體現(xiàn)了產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)歸屬，也影響著企業(yè)產(chǎn)品族的構(gòu)建和未來發(fā)展方向。以某款交流電動扳手為例，部分產(chǎn)品基因如圖3 所示。

圖3 某款交流電動扳手部分產(chǎn)品基因

2）符號語義特征

設(shè)計是技術(shù)與文化的融合，電動工具的符號語義表明，在與電動工具產(chǎn)品語言交流中，人們通過設(shè)計產(chǎn)品的造型、色彩和質(zhì)感來理解產(chǎn)品。因此，將設(shè)計意圖體現(xiàn)在產(chǎn)品中，促使該產(chǎn)品的功能、特點(diǎn)和操作方法得到清晰表達(dá)。

3）產(chǎn)品族構(gòu)建

電動工具產(chǎn)品族建立在設(shè)計基因完備的前提下，通常認(rèn)為三款以上同一產(chǎn)品基因的產(chǎn)品構(gòu)成產(chǎn)品族系列化。

4）演化（變異）特征

電動工具產(chǎn)品設(shè)計基因的演化特征通過設(shè)計基因重組、設(shè)計基因突變和設(shè)計基因優(yōu)勝劣汰等方式表現(xiàn)。

5）延續(xù)性（遺傳性）特征

電動工具的產(chǎn)品基因至少延續(xù)兩代產(chǎn)品，其中一些設(shè)計基因隨著技術(shù)發(fā)展和需求的改變持續(xù)存在，而另一些產(chǎn)品基因暫時消失或長期消失。

6）自組織性特征

自組織描述復(fù)雜系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)形成過程，系統(tǒng)自組織功能愈強(qiáng)，其保持和產(chǎn)生新功能的能力也就愈強(qiáng)。電動工具工業(yè)設(shè)計自組織性是不斷創(chuàng)新的重要特點(diǎn)之一。

7）非線性特征

一個系統(tǒng)，如果其輸出不與其輸入成正比，則是非線性的。電動工具工業(yè)設(shè)計的非線性特征是電動工具設(shè)計多樣化的形成方式。

8）多次迭代特征

電動工具工業(yè)設(shè)計多次迭代特征表明系統(tǒng)的創(chuàng)新不斷演化，持續(xù)反饋并動態(tài)調(diào)整。

2.2 安全性

電動工具的安全性是設(shè)計中優(yōu)先考慮因素。文獻(xiàn)[14]認(rèn)為影響產(chǎn)品設(shè)計的安全因素包括功能因素和造型方面；文獻(xiàn)[15]提出用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重的安全性評價方法，以提高產(chǎn)品設(shè)計中的安全性；文獻(xiàn)[16]匯總介紹了定性風(fēng)險評價和定量風(fēng)險評價。因此，電動工具工業(yè)設(shè)計安全性，需要考慮以下因素：

1）心理安全

主要表現(xiàn)在操作者使用電動工具時的心理感受，避免產(chǎn)生不穩(wěn)定、不安全的心理感受。

2）安全標(biāo)識

包括警告信息、操作指示信息、材料可靠性和應(yīng)當(dāng)標(biāo)注的信息等。

3）功能安全

包括電動工具產(chǎn)品設(shè)計語義簡潔清晰，各個功能部件信息傳達(dá)明確，體現(xiàn)功能的作用。

4）材料安全

電動工具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝和材料應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適配設(shè)計。選用不同材料進(jìn)行組合設(shè)計時，應(yīng)考慮材料的適配性，主動消除安全隱患。

同時，結(jié)合視覺安全、結(jié)構(gòu)安全、工藝安全、裝配安全、運(yùn)輸安全、文化與傳播安全等諸多因素綜合考慮。電動工具工業(yè)設(shè)計安全性框架圖，如圖4 所示。

圖4 電動工具工業(yè)設(shè)計安全性框架圖

2.3 美學(xué)

電動工具工業(yè)設(shè)計美學(xué)是產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的核心要素之一，是企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)水平的體現(xiàn)。在很大程度上，也是企業(yè)綜合實(shí)力、活力和發(fā)展前景的體現(xiàn)。

電動工具工業(yè)設(shè)計美學(xué)主要包含：設(shè)計時代特征、當(dāng)代審美觀、設(shè)計數(shù)學(xué)特征、色彩特征、色彩禁忌與合理性特征。

設(shè)計語義體現(xiàn)電動工具的設(shè)計內(nèi)涵，是體現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)屬性的重要保證；造型體現(xiàn)電動工具產(chǎn)品的設(shè)計符合當(dāng)代審美觀，有典型的、鮮明的設(shè)計語言。色彩特征和色彩禁忌應(yīng)當(dāng)符合文獻(xiàn)[18]的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中盡量避免使用傳統(tǒng)風(fēng)俗、文化中的禁忌顏色，規(guī)避宗教、民族、團(tuán)體等的相關(guān)禁忌[19]。

電動工具工業(yè)設(shè)計美學(xué)內(nèi)容框架圖，如圖5 所示。

圖5 電動工具工業(yè)設(shè)計美學(xué)內(nèi)容框架圖

2.4 人機(jī)工程

電動工具工業(yè)設(shè)計人機(jī)工程是產(chǎn)品運(yùn)輸、放置、使用和安全性的重要基礎(chǔ)，主要解決“人—機(jī)—環(huán)境”的相互匹配和協(xié)調(diào)問題[20]。其中，產(chǎn)品的設(shè)計及操作應(yīng)當(dāng)符合大部分人群的認(rèn)知和使用習(xí)慣，產(chǎn)品的使用不應(yīng)受到操作者認(rèn)知水平和使用經(jīng)驗(yàn)的限制。電動工具工業(yè)設(shè)計人機(jī)工程學(xué)主要包含以下內(nèi)容：人機(jī)參數(shù)與人體姿勢；人機(jī)操縱裝置設(shè)計；人機(jī)系統(tǒng)與交互設(shè)計；可穿戴設(shè)備設(shè)計；智能電動工具規(guī)劃設(shè)計。

電動工具工業(yè)設(shè)計人機(jī)工程內(nèi)容框架圖，如圖6 所示。

圖6 電動工具工業(yè)設(shè)計人機(jī)工程內(nèi)容框架圖

2.5 可持續(xù)性設(shè)計

電動工具工業(yè)設(shè)計的可持續(xù)性設(shè)計概念與綠色設(shè)計概念存在緊密聯(lián)系[21]。綠色設(shè)計的電動工具產(chǎn)品體現(xiàn)在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、以人為本等概念，從設(shè)計到生產(chǎn)直至廢棄，貫穿綠色理念。因此，包含環(huán)境可持續(xù)性（制造和回收利用）、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性（知識產(chǎn)權(quán)）、社會可持續(xù)性（產(chǎn)品對社會影響）等方面。

3 結(jié)語

電動工具作為傳統(tǒng)制造業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品之一，量大且面廣。作為全球最大的電動工具制造國和出口國，推動電動工具行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展是相關(guān)人士群策群力的奮斗方向。本文分析電動工具典型設(shè)計特征，在符合行業(yè)基本規(guī)律和設(shè)計原則基礎(chǔ)上，探討電動工具工業(yè)設(shè)計所需要的設(shè)計要素，為電動工具工業(yè)設(shè)計評價標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計導(dǎo)則理論體系構(gòu)建提供一定的基礎(chǔ)。