工程機械產品技術與藝術的若干問題分析

陳 爭,高宇清,陳秉正

(長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

1 我國工程機械產品形態設計現狀分析

工程機械產品是我國裝備工業的重要組成部分。該類產品主要用于國防建設工程、交通運輸建設，能源工業建設和生產、礦山等原材料工業建設和生產、農林水利建設、工業與民用建筑、城市建設、環境保護等領域。概括而言，凡土石方施工工程、路面建設與養護、流動式起重裝卸作業和各種建筑工程所需的綜合性機械化施工工程裝備，均屬于工程機械產品。

1.1 “陣痛期”中尋求突破

近年來，我國工程機械行業的經濟形勢經歷了從飛速增長——形勢低迷——溫順復蘇的漫長過程(見圖1)。在經歷“盛宴”之后，行業面臨市場需求下降、社會存量增大的窘境。企業逐漸重歸理性，開始為適應經濟調整尋找可持續發展道路。這一改革、轉型、探索的艱難時期，被稱為工程機械行業發展的“陣痛期”。

圖1 2006～2013年工程機械上市公司營業收入增長情況

1.2 “形態設計”中的不足

發展中的陣痛來自于行業的方方面面。盡管中國已成為全球制造大國，也涌現出“三一重工”、“徐工集團”、“中聯重科”、“南車集團”等諸多行業領軍企業，但從“中國制造”向“中國創造”進軍的道路上，我國工程機械行業仍有待探索。國產工程機械產品在“形態設計”方面仍存在諸多不足：

(1) 同質化現象嚴重：所謂“同質化”是指由于同一類型、不同品牌的商品在性能、外觀、營銷方式上的模仿行為而導致的行業產品逐漸趨同的現象。處于 “同質化競爭”中的工程機械產品，無論制作手段、生產流程、外觀造型均趨于相同，讓行業進入“模仿怪圈”，這在很大程度上阻礙產品創新與發展。

(2) 產品缺乏“遺傳性”：國內工程機械企業普遍關注企業建設規劃及市場銷售策略，但缺乏設計理念的長遠規劃。例如，國產工程機械產品的形態設計中缺乏企業的“遺傳性”——出自同一企業的產品往往在外形上毫無遺傳性征，最終導致產品缺乏整體感、延續性，很難建立成熟的品牌形象，樹立鮮明的產品風格。

(3) 亟待提升“細部設計”：盡管國產工程機械產品具備性價比的優勢，但據調查, 國內大型工程施工企業仍以使用進口設備為主。使用者認為國產設備易出現液壓件漏油、發動機動力不足、零部件易壞、零件為偽劣產品等不良現象，導致國產設備使用周期變短。而進口設備注重細節品質、信譽較好、質量有保證。由此可見，國內設計團隊對于細部設計理論的重要性認知仍相對滯后。

2 工程機械產品的形態設計

形態即“形”和“態”。物體的外在形狀是一種視覺效果，而內在結構則是一種情感的表達，屬于精神表達產品的形態設計涉及結構、功能、材料、工藝、人機工程、心理學等諸多學科，只有“物質形式”和“精神體驗”相結合，才能構成理想的產品。形態由造型、色彩、材質3個基本要素構成。在設計中，三要素受到技術條件、工作環境、企業文化等諸多因素的影響，因此，只有結合該類產品的特征，遵循設計原則，才能科學開展形態設計(見圖2)。

圖2 形態設計三要素

2.1 設計原則

工程機械產品的形態設計主要包括產品的機械機構、操作機構、覆蓋件以及各部件的銜接。該類產品的形態設計需遵循 “形態服從功能”、“符合人機工程學規律”、“形式美”3個基本原則(見圖3)。

(1) 形態服從功能：產品的“物質功能”是“精神功能”的基礎，在形態設計中，需從整體出發，注重體現產品“核心功能”，應明確理清各功能之間的從屬關系、并列關系，合理取舍。同時，考慮到工程機械產品特殊的野外作業環境，其造型需具備一定的體量感、結構設計應堅固利落。

(2) 符合人機工程學規律：人體工程學(ERGONOMICS)也稱人類工程學或工效學。該理論主張“設計應以人為本”。運用人體計測、生理、心理計測等手段和方法，研究人體結構功能、心理、力學等方面的內容，以使設計適合人的身心活動需求．取得最佳的使用效能。如不同操作姿態下的不同人機工程數據：工程機械駕駛室高度與寬度的設計應滿足人體不同操作姿態。國外已研制成系列的標準模擬人為研究人機工程學服務；人機交互因素在設計中占有重要地位。例如界面設計中顯示區、操作區功能的合理劃分、布局以及機械零部件的操縱感等，都應遵循安全性、舒適性、方便性的要求，使產品符合操作者的身心發展， 達到“可用”、“易用”、“想用”理想的層面。例如在材質的觸覺方面具備親和性，在色彩、造型的視覺上具備安全性、識別性、警示性等。

(3)形式美：該原則屬于“精神功能”的范疇。隨著社會發展，在滿足使用功能的基礎上，市場越來越注重工程機械產品的審美需求。該原則要求在形態設計中合理規劃產品的尺度與比例，注重結構的對稱與均衡，在和諧統一的整體設計中，巧妙運用局部設計的節奏與韻律，細部設計應流暢過渡，與整體設計相呼應。

2.2 設計風格

圖3工程機械產品的形態設計原則

形態設計原則是設計的指導思想。依據工程機械產品的形態設計原則，其風格定位已十分明確：作為野外作業的工程機械產品在結構上應具備體量感、力量感、結構穩固堅硬，符合安全性、便于操作；色彩簡潔明快，具備警示性及識別性，防止產生視覺疲勞、干擾操作；材質方面，應體現一定的時代感、科技感(見圖4)。

2.3 形態元素

在明確產品設計風格定位后，方可提取形態設計元素進行整體方案設計。設計過程應遵循從整體到局部，再由局部回歸整體的路線。

(1)造型：包涵點、線、面3要素，三者結合構成體。一般情況下，按照先體，后面，再局部(點、線)的設計步驟能更好地突出整體性，把握產品的尺度與比例。“體”元素由點、線、面三元素組成。工程機械產品的功能性、大體積以及復雜機構，設計中多采用“方體”、“圓柱體”等幾何體，“面”元素多以“方形”、“圓形”、“三角形”、“梯形”為主。營造完整、圓滿、力量、科技等視覺效果。在此基礎上，“點”、“線”元素的排布則主要充當“識別”、“裝飾”、“警示”的作用。

以三一重工的SY5405THB530C-8混凝土泵車為例(見圖5)：其產品由底盤、壁架系統、轉塔、液壓系統、電氣系統、泵送系統以及各部件組成。其外部的形態設計主要包括車頭、底盤、臂架系統、轉塔以及細部設計。該款泵車以“長方體”為整體造型、以“倒梯形”、“梯形”為臂架系統和磚塔結構、“圓形”車輪，再以不同顏色加以區分，功能分區明確、整體造型穩重利落。

造型中的“線”是“點”運動的軌跡，也是“面”的邊緣。它們構成產品的外形輪廓，是造型中至關重要的藝術形式。線的數量、長短、寬窄、曲折賦予產品不同的情感和內涵，如直線表現利落、平靜、莊嚴；折線表現動感、方向；粗線表現強勁、有力；曲線表達柔和、彈力等。工程機械產品的“線元素”(見圖6)在形態設計中既是“結構線”也是“裝飾線”。在描述機械組成結構的同時，運用色彩、曲直的對比形成視覺沖擊。

圖4工程機械產品的形態設計風格定位

圖5 三一重工SY5405THB530C-8混凝土泵車

圖6 工程機械產品的“線元素”

造型中的“點”有多與少的對比、大與小的變化、整體與碎點的比較、密集與疏散的導向性。這些不同類型的點在方向、面積、位置等方面體現出不同的情感、節奏、韻律(見圖7)。

(2) 色彩：色彩是一種視覺語言符號，與心理學有密切聯系。從色彩心理學的角度出發，工程機械產品宜采用大面積色塊強調機械機構的整體性，用對比強烈、明快的色彩進行功能分區、用鮮亮的顏色表達某些部件的警示作用，以降低視覺疲勞，減少誤操作。目前國內外工程機械產品較多使用黃、紅、黑三色搭配，黃、灰、黑三色搭配，白色、藍色搭配。同時，色彩是表現企業產品“遺傳性”、建立品牌形象的重要手段。例如美國知名的卡特皮勒(Caterpillar)公司，從商標設計、產品設計甚至網頁設計的用色上，均采用黃、黑色搭配的標準色。這一手法使產品風格具有強烈的“家族遺傳性”，也使企業形象深入人心。

圖7 SY5405THB530C-8混凝土泵車點元素分析

(3) 材質：顧名思義，指材料的質感。材料的表面肌理帶給使用者觸覺，而材料的外觀形態則產生視覺效果。工程機械產品多采用玻璃、鋼材、橡膠制作，塑造堅固的結構，同時呈現產品的科技感、時代感。

2.4 確定整體方案

在對形態元素進行合理取舍后，工程機械產品的形態設計方案逐步明確。在表達整體結構、功能的前提下，該類產品的造型元素應以“簡潔”、“安全”、“人性化”為原則，運用色彩、線條、塊面的的結合，滿足“功能性”和“裝飾性”雙重需求。

2.5 從整體到局部——細部設計

確定整體方案后，設計者應將目光從“整體”投向“細節”。細部設計在形態設計中十分重要，但國內對于“細部設計”理論的研究相對滯后，國產工程機械設備若能在細部處理上提高品質、豐富藝術性，不失為競爭的有力手段。工程機械產品的細部設計主要包括：構件連接處、可見的孔及間隙、產品的邊緣以及局部裝飾細部。構件連接處及可見的孔及間隙細部易導致安全隱患、容易藏污納垢，在設計中應盡量整合結構、運用圓滑、流暢的線條過渡；設備邊緣細部可適當進行圓角處理，提高安全性及美觀性；一些局部裝飾細部運用企業商標、幾何形狀等抽象形態符號增添藝術性(見圖8)。

圖8 卡特皮勒公司產品的“細部設計”

3 結 論

隨著科技水平高度發展，工程機械產品與其它人造物一樣，在滿足使用價值的同時也在追求具有表象的吸引力。綜上所述，工程機械企業應積極調整企業結構，轉化設計方式，通過多樣化的形態設計方法，提高產品品質、提升品牌價值，使優良的形態設計成為突破發展瓶頸的重要手段。

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