球型攝像機(jī)球罩清洗設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

摘 要：隨著“平安城市”業(yè)務(wù)市場的升溫，對智能球型攝像機(jī)的需求量日益增加。其中，球型攝像機(jī)下方的透明樹脂半球罩容易吸附灰塵、昆蟲尸體等污染物，直接影響了攝像機(jī)的成像質(zhì)量和監(jiān)控效用。因此，球罩的清洗和保養(yǎng)成為了一項(xiàng)重要且復(fù)雜的日常工作。針對工作人員高空作業(yè)清洗球罩所造成的安全隱患、高人力成本和時(shí)間成本，設(shè)計(jì)一款適用于單人操作、便攜式、低成本的球罩清洗設(shè)備成為了安防行業(yè)面對的一個(gè)極具挑戰(zhàn)的課題。從市場調(diào)研、工業(yè)設(shè)計(jì)、材料選擇、加工工藝、成本控制等多方面系統(tǒng)地闡述了球型攝像機(jī)球罩清洗設(shè)備這款專利產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)理念及其帶來的市場價(jià)值。

關(guān)鍵詞：球罩清洗設(shè)備；工業(yè)設(shè)計(jì)；專利產(chǎn)品；安防行業(yè)

中圖分類號：TN948.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.032

一體化智能球型攝像機(jī)是一款高端監(jiān)控產(chǎn)品，這種攝像機(jī)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、安裝使用方便，自上市以來就成為了監(jiān)控行業(yè)的熱銷產(chǎn)品。智能球型攝像機(jī)適用于大面積區(qū)域掃描，捕捉目標(biāo)精準(zhǔn)，功效優(yōu)于多臺固定攝像機(jī)，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)場、車站、商場、銀行和倉庫等許多重要領(lǐng)域。文章所描述的球罩清洗設(shè)備就是針對此類攝像機(jī)產(chǎn)品的清洗和維護(hù)而設(shè)計(jì)的。

1 設(shè)計(jì)球型攝像機(jī)清洗設(shè)備的市場背景

隨著“平安城市”業(yè)務(wù)市場的升溫，球型攝像機(jī)的發(fā)展越來越快，它之所以在城市監(jiān)控中大受歡迎，與它自身的特點(diǎn)是分不開的——安裝方便，布線和管理過程簡單，集成化、智能化程度高。例如，在路口監(jiān)控中，球型攝像機(jī)可水平360°旋轉(zhuǎn)，俯仰180°翻轉(zhuǎn)沒有盲角，對于路口的四個(gè)方向都能“兼顧”到，而且跟蹤、響應(yīng)事件的速度快。當(dāng)有人闖紅燈時(shí)，高速球（“高速智能化球型攝像機(jī)”的簡稱）就可以自動旋轉(zhuǎn)，迅速監(jiān)視路口的各個(gè)方向，確定目標(biāo)位置。可以說，在各種場所都可以看到球機(jī)（“球形攝像機(jī)”的簡稱）的身影，比如十字路口、體育場館、港口、地鐵、校園、大廈和賓館等。業(yè)內(nèi)人士表示，球型攝像機(jī)在城市監(jiān)控前端設(shè)備的應(yīng)用中大約占1/4.以目前21個(gè)試點(diǎn)城市的建設(shè)來說，已用到10～20萬臺高速智能球機(jī)，隨著其他城市相繼啟動監(jiān)控項(xiàng)目，球機(jī)的使用量還會增加。

智能球機(jī)的高速發(fā)展及其需求量的快速增加也意味著設(shè)備制造商的售后維護(hù)工作日益繁重。其中，球機(jī)透明球罩的清潔和保養(yǎng)就是運(yùn)維工作中一項(xiàng)重要而復(fù)雜的內(nèi)容。球機(jī)下方的透明樹脂半球罩容易吸附灰塵、昆蟲尸體等污染物，會直接影響攝像機(jī)成像質(zhì)量和監(jiān)控效用，具體如圖1所示。

為了保證攝像機(jī)成像清晰，球機(jī)維護(hù)人員通常需要攜帶清潔劑、毛巾和水桶等工具登上工程梯進(jìn)行高空清洗作業(yè)，工程人員在清洗球罩時(shí)要非常小心，不能用手指直接接觸透明樹脂球罩，避免手指表面的汗?jié)n、油污腐蝕球罩表面的鍍層或手指甲等硬物劃傷球罩而導(dǎo)致攝像機(jī)成像不清晰。同時(shí)，透明樹脂外罩要用清水沖洗，不能用布擦拭。如果污垢嚴(yán)重，要使用無腐蝕性的中性清潔劑來清洗。遇到距離地面4 m以上的較高立桿時(shí)，如圖2所示，維護(hù)人員還需另外搭建腳手架或借助費(fèi)用較高的高空作業(yè)機(jī)械平臺來完成清洗工作，而且腳手架的拆裝和運(yùn)輸也給實(shí)際操作帶來了不少的麻煩。

在一些攝像機(jī)點(diǎn)位較多的區(qū)域，工程人員還需要一輛工程車來裝載各種清洗維護(hù)的工具，如圖3所示，且使用高空作業(yè)平臺設(shè)備的費(fèi)用比較高。在清潔一個(gè)片區(qū)時(shí)，需要工程車和至少3名工作人員（司機(jī)1名、維護(hù)人員2名）協(xié)同作業(yè)才能完成維護(hù)任務(wù)，人員利用率低。通常情況下，球型攝像機(jī)所處的戶外環(huán)境比較復(fù)雜，操作人員必須佩戴安全帽、綁好安全帶作業(yè)。但是，有些工作人員為了減少麻煩，沒有做足相應(yīng)的安全措施，這就給維護(hù)工作帶來不小的安全隱患。

2 工業(yè)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)

為了避免維護(hù)人員高空作業(yè)的安全隱患，減少對戶外球型攝像機(jī)投入的人力、物資和時(shí)間的成本，提高球罩的清潔效率，我工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)專門研發(fā)了一款便攜式、適用于單人操作的球型攝像機(jī)球罩清潔工具。

為了避免此款產(chǎn)品與市面現(xiàn)有產(chǎn)品雷同，防止設(shè)計(jì)思維上的閉門造車，在設(shè)計(jì)前期搜集了大量國內(nèi)外球罩清洗設(shè)備的產(chǎn)品圖片、發(fā)明專利、設(shè)計(jì)原理等調(diào)研資料，歸納、總結(jié)了各種現(xiàn)有同類產(chǎn)品的材料構(gòu)成、外觀結(jié)構(gòu)、使用方式等關(guān)鍵內(nèi)容。目前，國內(nèi)許多廠家仍舊采取比較原始的人工清洗方式來維護(hù)球型攝像機(jī)，而國外的專業(yè)球型攝像機(jī)清洗設(shè)備都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、安裝維護(hù)不便等弊端。比如，機(jī)械全自動球機(jī)清洗裝置通常由解碼器、微電機(jī)、皮帶、帶輪、傳動軸和清潔刮板等組成，將其安裝在結(jié)構(gòu)已非常復(fù)雜的球機(jī)產(chǎn)品上，不僅生產(chǎn)成本高，而且維修費(fèi)用昂貴。當(dāng)清洗刮板發(fā)生故障不能清理球罩時(shí)，工作人員需要攀爬至球機(jī)懸掛位置進(jìn)行維護(hù)，操作起來十分不便。對于不同規(guī)格的球型攝像機(jī)，機(jī)械清洗裝置必須根據(jù)其球罩尺寸定制生產(chǎn)，這不僅提高了球機(jī)的復(fù)雜程度，也增加了設(shè)備制造商的生產(chǎn)和維護(hù)成本。

因此，在設(shè)計(jì)這款設(shè)備前，我們重點(diǎn)著力于以下幾個(gè)設(shè)計(jì)切入點(diǎn)：外型美觀、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、便攜方便。設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)調(diào)研范圍小到家用清潔工具，大到戶外高空作業(yè)使用的工具，比如清洗玻璃幕墻的海綿清洗刷、城市綠化中經(jīng)常用到的高枝剪、除草機(jī)等設(shè)計(jì)成熟且簡單易用的手持工具。設(shè)計(jì)師從手持類工具的設(shè)計(jì)中得到了很多啟發(fā)，比如人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常用來打掃較高地方的帶伸縮桿的刷子。這種伸縮桿很容易在市場上采購到，也可以將其利用到球罩清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)上。

3 關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題的創(chuàng)新解決方法

接觸透明樹脂球罩的清洗頭在材料的選用上是非常講究的，它必須滿足柔軟防劃傷、吸水迅速不易留塵、易于固定和更換、清潔效果好、外型美觀等幾個(gè)特點(diǎn)。通常情況下，家用的洗車除塵布和洗碗海綿都具有不錯(cuò)的除垢效果，同時(shí)，又不容易劃傷亮光表面，所以，纖維除塵布和吸水海綿是接觸球罩的最佳材料。其中，海綿吸水性強(qiáng)，清洗物件表面時(shí)不易留下殘?jiān)子诔尚秃桶惭b，厚度彈性容易控制，可以滿足不同的外觀和結(jié)構(gòu)加工要求。因此，將接觸球罩的主要材料確定為吸水清潔海綿。

無論什么樣的材料，都需要結(jié)構(gòu)件來支撐它們，根據(jù)透明樹脂球罩的半球形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了3款用來支撐海綿且形狀貼合球罩表面的清洗刷頭方案。其中一種清洗刷頭的設(shè)計(jì)方案是由彈簧和鈑金組成，雖然造價(jià)低廉，但機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料非常堅(jiān)硬，容易在透明球罩表面的留下劃痕。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)加工工藝相對復(fù)雜，力學(xué)參數(shù)比較難控制，容易造成使用者誤操作和設(shè)備后期維修的不便。最終，排除了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，選擇了加工和量產(chǎn)都較為簡單的硅膠碗型清潔刷頭方案。當(dāng)刷頭上下、旋轉(zhuǎn)摩擦球罩時(shí)，刷頭內(nèi)表面的柔軟海綿便會去除球罩表面的污垢。為了使這款產(chǎn)品能清洗不同尺寸的球罩，每個(gè)方案的刷頭在保證外型美觀的前提下都做了彈性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。硅膠材料的清洗刷頭外殼不僅可以一次注塑成型，易于批量生產(chǎn)，同時(shí)，這種低成本的彈性材料不會對透明樹脂球罩的光澤表面造成傷害，也能貼合不同尺寸的球罩，達(dá)到清洗多種型號球機(jī)的目的。

如何用簡單、省力的方式支撐刷頭在4～6 m的高空完成清洗動作也是一個(gè)不小的難題。通常情況下，球型攝像機(jī)都安裝在4 m或5 m高的金屬立桿上，高度超過人身高的2～3倍，在不同點(diǎn)位的球型攝像機(jī)下，工作人員都需要搭建人字梯或腳手架，不僅拆裝麻煩而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。筆者認(rèn)為，工作人員在地面上完成所有工作是最安全、最方便的，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單、省力又容易拆裝的伸縮桿是解決這些問題最快捷的方法。伸縮桿不僅可以根據(jù)球機(jī)的懸掛高度來調(diào)整其長度，同時(shí)，拆裝、攜帶、運(yùn)輸都非常方便，市場上可以選擇的種類也非常多，這也降低了該產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。由于球型攝像機(jī)是高壓帶電設(shè)備，所以，選擇了一款伸縮范圍在1.5～4.5 m之間的絕緣伸縮桿，這個(gè)長度可以方便工作人員掌握工具重心，易于操控。

以蓮花“出淤泥而不染”的寓意為靈感，制作出了第一代球罩清洗設(shè)備的樣品，如圖4所示。將清洗設(shè)備的刷頭設(shè)計(jì)成簡化的花朵形狀，摒棄清洗設(shè)備帶給人的冷漠感，使產(chǎn)品變得更親切、有趣。

4 設(shè)計(jì)為產(chǎn)品帶來的市場價(jià)值

對第一代球罩清洗設(shè)備的樣品做了大量的戶外清洗實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過半年多的現(xiàn)場使用，工程維護(hù)人員普遍反映清洗球罩的效率得到了很大的提升。具體如圖5、圖6所示。

原來清洗一個(gè)點(diǎn)位的球型攝像機(jī)需要至少3名工作人員和1輛工程車，且一個(gè)點(diǎn)位的清洗耗時(shí)至少30 min，一個(gè)片區(qū)的球機(jī)數(shù)量在300個(gè)左右，全部清洗完畢需要很長一段時(shí)間。使用了第一代球型攝像機(jī)清洗設(shè)備后，一個(gè)點(diǎn)位只需要一個(gè)工作人員來清洗，而且清洗耗時(shí)減少到了5 min/點(diǎn)位，具體對比數(shù)據(jù)如圖7所示，也不需要另外租賃大型工程車來托運(yùn)沉重的腳手架或其他設(shè)備了。

就武漢市區(qū)域的球機(jī)維護(hù)成本來說，每月需維護(hù)球機(jī)1次，每年可以為企業(yè)節(jié)約人工成本和物資成本約155萬元，全國范圍內(nèi)每年可節(jié)約人工成本約400萬，節(jié)約車輛費(fèi)用約70萬，具體如圖8所示。

5 球罩清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)升級

為了使這款球罩清洗設(shè)備成為一款能給大多數(shù)安防企業(yè)帶來便利的成熟產(chǎn)品，特對第一代樣品做了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)更新。目前，國內(nèi)外的球機(jī)清洗設(shè)備還不具備供水沖洗的功能，這對球罩的清洗效果有極大的影響。在一代球罩清洗設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了可移動的儲水裝置，以便工作人員在同一地區(qū)快速、連續(xù)地完成多個(gè)球機(jī)的清洗工作。

在清洗刷頭和伸縮桿的內(nèi)部設(shè)計(jì)了可伸縮且互不干擾的供水和排水管系統(tǒng)，并將伸縮桿的尾部連接上便攜式的供水儲水裝置，工作人員可通過控制手柄上的水閥旋鈕輕松地調(diào)節(jié)沖洗球罩的水量。清潔液經(jīng)過供水設(shè)備出發(fā)，流經(jīng)控制手柄和伸縮桿內(nèi)的彈簧軟管進(jìn)入清潔刷海綿中儲存，當(dāng)工作人員旋轉(zhuǎn)伸縮桿時(shí)，蓄積清潔液的清潔刷海綿便會與球罩接觸摩擦，以達(dá)到清洗的效果。同時(shí)，清洗后的廢水會通過清潔刷和伸縮桿內(nèi)部的排水系統(tǒng)流出，方便廢水的收集、凈化和循環(huán)再利用。在工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不斷嘗試、試驗(yàn)和改進(jìn)后，第二代球型攝像機(jī)清潔工具誕生了，如圖9、圖10所示。

由于第二代產(chǎn)品的清洗試驗(yàn)效果非常顯著，所以，為其申請了發(fā)明專利，并將其量產(chǎn)投入市場。該產(chǎn)品不僅解決了設(shè)備售后維護(hù)上的一大難題，同時(shí)，也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。基于“平安城市”建設(shè)中球型攝像機(jī)的廣泛使用，該款產(chǎn)品帶來的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益將會非常可觀。

6 結(jié)束語

工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)本著簡化解決方案、合理降低研發(fā)成本的設(shè)計(jì)原則，從市場調(diào)研、解決方案、材料選擇、加工工藝、成本控制等多方面入手設(shè)計(jì)出了球型攝像機(jī)球罩清洗設(shè)備這款專利產(chǎn)品。在該產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)始終圍繞著3個(gè)重點(diǎn)——簡化構(gòu)件、巧妙設(shè)計(jì)、降低成本來設(shè)計(jì)實(shí)踐。好的設(shè)計(jì)必須是適合當(dāng)前資源條件的設(shè)計(jì)，也是能巧妙、充分利用資源的設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)既能解決企業(yè)自身的問題，又能解決市場的問題。解決了別的企業(yè)解決不了和解決不好的問題本身就是一種創(chuàng)新。

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作者簡介：王璐（1985—），女，湖北武漢人，工業(yè)設(shè)計(jì)工程師，2008—2011年擔(dān)任海爾集團(tuán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心工業(yè)設(shè)計(jì)師，2011年至今就職于武漢郵電科學(xué)研究院，主要從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)和UI設(shè)計(jì)工作，2014年至今于武漢理工大學(xué)研究生院研修藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)。

〔編輯：白潔〕