基于色彩意象的工程裝備產品外觀配色設計研究

張宗登， 張紅穎

(1. 南京藝術學院設計學博士后流動站，江蘇 南京 210013；2. 湖南工業大學包裝設計藝術學院，湖南 株洲 412007)

基于色彩意象的工程裝備產品外觀配色設計研究

張宗登1,2， 張紅穎2

(1. 南京藝術學院設計學博士后流動站，江蘇 南京 210013；2. 湖南工業大學包裝設計藝術學院，湖南 株洲 412007)

產能過剩，同質化競爭是當前工程裝備行業面臨的重要問題，在技術、質量、功能趨同的背景下，破解工程裝備產品同質化競爭的主要途徑，是借用設計手段，實現產品色彩、形態等視覺要素的差異化；針對工程裝備產品配色方式與配色比例問題，運用了色彩基礎理論、色彩心理學、感性工學、市場調研和統計分析等方法，得出三組(編號為A4-4、B2-4、C2-4)工程裝備產品主輔色彩的配色方案，并以裝載挖掘機為例，對配色方案進行了驗證，達到預期結果；然后結合設計實例，初步提出了一套工程裝備產品外觀配色設計的配色比例區間，為工程裝備產品的配色設計提供參考。

色彩意象；工程裝備；配色設計；色彩選擇

產能過剩是當前諸多裝備制造企業面臨的嚴峻問題，過去由市場導向、生產導向的商品經濟，逐漸演變成消費者導向，這對企業的設計生產提出了新的要求[1]。國內從事工程裝備生產制造重點企業有數十家，工程裝備產品呈現產能過剩、同質化現象，通過色彩意象的研究進行產品配色設計，被認為是擺脫產品同質化競爭，保持品牌差異化的重要手段。部分學者從交互式遺傳算法、品牌識別、色彩方案重用、色彩空間分布等角度對工程裝備的配色設計進行了研究，但關于工程裝備產品的配色比例以及具體運用方面的研究較少。本文應用色彩基礎理論、色彩心理學、色彩意象理論，以裝載挖掘機的色彩涂裝為例，以期建立一套具有普遍適應性的工程裝備產品配色比例與

配色方法，為工程裝備實現最優配色提供參考。

1 色彩意象及選取方法

1.1 意象

意象(image)是感性工學領域的一個重要概念，根據《中華辭海》的解釋：意象是哲學領域的一個美學概念，意指心意，象指物象，意象是指某一對象的感性形象與自己的心意狀態融合而成的蘊于胸中的具體形象。《牛津高階英語雙解辭典》認為意象有 3個層面的意思：一是指某物體外形的人為模仿或呈現；二是指某物的心理呈現，通過記憶或想象呈現出的一種心理想法、概念、圖像或印象；三是指在心靈中對某事物的呈現，借用語言或文字開展生動或圖形的描述。由此可知，意象是由于感覺系統的刺激，人們對過去經驗或記憶產生共鳴的一種現象，是一種知識的表征形式。根據人的官能感覺差異，意象可以分為視覺、觸覺、味覺、嗅覺、聽覺等形式，其中視覺與聽覺意象最能激起人們的共鳴。

色彩通過人的視覺刺激可以使人產生心理或情感上的共鳴，這種現象被稱為色彩意象。產品色彩意象來源于人的視覺感知系統，是人們對產品色彩的觀念認知、喜好評判和態度，包括使用者感想認知和審美情趣，是思維反應和直覺反應的綜合表現[2]。在日常生活中，可根據產品的外觀色彩，作出諸如“懷舊的”、“傳統的”、“運動的”、“時尚的”的描述，這些形容詞蘊含著產品的特質和人們的心理感受，是產品色彩意象的表征形式。

1.2 色彩選取方法

色彩意象是通過人們的視覺感受來實現和表征，通常情況下，不同的色相會給人不同的心理感受，也就會產生不同的色彩意象，如藍、黃、紅等顏色給人的心理感受差異就很大；此外，相同色相在飽和度和亮度發生變化時，也能產生不同的色彩意象，給人明暗，軟硬，輕重，遠近的心理感受[3]。根據工程裝備自身特性和行業規則，本文設定某一種色相作為意象測試的主色調，同時，根據飽和度和亮度的差異，將這種色相做等差或者等比的次第變化，在測試時給觀察者直觀感受是不一樣的。

(1) 色彩飽和度的變化與選取。色彩的濃淡主要受色彩飽和度的影響，在分析色彩濃淡變化時，可設飽和度作為色彩濃淡變化參數。設某種色相的飽和度為Ci，飽和度最高值為100，N為飽和度漸變的次數，則漸變的顏色純度Ci可用式(1)表示

(2) 色彩亮度的變化與選取。色彩的明暗主要受色彩亮度的影響，在分析色彩明暗變化時，設置亮度作為色彩明暗變化參數；設某種色相的亮度為Li，亮度最高值為100，N為亮度漸變的次數，則漸變的顏色亮度Li可用式(2)表示

(3) 色相冷暖的變化與選取。色彩冷暖本質上是色彩給人的心理感受，是色彩意象的表征形式之一，從色相環上看，黃、紅、橙讓人想到陽光、火焰，給人溫暖的心理感覺，稱為暖色；藍、青、綠讓人想到冰、雪、海洋、藍天等，給人冷寒的感覺，稱為冷色。在 360°的色相環中，一般把橘紅色定為最暖一級，把天藍色定為最冷一級，越靠近暖級的色彩越暖，越靠近冷級的色彩越冷，距離冷、暖級距離相等的稱為中性色(圖1)。此外，在無色彩系中，白色為冷色，黑色為暖色。

圖1 色相環中色彩冷暖區域劃分

在分析色彩的冷暖變化時，設定冷級與暖級對應的色相環角度分別為30°與210°，選擇的顏色為冷色時，則用暖色為起點，所選擇的色相為終點，否則相反；漸變的方向為兩個端點夾角較小的一側，這樣在綜合考慮亮度L與飽和度C的情況下，可以獲得在冷暖漸變情況下色相的數值。

設所選色相為H，漸變顏色的飽和度、亮度、色相分別為：Ci，Li，Hi，N為色相漸變的次數，當 H距離暖色的夾角較小時，色相 Hi可用式(3)表示

其中，1≤i≤N；

當H距離冷色的夾角較小時，色相Hi可用式(4)表示

其中，1≤i≤N。

2 工程裝備產品涂裝色彩主輔色選取

2.1 工程裝備色彩選取的限定要素

工程裝備主要指工程建設的施工裝備，包括用于土方、石料施工、公路路面的建設與養護、流動式起重裝卸作業以及其他建筑工程所需要的機械化施工設備。工程裝備大多以戶外作業為主，由于體型大，對周圍的人或物可能帶來一定的破壞，因此，配色時大多以高純度的色彩作為主要用色，這類色彩需具有較高的識別性和警示性，在戶外作業時能保證一定的遠視效果。根據工程裝備的自身特點和行業標準，其涂裝方案大體上要考慮以下幾個因素：

(1) 色彩涂裝要符合美學法則。涂裝色彩的選擇要使產品具有較高的統一性，根據主輔顏色的適當比例，來確定色彩的搭配。任何完整的產品，在涂裝方案設計時均需考慮節奏與韻律，尺度與比例，變化與統一，對比與協調等美學法則，使產品的形與色融為一體。通過主輔色的對比、協調、搭配，使原本比較笨重的產品更具生氣與活力[4]。

(2) 色彩涂裝要符合環境的要求。對于移動類工程裝備，在戶外進行作業時，需考慮環境顏色與裝備顏色的差異，如在沙漠、戈壁環境中，裝備不宜使用黃色，因為黃色與環境色融合在一起，很難分辨，容易產生視錯覺和誤操作；在湖泊或綠地，不宜把裝備涂成藍色，因不好分辨。在考慮環境色彩的同時，還要考慮環境對裝備的腐蝕和破壞，涂裝時需要綜合考慮各種要素。

(3) 色彩涂裝要使人機協調。工程裝備一般分為固定裝備和移動裝備，固定裝備涂色一般比較簡單，移動裝備需要人長時間的操作，涂裝時需要考慮人機協調的問題，減少操作過程中的緊張氛圍和壓力，常見的裝備配色要求如表1所示。

表1 工程裝備產品常見配色情況

(4) 色彩涂裝要延續品牌的家族性。產品的色彩一般具有較強識別性，代表著企業形象，傳達著企業文化，在無形中起著宣傳企業的作用[5]。對于普通人來說，工程機械接觸少，且體型龐大，不同品牌的工程裝備，如果沒有明顯一致的色彩或形態，一般很難分辨，因此在涂裝時必須考慮到企業產品用色的一致性和連貫性，確保每一款產品都具有相同的色彩基因。因此，色彩涂裝的延續性和系統性可以提升產品的附加價值，樹立良好的品牌形象。

從以上限定要素可以看出，工程裝備產品由于長期以戶外作業為主，在設計涂裝方案時需考慮色彩在環境中的醒目感、視認感、關注度、警示度，色彩工藝要做到耐磨、耐臟、耐腐蝕、耐潮，此外，還需考慮主輔色之間的協調與搭配。

2.2 主體涂裝色彩選取

工程裝備受作業環境、行業屬性等因素影響，所以對涂色方案有著特殊的要求，文中結合市場調研和工程裝備涂色限定條件(表 1)，確定橙、黃色系，藍色系，紅色系三組色系為研究對象，開展工程裝備的配色研究。調研發現，在日常生活中，有80%以上的工程裝備均采用這三組色系，同時，這三組色彩視覺張力與沖擊力強，在室外空曠的場地，可以增強工程裝備產品整體形象和警示度。根據式(1)～(4)的色彩變化情況，借助計算機繪圖軟件確定橙、黃色系，藍色系，紅色系三組色系的漸變色塊，在使用時記錄好色塊的CMYK值和RGB值，以便后續的查找和使用，如圖2所示。

圖2 工程機械產品涂裝主色選擇參考樣本

圖2中所示色彩為生活中比較常見的工程裝備主體涂色，根據式(1)～(4)設置色彩的次第漸變，配色基本符合行業需求。隨后開展問卷調查，要求被調查者從三組色系中選擇一種作為工程裝備產品的主體配色，并對每種色彩進行簡單的描述，所選調查對象需具備見過或者接觸過工程裝備的經歷。

針對工程裝備主體色彩的選擇，共發放了200份問卷，回收有效問卷 188份；經統計被測者年齡區間為18～56歲，其中男性112人，女性76人。最終統計結果見表2，從表中可以得出，在藍色系色塊中，有72%的被測者選擇了A4色塊，關注比例很高，說明大部分被測者傾向于使用A4色塊做主色涂料；橙、黃色系色塊中，有 42%的被測者選擇了 B2色塊，同時也有 33%的被測者選擇了B5色塊，說明這兩種顏色都可以被用作主涂裝色彩；紅色系色塊中，有 61%的被測者選擇了 C2色塊。

根據上述提到的工程裝備涂裝色彩的限定因素，及市場調研的結果，選擇 A4、B2、C2 3種顏色為工程裝備主體涂裝備選色彩，這3種顏色的直觀選擇比例最高，跟日常生活中常見的工程裝備配色大致相同，其 C、M、Y、K值如表2所示。

表2 涂裝主體色彩的直觀選取比例(%)

2.3 輔助涂裝色彩選取

工程裝備的涂裝很少使用單一色彩，一般由兩種或兩種以上的色彩構成一套完成的涂色方案。不同色彩根據相應的美學法則進行搭配，使得工程裝備的色彩既符合行業規定，又符合美學原則，達到實用與美觀的和諧統一。在式(1)～(4)中，設定C、L、H分別為飽和度、亮度和色相，那么ΔC、ΔL、ΔH則分別為飽和度差、亮度差和色相差；ΔC、ΔL、ΔH數值的大小，在色彩搭配時會呈現出同一色搭配、對比色搭配和類似色搭配，這也是色彩構成中的配比原理；同時，不同數值的ΔC、ΔL、ΔH所表征的色彩意象也有差異，如表3所示。

表3 色彩數值差異與色彩意象的對應關系

經綜合分析，選取A4、B2、C2 3種顏色為工程裝備的主體涂裝顏色，并根據色彩數值差異與色彩意象之間的對應關系，分別列出 6種顏色與A4、B2、C2 3種主色進行搭配，然后設置問卷調研，優化主輔色的搭配方式，從而構建相對完整的配色方案。列出組合的原則如下：一是選擇同一色、類似色、對比色各一種，與3種主色搭配；二是從無彩色系中選擇深灰、灰、淺灰3種顏色，與 3種主色進行搭配，這樣就得到了三套色彩組合，分別為A4組合、B2組合和C2組合，結果如圖3所示。

圖3 主色與輔色的搭配選擇樣本

問卷調研的設置采取開放性的形式，不再是在每一套色彩組合中選擇一種，而是讓被測者進行想象或者聯想，對每一種色彩組合寫下相應的視覺感受，并將視覺感受記錄在對應的表格中。

本次調研有針對性的選擇了15位受測者，每位受測者要求具有大專以上學歷，有色彩方面的知識，對色彩搭配有一定的了解。測試結束后，對被測者所寫下來的感覺詞匯進行統計、分析、歸納和篩選，最終對每一種色彩組合都選擇三組高頻視覺意象詞匯，以便最終確定工程裝備的涂裝配色，統計結果如表4所示。

根據對調研結果綜合分析，組合 A4-4、組合B2-4、組合C2-4比較適合工程裝備的主輔色搭配，這 3組色彩搭配所傳遞的色彩意象為安全沉穩、專業可靠；在視覺上給使用者適度緊張，對周圍工作人員起到警示提醒的作用，這樣的色彩搭配可以較少誤操作和安全事故的發生。

最后確定 3組顏色為工程裝配常用配色，分別為組合A4-4，其藍色為主色調(CMYK值：100、40、0、0)，深灰色為輔助色彩(CMYK值：0、0、0、80)；組合B2-4中黃色為主色調(CMYK值：0、15、100、0)，深灰色為輔助色彩(CMYK值：0、0、0、80)；組合C2-4中，紅色為主色調(CMYK值：0、100、100、8)，深灰色為輔助色彩(CMYK值：0、0、0、80)。

表4 主輔色組合之色彩意象的調研結果(%)

3 工程裝備涂裝方案構建

確定好工程裝備的主輔配色后，接下來選取常用配色組合A4-4作為色彩樣本，以輪式裝載挖掘機為例，對工程裝備的整體配色方案構建一般性的模型。常見工程機械產品的結構比較復雜，其外部的構建一般包括前機罩、前護柵、駕駛室、發動機上罩、操作部件、行走裝置、車輪或履帶、主共建裝飾部件和外觀覆蓋件組成[6]。

工程裝備的主輔色只是其基本色調，此外還需一些細節的點綴色，部分產品的結構不需要涂色，如挖掘機的伸縮桿、駕駛室的玻璃窗戶等。A4-4組合為藍色和深灰色搭配，兩種顏色對比強烈，可視性高，視覺沖擊力比較強。大面積的是用某一種色彩，會夸大色彩的使用效果，高明度的藍色會顯得格外顯眼，低明度的灰色則會黯淡無光，這反而會造成心理上的壓迫感和緊張感[7]。因此，涂裝色彩之間的面積必須遵循一定的比例，才能使涂裝效果和諧有效。由于不同工程機械在結構上存在較大的差異，不同的涂色區域很難有非常精確的涂色面積，只能設定一個大致的區域值。如圖4所示為以主輔配色組合A4-4配色設計的一款輪式裝載挖掘機，機身主色調以藍色調(CMYK值：100、40、0、0)為主，深灰色的輔色主要用于機器與土方、石料等接觸部位，整體呈現出良好的視覺效果，給人科技、專業、穩重的視覺意象。

圖4 運用A4-4組合配色設計的裝載挖掘機

這款輪式裝載挖掘機是專門為山河智能裝備股份有限公司定向開發的產品，該產品主要用于連續挖掘和連續裝載作業，如煤礦、砂石場、渣土場、散貨轉運等場所，如圖 5所示。目前這套設計方案已經被企業采納并批量生產，產品整體形象清晰醒目、科技感強，得到企業和用戶的一致好評。

圖5 輪式裝載挖掘機的使用情景

根據裝載挖掘機的功能和工作狀態，采用多維度的方法對其涂裝區域進行劃分和編碼，設定裝載挖掘機的涂裝區域合集為Xw，則整體涂裝公式為

其中，X1為主配色，X2為輔配色，X3為不需涂裝的區域，X4為點綴色之一，X5為點綴色之二。設定涂裝區域合集 Xw為 100%，則不同涂裝色彩的數值如表5所示。

表5 不同色彩的配色區域與比例(%)

表 5中各配色區域所占比例均是一個數值區間，針對不同的工程裝備，主色調配色區域數值浮動區間較大，一般占 40%以上；輔色所涂裝的區域大多是跟機械操作時接觸土、石、沙、泥、礦等物體的部分，深灰色的輔色涂裝既耐臟，又可增加機械的穩重感，一般占 20%以上；不需涂色部位根據機械的類型不同，會發生一定的變化，玻璃、不銹鋼輪轂等部位的大小決定著區域所占的面積比值，大多在 10%以下；點綴色有一種或兩種，顏色一般與主色或者輔色對比強烈，涂色區域比值很少，一般在5%以內。

4 結 論

很多工程裝備企業沒有專業有效的色彩涂裝流程，產品的涂裝大多情況下停留在模仿和借鑒階段，這對我國工程裝備“走出去”戰略產生較大的負面影響。色彩涂裝的合適與否，直接影響著工程裝備產品品質和品牌形象，目前國內工程裝備在技術與質量方面都達到國際先進水平，但涂裝設計的整體形象和層次還有待進一步提高[8]。

不同種類工程裝備產品的配色方式和配色區域存在較大差異，文中提出了一套可供參考的工程裝備產品配色分析程序與方法，得出三套色彩組合為常用配色方案，并設計了一款輪式裝載挖掘機對提出的配色方案進行了驗證。限于篇幅，文中的相關研究還有待進一步深入，后續研究將結合計算機輔助配色系統，對配色方案進一步驗證，為構建一套合適的、高效的工程裝備產品配色方法提供理論支撐。

[1] 李方方, 李 軍. 淺析工程機械面飾色彩的設計及發展[J]. 機械設計與研究, 2012, 28(4): 52-54.

[2] 常巧紅, 高滿屯. 基于 HSV色彩空間與數學形態學的車牌定位研究[J]. 圖學學報, 2013, 34(4): 159-162.

[3] 陳 鵬, 呂 健, 潘偉杰. 基于色彩方案重用的產品配色感性設計[J]. 工程設計學報, 2015, 22(12): 546-551.

[4] 劉烔宙, 李基拓, 陸國棟. 色彩語義驅動的產品交互式遺傳配色設計[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報, 2012, 24(5): 669-675.

[5] 李江泳. 基于品牌識別的工程機械色彩設計研究[J].圖學學報, 2014, 35(3): 423-428.

[6] 于 靜, 游 宇, 殷國富, 等. 面向工程機械個性化定制的色彩調和算法研究[J]. 四川大學學報: 工程科學版, 2007, 39(6): 163-167.

[7] 盧兆麟, 湯文成, 薛澄岐. 一種基于形狀文法的產品設計 DNA推理方法[J]. 東南大學學報: 自然科學版, 2010, 40(4): 704-711.

[8] 張 燕, 余隋懷, 陳登凱, 等. 基于遺傳蟻群算法的產品配色方法研究[J]. 圖學學報, 2013, 34(3): 79-84.

Research of Coating Design of Construction Machinery Based on Color Image

Zhang Zongdeng1,2, Zhang Hongying2

(1. Post-Doctoral Mobile Station, Nanjing Arts Institute, Nanjing Jiangsu 210013, China; 2. School of Packaging Design & Art, Hunan University of Technology, Zhuzhou Hunan 412007, China)

Excess capacity is a major problem faced by the engineering equipment industry, which can be solve this problem by design. This article uses of the basic theory of color, color psychology, kansei engineering, market research, statistical analysis and other methods, to solve the problem of color matching and color matching on construction machinery, and getting three kinds of color matching scheme (numbered A4-4, B2-4, C2-4) and then, taking excavator as an example, the color scheme is verified, achieving the desired results. Hope to provide reference for the coating design of construction machinery products.

color image; construction machinery; coating design; color selection

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2016050681

A

2095-302X(2016)05-0681-07

2016-03-17；定稿日期：2016-04-13

中國博士后基金項目(2015M581840)；教育部人文社會科學基金項目(15YJC760127)；2014年湖南工業大學教改重點項目(2014A04)

張宗登(1982–)，男，湖南武岡人，副教授，博士。主要研究方向為設計理論與方法。E-mail：zhangzongdeng@163.com