電力自動化裝置的工業造型設計

俞春林，杭仁蘋，陳福鋒

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210032； 2.南京國電南自電網自動化有限公司，南京 211153)

電力自動化裝置的工業造型設計

俞春林1,2，杭仁蘋1,2，陳福鋒1,2

(1.國電南京自動化股份有限公司，南京 210032； 2.南京國電南自電網自動化有限公司，南京 211153)

闡述了電力自動化裝置進行工業造型設計的必要性，針對該類產品應用形式的多樣化，提出了基于公司品牌戰略的產品外觀基因(DNA)設計方法。介紹了常規及就地化電力自動化裝置工業造型設計的流程，開展針對性的需求分析，將整體外觀分割成多個要素，從多個維度解析各獨立要素的特征及要素間的聯結方式，歸納出適合于電力系統自動化裝置特點的產品風格,并在此基礎上開展符合生理審美和人機工程的研究與設計。

電力自動化裝置；工業造型設計；產品族；外觀基因；人機工程；就地化

1 電力自動化裝置工業造型設計的必要性

電力自動化裝置是維系電網安全、可靠、穩定運行的重要設備。這些設備大多安裝在變電站控制室、二次設備艙內或直接就地安裝[1]，設備支持本地及遠方控制，用戶可根據相應權限通過裝置界面或后臺控制系統進行開關、定值設置、信息復位、數據存取等操作[2]。目前，很多公司在產品開發階段僅注重產品電氣功能及性能，而忽略了裝置呈現的外在特征，部分裝置的人機界面設計背離人體工學，導致操作人員存在明顯的不適感。因此，在裝置開發階段就需引入工業造型設計，以提高產品的整體水平。科技被視作是第1次競爭，而產品的工業造型設計則是第2次競爭，目前的趨勢是兩次競爭的時間間隔越來越短，很多大型跨國公司在市場長遠戰略下將功能設計和工業設計并行開發，產品推出時，已經在應用形式和產品外觀上十分成熟了。圖1a為ABB公司的某系列低壓保護裝置，在面板的顏色搭配、區域劃分等可見風格上明顯優于圖1b國內某品牌同類產品；此外，ABB公司產品的型號名稱和指示燈定義采用插紙的形式，能適應電力類裝置的多品種小批量生產需求，而圖1b中的產品在更換型號時必須重新印刷，不利于生產預投。

圖1 國內外電力自動化裝置外觀對比

通過引入工業造型設計[3]，并根據電力裝置產品族的特點分析其外觀基因(DNA)[4-5]，實現產品設計理念、方法及手段的更新，帶動新材料和新技術的設計與應用[6]，使產品整體形式滿足人的生理-心理審美結構，實現工程技術設計和工業審美設計的交互作用、雙向滲透和內在融合[7-8]。

2 電力裝置的外觀DNA設計

越來越多的產品都以品牌作為產品輸出的第1要素。同一代中不同型號的產品以及跨代的產品系列共同構成了該品牌的產品族，產品族中的成員承載不同的功能需求，但這些產品卻共享許多共性的特征，使得公司的產品有著共同的識別因素。對電力自動化裝置來講，該產品族包含了具有保護、測量、計量、控制、信息采集、通信、錄波等不同功能的裝置。這些裝置外形尺寸各不相同，人機交互元素種類及數量也存在較大差異，為樹立公司形象，給用戶留下深刻印象，要求不同產品之間具有統一的視覺識別特征和相似的外觀布局效果。只有通過專業的工業造型設計和系統的需求分析，統籌考慮產品族中各成員的整體外觀，才能使產品既具有良好的工業特質，又能體現公司的優秀形象，邁出扎實的第一步。當然，造型設計必須緊密結合并能充分滿足產品實際功能需求。

在造型設計過程中，應分析各類需求要素的共性及差異性，以共性為主線、差異性為輔線，全盤統籌產品風格。重點設計共性部分，并作為外觀風格DNA元素貫穿整個產品線。外觀DNA元素應體現公司產品的設計風格，突出公司的企業文化、品牌內涵。

同時，外觀DNA元素應滿足產品的使用功能及產品性能：它可以是顯性的，體現為形狀、顏色、位置關系等；也可以是隱性的，以風格特征、象征意義等形式描述，一般表述為形容性詞語，如“簡潔”“硬朗”“精致”“可靠”等。圖2為國電南京自動化股份有限公司產品風格DNA的提取流程，其中的意向特征是指人們對產品形態的心理感受描述，可以根據感性工學原理用一系列抽象的形態語義進行具體的描述，是用戶對產品情感認知的提煉。

圖2 產品風格DNA提取流程

該公司的第1代PS6000系列裝置的前面板鍵盤外形設計及第2代EDP02，03系列產品的指示燈布局設計提煉為公司兩代產品的DNA元素。在市場上，當公司的各專業同代產品有了快速識別并可以傳承的外觀DNA元素后，就能很輕易地被認可并留下深刻印象；另外，在做好外觀DNA同代橫向繼承的同時，還應兼顧該元素的跨代縱向繼承。

3 電力裝置的工業造型設計

在開展電力類產品的工業造型設計時，需要考慮形式法則、造型要素及色彩設計等多個方面，使產品具備實用、美觀、大方等基本特點，而要達到以上目的必須要從以下方面入手。

3.1 充分調研，明確需求，建立設計預期目標

國電南京自動化股份有限公司電力自動化業務板塊的產品族包括電力系統保護、測控、通信、錄波、配網、計量及穩定控制等產品，為確保統一或兼容各產品的設計風格，應制訂規范化模板，搜集各類需求信息，形成需求報告。調研對象包括各專業設計人員、生產制造人員、現場服務人員以及市場用戶。調研的內容分為風格需求及要素需求兩個部分，包括外觀意向風格、外形尺寸、界面要素、裝配工藝、電氣容量、產品性能等方面。

通過調研發現，在風格需求方面，更多的被調研者認為電力自動化裝置應具有“簡約的”“安全的”“穩定的”意象特征，而不是“柔和的”“保守的”“本土的”(如圖3所示)。

圖3 風格需求調研分析

在外觀要素方面，經過外形尺寸、界面要素調研后，可歸納總結產品族中各成員產品的預期需求，提取各種需求的有效要素，如產品各組成要素的大小、顏色、按鍵、指示燈、顯示屏、主體材質、告警需求等，然后進行分類、統計、篩選，最終形成后續設計的需求輸入(見表1)。通過調研可以得出：4U高度主要來自于產品的標準化需求；19″ 的寬度適合搬運、安裝等操作，符合人體工程學；塑膠材質的按鍵具有更佳的操作手感及操作靈敏度。

表1 電力自動化裝置的外形要素需求

注：1U=44.45 mm；19″=482.6 mm(等同于雙肩寬)。

深入廣泛的調研能更全面地了解潛在需求，進行準確的市場定位，拓寬產品的設計預期，減少產品成熟后由于補充需求帶來的設計變更。充分的品牌戰略研究可使最終的產品設計不偏離品牌戰略定位的預期。

3.2 結合需求，突出創新，符合人體工程學

在明確了外觀DNA需求、風格需求以及要素需求以后，即可進入工業造型具體設計階段。在設計初期，應密切關注新材料、新工藝、新設備的發展動態，及時引入創新的設計手法，突出產品的可識別特征，增強辨識度。

電力自動化裝置主要由箱體及面板組件構成，箱體部分受行業標準及產品功能制約，其造型特征相對固定，可識別特征一般位于裝置前面板，通常涉及鍵盤、指示燈、液晶屏、通信口等要素的分組及確定，因此面板的布局、用色等需要周密考慮。面板外

形尺寸、結構形式與邏輯功能的區域劃分、操作方式密不可分，面板是人機信息傳遞和交互的主要載體，受生理、心理習慣影響，人們在操作時會本能地、隨機地出現錯誤觀察或操作。

面板總體布局設計需符合均衡性原則，例如在設計某電力裝置時，可沿著軸線把面板切割為4塊，然后再按照對稱軸線比較兩邊的質量，面板的上和下、左和右應具有質量上的平衡和中心的穩定，各造型元素相互調節后形成一種安定靜止的現象，以體現穩定性特點。圖4a中，左圖比右圖好，右圖重心偏左；圖4b中，左圖比右圖好，右圖重心偏上。

圖4 視覺重心分析示意

總之，在設計時應采用容錯、避錯手法，使產品安全可靠并始終處于最佳工作狀態。方便識別、功能突出、保證產品可靠性和提高使用人員的操作績效是產品設計時所必須考慮的人機要素。

3.3 兼顧生產，精益求精，成本最優

產品的外觀好比人的外貌，人們通過它認知產品的外部特征，獲得不同的心理感受，體驗來自產品的情感傳遞。外觀效果需通過材料的加工及表面處理來實現，因此，造型設計應與生產制造密切相關，能設計出來的不一定能制造出來；此外，還需兼顧零件材料的可獲取性、制造的可實現性以及裝配的可達成性。造型設計的每個元素都應有相對應的制造手段，每個零部件都應有相應的裝配要素及裝配方法。

根據要求，電力類裝置需具有較高的電磁屏蔽效能，一般選用金屬材質作為外觀殼體基礎材料，以鋼或鋁材為主，輔以相應的表面處理方式。相比較而言，鋁質材料的加工手段更為豐富，且其外觀表面處理手段更為多樣化(見表2)，因此，大部分廠商均以鋁質材料作為裝置的主體材料。

表2 鋁質材料表面處理方式

此外，還要考慮零件與零件之間、零件與模塊之間、模塊與模塊之間的裝配關系，并設計出相應的裝配方法。具有快速裝配功能的機構或零部件組合，可以降低裝配難度、減少裝配工時、降低裝配成本。

4 結束語

隨著智能變電站建設的進一步推廣，電力系統二次設備裝置的應用模式趨于多樣化，安裝環境的變化及運維手段的更新對可靠性及可維護性提出了更高的要求。直接安裝于變電站戶外開關場的現場級就地化繼電保護裝置要求能適應戶外復雜的氣候環境、電磁環境及大氣環境，同時還須滿足戶外安裝、識別、觀測、更換等運維要求。就地化裝置相比較常規裝置體積更小、防護等級更高，對工業造型設計提出了更高的要求。國電南京自動化股份有限公司就地化保護裝置采用了表面回形刻槽設計、合理的色彩搭配、先進的陽極氧化工藝等手段，增強了裝置殼體表面的散排積水性能，提高了裝置的可識別度，使其更能適應運行環境。

總之，通過工業造型設計，能合理地創新產品形態，使其在適應新發展需求的同時，減少生產成本，便于規模化生產，提高產品利潤空間，提升公司的公眾形象，大大縮短新產品的設計開發周期。產品設計形態創新是一個持續發展的過程，需要設計人員不斷地去研究和探索。

[1]裘愉濤，王德林，胡晨，等.無防護安裝就地化保護應用與實踐[J].電力系統保護與控制，2015，44(20)：1-5.

[2]國電南京自動化股份有限公司.PS-603U系列線路保護裝置說明書[Z].

[3]何衛平，蔡鴻明，秦忠寶，等.面向工業造型設計的產品設計定位方法研究[J].計算機工程與應用，2002，38(4):31-33.

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[5]羅仕鑒，朱上上.工業設計中基于本體的產品族設計DNA[J].計算機集成制造系統，2009，15(2)：226-233.

[6]王榮祥,任效乾.提高產品設計水平 增強市場競爭能力[J].礦業裝備，2011(4)：54-57.

[7]薛澄岐.產品色彩設計[M].南京：東南大學出版社，2007.

[8]陳汗青.產品設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2005.

(本文責編：劉芳)

2017-03-15；

2017-04-17

TM 76

B

1674-1951(2017)05-0036-03

俞春林(1978—)，男，江蘇南通人，工程師，從事工業產品設計、機械結構及工藝等方面的研究(E-mail:chunlin-yu@sac-china.com)。

杭仁蘋(1982—)，男，江蘇南京人，工程師，從事工業產品設計、機械結構及工藝等方面的研究。

陳福鋒(1979—)，男，江蘇宜興人，高級工程師，從事繼電保護及智能變電站等方面的研究。