產品設計中的安全結構設計

毛萌節

摘要：設計中對于安全結構的考量是產品設計普遍的基本要求。安全結構設計是一個極其復雜的問題，要求設計師將安全意識滲透到整個產品開發設計的始終，并結合設計心理學、人機工程學以及通用設計、綠色設計等思想進行全面和綜合的設計，從而為用戶提供更加安全、舒適、高效的產品體驗。以發現問題、分析問題和解決問題的邏輯思路為基礎，歸納了產品安全結構的一般設計程序。以按壓式安全插排為例進行了安全結構的改良創新設計，為產品的安全性設計提供了一種新的設計思路。

關鍵詞：產品設計；安全結構設計

1安全結構

結構是產品功能得以實現的前提，不同的功能要求具有不同的結構形式。安全結構指產品工作、使用中出現特殊或意外情況時，用于保護產品，避免發生人身事故而設計的相關結構、裝置等。常見的安全裝置如故障指示燈、汽車的安全帶、電飯鍋壓鍋的熱熔安全閥等。結構設計是產品設計的基本內容之一，也是整個產品設計過程中最復雜的一個工作環節，在產品形成過程中，起著至關重要的作用。產品實現安全性重要的環節是安全結構設計。安全結構設計需要設計師有安全意識，同時也要了解安全事故發生的技術原理，進而為產品設計更好的安全結構。產品安全結構設計技術原理分為提示性、直接和間接安全技術3種。提示性安全技術指在事故出現之前發出信號和警報，提醒注意意外情況的發生，從而避免事故發生。直接安全技術指借助工作系統結構或者產品自身高性能直接滿足安全要求，保證產品在使用中不出現危險。間接安全技術依靠保護裝置或者保護系統等實現產品安全穩定。安全結構技術原理是安全結構設計的基礎，設計師要熟悉安全結構技術原理才能對產品進行可行性的安全結構設計。絕對安全的觀念類似于錯綜復雜世界的抽象數學，人們意識到它的存在，但永遠無法絕對確切地表達它。

2安全結構的設計程序

產品安全性的基本保障是合理的安全結構設計。產品在開發設初期應盡量避免采用不安全的技術結構，如果必須采用則需要考慮控制和防護措施，設計安全防護結構裝置，最大程度降低產品發生事故的概率。一般而言，產品安全結構的設計程序根據發現問題、分析問題和解決問題的邏輯思路可以分4個步驟：分析意外情況和意外情況造成的影響、制定設計策略、實施安全結構設計、評價安全結構設計。通過以上的方法步驟可以很好地實現產品的保護以及降低產品發生意外時人和產品自身的損壞。同時，對一般產品而言，可以按照安全結構設計的程序步驟，找到產品設計創新思路，開發產品的市場空白領域。

2.1分析意外情況和意外情況造成的影響

分析意外情況和影響，要主次分明。分析意外情況以出現大概率事件為主，從產品的工作環境、產品使用方式、產品自身部件損壞或者故障、使用者操作錯誤以及特殊意外（不可抗力、人為故意）等幾個方面去分析。意外情況造成的影響主要包括對人和產品的影響。對人的影響是第一位的，因為產品是為人服務的。對人的影響要結合具體情況考慮相關的可能性、影響方式和程度等。對產品的影響主要是分析對產品的損壞程度和方式。因此，在產品設計中，設計師需要對意外情況發生時人和產品的影響進行綜合分析和系統設計，使產品達到最優的安全狀態，從而減少人類受到的危害。

2.2制定設計策略

所謂策略就是發生意外時相對應的措施和辦法。分析意外情況和意外情況造成的影響是制定設計策略的前提，而設計策略取決于發生意外的概率和影響程度。設計策略根據發生意外的概率和影響的保護程度分為3種：（1）提示警告型策略，保護程度未定，需采取進一步的措施；（2）有限保護型策略，以犧牲次要部分為代價，盡可能保護主要部分和整體，盡量減少損壞；（3）完全保護型策略，產品出現意外時，可以正常工作，對人和產品沒有損壞和影響，這種策略要求產品自身的安全系數非常高。

2.3進行安全結構設計

根據以上3種設計策略，進行相應的安全結構設計。針對提示警告型策略，可以設計采用警示原理的安全結構。例如各種電子儀表的電源指示燈、水壺的沸騰鳴叫裝置、自動生產線的報警器等。針對有限保護型策略，可以設計采用有限損壞原理的安全結構。這類結構通過損壞特定薄弱部件來保護其他主要結構，減少損壞。例如，電閘里的熔斷保險絲、機械傳動系統安全銷的過載保護裝置。針對完全保護型策略，可以設計采用冗余原理設計的安全結構，即采用多個重復安全裝置保證產品的正常運轉。例如，飛機的四部發動機、汽車車輪的緊固螺栓數。

2.4評價安全結構設計

產品的安全結構設計僅僅是第一步，設計完成后需要安全結構設計的綜合評價。從安全結構設計技術的3個原理的角度出發檢驗安全結構設計是否合理有效，對不合理之處要加以糾正。以上步驟形成一個發現問題和解決問題的整體，并將此分析歸納總結，作為產品安全結構設計的一般程序。這個程序為設計師如何將安全結構設計更好地應用到未來產品設計中提出了更好的思路與方法。

3安全結構的設計實例

以按壓式安全插排設計為例，應用安全結構的設計程序對其進行改良創新設計。

3.1分析意外情況和意外情況造成的影響

插排是人們日常生活中經常使用的家電產品，而插排的安全性問題一直是插排設計的重要因素。從設計心理學角度來說，插排的安全性關系著使用者的操作穩定與體驗愉悅，因此滿足使用者心理的安全需求尤為重要。插排在使用的過程中需要考慮的主要意外情況包括：因超過負荷、突然停電以及意外遇水而造成的短路、漏電、爆炸；插排局部零件發生故障，如電源指示燈損壞、插孔不導電、插排電源線損壞；意外情況造成的影響（主要指人自身安全問題和產品毀壞方面）。

3.2制定設計策略

以提示警告型策略、有限保護型策略、完全保護型策略為基礎，針對插排制定的設計策略主要是：個人良好的使用習慣、插排指示燈、計量顯示屏、過載保護裝置、高彈性插口、專業安全保護蓋、導流槽、防火阻燃材料等各種輔助安全的裝備。通過分析插排所涉及安全因素的各個方面，制定相對應的設計策略，可以從其中一種或者幾種組合進行插排安全結構的綜合設計。

4結語

產品自從誕生之后，作為人與外在的中介，必然在人類安全中扮演著極其重要的角色。人們在日常生活中面臨的大部分安全隱患都與產品相關。安全性是用戶人身安全的保證，同時也是企業自身產品品牌建立的重要基礎。任何產品都應結實可靠，經久耐用，結構簡單輕巧，線條明確醒目，控制裝置優良，顯示裝置清晰。安全并不僅僅是一項對工業產品屬性的要求，從設計的角度來看，安全也是產品設計不斷提升和改良的催化劑。著名心理學家馬斯洛對于人類的需求劃分了5個層次，其中安全需求是人類第二重要的需求。傳統上產品設計的安全內容屬于人機工程學研究的領域，而以往人機工程學多關注產品使用的舒適度，產品安全居于次要的位置。產品開發最初可能沒有將安全作為一部分考慮，設計師潛意識中安全意識的設計目標也并不明確。合理的產品結構設計可減少損害，如汽車方向盤上的平坦部分就是考慮到相撞或翻車時不致傷害駕駛員而設計的。因此，對產品設計中安全結構問題進行研究與探討非常有必要。