植物蒸騰儀器工業(yè)設(shè)計(jì)探析

劉菁　徐踐　吳晨楠　張娜

摘要蒸騰儀作為一種植物本體傳感器，能夠更直接地展示植物本身的需水要求以及生長狀態(tài)等，為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究提供了大量寶貴數(shù)據(jù)，是不可或缺的傳感器設(shè)備。我國使用的蒸騰儀，多是參考國外光合儀器改造而成，缺乏獨(dú)立設(shè)計(jì)。本文總結(jié)了植物蒸騰儀的國內(nèi)外研究概況，介紹了蒸騰儀工業(yè)設(shè)計(jì)的步驟及內(nèi)容，以供相關(guān)研究人員參考。

關(guān)鍵詞 蒸騰儀;植物傳感器;工業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TH79

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-5739（2019）05-0152-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提升，市場對于產(chǎn)品的需求從單純的功能性轉(zhuǎn)向了多元化需求。除了實(shí)用功能性之外，產(chǎn)品還要具有較好的舒適性、宜人性以及美觀性等。因此，在市場競爭日趨激烈的今天，將工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)過程中，探索出適宜的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)方法，成為了行業(yè)及社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。

蒸騰儀作為一種農(nóng)業(yè)儀器，在科研領(lǐng)域或是教學(xué)領(lǐng)域都比較常見，但目前市場上常見的蒸騰儀器多數(shù)是從國外引進(jìn)而來或改造而成，缺乏獨(dú)立設(shè)計(jì)。基于蒸騰儀原理，筆者曾研發(fā)出一套植物蒸騰在線監(jiān)測儀的樣機(jī)，在此基礎(chǔ)上，對樣機(jī)進(jìn)行工業(yè)化的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到工業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，使此產(chǎn)品真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用是本研究的主要目的。

本文主要針對蒸騰儀樣機(jī)在工業(yè)設(shè)計(jì)方面存在的問題作出相應(yīng)分析，尤其是傳統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)要素方面，例如造型、色彩和材料等要素;對蒸騰儀樣機(jī)的工作原理、工作機(jī)制、各個(gè)模塊進(jìn)行深入研究，在不影響其正常工作及準(zhǔn)確性的前提下，完善蒸騰儀樣機(jī)，以期達(dá)到防潮防干擾、耐腐蝕美觀實(shí)用、便于攜帶的目的。

1研究歷程

1.1國外研究歷程

工業(yè)設(shè)計(jì)的歷史可以追溯到英國早期的工業(yè)革命，真正意義上的工藝美術(shù)運(yùn)動(dòng)則誕生于德國，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡聡に囀沟迷O(shè)計(jì)的靈感在產(chǎn)品上得到了體現(xiàn)。美國制造業(yè)的創(chuàng)新精神，將工業(yè)設(shè)計(jì)與科技創(chuàng)新結(jié)合，工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品開始產(chǎn)業(yè)化。二戰(zhàn)以后，日、韓等國迅速將工業(yè)設(shè)計(jì)作為振興制造業(yè)的有效手段加以推廣，發(fā)達(dá)國家將工業(yè)設(shè)計(jì)列人重要發(fā)展戰(zhàn)略。英國是工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)源地，非常重視工業(yè)設(shè)計(jì)的作用，成立了國家設(shè)計(jì)委員會(huì)，全面推動(dòng)英國工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展。德國在工業(yè)革命后一直注重現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展，擁有13000多家設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。柏林的國際設(shè)計(jì)中心提供專項(xiàng)資金，通過與高等院校合作培養(yǎng)大量人才，展示了優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)計(jì)成果，設(shè)立了德意志設(shè)計(jì)獎(jiǎng)?chuàng)毡镜南嚓P(guān)調(diào)查顯示，在開發(fā)差異化產(chǎn)品、國際名牌產(chǎn)品提高附加值提高市場占有率、創(chuàng)造明星企業(yè)等方面，工業(yè)設(shè)計(jì)的作用占到70%以上口。

儀器研究的基礎(chǔ)學(xué)科是化學(xué)和物理，這些學(xué)科起源于西方，所以儀器的研究以及生產(chǎn)歷史起源于國外。國外不僅工業(yè)設(shè)計(jì)起步早，對于農(nóng)業(yè)儀器的研究也早于我國，所以農(nóng)業(yè)儀器工業(yè)設(shè)計(jì)也較我國成熟。以美國LI-COR公司生產(chǎn)的蒸騰光合儀為例，早在20世紀(jì)80年代早期，LI-COR公司就研究制造出了第1臺(tái)可以用于測量植物蒸騰光合的儀器，2016年3月推出了該類儀器的最新研究成果。

1.2國內(nèi)研究歷程

我國工業(yè)設(shè)計(jì)從改革開放起步發(fā)展至今，成效顯著。首先是各級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)相繼成立。1987年中國工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)成立，國家層面的設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)成立大大加快了發(fā)展步伐。隨后廣東、浙江等沿海省份陸續(xù)建立，2011年江蘇工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)成立，2012年南通市級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)成立。各層級(jí)協(xié)會(huì)的成立，有效地引導(dǎo)和促進(jìn)了各地工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其次從國家到地方不斷認(rèn)識(shí)到工業(yè)設(shè)計(jì)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，并出臺(tái)了相應(yīng)政策與措施。

對比國外對工業(yè)設(shè)計(jì)的重視程度以及該技術(shù)的成熟度與應(yīng)用廣泛程度，我國工業(yè)設(shè)計(jì)才剛剛起步，還未引起足夠重視，許多設(shè)備的設(shè)計(jì)都是對國外進(jìn)行改造而來的而非真正的工業(yè)設(shè)計(jì)。因此，國內(nèi)的工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展之路還很長遠(yuǎn)。目前，市面上常見的蒸騰儀大多是從國外引進(jìn)改造而成，工業(yè)設(shè)計(jì)水平較低，再加上并不是為蒸騰儀量身打造，因而存在很多不合理的設(shè)計(jì)。在國內(nèi)，有關(guān)植物蒸騰的技術(shù)和系統(tǒng)研究可查到的最早文獻(xiàn)發(fā)布于1918年，然而，與本文相關(guān)的蒸騰儀工業(yè)設(shè)計(jì)的研究幾乎是空白，即與蒸騰儀有關(guān)的在人機(jī)、耐用性和材料等方面的研究目前尚未被討論，更加凸顯了我國對蒸騰儀工業(yè)設(shè)計(jì)的缺乏。

2蒸騰儀工業(yè)設(shè)計(jì)步驟

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與需求分析

包括整體的功能結(jié)構(gòu)分析，不同局部組件對整體造型設(shè)計(jì)的影響程度分析，從而確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);對其操作流程進(jìn)行觀察及研究，分析需求，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向和重點(diǎn)間。

2.2造型設(shè)計(jì)與美學(xué)研究

首先對產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行特征分析;接著進(jìn)行產(chǎn)品色彩研究，包括功能性研究及人機(jī)協(xié)調(diào)性研究;再進(jìn)行材質(zhì)研究，主要包括材料性能、表面涂飾及材料質(zhì)感研究等;最后基于造型設(shè)計(jì)的美學(xué)形式法則對蒸騰儀進(jìn)行分析，主要圍繞對稱與均衡、穩(wěn)定與輕巧、統(tǒng)一與變化這3類形式法則展開研究"”，從而為提高蒸騰儀器造型設(shè)計(jì)的科學(xué)性與藝術(shù)性提供理論支撐。

2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐

基于前文研究成果，利用CAD等繪圖軟件繪制草圖、二維平面圖、3D建模等，對蒸騰儀進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐。

3蒸騰儀工業(yè)設(shè)計(jì)

3.1蒸騰儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

蒸騰儀由電磁閥、氣泵、溫濕度傳感器、光照傳感器等元器件組成，光照傳感器鑲嵌于盒蓋之上。氣泵在其抽氣時(shí)震動(dòng)，為了不影響其正常工作，也不因其震動(dòng)影響電路接觸，氣泵擬放置在盒側(cè)壁上，下方增加防震墊以減輕其震動(dòng)。電磁閥也擬放置在盒側(cè)壁上、距離氣泵和出氣口較近的位置，以減短連接距離，防止氣路過長影響測試結(jié)果。

3.2蒸騰儀器件連接

元器件之間連接擬采取4mmx6mm透明厚壁膠管，原因如下：①不會(huì)生銹影響使用，可以暴露在空氣中，相比其他材料耐腐蝕性較強(qiáng)，不會(huì)輕易損壞;②較為柔軟，可以彎折一定角度來采集葉片信息。

3.3蒸騰儀外觀設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)遵循美觀實(shí)用、耐用的原則。盒體擬采取abs塑料材質(zhì)，相比其他材質(zhì)較輕、易攜帶，大小適中;材料較耐腐蝕，在一般大棚農(nóng)田或室外環(huán)境都比較耐用，不易腐壞;防潮防水能力較好，可以很好的保護(hù)盒子內(nèi)部不受潮，從而不影響傳感器、元器件的正常工作。盒子頂部開孔，鑲嵌光照傳感器;盒底背面開設(shè)2個(gè)小孔、1個(gè)出氣、1個(gè)進(jìn)氣，前面開設(shè)1個(gè)空連通氣室（圖1）。

4結(jié)論

目前，工業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸融人人們的生活，并成為熱門領(lǐng)域，而有關(guān)農(nóng)業(yè)儀器的工業(yè)設(shè)計(jì)還比較欠缺。工業(yè)設(shè)計(jì)不僅是外觀的美化，更是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的升級(jí)，好的工業(yè)設(shè)計(jì)能夠提升產(chǎn)品使用體驗(yàn)和產(chǎn)品性能。因此，要更加注重工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，使其能更好地融合產(chǎn)品，更好地服務(wù)社會(huì)。

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