視覺重量感知下的大型印刷裝備CMF設計研究

王毅 魏晨宇 楊劍威 薛志成

摘要：從工業裝備CMF設計研究入手，將人們對裝備精密、沉穩等視覺感知轉化到設計方案的同時以提高裝備的色彩功效。在研究視覺重量感知特征要素的基礎上提出了基于視覺重量感知的大型裝備CMF設計方法。利用多維度語意空間對印刷裝備CMF設計的視覺感知進行了標定。以一款大型印刷裝備的CMF情感化設計為例，將視覺重量感知作為CMF情感化設計的首要需求，進行了層次化分析，清晰地表達出用戶對產品的多維感性需求，并驗證了運用視覺重量感知因素指導大型印刷裝備CMF設計的可行性。

關鍵詞：視覺重量感知 印刷設備 CMF 設計 聯覺

中圖分類號：TB47

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2020） 08-0124-04

引言

“感知”是指人通過感官感受客體信息，經大腦和神經系統對這些可感信息進行處理后所產生的生理知覺以及心理感受。一般情況下，人們通過視覺可以識別物體的色彩、形態、紋理等信息;通過觸覺可以感受物體的重量、質感等信息。在人通過視覺、觸覺綜合感受物體重量后，會形成人對物體重量判斷的經驗和知識，這些經驗和知識會影響人后期在不觸碰物體的情況下，通過視覺觀察物體而產生“重量感知”，這一現象可以稱作“視覺重量感知”[1]，如：深色會比淺色感覺重。同樣的色彩，紋理不同，視覺重量感覺也不相同，如金屬質感的塑料會比木紋質感的塑料重等。在產品設計領域，視覺重量感知常被應用于產品的形態和色彩設計當中，以塑造產品沉穩、安定或輕快、活潑等風格形象。大型裝備因為其體量感和所處的工作環境，穩重的風格一直是主導趨勢。在當前工業裝備研發快速發展的時期，如何通過設備的外延設計展現其內核技術，塑造品牌形象成為裝備創新設計關注的焦點。本論文基于大型印刷裝備的設計，研究視覺重量感知的基本規律，引入視覺重量感知下的CMF設計，以更好地指導大型印刷裝備的CMF設計，有效地提升色彩功效，塑造產品品牌形象。

一、大型裝備CMF設計中的視覺重量感知

（一）視覺重量感知特征要素。視覺重量感知的特征要素包括客體本身的特征，如色彩、形態、材質、紋理以及附著在形態上的色彩組合、布局、面積及對比關系等，也包括人的視、觸覺認知經驗和知識。先前的經驗和知識不同，視覺重量感知則不同。在產品設計領域，根據不同的產品屬性，合理利用CMF的視覺重量感知，是提升色彩美度和色彩人機工效的重要手段。例如利用色彩的輕量感，可以提升搬運工從事搬運工作中的積極特征。

（二）聯覺效應下的視覺重量感知。從生理學角度來理解，聯覺是大腦神經系統的某種現象，聯覺通常是由兩種及以上不同的感知經驗匯合而形成的，是一種實際的直接感覺刺激與另一種非現實刺激進行串聯的多感官體驗過程[2]，形成感官體驗的升級。這種生理上的聯覺反應在心理層面有所投射，會引起更加真切的心理感受。視覺重量感知以視覺感知為主要方式，在觸覺非現實刺激的背景下，結合不同材質的觸覺經驗，形成的對物體重量判定的聯覺反應。如圖1所示，首先由視覺和觸覺感受，形成大腦對客體重量的認知，并形成認知經驗和知識（先驗）。然后在先前認知經驗和知識的基礎上，又通過視覺觀察，獲取客體的重量感知特征要素，在觸覺非接觸客體的情況下，產生對客體的重量感知。

（三）大型裝備CMF設計的視覺重量感知。在中國裝備制造技術發展迅猛的背景下，企業越來越重視產品外延與內核的協調發展。增強裝備品牌辨識度，進一步要求設計者通過提升CMF內涵設計以強化品牌形象的品質感。工業裝備的色彩風格受到材質、加工工藝和行業特征的影響。目前，多數裝備的主體色以灰、白、黑等中性色為主。少數裝備的主體色中，有較大面積的有彩色，如圖2大型裝備的色彩現狀分析。大型裝備的外觀殼體多以金屬鈑金加工為主，重量大。所以，外觀表面易采用涂覆工藝形成不同的紋理，來提升觸覺體驗，且看上去不致過于沉重。主體色通過灰、白、黑三者的布局和面積大小的對比來調整視覺的“輕、重”感知。

當前，大型印刷裝備的主色調也多以無彩色系中的黑、白、灰色為主，其色彩布局和設備結構的結合十分緊密。如圖3所示，沉穩的色調為當前印刷裝備的色彩設計趨勢。由于視覺重量感知主要受色彩面積大小和布局的影響，所以基于視覺重量感知的CMF設計是系統處理色彩組合、布局以實現裝備沉穩風格的關鍵。

二、基于視覺重量感知的大型印刷裝備CMF設計

（一）研究現狀。從設計角度看，印刷裝備品質感是功能、形態、材料、工藝、色彩等眾多要素平衡的結果。長期以來，印刷裝備制造行業進行設備研發設計時，關注的重點是功能、印機效率、印刷精度和質量等，對裝備的造型和CMF情感化設計近幾年逐漸得到重視，有關情感化設計的研究和設計方法雖然被應用到設計當中，但將一些語言都難以描述的心理感受等感知類的信息，獲取與轉化到產品設計當中，仍然比較困難。利用“感性工學Kansei Engineering”將這些感性的信息量化，從定性和定量的層面上讓用戶的感性意象中辨認出設計特性[3]，在設計過程中量化用戶對產品的、模糊不清的情感需求，形成設計決策時的參考數據[4]。Kreutler等基于模擬領域專家與用戶進行智能對話的方式來獲取用戶需求，提出了咨詢系統的體系結構，但在細節操作上面，還需進一步深入[5]。“扎爾特曼隱喻技術”通過情景刺激的形式，讓被訪者在不受限制的情形下自然而然地表達內心的情感，以挖掘出潛在的產品需求，但獲取的感性需求在設計轉化方面需要深入[6]。文獻7以感性工學的理論為出發點，運用層次分析法和模糊評價法，將用戶對產品材質感性需求進行量化，用于產品材質的情感化設計[7]。有關產品色彩意向與情感導向性研究方面，色彩調和、產品配色比例計算、色彩提取法等被廣泛地應用到色彩設計當中[8]。相關研究得出通過色彩的語意分析和量化評價，可以將色彩用二維坐標的形式來標定色彩的情感。在色彩情感研究方面，如冷暖度、軟硬度等，以客觀地得出產品色彩情感的基本趨勢[9]，但對于用戶的多維度感性需求轉化方面還需深度研究。

Nakanishi等人[10]指出，色彩設計應考慮色彩面積與色彩調和，以提高設計方案的準確率。設計師用不同色彩及不同面積設計出的色彩搭配的二維圖形來快速且直觀地表達配色方案，把這種圖形定義為“配色示意圖”。通過用戶對配色示意圖的感知評價，簡單直白地將用戶的感性需求映射出來，用于產品的配色參考，從而實現了感性需求的設計轉化。

（二）基于視覺重量感知的大型印刷裝備多維度需求表達的色彩設計。衡量產品色彩感性需求可運用意向尺度法來評價產品色彩的可感知要素做出量化評價””。由于色彩的感知與先前的經驗和知識有關，受過設計專業培訓的專業設計師對色彩的通感相對準確[12]，因此通過專家評價法完成對配色示意圖的評價具有一定的代表性。如圖4所示，將設備的色彩視覺重量的心理感受描述為“很輕、較輕、有點輕、正常、有點重、較重、很重”，并以[-3，3]作為視覺重量感知標尺的意向標度，通過設計師對色彩方案進行評價獲得視覺重量感的語意測評數值，實現色彩視覺重量感知需求的量化。

由于用戶在描述產品感性需求的時候，往往需要多個語意詞匯描述。圖3是一種二維的產品色彩情感表達方式。本論文通過意向尺度法完成用戶主要的感性需求測評，構建三維感性語意需求空間Mr，和Mr1，Mr1和Mr1是一對互補的語意詞[13]。如圖5，產品方案Pi（Mr1，Mr2，Mr3）在三維感性需求語意空間中語意的位置，其中Mr1，Mr2，Mr3代表著用戶對產品的感性語意測評數值構成的三維語意坐標。

利用意向尺度法對產品的多維感性需求進行量化評價實驗后，將評分賦值到Mr1，Mr2，Mr3中，構成產品方案的三維坐標。但是由于三維的語意空間不利于直觀表達，所以，把用戶最傾向的感性需求作為產品設計著重考慮的“首要需求FR（ First Req uest）”。利用層次分析法將首要需求劃分為N個層次。當N=3時，可將首要需求評價指標劃分為“高（FRh）、中（FRm）、低（FR1）”三個層次。將圖5的三維表達轉化為直觀的、扁平式的“三維”語意空間形式，從視覺上更加直觀清晰地表現出用戶對產品的三維感性需求，如圖6所示的是三維感性需求語意空間。

例如基于視覺重量感知的大型印刷裝備色彩設計，通過設計師根據裝備結構、布局分析，將視覺重量感知融入色彩組合當中，并將可行的裝備配色方案通過配色示意圖Pi表達出來。由用戶對配色示意圖進行裝備風格感知評價。選擇視覺重量感知作為首要需求，并劃分為重量感知“高”（FRh），重量感知“中”（FRm），重量感知“低”（FR1）三個層次。在其他兩個語意維度中，選擇比較傾向的空間，如圖7方框所示，在以Mr1，Mr2象限中選擇了重量感知“高”和“中”以上的配色示意圖作為最終設計參考，完成后期的深入設計。這種方法較為科學地將用戶的感性需求轉嫁到了配色示意圖當中，并由配色示意圖將感性需求轉化到設計方案中。

（三）基于視覺重量感知的大型印刷裝備材料與表面處理工藝設計。與一般產品相比，印刷裝備體量更大，裝備外附件表面越平整視覺重量感越強。印刷裝備中最常用外附件就是鈑金件，附件厚度小于1.2mm面積大于1.5m2，加工出來的表面在自然光下呈現出不均勻的視覺感知和不堅實的觸覺感知，從而給人以輕薄、不可靠、品質差、價格低廉的心理感受;在裝備色彩的整體布局上，應根據板金結構的特點，盡可能地將色彩相連貫，形成較大的面積感;從材質的表面處理而言，裝備的處理方式為亞光，亞光的表面處理手段更易形成精密感與高端感，符合大型裝備整體的設計風格需求;裝備的色彩面積感與材質及表面處理工藝須保持著平衡的關系，若局部的深色使用的面積過大時，可對部件的材料運用進行調整，更換材料或者半透明處理來調節視覺重量感，在具備精密感、高端感的同時，達到視覺體驗的平衡。

三、視覺重量感知下的FR400EL機組式凹版印刷機CMF設計實踐

（一）印刷裝備的基本功能構架分析。FR400ELS機組式凹版印刷機械設備，基本功能架構如圖8所示。印刷速度為400m/min，印刷幅寬1050/1250mm，套印精度縱向≤±O.lmm、橫向≤±0.1mm，承印材料BOPP/PET/BOPA/LDPE等塑料薄膜。圓盤收放料，可配備自動上下料裝置，操作簡捷方便，適用于食品包裝、藥品包裝、日化包裝、PVC標簽印刷等行業。主視圖8所示，主要構造包括進料機構、放料機構、收料機構、印刷控制單元、操作面板、主控柜、走梯、走臺、工作預警裝置及鋼構支架。

（二）基于視覺重量感知的大型印刷裝備的色彩設計。北人FR400ELS印刷設備有11組印刷控制單元、走臺和收放料機構組成，基礎構架呈現出上重下輕的視覺感。設備造型整體運用幾何形態進行呈現，突出設備的秩序、效率和工業感。由于CMF設計注重突出產品的沉穩、可靠、安全、精密、高端的特點。所以本論文將色彩設計風格選擇精密感、高端感作為橫、縱坐標構成二維情感語意空間。把沉穩、可靠、安全歸于視覺重量感，再將視覺重量感知作為首要需求，并劃分為強、中、低三個層次。具體實例如下：首先根據印刷裝備的基本功能架構，進行色彩布局的分析，確立主體色、輔助色與點綴色分布（圖9），并完成于之匹配的配色示意圖設計12款，如圖10所示。

其次，根據印刷裝備的色彩趨勢和企業要求選擇“高端感、精密感、重量感”為感性需求的語意描述。利用意向尺度法，選擇20名工業設計學生與1 0名設計師對1 2個印刷設備的配色示意圖進行評分，將評分的數據進行平均值計算，獲得表1的數據。

在表1中，記錄12個配色示意圖關于“高端感、精密感”所對應的評分均值，以“精密感、高端感”作為二維語意空間坐標軸，將每個配色示意圖所得均值在二維坐標中準確定位。選取其中“高端感高、精密感高”對應的配色示意圖，如圖11中紅色圓圈所圈定的范圍，就是符合該條件的配色示意圖。

裝備的配色方案通過配色示意圖表達后，由用戶對配色示意圖進行裝備風格感知評價。選擇視覺重量感知作為首要需求，劃分為重量感知“高”（FR h），重量感知“中”（FR m），重量感知“低”（FR l）三個層次。觀察表1中12個配色示意圖所對應的均值打分數據，將所求得的均值數據，將數據按照區間進行等分，數值在（0.967，1.767]區間內代表著重量感知“高”，數值在[0.033，0.967]區間內代表著重量感知“中”，數值在[-0.767，0.033）區間內代表著重量感知“低”，將圖10中的配色示意圖按照視覺重量感知的區間進行排布，如圖12所示。選擇“高端感高、精密感高”象限中、且“重量感”較高的配色示意圖12號、10號。考慮到企業的品牌LOGO的色彩中有橙色，所以確定10號配色示意圖為參考配色方案。

最后，依照上述印刷裝備視覺重量感知分析的相關結論，將10號配色示意圖作為印刷裝備的配色參考。把印刷裝備的主體色彩定為“淺灰、深灰、深黑”。而走臺與印刷單元之間采用淺灰與深灰色彩進行間隔，走臺下端視覺重量感會相應減弱，突出了主機的色彩，進而營造出走臺整體的懸浮感，以此來削弱縱向的視覺高度從而減少視覺重量所帶來‘上重下輕”的不平衡感。利用印刷單元柜體上的橙色裝飾線，實現視覺引導的作用，凸顯品牌色彩的差異化。如圖13所示是FR400ELS印刷裝備視覺重量引導示意。

（三）視覺重量感知下的大型印刷裝備材料與表面處理工藝設計。印刷裝備走臺采用一體式包覆設計，最大限度地減少裝備頂部的鋼構外露。走臺圍板分段使用網孔板拼接而成，呈現出半通透感，從視覺感知的角度降低走臺的視覺重量感，使裝備的視覺重心下移在保持視覺穩定的同時還便于觀察維護人員的基本活動動向。進一步分析走臺，圍板內傾，視覺上可以形成向裝備中心流動的力，使視覺中心向內聚集，突出設備的穩定性。走臺網孔圍板之間的銜接使用的是梯形造型凸臺蓋板遮擋，視覺上梯形蓋板作為縱向有型的線，將走臺的視覺重量向下進行引導，分散走臺的重量感，可以隱藏圍板之間的分縫所產生的視覺混亂感，提高印刷裝備的視覺穩定感如圖14所示。

FR400ELS印刷裝備視覺外觀定義了4種主要色彩及質感如表2所示。在印刷單元和收放料柜體采用弧面處理，以“淺灰、深黑”作為主體色，并結合沙紋亞光工藝，營造出裝備的精密感、可靠感與工業感。由設計師根據配色示意圖完成色彩方案設計，如圖15所示，最終投產效果如圖16所示。

結論

近年來，大型印刷裝備的設計研發越來越重視技術與設計的協調發展。CMF是大型裝備呈現沉穩、可靠、安全、精密、高端感的視覺載體。本研究提出了以視覺重量感知為首要感性需求的大型裝備多維感性需求設計決策方法與實施步驟，建立多維度需求感知的三維語意分析坐標，并通過一款大型印刷裝備為例的分析過程，順利將視覺重量感知作為首要需求融入到印刷裝備的CMF的設計過程中來。同時得出視覺重量感知的分析手段是塑造產品“沉穩、可靠、安全”形象的重要方法之一。在工業環境下，視覺重量的心理感知在CMF設計過程中起到了關鍵作用，通過配色示意圖將用戶視覺重量感知轉化到設計當中，為大型裝備設計的視覺平衡的提供了科學決策依據。該方法不僅僅適用于印刷裝備，同樣可用于其他工業裝備的CMF設計。。

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