基于符號學的大型機械設備外觀涂裝設計

李晨，干靜

基于符號學的大型機械設備外觀涂裝設計

李晨1，干靜2

（1.四川大學 藝術學院，四川 成都 610065；2.四川大學 機械工程學院，四川 成都 610065）

為提升大型機械設備涂裝的裝飾效果和形象傳達效果，基于符號學理論，提出涂裝的裝飾圖案設計方法：首先進行設備外觀和功能分析，明確涂裝部位和設計風格；然后在符號學理論的指導下進行符號元素的選取；最后結合符號學理論和視覺形態抽象方法來對符號元素進行視覺表現。通過航空發動機離心機涂裝設計實踐驗證這一方法的有效性。實踐證明該方法起到了外觀美化、彰顯設備特征、企業形象傳達的效果，對大型機械設備的外觀涂裝設計具有一定的指導意義。

大型機械設備；涂裝設計；符號學；符號元素；形態抽象

大型機械設備的外觀形象，代表著企業的品牌形象和價值，隨著裝備制造業的迅猛發展，人們對產品的視覺效果要求越來越高，希望產品具有獨特的形象特點，同時滿足人們的審美需求與精神文化需求。然而大型機械設備的外觀設計往往受到各種因素的制約，如外觀造型在力學方面有嚴格的要求，色彩、質感受外觀件材料或成本約束等，導致了設備存在外觀生硬、質感粗糙、配色陳舊的問題，并沒有與其高精尖的技術特點相匹配，不符合當代審美需求。所以在各種條件約束下，許多設備的外觀優化和形象設計就迫切需要采用涂裝的方式，來增加其美觀性。如何有效提升涂裝的裝飾效果和形象傳達效果是當今大型機械設備外觀設計最重要的關注點之一。

1 機械設備外觀涂裝設計概述

涂裝是指采用相應的涂裝技術將涂料噴涂于設備表面上的一道工序。涂裝能夠對設備表面起到防腐防銹等基本的防護作用[1]。同時，涂裝形成的色彩和圖案、產品品牌信息等，也有利于改善大型機械設備的外觀。從工業設計的角度看，合理應用涂裝能在眾多約束條件下有效改善設備的視覺效果、修飾改善設備形態，體現設備的領域特征。涂裝的內容主要包括主色調、信息文字、logo和裝飾圖案這幾種類型，并將這些類型相互結合、搭配，來完成整體的設計。如表1和圖1所示。

國內大型機械設備涂裝歷經了多個階段的進化。20世紀70年代，順應時代潮流，多采用軍綠色為主色調的涂裝；20世紀八九十年代，在涂裝上很少考慮外觀美化，多數以單一色系為主，多采用工程黃等醒目的功能性色彩，并未有效改善其生硬、笨重的外觀形象；進入21世紀，外觀涂裝已進入多樣性發展的階段，人們越來越注重機械設備外觀裝飾與品牌形象的表達，這些需求正變得與功能需求同樣重要。

表1 外觀涂裝類型案例

圖1 外觀涂裝類型案例

設備色彩通過主色調的選擇、主輔色彩搭配以及噴涂區域的劃分來形成。色彩第一時間形成外觀裝飾基調和品牌色彩傳遞效果，并達成警示、緩解視覺疲勞等功能作用。信息文字的涂裝，即將文字涂裝于設備之上，以起到企業宣傳、型號說明和警示等功能性作用。logo涂裝首先是為了彰顯機械設備的品牌歸屬，其次還能起到一定的裝飾效果，logo涂裝的設計一般以企業logo單獨涂裝或與簡單幾何形的搭配來完成。logo與信息文字的涂裝，都是起到直接的信息傳遞作用，在提升外觀形象的作用上略顯不足。裝飾圖案的涂裝則是通過點、線、面和圖案的組合，布局于設備表面，具有較強的裝飾效果，與設備的外觀、結構相配合，起到外觀美化、襯托產品造型、突出產品整體風格等作用。

國內現有研究多聚焦于大型機械設備的色彩應用上，運用了諸如色彩的量化提取、感性意象理論、模糊評價等方法來指導外觀涂裝色彩的設計實踐，對涂裝的裝飾圖案設計研究的文獻較少，而實際應用對象廣泛、數量巨大。

近年來，隨著水性涂料、粉末涂料等新材料和新技術的應用，許多個性化的圖案裝飾效果也能夠實現，越來越多的企業開始在工程機械、交通工具等的設計上，應用裝飾圖案的涂裝[2]。裝飾圖案的應用，能夠給涂裝信息的表達提供更多可能。如圖2所示，2020年意大利設計師在CIFA公司的攪拌車上探索了將科幻電影、繪畫、流行文化元素與涂裝設計相結合，這種跨文化的裝飾圖案涂裝具有強烈的視覺沖擊效果和文化內涵表現力，但此類設計要真正全面應用于產品，還有涂裝工藝和成本的限制。

在主張個性化、精神文化屬性的時代，設計師需要引入能滿足人們需求的新理論和新方法來指導設計實踐。本文意在運用符號學理論，使可以在注重內涵和形象表達的背景下，從一個新的角度來指導大型機械設備的裝飾圖案的涂裝。

2 符號學理論簡析

2.1 符號分類的主要類型及其作用

符號學于20世紀初期被語言學家索緒爾和符號學家皮爾斯提出，他們對符號學進行了科學的解釋和劃分，使符號學理論形成了一個較為完整的體系，自誕生以來，廣泛應用于各個領域。符號普遍的理解為代表或表現其他事物的對象，即符號可以被他人理解。一個完整的符號由兩部分組成，即符號的能指與所指。能指是符號的顯示部分（表現出來的形式），所指是被表示的部分（符號的內容、內涵），這兩個部分所結合的作用即為信息的傳達[3]。

圖2 CIFA攪拌車涂裝設計探索

皮爾斯提出了一種最為根本的符號分類法，即根據符號的能指與所指之間的關系來分類，它由類象符號（圖像的能指與所指之間具有形象相似的特征）、指示符號（這類符號特性在于表示事物本身所涵蓋的意義與因果關系的性質）和象征符號（符號的能指與所代表的事實之間有著約定俗成的關系）組成[4]。這種分類法的三種類別之間并不是相互獨立，而是具有一定的演進關系。這個演進關系由類象符號的形態相似性演變成象征符號約定俗成的象征性，即結構相似的類象符號所傳達出來的內在精神和語義被人們所認知和接受，最終演化成象征符號[5]。

2.2 符號學在涂裝設計中的應用

在大型機械設備外觀設計中，符號是以具有圖像性的視覺符號呈現的，具有非常重要的傳播與溝通功能，成為了表達設計思想和文化的媒介，賦予了設計對象隱喻和象征[6]。具有符號性質的視覺形象通常都具有裝飾效果，給人視覺上的美感，同時能夠清晰傳達出產品的功能、內涵信息，所以大型機械設備的外觀涂裝設計，可以理解為利用視覺符號在設備上傳遞語義信息、文化內涵的一種外觀形象設計。合理地應用符號學理論可以讓設備具有顯著的信息傳達效果，同時給涂裝帶來更多意義，能讓人在理解符號的內涵和象征意義后產生情感認知。因此，基于符號學理論的涂裝設計方法，為解決當今用戶對于大型機械設備精神屬性、企業文化等形象表達的需求提供了可能性，需要加以探討。

3 基于符號學的涂裝設計方法

3.1 大型機械設備的外觀形態與功能結構分析

大型機械設備外觀結構復雜，并不是每個部位都適合涂裝，所以設計者首先需要對外觀形態進行分析，以確定涂裝的部位。在這一階段，將設計對象按照功能模塊、裝配關系劃分區域，明確它們之間的相互關系，然后進行涂裝承載面的選擇和劃分。設備的功能體現了它的核心價值，只有充分了解設備的功能與工作原理，才能為之后的符號元素提取和設計風格把握提供更清晰的方向。

3.2 視覺符號元素的分析與提取

一個符號形態的圖像性，需要關聯與之相關的構成要素的形象，在提取設計元素的過程中，盡量選擇與該設備相關度較高、能夠突出大型機械設備形象特征的符號元素作為創作原型。能夠應用于機械設備的外觀涂裝的元素有如下幾類。

（1）與設計對象相關的機械原理

將熟悉的機械結構、科學原理通過類象符號或指示符號的方式表達出來，能夠讓人快速地理解產品的功能、運作方式，可以滿足涂裝對產品功能、形象傳達的需要。“轉動的齒輪”這一機械結構通常被用于表達手機、遙控器等產品的“設置功能這一概念。空氣動力學等科學原理常常被聯系到設計中，很多高速列車都會在車身上采用流暢的線條涂裝來烘托造型，連續、流暢的線條貫穿整個車身，與列車基于空氣動力學的外觀造型相呼應，表現出了高速列車的動態感和速度感。

（2）大型機械設備所處環境

任何產品都不會脫離環境獨立存在，因此可以從設備的工作環境或使用條件中尋找設計靈感，從其中挖掘出能指代或關聯設備形象的符號元素。此類的設計元素通常沒有一個具象或固定的造型卻又與設計對象息息相關，如“氣流”、“山川”、“海洋”，在設計中可以通過對這些元素的形象特征進行抽象表現，來體現出它們的特性，傳達語義信息。

（3）文化

從企業文化、地域文化、民族文化中提取的符號元素可用來傳達特定的涵義，讓人產生情感認知，激發人們對涂裝形象的情感認同和文化歸屬感[7]。德國的高速列車用沉穩的色彩搭配，大面積的主色調搭配低調的車身修飾線條，從而讓人產生沉穩、規則的視覺感受，彰顯了德國嚴謹、理性的民族性格。文化符號在飛機涂裝的設計上也應用廣泛。飛機外觀涂裝的視覺沖擊力強，且傳播迅速廣泛，不論是影視信息，還是傳統節日活動，都用抽象或具象的圖案涂裝于飛機表面，向人們進行信息的傳遞和情感的溝通。

（4）象征時代的先進科學或技術

將先進的技術表現于產品之上，能夠讓使用者切身體驗到產品的科技感。20世紀20年代前后流行流線型風格，正是因為當時應用科學的極大發展給汽車、航空業帶來了進步，使得流線外形成為了科技先進的一種代表，擁有流線型外觀的產品，會讓消費者產生一種認同感。這種具有象征性的設計風格至今仍然在影響著現代設計。

3.3 視覺符號的簡化和抽象

格式塔心理學中的視知覺理論闡述了人的視覺感知更傾向于把復雜、具體、不確定的形象“簡化”成一個簡潔、抽象、明確的形象，人的視覺在面對抽象形式的同時也會聯想起具體、現實的事物，并激起相應的情感[8]。因此，將設計元素抽象為符號化的圖像，能使視覺形象更加簡練易懂、聯想空間更大，在提升視覺效果的同時，帶來更豐富的語義和內涵信息。但視覺符號的抽象程度會直接影響信息傳遞的效果。過于具體的圖像會限制語義或內涵的表達空間；而僅僅考慮符號的象征性，完全剝離符號元素原有的形態，過度抽象化，會導致信息表述過于隱晦，難以被解釋和接受[9]。

所以設計師在對符號元素進行簡化和抽象的過程中，要尊重符號元素的客觀規律，使在起到裝飾效果的同時，通過形態的相似來進行設計寓意的傳達。這樣抽象簡化后的視覺形象與選擇的符號元素在結構上仍然具有一定的相似性，所以符號的形式（能指部分）和內容（所指部分）之間的關系是緊密聯系的。

視覺符號形態抽象過程為：

（1）把握符號元素最富有特征的視覺形態進行簡化；

（2）對簡化后的符號元素進行變化和重組；按照3.2小節方法選取符號元素的過程中可能會選擇一個或多個元素，多個符號元素的組合能夠讓視覺形象傳遞更豐富的內涵。

如圖3所示，中國探月工程運載火箭涂裝，巧妙地將幾種不同類別的符號元素重組，表現出了多樣的精神內涵。該圖案提取了代表中國傳統文化的書法筆觸與月亮輪廓相結合，勾勒出了一輪具有書法韻味的彎月來體現中國傳統文化。灰色腳印圖案的元素取自人類第一次登月留下的腳印照片，與“彎月”結合傳達出了探月工程的最終目標——以中國人的身份完成登月，也是對人類首次登月的一種致敬。

圖3 中國探月工程運載火箭涂裝

（3）遵循對稱與均衡、過渡與呼應、比例與尺度等形式美法則[10]，以抽象的手法來構建圖案形式；并結合機械設備涂裝承載面的外形或設備整體造型，進行統一意象整合表現和細節的優化，形成一個新的含有一定象征意義的視覺形象。

4 離心機涂裝設計實踐

為了論證第3節所提出的設計方法，進行了設計實踐，對象為航空發動機離心機，涂裝方案的設計思路和過程如下。

（1）離心機的外觀形態與功能結構分析

從離心機的外觀形態來看，其轉臂、配重塊、蓋板金屬殼體的緊密連接導致側面的機械結構被金屬蓋板完全隱藏，使該外觀成為了一個黑箱化的狀態，難以去理解它的功能或技術信息，也不會通過外觀造型產生更多情感認知。離心機轉臂的側面結構簡單、較為平整，且是離心機最主要的結構之一，可以作為涂裝形象的承載面。該離心機主要用于航空發動機的相關測試，通過離心機的旋轉來模擬發動機在飛機飛行時的各種加速度環境，其特有的功能體現了它的核心價值，所以機身的涂裝上會考慮帶有速度、力量和科技感的設計。

（2）符號元素的選擇

在進行了多次符號元素的提取和比較后，選用了渦扇航空發動機作為創作原型。現代渦扇發動機由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪葉片和尾噴管等結構組成，其中，渦輪葉片是發動機最具代表性的外觀部件。經反復比較后發現，渦輪葉片的正面輪廓為中心對稱，更具有裝飾性，如圖4所示。以渦輪葉片的正面輪廓作為涂裝的主要符號元素，并從渦扇發動機的工作條件中提取了“氣流”的概念作為另一個符號元素。

圖4 渦扇航空發動機的各個視角

（3）兩種符號元素的抽象與整合表現

對渦輪葉片和“氣流”元素進行特征化處理并以折線線條和多邊形來進行視覺設計，構建象征航空發動機的符號化視覺形象，如圖5所示。

圖5 涂裝形象的抽象構建過程

在視覺符號的抽象過程中，首先簡化了渦輪葉片的數量和形狀，在不影響形態相似性的前提下，使圖案更加簡潔。氣流的概念則用流暢的線條來表現。將兩種簡化后的元素進行重組，因為渦輪葉片的曲線輪廓與離心機造型不匹配，且曲線形象并不能表達出離心機的力量感，而平直的線條則對于體現力量感和速度感均具有很好的效果，所以在迭代過程中采用了直線來進行設計，將符號元素抽象成由折線線條和多邊形構成的圖案。最后將圖案與離心機的轉臂輪廓進行匹配并優化細節，讓整個圖案具有一定的旋轉動視效果。輸出的裝飾圖案與離心機的外觀造型和機械化的形象特征均具有較高的契合度，兼具力量感、速度感與活力感，也能傳達出離心機作為高科技機械設備的形象和企業對于先進發動機技術研究的不懈追求。

在離心機的配色上選擇了代表簡潔和現代的白色為主色調，圖案色彩選擇與企業logo相近的藍色，呼應科技、沉穩的企業形象，并對色彩進行漸變處理，賦予涂裝節奏和韻律。在滾轉框的涂裝上則選用了紅色這一帶有警示功能的色彩。設計效果如圖6所示。

5 總結

本文基于符號學理論與視覺形態抽象理論，提出了大型機械設備的一種外觀涂裝設計方法，并應用于設計實踐中，期望能夠利用符號學理論來使大型機械設備涂裝在滿足外觀美化的同時，也能夠具有傳達企業形象、產生情感認知的功能，滿足人們的精神文化需求。該離心機的外觀涂裝設計方案已得到甲方的采納，應用于實際的項目施工中，所以通過符號學理論來指導大型機械設備的涂裝設計具有一定的可行性。

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Appearance Coating Design of Large Mechanical Equipment Based on Semiology

LI Chen1，GAN Jing2

( 1.Arts College, Sichuan University, Chengdu 610065, China; 2.School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

In order to improve the decorative effect and image transmission effect of mechanical equipment coating, a decorative pattern design method for coating is proposed based on semiotics theory. Firstly, the appearance and function of the equipment is analyzed to decide the coating parts and design style. And then the symbol elements are selected under the guidance of semiotics theory. Finally, the semiotics theory and visual form abstraction method are used to design the symbol elements. The effectiveness of this method is verified through the aero-engine centrifuge coating design. Practice has proved that this method has the effect of beautifying the appearance, highlighting the characteristics of the equipment, and conveying the corporate image. It has a guiding significance for the appearance coating design of large-scale machinery and equipment.

mechanical equipment；coating design；semiotics；symbolic elements；morphological abstraction

TB472

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.05.010

1006-0316 (2021) 05-0068-07

2020-12-03

李晨（1996－），男，四川成都人，碩士研究生，主要研究方向為工業設計，E-mail：641894996@qq.com；干靜（1968－），女，重慶人，博士，教授，主要研究方向為產品創新設計理論、計算機輔助工業設計、機械設計等。