發電機組靜音箱的系統設計

林雪 郭冬雪 尹召陽

關鍵詞：發電機組靜音箱;系統設計;利益相關者

1 發電機組靜音箱

靜音式發電機組是以柴油機為動力帶動發電機發電的動力機械，由靜音箱、柴油機、發電機、控制箱、燃油箱和蓄電池等部件組成[1]。相對于開放式發電機組，靜音式發電機組增加了靜音箱，將發電機組封閉起來，為機組提供了良好的保護。其還在內壁上貼隔音棉，滿足隔音降噪的需求，同時留有通風口進氣和散熱。靜音箱可在國內外各地區的室內和戶外使用，使用環境多樣，包括沙漠、高原地區、礦山現場等惡劣露天環境。實際作業條件要求靜音箱的環境適應性良好，環境特點應包含防雨、防塵、耐腐蝕、耐暴曬等。

2 系統設計

系統設計是指將人、產品和作業環境作為整體來全面研究，使構成要素協調統一。系統思維運用在發電機組靜音箱設計時可分為靜音箱組成系統和用戶系統兩個方向，避免過度重視某一維度而帶來的設計盲區。第一，在發動機全生命周期中，應考慮設計、采購、生產、包裝、運輸、使用和維保等流程，重點研究用戶系統中與其關系密切的利益相關者;第二，發動機組靜音箱由各個子系統組成，設計中要充分考慮結構和造型等相互關系，確保不干涉，能進行協同設計。

3 利益相關者的交互行為與作業場景分析

3.1 利益相關者的交互行為分析

在靜音箱式發電機組制造、物流、安裝和檢修產品的全流程中，利益相關者可以劃分為生產廠制造人員、物流部門的運輸人員、負責調試的安裝人員、使用設備的操作管理人員和服務站點的檢修人員。生產制造人員按照設計圖紙要求，完成沖壓散熱孔、折彎塑形、焊接成型及噴漆等工序，后期安裝合頁、緊固螺釘及隔音棉。物流運輸包括廠內車間轉運和廠外運輸，存儲疊放層數有嚴格要求，叉車轉運交付產品。產品離廠之后主要集中在具體配套發電的場景中，操作管理人員需要詳細閱讀使用保養說明書和維修保養說明書，嚴格進行定期檢查，觀察發電機組的運行狀態。服務站的維修人員接到故障信息，現場查看表現判斷故障類型，制定方案并實施維修。

生命全周期中與靜音箱交互程度最高、關系最密切的是客戶方的操作管理人員和服務站內的檢修人員。操作管理人員和檢修人員這兩類是靜音箱人機系統的認識主體和服務對象。

遵循系統設計流程，重點研究用戶交互行為和動態作業路徑能夠幫助其搭建使用場景。以WP2.3 靜音箱式發電機組為例，了解其核心發動機的操作流程和維護場景，進而對靜音箱使用需求進行深入的研究和推理。發動機組需要隨時能正常使用，維護方便性及維修的便捷性是衡量系統人機性的重要指標。用戶在維護時與靜音箱產生的交互行為主要包括：觀察參數、打開檢修門更換三濾（機油濾清器、燃油濾清器和空氣濾清器）、檢查油量及加油、加冷卻液、拆卸棚頂大修等[2]。具體操作步驟如下：（1）透過靜音箱觀察窗查看顯示面板參數，監測發電機組的運行情況;（2） 打開靜音箱檢修門，取下原有的三濾舊件，安裝新維護件;（3）維護人員蹲下檢查底座附近的油量表，打開加機油口蓋加油;（4）維護人員通過棚頂的加水口將手伸入靜音箱內，旋開加水口蓋，往水箱加水;（5） 拆卸靜音箱棚頂螺栓，取出發電機組、散熱器等進行大修。

3.2 作業場景分析

在人與靜音箱產生交互的過程中，作業姿勢能夠完整反饋操作行為。由設計流程順序可知，前期輸入用戶人機模型及數據，參考操作人員的基本尺寸設定高度，能確保人相對于發電機組靜音箱物理位置的舒適性。但在實際情況下，靜音箱的體量大小更多受制于發動機的外圍尺寸，因發電機組功率大小不同而不同。依據發電機組的行業特點和作業場景，分析系統構成要素，可識別出有可能影響人機系統的特征。如WP2.3 發電機組，由于靜音箱控制器面板垂直于地面且機身低矮，用戶日常以蹲姿、彎腰和站姿為主。經過衡量操作控制時使用者的姿勢，以及操作所用時間和姿勢調整的頻率，可以還原真實作業場景下靜音箱與人體蹲姿、站姿的比例關系和對應效果，如圖1 所示。

人與靜音箱進行物理接觸的范圍較為廣泛。由圖2 和圖3 對比可知，相比于開放式發電機組，靜音式發電機組的箱體會對負責作業人員產生限制。發動機原有維護保養件布置在發動機側面朝外的自由端，拆裝更換遮擋少。發電機組底盤與靜音箱底座聯接成一體后，維護件的自由端減少，維護環境受限，維護和檢修階段會存在行為障礙，用戶接觸維護件及易損件的可達性降低，會相應的增加對操作空間的需求。

以小型發電機組為例，目前存在檢修作業難度大的痛點，檢修人員無法完全進入靜音箱，日常定期維護都在檢修門外兩側執行。經過蹲姿的人體工程學風險評估，用戶長時間保持蹲姿狀態，肌肉內的血管經過長時間擠壓，血流減緩，導致身體超負荷作業，容易疲勞。因此，箱體需要高效地完成維護保養和維修服務，確保維護時有足夠的拆卸裝配空間，盡量避免在拆裝路徑中產生動態干涉及最終裝配位置時的靜態干涉，方便保養發電機組。輸入目標受眾的用戶需求和存在痛點，輸出貼合用戶預期的設計方案。

首先，前后設有兩扇大尺寸的檢修門，滿足拆裝空間的箱體框架邊界，盡量減少零件更換或修理所需的拆解時間和成本。其次，根據維護性查核可知，操作管理人員維修保養要求預留維護的空間，不與整機產生干涉。最后，用戶通過視覺感知維護區域和反饋狀態，人蹲下時視平面較低，周圍障礙物可能會影響視野，注意靜音箱頂部框架對視線的遮擋情況，避免誤操作。

4 發電機組靜音箱的系統設計思路

結合上述交互行為和作業場景對應的設計要點，系統設計思路集中在發電機組靜音箱的識別特征上，需要研究產品系統的構成要素，包括結構系統、合頁門鎖吊環系統、散熱孔系統和標識涂飾系統等各個子系統。在靜音箱的設計過程中，需不斷整合構成語言，結構化梳理設計需求與限制，發揮系統設計的能動性。

4.1 結構系統設計

箱體主要結構包括橫梁、立柱、棚頂、檢修門和底座，如圖4 所示，細分為底部框架、左后立柱、左上梁、左前立柱、上橫梁、右后立柱、右前立柱、棚頂、門體。檢修門主要用于機組故障檢修，箱體前側開有觀察窗，便于維護人員數據檢測，棚頂可拆卸，方便機組、散熱器從頂部取出維修。發動機和發電機安裝在底盤上，底座支撐塊留有叉車孔。折板式靜音箱采用成熟的鈑金成型工藝，包括鈑金件下料、折彎、裝配等環節[3]。發電機組靜音箱由鈑金加工的鋼板拼接而成，使用螺栓固定。在三維布局過程中，首先要明確框架結構的位置，然后靜音箱依據柴油發電機組的整體組成和局部細節進行外觀設計，其造型受加工工藝的影響較大。

目前靜音箱以直線型構成的方盒子為主，邊角處理略有不同。靜音箱設計需要兼顧降噪隔音功能和外形效果，同時將靜音箱材料選用、設計細節及涂裝差異帶來的成本提升納入影響決策的重大因素中。在功能結構完善的前提下，小型靜音箱整體緊湊設計，有利于減少板材用料，降低生產成本，而這在一定程度上也犧牲了操作保養空間充足帶來的舒適性。

4.2 合頁門鎖吊環系統設計

合頁連接檢修門與箱體框架，檢修門體上設置門鎖。合頁和門鎖作為靜音箱的外觀構成元素，多外置安裝。實際合頁和門鎖的選擇大多與采購的供應商配件和防銹成本相關。合頁一方面可在噴漆后裝配，保留配件材質本色;另一方面經過涂飾處理，可與周邊箱體噴漆保持一致。螺栓外露與內置在安裝拆卸和統一性上各有優點，考慮到實際拆卸多有針對性地選擇螺栓外置連接方式，戶外環境要求工藝防銹。

吊裝環或吊裝板實現靜音箱裝配運輸過程中的起吊功能。吊裝結構位于靜音箱的最高位置，主要用于廠內靜音箱安裝，發電機組的轉運通常通過叉車插裝支撐塊及環繞四角支撐塊吊裝實現。靜音柴油發電機組吊環形式分為凸起和凹陷兩種，凸起形式是后期安裝到發電機組頂部的吊耳和吊板，凹陷形式則是板件結構設計時就已經預留，從棚頂到起吊位置、空間、成本和外觀各有優缺點。

4.3 散熱孔系統設計

機組在運行過程中需要足夠的空氣流動，散發掉發動機工作時產生的大量熱量。散熱孔以熱源位置所在區域作為首要考慮因素，在滿足進氣量條件下布置在靜音箱棚頂和側板。散熱孔受到多樣發電應用環境的影響，多數為戶外使用，含多雨地區、沙漠地區等，需要權衡通風散熱與防水防塵兩者訴求所占的比重。在正常運作中，箱體側面的上方采用柵格式通風口，保證通氣又能減少進水。棚頂通風孔和側板散熱孔，通過改變沖壓孔的樣式及內置防雨風斗，能夠有效阻擋雨水從散熱孔進入靜音箱內，保證通氣又能避免進水、進塵。

如圖5 所示，靜音箱常用散熱孔形狀多樣，主要有圓角方孔和條形孔等。孔在鈑金平面中可被視為單體，單體對直或交叉排列，一定數量的散熱孔能夠有序集組合形成整體。有針對性地選擇散熱孔形式和孔間排布密度，可以影響開口面積和通風量[4]。從視覺傳達的角度來看，通風孔設計遵循形式美法則中的節奏與韻律、變化與統一原則[5]。節奏和韻律是指孔均勻在重復中產生的規律。變化表現為孔型在面板中的排列差異，統一則綜合考慮散熱孔的排布情況，實現外觀視覺平衡，提高心理愉悅感和舒適度。

4.4 標識涂飾系統設計

靜音箱是發電機組的外部包裹，作為外觀覆蓋件面積大且規整，目前設計日趨同質化。發電機組箱體涂飾功能是防銹與美觀，減少長期庫存或潮濕作業環境下的銹蝕和變色，嚴格把控靜音箱預噴涂鈑金件表面處理和油漆施涂工藝，同時需要檢查粘度、干膜厚度、附著力等油漆參數是否符合要求等。除了運用合頁門鎖吊環、散熱孔等特征增添細節外，標識涂飾也在視覺感知上進行了創新。標識涂飾作為產品外觀的最具視覺傳達力的存在，通過配色對比、裝飾LOGO 或標識、增加噴涂腰線來豐富視覺效果，凸顯差異。

發電機組設備顏色體系并不復雜，根據涂裝工藝特點和順序，箱體外層噴漆顏色一般按照鈑金零件分塊。涂裝色彩的形象趨勢是主色單彩色+ 輔色黑色，容易識別。還可以選擇面積大的單彩色做主調，用LOGO、產品型號及機組功率等信息點綴的方式去加強美感，豐富表現力。同時，這種配色形式采用的設計語言區別于其他企業，易與產品品牌形象建立聯系，進而增強品牌的識別性[6]。

在鈑金零件上噴涂兩種或兩種以上的色塊，如沙特款側面運用不同色彩對比形成AI 標識，一方面來源于公司形象，提取重點視覺化樣式，對產品標識進行簡化表達;另一方面表明智能制造的全新理念，該噴涂覆蓋面積較大，包括靜音箱側角等多塊鈑金件，遠看效果極佳，有利于提高靜音箱發電機組的辨識度。然而，此種方案需要鈑金件在組裝完后人工涂漆，采用膠帶輔助定位，拼合處有合頁、散熱孔等，造型特征凹凸不平，噴涂難度加大，容易發現前期分塊噴漆工序留下的顏色，仔細觀察縫隙連接處會有局部噴漆缺陷。

對涂飾系統而言，不僅是單純平面設計拓展延伸到設計領域，更重要的是合理處理形態和色彩雙重要素在同一區域的搭配。增加邊緣線能進一步突出產品流暢感。在發電機組型譜上，運用統一的配色形式及企業識別特征，將有助于推動靜音式發電機組設計的家族化。

5 結論

文章基于發電機組靜音箱和系統設計理論，從操作管理者和維修作業人員等利益相關者研究入手，關注在操作和檢修中的交互行為和作業場景，有利于將設計需求與限制轉化為設計參考。靜音箱系統設計思路能夠將產品分解為模塊化構成單元，逐一說明結構、合頁門鎖吊環、散熱孔和標識涂飾等子系統，從而實現功能可用性、外觀美觀性、操作易用性等設計目標，以期為發電機組行業中的靜音箱設計實踐提供指導。