工控機箱統型設計研究

童立超

(中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北石家莊 050081)

隨著經濟的快速發展，現代人類越來越重視產品的質量和含義。人們追求造型優美、質量上乘、人機關系良好的產品。在市場競爭激烈的背景下，企業目前亟待解決的重要性問題主要涉及要保證產品的外形連貫，同時提高其技術升級，或者保證擁有不同功能的產品在形態上具有統一性。工業設計的核心是創新，從使用方式、材料、生產、組裝、用戶體驗層面、服務方式、外觀等多個方面不斷求創新，并更好地為人服務，達到企業與市場的統一。具體來說，企業首先需要了解市場的實際需求，對產品實施生產以及技術升級。其次，要結合市場信息，對企業進行優化。提高設計能力與技巧，可增強企業的信譽，提高企業活力，促進企業發展。產品系列化能夠有效整合產品，使產品實現統一的標準，可增強企業創新能力。企業需要認真調研同一類型產品在市場方面的研發與銷售的實際情況，并結合自身企業的技術以及工藝從各個方面進行研究，從而提高產品的性能、外觀造型，使其尺寸結構較為合理?？傮w來說，利用產品系列化設計可以規范產品規格混亂的現象，同時也對產品的未來發展趨勢起到有效規劃的作用。對于企業來說，上述內容不僅可以保證滿足消費者對于產品的不同類、層級等多樣性的要求，也可提高企業自身管理水平，推動高新技術的發展，使企業適合市場發展需求，不斷增強其規模。

1 工控機箱的產品屬性與設計要求

1.1 產品屬性

在條件惡劣的環境中，我們通常使用工控機箱實施操作，例如在擁有較多灰塵以及噪音的工作環境中。工控機箱的主板主要涉及底板以及CPU卡。該產品具有一定抗輻射能力、抗灰塵能力，具有良好的抗腐蝕性以及抗振動性能，同時還具備一定的抗擠壓能力。因此，被廣泛用在環境較為惡劣的工作場合，例如：廣泛應用在航海領域、化工電廠領域、地下作業、礦廠等各種環境下工作。工控機箱在散熱方面，性能也比較優良，具有較好的可擴展性，穩定性能好較，因此，也被廣泛地應用在電視臺、廣播電臺、軍隊等多種領域中[1]。

工控機箱的標準規格高度單位為U，一般常規的有1U、2U、3U、4U等[2]。

隨著科研模式由項目研制向產品研制的逐漸過渡，以技術平臺和產品平臺為核心的發展思路逐漸樹立。作為產品平臺組成部分的工業設計，其重要性也逐漸浮現出來。工業設計既包括對產品的色彩、造型等方面的表達，也包括人機工程等更深入的應用。產品一旦賦予了工業設計的力量，就會插上競爭力的翅膀：合理的色彩搭配、精美的產品造型、友好便捷的人機交互都會讓用戶對產品留下深刻的印象，可以說工業設計將會成為產品的核心競爭力之一。

1.2 設計要求

根據機箱的常用類型，初步決定對1U～6U的機箱進行外形尺寸的系列化設計?；鞠盗惺菍挾炔捎靡粋€尺寸，深度采用兩個尺寸。如果基本尺寸部門滿足要求，還有一個擴展系列供選用。擴展系列只是深度增加，寬度和基本系列保持一致[3]。

通用機箱的工業設計主要是針對鈑金和銑制拼接式機箱的外形進行工業設計，主要包括前面板、把手、蓋板和側面的造型設計。機箱工業設計的另一項重要內容是機箱內部的線束和零部件的固定方式的研究。這主要涉及人機工程的范圍，主要目的是結構形式如何便于后續的整機裝配，例如螺釘選用組合螺釘，再如壓鉚在底板上固定板卡和部件的螺柱要選用內螺紋的，而不是外螺紋的，等等。

其中，機箱和包裝箱的工業設計，不是針對某一兩種機箱進行的特定工業設計，而是對通用機箱進行的家族式工業設計，也就是對通用機箱的造型和色彩等各個方面提出工業設計的要求使其具備典型特征，這些典型特征要通過樣機來進行展示。有了這些工業設計要求后，具體的機箱設計可以參照執行，使其具備統一的風格[4]。

2 工控機箱統型設計原則

機箱工業設計的原則是：造型簡潔、大方、有設計感；色彩穩重、搭配協調；人機工程方面要方便用戶使用。

通用機箱外形尺寸的設計原則是：在現有各機箱常用尺寸的基礎上進行歸納整理，選出常用的外形尺寸，形成系列。通用機箱外形尺寸的設計原則是：在現有各機箱常用尺寸的基礎上進行歸納整理，選出常用的外形尺寸形成系列。

機箱通用件的設計原則是：對常用零部件進行通用化設計，使其成為系列，并能夠適用于不同項目的機箱，設計師直接選用，不再單獨設計。根據機箱內常用零部件的情況，主要針對把手、蓋板、接地柱、掛軸、松不脫大同螺釘、支柱等常用零部件進行通用化、系列化的設計，形成系列貨架產品，方便設計師直接選用[5]。

包裝箱的設計原則是：結合通用機箱的系列化尺寸，并只針對常用的紙質包裝箱和木質包裝箱進行設計。包裝箱的圖案要簡潔大方，并能突出體現企業形象。

國內關于工業設計的理論研究也在不斷地深入，其中清華大學柳冠中教授認為，“有目的的造型”是設計者必須恪守的原則?！霸O計”將更多以整合性、集成性的概念加以定義?！霸O計不僅僅是生意，而還應為人類可持續生存繁衍擔當。”要有“服務設計”的思維，既要發揮“服務設計”是創造和拉動中國市場和社會進步的新的強大力量，也要運用“服務設計”是聯合現代科技創新，實現共創共贏的新的有力工具，還要將服務設計作為中國乃至世界文化和產業的發展注入新的活力[6]。

3 工控機箱統型設計分析

3.1 綠色化

21世紀，我們正處于世界百年未有之大變局的大背景下，全球面臨著眾多亟待解決的問題。新時代我國社會主要矛盾已經變成人民日益增長的美好生活需求同發展不平衡、不充分之間的矛盾，促進可持續發展成為全球下一階段的重要課題?？沙掷m發展就是要使社會、經濟、政治、生態環境、資源等各方面共同發展，要既能夠滿足現代人的實際需求，同時也給后代留下充足的發展空間。實施可持續發展戰略，既要提高經濟發展，同時也要保護人類賴以生存的大氣、水資源、土地資源、森林資源、海洋資源、淡水資源等各種自然資源，保證資源的可持續利用，能夠為后代提供永續發展的空間。因此，在現代化的設計過程中，我們也應著重突出可持續發展戰略，提倡綠色設計、環保設計、健康設計、適度設計的原則。

所以，在工業設計中，綠色設計不僅僅表現在綠色材料的選擇，回收利用，還包括加工工序是否符合要求、包裝是否浪費、材料是否被完全利用。產品造型設計上就需要加入這些方面的思考。例如：通過小面積的削銑量來展示產品造型，減少不必要的加工成品和材料成本就是體現綠色化設計理念的方式。

3.2 人性化

產品終究是服務于人，所以“以人為本”的設計是不可缺少的設計理念。好的設計應該有兩個重要特征：可視性及易懂性。也就是說，產品在設計過程中不僅僅要滿足工程設計的實際需求，同時，還需要格外注重消費者的整體體驗，要保證產品在設計過程中能夠提高人機互動的質量，同時也要做到形式美。我們在做設計過程中，要遵循以人為本的設計理念，有效面對市場帶來的壓力以及挑戰，企業需著重分析用戶的實際需求、用戶的消費能力、用戶采取的行為方式。之后，保證采用科學合理的設計，以期最大程度滿足消費者的實際需求、消費者的消費能力以及消費者的行為方式。

3.3 交互設計體現人與產品的聯系

交互設計主要是以用戶為中心，結合用戶的實際需求，注重用戶的行為以及過程，在此設計過程中，主要強調過程性思考，涉及手段主要采用流程圖與狀態轉換圖以及故事板。最重要的是了解軟件與硬件原型實現的評估技術與技巧方式。

交互設計在于定義人造物的行為方式（the“interaction”，即人工制品在特定場景下的反應方式）相關的界面。交互設計作為一門關注交互體驗的新學科在20世紀80年代產生了，它由IDEO的一位創始人比爾·摩格理吉（Bill Moggridge）在1984年一次設計會議上提出，他一開始給它命名為“軟面（Soft Face）”，由于這個名字容易讓人想起和當時流行的玩具“椰菜娃娃（Cabbage Patch doll）”，他后來把它更名為“Interaction Design”，即交互設計。

綜合來看，未來工業產品的交互設計會與人們的日常生活息息相關，信息技術、物聯網技術、嵌入式技術可以為其提供技術支撐，傳感器、微型處理器在產品中的實際使用，可以在一定程度上提高交互設計的智能化水平，提高其響應速度，使工業產品更加智能，朝著人性化方向發展。另外，智能化交互產品在未來的發展方向中，可以以解讀人的行為、交互意圖以及習慣，可使其做到精準的預判。在未來，工業產品設計必須將人性化交互放在首要位置進行創新，使其能夠為人民服務，符合人們的實際需求，從多視角寬領域分析人的需求與生活習慣，在發展中使其能夠滿足人的多元化需求，保證人文、產品與科技有效融合。

4 工控機箱統型設計實踐

4.1 市場調研

項目前期進行了大量的調查研究，一方面通過對所內各部門走訪調研、研究討論，了解到各部門的機箱外觀風格特征和對機箱的具體使用要求，找到設計切入點；另一方面，針對現在市場上現有的各種品牌、各個類型的機箱產品的外觀特征，進行了研究分類。總結到所內機箱的部分問題：面板排布、產品顏色等無法形成統一化的表現；對現有市場上的調研了解結合目前的項目情況，定制了針對機箱外觀設計的設計思路：整體外觀簡潔，要有一定規范化的面板排布規則，有代表性的元素符號形成統一化體現，配色的整體表達符合現在市場的審美習慣。

4.2 頭腦風暴

通過對實際產品進行分析可以發現，優秀的產品往往是設計師將自身情感直接表現到產品中，而用戶則是在使用產品過程中去感受設計師所傳達到這種情感，即設計師要通過產品與消費者之間進行對話，讓用戶通過產品獲得某種特定的情感體驗，對于這種設計的需求已經成為了一種趨勢。

注重在機箱的設計中融入有意義的表達，關注產品本身的意義價值，設計出讓用戶擁有完美體驗的機箱。對于該產品的設計研究，將功能與造型相結合，符合人對工控機箱的需求，讓人在使用產品時更便捷。所以，從產品的統一化元素符號找到突破點：尋找與機箱有關的詞語，進行思維發散，再將詞語轉化為圖案造型，這樣一個富有語意表達的工控機箱，更符合現代人類的需求。

4.3 草圖繪制

草圖階段就是初始化表達設計或者形體概念的階段，充滿了可以繼續推敲的可能性和不確定性，但是應該能夠表達初期的意向和概念。針對發散思維，總結挑選，將詞語轉化為初步草圖表現，在這一階段是表現設計價值最重要的一步，草圖階段需要考慮到產品的尺寸約束、加工需求、創意表達等。具體如圖1所示。

圖1 草圖繪制

4.4 建模表現

三維建模就是建立模型，就是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。建立系統模型的過程，又稱模型化。建模是研究系統的重要手段和前提。凡是用模型描述系統的因果關系或相互關系的過程都屬于建模。

基于設計師對現代市場的產品造型把控，把繪制的草圖造型篩選修改，確定了外觀方案并將方案用直觀的方式表達出來。

設計說明：靈感來源于電路板布線，從中提煉出直線、短線和折線這3 根線?！叭笔且粋€量詞，通常用來表達多，這里利用直線和折線來表達通信信號的傳輸，上下中心對稱的方式也表達相互傳輸的一個寓意。四角做倒角，體現穩固的感覺，表達出產品獨特的力量。

圖2是工控機箱設計圖。

圖2 工控機箱設計圖

4.5 產品模塊化、系列化表現

模塊化設計首先需要對不同功能、不同規格的產品實施功能分析，其次需進行劃分與設計功能模塊在此過程中，可以利用模塊的不同選擇以及不同組合，構建出新的產品以此來解決市場的不同需求。首先，模塊化設計的功能單元式模塊具備一定的獨立性，也就是說可以對模塊實施獨立的設計，修改儲存、調試、制造等各種功能，這也有利于不同企業開展不同的生產。其次，它具有一定的互換性，因為接口部分的尺寸、結構、參數等各方面的標準化，可使其實現比較容易的互換，以期保證滿足不同產品的實際需求。最后，還具有一定的通用性，可實現不同系列產品之間的模塊通用。通過將產品各部件分開來，模塊化處理，更加方便維修更換，節省了大量的產品成本和維修成本。

此方案通過幾條等寬線條的造型組合，一方面符合產品簡潔大方的設計要求，另一方面也降低了加工成品。提煉電路板的布線線路，表達通信的語意，也符合工控機箱的產品屬性。中間大面積的留白，也可以適配各部門的安裝需求，具有較強的兼容性，并進行統一化表達，具體情況如圖3所示。

圖3 工控機箱系列設計圖

5 結論

針對工控機箱外觀設計，造型簡潔、大方，還包括融合人機工程的原理，使產品不僅在外觀上可以做到最優也極大程度地方便用戶使用，文章提供了一套設計方案，使其具備統一的風格。主要表現在：（1）產品外觀整體風格統一，造型元素保持一致，均使用線條的設計元素。（2）統型規劃面板排布：面板設計基于人機尺寸、人體視覺習慣和使用過程等方面，統一將設備名稱置于左上方便查看；產品LOGO置于右下；屏幕置于正中部分統一視覺中心；將按鍵置于右側符合人體操作習慣；指示燈和開關鍵位于左側一上一下；方便上柜時多個機箱統一打開、關閉；將開關部分和屏幕按鍵部分左右分開，區域劃分明確，防止誤操作。（3）綜合考慮了產品的外觀風格、使用環境、流行趨勢、行業特點等，產品顏色選擇了經典黑。