基于感性價值創造的工業裝備產品造型設計研究

蔣佳慧 余胡艷

摘要：促進我國智能制造發展，為工程機械類裝備賦能感性價值，增強企業市場競爭力。基于感性價值創造流程，以工業視覺檢測設備為例，運用感性工學方法分析其色彩、材質、形態、人機關系等造型設計語言與數控視覺檢測工業產品造型的感性詞匯之間的關系，確定最終的造型設計方案。獲得了最優造型設計方案。基于感性價值創造可以為工業裝備產品造型設計提供參考。

關鍵詞：感性價值 工業裝備 設計評價 感性工學 產品造型設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2023）11-0122-04

引言

在我國經濟總體規劃中，制造業占據了重要地位，更是“創新驅動、轉型升級”的經濟發展主戰場[1]。但當前產品趨于同質化，企業需要尋求其他有效途徑來在短期內增強產品競爭力。市場對工業產品要求已不局限于基本的功能價值，而是要求更高的審美價值和精神內核[2]。如何使工業設備愉悅人的感官，適應人的感性特質，更加符合人認知直覺及行為習慣成為設計界重要議題[3]。本研究利用感性價值創造方法，重視用戶的情感特征，在滿足產品基本功能需求的關鍵點上，提升工業產品美學質量，進一步提高用戶對產品的滿意度。

一、感性價值創造

（一）感性價值原理

按照日本《廣辭苑》詞典的說明，“Kansei”表示人感官的敏感度。人們首先用自身感覺器官來對事物進行感知，形成相應的情感及態度。感性/情感的設計可以為產品創造價值，加強用戶和產品之間的持久聯系。通過設計手段來創造感性價值，越來越被視為重要的商業戰略工具[4]。

工業設計有利于提升產業競爭力，幫助企業更好地適應新時代經濟發展[5]。用戶對于產品的綜合感知首先建立在產品的色彩、材質、表面處理工藝基礎上[6]，而后伴隨著對于產品功能結構的認知理解以及人機交互的深入體驗，會產生更深入的情感偏好。

（二）感性價值創造的設計流程構建

為提升工業產品造型設計水平，需要科學、嚴謹的分析流程，本文提出了基于感性價值創造的設計流程，見圖1。數控視覺檢測裝備作為高科技類產品，為了將感性價值最大化，在設計過程中需要充分考量產品的色彩、材質、形態和人機要素。并通過提取典型樣本的感性語義，來進行設計方案的評估。

1.確定產品感性樣本庫。結合相關感性理論，從產品造型層面中的色彩、材質、形態和人機體驗方面進行設計研究，總結造型設計方法。2.確定產品功能優化創新。通過實地調研以及產品體驗，分析感性需求，進行功能創新。3.基于產品基礎樣本庫，產出多個滿足創新功能需求的設計方案。4.通過產品造型分析獲取典型樣本，在樣本選擇過程中，通過瀏覽產品相關網站、查閱文獻資料等方式廣泛搜集相關樣本，經過分析篩選出產品典型樣本。5.利用語義差分法，對工業視覺檢測設備的感性評價詞匯進行總結梳理，邀請專業人員進行評估，獲取符合產品形象的感性詞匯，并建立工業視覺檢測設備的感性意向評價量表。6.基于專業背景人員對于方案的感性評估數據，并利用統計軟件來分析，最終獲取最佳方案。

二、基于感性要素分析的工業視覺檢測設備

工業視覺檢測設備在檢測產品的尺寸測量與外觀缺陷檢測上挑起大梁，作為制造業與信息化高度融合的典型工業裝備，具有高精度、復合型、高效性等優勢。當前的產品已經達到世界級技術水平，但還缺乏市場品牌競爭力。依據上文所述設計流程，本研究選擇工業視覺檢測設備作為造型設計實例，進行感性價值的設計分析與驗證。

（一）產品感性樣本庫

本研究通過搜集國內外數控視覺檢測設備 50 款，2016-2021 年德國 RED 數控裝備類獎項設備50款，以及五大世界著名數控機床品牌主要設備 75 款，一共 175 款主流數控機床及視覺檢測裝備樣本，對數控視覺檢測設備的當前產品感性要素，即色彩、材質、形態和人機4個方面進行調查分析。

1.色彩要素

產品的色彩不僅是實現人機交互的重要媒介，更成為設計人員、產品及用戶間的紐帶。基礎配色會影響整體效果，用戶在短時間內會出于本能對產品產生諸如穩定、危險等情感印象[7]。本研究為獲取當前產品的配色現狀，綜合建立了工業視覺檢測設備的色彩坐標。在所有產品樣本中獲取41種配色方案，如圖2。無色彩傾向的雙色配色比例均占為50%。有色彩傾向的三色配色占比中，冷色系具備科技、穩定的感覺，相較于暖色占比會更多。為了幫助用戶在繁瑣枯燥的作業中集中精力，放松身心，在進行色彩設計時，以純度較低的灰色色彩為主色調，小面積使用較高純度的藍色，增強產品科技感。

2.材質要素

當前工業視覺檢測設備常用5種材料。其中鈑金，常用在數控中的機柜、配電箱、罩殼等部件中，這一材料重量輕、強度高、導電，具有理性、光滑和堅硬的感覺；鑄件這一材料形態多樣，適應性強，常用于支撐件、底座、加固件等，鑄件具備粗糲、務實和可靠的感覺；玻璃這一材料隔音保溫、耐腐蝕抗沖刷，常用于觀察窗、儀表面板等，具有高雅、明亮、光滑、時髦等感覺；工程塑料剛性大，蠕變小，機械強度高，耐熱性好，常用于開關按鈕、門把手等，具備光滑、細膩和明亮的感覺；橡膠具有高彈性，低敏感度特性，用在譬如密封條、密封膠圈等部分，具有光滑、細膩和明亮的感覺。

3.形態要素

基于50款視覺檢測設備樣本，整理出工業視覺檢測設備造型關鍵部分：側面造型、觀察窗、控制電腦，把手等，如圖3。

工業視覺檢測設備造型側面造型，主要有四種類型：第一種，觀察窗與機箱部分豎直平面重合；第二種，觀察窗與機箱部分等寬相接，其中上半部分主要是由斜切面及曲面構成；第三種，觀察窗與機箱部分不等寬相接；第四種，兩個柜機樣式，觀察窗與機箱等寬相接。通過統計代表性樣本的觀察窗，根據使用方式劃分有推窗、折疊窗和拉窗，而根據門的數量可分為雙開窗和單開窗。把手通常安置于裝備上部的觀察窗和下部的機箱，當前有長把手和短把手兩種形態。

數控電腦主要有外置、嵌入式和內置三種樣式。外置設備常被靈活設計在設備的底部、上部和中部，更加方便操作人員使用。嵌入式可直接在設備外部操作，這兩種方式方便運輸以及搬運。而內置是在設備內部預留空間，待需使用時取出。

4.人機要素

國際人機工程學協會規定人機工程學是研究人和機器及環境的相互作用，綜合提升工作效率、安全、健康、舒適等因素的學科。要想實現競爭優勢與功能差異化，設計過程中需要開發出更加舒適、易用的設備。在操作機械設備時，通過縮小其操作范圍，從而使機械設備的操控人員可以適當減少操作幅度，來減少疲勞感。通過綜合考量人、機和環境等方面因素，根據國家標準 GB10000-88 中所提供的人體尺寸參數為研究依據，本研究還基于劉靚靜結合經典人機模型中的立姿垂直及水平視野分布、立姿作業時的工作臺設計尺寸參考、立姿彎臂時的力量分布等，繪制了如圖4所示的數控視覺檢測設備用戶關鍵行為映射示意圖[8]。可細分的所有用戶行為，對設計方案進行測試和修改。

（二）工業視覺檢測設備創新優化

本次設計實踐來源是作者主要參與的“XXX視覺自動化技術有限公司——工業視覺檢測設備產品造型的整合開發”設計委托合作項目，項目周期從2021年7月開始至2022年上半年。

通過前期深入企業進行實地調研，發現當前產品存在的問題可以從以下4個層面進行優化：

1.產品形態簡樸且用材粗糲，科技感不強，造型并不符合用戶對于高精儀器設備產品類別的認知，更不符合公司前沿科技的品牌形象定位。為提升產品科技感，需要優化色彩、材質、形態等造型語言。

2.當前產品的棱邊較為鋒利，在進行安裝、搬運、產品檢測作業時，操作人員很容易因為不小心的磕碰而遭受到意外傷害，從而產生不必要的作業安全事故糾紛。因此進行造型設計時，需弱化鋒利邊角，增加轉折面或曲面。

3.當前產品的主要操作按鍵在觀察窗側邊，而非主要工作區域，并且被安置在柜門之中，操作人員需要高頻進行開關柜門的動作，使用過程較為麻煩，從而大大降低工作效率。進行產品操作平臺設計時，需要突出主要操作按鍵，將其外置。

4.當多個機器同時進行檢測時，每名操作人員都需隨時跟進不同設備的作業，但由于信息不明，用戶需要在多個設備中來回折返確認進度。而實踐經驗表明，作業進度提示燈作為動覺產品特征與正價情緒相關聯，可以給使用者更大的確定感、控制感[9]。為了提高操作人員的作業效率，需增加進度條信息提示功能模塊，來提升產品的狀態可見性。但在安全作業中，根據GB/T 1251.3-208《人類工效學險情和信息的視聽信號體系》給出的緊急程度排列的信號顏色分類，綠色信號用戶提示用戶正常狀態的監視，所以作業進度提示燈的色彩需要被設計為綠色。

（三）設計方案

依據第一節設計要素庫的整理以及第二節的實際問題分析，本研究運用三維制圖、渲染等工具完成外觀造型設計方案。

為提升產品的科技感，在CMF設計上使用藍白黑作為配色語言，鈑金件以及工程塑料作為主要材質。為減少操作人員受到意外傷害，將主要操作按鍵外置，通過圓角或側面斜切的設計語言。為了提高操作人員的工作效率，采用可折疊的觀察窗，可靈活旋轉或內置的數控電腦節約空間，同時創新性增加作業進度提示燈模塊。4款工業設備產品造型方案，如圖5所示。

三、工業視覺檢測設備感性意象語義評估

基于設計要素分析以及功能創新，所設計的4款方案均滿足企業委托要求，本研究進一步利用感性測量方法遴選出風格最適配的方案。

心理學中心理測量是通過標準客觀的手段對被試者的心理特征進行研究，當前的主要研究方法有行為觀察法、語義差分法、儀器測量等[10]。SD（Semantie Differential）語義差分法是進行感性測量的有效方法之一，它通過為被試者提供同一緯度的不同信息形式，在統計被試者數據結果的差異性與顯著性統計，提取相關信息。本文首先從相關的學術論文、企業資訊等來源中收集感性評價詞匯[11]，再邀請工業/機械專業背景的被試人員，探討特定的意象詞與工業視覺檢測設備風格之間的聯系。

（一）確定產品典型樣本

為確保樣本選取的全面性和客觀性，首先針對第二章中搜集到的175 款主流數控機床及視覺檢測裝備樣本，進行聚類分析和多維尺度分析，合并歸類，并刪除其中相似樣本，最終得出6個工業視覺檢測設備的典型樣本，見圖6。

（二）感性價值要素詞匯確定

步驟一：研究通過論文、行業資訊等渠道搜集到約230個詞匯，再去除意義不明、重復的詞匯，最終得到了75個詞匯。

步驟二：為了獲取具備專業知識的人群評價，邀請工業設計研究生/從業者共計25名，及機械工程研究生/從業者共計15名，來瀏覽6個代表性對工業視覺檢測設備產品，再根據主觀經驗，從75個感性詞匯選擇 20個作為造型意象詞匯。

步驟三：綜合考慮工業/機械專業背景人員的感性認知，根據感性評價詞匯的詞頻比例降序統計表1，得到了智能的、科技的、機械的、高效的、先進的、專業的、人機的、安全的8個詞匯作為工業視覺檢測產品造型意象的感性意象詞匯。

（三）感性價值要素設計方案評估及篩選評價

步驟一：運用語義差分法將研究設計的4款方案編排序號與8個感性詞匯建立7級量表。感性設置值分別為1，2，3，4，5，6，7。其中1表示對此樣本的感性認識非常不符合，7表示非常符合。得到工業視覺檢測設備方案的感性價值詞匯評價調查問卷，如下圖7。

步驟二：研究獲取面向這4款設計方案的工業設計及機械工程專業被試共計115份有效問卷。此次問卷的統計中，Cronbach α系數檢驗結果為0.926，信度滿足。效度驗證結果中，KMO值為0.877，大于0.8，從側面反映出效度很好，研究數據非常適合提取信息。

步驟三：綜合統計四組方案感性評價打分結果，如圖8。發現4款方案得分差距較小，但方案感性均值對比圖中第4款方案總分值最高，其中科技的、高效的和先進的3個感性詞匯明顯高于其他設計方案。

在與企業進行后續溝通時，最終第4款方案在配合生產需要進行局部調整后，進入量產環節，如下圖9。

總結

工業設計可以為企業轉型提供完善而切實可行的思想、理論和具體的方法及手段，尤其能為處于正在或即將變革的中國工程機械提供支持[12]。在工業裝備產品造型設計中，本研究基于感性價值創造方法，完成產品實地調研、關鍵感性設計要素和典型意向詞匯的分析，形成了易于操作的感性價值創造創新設計和評價流程，主要結論如下。

（一）明確設計要求以及產品使用者的關注重點，厘清產品所需滿足的基本功能需求。為了使產品更加符合人的認知直覺及行為習慣，需要通過增強產品科技感來提升用戶愉悅感，增加外顯主要操作按鍵來滿足用戶高頻使用需求，通過弱化鋒利的邊角來增強產品安全性，通過增加信號進度燈來提高產品的狀態可見性。

（二）大量搜集產品樣本，綜合考慮工程機械產品較強專用性特點，歸納工業設備設計的感性價值設計要素，從色彩、材質、形式以及人機工學4個角度完成關鍵造型要素的提取，提煉出使工業設備愉悅人的感官，適應人的感性特質的設計語言，為方案設計提供較為科學的設計依據。

（三）提煉出工業視覺檢測設備產品的感性評價，即智能的、科技的、機械的、高效的、專業的、安全的、先進的、人機的8個詞匯，并依據這些感性詞匯從多個設計方案中評選出最符合感性描述的結果，提高用戶對產品的滿意度。

（四）最終設計方案已經投產，未來委托方將繼續進行二代產品的技術迭代開發和整套產品系統的設計工作。本研究將會繼續關注產品的感性研究議題，來探討如何更好地去平衡市場與用戶的真實需求。

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