典型工程机械产品的设计基因提取方法研究＊

魏专WEI Zhuan 瞿昌利QU Changli

长沙师范学院，长沙 410100（Changsha Normal University，410100 Changsha）

一、引言

目前，从生命科学领域的生物基因理论转化到产品设计领域的设计基因理论，已经开始应用。华海镜对艺术品[1]、韦军涛对生活用品[2]、桑振对工艺品[3]、魏专对包装[4],都进行了相关的设计和研究，而其中对于汽车造型基因方面的研究探索，则最为广泛，也最为深入[5-7]。基于造型基因的汽车造型设计，主要是针对汽车品牌基因进行的研究。无论是国际著名汽车品牌奥迪、宝马和梅赛德斯，还是国内品牌长安、长城和吉利，都在通过长期的设计实践，结合汽车产品本身的功能结构，把统一的视觉造型特征应用到产品的造型设计中去，从而形成自己的家族产品形象，以提高产品的综合竞争力[7]。湖南省作为工程机械生产强省，已经形成了具有地域特色的一些工程机械行业品牌，如三一重工、中联重科、山河智能等。然而，不管是从设计实践还是从理论研究的角度[8-10]，如何找到各自品牌的产品设计基因，仍然没找到很好的方法。本研究通过比对分析这三个品牌中共有的典型工程机械产品设计，希望找到工程机械的设计基因提取方法，为工程机械产品设计基因的延续奠定基础。

二、样本选取

随着湖南省新型工业化的大力推进，诞生了以三一重工、中联重科、山河智能等为首的工程机械制造企业，使湖南省由工程机械制造大省转型为制造强省。所以本研究选取三一重工、中联重科、山河智能这3个湖南省工程机械行业中的核心企业作为品牌样本，这几个企业基本上能反映湖南省地域的工程机械行业整体情况。然而对于工程机械产品本身而言，其产品线长、产品类型丰富、品种繁多、数量庞大的特点，决定了要对其整体进行分析不太容易，所以精确选取具有典型代表意义的工程机械产品样本十分必要。研究以典型性和通用性为原则，选取了三一重工、中联重科、山河智能3个品牌企业都生产的典型的工程机械产品——混泥土搅拌车、挖掘机、轮胎起重机，作为设计研究的样本对象，通过对其造型特征与涂装特征的两个方面的分析研究，进行基因提取，并初步形成典型工程机械产品的设计基因图谱。

三、工程机械产品的设计特征及基因

1.工程机械产品的设计特征及基因的关系

基因是指携带有遗传信息的DNA序列，是控制生物性状的基本遗传单位，基因在生物学中的意义在于把遗传信息从亲代传给子代，来保持遗传信息的连续性。产品设计基因是指能携带产品品牌遗传信息的设计特征所表征的内在遗传特性，其中设计特征元素是构成产品品牌识别的主要特征元素，其意义在于通过设计基因的控制，来保持产品品牌的家族性和延续性。设计特征是用来表征设计基因的基本单元元素，现有的设计研究中，都是将基因表述为造型语言特征，主要包括产品的造型特征，即点线面特征和细部特征等，统称为产品的造型基因[11]。

然而，在工程机械产品中，造型问题对于品牌的建立和识别并不十分突出，使用造型特征来表征工程机械产品的设计基因，并不能完全解决问题。根据相关研究发现，由于工程机械产品的特点，造型上的改变可能性极小，所以对于工程机械产品设计而言，除了造型特征以外，色彩、装饰条、标志标准字等涂装特征，在工程机械产品的设计基因表征中所起到的作用更大。纵观国内外相关研究，用涂装特征来表征产品设计基因尚属首例，如何定义工程机械产品设计中的造型特征和涂装特征，则是首先应该解决的问题。

2.工程机械产品设计中的造型特征和涂装特征

造型特征是产品功能结构需求所决定的内在设计特征，涂装特征是产品品牌信息传达需求所决定的外在设计特征，二者的关系在工程机械产品设计中，类似于人体中的骨骼和皮肤，相互关联、互为依托。造型特征包括产品的整体风格、型面感觉、细部处理等设计方式[12]，通过点、线、面等最基本的造型元素来进行表达[13]。对于工程机械产品而言，点特征包含的信息量太少，而需要采集的点数量又太多，不适合特征提取；面包含的信息量多，但难以描述和定性；而线介于点和面之间，通过定义主要、次要和辅助特征线和局部特征线可以很好地表征造型特征[14]。

涂装特征对于工程机械产品品牌形象的树立作用最为明显，实现最为现实也最为便捷。工程机械产品由于特定的功能性要求以及制造工艺限制，造型变化的可能性不大，涂装色块条、标志、标准字和色彩的合理搭配使用，能够充分地表征工程机械产品的品牌基因。工程机械产品的涂装包括两种形式，一种是制造商为了凸显品牌而设计的涂装方式，另一种是定制商为了凸显企业形象而增加的涂装方式，由于后者不具备典型研究性，此研究只针对前者进行。

3.工程机械产品的特征提取方法

（1）工程机械产品的造型特征提取方法。由于工程机械产品设计的复杂性，为了简化问题，研究选取典型的工程机械产品——混泥土搅拌车、挖掘机、轮胎起重机各自的侧面为主要的特征面进行研究，从侧面中选取造型特征线进行提取，并细分为主、次及辅助特征线。主要特征线是对工程机械产品功能与构造比例表现最为强烈的造型特征线；次要特征线是补充工程机械产品整体造型而形成的局部造型特征的特征线；辅助特征线是工程机械产品细部造型的特征线。具体提取方法如下：首先从大量的工程机械产品图片中选取最具代表性的侧面角度，然后使用矢量图形软件AI或者Coreldraw的贝塞尔曲线工具勾取出主、次和辅助特征线，并形成不同品牌的典型工程机械产品造型基因图谱。

（2）工程机械产品的涂装特征提取方法。对于选取的样本——三一重工、中联重科、山河智能，各品牌均有自己的不同涂装方式。研究同样对涂装特征进行分类，根据涂装的重要性分成主要涂装、次要涂装和辅助涂装3类。主要部位的大面积色块条等被定义为主要涂装特征；品牌LOGO、标准字等被定义为次要涂装特征；局部的小面积色块条、装饰等被定义为辅助涂装特征。具体提取方法，同样是从代表性工程机械产品图片中选取最具代表性的侧面角度，然后使用图像处理软件Photoshop的抠图工具抠取出主、次和辅助涂装特征，并形成不同品牌的典型工程机械产品涂装基因图谱。

四、工程机械产品的设计基因图谱分析

1.样本品牌产品的造型基因图谱分析

运用造型特征提取方法，从三一重工、中联重科、山河智能品牌各自的典型工程机械产品——搅拌车、挖掘机、起重机样本原图中提取主、次和辅助特征线，以特征线来表征不同品牌的造型基因，以形成各自的造型基因图谱（见图1、图2、图3）。

图1 三一重工产品的造型基因图谱①

图2 中联重科产品的造型基因图谱①

图3 山河智能产品的造型基因图谱①

将提取后所形成的三一重工、中联重科、山河智能各自的相同的工程机械产品的造型基因图谱进行叠放拟合后，再进行造型基因比对（见图4）。

图4 三个不同产品的造型基因拟合图②

通过拟合比对发现：3个品牌的相同产品在造型上相似性比较大，共性也比较强，从造型的线型特点来讲，都具有工程机械产品稳重大方、严谨统一的特点。

具体分析各自品牌，还是具有各自不同的特点：三一重工产品特征线型动感而富有变化，充满生命力，线条比较挺拔，视觉冲击力比较强，具有灵活、年轻和充满活力的特点。中联重科产品特征线条组合圆润含蓄，造型饱满稳重，整体造型风格和谐统一。山河智能产品造型特征线稳重传统，整体造型厚重，具有浑厚硬朗与统一规整的造型风格。

具体分析各个工程机械产品，其一，三一重工搅拌车正面前脸与保险杆部分各自独立不连续，侧面罐体的整体造型紧凑、简洁；中联重科搅拌车正面前脸与保险杠有一定连接，侧面罐体的构造层次更为丰富。其二，三一重工挖掘机挖爪体积较大，占整个机身比例较高，动臂粗壮，力量感强；中联重科挖掘机挖爪体积较小，整体造型风格小巧灵活；山河智能挖掘机铲斗、动臂等各部分比例基本一致。其三，三一重工起重机起重力臂造型沉稳有力，没有冗余的细节，造型风格简洁干练；中联重科起重机机身部位小巧灵活；山河智能起重机线条硬朗，整体沉重有力。

2.样本品牌产品的涂装基因图谱分析

运用涂装特征提取方法，从三一重工、中联重科、山河智能品牌各自的典型工程机械产品——搅拌车、挖掘机、起重机样本原图中，提取主、次和辅助涂装特征，形成各自的涂装基因图谱（见图5 -图7）。

图5 三一重工品牌产品的涂装基因图谱③

图6 中联重科品牌产品的涂装基因图谱③

图7 山河智能品牌产品的涂装基因图谱③

将提取后所形成的三一重工、中联重科、山河智能各自的相同的工程机械产品的涂装基因图谱进行并置对比后，再进行涂装基因比对（见图8）。

图8 不同品牌产品涂装基因比对图②

通过比对发现：对于典型工程机械产品品牌形象的建立，涂装基因起到的作用巨大，三个品牌样本涂装风格差异明显，各有自己的特点。三一重工产品采用红色、黄色及白色等对其运动部件进行大面积的涂装，涂装特征明显，涂装特征主色为红色，所有产品使用统一的标准色，已经初步树立了“中国红”的品牌形象。中联重科产品涂装采用桔红、中灰和亮黄作为涂装主色，各个产品之间统一性不强。山河智能产品采用蓝色系作为主色，体现智能环保的理念，但色彩过于单一，缺乏变化，尚未形成涂装标准。

五、结语

针对湖南省三一重工、中联重科、山河智能三个典型工程机械产品设计基因进行分析和研究，从其各自的造型特征与涂装特征两个方面，提炼出主、次和辅助基因并对其予以定义来进行工程机械产品的设计基因提取的方法。将样本设计基因提取后制成基因图谱，并对之进行比对研究发现，这三个不同品牌的相同工程机械产品基因，既有着共同的特征，又有着各自品牌的个性。新的针对工程机械产品的设计基因提取方法，为品牌基因保持及延续和进一步的计算机辅助生成设计，奠定了相应的基础。

注释

①图1、图2、图3来源：其中原图来自企业产品说明书，其他图为作者自绘.

②图4、图8来源：作者自绘.

③图5、图6、图7来源：其中原图来自企业产品说明书，涂装图截取自企业产品说明书.

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