基于产品语义学的凿岩台车工业设计研究

任勇威

(中国铁建重工集团股份有限公司 湖南长沙 410100)

1 引言

工业设计的外观属性是由形态、色彩、材质等因素综合构成，而目前隧道装备产品工业设计依然停留在简单的功能实现方面，忽略了工业设计的研究和应用，导致产品设计粗糙、外观冷漠、交互僵硬，并且同质化现象严重，缺乏附加值，造成产品市场竞争力弱。因此，需要将产品语义学原理导入产品研发过程中。目前，产品语义学的理论与设计方法已广泛应用于家电、电子产品等轻工业产品设计中，但在隧道装备等大型工程机械产品中却鲜见。本文就是把产品语义学在凿岩台车工业设计中应用的一些理论进行了深入研究。

2 产品语义学

语义学作为现代语言学的一个重要组成部分，充分借用了传统的语言学和符号学理论。一般意义上，任何事物都可以纳入符号学的理论研究范畴，并且一切符号都应该具备两方面的涵义，一个是能指(又叫意符)，二是所指(又叫意涵、符指)[1]。能指是物质本身的符号属性，所指是符号所代表的涵义。例如在普遍认知中，白鸽象征和平，白鸽就是能指的符号，而和平是符号的涵义。

产品语义学将传统的语言学理论所研究出来的相关理论嵌入到了产品的设计中，同样也可以从中获得对于产品的两层内涵:产品的外观就是对于产品本身的一个能指，在使用过程中通过这种外观表达的象征、暗喻、行为暗示等则被称为所指。“产品语义学”被定义为:是研究人造物的形态在使用情境中的象征特性，以及如何应用在工业设计上的学问[2]。这就表明产品语义学研究对象不仅是物质属性，也包含心理、社会、文化等被称为象征环境的方面[3]。

2.1 形态语义

产品形态包括大小、形状、姿态以及结构关系，这些要素通过设计进行有机组合形成产品的外观，使人产生趣味、愉悦、轻松、神秘、含蓄等不同的心理情绪[4]，从而使用户对不同语义的产品产生符合其特性的内心感受。现实世界中的形态分为自然形态和人工形态两大类[5]。自然界中由事物按照规律自然形成的，不受人类主观意识控制的形态即自然形态，例如山水、动物、植物等。人类依靠智慧的脑力活动创造出来的形态即人工形态。我们在产品设计中所塑造的产品形态就是人工形态。

形态在产品设计领域里是一种说明性的识别符号[6]，是借用产品进行物化，搭起了用户和使用功能间交互的桥梁。不同的形态可以传达不同的涵义，例如直线在造型信息上会传达一种刚劲、挺拔的感觉，曲线本身有柔和、秀丽、变化丰富的特点[7]。另外，产品的形态也具备功能性，即功能形态。符号的正确选择和语义的准确传达是产品语义学的基本要求，也是工业设计师在产品设计阶段的重点研究要素。一个准确传达了功能及使用方式的产品形态，与产品语义学的研究目的是相符的[8]。

2.2 色彩语义

色彩在自然界中有原生的视觉功能，可以起到吸引或警示的作用。例如，雄鸟一般都长有色彩丰富多样的羽毛，用来在求偶过程中博得雌鸟的青睐；马蜂具有黄黑相间的“外衣”，用来展示自身的“危险性”，警告觊觎它的捕猎者知难而退。色彩是第一视觉语言，即人的视觉在感知事物时，首先被大脑捕捉的是色彩。它通过人的视觉，经过大脑对以往的经验和认知方式进行调动加工，起到了影响观者心理情绪和视觉感受方面的作用。

产品的色彩语义是指色彩通过视觉光信号传输至人脑，人再对此光信号经自己的加工而产生的心理感受，但人们对不同的色彩所调动的心理感受不同，从而形成不同的生理反应。例如红色的警示灯警告请勿靠近；黄黑警示带可以凸显运动部件的危险性；绿色标识可以引导人们在危险发生时快速转移到安全区域。隧道装备产品由于特殊的工作环境，其工作时的安全性是设计中首要考虑的重要因素，这就要求产品必须在狭小、阴暗的工况下，从整机到操作具备高度可靠的视觉辨识度，根据人们的普遍认知和实践验证，色彩明度高的红色和黄色易于人们发现和识别[9]，因此，在工况环境复杂且对安全操控性能高的工程机械产品上被广泛应用于警示安全。例如三一重工的“红色之星”、“鸿运系列”等产品都采用了红与黄的搭配使用，在提升了产品安全性的同时，也起到了提高视觉识别性和品牌推广的作用。

2.3 材质语义

材质语义是产品材料性能、质感和肌理的信息传递[10]。一般是由材料的种类和其表面处理技术两个方面所综合决定。根据材质作用于人体部位和做出反应的不同，可将其划分为触觉质感和视觉质感。材料的质感主要是通过产品其表面处理工艺特点通过人的视觉与触感产生情感上的象征性意义。

材料除了本身固有性能外，还包括材料和人们情感层面的交流。型式各样的材料材质调动起人们的感知经验，从而引发人们不同的心理体验。因此，材质的各异也就造成了与人情感交流时的亲疏好恶不尽相同。例如，装备产品操作面板一般采用不锈钢材质，是因为对其高硬度、高耐磨和表面易清洁的材质语义；覆盖件普遍采用2～3mm厚钢板或工程塑料材质，是便于造型、质量轻的语义；配重部分多采用铸件，肌理较为粗糙，有厚重、安全可信赖的材质语义。

3 凿岩台车形态语义

凿岩台车具有信息化传递效率快，机械化配套作业程度高，施工安全保障性能高，施工环境改善效果好等特点[11]，是当今的主力隧道施工装备。中国铁建重工集团股份有限公司开发的ZYS134全电脑四臂凿岩台车，具有自主知识产权，是超前地质预报、超前支护、开挖、初期支护等工序钻孔作业[12]的关键装备。在全电脑操控方面具有轮廓扫描、自动定位、自动钻孔、钻孔数据记录等多种自动化功能，该产品实现了多个工作臂同时作业，多种功能用途大大提升了施工效率，降低施工成本。

产品造型设计是为了使产品形态更服从结构，使功能更好地表达。该产品形态分为工作模块、驾驶模块、动力模块和底盘模块，见图1。塑造形态之初要先根据产品本身属性和各模块特有属性关系来分析所要传达的语义。ZYS134全电脑四臂凿岩台车工作步骤为:首先，操作者通过驾驶模块(驾驶室)操作设备进入指定的工作位置；其次，操作者将设备底盘模块的支腿展开使设备稳定；第三，动力模块控制相应的工作模块(工作臂)进行钻孔、扫描等施工操作；最后，施工完成后将工作臂、支腿和其他模块进行收拢。

图1 ZYS134全电脑四臂凿岩台车

从各模块之间的关系可以看出，底盘模块负责承载整个车身，要给人承重稳定的心理感受；动力模块由电气件、液压件组成，元器件众多，布置复杂，需要有统一的覆盖件进行包覆以消除零乱感；驾驶模块主要是驾驶室，要给人专业、集成的感觉；工作模块由4个工作臂组成，要体现作业灵活、多臂高效。基于以上形态语义的分析，底盘模块的形态大量使用直线，直线具有强劲有力的语义，使产品整体力量感十足，并增强了视觉稳定性。动力模块将零散的部件归置于长方体的覆盖件设计中，形成一个统一整体。向上转折部分运用圆弧，使形态更加丰富饱满。驾驶模块采用集成的驾驶室，全电脑操作均可以在驾驶室完成。工作模块为结构形态，主要为满足受力和施工要求，在语义传达上要给人一种简洁、大气，以功能为主要形式的感觉。

4 凿岩台车色彩语义

色彩是人们视觉感知的第一要素，ZYS134全电脑四臂凿岩台车设计时要充分考虑本身颜色和周围环境之间的关系，尤其是安全性的问题。在颜色选择上，上装部分和工作臂采用了劳尔色标中RAL 1007灰黄色，一来增强色彩的可识别性，另外也可以使工作臂显得轻盈灵活。凿岩台车的下装部分采用RAL7021黑灰色，与直线条的形态相配合，增强了底盘模块的稳定性。

色彩语义设计的另一个重要方面是要与企业Ⅵ相结合，包括企业LOGO、辅助图形、服务热线、型号等，就是将企业文化标识有机运用于产品，起到统一产品形象、加强品牌推广的作用。红蓝色带为铁建重工产品统一视觉识别的辅助图形，将此色带结合车身两侧结构和色彩布置合理地运用，使产品更为活泼并具有律动感，在一定程度上，缓和了隧道装备产品普遍僵硬的外观形象，见图2。

图2 企业文化标识

5 凿岩台车材质语义

材质与形态、色彩相互配合，可以很好地反映出设计所要传递的信息。这多是因为它来源于人们对材质本身而形成的一种感觉悟性。例如塑料能够给人一种轻巧易塑形的感受；金属制品会给人带来坚硬耐用；皮革为人带来柔软舒适的感觉。

由于ZYS134全电脑四臂凿岩台车在隧道内部施工的工况特点，需要具备一定的防砸性能，所以表面材质一般使用强度较高的型材、钢板。同样，为了减轻整机重量和降低制造成本，在无强度和刚性要求的部位使用工程塑料等非金属件。整体上让金属件与非金属件之间产生不同表面肌理的对比，这样在保证功能要求前提下，也丰富了外观层次。例如，驾驶室内部采用皮革座椅，既可以保证操作者的舒适度，又方便清洁。梯子踏板采用冲孔不锈钢，在耐磨的同时也保证了防滑的要求。

6 结束语

目前，市场对装备制造产品的诉求已不再完全为功能是从，产品只是实现功能的一种载体。现在市场上同类型产品功能同质化严重，同行业企业竞争愈加激烈，对此企业必须要以新的视角重新审视产品开发，寻求创新的突破口。而将产品语义学的相关理论应用于产品工业设计中的新设计方法，可以使产品所要传达的语义有效表达，让操作者和产品之间形成良好的人机互动；另外也有助于将企业文化融入产品中，使企业产品形成并传播自身独特的识别性，提升产品的附加值和综合竞争力。