电动工具工业设计要素分析与研究

李刚，果霖，徐人平

（ 1.昆明理工大学，云南 昆明 650504；2.云南农业大学，云南 昆明 650201 ）

0 引言

工业设计的内涵和外延随着时代的发展不断进行变化，根据2015 年国际设计组织（WDO）的最新定义，工业设计旨在引导创新、促发商业成功及提供更高质量的生活，是一种将策略性解决问题的过程应用于产品、系统、服务及体验的设计活动[1]。作为跨学科的专业，将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，共同进行创造性活动，提供新的价值以及竞争优势。

电动工具作为具有复杂性、批量化特性的工业产品，几乎包含了所有工业设计的定义内容。因此，电动工具工业设计的设计要素需要从综合方面进行考虑。

1 概述

传统观点认为工业设计仅仅是外观设计、色彩设计等表面化内容，随着设计环境、设计对象和创新模式的改变，产品的工业设计内涵迅速发生改变。德国政府2011 年发布的《高技术战略2020》中明确提出，设计是工业4.0战略中形成可自律操作的智能生产系统的重要组成。美国白宫科技政策办公厅2013 年发布的《用工业设计支撑美国制造》提出，工业设计处于制造业创新的中心，工业通过融合设计、商业、工程来设计和改进产品与系统，强调创新设计对整合创新的重要性[2-6]。

2 研究范畴

电动工具工业设计的研究范畴，如图1 所示。包括：体现产品文化特性的设计；针对生活方式或使用场景的设计和定义；体现产品人性化的设计；满足使用者需求的技术性创造劳动；与产业链、知识供应链紧密结合的设计；满足可持续性发展的设计；针对电动工具产品进行的创新性设计。

图1 电动工具工业设计研究范畴

2.1 产品基因

产品基因（Product Gene，PG）是产品创新设计的研究热点，文献[7]在生物个体与机械产品类比的基础上，将产品基因细分为进化基因、概念基因和具体基因；文献[8]认为产品基因是参照生物基因提出的关于机械产品遗传信息的概念，产品基因工程是生物基因工程思想在机械领域的应用；文献[9]研究了产品功能原理层的设计方法，提出结合产品基因相关概念与物理学中物理信息的表达与推理过程，推导了基于物理推理的产品技术系统构建过程，探讨基于产品基因与物理表达的设计模型；文献[10-13]分析了不同的演化原理和模型，包括分解重构和适应性设计等方式。

结合电动工具设计特点，在前述文献研究基础上分析电动工具产品基因结构，如图2所示。

图2 电动工具工业设计产品基因结构图

1）原始创新（初始设计基因）构建

电动工具设计的初始基因也称原始基因，是区分不同品牌的重要标识，不仅体现了产品的知识产权归属，也影响着企业产品族的构建和未来发展方向。以某款交流电动扳手为例，部分产品基因如图3 所示。

图3 某款交流电动扳手部分产品基因

2）符号语义特征

设计是技术与文化的融合，电动工具的符号语义表明，在与电动工具产品语言交流中，人们通过设计产品的造型、色彩和质感来理解产品。因此，将设计意图体现在产品中，促使该产品的功能、特点和操作方法得到清晰表达。

3）产品族构建

电动工具产品族建立在设计基因完备的前提下，通常认为三款以上同一产品基因的产品构成产品族系列化。

4）演化（变异）特征

电动工具产品设计基因的演化特征通过设计基因重组、设计基因突变和设计基因优胜劣汰等方式表现。

5）延续性（遗传性）特征

电动工具的产品基因至少延续两代产品，其中一些设计基因随着技术发展和需求的改变持续存在，而另一些产品基因暂时消失或长期消失。

6）自组织性特征

自组织描述复杂系统耗散结构形成过程，系统自组织功能愈强，其保持和产生新功能的能力也就愈强。电动工具工业设计自组织性是不断创新的重要特点之一。

7）非线性特征

一个系统，如果其输出不与其输入成正比，则是非线性的。电动工具工业设计的非线性特征是电动工具设计多样化的形成方式。

8）多次迭代特征

电动工具工业设计多次迭代特征表明系统的创新不断演化，持续反馈并动态调整。

2.2 安全性

电动工具的安全性是设计中优先考虑因素。文献[14]认为影响产品设计的安全因素包括功能因素和造型方面；文献[15]提出用层次分析法确定各指标权重的安全性评价方法，以提高产品设计中的安全性；文献[16]汇总介绍了定性风险评价和定量风险评价。因此，电动工具工业设计安全性，需要考虑以下因素：

1）心理安全

主要表现在操作者使用电动工具时的心理感受，避免产生不稳定、不安全的心理感受。

2）安全标识

包括警告信息、操作指示信息、材料可靠性和应当标注的信息等。

3）功能安全

包括电动工具产品设计语义简洁清晰，各个功能部件信息传达明确，体现功能的作用。

4）材料安全

电动工具产品的结构、工艺和材料应当进行适配设计。选用不同材料进行组合设计时，应考虑材料的适配性，主动消除安全隐患。

同时，结合视觉安全、结构安全、工艺安全、装配安全、运输安全、文化与传播安全等诸多因素综合考虑。电动工具工业设计安全性框架图，如图4 所示。

图4 电动工具工业设计安全性框架图

2.3 美学

电动工具工业设计美学是产品设计质量的核心要素之一，是企业战略规划、技术水平的体现。在很大程度上，也是企业综合实力、活力和发展前景的体现。

电动工具工业设计美学主要包含：设计时代特征、当代审美观、设计数学特征、色彩特征、色彩禁忌与合理性特征。

设计语义体现电动工具的设计内涵，是体现知识产权属性的重要保证；造型体现电动工具产品的设计符合当代审美观，有典型的、鲜明的设计语言。色彩特征和色彩禁忌应当符合文献[18]的相关标准，设计中尽量避免使用传统风俗、文化中的禁忌颜色，规避宗教、民族、团体等的相关禁忌[19]。

电动工具工业设计美学内容框架图，如图5 所示。

图5 电动工具工业设计美学内容框架图

2.4 人机工程

电动工具工业设计人机工程是产品运输、放置、使用和安全性的重要基础，主要解决“人—机—环境”的相互匹配和协调问题[20]。其中，产品的设计及操作应当符合大部分人群的认知和使用习惯，产品的使用不应受到操作者认知水平和使用经验的限制。电动工具工业设计人机工程学主要包含以下内容：人机参数与人体姿势；人机操纵装置设计；人机系统与交互设计；可穿戴设备设计；智能电动工具规划设计。

电动工具工业设计人机工程内容框架图，如图6 所示。

图6 电动工具工业设计人机工程内容框架图

2.5 可持续性设计

电动工具工业设计的可持续性设计概念与绿色设计概念存在紧密联系[21]。绿色设计的电动工具产品体现在节约能源、保护环境、以人为本等概念，从设计到生产直至废弃，贯穿绿色理念。因此，包含环境可持续性（制造和回收利用）、经济可持续性（知识产权）、社会可持续性（产品对社会影响）等方面。

3 结语

电动工具作为传统制造业的工业产品之一，量大且面广。作为全球最大的电动工具制造国和出口国，推动电动工具行业高质量发展是相关人士群策群力的奋斗方向。本文分析电动工具典型设计特征，在符合行业基本规律和设计原则基础上，探讨电动工具工业设计所需要的设计要素，为电动工具工业设计评价标准和设计导则理论体系构建提供一定的基础。