基于感性价值创造的工业装备产品造型设计研究

蒋佳慧 余胡艳

摘要：促进我国智能制造发展，为工程机械类装备赋能感性价值，增强企业市场竞争力。基于感性价值创造流程，以工业视觉检测设备为例，运用感性工学方法分析其色彩、材质、形态、人机关系等造型设计语言与数控视觉检测工业产品造型的感性词汇之间的关系，确定最终的造型设计方案。获得了最优造型设计方案。基于感性价值创造可以为工业装备产品造型设计提供参考。

关键词：感性价值 工业装备 设计评价 感性工学 产品造型设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2023）11-0122-04

引言

在我国经济总体规划中，制造业占据了重要地位，更是“创新驱动、转型升级”的经济发展主战场[1]。但当前产品趋于同质化，企业需要寻求其他有效途径来在短期内增强产品竞争力。市场对工业产品要求已不局限于基本的功能价值，而是要求更高的审美价值和精神内核[2]。如何使工业设备愉悦人的感官，适应人的感性特质，更加符合人认知直觉及行为习惯成为设计界重要议题[3]。本研究利用感性价值创造方法，重视用户的情感特征，在满足产品基本功能需求的关键点上，提升工业产品美学质量，进一步提高用户对产品的满意度。

一、感性价值创造

（一）感性价值原理

按照日本《广辞苑》词典的说明，“Kansei”表示人感官的敏感度。人们首先用自身感觉器官来对事物进行感知，形成相应的情感及态度。感性/情感的设计可以为产品创造价值，加强用户和产品之间的持久联系。通过设计手段来创造感性价值，越来越被视为重要的商业战略工具[4]。

工业设计有利于提升产业竞争力，帮助企业更好地适应新时代经济发展[5]。用户对于产品的综合感知首先建立在产品的色彩、材质、表面处理工艺基础上[6]，而后伴随着对于产品功能结构的认知理解以及人机交互的深入体验，会产生更深入的情感偏好。

（二）感性价值创造的设计流程构建

为提升工业产品造型设计水平，需要科学、严谨的分析流程，本文提出了基于感性价值创造的设计流程，见图1。数控视觉检测装备作为高科技类产品，为了将感性价值最大化，在设计过程中需要充分考量产品的色彩、材质、形态和人机要素。并通过提取典型样本的感性语义，来进行设计方案的评估。

1.确定产品感性样本库。结合相关感性理论，从产品造型层面中的色彩、材质、形态和人机体验方面进行设计研究，总结造型设计方法。2.确定产品功能优化创新。通过实地调研以及产品体验，分析感性需求，进行功能创新。3.基于产品基础样本库，产出多个满足创新功能需求的设计方案。4.通过产品造型分析获取典型样本，在样本选择过程中，通过浏览产品相关网站、查阅文献资料等方式广泛搜集相关样本，经过分析筛选出产品典型样本。5.利用语义差分法，对工业视觉检测设备的感性评价词汇进行总结梳理，邀请专业人员进行评估，获取符合产品形象的感性词汇，并建立工业视觉检测设备的感性意向评价量表。6.基于专业背景人员对于方案的感性评估数据，并利用统计软件来分析，最终获取最佳方案。

二、基于感性要素分析的工业视觉检测设备

工业视觉检测设备在检测产品的尺寸测量与外观缺陷检测上挑起大梁，作为制造业与信息化高度融合的典型工业装备，具有高精度、复合型、高效性等优势。当前的产品已经达到世界级技术水平，但还缺乏市场品牌竞争力。依据上文所述设计流程，本研究选择工业视觉检测设备作为造型设计实例，进行感性价值的设计分析与验证。

（一）产品感性样本库

本研究通过搜集国内外数控视觉检测设备 50 款，2016-2021 年德国 RED 数控装备类奖项设备50款，以及五大世界著名数控机床品牌主要设备 75 款，一共 175 款主流数控机床及视觉检测装备样本，对数控视觉检测设备的当前产品感性要素，即色彩、材质、形态和人机4个方面进行调查分析。

1.色彩要素

产品的色彩不仅是实现人机交互的重要媒介，更成为设计人员、产品及用户间的纽带。基础配色会影响整体效果，用户在短时间内会出于本能对产品产生诸如稳定、危险等情感印象[7]。本研究为获取当前产品的配色现状，综合建立了工业视觉检测设备的色彩坐标。在所有产品样本中获取41种配色方案，如图2。无色彩倾向的双色配色比例均占为50%。有色彩倾向的三色配色占比中，冷色系具备科技、稳定的感觉，相较于暖色占比会更多。为了帮助用户在繁琐枯燥的作业中集中精力，放松身心，在进行色彩设计时，以纯度较低的灰色色彩为主色调，小面积使用较高纯度的蓝色，增强产品科技感。

2.材质要素

当前工业视觉检测设备常用5种材料。其中钣金，常用在数控中的机柜、配电箱、罩壳等部件中，这一材料重量轻、强度高、导电，具有理性、光滑和坚硬的感觉；铸件这一材料形态多样，适应性强，常用于支撑件、底座、加固件等，铸件具备粗粝、务实和可靠的感觉；玻璃这一材料隔音保温、耐腐蚀抗冲刷，常用于观察窗、仪表面板等，具有高雅、明亮、光滑、时髦等感觉；工程塑料刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性好，常用于开关按钮、门把手等，具备光滑、细腻和明亮的感觉；橡胶具有高弹性，低敏感度特性，用在譬如密封条、密封胶圈等部分，具有光滑、细腻和明亮的感觉。

3.形态要素

基于50款视觉检测设备样本，整理出工业视觉检测设备造型关键部分：侧面造型、观察窗、控制电脑，把手等，如图3。

工业视觉检测设备造型侧面造型，主要有四种类型：第一种，观察窗与机箱部分竖直平面重合；第二种，观察窗与机箱部分等宽相接，其中上半部分主要是由斜切面及曲面构成；第三种，观察窗与机箱部分不等宽相接；第四种，两个柜机样式，观察窗与机箱等宽相接。通過统计代表性样本的观察窗，根据使用方式划分有推窗、折叠窗和拉窗，而根据门的数量可分为双开窗和单开窗。把手通常安置于装备上部的观察窗和下部的机箱，当前有长把手和短把手两种形态。

数控电脑主要有外置、嵌入式和内置三种样式。外置设备常被灵活设计在设备的底部、上部和中部，更加方便操作人员使用。嵌入式可直接在设备外部操作，这两种方式方便运输以及搬运。而内置是在设备内部预留空间，待需使用时取出。

4.人机要素

国际人机工程学协会规定人机工程学是研究人和机器及环境的相互作用，综合提升工作效率、安全、健康、舒适等因素的学科。要想实现竞争优势与功能差异化，设计过程中需要开发出更加舒适、易用的设备。在操作机械设备时，通过缩小其操作范围，从而使机械设备的操控人员可以适当减少操作幅度，来减少疲劳感。通过综合考量人、机和环境等方面因素，根据国家标准 GB10000-88 中所提供的人体尺寸参数为研究依据，本研究还基于刘靓静结合经典人机模型中的立姿垂直及水平视野分布、立姿作业时的工作台设计尺寸参考、立姿弯臂时的力量分布等，绘制了如图4所示的数控视觉检测设备用户关键行为映射示意图[8]。可细分的所有用户行为，对设计方案进行测试和修改。

（二）工业视觉检测设备创新优化

本次设计实践来源是作者主要参与的“XXX视觉自动化技术有限公司——工业视觉检测设备产品造型的整合开发”设计委托合作项目，项目周期从2021年7月开始至2022年上半年。

通过前期深入企业进行实地调研，发现当前产品存在的问题可以从以下4个层面进行优化：

1.产品形态简朴且用材粗粝，科技感不强，造型并不符合用户对于高精仪器设备产品类别的认知，更不符合公司前沿科技的品牌形象定位。为提升产品科技感，需要优化色彩、材质、形态等造型语言。

2.当前产品的棱边较为锋利，在进行安装、搬运、产品检测作业时，操作人员很容易因为不小心的磕碰而遭受到意外伤害，从而产生不必要的作业安全事故纠纷。因此进行造型设计时，需弱化锋利边角，增加转折面或曲面。

3.当前产品的主要操作按键在观察窗侧边，而非主要工作区域，并且被安置在柜门之中，操作人员需要高频进行开关柜门的动作，使用过程较为麻烦，从而大大降低工作效率。进行产品操作平台设计时，需要突出主要操作按键，将其外置。

4.当多个机器同时进行检测时，每名操作人员都需随时跟进不同设备的作业，但由于信息不明，用户需要在多个设备中来回折返确认进度。而实践经验表明，作业进度提示灯作为动觉产品特征与正价情绪相关联，可以给使用者更大的确定感、控制感[9]。为了提高操作人员的作业效率，需增加进度条信息提示功能模块，来提升产品的状态可见性。但在安全作业中，根据GB/T 1251.3-208《人类工效学险情和信息的视听信号体系》给出的紧急程度排列的信号颜色分类，绿色信号用户提示用户正常状态的监视，所以作业进度提示灯的色彩需要被设计为绿色。

（三）设计方案

依据第一节设计要素库的整理以及第二节的实际问题分析，本研究运用三维制图、渲染等工具完成外观造型设计方案。

为提升产品的科技感，在CMF设计上使用蓝白黑作为配色语言，钣金件以及工程塑料作为主要材质。为减少操作人员受到意外伤害，将主要操作按键外置，通过圆角或侧面斜切的设计语言。为了提高操作人员的工作效率，采用可折叠的观察窗，可灵活旋转或内置的数控电脑节约空间，同时创新性增加作业进度提示灯模块。4款工业设备产品造型方案，如图5所示。

三、工业视觉检测设备感性意象语义评估

基于设计要素分析以及功能创新，所设计的4款方案均满足企业委托要求，本研究进一步利用感性测量方法遴选出风格最适配的方案。

心理学中心理测量是通过标准客观的手段对被试者的心理特征进行研究，当前的主要研究方法有行为观察法、语义差分法、仪器测量等[10]。SD（Semantie Differential）语义差分法是进行感性测量的有效方法之一，它通过为被试者提供同一纬度的不同信息形式，在统计被试者数据结果的差异性与显著性统计，提取相关信息。本文首先从相关的学术论文、企业资讯等来源中收集感性评价词汇[11]，再邀请工业/机械专业背景的被试人员，探讨特定的意象词与工业视觉检测设备风格之间的联系。

（一）确定产品典型样本

为确保样本选取的全面性和客观性，首先针对第二章中搜集到的175 款主流数控机床及视觉检测装备样本，进行聚类分析和多维尺度分析，合并归类，并删除其中相似样本，最终得出6个工业视觉检测设备的典型样本，见图6。

（二）感性价值要素词汇确定

步骤一：研究通过论文、行业资讯等渠道搜集到约230个词汇，再去除意义不明、重复的词汇，最终得到了75个词汇。

步骤二：为了获取具备专业知识的人群評价，邀请工业设计研究生/从业者共计25名，及机械工程研究生/从业者共计15名，来浏览6个代表性对工业视觉检测设备产品，再根据主观经验，从75个感性词汇选择 20个作为造型意象词汇。

步骤三：综合考虑工业/机械专业背景人员的感性认知，根据感性评价词汇的词频比例降序统计表1，得到了智能的、科技的、机械的、高效的、先进的、专业的、人机的、安全的8个词汇作为工业视觉检测产品造型意象的感性意象词汇。

（三）感性价值要素设计方案评估及筛选评价

步骤一：运用语义差分法将研究设计的4款方案编排序号与8个感性词汇建立7级量表。感性设置值分别为1，2，3，4，5，6，7。其中1表示对此样本的感性认识非常不符合，7表示非常符合。得到工业视觉检测设备方案的感性价值词汇评价调查问卷，如下图7。

步骤二：研究获取面向这4款设计方案的工业设计及机械工程专业被试共计115份有效问卷。此次问卷的统计中，Cronbach α系数检验结果为0.926，信度满足。效度验证结果中，KMO值为0.877，大于0.8，从侧面反映出效度很好，研究数据非常适合提取信息。

步骤三：综合统计四组方案感性评价打分结果，如图8。发现4款方案得分差距较小，但方案感性均值对比图中第4款方案总分值最高，其中科技的、高效的和先进的3个感性词汇明显高于其他设计方案。

在与企业进行后续沟通时，最终第4款方案在配合生产需要进行局部调整后，进入量产环节，如下图9。

总结

工业设计可以为企业转型提供完善而切实可行的思想、理论和具体的方法及手段，尤其能为处于正在或即将变革的中国工程机械提供支持[12]。在工业装备产品造型设计中，本研究基于感性价值创造方法，完成产品实地调研、关键感性设计要素和典型意向词汇的分析，形成了易于操作的感性價值创造创新设计和评价流程，主要结论如下。

（一）明确设计要求以及产品使用者的关注重点，厘清产品所需满足的基本功能需求。为了使产品更加符合人的认知直觉及行为习惯，需要通过增强产品科技感来提升用户愉悦感，增加外显主要操作按键来满足用户高频使用需求，通过弱化锋利的边角来增强产品安全性，通过增加信号进度灯来提高产品的状态可见性。

（二）大量搜集产品样本，综合考虑工程机械产品较强专用性特点，归纳工业设备设计的感性价值设计要素，从色彩、材质、形式以及人机工学4个角度完成关键造型要素的提取，提炼出使工业设备愉悦人的感官，适应人的感性特质的设计语言，为方案设计提供较为科学的设计依据。

（三）提炼出工业视觉检测设备产品的感性评价，即智能的、科技的、机械的、高效的、专业的、安全的、先进的、人机的8个词汇，并依据这些感性词汇从多个设计方案中评选出最符合感性描述的结果，提高用户对产品的满意度。

（四）最终设计方案已经投产，未来委托方将继续进行二代产品的技术迭代开发和整套产品系统的设计工作。本研究将会继续关注产品的感性研究议题，来探讨如何更好地去平衡市场与用户的真实需求。

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