探討煤礦設備造型設計原則

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摘要：隨著社會的不斷進步，我國煤礦設備的功能越來越完善，但煤礦設備造型設計的創新還相對落后，而煤礦設備造型設計在市場競爭力中占據重要地位。因此，本文運用設計心理學、人機工程學、美學等多種學科知識相結合的方法探討煤礦設備造型的設計原則。希望對煤礦設備造型設計具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：煤礦設備；產品造型；設計原則

隨著社會的不斷進步，我國煤礦設備的功能越來越完善，但煤礦設備造型設計的創新還相對落后，未能使形式很好追隨并服務于功能，實現其最大價值。現如今，造型設計是決定煤礦設備外觀質量的重要因素[1]。為了使設計師在進行煤礦設備外觀造型設計時高效完成設計任務，需要有一定的規范進行約束。煤礦設備造型設計原則便承擔了這項職責，通過多門學科知識的結合得出此原則。其原則包括“以人為本”“美觀性”“功能性”“綠色環保”“易用性”五項內容。

1以人為本原則

現如今，煤礦設備還不能完全實現無人化智能操作，大多數情況下還需要人為操作進行工作，所以首先倡導以人為本的設計原則，在進行設計時優先考慮人的因素，如生理因素、心理因素、視覺因素、及安全因素方面。

1.1生理因素方面

無論是煤礦設備功能和外觀造型都需要考慮人的生理因素，要考慮人的生理因素與煤礦設備產品功能的需求相結合，構成形態與使用功能完美的貼合，符合形式追隨功能、功能最終服務于人的原則。為達到安全、舒適、方便等多重因素，滿足人體在性能上的把握，必須依據人體工程學理論知識的要求進行設計。如有的煤礦設備上包含操作界面，即人機界面，這時需考慮其操作界面的位置、各個按鈕位置、操作界面及按鈕的形狀、顏色及大小。

1.2心理因素方面

人們的心理受外觀造型設計影響。不同形態給人帶來的感覺也是不一樣的，如流線型輪廓外觀給人帶來柔美親切之感、直線型給人莊重穩定之感。因此在進行煤礦設備造型設計時需考慮人的心理因素。彩色具有暗示作用，不同的色彩給人的心理作用也是不一樣的。設計師通過色彩的運用體現人文關懷，為了滿足操作者情感方面的需要，增加其愉悅性，多采用以淺色為主色、深色及深灰色為輔，再加入一些亮麗的裝飾色，構建一個色彩大框架來確定煤礦設備的整個色彩。操作界面的好壞也能直接影響到操作者心理。由于設備結構復雜、動力機構較多，使得其操作界面也相對繁瑣[1]。所以應減輕操作者不必要的壓力和創造出愉悅的工作環境，制作出具有良好的引導功能且規范合理的操作界面布局，這樣才能讓操作者保持輕松愉悅的心態進行工作。

1.3視覺因素方面

視覺因素方面指的是美觀度。在滿足產品功能前提下希望對其美觀度進行提升，通過造型設計，達到視覺美的享受[2]。如產品外觀造型簡潔流暢、色彩搭配大氣合理、表面工藝處理精細等，這些方面都屬于視覺因素，會直觀影響到人的視覺效果。

1.4安全因素方面

1)環境安全因素：設計時優先考慮安全因素。煤炭開采機械設備分為井下和井上兩種。井下煤礦設備的功能主要負責采煤、挖煤，設備運行時灰塵較多、噪聲較大、不穩定性因素稍高，設計時不僅要考慮地質危害，還應注意防塵、防爆、防噪。如為液壓支架提供工作動力的乳化液供液泵站系統，在設計時尤其要注意防爆問題。井上機器主要負責運煤，井上設備在太陽底下進行，也應注意防曬、防爆、防噪等問題。2)設備自身安全因素：在強化功能的同時更要重視設備的安全可靠性，在行使功能時要趨利避害，保護操作者免受因煤礦設備在特殊情況下帶來的不必要傷害。設計時要注意包裹的外殼，通過做一些科學實驗改變外殼的強度、厚度、硬度，找出實用且適合的材料。

2美觀性原則

美觀是機械產品藝術造型中“精神功能”的美學要求[3]。美觀性即視覺美，將美學知識運用到設備設計中，使設備與美達到結合與統一，即造型要素與美學原則的統一。只有選料準確、形態優美、色彩和諧的產品才能滿足人們的審美性能指標，才能達到人們生理與心理的最高需求。本文通過材料美、形態美、色彩美等角度闡述煤礦設備造型設計的美觀性原則。

2.1從材料角度考慮其美觀性

常見的材料有人造材料、金屬和非金屬等，不同材料體現不同特性，如金屬給人厚重堅硬的質感，塑料給人輕盈清脆的質感。在選擇材料時需選擇正確美觀的材料，再用正確的方法去處理材料，才能塑造真正的美。

2.2從形態角度考慮其美觀性

形態與美是相輔相成的關系。在設計形態時首先需考慮操作者的需要和使用環境，化簡為繁，使形態設計完美體現設備的功能和結構，簡單的幾何形態設計凸顯大氣，體現嚴謹有序的工業精神。此外，可利用形式美法則進行設計。

2.3從色彩角度考慮其美觀性

“形是體，色是衣”，好的造型不僅要求形體美，還應包括色彩美[3]。產品的色彩與表觀質量直接相關，是造型設計的重要方面[4]。對于色彩的應用，首先，應該是色彩的使用與整體造型相結合，要達到一種和諧的美感[5]；其次，要考慮色彩的明度、純度、色相，不同的明度、純度、色相對人的心理產生不同的影響，考慮使用環境，煤礦設備的用色規律一般分主色、輔色、裝飾色。避免造型色彩顯得花亂，顏色不得超過四種；最后，色彩的運用需要根據企業文化、當地習俗、操作者的訴求等多種因素的考慮再確定。

3功能性原則

功能決定形式又高于形式，功能性是煤礦設備造型設計的最主要目的和基本要求，在煤礦設備造型設計中起到本質和決定性作用。功能性可通過材料、結構、色彩三個方面進行分析。

3.1從材料體現功能

不同材料有著不同的結構，不同的結構塑造不同的形態，材料、結構等有關構成形態的因素均為物理功能。找準設計材料可以有效保證使用性能和使用壽命，確保功能性的同時還可產生經濟效益。由于使用環境影響，在煤礦設備設計選擇材料時除了注重環保，還要考慮防爆防震防噪防濕等特殊情況。一是增強材料的許用應力，確保在承受范圍從而保護其基本結構；二是注意濕度和溫度的需求，過熱或過冷的地方需要導熱率低的材料，濕度大的地方需要耐腐蝕的材料；三是考慮巖層的地質災害，如井下的液壓支架，為防止因采煤后引起的地面塌陷問題，起支撐作用，在設計時要考慮機器的強度硬度；四是選材隔音效果要好，復合材料能降低噪音的傳導，從而起到較好的隔音效果。材料影響功能，材料選對了才能發揮功能的效能從而錦上添花。

3.2從結構體現功能

結構設計作為造型設計與技術生產之間的橋梁，主要滿足產品功能的實現，使設計達到生產要求[2]。形式包含結構，形式符合功能。基本功能的結構設計是實現整體結構的關鍵[6]。煤礦設備通常為大型設備，重量外形極其大，在設計時可部分調整更改結構，增強實用性、科學性，增加并改進可拆卸功能，便于運輸、拆卸簡單及清潔方便。除了運輸功能外，挖煤的設備硬度要夠，煤礦本身是個固態且硬的材質，一定要考慮好每個位置需要什么功能，每個功能符合什么材質，每個材質需要怎么選擇并維護，這些都是功能的體現。

3.3從色彩體現功能

色彩本身具有一定的語意功能。如黃色、黑色相結合一般給人警示的作用。針對危險系數極高的煤礦設備部分，有其標準的顏色規范，通過顏色起到警示作用。煤礦設備在使用警示色彩時，一定要采用標準的煤礦設備警示色，展現其警示功能。

4綠色環保原則

在整個產品生命周期內，綠色環保理念需貫穿整個過程，如煤礦設備設計初期時就需考慮結構、材料、制造、包裝、行銷運輸、使用后的回收及廢物處理等，環保理念很重要，在設計時要考慮其安全性、節能性、生態性、社會性。要考慮設計成本，如何做到循環性利用、經濟環保、節約成本、回收性強，這些都是必要的考慮因素。

5易用性原則

易用性設計原則體現在煤礦設備形態設計、人機界面、管道線路和電路的梳理中。易用性不單單強調產品的操作性，其還注重用戶使用產品的心理反饋，注重心理需求的滿足[7]。有的煤礦設備的造型設計包含操作臺、控制面板和操縱機構，如何讓煤礦設備簡潔易用、高效率，是一個值得深思的問題，為此設計者需要在設計時了解使用者的心理需求和行為需求，使設計的煤礦設備與使用者之間建立一種有機關系。很多煤礦設備系統包含管道線路和電路，為防止管路、線路、電路擺放得雜亂無序的情況，需要設計簡單易用的小結構對其進行梳理。煤礦設備的復雜性要求在設計時要利用好人機工程學原理，堅持“以人為本”為核心，堅持易學、高效、容錯、宜記，最終使人—機—環境系統達到有機統一。

6結語

本文通過形態、色彩、材料等多個角度進行研究，得出煤礦設備造型設計五項原則。在五項原則的規范下進行設計，有利于減輕工作環境帶來的疲乏與精神負擔，提高效能，避免事故的發生，更好滿足煤礦生產與安全需要。在設計煤礦設備造型時，由于設備的功能不同，操作者的需求不同，肯定會遇見各種各樣的難題，設計者可通過以煤礦設備造型設計的五項設計原則為基礎進行設計。

參考文獻

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作者：陳金利 馬彧 單位：天津工業大學