探讨煤矿设备造型设计原则

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摘要：随着社会的不断进步，我国煤矿设备的功能越来越完善，但煤矿设备造型设计的创新还相对落后，而煤矿设备造型设计在市场竞争力中占据重要地位。因此，本文运用设计心理学、人机工程学、美学等多种学科知识相结合的方法探讨煤矿设备造型的设计原则。希望对煤矿设备造型设计具有一定的借鉴作用。

关键词：煤矿设备；产品造型；设计原则

随着社会的不断进步，我国煤矿设备的功能越来越完善，但煤矿设备造型设计的创新还相对落后，未能使形式很好追随并服务于功能，实现其最大价值。现如今，造型设计是决定煤矿设备外观质量的重要因素[1]。为了使设计师在进行煤矿设备外观造型设计时高效完成设计任务，需要有一定的规范进行约束。煤矿设备造型设计原则便承担了这项职责，通过多门学科知识的结合得出此原则。其原则包括“以人为本”“美观性”“功能性”“绿色环保”“易用性”五项内容。

1以人为本原则

现如今，煤矿设备还不能完全实现无人化智能操作，大多数情况下还需要人为操作进行工作，所以首先倡导以人为本的设计原则，在进行设计时优先考虑人的因素，如生理因素、心理因素、视觉因素、及安全因素方面。

1.1生理因素方面

无论是煤矿设备功能和外观造型都需要考虑人的生理因素，要考虑人的生理因素与煤矿设备产品功能的需求相结合，构成形态与使用功能完美的贴合，符合形式追随功能、功能最终服务于人的原则。为达到安全、舒适、方便等多重因素，满足人体在性能上的把握，必须依据人体工程学理论知识的要求进行设计。如有的煤矿设备上包含操作界面，即人机界面，这时需考虑其操作界面的位置、各个按钮位置、操作界面及按钮的形状、颜色及大小。

1.2心理因素方面

人们的心理受外观造型设计影响。不同形态给人带来的感觉也是不一样的，如流线型轮廓外观给人带来柔美亲切之感、直线型给人庄重稳定之感。因此在进行煤矿设备造型设计时需考虑人的心理因素。彩色具有暗示作用，不同的色彩给人的心理作用也是不一样的。设计师通过色彩的运用体现人文关怀，为了满足操作者情感方面的需要，增加其愉悦性，多采用以浅色为主色、深色及深灰色为辅，再加入一些亮丽的装饰色，构建一个色彩大框架来确定煤矿设备的整个色彩。操作界面的好坏也能直接影响到操作者心理。由于设备结构复杂、动力机构较多，使得其操作界面也相对繁琐[1]。所以应减轻操作者不必要的压力和创造出愉悦的工作环境，制作出具有良好的引导功能且规范合理的操作界面布局，这样才能让操作者保持轻松愉悦的心态进行工作。

1.3视觉因素方面

视觉因素方面指的是美观度。在满足产品功能前提下希望对其美观度进行提升，通过造型设计，达到视觉美的享受[2]。如产品外观造型简洁流畅、色彩搭配大气合理、表面工艺处理精细等，这些方面都属于视觉因素，会直观影响到人的视觉效果。

1.4安全因素方面

1)环境安全因素：设计时优先考虑安全因素。煤炭开采机械设备分为井下和井上两种。井下煤矿设备的功能主要负责采煤、挖煤，设备运行时灰尘较多、噪声较大、不稳定性因素稍高，设计时不仅要考虑地质危害，还应注意防尘、防爆、防噪。如为液压支架提供工作动力的乳化液供液泵站系统，在设计时尤其要注意防爆问题。井上机器主要负责运煤，井上设备在太阳底下进行，也应注意防晒、防爆、防噪等问题。2)设备自身安全因素：在强化功能的同时更要重视设备的安全可靠性，在行使功能时要趋利避害，保护操作者免受因煤矿设备在特殊情况下带来的不必要伤害。设计时要注意包裹的外壳，通过做一些科学实验改变外壳的强度、厚度、硬度，找出实用且适合的材料。

2美观性原则

美观是机械产品艺术造型中“精神功能”的美学要求[3]。美观性即视觉美，将美学知识运用到设备设计中，使设备与美达到结合与统一，即造型要素与美学原则的统一。只有选料准确、形态优美、色彩和谐的产品才能满足人们的审美性能指标，才能达到人们生理与心理的最高需求。本文通过材料美、形态美、色彩美等角度阐述煤矿设备造型设计的美观性原则。

2.1从材料角度考虑其美观性

常见的材料有人造材料、金属和非金属等，不同材料体现不同特性，如金属给人厚重坚硬的质感，塑料给人轻盈清脆的质感。在选择材料时需选择正确美观的材料，再用正确的方法去处理材料，才能塑造真正的美。

2.2从形态角度考虑其美观性

形态与美是相辅相成的关系。在设计形态时首先需考虑操作者的需要和使用环境，化简为繁，使形态设计完美体现设备的功能和结构，简单的几何形态设计凸显大气，体现严谨有序的工业精神。此外，可利用形式美法则进行设计。

2.3从色彩角度考虑其美观性

“形是体，色是衣”，好的造型不仅要求形体美，还应包括色彩美[3]。产品的色彩与表观质量直接相关，是造型设计的重要方面[4]。对于色彩的应用，首先，应该是色彩的使用与整体造型相结合，要达到一种和谐的美感[5]；其次，要考虑色彩的明度、纯度、色相，不同的明度、纯度、色相对人的心理产生不同的影响，考虑使用环境，煤矿设备的用色规律一般分主色、辅色、装饰色。避免造型色彩显得花乱，颜色不得超过四种；最后，色彩的运用需要根据企业文化、当地习俗、操作者的诉求等多种因素的考虑再确定。

3功能性原则

功能决定形式又高于形式，功能性是煤矿设备造型设计的最主要目的和基本要求，在煤矿设备造型设计中起到本质和决定性作用。功能性可通过材料、结构、色彩三个方面进行分析。

3.1从材料体现功能

不同材料有着不同的结构，不同的结构塑造不同的形态，材料、结构等有关构成形态的因素均为物理功能。找准设计材料可以有效保证使用性能和使用寿命，确保功能性的同时还可产生经济效益。由于使用环境影响，在煤矿设备设计选择材料时除了注重环保，还要考虑防爆防震防噪防湿等特殊情况。一是增强材料的许用应力，确保在承受范围从而保护其基本结构；二是注意湿度和温度的需求，过热或过冷的地方需要导热率低的材料，湿度大的地方需要耐腐蚀的材料；三是考虑岩层的地质灾害，如井下的液压支架，为防止因采煤后引起的地面塌陷问题，起支撑作用，在设计时要考虑机器的强度硬度；四是选材隔音效果要好，复合材料能降低噪音的传导，从而起到较好的隔音效果。材料影响功能，材料选对了才能发挥功能的效能从而锦上添花。

3.2从结构体现功能

结构设计作为造型设计与技术生产之间的桥梁，主要满足产品功能的实现，使设计达到生产要求[2]。形式包含结构，形式符合功能。基本功能的结构设计是实现整体结构的关键[6]。煤矿设备通常为大型设备，重量外形极其大，在设计时可部分调整更改结构，增强实用性、科学性，增加并改进可拆卸功能，便于运输、拆卸简单及清洁方便。除了运输功能外，挖煤的设备硬度要够，煤矿本身是个固态且硬的材质，一定要考虑好每个位置需要什么功能，每个功能符合什么材质，每个材质需要怎么选择并维护，这些都是功能的体现。

3.3从色彩体现功能

色彩本身具有一定的语意功能。如黄色、黑色相结合一般给人警示的作用。针对危险系数极高的煤矿设备部分，有其标准的颜色规范，通过颜色起到警示作用。煤矿设备在使用警示色彩时，一定要采用标准的煤矿设备警示色，展现其警示功能。

4绿色环保原则

在整个产品生命周期内，绿色环保理念需贯穿整个过程，如煤矿设备设计初期时就需考虑结构、材料、制造、包装、行销运输、使用后的回收及废物处理等，环保理念很重要，在设计时要考虑其安全性、节能性、生态性、社会性。要考虑设计成本，如何做到循环性利用、经济环保、节约成本、回收性强，这些都是必要的考虑因素。

5易用性原则

易用性设计原则体现在煤矿设备形态设计、人机界面、管道线路和电路的梳理中。易用性不单单强调产品的操作性，其还注重用户使用产品的心理反馈，注重心理需求的满足[7]。有的煤矿设备的造型设计包含操作台、控制面板和操纵机构，如何让煤矿设备简洁易用、高效率，是一个值得深思的问题，为此设计者需要在设计时了解使用者的心理需求和行为需求，使设计的煤矿设备与使用者之间建立一种有机关系。很多煤矿设备系统包含管道线路和电路，为防止管路、线路、电路摆放得杂乱无序的情况，需要设计简单易用的小结构对其进行梳理。煤矿设备的复杂性要求在设计时要利用好人机工程学原理，坚持“以人为本”为核心，坚持易学、高效、容错、宜记，最终使人—机—环境系统达到有机统一。

6结语

本文通过形态、色彩、材料等多个角度进行研究，得出煤矿设备造型设计五项原则。在五项原则的规范下进行设计，有利于减轻工作环境带来的疲乏与精神负担，提高效能，避免事故的发生，更好满足煤矿生产与安全需要。在设计煤矿设备造型时，由于设备的功能不同，操作者的需求不同，肯定会遇见各种各样的难题，设计者可通过以煤矿设备造型设计的五项设计原则为基础进行设计。

参考文献

[1]侯忠良．煤矿设备产品的人性化设计研究[J]．科技风，2011（08）：233．

[2]刘靓静，马彧．设备设备造型设计的结构性分析[J]．包装工程，2018，39（12）：203-207．

[3]孔庆悌．石油设备艺术造型初探[J]．石油矿场设备，1991（06）：25-27+24．

[4]高荣勤，赵旭宏．中小型电机表观质量与造型设计的探索[J]．电机技术，2004（04）：29-31．

[5]桑涛，李学飞，任云鹏．起重设备造型设计的探讨[J]．建筑设备，2012（13）：35-37+11．

[6]高虹奕，马彧．针对老年人的针灸器械盒设计[J]．工业设计，2020（07）：59-60．

[7]闫鹏．老年人户外健身设施易用性设计研究[D]．北京林业大学，2019．

作者：陈金利 马彧 单位：天津工业大学