柳工工程机械产品家族化设计应用_李华斌.pdf

2 0 2 3 4第卷总第期5459第期44柳工工程机械产品家族化设计应用李华斌广西柳工机械股份有限公司摘要总结和归纳家族化设计的重要性，识别工程机械产品家族化设计难点，从产品的色彩设计、生产流程工艺与造型语言的关系、人机工程设计对用户体验的影响、工程机械产品未来发展展望等不同维度，分析家族化设计在柳工产品上的探索和应用，并总结相应的经验，对后续工程机械产品设计研发与管理具有一定的指导意义。关键词：家族化设计；工程机械；造型设计；用户体验；人机工程设计作者简介：李华斌（1985），男，广西南宁人，工程师，学士，研究方向，工业设计。工程机械产品因换代周期长、规模总量小、功能性强、工作环境苛刻等原因，其包含外观设计在内的家族化设计体系一直未受到重视和关注。随着国内基础设施建设、矿产开发等工程的不断壮大，国内各大工程机械企业也从粗放型发展逐渐过渡到成体系、一体化的方向发展，逐步形成具有自身品牌特点的家族化设计。提到家族化设计，人们通常会联想到外观设计，而外观设计仅仅是家族化设计中的一部分。本文从不同角度分析家族化设计在广西柳工机械股份有限公司（简称柳工）工程机械产品上的应用。1家族化设计的意义1.1建立品牌识别度产品的工业设计是消费者在第一时间最直观了解一个公司、一个品牌最重要的因素之一。与其他行业批量制造的产品类似，工程机械产品的家族化设计是建立品牌识别度的重要举措，它能让用户首先从视觉上形成记忆，并通过同一品牌的不同产品所体现出来的家族化设计元素，逐步形成产品间的关联性印象，从而塑造出该品牌的特点，达到“第一眼认出”的高品牌识别度目标。1.2零部件通用化管理相比汽车、电子产品等个人消费类产品，工程机械产品的特点是种类多，生命周期长，单价高。工程机械产品规模总量不大，这就要求在工程机械产品开发初期就必须充分考虑产品的成本控制。目前，工程机械行业较为行之有效的方式之一就是零部件最大化通用，这一措施主要是通过提高零部件规模总量，将原本单件价格较高的零部件成本分摊到更多机型上，从而降低单件成本。工程机械产品零部件通用化不仅可以应用于同类型产品，还可以跨产品线应用，进而可以充分利用规模优势降低产质量 管理 营销Quality，Management and Marketing135质量 管理 营销Quality，Management and Marketing2 0 2 3 4图 2柳工 922F 型挖掘机图 1柳工 856H 型装载机品成本。工程机械产品家族化设计正是基于行业特点，通过工业设计整合资源，集成创新有效管理外观件，内饰件和功能件等零部件通用化，为用户提供更优质的产品。1.3产品一致性管理不同类型的工程机械产品从工厂批量生产到用户使用操作，虽然都存在较大应用差异，但总体还是围绕人的使用与操作。工程机械产品采用家族化设计有利于从设计初期就考虑在产线批量生产时，以及后期售后、保养遇到的装配一致性和零部件型号差异等问题，实现零部件装配模块化，产品间同功能的零部件及总成模组化目标，进而提升整个品牌产品质量的一致性。与此同时，工程机械产品家族化设计将有助于整合产品功能性部件操作方式，统一操作方式和流程，让用户在操作同一品牌的不同机器时，得到相同或类似的操作体验，树立该品牌独特的用户一致性体验。2工程机械产品家族化设计的难点工程机械产品因功能和结构等原因造成其外形差异较大，给产品家族化设计带来了较大挑战。如果工程机械产品的工业设计只是简单套用汽车、消费电子和家电等产品的设计模式，比如在总体外形上做相似性设计，很难实现家族化设计目标。因为工程机械产品从作业方式上可分为铲、挖、吊、勾、举、压、推、钻等，不同的作业方式决定了产品本身需要多种结构形式和布置方式，这也是由工程机械产品的根本属性所决定的。因此，解决不同功能配置的同类产品以及各产品线间产品的工业设计一致性问题，是工程机械产品家族化设计的最大难点。3柳工家族化设计的探索与应用柳工在工程机械产品的家族化设计上已探索多年，并从中总结了一些与自身条件相适应的流程和经验。在设计开发时，主要基于以下方面实现柳工产品家族化设计目标：1）产品功能性特点；2）人机交互、操作舒适性等人机工程问题；3）产品使用过程中的维修、保养、售后服务问题；4）基于产品经济性，批量生产时零部件的通用性和合理性问题。在此过程中，始终围绕品牌识别度、零部件通用化、产品一致性 3 个核心目标，以工程机械产品工业设计流程为手段，通过产品的色彩、基于生产工艺形成的造型设计语言、人机操作舒适性、产品的迭代和进化几个方面着手实现产品家族化设计。3.1产品的色彩设计因使用工况的安全性要求，工程机械产品多采用较为鲜艳的色彩设计，以起到警示作用。黄橙色系、蓝绿色系以及白色系等均有厂家使用，其中黄橙色系是工程机械产品最为常用的主流色系，主要是因为黄橙色属于暖色系，在环境中有向外扩展的特性，同时在一些极端气候环境下，黄橙色彩穿透能力更强，这恰好满足了工程机械安全性和警示性的要求。柳工作为一家具有 60 多年历史的中国工程机械产品的设计和生产企业，在自身产品色彩搭配上，通过不断探索逐步进化形成了现有产品较有品牌辨识度的色彩设计，以柳工黄和柳工灰作为主色，配以银白色和橙色标贴，如图 1 图 6 所示为柳工装载机、挖掘机、叉车、平地机、摊铺机和压路机等产品的整机色彩设计。3.1.1柳工黄、柳工灰主色的选择柳工产品的主色选择主要是从油漆颜色标准化、油1362 0 2 3 4第卷总第期5459第期44漆耐候性、在施工环境下的可见性、耐脏性以及人员操作和维护的安全性方面考虑。柳工黄作为第一主色用于机器主体，描绘并体现其体量、轮廓，同时在施工环境下的可见性和安全性上起到积极作用；柳工灰作为次主色主要用于铲斗、履带、液压缸、铲刀、车轮等直接接触泥土和砂石的工作装置，以弱化零部件刮花、磨损、生锈、油渍等问题，柳工灰在驾驶室主体上的运用主要是为了降低外部光线反射对机手驾驶产生的影响。3.1.2银白色、橙色、柳工灰在产品标贴设计上的应用基于企业品牌 VI（视觉识别）特点，再结合不同产品自身特点，柳工产品的标贴设计主要从标贴形状、大小、颜色区域比例等方面进行调整，并配合整机柳工黄、柳工灰主体套色强化品牌特点，同时标识出产品型号。标贴设计主要由银白色机型号字、与品牌统一的粗细相间的两条橙色柳工“英雄斜线”和柳工灰标贴底色 3 部分组成。机型号字采用银白色，相比于白色，银白色在日光长期照射后显色耐久性更好，在不同环境下，通过柳工灰衬托，能够实现显示清晰且不刺眼的效果。橙色柳工“英雄斜线”元素来自柳工企业 VI 设计，在体现企业品牌识别性的同时也起到一定的警示作用。标贴底色采用柳工灰，有利于衬托机型号字和“英雄斜线”，同时有助于将标贴设计融入到整机色彩设计中。3.1.3红色反光标贴设计工程机械产品在工作时工况恶劣，危险性大。柳工在具备转向、前进后退等工作特点的产品上设计出“回旋镖”型红色反光标贴，在满足警示功能的同时，通过调整反光标贴的外形、大小、比例等，将不同产品的色彩统一起来形成家族化设计的元素之一。3.2基于生产工艺的造型设计语言从市场容量来看，工程机械产品单个机型或系列机型在整个生命周期内的总产量并不高，这与乘用车、商用车、消费电子等行业产品的总产量形成较大的差距。为控制产品售价以达到市场可接受的程度，同时满足工程机械产品的功能和结构特点，柳工的家族化设计在激光切图 3柳工 C30 型内燃叉车图 4柳工 4180D 型平地机图 5柳工 509E 型摊铺机图 6柳工 6626E 型单钢轮压路机137质量 管理 营销Quality，Management and Marketing2 0 2 3 4图 10922F 型挖掘机边梁折弯工艺流程示意图图 11922F 型挖掘机边梁造型割、折弯焊接、冲压成型和注塑成型等工艺方面逐步形成了自身的造型设计语言特点。3.2.1激光切割工艺工程机械产品覆盖件板材、结构件用板材通常厚度在 1.520 mm 之间，很多零部件形状复杂，加工精度和经济性要求高，因此，激光切割成为了主要加工工艺形式之一，图 7 为正在作业的激光切割机和已经完成切割的板材，图 8 为高精度激光切割机正在进行网孔切割。图 9 为利用激光切割工艺制造出来的在挖掘机右侧门上的一体散热网孔，该工艺目前已应用于柳工 F 系列挖掘机多个型号产品覆盖件上的散热网孔的制造。作为柳工家族化设计的元素之一，激光切割工艺不仅从外观上给人以简洁、科技等印象，从制造上也减少了传统分体式网板的焊接和装配流程，有利于侧门板轻量化设计，同时也避免了分体式网板因缝隙难以完全进行电泳和喷漆，导致局部锈蚀问题。3.2.2折弯、焊接工艺在工程机械产品的制造过程中，折弯工艺通常用于结构件及部分形状要求简单的覆盖件上。受限于折弯刀具自身结构原因，对于车架、底盘和边梁等厚钢板结构件，折弯机通常需要较大的压力由上至下做折弯，要求零部件折弯角度通常要大于 90，以避免存在负角影响折弯刀具在折弯后退出。为保证生产效率折弯刀具通常不会频繁更换，因此，单一折弯件上的折弯边只有一种特定圆角值，但为了实现零部件间配合过渡或特殊造型的要求，部分板厚较薄的覆盖件则需要更换其他圆角值的折弯刀具或在折弯机上增加模具或滑块结构加工。图 10 所示为 922F 型挖掘机边梁折弯工艺流程，折弯边采用相同圆角值。图 11 图 13 所示的 922F 型挖掘机边梁造型、6626E型单钢轮压路机配重造型、856H 型装载机配重造型（局部）都是基于折弯工艺而设计的造型，该斜切面设计不仅从形体上体现出机器本身坚实有力的特点，还满足了大批量生产所需的工艺要求，同时一些局部造型在结构上图 8激光切割机切割网孔图 7激光切割工艺图 9一体散热网孔1382 0 2 3 4第卷总第期5459第期44图 15870H 型装载机起到了强化受力的作用。正是基于这些特点，柳工在不同产品上大量使用斜切面造型元素，并逐渐形成自身独特的家族化设计语言。3.2.3冲压成型工艺金属冲压成型工艺在工程机械产品上主要应用于门板、机罩、配重、格栅等外观覆盖件，该工艺制造的零部件具有外观质量好、造型设计自由度高、装配尺寸精度高、制造效率高、单一零部件单价低（去除模具分担成本后）等特点。柳工在开展产品家族化设计时，将金属冲压工艺作为组织和连接其他工艺外观零部件的重要设计手段之一。C30 型内燃叉车的不同零部件分别采用了异形管折弯拼焊工艺、铸造工艺、金属冲压工艺以及钢板折弯拼焊工艺等，如图 14 所示。C30 型叉车外观设计充分利用了金属冲压件精度高、造型设计自由度大、易于通过设计和其他零部件配合等的特点，有效解决了异形管零部件、车架折弯件、配重铸造件等不同工艺零部件间的装配问题，形成统一的产品家族化外观和设计。3.2.4注塑成型工艺注塑成型工艺主要用于塑料件制造，在工程机械产品内饰和外饰件上均有广泛应用。注塑成型工艺除了具备金属冲压工艺的优点之外，还具备轻量化、抗冲击性能好（部分塑料类型）、可定制表面纹理、细节精度高等优势，可制造需要精确装配和对表面装饰性有要求的零部件。图 15、图 16 分别为 870H 型装载机和 4180D 型平地机的机罩，两款机型的机罩均采用 PDCPD（聚双环戊二烯）材料及注塑成型工艺，在轻量化设计上相比于金属冲压成型机罩优势明显，同时机罩在受到一定冲击时回弹性能优秀，减少了机罩局部变形影响外观质量问题。柳工家族化设计正是在多种产品上利用了该材料的工艺特性，形成了造型线条锐利、型面硬朗简洁、功能与造型融合的设计语言。图 15 中 870H 型装载机机罩上部散热口设计正是基于 PDCPD 的注塑工艺特性，散热口中部的两条斜支撑造型除了满足国四排放发动机散热面积和后图 126626E 型单钢轮压路机配重造型图 13856H 型装载机配重折弯造型（局部）图 14C30 型内燃叉车零部件工艺分解139质量 管理 营销Quality，Management and Marketing2 0 2 3 4图 19新驾驶室、传统驾驶室视野盲区对比图 17通用