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摘要：電子設備方艙既是電子裝備的重要結構載體，也是裝備的第二形象窗口。文章立足于電子設備方艙未來發展趨勢與技術需求，針對目前應用最為廣泛的6米標準電子設備方艙為基礎，通過全過程貫徹工業設計創新理念與方法統一布局規劃、內飾設計與工程化設計，應用人機設計與布局優化設計、隱藏式風道設計、LED照明補償設計等手段進行集成化設計，提升了某新型電子設備方艙的整體統一性與人機環境舒適性。該方艙的研制是方艙工業設計與結構設計契合未來方艙技術發展的有益嘗試，為電子設備方艙技術的發展提供重要的技術積累。

關鍵詞：產品設計；工業設計理念；電子設備方艙；集成設計

1工業設計理念概述

工業設計旨在引導創新、促進商業成功及提供更好質量的生活，是一種將策略性解決問題的過程應用于產品、系統、服務及體驗的設計活動。它是一種跨學科的專業，將創新、技術、商業、研究及消費者緊密聯系在一起，共同進行創造性活動，并將需解決的問題、提出的解決方案進行可視化，重新解構問題，并將其作為建立更好的產品、系統、服務、體驗或商業網絡的機會，提供新的價值及競爭優勢[1]。設計是通過其輸出物對社會、經濟、環境及倫理問題的回應，旨在創造一個更好的世界。

2電子設備方艙研究現狀與趨勢

電子設備方艙作為電子設備的主要載體，操作人員在其中進行各種信息和圖像處理等，完成相應的制定工作任務，是集功能性、裝飾性、人機舒適性等要求為一體的電子產品。現在的電子方艙更多的只是考慮使用功能的要求，對舒適性與人機設計、可維護性設計等方面考慮不多。隨著電子裝備技術的不斷提高和用戶對舒適操作環境的要求，對電子設備方艙舒適性與人機設計、可靠性與可維護性設計成為未來新式電子方艙的研究趨勢和研究方向[2-5]。文章所述新型電子設備方艙以目前應用較為廣泛的6米標準電子設備方艙為基礎，研究內部的典型設備布局、通風散熱、照明、維修性等方面的人機工程考慮。以工業設計[3]方法為基礎，以某電子設備方艙為對象，進行方艙的統一布局規劃、內部空間與裝飾設計，最終形成方艙的可工程化的概念設計方案，對現有方艙內部的設備布局進行優化和固化，通過人機設計和布局優化、通風散熱設計、維修性設計等方面來提升方艙的整體集成設計水平。項目主要研究目標包括：(1)以6米方艙（長6058mm×寬2438mm×高2438mm）為基礎進行人機優化設計研究；(2)實現設備布局的優化和固化，通過人機優化布局來提升艙內整體集成水平；(3)以典型設備組成（顯控臺3臺、設備機柜兩臺、備份柜1臺）為基礎，實現開創性的布局設計；(4)在考慮方艙設備的可靠性、可維護性的基礎上，強調整體作業環境和人機界面的和諧化。

3基于工業設計理念的電子設備方艙設計分析

3.1電子設備方艙設計流程分析

此次新一代電子設備方艙的研制，與以往較大的不同點在于全過程貫徹和執行工業設計的產品設計創新的一些理念和方法[6]。不僅僅局限于方艙產品特點及風格，而是從類似一些工業產品如太空艙、飛機、動車一些具有相似應用場合和空間約束的產品中提取創新元素，如材質、燈光、造型、色彩等。接著對現有電子設備方艙的內部人機及形象定義進行剖析和診斷，從而指出創新或改進的一些方向。定位方艙應該符合什么樣的設計趨勢和設計定位，然后將創新元素融合到具體設計中。為了印證設計效果和規避一些設計風險，通過縮比手板進行前期的模型實物評審，在此基礎上改進改良，最終再進行具體的工程設計。在工程設計過程中，全程以工業設計思想為指導，進行融合設計。從內部外購件的選型、內飾材料的選擇、施工效果與設計效果的符合性、一致性等方面進行設計布控。整個產品的研發流程示意圖見圖1所示。

3.2電子設備方艙內飾設計分析

從近幾年的發展趨勢來看，內飾設計的趨勢是越來越趨向于數字化和高科技，造型方面趨于簡潔、工整。具有高科技成分的數字產品的廣泛應用，極大地影響了內飾設計的趨勢，產品設計的風格開始引導并影響內飾設計風格，具體表現在如下方面：1)在內飾造型上，現代豪華客車、飛機等艙體內飾設計在講究簡約大方的同時，更顯數字化和高科技。這一點在折疊收納和觸摸屏的應用上得到了充分的體現，折疊收納更加節約了空間，使空間得到最大化的利用；觸摸屏則更加便利的實現了人們對一些功能的要求。2)在內飾色彩上，設計人員越來越講究色彩的搭配，在統一風格的大前提下，加入適當的色彩對比，使整體看起來既色彩統一，又不顯單調呆板。表現內飾色彩的形式有多種，色彩分割和塊面劃分都是表現手法之一。3)在內飾材料上，艙體設計實現了多種材料的結合。例如顯控臺采用金屬與實木的結合方式，汽車內部操作區域采用塑料、實木與金屬三種材料的結合方式等等。多種材料相結合，取長補短，讓每種材料的材質特性更加貼合所處區域的功能。

3.3電子設備方艙內部形象分析

基于產品的人機工程及人文化設計需求對現有電子設備方艙的內部形象設計進行剖析，具體分析如下：(1)狹窄而封閉的空間，長時間作業且高度警惕，會給工作者帶來壓迫感和疲勞感。(2)內部功能分區不明確，棱角分明，冷色調，給人帶來一種被動適應和冰冷感。(3)部件較多且不具有關聯性，缺乏細節，導致視覺凌亂、精力分散。為了便于對比分析，將方艙的現存問題以及優化方向列于表中，見表1所示。通過方艙內部形象的優化可將原來“冰冷而被動執行”轉變成“舒適而高效工作”。通過工業設計應用集成設計方法，對方艙內部進行設計和改良，提出了三種可行性方案。針對三款概念設計方案，通過調查問卷進行方案收納及匯總。聚焦方艙的定位應主要體現“整體、連貫、專業、舒適”四個方面[2,4]。為此從方艙的空間利用率、內飾風格、維修性、人機舒適性、風道設計、走線設計等方面對方案進行綜合比較，選定方案三作為后續工程設計參考。方案設計靈感來源于太空艙和動車艙的內飾設置，追求的風格是簡潔、整體、未來和科技，效果如圖2所示，平面布局如圖3所示。其中，艙內棚頂主燈帶以跑道軌跡方向貫穿于整個艙內空間；墻壁次燈帶則延續主燈帶軌跡，把墻壁空間與頂部空間進行整合，強化其簡潔性和科技感；而腳線輔助燈帶弱化了主燈帶和次燈帶的強勢感，并且提升了空間的輕便性，從而降低沉悶心理。同時，金屬門把手與墻壁腰線融為一體，貫穿整個空間，凸顯其整體性。滅火器柜采用隱藏式設計，同時加大指示LOGO，突出了方案的整體、簡約特點。

4新型電子設備方艙設計實踐

4.1基于漫反射方式的LED燈照明補償設計

電子方艙在照明設計上采用LED主輔燈帶相結合的照明補償設計。在光照方式上，主燈帶滿足艙內環境的正常作業的照度。輔助燈帶通過漫反射的方式在方艙頂部和側面進行補償。使得方艙內部光照均勻度高、光線柔和，可以消除“眩光”現象，為真正意義上的見光不見燈具，照射范圍更大。為達到圖4方艙頂板美工效果示意圖所示的視覺效果，頂板采用分層結構，兩層高度差為90mm，在中間分層部位為方框結構，周邊采用圓弧過渡，過渡圓弧半徑為200mm，沿中間分層方框周邊安裝隱光LED燈帶，結構如圖5所示。上層頂板通過連接角鋁與連接在艙體上的鋁方管安裝梁連接在一起，LED燈體也通過螺釘與連接在方艙體上的鋁方管安裝梁連接在一起。在下層頂板中間設置一圈LED燈帶，形狀與頂板分層處相同，方框結構周邊亦采用圓弧過渡，LED燈帶與分層處間距確保一致，具體結構如圖6所示。LED燈體與兩側頂板復合在一起，在保證達到美工視覺效果的前提條件下，使下層頂板燈帶兩側頂板帶和燈帶成為一體，最大程度保證了整塊頂板的強度與剛度。

4.2一體化顯控臺與機柜設計

較之傳統顯控臺分體設計并柜布局的設計方式，首次設計了組合式三聯一體化顯控臺，如圖7所示，將三個操作席位的顯控臺設計為整體，減少了并柜產生的間隙、零碎感。整體效果簡潔、美觀、大方。臺體上部安裝三個工業級液晶顯示器并設計有加固安裝結構件，替代了傳統加固顯示器，大大降低了研制成本。操作臺面上設有鼠標、鍵盤、顯控開關等。操作臺面可以向上翻折，極大地提高了維修性和操作的舒適性。同時，功能機柜尺寸由716mm減少到不足680mm，在不足2100mm的空間內布置了三套機柜，并將配電箱安裝于機柜內部，提高了操作的可靠性和維護的便捷性。同時在外觀上與方艙內飾更統一，并保證了足夠的操作空間性。

4.3抽拉式可翻轉導軌設計

在機柜內部創新地采用抽拉式可翻轉導軌，與傳統的抽拉式導軌相比，為了兼顧以后導軌間的互換性，在機柜接口形式和材料選擇上，保持與傳統導軌一致，采用鈑金折彎內嵌互鎖結構。同時通過改善抽拉式導軌的內導軌與分機之間的結構形式，通過鎖緊簧片及滑道設計，實現分機的垂直翻轉。鎖定后進行分機的后向維護，維修人員無需將頭伸進機柜內部的分機后方進行檢修和維護，大大提高了分機的維修性，如圖8所示。

4.4高效環控設計

為保證艙內設備的正常工作和工作人員的工作舒適，艙內應通風良好，并裝有冷暖空調設備。該裝置應能在外界環境溫度為50℃時，1h內將車廂內的溫度（平均溫度）降至30℃以下。采暖空調應能在-40℃條件下，1h將車廂內的溫度升至22℃以上。對方艙內的冷、熱負荷進行計算：1)熱負荷（Q熱）。方艙內熱負荷的來源有以下幾個方面：通過方艙壁板傳入艙內的熱量，其中包括夏季方艙外與方艙內的空氣溫度之差傳入的熱量，太陽輻射熱傳入方艙內的熱量；方艙內散出的熱量即方艙內的機械設備、電動設備在工作過程中產生的熱量，方艙內照明燈散發的熱量，工作人員散發的熱量和濕量。2)冷負荷計算（Q冷）。方艙內冷負荷的來源主要有以下幾個方面，即方艙內的空氣吸熱量；內部設備的吸熱量；方艙保溫量；方艙內發熱量。根據冷、熱負荷的理論計算，方艙空調制冷量最少為2400W，制熱量最少4052W。所選空調FKWD-50和FKWD-50A技術參數為：制冷量5000W×2＞2400W，制熱量3000W×2＞5606W。經過計算空調滿足方艙冷、暖要求。

4.5抗振降噪環境控制設計

方艙在運輸過程中內部各設備在上下、前后、左右各維度會產生振動，從而導致電子設備的破壞，如結構疲勞、斷裂、磨損、性能降低及超出容差范圍等。因此，設計有效的方艙隔振系統對保證設備的可靠工作具有非常重要的意義。電子設備的抗沖擊、振動，主要從兩個方面來解決，其一是加固設備本身使設備增強抗沖擊、振動能力；其二是采取沖擊、振動隔離技術。前者的特點是代價較大。而后者往往是花較小的代價解決問題。方艙內部噪聲主要來源于：空調室外機周期性振動通過支架傳遞給方艙壁板，致使壁板受到激振而產生噪聲；方艙換氣風扇（進風和排風軸流風機）產生噪聲；電子設備強制風冷軸流風機噪聲；空調室內機工作噪聲及艙內照明日光燈交流噪聲；油機噪聲等。針對空調器室外機的降噪措施主要有：在室外機與支架之間加裝隔振器，使空調器振動通過隔離而得到衰減，也可以在支架與艙壁之間加裝一層阻尼材料以減少支架對方艙壁板的振動傳遞；改變支架安裝位置與方式，使支架盡量靠近方艙壁板邊緣，同時使支架的斜支撐由在下的受壓改為在上的受拉，改變激振位置；增加支架及壁板安裝處的剛強度，降低激振。艙內噪聲主要有通風風機產生，主要原因是動不平衡，選購風機時應優先選用動平衡風機等低噪聲風機；合理安排進風口、出風口之間的距離，減少進氣、排氣阻力，及氣流通過柵格孔時的氣流噪聲；加裝吸音材料等。

5結語

該新型電子設備方艙的研制，是工業設計方法在產品研制中的系統運用，對于工業設計與工程設計并行協同設計的流程體系起到驗證與助推作用。該艙設計靈感來源于航天飛機與太空艙等狹小封閉的工作空間設計。通過頂部燈帶的斜邊處理，增強頂部的進深感，擴大操作者的心理視覺空間。將飛機、動車等內飾元素，LED燈管漫發射照明方式及風道設計等引入到方艙設計中。艙內金屬質感的腰線貫穿整個空間，凸顯了方艙的“整體、未來、科技、簡約”的特質。大大提高了艙內的整體統一性與人機舒適性，為今后電子設備方艙技術的發展提供了重要的技術積累。

參考文獻

[1]張恒志，孟利清．工業設計價值觀演變研究[J]．工業設計，2019（02）：83-84．

[2]趙淑影．人機工程學在工業設計中的重要性解讀[J]．工業設計，2018（05）：94-95．

[3]楊會越．雷達方艙的布局設計探討[J]．電子機械工程，2008，24（06）：14-17．

[4]丁玉蘭．人機工程學（第三版）[M]．北京：北京理工大學出版社，2005．

[5]李岳彬，魏世丞，盛忠起，等．方艙技術發展綜述[J]．機械設計，2019，36（04）：5-11．

[6]邱成悌，趙惇殳，蔣全興．電子設備結構設計原理[M]．南京：東南大學出版社，2001．

作者：郭黎 盧德輝 單位：中國電子科技集團公司第三十八研究所