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电动工具外观与结构设计如何设计更合理

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2015-08-24 14:37:00

 制造和使用工具是人和动物的根本区别,而电动工具的诞生和发展更加体现了人类文明的伟大。起初,电动工具仅仅应用于工厂或建筑工地以提高生产效率。随着现代工业技术的发展,电动工具越来越多的走进家庭,尤其是欧美发达国家。利用电动工具装饰房屋、修剪草坪,制作家具,这一切都展现着人们改善生活环境的创造潜能以及对生活情趣和美的理解。如今,电动工具在造型设计上也不断推陈出新,以满足各类用户的需要。激烈的市场竞争使得电动工具的设计已经成为一个成熟的工业设计领域。本文将对电动工具的工业设计进行探讨。

从工业设计角度讲,电动工具是力度、时尚、人机工程和安全四大因素的统一体。电动工具要完成的任务往往是艰巨的,电动工具设计也同样如此。差的设计实际上是对使用者的伤害,因此这样的工具不会被市场接受。好的设计是产品和品牌存活的必要条件。力度、时尚、人机工程和安全等各种设计要素本身都是核心因素且相互制约,导致电动工具的设计工作充满挑战。独特的产品风格,品牌的易识别性,人本主义的关怀,技术的必备条件,安全的充分考虑,只有这一切都紧密的结合起来,才能使电动工具成为一个真正满足市场需求的实体。

关键词:人机工程、创造与创新、观察、印象与品牌、触感、安全、市场区分。

一. 创造Invention与革新Innovation

显然,创造是全新的设计;革新是基于已有产品的再设计。和其他工业产品设计一样,电动工具的创造与革新工作由市场营销部门发起,通过对市场的调研来发现产品空白。例如:得伟(Dewalt10Kg 电锤(Demolition Hammer)就是为了填补小型电锤和路面电锤(Pavement Breaker)之间的空白。另外,由于新技术的产生,可能使一个全新系列的产品面世成为可能。利用光学原理和重力平衡原理创造的激光水平仪,是水平仪器的全新变革,这种仪器比水泡式水平仪或铅锤更精确更方便

电动工具设计 

激光技术的发展,使激光仪的成本和体积大大减小,寿命和性能明显提升。从而使电动工具设计者和制造者可以将激光仪集成到各种电动工具上,形成一个全新的系列。图1.3就是将激光器集成在曲线锯的一个案例,类似的还有斜切锯或卷尺等工具。

设计的过程在一开始可能是定位于创造全新的产品。然而通常情况下,设计过程往往是对现有产品进行革新。可以说设计的源泉就是:稳健的持续改进;用户针对产品某种功能模块的反馈;竞争对手的优势;安全标准和流行趋势;或者仅仅是对很久没有改进的老产品进行更新的念头。

和其它工业产品的开发过程一样,设计师、工程师和市场营销人员相互合作,不断地交换思想。举例说明,设计一款无绳电动工具,电量的多少就是一个关键目标,这一目标决定了电机和电池包的尺寸和重量。因此,设计项目的初始阶段就要清楚的了解技术要求。

如果重新设计的目的是为了使工具更加便于应用,设计工作就要从人机工程学开始。在开始新型工具设计之初,设计者首先进行人机工程学计算。对客户而言,为了避免客户仅凭一些图片对新产品充满兴趣而急于开发,因此不要太早地给客户出示漂亮的概念图片。

观察是创新的源泉,因为观察能够发现问题,发现问题就发现了机会。观察确实可以获取大量隐藏的信息,尤其是使用者的补偿行为。补偿行为能以多种形式出现,比如改变预定的使用方法,祢补工具自身缺陷;甚至改造工具本身。

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一个例子就是,通过观察木匠使用电木铣,发现木匠并不是按照预想的设计使用工具上的手柄。他们更愿意握住机壳一侧即接近转轴位置,从而得到更加精确的控制。将这一新的认识应用到设计当中,工具的定子机壳附近设计的更安全,手感更好。同时增加一个可以选用的束带,提高使用的灵活性和可靠性。密尔沃基[美国威斯康星州东南部港市电动工具公司的BodyGrip 电木铣。如图1.4和图1.5

类似的成功案例还有B&Q的掌控砂光机。图1.6和图1.7

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这种设计更适合手掌,束带的应用,使得操作时不必要担心失控而始终紧握着把手,因此大大地减小了劳动强度,同时增添了操作乐趣。

二. 专业电动工具Professional与家用电动工具Consumer

正如文章开头所述,原来只服务于人们生产活动的电动工具已经走入家庭,服务于人的日常生活,这必定引发电动工具设计领域的不断探索与尝试。从产品设计使用对象的角度讲,电动工具通常可分为专业电动工具和家用电动工具。

设计目标的确定首先取决于市场的定位,即专业工具还是家用工具。这两种工具最明显区别在于使用寿命。专业电动工具可能每一天被使用46个小时,而且每天都可能被使用。而家用工具可能一个月才使用一次,甚至一年一次。重要的是,专业人员依靠专业工具谋生,工具的失效就意味着时间或金钱的损失。在欧洲市场上,博世公司有两个系列产品,博世篮为专业电动工具;博世绿为家用电动工具。

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从图2.1可以看出,这个去除硬质表面污物的电铲有两个不同版本。尽管从造型上没有区别,但是,在专业版电铲的整个背部覆盖有软胶,长期使用会感觉更舒适;考虑到工具的跌落是经常发生的,尤其专业电动工具,专业电铲的整个前端为金属结构,使工具更加结实耐用。

2.2为得伟重型电锤,设计者通过人机工程计算,合理布置手柄的位置,使得使用者的前臂和轴向力在一条直线上。这样一来,电锤的控制更加容易同时减小了对操作者腕部的压迫。为了避免使用者的疲劳,该工具还充分利用主动和被动的震动控制测量装置。在造型的细节上,综合了柔和的曲线和坚硬的直线。手柄的曲线条给使用者以亲近感。电机风口的直线条充分体现工具的强劲动力。当然,风口结构首先实现了通风降温的功能。

专业人员和非专业人员是以不同方式做出购买工具的决定的。这点不同,影响着整个销售市场的运作。根据消费心理的不同,设计和销售的策略也是不同的。家用工具采用推广的方式;所谓推广方式,就是设计师或工具制造商把自己纯粹的设计想法,转化成工具直接推向市场。被推向市场的新产品并非顾客明确要求设计或生产的。这种产品也的确能够卖出去很多。这就是推广销售战略(Push Marketing Strategy)。至于专业工具,市场策略正好相反,可以称之为反取销售战略(Pull Marketing Strategy)。设计师或工具制造商站在专业人员一边,倾听他们的建议,设计和生产他们想要的电动工具。

专业工具使用者通常会偏爱某个品牌,并根据需要购买很多产品。因此,他们的购买是有计划的。即某种既定的工具和品牌已经在详细的考虑之中。相比而言,家用工具的使用者一般不会对某个品牌太偏爱。当他们看到卖场玲琅满目的电动工具陈设后,比较容易改变注意。这些不同必然会影响设计。

家用电动工具的市场对新的设计思想是十分开放的,创新、潮流、颜色,像家电产品市场一样,尽是潮流新鲜的元素。

而在专业工具市场领域,购买者往往会对新鲜事物示以怀疑态度。专业人员不太注重外表的款式,从审美的角度讲,他们希望某种内敛的表象而非花哨的噱头。比方说,当观察到使用者手持工具登高时,经常把螺钉或钻头衔在嘴上,设计师有了一个好主意,在电转的适当位置上安装一个磁盘,利用磁力吸附住这些螺钉和钻头。这的确是个很有用的点子,但是专业人员并不领情,因此在专业的充电电钻上应用不久就终止了,而在家用工具上依然可以广泛使用。

简言之,非专业使用者喜欢彻底的革新;专业使用者喜欢稳健的改进。

三. 印象Image与品牌Brand

消费者可能会认为,电动工具是纯粹功能性的产品,将审美学应用到电动工具设计上没有太大必要。但事实并非如此。首先,工具的功能性本身就是审美的一部分。象瑞士军刀(Victorinox)或莱泽蔓万能工具(Leatherman)一样,电动工具的超强功能可以激起使用者的迷恋,这种情感和审美往往是共鸣的。换言之,某个电动工具看起来并非十分漂亮。但是如果你需要它,知道怎样使用它,并且知道这个工具能够完成与众不同的任务时,这个工具将变得十分美丽,即独特的技术美。

人们一般都会在意自己在同行或同事心目中的形象。工作或生活中,他们使用的工具恰恰能够反映使用者的形象。因此电动工具的设计者和制造者需要在造型和印象上仔细斟酌并努力赋予专业电动工具时尚的气息。

许多设计要素要体现并服从品牌特征。除了商标,品牌识别系统的另一个要素就是颜色,如得伟的黄和黑、博世的兰、黑和灰以及辅助红色。其实要实现这些标准色并非易事。首先,标准色的色度是特定的,显然,并不是所有的黄色都是得伟黄。另外,在不同的材料上实现标准色也不容易。在同一个工具上,有工程塑料,有喷漆的铝件,做到颜色匹配并非易事。在用户使用过程中,不要退色,即使退色,也应该保持一致。退色的不均衡,会使人感觉品质的低劣,尽管这种退色并不影响工具的性能。

同样应该格外注意商标的保护,商标的品质直接反映产品自身的品质。电动工具经常在恶劣的环境下工作,商标容易遭到损坏。因此,要特别注意保护商标。

在产品上放置商标是个大学问。如果商标以标贴的方式出现,可以在机壳上设计一个凹面,注意这个凹面必须是单曲面,否则标贴容易翘起。或者商标与机壳集成(注塑成形),这样也有助于商标的保护。另外,在商标表面增加保护层或选择耐磨的材料也是很重要。

除了颜色和商标,几何构造特征也是重要的品牌识别设计要素。在产品系列里,有规律地应用一些具有标志性的几何构造要素,能够充分体现产品的家族特征和系列化。这些几何构造特征十分重要,就像宝马或奔驰汽车的构造特征一样。

在电动工具设计工程中,有一种品牌识别实验。根据不同品牌的新设计理念制作几个快速模型,去掉商标并全部漆成灰色,然后请使用者去辨别不同品牌的模型。如果大部分的使用者能正确的识别出某个品牌的电动工具,这个设计就是成功的。

设计的初始阶段,首先考虑产品的特征。让客户或产品设计发起人对新的设计概念进行描述,然后将这些描述转变成设计要素。比方说要使工具看起来精力充沛,就要用应用较大的曲面、较少的线条、突起而非沉陷的曲面,金属环,较大的功能旋钮或开关;有的工具造型上要给人以精确的感觉,比如电木铣,设计时要较多的应用精确的几何形体、平行线、紧凑的机壳和内部结构件,较小的功能旋扭。

在设计工具的整个过程中,究竟要花多大的心思在时尚因素上?答案很简单,设计者就是时尚的主导者而非时尚的奴役。

几年以前,曾经在电动工具上应用了一些透明材料,因为当时Apple将这种材料应用在iMAC 上。在一个较短的时间内确实取得较好的效果。

电动工具设计 

也曾经有过将汽车设计审美应用到电动螺丝螺丝刀上的时期,因为这种工具专门为了汽车维修保养而设计,就像当时的轿车一样,许多柔和因素应用到设计当中。尤其是背部的隆起曲面,充分体现了汽车设计的美学,目标用户的反响也十分不错。见图3.1

四. 手感Human Touch

电动工具的使用方式决定人的因素是设计的关键问题。使用者要牢牢把握工具,实现用力推或压,并精确地控制工具的运动。把持的工具手有多种可能的情况,比如是右手还是左手,是出了汗的手还是或冰冷的手,是否带手套。工具可能被举过头顶,也可能置于膝下或身体一侧。工具可能间歇工作,也可能不间断地工作。这些因素决定工具设计中的人机工程学是极为重要,尤其是在使用者和工具长期直接接触的手柄。手柄设计的成败直接决定产品的兴衰。因此手柄的触感和把持的舒适感必须优良。

如果只是通过文字或图示来告诉使用者如何把握工具,那么出错的可能性可能很大。因此,让操作者第一眼看到手柄上的指形纹路时,就能知道如何把持工具是很重要的。

观察发现,当人们开始使用工具时,30秒内,使用者的手或手指会轻微的调整位置来寻找到最佳的位置或姿势,这是一种本能的调整。这种调整提高了使用者和工具的适应性。

得到一个准确的把手曲面对整个工具的设计是至关重要。这并不是什么秘密,大的电动工具公司都有一套长期积累得经验知识。以百得为例,有85年的手电钻开发历史,有大量的可参照标准和设计方法。至于手柄的设计方法由于篇幅所限不再赘述。

手柄设计的舒适感是关键要素之一,但不是全部。其它人机工程因素必须考虑,如工具重量,重心平衡,开关位置,扣动开关的力度,震动和噪音,操作者视线,碎屑飞溅方向,风口朝向等等。以上任何方面的缺失都会导致该工具在使用者心目中的负面影响。因此必须通盘考虑人机因素,使工具能够帮助使用者干净利落地完成工作。

设计的另一个重要因素就是认知工程学,既工具的设计能够使使用者直觉地意识到正确的使用方法。确切的讲,就是让使用者看到工具就知道他能胜任什么,不能胜任什么。这一点对不经常使用的家用工具很重要,同时对专业工具也很重要,因为专业工具很有可能是租借来得,使用者不是工具的所有者。

有很多暗示工具的正确使用方法的有效途径。比如说把持位置的暗示可以通过颜色、皮纹、镶块、包胶等方式。见图4.1和图4.2
电动工具设计 

得伟充电式往复锯,栩栩如生的曲线清晰地暗示着工具的抓取位置,使用者会直觉得发现操作方式。工具前端覆盖的黑色软胶,以及皮纹明确地告诉使用者,这里是可以用手把持的。另外,锯片快换装置,可以避免让使用者接触太热的锯片。开放的末端顶脚设计扩大了操作者视野。

五. 安全第一Safety First

安全是电动工具设计必须考虑的重要因素。使用电动工具有很多潜在的危险,如钻头的断裂、锯片的飞溅,漏电等等。有时侯,链条的反冲也能带来严重的后果:如果操作者在梯子上或天棚上作业,反冲力虽然不大,但是很可能导致操作者跌落。即使工具在非工作状态,依然存在危险,大部分电动工具具有较大的重量,因此工具从高处跌落很可能使人受伤。

对于电动工具的安全性,大部分电动工具公司都有详细审查程序。在投放市场前,所有潜在的危险因素都将被发现并采取相应的改进措施。安全性审查的技术实践方法有很多种:例如参考制造和销售的经验,遵循确认的规范文件,研究专业工具使用者的反馈,实验,分析竞争对手的优势、先前的案例、不同部门或机构的安全性报告等等。

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图示5.1为博世电圆锯,底板下面的自适应防护罩能够避免手指或人体其它部位接触锯片,起到很好的保护作用。对于设计者来讲,设计安全装置并不困难,但是,要保证安全装置不被使用者所厌烦却是一个巨大的挑战。事实上,安全装置遭到弃用的例子屡见不鲜。比方说有些使用者将圆锯的下护罩捆绑起来或干脆拆掉,以方便操作。

要解决这个问题,首先要知道使用者弃用安全装置的原因。然后尽可能地改善设计。在圆锯下护罩的设计上,如果被捆绑起来的原因是因为有碍操作视线,就需要改善它,尽可能让它不显眼。下护罩上有弹簧装置可以自动卷曲,使用者担心自动卷曲导致切割阻力增大。因此,设计时要充分考虑减小弹簧的回弹力,即使切割很薄的胶合板也不会感到较大的摩擦阻力。

另一类安全措施就是强制使用安全装置,比方在斜切锯上,有一个内部装置与防护护罩相连,一但护罩被拆除,机器的开关就无法被启动。

不管设计者付出多大努力,电动工具的安全性还是由使用者正当的操作来决定。就像汽车一样,尽管有了几乎完美的安全设计,驾驶者的技术和意识还是至关重要的。

链锯是欧洲和北美最流行和最普遍的电动工具之一。就像四驱吉普和来福枪一样,成为男性的象征。同时,链锯也是当今市场上最危险的个人工具。每一年大约有100000个用户被链锯伤害,造成伤害的原因很多,误操作、粗心大意链锯反冲、锯断树木的错误导向等等。

经过这么多年,链锯上增加了大量的安全装置:防护罩,链条制动器,火花抑制器,安全舌,开关启动锁扭,链条缓冲器等等。见图5.2。不难发现,无论增加多少安全装置,传统的链锯还是让人望而生畏。在这种情况下,设计上的突破成为市场之胜的法宝。见图5.3

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六. 区域市场需求Different Market Requirement

市场区域的不同也会对工具设计有不同的要求。以电圆锯为例,美国东部市场需要的是后置主手柄设计(图6.1)。而西部沿海市场更多的需要顶置主手柄的设计(图6.2)。

电动工具设计
                                          

以手电钻为例,美洲产品的主手柄往往在工具的腰部(图6.3)。而欧洲市场往往流行后置主手柄(图6.4)或D型手柄(图6.5)。
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另外,亚洲市场对电动工具的造型设计有独特的要求,比方说手柄尺寸相比欧美工具而言要小很多。

七. 电动工具的未来Power Tools of the Future

电动工具的设计始终围绕着功能和人的因素。我们有理由问:某个电动工具是否可能达到一个完美的境界?如何才是最好的状态?许多电动工具已经有了几十年的历史,是不是真的还有文章可做?回答是肯定的,总会有新鲜的事物等待着人们发现和实践。

在电动工具的开发过程中,竞争的紧迫导致了设计折中成为必要,这就阻止了完美工具的诞生;由于现有技术和材料的局限,总有一些目标无法完全达成。比方说,如果不增加机器的重量,就很难增加充电钻的功率。因此,我们必须妥协。但是随着技术和材料的不断进步,我们和理想的距离越来越近了。

安全还有另一个方面,在工作现场,电动工具及容易被盗。这个问题已经逐渐被专业工具使用者重视。在不久的将来,具有防盗功能的电动工具一定会出现,不同的电动工具公司会有不同的设计思路来实现这一目标。

目前中国人的生活水平与发达国家仍有差距,但电动工具走向千家万户的时代已经到来。在中国必将涌现出更多国际知名的电动工具设计师和制造商