工业设计思想与方法在列车车辆制造上的应用

1某轨道车制造企业的设计现状分析

JY重型工程机械有限公司是国有铁路控股公司，目前已成为轨道车辆、电气化铁路施工维修检测车辆、大中型养路机械及轻轨地铁维修车辆四大产品系列的专业生产厂家，是我国在轨道车制造行业的龙头企业。JY公司沿用了我国制造业传统的“串行设计”工作模式，其轨道车设计流程如图1所示。

图1   JY公司的串行设计工作模式

设计工作从产品规划开始．在决定了产品功能与技术要求之后就进行产品结构设计．然后进行加工工艺设计、模具设计与制造工作，与此同时进行车辆电气系统的设计，检测合格之后就进行产品试制，如果满足要求就进入量产环节。

上述产品设计流程是基于JY公司的一系列职能部门的，分别是工程机械研究所、技术应用部、信息技术部及试验检测中心等，这些部门中集中了铁道车辆、铁道电气化、工程机械、流体力学、自动控制、技术经济等专业的技术人员，把开发智能化、高科技含量的新产品作为公司的宗旨。

从JY公司的设计模式可以发现，其工作重心是技术创新、结构设计、工艺规划及电气设计，而这些都是技术导向的工作，从设计思想上进行考察，即是典型的“机器中心论”设计思想。这种设计思想与工业设计“以人为本”的设计思想完全相反，在设计中以机器系统的有效性和运行效率为标准，设计往往变成机械设备的简单堆砌，没有整体的考虑与规划，需要什么功能就增添什么设备，经常导致设计的反复。另外，由于各职能部门相互之间的独立性，很容易造成“信息孤岛”而使信息流通不畅，使产品开发周期延长、开发成本居高不下。

近年来，JY公司注意刭顾客需求多样化的倾向，采用了CAD辅助设计手段，初步建立了公司的产品数据管理系统（PDM），以此提高产品开发的效率。然而，这些措施仍然是基于技术的考虑，设计思想没有发生根本的转变，导致产品在很多细节方面都显得粗糙与缺乏设计，使产品的综合竞争力大打折扣，这就凸显出工业设计的重要性。

2工业设计思想的引入与实现

简单的说工业设计的思想就是“以人为本”，把用户需求作为产品开发的原动力，通过设计解决用户碰到的问题，使产品更有用、更好用和更高效率。人和机器有着本质的区别，人有着生理与心理的种种限制，人的注意资源有限，人有情绪的干扰，人不可能像机器一样长时间检测多个信息源而不出差错，反复的机械劳动往往造成人注意力的减退。以人为本的设计思想正是基于此的考虑，在设计中要求根据人的生理限制合理地设计机械系统的尺寸，同时要考虑人的认知与行为特性进行控制器、显示器的布局与分组设计，另外车辆的色彩与室内的照明设计也要考虑人的心理感受。

工业设计的引入，可以在很大程度上改变JY公司的设计现状，工业设计的思想在轨道车的造型设计、涂装设计、作业空间设计、操作界面设计、内室环境设计等方面（见图2）得以实施，并从整体上提高JY公司产品设计的品质。

图2   工业设计在JY公司的实施

通过工业设计可以改变轨道车造型设计一成不变的局面。在高速列车及地铁、轻轨的设计领域，富有时代象征意义及体现本地传统文化特色的车辆造型层出不穷，给人们带来了很多惊奇，而铁路养护轨道车的造型则没有什么大的变化，在这方面工业设计将有更大的发挥空间：车辆涂装是轨道车外形设计的重要部分，多年来我国轨道车的涂装设计一直保持着大型机械常见的黄色，车辆色彩不仅具有警示作用，而且对人具有很强的心理暗示，在涂装设计中应综合考虑色彩的工效学与心理作用两方面的影响，好的涂装设计可以提升车辆的整体设计水准；同时，轨道车是铁路养护工人工作的场所，其操作界面设计有着特殊的重要地位，而目前的设计对于控制器和显示器的功能布局、编码形式、交互方式、显示方式、信息分组等问题几乎没有考虑，这不但降低了操作界面的工效学效果，而且不利于操作人员的职业健康，如目前JY公司生产的轨道车扶梯一般都设计成垂直的，不但不便于使用，而且有一定的安全隐患，而这正是工业设计要解决的问题；另外，内室环境与作业空间的设计都属于轨道车的内环境设计问题，利用工业设计的方法可以从人体测量数据、人的认知与行为特性人手进行分析，保证设计不但符合功能的要求，而且满足人的心理与情感需求。

3基于工业设计的轨道车设计程序与方法

工业设计的大部分工作在产品设计的前期进行，即产品规划阶段，从用户需求研究开始到贯穿产品开发的全过程，基于工业设计的轨道车设计程序如图3所示。整个轨道车的设计程序可以分为四个阶段，分别是用户需求研究、方案设计、详细设计及检测和试制。

图3   基于工业设计的轨道车设计程序

用户需求研究和方案设计阶段是轨道车工业设计的重点。用户需求的研究整体上可分为两种方式，一种是从无到有的研究，就是顺向工程。在研究中，可采用现场观察用户操作、设计调查及实验研究的方法，找到用户需求的关键点；另一种是从有到无的研究，就是逆向工程，对已有的设计进行模型重建工作，然后在人机关系计算机仿真分析系统（如Jack软件）中进行模拟分析，从中找到现有设计不符合人机工程学要求的所在。