汪涵
武汉理工大学,武汉430070
“工业设计”的概念是伴随着科技的不断发展与进步而产生的,它最初是由美国的设计师约瑟夫·西纳尔于1919年提出来的。从广义上说,工业设计是指以经济发展为立足点,以人的需求为根据,综合运用美学、色彩学、符号学、形态学、心理学、社会学、经济学和人机工程学等理论来研究探讨人与产品间的关系,从构思开始直至成型一个使消费者满意的设计方案,从而提升人的生活质量;从狭义上言,工业设计是指以消费者的需求为导向,提出设计方案,包含选取制作材料、形态设计、结构设计、色彩设计、装饰设计、包装设计乃至产品的销售等一系列的设计过程[1]。亦即该学科研究人与物之间的和谐关系,强调了以人为中心的设计思想。
“安全”在《英汉大词典》中的含义为“无损,稳妥,保险,无危险”。可以被定义成一种不存在风险、使人处于一种被保护的状态,能免于因意外而导致的不必要的伤亡[2]。安全是人类生存的基本条件。安全于产品而言,在宏观上表现为在产品使用的过程中对事故的预防,消除或减少设备损坏的可能性,并且充分考虑绿色设计、人机工程学等方面的内容;微观上表现为保障消费者群体的健康安全、生命安全。
产品安全可提炼出两层含义:
第一,产品本身不能对人形成危害。产品在使用的过程中,不能对人造成伤害,结构稳定,在制作过程(含材料的加工、生产中废弃物的排放、能源消耗)中,不排放对人有害的气体、物质等。如给儿童使用的生活用品必须无毒无害;材料上,如日用陶瓷餐具表面釉的含铅量不可以超标,室内装修和家居用品等的甲醛浓度要控制在规定的范围之内;结构上,如建筑的抗震材料要根据相关标准严格执行。
第二,产品能够帮助人类避免外来的威胁与危险,即能延缓或阻止外在环境对人的伤害。两者比较,后者较前者对产品的要求更高,也成了当今设计发展的趋势。
(1)安全设计的重要性。产品的实质是人类为了满足自身需要设计的一种试图控制原本无法控制的外在环境的工具[3]。产品诞生之后,就介入人与外在环境的复杂系统中,从某种程度上说,安全来自人类对外在环境的控制。人类安全可控的需要与无法完全控制的外在环境实质上是对立的,其产品就是这种对立的产物。当产品矛盾平衡时,是安全的,反之就是不安全的。这就对工业产品的安全属性提出了新的要求,安全甚至高于使用功能的属性。一件产品可以没有健全的使用功能,但不能存在安全隐患。
尽管看上去是一件简单的产品,但也需要考虑系列的安全问题。比如服装是与人最有紧密联系的日常生活用品之一,它不仅具有美化人体的功能,而且还能体现安全的功能:一是保温御寒、防风、防雨、遮避阳光,使人能够更好地适应环境,在环境之中生存;二是保护人体,具体体现在防菌、防虫、防毒以及防火等方面。服装能够在人体受到碰撞、摩擦造成的伤害或其他生物攻击时也有相应的防护功能,能让肉体免受大的冲击和伤害[4]。换言之,大至交通工具,小至零部件设计,安全第一是所有设计师必需遵循的最基本的设计原则之一。强调产品的使用安全,不仅有利于设计的长足发展,甚至能够起到稳定与安宁社会的作用[5]。
(2)产品安全的内容。产品设计不可能一味遵循设计师的思路,设计师需要调查、研究使用者的行为习惯,并且要将其摆放在首要的位置。因此在产品设计的过程中要注意以下几个问题。
第一,设计师必须考虑产品在正常使用时可能发生的潜在危险,这被称之为“主动安全设计”,是指尽量避免安全事故的发生并消除安全隐患。如高速列车采取三部分自动控制系统,分别为能收集列车运行资料并控制其运行的自动监控系统、根据实际情况确定列车运行的最佳状态的自动保护系统和通过信号以控制列车运行的自动驾驶系统,这样就保证了列车高速运行的安全性。又如,宇宙飞船是设计师研究太空特性之后进行一系列安全性设计的结晶。当飞船高速通过大气层,由于摩擦产生了5000摄氏度左右的高温,若没有耐高温材料的保护,驾驶舱中的航天员将无法生还。因此设计师设计了一层安全装置,即在外表加装了一个烧蚀系统,旨在带走大部分热量而能有效保护舱体,避免高温对航天员和航天器的伤害。
第二,在发生事故后能够保证安全,这被称之为“被动安全设计”。因为不能防止和避免某类安全事故的发生,但在事故发生时能够最大程度地减轻伤害。如在汽车受到侧面撞击时,车门很容易变形而直接伤害车内人员。为了提高安全性,在两侧门的夹层中间加装一至两根坚固的钢梁,这就是所谓的“侧门防撞杆”。又如汽车的安全玻璃是由钢化玻璃与夹层玻璃构成,钢化玻璃在炽热状态下能够迅速冷却,在遇到不可避免的撞击时会碎成无锐边的小块,不易划伤人。夹层玻璃有三层,中间层的韧性最强并具极大的粘合力,遭遇破坏时内层和外层依然能够紧紧地和中间层粘附,因其较好的安全性而被广泛采用。还有,安全气囊和安全带也是佐证,在此不予赘述。
第三,防止用户错误使用时可能带来的安全隐患。有些危险是因用户使用不当引发的,如电冰箱没有接上地线或始终处于潮湿的环境中,就容易短路而造成火灾。这也是设计师不能忽视的问题。所以,一个相对安全的产品也需要防止或者减小对人的可能伤害,这是现今产品设计的重要内容。
(3)产品的理性安全与感性安全。产品安全,主要是指产品的造型、材质、色彩能给用户造成一种心理慰藉,包括使用时的心理安全感亦即心理认同感。也就是说,产品要让使用者信任,能够产生产品是值得信赖的、安全的感受和看法。
产品设计的理性安全,指的是产品的外观造型,即对部件的外部、结构以及坚固性的艺术化处理,也可以说是给使用者以理性的安全。它要求产品的结构合理、坚实可靠、造型简单轻巧、线条清晰明确[6]。意大利著名设计师哈利·贝尔托亚的钻石椅(见图1)造型新颖,尽管在使用过程中不会出现不稳定的问题,然而其所传达的安全信息却十分淡薄,原因是镂空的金属材料的外观过于纤细;瑞典设计师乔纳斯·伯林设计的Liv-collecting系列家具(见图2)尽显斯堪的纳维亚风格的简约美,同样存在着类似问题,即关键性的支撑结构从表面上看也是过于纤细——这些都不能给用户带来安全、可靠的感觉。而芬兰设计师艾洛·阿尼奥的球椅(见图3)似乎是传达安全信息比较成功的例子,玻璃纤维与布质的材质散发着温馨,并且半包裹的艺术处理及造型能给用户带来私密感与安全感。这就是所谓的产品设计的理性安全。
图1 钻石椅
图2 Liv-collecting系列家具
图3 球椅
产品设计的感性安全指的是产品的色彩、材料的质感、材料的搭配与触感等经过艺术处理之后给人的感受。如今大多数的产品设计几乎都注意到了形态、色彩、材质给人的第一印象,即产品的色调和造型的趣味化也能让使用者备感亲切与安全。丹麦设计师维纳尔·潘顿设计的潘顿椅(见图4)以其富有雕塑感的造型而闻名,拟人化的形态,宛若一位穿着长裙的少女,反映了设计师对产品人文精神的表达。提高产品的感性安全也可以通过对外部材料艺术化的处理而实行。意大利设计师卡罗·巴特力设计的Tacta门把手(见图5)造型圆润可爱,演示了生活的情趣,木质的门把手以简洁流畅的造型传递了产品的功能,易于把握与发力,再加上金属构件所表现出材料的坚固性,彰显了安全可靠的气息。这就要求设计师注重造型、色彩、材质给人的第一感受,带给用户以更多的人文关怀。这就是所谓的产品设计的感性安全。
图4 潘顿椅
图5 Tacta门把手
产品同时具备了理性安全与感性安全,就能给人以美的享受,同时也就凸显了艺术设计中安全第一的理念。产品的安全不只是与可靠性相关,而且和美密不可分,产品的安全可以让人享受设计[7]。一个好的、安全的产品,仅仅是功能的适用还是不够的,还必须使人产生美的感受,这才是一种更高层次的安全产品。
(4)安全是产品设计的第一属性与改良媒介。中国古代思想家墨子强调过“衣必常暖,而后求丽,居必常暖,而后求乐”的观点。暖、乐也是安全。安全,涉及人的健康和舒适。据《磁州窑的传说》一书记载,一位工匠想解决碗底烫手的问题,一日工场突然着火,在灭火的过程中他发现鞋底因为有一块木头垫子而没有烧伤脚,于是得到启发,就在碗的底部做了一层实心垫子解决了烫手的问题。后世的工匠将其改为圆圈,不仅减轻了重量,而且更便于散热[8]。由此可见,人们很早就开始关注产品的安全问题,只不过是狭隘地将安全限制在肉体方面。可以说,安全是产品设计的第一属性,产品首先要保证使用者的安全。
产品设计以实用为载体,以安全为前提,强调以人的需要为中心,体现出设计的人文精神。美国社会心理学家亚伯拉罕·马斯洛在《动机与人格》一书中提出了著名的“需求”理论,将需求分为五个层次,并从低级到高级排列,分别是生理需求、安全需求、社会需求、尊重需求、尊重以及自我实现的需求。徐德蜀认为马斯洛的需求层次理论应该修订,因此特意将人的生理需求和安全需求调换了位置,认为安全才是一切活动的基础条件,并且需求是是客观的、强烈的,故而强调了人对产品安全的需要[9]。产品设计考虑安全也是满足使用者安全需求的重要途径。
在产品设计中,提升安全性是设计师的首要任务。产品作为满足人需求的物质,需要不断改良,通过设计以减少产品的不安全因素。比如,旧款电风扇的前网罩是由稀拉的几根钢丝做成,人的手很容易伸入,所以不安全。在安全理念的驱动下新式电风扇应运而生,它比较好地解决了这个问题,即用密集的网罩隔离了扇叶,对风也起到了良好的导向作用。老式的电线插座也存在安全问题,由铁螺钉固定的外壳就有漏电的危险,或是在没有插紧的情况下人易触电,这就给使用者带来了隐患。设计师考虑了安全问题,通过隔离有害环境的办法对其进行了改良型设计:在插座的表面添加一层绝缘材料,并摒弃螺钉固定的习惯,从而提高了安全指标。又如早期的剃须刀笨重又不锋利,使用时容易刮破脸。安全的需要逼迫设计师不断改进,使其具有更大安全的使用功能。1777年佩雷特发明了只有刀刃才能和皮肤接触的扁平剃刀,1928年谢菲尔德特意对刀刃加以保护,这就是安全剃刀的前身;美国设计师坎普·吉列对剃须刀再次改进,即只留出刀刃剃须,而且刀片用钝之后能够更换,它是世界上第一把安全剃须刀[10]。剃须刀的例子证明了安全不仅是对产品设计的要求,也是产品品质提高、更新换代的推动力。
现今,电子产品与电器产品是工业产品蓬勃发展的一大种类,在人们的生活中占有举足轻重的位置。近些年以电能为驱动力的产品功能越来越强,结构也愈发复杂。在帮助人们解决生活问题的同时,故障的出现频率大为增加,并且安全事故层出不穷。如洗衣机绞死儿童、电磁炉爆炸、燃气灶爆炸、手机充电器爆炸伤人的事件早就对安全设计敲响了警钟。产品的安全设计需要满足六大原则,即防电击、防能量危险、防火、防辐射、防热与防机械伤害、防化学污染。以辐射对人体的危害为例:随着科学技术的进步,人类接触视频显示终端的机遇激增,VDT(Visual Display Terminal)综合症也随之频繁出现,据统计,全世界平均每天收看电视的已经达到八亿人次,工作中使用视频终端的已经超过三千万人次。长时间使用计算机显示终端、电视、手机等电子产品会遭受电辐射与声辐射,对人类的危害已被公认。使用者过度使用会出现眼睛疲劳或是手、肩膀、腰部不适,这就是典型的VDT综合症。设计师应该思考用户过长时间使用显示终端的安全性问题,如在一定时间内提醒用户休息或者革新显示终端,避免疲惫或者不适症状的出现。
当今是一个市场经济的社会,因此产品都是以市场效益为导向,而忽略了设计的人文关怀的。如餐具是生活的必需品,一日三餐都是离不开的,其安全是使用者健康的保障。而有些设计却只追求经济利益就使用了劣质材料,使餐具存在安全隐患,尤其是给儿童带来了巨大的伤害问题[11]。调查发现,为了让颜色更加亮丽鲜艳,四分之一的陶瓷彩绘餐具都含有助溶剂,其中的铅、镉等重金属超标严重,在使用的过程中毒性会有挥发。又如密胺餐具属于仿瓷品种,具有轻巧、不易碎、导热性低的优点,但它是甲醛与三聚氰胺化合所得的一种高分子聚合物,劣质一些的材料受热之后其中的尿素与甲醛就易分离而会产生刺鼻的异味,能够引发甲醛中毒,甚至经过热水的浸泡也会留下残渣。这就严重威胁着使用者的健康与安全。因此设计要以人为本,使产品兼具安全性、实用性与艺术性特征。
美国设计师亨利·德雷福斯所著《为人的设计》一书首次提出“人机工程学(Human Engieering)”概念,这是一种运用人体测量学、人体力学、心理学和生理学的方法研究“人-机器-环境”相互作用的边缘学科,着力探求如何提高工作效率、保证健康、确保安全及考虑人类如何获得舒适[12]。该理念在产品设计领域应用十分广泛,但所强调的依然是以人为核心的问题。
随着科学技术的进步,产品不仅要满足使用与审美的要求,更应该满足使用者的安全以及舒适的要求。人机工程学在设计领域的广泛运用加强了产品的安全性能。大至交通工具的设计,小至日常用品的设计,人机工程学与产品的安全有着十分紧密的联系。有效应用人机工程学是保证产品安全必不可少的条件,而且贯穿设计与生产的始终。
人机工程学提供了人体尺度的参数[13],而这些数据可以有效地运用在设计之中。设计师通过人体的结构特征、各部位的尺寸与重量比、动作乃至作业空间,建立了一种人与物之间的和谐关系[14]。例如对楼梯的设计,要根据人的运动及动作幅度确定楼梯踏步的高度及梯面的宽度,达到安全省力的目的;剪刀的手柄要参照手的弯曲度、尺寸、形状,使其与人的生理特征相吻合,这样才能安全、高效地使用;曾获日本优良设计奖的TAG CUP杯子,是设计师通过研究人拿、握杯子的姿势,设计出独特的鳍状结构以阻隔人与杯子的接触,由于杯子的外形结构符合人机工程学原理,这就为消费者创造了一个安全使用的平台。克拉克·威斯勒在《人与文化》一书中提到,大多数工具设计都与手部相适应,手臂与手的肌肉组织就是工具依赖的基础之一。由此可见,在人与产品的关系中人机工程学具有特别的地位。然而,违背了人机工程学原理的设计对人的安全就会造成隐患,无疑是反人性的、反伦理的。现代人患有腰椎病的与日俱增,是因为坐姿工作的越来越多。研究表明,椅子严重地影响了人身体的安全。早在19世纪瑞士和德国的研究人员就发现椅子靠背的造型是导致腰酸的祸首。瑞典本科特·奥克赫姆于1948年出版的《椅子与座位》一书指出,当人伏案工作时,椅子的靠背要向前、并向下倾斜以保护腰椎部位;休息时,靠背应向后倾斜呈105度角以支持人的上半身。他认为一个安全舒适的座椅必须保证腰椎部位的正常弯曲,并且是最为重要的设计原则。
人机工程学还为产品的安全与合理性提供了科学依据[15]。总后勤部军需装备研究所与中国预防医学科学院劳动卫生与职业病研究所的科研人员从人机工程学的角度出发对军用背包的肩带宽度、内背架进行了认真研究。因为军人需要负重长时间行军,所以背包的安全舒适尤为重要。他们设计了六种相同质地的背带,负重均为20千克,宽度依次是30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米和80毫米。实验表明,肩带宽度为30至40毫米时,受试者肩部所受的压力依次为5.45千克和4.05千克,行走不到一个小时肩部就有较深颜色的勒痕并出现比较强烈的疼痛症状;当肩带宽度为60毫米时,比30毫米所受的压力要减少50%左右,约为2.728千克,其受试者仅有轻微的疼痛感,没有勒痕;而当肩带加宽至70至80毫米时,肩部承受的压力分别为2.091千克与1.454千克。实验表明,随着肩带宽度的递增,背包的重量有减小的趋势。由此看来,选用80毫米的背带宽度似乎最为合适,但是过宽的肩带也存在着不安全的问题,即一方面会压迫和摩擦颈部而造成疼痛,另外一方面,容易约束手臂的摆动。对比二者,宽度为60毫米的最为合适。提高军用背包的安全性,还可以加置内背架,这样既能使受力均匀,减小单位面积的压力,也可解决散热通风问题。所以,军用背包合乎上述要求方可称得上是人机工程学指导下的安全设计。因为使用这类背具,既能减轻背负者的负担,获得安全与舒适的效果,也可以提高工作效率[16],在安全的前提下使使用功能达到最佳。
由此可见,符合人机工程学原理的产品设计是安全的、人性化的,也是工业设计最前沿的趋势与潮流,体现着对人的尊重与关怀,符合“人本主义”的设计理念。
顾名思义,所谓的“备份设计”是指两种以上不同的使用方式都可以完成同一命令。很好的例证是佳能PⅠXMA 1P4200型号的打印机设计了两种进纸方式,分别是顶部进纸和底部进纸,用户可以随意选择,当一种进纸形式失效时也不会影响使用,这就克服了老式打印机一种进纸方式出现故障而无法继续使用的缺陷。
备份设计也可以理解成一种应急设计,即将关键部件或易发生故障的部件备份,当其失效时立即置换[17]。毋庸置疑,备份设计越多,产品的安全性能也就越高,由此可以归类出一种安全设计原则。比如发生重大事故时的汽车、火车等交通工具的车门无法开启,紧急疏散门的设计就能确保人员快速撤出,使其不会因为无法开启车门而出现伤亡[18];降落伞由主伞与副伞组成,副伞就是备份,这是一种简单、典型的备份设计。备份设计既方便用户使用,又是一种行之有效的安全设计方式。在危险系数较大的航空领域,这种设计必不可少。飞机的起落架一般都配有两套装置,通常情况下使用的是液压装置,紧急状况下则以手动扳下起落架,显然后一种方式的可靠性更高。美国、俄罗斯和中国的载人飞船都采用了安全设计,有关逃生的关键部件至少配备了两套装置,以应对突发状况。此种安全设计的原则十分适用于高安全要求的产品,所以在特殊领域已被广泛使用。这种安全设计的原则还可以理解为某一产品在满足用户对功能的需求之后,还有另外的用途,即以多种方式实现更多种的功能。比如盛装食品的铁盒,食品食用完后可以盛放其他的物品,于是出现了新的使用功能。
设计师应该充分利用备份设计这种形式,以此提高产品的安全性能。现如今,一些产品的安全问题依然存在,如高层建筑愈建愈多,电梯成了必需品,给使用者带来方便的同时也带来了潜在的风险,故障导致困于电梯内的人窒息的事故屡有发生。设计师应该考虑安装能够开启电梯门的紧急开关,以应对如此的事故。
可靠性是安全设计的基础,所有产品必须具备可靠性,否则设计就失去了意义。设计师应该采取各种方法提高产品的可靠性。如家用小轿车就有许多保障可靠性的设备:防抱死制动系统、自动避撞系统、驱动防滑系统、安全气囊以及安全带等。但因汽车的前轮是主动轮,后轮是从动轮,在转弯时容易出现不稳或侧倾,很容易引发事故,所以法国雪铁龙公司研究出一种后轮随动转向技术(PSS)。其技术是汽车在前轮转向的时候,后轮不会随着前轮一样从动,而是依照前轮的角度调节角度。应用这一技术之后,车身转向时平稳了许多,避免了侧翻的危险——当车辆高速转弯或者变道时,后轮能够根据前轮做出反向偏转,并且可以通过增加转向不足的方式以保持车身的稳定。简而言之,雪铁龙公司研制出的后轮随动技术,兼顾了汽车转弯时的动力与稳定性。
对用户而言,提高产品的可靠性是指能够限制其错误或者不安全行为的发生,这在实质上也是一种可靠的限制性设计。存储卡是当今数码产品最为重要的配件,用户的错误使用可能造成卡槽磨损。设计师就只在其一面设置触点,当用户将存储卡以正确方式放进卡槽时,手指会感受到柔软的反作用力,提示卡的安装正确。反之就会有强烈的反作用力,无法继续插入。用反作用力给用户传达了安装正、误的信息,这样就可以强迫用户记住正确的使用方法,以减少错误使用的可能。又如旅客列车上的三角形异型锁在正常情况下外人无法开启,这就增加了产品的安全性;手提电脑上的六角形异形螺钉帽被设计成弧边,没有专用的工具是很难开启的,这就提高了产品的可靠性。
特殊群体是指肢体残疾、聋哑人、盲人等残障人群以及老年人、婴幼儿等弱势群体,还指有内在缺陷的人,他们都是产品的潜在用户。一些有社会责任感的设计师结合他们的心理与生理特点,设计出专用产品,无障碍设计及概念因此应运而生[19]。比如,拐杖应用于老人与肢体残疾这类群体,调查发现,拐杖在平衡身体的同时也增加了行走过程中摔倒的风险,且概率高达11%,设计师就得关注这个问题。理论上,安全的拐杖应该具备以下标准:第一,长度适宜,使双手能够自然下垂;第二,材料要坚硬而不会断裂;第三,上部弯钩形或斜把形,便于手握;第四,材质的手感好。近些年流行的软橡胶登山杖,就具有较好的护手功能;第五,轻重适宜,过重会增加使用者的负担,过轻会出现漂浮感;第六,防滑,底端附加胶垫圈或用金属加固,避免摔倒时对使用者造成伤害[20]。
近年来特别强调“普适设计”,提出不将那些特殊群体区别对待,设计出能让更多人使用的产品,尽量避免他们在使用产品时产生特殊,使其能同正常人一样被平等看待[21],也就是在心理上给予他们更多的人文关怀。其将普适设计应用于安全设计之中,已有许多的例证。美国后现代主义设计师迈克尔·格雷夫斯设计的不锈钢热水壶(见图6),最突出的特点是壶嘴处有一只小鸟,当壶中的水被烧开时,小鸟会发出鸣叫。这既能让普通人免除守在灶台旁等着水开的麻烦,而且兼顾了特殊人。
图6 小鸟热水壶
无论是无障碍设计或是普适设计,都要将增加产品的安全性作为基本的出发点,这不只是为特殊人群提供便利,更重要的是提供了一种安全生活方式。
生态危机已被世界公认,有学者指出全球气候变暖90%是因人类并正常活动所致。针对这一问题,于是产品追求“绿色设计(Green Design)”。绿色设计亦称“生态设计(Ecological Design)”,是指采用各种手段以减少污染和资源消耗。从本质上讲就是在设计中运用生态学理念,即以生态为设计的核心,考虑产品对生态环境的影响而成了设计师的共识[22]。所以安全设计的可靠性原则反映为关注在制作、使用、废弃的过程中是否对环境造成危害,要尽量选择消耗更少能量、使用更少材料的产品[23]。然而现今有些产品却选用化学合成材料,在制造过程中容易产生有毒废弃物,如造纸时的废水若不经过处理而排入江河,就会严重污染水体;一些产品在使用的过程中也能产生对环境有害的物质,如汽车尾气中所含的一氧化碳、二氧化硫、烟尘微粒可谓是大气污染的元凶;废弃后的产品对环境的危害也不容小觑,如一次性餐具的不可降解性,就是在燃烧的过程中也能产生大量有毒有害的气体。
地球作为一个人类共有的生态圈,要求设计从可持续的高度向人类提供绿色产品,任何污染环境的材料、无节制浪费资源的设计,都应该遭受抛弃[24]。设计师在选取材料时,要尽量采用无毒无害、对环境污染小、方便降解的类型,优先使用可再生资源,提高资源的再利用率,降低材料的消耗量。产品在满足功能的前提下,要简化结构与包装以节约原材料;延长使用期限,将保护环境、节约资源的理念充分运用到产品的安全设计之中。
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