海水淡化产品系列设计

潘春佑，李 露，王可宁，薛喜东，冯 涛，安子韩，徐国荣

(自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

成套产品设计是工艺、结构、色彩、材质、标识、文字、比例的结合与统一。随着海水淡化技术的完善[1-2]，人们对海淡产品的附加需求不断升级，不同的人群和使用环境决定了海淡产品的风格样式多元化。成套产品的设计风格源于生活，并在生活的沃土中得到滋养，最终又回归生活体现自身价值。风格存在的魅力在于提升产品的附加值、调动人的购买欲、提高品牌的认知率和辨识度，所以，企业对自身产品形象的定位极为重要。在成套产品设计中，定位既是设计的风向标，更是市场需求的价值取向。好的设计定位，将决定产品的适用度和销量，定位及风格的确立，是企业实施品牌战略的关键因素[3-4]。

1 趋势分析

国内常见的海水淡化装置主要以半裸露式钢架结构为主，具有噪音较大、操作复杂、结构单一等问题[5-7]。而市场中的主流消费群体是不具备海水淡化专业知识的，那么针对无海淡知识的大众人群而设计的智能化淡化装置应运而生。所以，降躁、降低操作难度、提升智能化自动化将是未来的重要发展方向之一。

2 设计展开

2.1 设计定位

人群，无海淡知识的大众群体；

环境，岛礁、舰艇、海上平台、限高环境等空间资源紧张的使用环境。

2.2 设计参数

系列装置采用“PP棉+反渗透淡化(RO)”工艺，具体参数及选型见表1。

表1 设计参数 Tab.1 Design parameters

2.3 草图绘制

设计采用了商务风格，通过近似的颜色配比和框架结构产生视觉上的统一性，如图1所示。装置拟采用钢架全包结构；触控屏幕和产水取样口置于正面，当装置维修时将通过侧开的方式打开；为避免用户操作时受到外接管路干扰(避免操作时产生躲避管路的动作，即避免非舒适操作状态)，将外接界面和加药箱投料口置于侧面。

图1 设计草图Fig.1 Design sketch

2.4 三维设计

使用Rhinoceros和KeyShot三维设计软件，设计出仿真三维效果图，如图2所示。

图2 效果图Fig.2 Simulation effect diagram

3 设计说明

3.1 电控设计说明

该套设计的控制系统基于PLC(Programmable Logic Controller)+HMI(Human Machine Interface)技术。以高精度高可靠性的PLC作为自动化控制的逻辑控制器实现装置电气设备的逻辑控制，结合HMI人机交互技术将PLC内部信息直观的提现出来，通过其完成用户和控制器的信息交互。该技术其具有直观简洁，控制灵活，可靠性高等特点，是目前中小型系统的主流控制技术。通过电子仪表和电动阀门监视并操控各个元件，提升装置的自动化、智能化，实现“一键式操作”，降低了操作门槛更加亲民。

3.2 介面设计

由于系列装置的各个界面基本一致，15 t/d的装置界面更加直观，下面以15 t/d装置为例进行设计阐述，如图3所示。

图3 介面设计Fig.3 Interface design

装置正面主要是四个区域：控制区、采样口、投药窗、阀门外接界面，主要操作区都在一个平面上，且不受互相的干扰。由于15 t/d装置不适合立置膜排列结构，故而采用平置，并在侧面增设了观察窗、维修窗口、高置的外接电源口。系列装置总高度2 000 mm，在推运情况下适用大部分限高门廊。由于外接界面管路紧凑，结构相对脆弱，考虑到运输时装置的外接头容易因刮蹭而受损，设计师采用内凹的界面结构，将所有阀门和外接头置于凹槽内，对外接界面形成了有效的保护。

3.3 立置换膜设计

在岛礁、海上平台、舰艇等空间资源较为紧张的环境下，5 t和10 t的装置采用立置膜结构可以大幅减少占地面积，提升空间利用率，但是在限高工况下，立置膜排列结构的装置在换膜时相对繁琐。首先要进行管路拆解，其次拆卸压力容器，然后才能把旧膜取出进行更换，最后再把压力容器固定并重新连接管路。这种换膜流程不仅复杂，还对维修人员的体能和耐力要求较高。因此，在该系列装置的设计中，5 t/d和10 t/d的装置采用后仰平置结构，将最大换膜的操作高度限制在2 200 mm，解决了在限高工况下装置的膜更换问题，而且不必拆卸压力容器，减少了操作步骤。示意图见图4。

图4 示意图Fig.4 Diagrammatic sketch

3.4 视觉传达

如图5所示，在平面设计中，触控取样界面作为主要共性元素，LOGO和文字作为辅助，在黑色哑光材质的烘托下产生共鸣，形成了统一的设计风格。在沉稳厚重的黑色身躯中闪烁着醒目而神秘的光辉，伴随着装置运行状态的改变而发生变化，让黑客商务风格又增添了些许时尚与科技感。装置的主要色光变化是红黄蓝三种：红色为故障预警，提醒用户装置处于异常状态，屏幕会分析元件故障原因并伴随警示音(G1251.1-89 促发声)；黄色是休眠待机，随时可被唤醒启动，可预设启动时间和运行周期；蓝色是正常运行状态。

图5 海报Fig.5 Poster

3.5 人机设计

在成套产品设计中，加入了人机工程学原理，并参考相关标准提升操作舒适度，具体标准：《人类工效学——工作岗位尺寸设计原则及其数值GB/T 14776-93》、《GB-12330-1990-体力搬运重量限值》、《工作场所的险情信号 险情听觉信号G1251.1-89》。在人机设计中，主要操控区域具有优先权，所以，将触控屏幕和产水取样口至于前端。装置触控屏幕、产水取样口、外接管路面板为常用人机界面，按照立姿作业空间垂直方向布局尺寸的划分，在700 mm～1 600 mm高度的范围内适合安置常用界面。而1 600 mm～1 800 mm高度的范围为非常用界面，于是将加药箱投料口设置在1 650 mm，如图6。而触控屏幕设在最佳垂直观察视野内。此外，5 t/d和10 t/d装置设计总重量不超过300 kg，符合标准限定的单人推拉移动最大限值。

图6 尺寸图Fig.6 Dimension drawing

4 结论

该套设计站在人机工程学角度，对海淡装置进行设计补充，并在明确定位下，将统一设计风格引入成套海淡装置研发。对明确的使用环境、人群、条件，进行精准的设计定位，通过改变材料、结构、形态、色彩、表面加工及装饰等方法对成套海淡装置进行系统设计，具有节省空间、便于维护、操作简单、外形结构协调统一的设计特点。

项目以人机工程学为基础，将人性化、智能化、绿色设计等理念融入装置设计中，提高了用户体验的舒适度并大幅降低了操作难度，实现了装置的使用价值。而商务风格的成功运用，将视觉、触觉、听觉等感官进行了融合，在心理层面提升了装置的欣赏价值，是海淡技术在商品化道路上迈出的重要一步，为后续开发船用淡化装置、海上淡水补给站、中小型系列商品化装置打开了设计思路。