基于符号学的大型机械设备外观涂装设计

李晨，干静

基于符号学的大型机械设备外观涂装设计

李晨1，干静2

（1.四川大学 艺术学院，四川 成都 610065；2.四川大学 机械工程学院，四川 成都 610065）

为提升大型机械设备涂装的装饰效果和形象传达效果，基于符号学理论，提出涂装的装饰图案设计方法：首先进行设备外观和功能分析，明确涂装部位和设计风格；然后在符号学理论的指导下进行符号元素的选取；最后结合符号学理论和视觉形态抽象方法来对符号元素进行视觉表现。通过航空发动机离心机涂装设计实践验证这一方法的有效性。实践证明该方法起到了外观美化、彰显设备特征、企业形象传达的效果，对大型机械设备的外观涂装设计具有一定的指导意义。

大型机械设备；涂装设计；符号学；符号元素；形态抽象

大型机械设备的外观形象，代表着企业的品牌形象和价值，随着装备制造业的迅猛发展，人们对产品的视觉效果要求越来越高，希望产品具有独特的形象特点，同时满足人们的审美需求与精神文化需求。然而大型机械设备的外观设计往往受到各种因素的制约，如外观造型在力学方面有严格的要求，色彩、质感受外观件材料或成本约束等，导致了设备存在外观生硬、质感粗糙、配色陈旧的问题，并没有与其高精尖的技术特点相匹配，不符合当代审美需求。所以在各种条件约束下，许多设备的外观优化和形象设计就迫切需要采用涂装的方式，来增加其美观性。如何有效提升涂装的装饰效果和形象传达效果是当今大型机械设备外观设计最重要的关注点之一。

1 机械设备外观涂装设计概述

涂装是指采用相应的涂装技术将涂料喷涂于设备表面上的一道工序。涂装能够对设备表面起到防腐防锈等基本的防护作用[1]。同时，涂装形成的色彩和图案、产品品牌信息等，也有利于改善大型机械设备的外观。从工业设计的角度看，合理应用涂装能在众多约束条件下有效改善设备的视觉效果、修饰改善设备形态，体现设备的领域特征。涂装的内容主要包括主色调、信息文字、logo和装饰图案这几种类型，并将这些类型相互结合、搭配，来完成整体的设计。如表1和图1所示。

国内大型机械设备涂装历经了多个阶段的进化。20世纪70年代，顺应时代潮流，多采用军绿色为主色调的涂装；20世纪八九十年代，在涂装上很少考虑外观美化，多数以单一色系为主，多采用工程黄等醒目的功能性色彩，并未有效改善其生硬、笨重的外观形象；进入21世纪，外观涂装已进入多样性发展的阶段，人们越来越注重机械设备外观装饰与品牌形象的表达，这些需求正变得与功能需求同样重要。

表1 外观涂装类型案例

图1 外观涂装类型案例

设备色彩通过主色调的选择、主辅色彩搭配以及喷涂区域的划分来形成。色彩第一时间形成外观装饰基调和品牌色彩传递效果，并达成警示、缓解视觉疲劳等功能作用。信息文字的涂装，即将文字涂装于设备之上，以起到企业宣传、型号说明和警示等功能性作用。logo涂装首先是为了彰显机械设备的品牌归属，其次还能起到一定的装饰效果，logo涂装的设计一般以企业logo单独涂装或与简单几何形的搭配来完成。logo与信息文字的涂装，都是起到直接的信息传递作用，在提升外观形象的作用上略显不足。装饰图案的涂装则是通过点、线、面和图案的组合，布局于设备表面，具有较强的装饰效果，与设备的外观、结构相配合，起到外观美化、衬托产品造型、突出产品整体风格等作用。

国内现有研究多聚焦于大型机械设备的色彩应用上，运用了诸如色彩的量化提取、感性意象理论、模糊评价等方法来指导外观涂装色彩的设计实践，对涂装的装饰图案设计研究的文献较少，而实际应用对象广泛、数量巨大。

近年来，随着水性涂料、粉末涂料等新材料和新技术的应用，许多个性化的图案装饰效果也能够实现，越来越多的企业开始在工程机械、交通工具等的设计上，应用装饰图案的涂装[2]。装饰图案的应用，能够给涂装信息的表达提供更多可能。如图2所示，2020年意大利设计师在CIFA公司的搅拌车上探索了将科幻电影、绘画、流行文化元素与涂装设计相结合，这种跨文化的装饰图案涂装具有强烈的视觉冲击效果和文化内涵表现力，但此类设计要真正全面应用于产品，还有涂装工艺和成本的限制。

在主张个性化、精神文化属性的时代，设计师需要引入能满足人们需求的新理论和新方法来指导设计实践。本文意在运用符号学理论，使可以在注重内涵和形象表达的背景下，从一个新的角度来指导大型机械设备的装饰图案的涂装。

2 符号学理论简析

2.1 符号分类的主要类型及其作用

符号学于20世纪初期被语言学家索绪尔和符号学家皮尔斯提出，他们对符号学进行了科学的解释和划分，使符号学理论形成了一个较为完整的体系，自诞生以来，广泛应用于各个领域。符号普遍的理解为代表或表现其他事物的对象，即符号可以被他人理解。一个完整的符号由两部分组成，即符号的能指与所指。能指是符号的显示部分（表现出来的形式），所指是被表示的部分（符号的内容、内涵），这两个部分所结合的作用即为信息的传达[3]。

图2 CIFA搅拌车涂装设计探索

皮尔斯提出了一种最为根本的符号分类法，即根据符号的能指与所指之间的关系来分类，它由类象符号（图像的能指与所指之间具有形象相似的特征）、指示符号（这类符号特性在于表示事物本身所涵盖的意义与因果关系的性质）和象征符号（符号的能指与所代表的事实之间有着约定俗成的关系）组成[4]。这种分类法的三种类别之间并不是相互独立，而是具有一定的演进关系。这个演进关系由类象符号的形态相似性演变成象征符号约定俗成的象征性，即结构相似的类象符号所传达出来的内在精神和语义被人们所认知和接受，最终演化成象征符号[5]。

2.2 符号学在涂装设计中的应用

在大型机械设备外观设计中，符号是以具有图像性的视觉符号呈现的，具有非常重要的传播与沟通功能，成为了表达设计思想和文化的媒介，赋予了设计对象隐喻和象征[6]。具有符号性质的视觉形象通常都具有装饰效果，给人视觉上的美感，同时能够清晰传达出产品的功能、内涵信息，所以大型机械设备的外观涂装设计，可以理解为利用视觉符号在设备上传递语义信息、文化内涵的一种外观形象设计。合理地应用符号学理论可以让设备具有显著的信息传达效果，同时给涂装带来更多意义，能让人在理解符号的内涵和象征意义后产生情感认知。因此，基于符号学理论的涂装设计方法，为解决当今用户对于大型机械设备精神属性、企业文化等形象表达的需求提供了可能性，需要加以探讨。

3 基于符号学的涂装设计方法

3.1 大型机械设备的外观形态与功能结构分析

大型机械设备外观结构复杂，并不是每个部位都适合涂装，所以设计者首先需要对外观形态进行分析，以确定涂装的部位。在这一阶段，将设计对象按照功能模块、装配关系划分区域，明确它们之间的相互关系，然后进行涂装承载面的选择和划分。设备的功能体现了它的核心价值，只有充分了解设备的功能与工作原理，才能为之后的符号元素提取和设计风格把握提供更清晰的方向。

3.2 视觉符号元素的分析与提取

一个符号形态的图像性，需要关联与之相关的构成要素的形象，在提取设计元素的过程中，尽量选择与该设备相关度较高、能够突出大型机械设备形象特征的符号元素作为创作原型。能够应用于机械设备的外观涂装的元素有如下几类。

（1）与设计对象相关的机械原理

将熟悉的机械结构、科学原理通过类象符号或指示符号的方式表达出来，能够让人快速地理解产品的功能、运作方式，可以满足涂装对产品功能、形象传达的需要。“转动的齿轮”这一机械结构通常被用于表达手机、遥控器等产品的“设置功能这一概念。空气动力学等科学原理常常被联系到设计中，很多高速列车都会在车身上采用流畅的线条涂装来烘托造型，连续、流畅的线条贯穿整个车身，与列车基于空气动力学的外观造型相呼应，表现出了高速列车的动态感和速度感。

（2）大型机械设备所处环境

任何产品都不会脱离环境独立存在，因此可以从设备的工作环境或使用条件中寻找设计灵感，从其中挖掘出能指代或关联设备形象的符号元素。此类的设计元素通常没有一个具象或固定的造型却又与设计对象息息相关，如“气流”、“山川”、“海洋”，在设计中可以通过对这些元素的形象特征进行抽象表现，来体现出它们的特性，传达语义信息。

（3）文化

从企业文化、地域文化、民族文化中提取的符号元素可用来传达特定的涵义，让人产生情感认知，激发人们对涂装形象的情感认同和文化归属感[7]。德国的高速列车用沉稳的色彩搭配，大面积的主色调搭配低调的车身修饰线条，从而让人产生沉稳、规则的视觉感受，彰显了德国严谨、理性的民族性格。文化符号在飞机涂装的设计上也应用广泛。飞机外观涂装的视觉冲击力强，且传播迅速广泛，不论是影视信息，还是传统节日活动，都用抽象或具象的图案涂装于飞机表面，向人们进行信息的传递和情感的沟通。

（4）象征时代的先进科学或技术

将先进的技术表现于产品之上，能够让使用者切身体验到产品的科技感。20世纪20年代前后流行流线型风格，正是因为当时应用科学的极大发展给汽车、航空业带来了进步，使得流线外形成为了科技先进的一种代表，拥有流线型外观的产品，会让消费者产生一种认同感。这种具有象征性的设计风格至今仍然在影响着现代设计。

3.3 视觉符号的简化和抽象

格式塔心理学中的视知觉理论阐述了人的视觉感知更倾向于把复杂、具体、不确定的形象“简化”成一个简洁、抽象、明确的形象，人的视觉在面对抽象形式的同时也会联想起具体、现实的事物，并激起相应的情感[8]。因此，将设计元素抽象为符号化的图像，能使视觉形象更加简练易懂、联想空间更大，在提升视觉效果的同时，带来更丰富的语义和内涵信息。但视觉符号的抽象程度会直接影响信息传递的效果。过于具体的图像会限制语义或内涵的表达空间；而仅仅考虑符号的象征性，完全剥离符号元素原有的形态，过度抽象化，会导致信息表述过于隐晦，难以被解释和接受[9]。

所以设计师在对符号元素进行简化和抽象的过程中，要尊重符号元素的客观规律，使在起到装饰效果的同时，通过形态的相似来进行设计寓意的传达。这样抽象简化后的视觉形象与选择的符号元素在结构上仍然具有一定的相似性，所以符号的形式（能指部分）和内容（所指部分）之间的关系是紧密联系的。

视觉符号形态抽象过程为：

（1）把握符号元素最富有特征的视觉形态进行简化；

（2）对简化后的符号元素进行变化和重组；按照3.2小节方法选取符号元素的过程中可能会选择一个或多个元素，多个符号元素的组合能够让视觉形象传递更丰富的内涵。

如图3所示，中国探月工程运载火箭涂装，巧妙地将几种不同类别的符号元素重组，表现出了多样的精神内涵。该图案提取了代表中国传统文化的书法笔触与月亮轮廓相结合，勾勒出了一轮具有书法韵味的弯月来体现中国传统文化。灰色脚印图案的元素取自人类第一次登月留下的脚印照片，与“弯月”结合传达出了探月工程的最终目标——以中国人的身份完成登月，也是对人类首次登月的一种致敬。

图3 中国探月工程运载火箭涂装

（3）遵循对称与均衡、过渡与呼应、比例与尺度等形式美法则[10]，以抽象的手法来构建图案形式；并结合机械设备涂装承载面的外形或设备整体造型，进行统一意象整合表现和细节的优化，形成一个新的含有一定象征意义的视觉形象。

4 离心机涂装设计实践

为了论证第3节所提出的设计方法，进行了设计实践，对象为航空发动机离心机，涂装方案的设计思路和过程如下。

（1）离心机的外观形态与功能结构分析

从离心机的外观形态来看，其转臂、配重块、盖板金属壳体的紧密连接导致侧面的机械结构被金属盖板完全隐藏，使该外观成为了一个黑箱化的状态，难以去理解它的功能或技术信息，也不会通过外观造型产生更多情感认知。离心机转臂的侧面结构简单、较为平整，且是离心机最主要的结构之一，可以作为涂装形象的承载面。该离心机主要用于航空发动机的相关测试，通过离心机的旋转来模拟发动机在飞机飞行时的各种加速度环境，其特有的功能体现了它的核心价值，所以机身的涂装上会考虑带有速度、力量和科技感的设计。

（2）符号元素的选择

在进行了多次符号元素的提取和比较后，选用了涡扇航空发动机作为创作原型。现代涡扇发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮叶片和尾喷管等结构组成，其中，涡轮叶片是发动机最具代表性的外观部件。经反复比较后发现，涡轮叶片的正面轮廓为中心对称，更具有装饰性，如图4所示。以涡轮叶片的正面轮廓作为涂装的主要符号元素，并从涡扇发动机的工作条件中提取了“气流”的概念作为另一个符号元素。

图4 涡扇航空发动机的各个视角

（3）两种符号元素的抽象与整合表现

对涡轮叶片和“气流”元素进行特征化处理并以折线线条和多边形来进行视觉设计，构建象征航空发动机的符号化视觉形象，如图5所示。

图5 涂装形象的抽象构建过程

在视觉符号的抽象过程中，首先简化了涡轮叶片的数量和形状，在不影响形态相似性的前提下，使图案更加简洁。气流的概念则用流畅的线条来表现。将两种简化后的元素进行重组，因为涡轮叶片的曲线轮廓与离心机造型不匹配，且曲线形象并不能表达出离心机的力量感，而平直的线条则对于体现力量感和速度感均具有很好的效果，所以在迭代过程中采用了直线来进行设计，将符号元素抽象成由折线线条和多边形构成的图案。最后将图案与离心机的转臂轮廓进行匹配并优化细节，让整个图案具有一定的旋转动视效果。输出的装饰图案与离心机的外观造型和机械化的形象特征均具有较高的契合度，兼具力量感、速度感与活力感，也能传达出离心机作为高科技机械设备的形象和企业对于先进发动机技术研究的不懈追求。

在离心机的配色上选择了代表简洁和现代的白色为主色调，图案色彩选择与企业logo相近的蓝色，呼应科技、沉稳的企业形象，并对色彩进行渐变处理，赋予涂装节奏和韵律。在滚转框的涂装上则选用了红色这一带有警示功能的色彩。设计效果如图6所示。

5 总结

本文基于符号学理论与视觉形态抽象理论，提出了大型机械设备的一种外观涂装设计方法，并应用于设计实践中，期望能够利用符号学理论来使大型机械设备涂装在满足外观美化的同时，也能够具有传达企业形象、产生情感认知的功能，满足人们的精神文化需求。该离心机的外观涂装设计方案已得到甲方的采纳，应用于实际的项目施工中，所以通过符号学理论来指导大型机械设备的涂装设计具有一定的可行性。

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Appearance Coating Design of Large Mechanical Equipment Based on Semiology

LI Chen1，GAN Jing2

( 1.Arts College, Sichuan University, Chengdu 610065, China; 2.School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

In order to improve the decorative effect and image transmission effect of mechanical equipment coating, a decorative pattern design method for coating is proposed based on semiotics theory. Firstly, the appearance and function of the equipment is analyzed to decide the coating parts and design style. And then the symbol elements are selected under the guidance of semiotics theory. Finally, the semiotics theory and visual form abstraction method are used to design the symbol elements. The effectiveness of this method is verified through the aero-engine centrifuge coating design. Practice has proved that this method has the effect of beautifying the appearance, highlighting the characteristics of the equipment, and conveying the corporate image. It has a guiding significance for the appearance coating design of large-scale machinery and equipment.

mechanical equipment；coating design；semiotics；symbolic elements；morphological abstraction

TB472

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.05.010

1006-0316 (2021) 05-0068-07

2020-12-03

李晨（1996－），男，四川成都人，硕士研究生，主要研究方向为工业设计，E-mail：641894996@qq.com；干静（1968－），女，重庆人，博士，教授，主要研究方向为产品创新设计理论、计算机辅助工业设计、机械设计等。