基于设计心理学的固定翼植保无人机造型设计研究

王俊凯

（桂林航天工业学院传媒与艺术设计学院，广西 桂林 541000）

0 引 言

近年来，随着国家对集成化农业机械发展的持续关注，新型农业发展已初具规模，传统的农业机械在设计之初只关注了使用目的而忽略了产品的使用环境、功能与使用情感。固定翼植保无人机作为新型农业生产机械的重要装备，简单的操控与实用性能是产品必备条件之外，还应从用户角度去衡量产品对用户所产生的不同效率与产品的情感化交流，使农户在实际应用过程中满足能用、易用到想用的目的，针对固定翼植保无人机造型设计，应从情感化设计中的本能、行为、反思3 个方面来分析材料、色彩、工艺等方面考虑形态与色彩之间关系，满足不同地域、不同环境、不同人群的使用习惯，同时应兼具创新性、安全性等多重设计需求，满足新型农业现代化生产。

1 固定翼植保无人机在农业生产中的应用分析

1.1 农业生产发展需求与生产方式的变革

《农业农村污染治理攻坚战行动方案（2021—2025 年）》文件中指出：“推广新型高效植保机械，推进精准施药，到2025 年，主要农作物病虫害绿色防控及统防统治覆盖率分别达到55%和45%[1]。”《2020 年农药使用量零增长行动方案》中指出：“淘汰传统喷洒工具，推广新型高效植保机械，包括固定翼飞机、直升机、植保无人机等现代植保机械[2]”，当下农业生产污染治理势在必行。一直以来，我国各类农药使用量都处于较高水平线上，高出世界平均水平约2.5 倍，实际农药利用率约为10%，其中约90%农药被残留在土壤与环境中，对周边环境、土壤、空气以及水体等造成污染，保证“粮食安全”是当下农业生产必须重视的问题，是推行绿色农业的基础保障。

以往的农业机械化生产主要以小型化、个体化为主要生产方式，随着土地集成化的不断推进，以往生产方式已不能满足未来农业生产需求，传统的农药喷洒机械多以人背式或者小型多旋翼无人机为主，其作业效率低，智能化程度低，加之部分飞手对农药配比不了解，再次造成农药使用污染，不能满足未来大型集成化农业生产要求。

1.2 主要应用范围及问题

机械化大生产是农业大国一直追逐的步伐，自20 世纪80 年代以来，科技水平的快速发展造就了当下各种类型的植保无人机出现，其使用品类、机型、数量每年都在快速增长，但依然不能满足当下农业机械化的生产需求，固定翼植保无人机作为多种植保工具于一体的机械，其优良的性能、高效的作业速度与大的载荷量是农业机械化生产中重要的植保工具，能够适用于平原、山地、丘陵、梯田、水田以及其他特殊农业生产区域，能够对经济作物、山林等实现植保安全，并在特殊时期能够应用于防火救灾，保障粮食生产安全与人民生命财产安全。

固定翼植保无人机在实际应用中存在以下优势及不足，优势：舱体溶液载荷大，喷洒面积广，续航时间长，能满足不同地域生产需求；性能稳定，需定时进行机械保养；应用范围广，满足多地形作业要求。不足：受场地起降限制程度高，需固定机位跑道；购买费用高，成本投入大；飞手数量少，不能满足当下作业需求；大量载人改装机型，不能形成统一的社会性语义符号。

2 基于设计心理学的固定翼植保无人机设计思路

2.1 设计心理学概述

美国认知心理学家唐纳德·诺曼(Donald Arthur Norman)主张在设计中，首先要明白设计对象想要干什么，再从不同角度去分析用户对产品使用中期待什么[3]，从而集多重问题进而逐个解决，以此满足用户需求，这样不仅可以理性的帮助用户解决产品需求，更好地帮助其解决情感需求，增强产品与用户之间的默契关系，设计出用户想用的创新产品，并把新技术、新方法应用到设计当中。

设计心理学是以人为本的通过探索分析去解决生活、生产中出现的显性、隐形待解决的设计相关问题。人本主义心理学家马斯洛在“需要层次”理论中告诉我们，设计不仅需要满足使用基本功能，还要从用户行为出发观察分析用户，多角度的去发掘产品与用户之间的情感关系[4]。工业产品设计作为“需要层次”内容的一部分，产品能用、易用是基本条件，即本能、行为两个条件，想要更加深入地发掘用户，让产品达到用户想用的目的，是产品设计的最终目的即产品的情感意义——反思，例如大疆无人机系列，每款新机的发布都会吸引爱好者争相体验购买，该产品从材质、造型、色彩、功能等多方面传递给用户信息，满足不同用户需求，同时又以不同的系列满足不同阶层用户需求，更好地诠释了产品情感的意义。在产品设计中不仅要考虑产品形态，更要从人的心理角度出发分析观察人的习惯、直觉等行为方式，再依据产品的造型、色彩、工艺等结合以用户为中心的设计原则，从产品的材料、结构、功能、工艺、色彩涂装等方面获知人对不同产品的需求满足感，以达到产品最优设计状态。

2.2 基于设计心理学在固定翼植保无人机中的设计思路

固定翼植保无人机作为农业生产工具，首先应满足农业基本的防虫、防病需求，并分析用户对固定翼植保无人机的期待值以及想法，多地域、多方面求证其在农业生产当中的作用，并结合以用户为中心的设计原则，运用情感化设计理念综合考量固定翼植保无人机形态、结构、功能、色彩等多方面区位因素创新设计理念，满足不同区域农业生产需要实现固定翼植保无人机的社会性语义符号达到产品造型目的，固定翼植保无人机设计思路模型如图1 所示。

图1 固定翼植保无人机设计思路模型

3 设计心理学在固定翼植保无人机中的设计实现分析

3.1 设计需求定位分析

通过情感化设计对本能、行为、反思3 个层次的综合分析，对固定翼植保无人机的造型理念创新，设计出具有情感化新型植保无人机，根据不同需求对象的预期，固定翼植保无人机应符合大面积以及复杂地形农业生产种植活动，造型风格应有一定的仿生设计元素融合，满足社会性语义符号“农业”这一特色。其次造型与外表涂装应以简洁明亮为主，满足农业生产空域视觉识别，功能应满足基本高效安全作业需要，多环境地形作业需要，短道起降需要，材料应满足易加工、价格低、批量化生产需要，维护保养应满足检修便捷、零件配比通俗化，以应对不同农业生产需要，同时兼具部分农业消防以及故障自救功能，结合上述目标，固定翼植保无人机应是兼具优良性能于一体的现代化新型农用型植保无人机。

3.2 材料使用满足设计

材料是产品塑形的基本条件，是产品的功能实现结构搭建的基础，也是用户看得见摸得着的基本外观，好的材料会给用户以愉悦轻松心情，质地差的不仅不能保障机器运作安全，还会带给用户各种问题，固定翼植保无人机因其作业环境与结构的限制，在材料选用上应以易于加工可塑性高的材料为主，运用本能层次理念的自然法则，对比以往轻型固定翼机型材料应用与结构分布，固定翼植保无人机更适合材料轻、结构强的北美云杉，结合现代材料碳纤维，延续以往轻型固定翼无人机结构塑形标准，经过脱模设计出机身结构造型，然后对其机翼进行蒙皮，达到质轻与载重的目的，对部分强度要求高的以轻质金属材料配合达到强固结构目的，同时兼配易于采购的复合金属材料达到减重增强结构效果，满足固定翼植保无人机的结构、强度、塑性等多方面需求，同时为加工、运输等提供便利，满足人与自然的和谐共处法则。

3.3 色彩涂装具有辨识度

色彩是产品的第二生命，色彩影响着人大脑感知与情感交流，外观形态与色彩的融合对不同人群产生不同的色彩感官，有效的色彩配比应用可以让更多的人对产品产生共鸣，产品色彩的冷暖是人赋予产品不同角色情感的倾注。例如：白色作为无彩色系中最易识别的颜色，是产品色彩涂装中最常见的颜色之一，也是用户对产品情感化关注反馈的结果，其次就是彩色系中的各种颜色变化，明亮鲜艳的颜色不仅是以产品形态为象征进行颜色涂装，更多的是满足用户对产品、颜色的情感融合[5]。固定翼植保无人机作为农业生产工具，具有生命、丰收、安全等象征意义，艳丽的色彩是其赋予生命本质的重要条件，也便于田间观察与操控，同时还能有效预防“入侵机”情况的出现，经过比对以往农业生产工具与色彩对人视觉情感变化，在色彩选用当中，因橙色是警戒色，同时具有阳光、活泼的特点，使其联想到丰收、满足等意义，固定翼植保无人机选用橙色作为其色彩涂装的主色系搭配白色以追求在色彩涂装中达到产品造型与色彩情感化、统一化。

3.4 基于设计心理学的固定翼植保无人机的造型设计实现

产品造型设计的不同往往会影响用户的心理变化与情感变化，产品在设计之初就应本着以用户为中心的设计，将产品的情感化理念更好地融入到有吸引力的东西，将产品与环境、用户三者有效融合设计出想用的产品，即产品直接层次中的产品功能集合满足人们情感需求与多样化自我需求。固定翼植保无人机造型设计理念应遵循这一基本原则，融入部分仿生造型元素理念，如鲨鱼、海豚流线型较好生物形态进行更好的情感化设计，增加产品趣味，增添农业生产乐趣，使农户在使用中也会联想其产品与生物之间关系，以此可以增加产品与农户之间的情感交流。固定翼植保无人机造型不仅是解决形态问题，还应考虑未来农业生产发展当中机型应当符合社会性语义符号“农业”特色形态，为以后固定翼植保无人机设计树立标杆，使其部分形式趋于统一，有助于完善对“植保型无人机”识别管理。

固定翼植保无人机是以人为主导、为人而服务的农业生产新型式生产工具，在材料与工艺追求上应以产品自然使用本质为本，易装配、加工方便结合多种复合材料（碳纤维、合金部件）实现造型的统一性、创新性，运用以用户为中心的设计法则保持原有结构，为产品提供心理情感手段，满足用户需要，根据各部件设计需求，运用新技术将以往看不见的机械部位显现出来，增加固定翼植保无人机的起降控制能力（为其机翼增加前翼机械变形翼，如图2 所示）以及机舱底部的红外摄像与高清摄像满足不同农业生产病虫害评估与喷洒需求，色彩涂装以橙色、白色为主搭配空域警示灯，满足用户与空域识别需要，以及遇突发情况减少无人机的最低损害率于一身，设计紧急排液口，在遇险情时可以快速在空中排出舱内存液，保障飞机与地面建筑等最大程度安全的社会性语义符号性“农业”特色植保无人机，固定翼植保无人机产品造型展示如图2 所示。

4 结 语

通过对农业大型集成化生产为设计突破方向，运用以用户为中心和情感化设计层次需求理念为指导法则，实现了固定翼植保无人机的造型设计研究。文章以未来农业发展为基本，分析了设计心理学在固定翼植保无人机造型设计当中应用，以用户为中心的设计理念实现了固定翼植保无人机情感化设计需求与功能设计需求，满足了农业生产要求并实现了用户与产品之间的情感化交流。

图2 固定翼植保无人机产品造型展示及应用场景