发动机造型设计中线性特征的家族化构建研究

周连超 尹召阳 崔凯

关键词：发动机 造型设计 工业设计 线性特征 家族化

引言

近年来，发动机行业发展快速，行业中不同企业在技术、工艺等方面的差异越来越小，形式与功能相似的产品大量涌现，发动机同质化现象愈发严重。在参与潍柴高端系列柴油机开发的过程中，了解到当前国内的发动机厂家在发动机开发过程中更多的是关注结构、性能及可靠性方面的提升，在发动机工业设计和理论研究方面还处于相对滞后的层面，特别是与配套的整车厂相比，在家族化设计方面基本上属于起步阶段，在一定程度上影响了整车及自身的品牌形象。在新产品研发过程中，工业设计应提前介入发动机整机研发，不仅仅是外观造型方面的提升，应该包含更多文化、品牌、产品族构建等内在要素。

针对这一问题，提出了发动机造型设计中关于线性特征的家族化特征提取、表达及创新设计思路，从家族化视角下思考如何进行发动机工业设计，突破了原有发动机外观设计中只注重技术性、可靠性、造型美感的思维误区。在新产品开发过程中，采用基于线性特征的家族化设计方法，实现面向不同系列、不同型号的发动机家族化工业设计，在延续现有产品设计风格的同时创造性的进行产品形象提升，构建发动机工业设计的范式流程，形成以线性特征为核心的发动机家族化系统形象建设。

一、产品的家族化线性特征

在工业设计中，家族化设计可以定义为针对市场或产品需求而形成的具有一定识别特征的产品范式设计，在设计活动中通过赋予产品特定的特征、功能、模块等，衍生出一组或一系列具有相同或类似的识别语意，形成自身独特的品牌形象，在产品更新换代过程中进行延续、继承，满足用户多样性、个性化需求的同时保持其自身独特的品牌特性。

在产品的造型构成要素点、线、面中，点对造型语意的表达不够充分，面虽表达的语意较全面，但其特征不易提取，而线是由点组合而成，多线排列又可形成面，因此“线”在点和面之间可起到“桥梁”的作用，通过线形的形态变化可传达出不同的情感语意。在产品的族系化构建及更新换代过程中，将固化的线型符号在产品设计中加以延续，形成产品特有的家族化基因，进而传达产品的设计理念，加强受众群体对产品品牌的认知。

一些发展比较成熟的企业如宝马、小米等，旗下往往拥有不同的产品及子品牌，而不同系列的产品之间通常具有类似的功能模块或形象特征，品牌特性较易被用户识别，由此可以见，家族化设计语言的构建在产品的更新换代和品牌形象延续中起到了至关重要的作用，而家族化设计语言的形成，就是一个品牌与用户长期持续沟通的过程，在这个过程当中，设计人员需要不断挖掘品牌及目标用户群体的需求，寻求产品语意传达与用户诉求的共鸣，而这种精神情感层面的交流就是一个编码与解码的过程，也是家族化特征探索和设计语言构建的过程。

线型特征的家族化构建是一项系統化工程，它综合了科学性、技术性与艺术性等多个方面。作为拥有10 0多年发展史的知名企业，宝马的家族化设计较其他汽车品牌相比，在线性特征的应用中最具代表性，在标识隐藏的情况下，可以通过其代表性的线型特征，官方也称为“双肾进气格栅”，识别出宝马品牌。如图1所示，其旗下产品在不同时期及产品更新换代过程中延续并保持了相似的轮廓线特征，使产品在外观上具有共同的家族识别基因，延续了其品牌文化，由此可以看出基于同一品牌不同系列的产品线性特征，可以使产品在更新换代的同时既存在共性又具有一定的品牌识别性，进而满足市场的多样化需求。

二、发动机的造型特征属性

发动机作为汽车的核心零部件，随着时代的发展及技术的不断迭代，在满足功能实现的基础上，用户开始关注发动机的操作便利性、维护舒适度、人机交互及外观形象等，特别是感性工学及情感化设计在机械行业的应用，为发动机工业设计进步提供了重要的参考价值及发展空间。

发动机工业设计是在整机布置、燃油系统、进排气系统、运动件系统、冷却润滑系统、机体缸盖设计等基础上构建起来的一种兼具创新性及拓展性的设计活动，在发动机整个设计链条中处于统筹规划的作用。相对于其他家电类或者工程机械类工业产品而言，发动机零部件种类更为繁多，特征提取也更为复杂，从工业设计角度出发，我们可以将发动机分成顶部的气缸盖罩、中间的外围配附件，以及底部的油底壳等组成部分，如图2所示，在进行发动机工业设计的过程中应在整机布置紧凑的基础上把控好整个产品的设计风格，做到各个零部件与系统之间的协调统一。

发动机新产品开发中的外围配附件主要以外协件为主，且不同机型、不同应用领域的整机布置也不相同，相同语意基因的提取较为困难，导致无法形成有效的、统一的识别特征，而从整车、整机识别角度看，发动机底部的油底壳隐藏较深，识别较为困难。而顶部的气缸盖罩位于整个机器的顶部，在维修或维护时较容易被人眼捕捉，是整个发动机的第一识别的部件，其重要性如同汽车前脸，代表着整个机器的设计风格及形象品质，可作为家族化线性特征传达的主要载体，基于这一理论，对发动机进行线性特征的家族化构建研究具有一定的创新性及可实现性。

在关注技术的同时，建立以“人”为中心的家族化识别评价模型，可作为发动机工业设计提升的一个突破口，包括购买者、使用者、维护者以及生产厂家四个维度，形成统一的家族化设计语言，在当前市场上发动机形象同质化严重的情况下，基于线性特征家族化建立符合自身形象的产品设计风格，打造高端品质，提升产品的识别性。

三、发动机家族化识别

（一）国外发动机工业设计发展。国外的一些发动机企业经过多年发展，无论在技术实践方面还是在发动机工业造型设计方面都已经积累了较为充足的经验，例如德国的Man及MTU、美国的康明斯等，并迅速成长为全球知名的发动机品牌，且各自都成为了本国具有代表性的发动机品牌，迅速拉开与国内外竞品之间的差距。

此外，国外发动机厂家在注重发动机动力性、经济性、稳定性的同时，也极其注重产品美观度、用户体验度以及品牌文化的构建。国外的发动机制造及研发机构MAN、SCANIA、VOLVO、MTU等，在产品外观方面已形成了各具特色的设计风格，提升了企业和品牌形象。如MAN这一发动机厂家，其发动机在外观风格上具备极强的产品辨识性，摆脱了工程机械类产品呆板、呆滞的固有印象，已形成独特的家族化设计风格，符合其高端定位及现代审美趋势。相较于MAN机，SC ANIA发动机的整机外观造型则较为规整、理性，外围零部件及整体设计简约大气，带有明显的北欧工业风格。

（二）潍柴发动机工业设计发展。潍柴动力始建于1946年，经过75年的快速发展，如今已成为世界上主要的发动机研发制造企业。潍柴动力自2014年引入工业设计开始，全系列轻型、中型、重型、大缸径等新产品开发均进行了工业设计评审，工业设计在研发环节的引入大大地提升了潍柴的产品形象，增加了产品的附加值。

工业设计从引入至今已成为潍柴研发体系中重要的一环，在新产品研发之初，就针对发动机外观、人机工学等方面进行设计优化，不断提升用户体验，在打造产品差异化及竞争力等方面，发挥了重要的创新引领作用。

（三）潍柴发动机线性特征的提取。通过对各型号发动机产品特征的梳理发现，潍柴发动机在前期阶段的新产品研发设计中，主要以技术应用为主，随着工业设计的引入，开始注重形式美感及设计语言的表达，特别是在气缸盖造型设计上，具有鲜明的机械美感。但是各系列发动机在造型丰富的同时，没有形成统一的视觉表达符号，在产品PI（Product Identity）识别及家族化层面缺少统一、系统性的规划。

随着工业设计理念与发动机设计的融合应用，维柴系列发动机外观形象得以显著提升。以下论述以气缸盖罩为载体，以开发节点为脉络对潍柴具有代表性的发动机造型设计进行了系统性的分析。

A型号作为潍柴较早开发的一款产品，在气缸盖罩设计上主要采用了铸造工艺，缺少造型特征，且设计元素的使用也缺乏设计美感，仅仅满足功能需求。B型号之后开始引入工业设计，注重形式美感的表达，将气缸盖造型与整机布置进行了较好的融合。C型号及D型号在工业设计表达上更进一步，进行了大量的设计形式及美学的探索，在造型优化的基础上开始有意识的寻求家族化、系统化设计语言。

通过对不同时期四款机型的线性分析可以看出，不同平台及系列之间造型差异较大，造型语言的使用缺少统一范式，折线、直线等变现力量感的线型元素反复在产品上应用，但没有固化形成统一的家族化特征，缺少企业文化及品牌层面的表达，如图3所示。

（四）发动机线性特征的家族化方法模型构。依据理论分析及设计实践，提出了基于线性特征的发动机家族化设计方法模型构建，如图4所示，将设计方法概括为以下四个阶段：首先是竞品分析，通过实地调研或网络等进行收集，在搜集大量一手资料的基础上对不同品牌发动机的造型特征进行归纳总结，提炼其设计语言，进而分析其表达的语意特征和品牌理念。

其次是对品牌家族化进行设计定位，可以通过用户调研或趋势分析，提炼出形象关键词，如高端、可靠、速度等，明确设计目标，使之在符合企业形象和文化理念的同时具备品牌延续性，这个过程需要我们在继承的基础上发展，是一个继往开来的过程，是整个家族化设计过程的核心。

再次是设计輸出，在竞品分析及设计定位的基础上，探索适合潍柴发动机的家族化设计方法模型构建原则，包括鲜明的语意性、延续的家族性、线型的简洁性、特征的准确性。进而提炼出发动机造型设计相关要素，包括工程化线型的技术要素，工业化语言的美学要素，企业理念及其文化要素，用户体验及其人文要素等。从而完成对发动机罩壳整体造型轮廓线、零部件轮廓线、形体转折线、造型修饰线等主要线型特征的提取，并进行设计输出的评估与反馈。

最后一个阶段是进行应用验证，将设计输出得到的主要线型特征与潍柴动力的文化理念相结合，提炼形成统一的造型设计语言，并将其应用在潍柴各系列及平台发动机上，验证其受众体验度及品牌辨识性，形成统一的家族化特征，并不断完善优化设计元素。

四、基于发动机造型设计中线性特征的家族化设计输出

为进一步落实集团高端化、国际化发展战略，打造符合时下审美的视觉形象，强化品牌辨识度及用户认知，提升产品附加价值，本次应用研究以高端系列发动机气缸盖罩为载体，通过线性特征的家族化构建助推产品品牌形象再升级。

塑料气缸盖罩的开发与之前铸造形式相比，气缸盖罩在生产工艺、设计手法及设计语言的表达上均有一定的差异，特别是在经历第一代铸造形式后，新材料及CMF的应用为发动机这一工业设计新领域开拓了较大的提升空间。

（一）发动机感性意象构建。线性特征的家族化构建对于企业内外都有十分重要的作用，通过凝练企业的文化，融合形成家族化线性特征，对内可以提升企业内部的认知与凝聚力，对外可以使产品更具有系统性，强化产品对外的认知途径，提升品牌文化软实力，系统性地塑造品牌文化的传播及影响力。

在进行家族化设计中，应将潍柴的激情企业文化与发动机的可靠性形象进行融合提炼，从使用者、维护者、生产者三个方面进行产品“性格”的塑造，将使用者的价值观与品牌价值观契合在产品设计中，形成独特的家族化品牌战略，搭建使用者与品牌之间的认知桥梁，提炼“可靠性”“高端”“力量”等感性意向形容词，通过“直线”“折线”等视觉符号表现感性认知，进一步上升为人们的内心情感，最终形成对潍柴品牌的认同。

（二）不同系列产品线性特征家族化构建。新平台新产品在研发过程中，需在兼顾当前铸造气缸盖罩造型特点的基础上，延续并形成具有潍柴特色的家族化设计语言，这就需要在总结上代产品特色的基础上提炼线性特征并加以固化，形成一组或几组可以复制的家族化设计元素，在新产品开发或更新换代过程中加以应用，延续已形成的家族化基因，形成品牌效应。

基于提出的发动机气缸盖罩造型设计方法模型构建理论，发动机气缸盖罩的家族化主要通过线性特征来实现。通过研究分析上代气缸盖罩造型特征及结构功能，提取主要且具有代表性的线性特征进行总结，在满足文化传达及工程需要的基础上，基于线性特征对气缸盖罩进行家族化造型设计。

高端系列发动机在概念设计之初就注重采用相同的设计语言，在品牌文化的基础上，依据家族化构建原则和工程化设计要素，有意识的进行家族化设计，特别是在线条的表现上以直线为主，突出发动机的阳刚之美，给人以厚重、强壮、刚硬、有力之感，满足发动机可靠性诉求，同时线条简洁有力，易于识别及组合应用，在符合形式美法则的同时又兼具工程化需求。形成了以罩壳轮廓线、零部件轮廓线为主要特征，形体转折线、修饰线点睛为辅助特征的家族化线性表达，打造了潍柴自身的品牌识别基因，在不同平台、不同系列中形成了A型、B型、D型基于线性特征的发动机家族化设计表达，如图5所示。

（三）同系列迭代产品线性特征家族化构建。家族化特征的构建是一个不断演化的过程，在继承的基础上发展，在发展的过程中继承，如同DNA一样，呈现螺旋上升趋势，并不断进行动态演化以满足市场及时代发展的需求。

在发动机新产品开发或迭代过程中，可以发现不同平台、不同系列之间的产品在尺寸及布置上受制于不同功能及应用环境的限制，对外观的需求也不尽相同，这就要求我们在设计中既要把握住产品的核心DNA基因进行传承，又要在此基础上不断优化提升，使之符合家族化及市场发展的需求。

从D型第一代到E型第二代气缸盖罩造型的升级换代中可以发现，气缸盖罩与上代造型相比，延续了其品牌“气质”，主要表现在继承了其代表性的设计语言——鱼背形造型及边缘凹陷造型。同时，线型特征表现更加饱满且充满张力，设计风格趋于有机形态化，符合了当下时代的造型流行趋势，满足了市场及受众需求，体现了产品的高端特质，如图6所示。

气缸盖罩从第一代到第二代的升级换代，遵循了在继承的基础上发展，在发展的过程中继承的设计原则，通过对线性特征的优化提升保留了家族化特征。同时在CMF（Color、Material、Finishing）方面进行了延伸性探索，为以后升级换代进行了工业设计方面的技术储备。

（四）基于发动机造型设计中线性特征的家族化设计评估。发动机造型设计中线性特征的家族化构建我们可以从两个维度评估。一是对已有线性特征的家族化延续，以继承应用为主，这一过程主要在于延续发动机的族系化DNA，使之具有相同或者类似的品牌形象，形成自身独特的产品特质，打造潍柴品牌特征，如A型、B型、D型發动机家族化设计表达。

二是在线性特征家族化的基础上发展，是在继承的基础上优化提升，这一设计过程比较复杂，需要综合考虑设计风格、技术调整、家族化元素等，在前代设计经验累积及市场反馈的基础上进行调整升级，是自身不断演化的一个过程，如E型第二代气缸盖罩家族化设计，在保留原有设计DNA的同时，对已形成的家族化线性元素进行优化提升，使之符合当下的审美趋势，达到形式与功能的完美统一。

总结

在进行发动机造型设计的过程中，应逐渐从单一的“产品外观提升”向有系统、有目的的“PI构建”转变，从转变设计层级和设计理念，延伸到设计战略，从家族化角度定义高端发动机形象，关注用户视角，提升潍柴动力发动机整体形象，形成统一的家族化设计语言，打造高端发动机品质，提升产品竞争力。

后续基于这一理论可应用在发动机其他零部件造型设计中，如油底壳、外围零部件等，形成具有家族化特色的整机设计风格，提高品牌可识别性，为进行新产品开发及品牌化战略实施提供有意义的理论及实践方法支撑。