堀内贵文

三个设计工作室课程项目

2019年—2020年

概述

在米兰理工大学设计与工程硕士课程期间，我在每学期的设计工作室课程中与不同团队合作。从定义问题与用户需求，到设计外形、机构、交互和制造方式，我们将各方面整合成产品方案。本页展示 2019 年冬季至 2020 年冬季完成的三个项目。

  1. 咖啡机设计（2019年冬季）HUBBLE 是围绕个人偏好设计的共享咖啡机概念，方案包含圆形界面、高度可调的出液嘴、可旋转的出液头、内部机构与制造图纸。
  2. 焊工用 PAPR 设计（2020年夏季）VCS-20 是可搭配既有焊接面罩的电动送风过滤式呼吸器（PAPR）概念，将头罩、背心与肩部送风单元结合，并制作成全尺寸可穿戴原型。
  3. 献血筛查设备设计（2020年冬季）DELCON Massachusetts 是一个非接触式献血前筛查概念，涉及体温、心率、血压和血红蛋白。我们设计了设备外壳，以及涵盖二维码签到、测量与云端共享结果的自助体验。

咖啡机设计（2019年冬季）

挑战：用共享咖啡机满足个人偏好

在合租住宅、共享办公空间和办公室里，一台咖啡机服务着文化背景与偏好不同的人。我们对现有胶囊咖啡机的调研发现，杯型受限、控制方式不清晰，风味也由胶囊决定。如果每杯饮品都要求使用者重复详细设置，共享设备也会变得繁琐。

我们构建了两种对比鲜明的人物画像：来自墨西哥、偏爱大杯清淡咖啡的 Maria，以及来自土耳其、偏爱小杯浓咖啡的 Mert。由此提出可调香气、浓度、温度与容量，保存用户档案和配方，适配不同杯型与安装朝向，以及便于补充和清洁等要求。

HUBBLE 咖啡机在共享办公室台面上的效果图。铜色出液头从黑色机身伸出，可见圆形显示屏与咖啡杯。
HUBBLE 方案将哑光黑机身、铜色出液头与圆形控制器结合，形成面向共享空间的造型。

设计：保存个人偏好，采用圆形界面

HUBBLE 的设计通过 Bluetooth 识别用户并调出已保存的配方。初次使用时，用户旋转圆形旋钮，选择香气、浓度、温度等设置，再按下确认。喜欢的饮品可以命名保存，方便下次快速选择；推荐功能则提供尝试其他风味的途径。

界面将圆形显示屏与旋转按压控件结合，使前面板保持简洁，并在同一位置呈现设置流程与当前数值。出液嘴可上下移动，适配不同杯型，与意式浓缩小杯或高马克杯保持合适的距离。

圆形界面演示，展示用户识别、配方选择、香气、浓度和温度调节，以及通往冲煮的界面流程。这并非实体机器的冲煮性能测试。

整合摆放、补充与维护需求

出液头可以相对机身旋转，让杯子沿台面的长边或短边放置，使机器适应小型厨房和办公室中的墙面与通行路线。水箱和豆仓从顶部取出，奶盒与咖啡渣盒从正面按压开启，从多个方向提供补充和清洁的操作空间。

我们还将磨豆机、水泵、加热器、冲煮机构与旋转电机安排在机壳内，建立了三维 CAD 模型与零件结构。最终图纸包含装配图、零件表和各零件的制造图。

HUBBLE 装配图：分解展示机身、旋转出液头、圆形控制器及带编号的内部零件，右侧列出零件表。
HUBBLE 装配图与零件表，展示整体结构，以及外壳与内部机构之间的关系。

成果：通过 CAD 与工程图纸完成综合设计

最终方案整合了由使用情境和人物画像导出的要求、产品造型、圆形界面流程、活动部件、维护入口、内部布局、三维 CAD、装配图与零件图。方案通过记住每个人的偏好来回应共享使用需求。

Product Development Design Studio I，Coffee Machine，第 7 组。Carla Ayala、Fabio Monza、Ayse Selin Yagsan、Takafumi Horiuchi 与 Marco Talpo 共同完成。

最终汇报

  1. HUBBLE Coffee Machine 封面，深色背景中央呈现模糊的咖啡机轮廓。
  2. 项目章节分隔页，特写展示 HUBBLE 的铜色圆形控制器与出液头。
  3. HUBBLE 的价值主张，配有产品效果图，以及“Personalize”“Recognize”“Suggestion”“Position”四个关键词。
  4. 最终设计章节分隔页，从斜上方展示 HUBBLE 的出液头。
  5. HUBBLE 咖啡机方案放置在共享办公室台面上的效果图。
  6. 通过圆形界面、用户识别和可旋转出液头，展示“Personalize”“Recognize”“Position”三项功能。
  7. 研究章节分隔页：桌面上摆放多个杯子的俯拍照片。
  8. 以世界地图和不同咖啡杯型比较各地咖啡文化。
  9. 共享空间章节分隔页：人们围在咖啡机旁的照片。
  10. 三种预期使用场景的照片：合租住宅、共享办公空间和办公室。
  11. 两种对比鲜明的人物画像：偏爱大杯清淡咖啡的 Maria，与偏爱小杯浓咖啡的 Mert。
  12. 设计过程章节分隔页，展示草图、模型与 CAD 细节。
  13. 咖啡机形态的演变，从早期草图到采用可旋转出液头的设计。
  14. Nespresso Pixie 与 HUBBLE 的尺寸和结构比较。
  15. HUBBLE 在共享厨房中向杯中注入咖啡的最终效果图。
  16. 情绪板章节分隔页，以黑色和铜色表面的产品图片组成拼贴。
  17. HUBBLE 情绪板，结合精密仪器、天体、铜材和黑色表面的图像。
  18. 交互章节分隔页，展示手部操作圆形显示屏与旋钮的效果图。
  19. 圆形旋钮的交互：显示用户名，旋转选择选项，按压确认。
  20. 三个圆形界面，分别调节“Aroma”（香气）、“Strength”（浓度）与“Temperature”（温度）。
  21. 圆形界面流程，展示保存的“Your Americano”配方，以及容量和偏好选项。
  22. 高度可调的出液嘴位于三种不同高度的杯子上方，从小杯到高马克杯。
  23. 出液头旋转示意图，说明杯子可沿台面的长边或短边摆放。
  24. 设计为从机身顶部取出的水箱与豆仓。
  25. 设计为从机身正面按压开启的奶盒与咖啡渣盒。
  26. 内部零件章节分隔页，以透明效果展示机壳与机构。
  27. 磨豆机、水泵、加热器、冲煮机构、旋转电机等内部零件的布局。
  28. 两张 HUBBLE 最终效果图，从正面与斜侧方展示黑色与铜色的机壳。
原始最终汇报幻灯片（英语）。

焊工用 PAPR 设计（2020年夏季）

挑战：与既有焊接面罩兼容的呼吸防护

焊工需要保护呼吸系统与面部，避免烟尘和高温火花的伤害。但在狭小的工作空间内，多层防护装备会增加穿脱难度，并妨碍视野与动作。设计任务要求开发一款轻量的电动送风过滤式呼吸器（PAPR），能够快速安装到既有焊接面罩上。

我们设定了 25 岁、在米兰全职工作的焊工 Antonio 作为人物画像。设计要求包括兼容不同面罩、结构紧凑、穿戴舒适、可更换的长续航电池、正压、至少两档风量、视觉与声音警报、复合过滤器，以及至少 120 L/min 的风量。

焊工穿戴 VCS-20 的效果图：黑色焊接面罩、覆盖颈部的头罩、背心，以及由肩部支撑的 C 形送风单元。
VCS-20 方案整合了可安装到既有焊接面罩的头罩、将系统固定在身体上的背心，以及肩部支撑的送风单元。

设计：头罩、背心与肩部支撑的 PAPR 单元

VCS-20 由适配式头罩、背心与 C 形 PAPR 单元组成。头罩结合阻燃棉和弹性面料，通过六个 Gecko Tape 固定点适配不同形状的面罩。休息时可以单独掀起面罩，无需脱下整个系统。

背心限制单元晃动，并通过粘扣带和束带适应穿戴者。颈部的磁吸连接器向头罩供气，送风单元的重量由双肩分担。后部与侧面的活动关节以及硅胶部件，旨在适应不同体型和动作。

VCS-20 分解图：展示外壳、滤盖、复合过滤器、风扇、关节、可更换电池、电路板、空气传感器与控制器。
VCS-20 分解图，复合过滤器、风扇、可更换电池、电路板、空气传感器、控制器与警报装置沿肩部布置。

设计适合戴手套操作的控制与反馈

按压与旋转结合的控制器将电源和风量调节集中在一处。方案中的视觉与声音反馈用于表示过滤器状况、电池状态与风量下降。我们考虑了注塑外壳和激光切割织物，并完善材料选择、零件拆分与装配方式。

团队制作了全尺寸可穿戴外观原型，用于探索贴合情况以及穿戴和脱卸系统的流程。

VCS-20 原型的正面穿戴照片：背心、头罩、焊接面罩与肩部送风单元；旁边单独展示头罩与送风单元。
全尺寸 VCS-20 可穿戴原型，用于探索背心固定、肩部贴合，以及头罩与既有焊接面罩的穿戴顺序。

成果：通过原型探索贴合，并模拟运行

项目整合了用户要求、穿戴系统、外部与内部布局、材料和制造方式，以及全尺寸可穿戴原型。PAPR 被设计为与面罩、服装共同组成的完整穿戴系统。

Product Development Studio 2，第 8 组。Takafumi Horiuchi、Hou Weihuan、Giulia Stevanoni 与 Marco Luigi Talpo 共同完成。

最终汇报

  1. 焊工 PAPR 项目封面，展示 BLS 标志、产品系列和团队成员姓名。
  2. 焊接照片，以及烟尘、火花、狭小空间、复杂防护装备带来的挑战，并列出主要应用行业。
  3. 市场调研，比较市售焊接呼吸防护装备的结构与穿戴方式。
  4. 设计任务与要求，包括兼容既有焊接面罩、结构紧凑、舒适性、可更换电池、警报和风量。
  5. 25 岁焊工 Antonio 的人物画像：需要轻量、快速控制与穿戴、兼容既有面罩，以及舒适性。
  6. 焊工穿戴 VCS-20 的最终效果图，结合头罩、背心与肩部送风单元。
  7. VCS-20 概览，包括配色选项与空气传感器位置。
  8. 三维模型周围带有污染物粒子的气流仿真，展示空气从肩部单元流入头罩。
  9. 背心的分层结构、尺寸与材料，包括阻燃棉、氯丁橡胶和尼龙。
  10. 磁吸颈部连接器、管道、连接板与铆钉的连接细节。
  11. 头罩的阻燃棉与弹性面料、裁片与主要尺寸。
  12. 六个 Gecko Tape 固定点如何将头罩固定到不同形状的既有焊接面罩。
  13. 肩部支撑的 C 形 PAPR 单元分解图，展示后部与侧面活动关节及硅胶部件。
  14. 多功能控制器的按压与旋转操作、视觉与声音警报，以及外壳材料。
  15. VCS-20 完整分解图，展示外壳、复合过滤器、风扇、可更换电池、电路板、传感器等零件。
  16. 拟用的制造方法：织物部件激光切割，外壳部件注塑。
  17. 全尺寸 VCS-20 可穿戴原型，展示正面穿戴效果，以及独立的头罩和肩部单元。
  18. 两名穿戴 VCS-20 的人员的正背面照片，展示原型与身体的贴合情况。
  19. 交互式 Unity 演示，通过移动端界面与三维模型控制模拟空气流动与风量。
  20. 广告概念：穿戴 VCS-20 的焊工与“FEEL FREE TO BREATHE”文字。
原始最终汇报幻灯片（英语）。

献血筛查设备设计（2020年冬季）

挑战：自助、非接触式献血前筛查

献血前筛查包括体温、心率、血压和血红蛋白检查。COVID-19 疫情期间，共用设备和与工作人员近距离接触带来了额外的卫生顾虑与压力。我们从这两个角度重新审视测量流程。

方案是面向北美 16 岁及以上献血者的自助终端，预期用于献血中心、流动场地和献血车。主要要求包括非接触、非侵入式测量，便于清洁与携带的形态，较短测量时间，无纸化记录，安全共享数据，以及桌面和站立两种使用方式。

DELCON Massachusetts 献血前筛查概念：白色桌面外壳中嵌有大屏幕，顶部排列相机与照明。
献血前筛查终端方案将面部与甲床成像用机器视觉相机、热成像相机和辅助照明集中在顶部。屏幕和扬声器置于圆角外壳内，便于清洁。

概念：用三种光学方法筛查四项指标

概念结合三种方法：通过面部颜色变化估算心率和血压的成像光电容积描记法（iPPG），读取面部表面温度的热成像，以及利用甲床图像与机器学习估算血红蛋白。选择这些方法，是为了探索无需在身体上安装传感器或采血的测量方式。

项目中记录的测量方法与设计假设。这些数值并非经过验证的性能结果，± 数值的定义与来源仍需确认。
测量项目方法项目中的设计假设
心率与血压面部 iPPG距离：0.5–1 m；照度：1000–4000 lx；测量时间：约 60 s。心率：±3 bpm；收缩压：±0.4 mmHg；舒张压：±0.2 mmHg。
体温热成像距离：0.3–1 m；实时测量；±0.2 °C。
血红蛋白甲床图像与机器学习照度：250–3000 lx；测量时间：约 15 s；±0.92 g/dL。

从二维码到结果共享

在设想的流程中，献血者先扫描预登记时收到的二维码，再将指甲朝向上部机器视觉相机，以估算血红蛋白。随后站在终端前，由同一相机与热成像相机采集体温、心率和血压筛查所需图像。屏幕与扬声器引导姿势并提示进度，结果加入云端记录，供工作人员查看。

设想的献血前筛查流程：扫描二维码、拍摄甲床、非接触式面部筛查，再通过云端与工作人员共享结果。
同一终端上的设想流程：二维码识别、根据甲床估算血红蛋白、通过非接触式面部筛查获取三项指标，以及通过云端与工作人员共享结果。

让同一终端适用于桌面或落地使用

同一终端可直接放在桌面上，也可安装到专用落地支架，通过插销机构选择两档高度。机器视觉相机、热成像相机与辅助照明集中在顶部，屏幕和扬声器位于正面，设计支持电池或线缆供电。

拟用材料与工艺包括 PC 与 PET 前部零件注塑、后壳热成型与机加工、聚碳酸酯屏幕罩，以及 A500 钢支架。我们完善了内部布局、分解图、装配顺序和制造方式，并用有限元分析考察支架的结构稳定性。

献血前筛查终端分解图，展示前后外壳、屏幕、顶部相机、照明、扬声器、电路板与支撑零件。
筛查终端分解图，展示顶部相机、屏幕、电路板、前后外壳，以及固定它们的支撑部件之间的关系。

成果：整合筛查概念与工作人员流程

最终概念整合了使用场景与要求、所选测量方法、二维码与云端流程、桌面与落地外壳、内部布局、材料与制造方式、分解图和结构分析。

Design Studio，第 11 组。Fabio Villano、Bhuvanesh Bari、Takafumi Horiuchi 与 Joeperdo El Husseini 共同完成。

最终汇报

  1. 献血前筛查终端封面，包含桌面式效果图、项目名称与团队成员姓名。
  2. 设计任务与四项预期优势：卫生、减轻压力、速度与保持身体距离。
  3. 预期用户与场所：北美 16 岁及以上献血者、医护人员、献血中心、流动场地和献血车。
  4. 落地式终端概念及主要功能，包括屏幕、顶部相机和辅助照明。
  5. 拟采用面部 iPPG 估算心率与血压，列有距离、照度、测量时间和设计假设。
  6. 拟用于 iPPG 测量的相机、照明与图像处理组件。
  7. 拟采用热成像读取面部表面温度，列有距离、测量速度和设计假设。
  8. 拟用于温度测量的热成像相机与辅助组件。
  9. 拟采用甲床图像和机器学习估算血红蛋白，列有照度、测量时间和设计假设。
  10. 血红蛋白估算方案，与心率和血压测量共用顶部机器视觉相机。
  11. 圆角外壳设计，着眼于稳定性、清洁便利性与便携性。
  12. 同一筛查终端的桌面式与落地式配置比较。
  13. 使落地支架可在两档高度间调节的插销机构。
  14. 设想流程：扫描二维码、拍摄甲床、非接触式面部筛查，以及与工作人员共享结果。
  15. 前后外壳、屏幕与支架的材料，以及注塑、热成型、机加工等拟用工艺。
  16. 终端与落地支架的完整分解图，展示外壳、屏幕、内部组件、立柱与底座。
  17. 终端分解图，展示前后外壳、屏幕、顶部相机、照明、扬声器、电路板与支撑零件。
  18. 终端正面装配，以及固定各零件的支撑组件。
  19. 终端前壳的形状、主要尺寸与制造细节。
  21. 终端后壳的形状、主要尺寸与制造细节。
  22. 落地支架在载荷下的有限元分析，以颜色表示变形与应力分布。
  23. 结束页，灰色背景上写有“Thank you”。
原始最终汇报幻灯片（英语）。