最近国家正在全面推进智慧矿山建设，出台了一系列的政策，要求所有的煤矿都要逐步实现智能化、无人化开采，尽量减少下井人员的数量，从根源上避免矿难的发生，过去那种靠人下井挖煤，风险高效率低的生产方式正在逐步被淘汰，矿用人员定位终端、瓦斯监测传感器、矿车自动驾驶终端这些物联网终端，是实现智慧矿山的核心基础，每一个煤矿都要安装大量的这些设备，市场需求特别大，但是很多人不知道的是，煤矿井下的环境特别极端，高湿、高粉尘、强震动、还有爆炸性的瓦斯气体，普通的电子设备根本没法在这种环境下正常工作，下井用不了几天就坏了，很多矿用设备，虽然符合防爆标准，但是特别笨重，操作特别复杂，文化程度不高的矿工根本不会用，最后花了很多钱装的设备，根本发挥不了作用，还是避免不了安全事故。

江苏创品多年服务长三角的矿用设备企业，参与过多款矿用物联网终端的设计开发，还和客户一起到几百米深的矿井下做过现场测试，深刻理解极端工业环境下的设备设计要点，知道这种矿用设备和普通的消费电子完全不一样，井下的环境比绝大多数人想象的要恶劣的多，阴暗潮湿，到处都是粉尘，还有各种大型设备的强震动，还有电磁干扰，普通的电子产品放进去，用不了几天就坏了，而且下井的矿工，很多文化程度都不高，太复杂的操作他们根本学不会，设备必须做的特别简单，傻瓜式操作，拿起来就会用，还要特别结实，摔了碰了都不能坏，还要符合最高等级的防爆要求，绝对不能产生电火花，不然本身就会变成爆炸源，引发矿难。设计一款真正好用的矿用物联网终端，需要平衡的矛盾特别多，要符合最高等级的防爆标准，不能有任何引爆瓦斯的可能，还要体积足够小，矿工能带在身上，不会觉得累赘，要特别可靠，在高湿高粉尘强震动的环境下，连续工作好几年都不能坏，要功能特别强大，能精确定位，能监测各种气体浓度，还要操作特别简单，没什么文化的矿工看一眼就知道怎么用，要防护等级特别高，泡在水里都不能坏，还要维护更换特别方便，坏了在现场就能换，不用拿回地面修，这些矛盾不是靠买好的元器件就能解决的，需要设计师从系统层面做整体的优化，一点点权衡取舍，找到最优的平衡点，最后才能做出真正适合矿山使用，真正能起到安全作用的好产品。

设计矿用物联网终端第一个核心平衡就是最高等级的防爆要求和合理的产品体积的矛盾，煤矿井下有瓦斯气体，只要有一点点电火花就可能引发爆炸，所以所有的矿用设备都必须符合最高等级的防爆标准，也就是隔爆兼本安型，所有可能产生电火花的电路部分，都必须放在特别厚的防爆外壳里面，就算里面爆炸了，也不会传到外面，引爆空气中的瓦斯，传统的防爆设备，为了达到防爆要求，外壳都做的特别厚特别重，拿在手里像个铁块一样，特别笨重，矿工带在身上特别不方便，干活的时候碍手碍脚，很多人就不愿意带，最后起不到定位和安全监测的作用，这个矛盾是矿用便携设备设计最核心的难点。我们之前给长三角一家做矿用设备的客户设计人员定位终端的时候就遇到过这个问题，客户原来的产品，为了达到防爆要求，外壳用了10毫米厚的钢板，整个终端有一斤多重，矿工带在身上特别沉，干活的时候特别不方便，很多人下井的时候就偷偷把它放在更衣室里，不带下去，人员定位系统等于白装了，起不到安全作用，要是把外壳做薄了，又达不到防爆标准，过不了安标认证，特别头疼。我们当时没有简单的加厚或者减薄外壳，而是从结构和材料两个方面做了优化，首先我们没有用传统的钢板外壳，而是用了高强度的航空铝合金材料，同样的强度下，重量比钢板轻了一半还多，然后我们优化了防爆外壳的结构，采用了一体成型的加强筋设计，不用整个外壳都做那么厚，只要在受力的地方做加强就可以了，既保证了防爆需要的强度，又把外壳的厚度降到了3毫米，然后我们还优化了内部的电路设计，采用了最新的低功耗芯片，电路的体积缩小了很多，所以整个外壳的尺寸也能做的更小，进一步减轻了重量，最后我们还优化了电池的设计，采用了本安型的电池，不需要放在防爆外壳里面，又省出来了不少空间和重量，改完之后，整个终端的重量只有原来的三分之一，不到二两重，体积也小了很多，挂在腰上几乎感觉不到重量，矿工都愿意带了，同时防爆等级一点都没有降低，还是最高等级的隔爆兼本安型，顺利通过了安标认证，后来这款产品在很多煤矿都推广了，佩戴率从原来的不到30%提升到了100%，真正发挥了人员定位的安全作用，成功的避免了很多安全事故，这个项目也让我们深刻体会到，特种工业设备的设计，绝对不是满足标准就完事了，还要考虑用户实际的使用意愿，要是用户不愿意带，再符合标准的设备也等于零，也起不到安全的作用。

第二个重要平衡就是极端环境下的可靠性和长期使用的稳定性的矛盾，煤矿井下的环境特别极端，湿度接近100%，到处都是煤尘，还有大型采煤机和矿车的强震动，还有各种电机的强电磁干扰，普通的电子设备在这种环境下，用不了几天就坏了，矿用设备必须能在这种环境下连续工作好几年都不能坏，特别是瓦斯监测传感器，要是坏了没检测到瓦斯泄漏，后果不堪设想，这个矛盾也是矿用设备必须解决的。我们设计的时候，首先所有的元器件都选用最高等级的工业级元器件，工作温度范围从零下40度到零上85度，比普通消费级的元器件要求高好几倍，抗震抗干扰能力也强很多，然后我们做了最高等级的三防处理，整个电路板都做了灌封处理，整个电路板完全密封在环氧树脂里面，水汽和粉尘根本接触不到电路，就算整个设备泡在水里也不会坏，我们还做了专门的减震设计，所有的电路板和元器件都有减震缓冲结构，就算设备从两米高的地方掉下来，或者跟着矿车颠簸好几个小时，也不会有任何元器件松动或者损坏，我们还做了特别完善的电磁屏蔽设计，整个外壳就是一个完整的屏蔽体，所有的接口都做了滤波处理，就算周围有大型电机的强电磁干扰，也不会影响设备的正常工作，不会出现数据不准或者信号中断的情况，我们还做了完善的自检功能，设备24小时不间断的监测自己的工作状态，要是有任何部件不正常，就会立刻发出报警，告诉维护人员来更换，绝对不会带着故障工作，我们还做了10000小时的连续老化测试，模拟井下的高湿高粉尘强震动环境，连续工作一万个小时，设备的故障率不能超过千分之一，保证下井之后能稳定可靠的工作好几年。很多煤矿的维护人员说原来的设备，下井用不了几个月就坏了，天天要修要换，特别麻烦，现在这款设备，下井用了三年了，几乎没有坏的，特别可靠，大大减少了维护的工作量。

第三个平衡就是强大的功能和简单易懂的操作的矛盾，现在的矿用物联网终端功能越来越强大，除了人员定位、瓦斯监测，还能一键呼救，能和地面通话，能监测心率和身体状态，功能特别多，但是下井的矿工，很多文化程度都不高，不少人只有小学文化，太复杂的操作他们根本学不会，也记不住，真遇到紧急情况的时候，越复杂的设备越容易出问题，这个矛盾也需要平衡解决。我们设计的时候，采用了"核心功能一键操作，其他功能全部自动"的设计思路，最核心的一键呼救功能，我们做了一个特别大特别明显的红色按钮，凸出来，不用看，用手一摸就能摸到，遇到紧急情况，只要按一下这个按钮就行，不用任何其他操作，按下去就会自动给地面控制中心发求救信号，发送定位位置，还能自动接通语音通话，剩下的所有事情设备都会自动完成，不用矿工做任何操作，其他所有的功能，比如定位、监测瓦斯、监测心率，全部都是自动运行的，开机就自动工作，不用任何设置，矿工什么都不用管，设备自己就会把所有的数据传到地面，整个设备就只有这一个按钮，不用看说明书，任何人拿到手就知道怎么用，我们还做了特别直观的状态指示，只有一个三色灯，绿色就是正常工作，黄色就是电池快没电了，红色就是有危险或者有故障，任何人一眼就能看懂，不用记任何复杂的状态指示，我们还优化了电池的续航，充一次电能用整整一个星期，不用天天充电，矿工也不用担心忘了充电设备没电。很多矿工说原来的设备，好几个按钮，复杂的很，学了好几天都记不住，真遇到事了也不知道按哪个，现在这个就一个红色按钮，按一下就行，特别简单，用着也放心。

第四个平衡就是高精度的监测性能和强干扰环境下的信号稳定性的矛盾，人员定位和瓦斯监测，精度特别重要，人员定位要是差个几米，真出事了就找不到人在哪，瓦斯浓度要是测不准，就可能提前爆炸了都不知道，但是井下的环境特别复杂，到处都是岩壁和金属设备，信号遮挡特别严重，还有各种电磁干扰，定位信号和监测数据特别容易受干扰，精度很难保证，这个矛盾也需要平衡解决。我们设计的时候，没有只用单一的定位技术，而是采用了UWB、蓝牙、惯性导航三种定位技术融合的方案，信号好的时候用UWB高精度定位，信号不好的地方用蓝牙辅助，完全没有信号的地方用惯性导航继续计算位置，不管在矿井的哪个位置，都能保证定位精度在1米以内，不会出现找不到人的情况，瓦斯监测我们也没有只用单一的传感器，而是用了两个不同原理的瓦斯传感器，两个传感器的数据互相对比校验，只要有一个传感器数据异常，就会立刻发出报警，不会因为一个传感器坏了就漏报，我们还优化了天线的设计，采用了全向的高增益天线，还做了抗干扰处理，就算周围有大型设备的强干扰，也能保证信号稳定，数据能实时传到地面，不会出现信号中断的情况，我们还做了本地数据存储功能，就算真的信号完全中断了，设备也会把所有的数据都存在本地，等信号恢复了自动补传，绝对不会丢失任何数据，不会出现事故之后不知道当时发生了什么的情况。很多煤矿的安全管理人员说原来的定位系统，经常找不到人在哪，瓦斯监测也经常不准，现在这套系统，什么时候在哪，瓦斯浓度多少，都清清楚楚，特别准，也特别稳定，心里踏实多了。

还有一个很重要的平衡就是严苛的防护等级和方便的维护更换的矛盾，矿用设备的防护等级要求特别高，一般都要求IP68，也就是完全防尘，还能长时间泡在水里都不会坏，所以一般都做的完全密封，但是设备总有坏的时候，电池也需要充电或者更换，要是完全密封死了，坏了就没法修，只能整个换，成本就特别高，这个矛盾也需要平衡解决。我们设计的时候，采用了模块化的设计，整个设备分成几个独立的模块，核心的电路和传感器模块，是完全密封的，IP68的防护等级，用户不需要打开，也打不开，电池和接口部分是单独的模块，用快拆结构连接，需要充电或者换电池的时候，一按就能拆下来，换个新的电池上去，几秒钟就换好了，不用任何工具，也不需要打开密封的核心模块，不会影响防护等级，要是设备真的坏了，也只要把核心模块寄回去维修就行，不用整个设备都寄回来，特别方便，维护成本也特别低，我们还做了通用的接口设计，所有同类型的设备，电池和配件都是通用的，不用每个型号都备不同的配件，大大减少了矿山的备件库存成本。很多煤矿的维护人员说原来的设备，坏了就要整个换，特别贵，换个电池还要拿到地面用专门的工具拆，特别麻烦，现在这款，换电池几秒钟就好了，坏了也只要换核心模块就行，成本只有原来的三分之一，维护特别方便。

从平衡设计方法论的角度看，矿用物联网终端设计的核心，就是真正理解井下的极端环境和矿工的真实使用需求，不是为了满足标准而设计，而是为了真正能起到安全作用，真正能保护矿工的生命安全而设计，通过新材料和优化的结构设计实现最高防爆等级还特别轻巧方便携带，工业级元器件加三防和减震设计实现极端环境下还能长期稳定工作，核心功能一键操作加全自动化运行实现功能强大还文化程度不高的矿工也能轻松使用，多技术融合加抗干扰天线设计实现强干扰环境下还能高精度高稳定性的监测，模块化快拆设计实现最高防护等级还维护更换特别方便成本低，找到完全符合最高防爆标准还矿工愿意天天带、高湿高粉尘强震动环境下还能用好几年不坏、功能特别强大还只有一个按钮谁都会用、信号遮挡电磁干扰严重还定位和监测特别准、IP68全密封还换电池几秒钟就能完成多个维度的平衡点，让这些物联网终端真正能在井下可靠的工作，真正的保护矿工的生命安全，真正的帮助实现无人化开采，这就是设计的力量，也是工业设计对特种工业设备最大的贡献。过去很多矿用设备，都是为了过认证做的，只满足标准的要求，根本不考虑实际使用的情况，也不考虑矿工愿不愿意用，会不会用，最后花了很多钱装了设备，根本发挥不了作用，还是会出安全事故，通过优秀的工业设计，我们就能做出既符合标准，又真正好用，矿工愿意用，真正能起到安全作用的好产品，真正的保护每一个矿工的生命安全。江苏创品和客户一起下到几百米深的矿井做现场测试，深刻理解井下的极端环境和矿工的真实需求，能更好的帮企业做出真正适合矿山使用的好产品，推动智慧矿山的建设。

现在国家正在全面推进智慧矿山建设，安全生产的要求也越来越高，过去那种只满足标准，不考虑实际使用，不好用也没人用的时代已经过去了，现在矿山需要的是真正可靠、真正好用、真正能保护矿工生命安全的好产品，通过优秀的工业设计，我们就能做出这样的好产品，用技术保护每一个矿工的安全，让煤矿开采越来越安全，越来越高效，这就是设计的价值。我们作为本土的工业设计机构，会继续提升自己的能力，帮助更多的矿用设备企业做好产品设计，推出更多可靠、好用、性价比高的矿用设备，真正保护矿工的生命安全，推动智慧矿山的建设，满足人民对美好生活的向往，这就是我们工业设计师的价值，我们会继续努力，和本土的工业设备企业一起成长，推出更多让用户满意的好产品。

很多工业特种设备企业现在想要做真正有竞争力的产品，不用再只会拼参数、拼认证了，找有经验的工业设计团队合作，真正深入到使用现场，理解真实的使用环境和用户的真实需求，做好细节的设计，就能做出真正好用，客户愿意用，真正能发挥作用的好产品，花很少的投入，就能得到很大的回报，也能真正的为安全生产做贡献，特别有价值。优秀的工业设计最终会