基于需求分析的數(shù)控機床外觀造型改良設計

摘 要：本文從人機工程和視覺審美兩個大的方面分析數(shù)控機床外觀造型設計需滿足的人機工程需求以及在形態(tài)、色彩、裝飾和材質(zhì)等方面的視覺審美需求。并根據(jù)需求分析進行數(shù)控機床改良設計。

關鍵詞：人機工程；視覺審美；數(shù)控機床；需求；改良

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.084

0 引言

在設計數(shù)控機床的外觀造型時，不但要考慮工業(yè)產(chǎn)品設計的一般原則，更加重要的是還要對這類機械產(chǎn)品進行必要的需求分析，本文主要從人機工程學及視覺審美兩個方面來探討這個問題。

1 人機工程需求分析

數(shù)控機床的設計首先要重點要滿足人機工程學方面的需求。因為數(shù)控機床的性能的好壞很大一部分決定于機床的可操作性，或者說宜人性。因而加工過程中操作者經(jīng)常接觸的操作部件是機床人機工程設計中所關注的重點，比如機床門、觀察窗、把手等。

1.1 機床門的人機工程設計

機床門是機床外觀整體造型的重要部件，操作者對該部件的接觸較多，機床尺寸與結(jié)構的合理性對機床操作的宜人性帶來了重要的影響。在機床門的設計上，不但要考慮其形態(tài)與機床外罩的整體感，而且需要考慮機床門的尺寸大小。機床門的尺寸大小主要受到工作臺尺寸的限制，不同型號機床的工作臺尺寸差別較大，相應的機床門的尺寸大小也要隨著變化[1]。

1.2 觀察窗的人機工程設計

機床觀察窗是操作者用來對加工工件的加工過程進行觀察時使用的。觀察窗設計的合理性對了解產(chǎn)品加工過程有重要影響，這涉及到人的視高。觀察窗高度的設計需要以五十百分位的人體的視高尺寸來作為依據(jù)，來適應不同身高的人群 [2]。

1.3 把手的人機工程設計

數(shù)控機床把手是跟操作者的手直接接觸的部件，在設計時需要考慮把手直徑與長度要與人手的尺寸之間的配合度。國家標準對這類配件提出了相應的人機工程要求，手掌握把手的截面直徑尺寸為小于20mm，最佳選用12-18mm直徑的把手，過于粗大或過于細小都不利于人手抓握和施力。同時要求手掌握把手的長度尺寸應大于75mm。

2 視覺及審美需求的分析

2.1 形態(tài)需求分析

由于機床產(chǎn)品外觀形態(tài)的特殊性，外觀風格的表現(xiàn)關鍵在于形態(tài)的整體造型設計，進行整體化造型設計主要遵循簡潔、均衡和穩(wěn)定三個原則。

（1）簡潔原則。首先數(shù)控機床的整體外觀形態(tài)設計應體現(xiàn)簡潔特點。常用以下兩種方法：

1）采用一些簡單的曲線曲面或者基本幾何形態(tài)做為機床外觀形態(tài)的造型元素。這樣的設計也是考慮到機床制造工藝的質(zhì)量和經(jīng)濟成本。

2）采用封閉式造型設計。封閉式造型設計不僅能夠減少粉塵入侵，防止鐵屑及潤滑冷卻液飛濺，而且能夠掩蓋機床大部分主體，使其整體性好，達到簡潔明快的視覺效果。

（2）均衡原則。采用均衡的形態(tài)設計原則，在滿足形態(tài)整體性的基礎上，為機床的外觀造型添加變化和豐富感。獲得整體均衡的其中一種方法是以機床外觀形態(tài)的中心線為假想的對稱線，從整體上平衡估計，合理布局機床的各部分結(jié)構，使機床左、右兩邊的體量矩之和相等[3]。

（3）穩(wěn)定原則。穩(wěn)定主要考慮的是機床外觀形態(tài)，在視覺上給人的輕重關系，穩(wěn)定感主要體現(xiàn)在上輕下重的視覺效果。穩(wěn)定的形態(tài)能給人以安全的心理效應。

2.2 色彩需求分析

數(shù)控機床外觀造型色彩設計需注意以下幾個要點：

（1）滿足環(huán)境與功能的要求。在機床色彩的選用過程中，首先要考慮的是色彩與使用環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性。一般來說機床的使用環(huán)境有特殊的環(huán)境特點，表現(xiàn)為油污較大，因而耐油污是需要重點考慮的，在用色上宜偏深沉。而數(shù)控機床面板的色彩設計則要考慮底色和元件色之間的對比度，以提高面板的視認度，宜用低明度、低純度的中性底色[4]。

（2）注重色調(diào)選擇。數(shù)控機床在配色上應更注重統(tǒng)一性和整體性，因而需要控制色彩的種類，以大面積的主色調(diào)，配合小面積的輔助色點綴，主體特征越強，裝飾性越好，統(tǒng)一感也越好。數(shù)控機床的底座、床身等大件宜采用低純度色彩為主體色，以明快、雅致、潔凈的色彩統(tǒng)一全局，使主調(diào)明確。再用小面積高純度的色彩進行點綴，使總體顯得豐富、變化、有生氣[5]。

2.3 裝飾需求分析

數(shù)控機床上的裝飾設計是進一步提高產(chǎn)品造型藝術效果的手段，基本是指企業(yè)標志、商標、廠名、裝飾線等。

3 數(shù)控機床外觀造型改良設計實例

3.1 設計對象分析

如圖1所示改良設計對象是某機床公司生產(chǎn)的數(shù)控縱切車床，造型缺乏動感和親切感，顯得笨拙和呆板，整體沒有統(tǒng)一性，觀察窗的設計非常不符合人機工程學，觀察視野小，不易開啟。車床的左右兩部分視覺上顯得不均衡。色彩設計及裝飾設計缺乏現(xiàn)代感，產(chǎn)品不能激發(fā)操作者的工作激情和樂趣，易使操作者產(chǎn)生厭倦的心理疲勞。因此，對該產(chǎn)品進行了方案改良設計，將重點落在形態(tài)、色彩和裝飾等幾個方面，力圖達到美觀、精密、現(xiàn)代、舒適、方便、安全。

3.2 數(shù)控車床形態(tài)改良設計

（1）底座。改良前的數(shù)控車床底座主要由方正的體塊構成，顯得笨重而呆板，缺乏現(xiàn)代機電產(chǎn)品所追求的親切感和靈動感。此外，底座的兩部分組合的縫隙過大，破壞了底座的整體感。鑒于以上問題，在改良設計時，首先考慮把底座的各個棱線進行倒角，縮小兩個體塊之間的縫隙，使得底座的線條趨于柔和，更有親切感和整體感。改良后的數(shù)控車床底座效果見圖2。

（2）罩殼。改良前的數(shù)控車床罩殼，全部采用直線和斜線，形成較多的斜面、折線和棱角，顯得罩殼的整體造型龐大、尖銳和凌亂，容易讓人產(chǎn)生緊張感。此外，以中間突臺為分界線，兩側(cè)形態(tài)缺乏形態(tài)設計中追求的簡潔和均衡的原則。鑒于以上問題，在改良設計時，對罩殼上的轉(zhuǎn)折面進行倒圓，減少棱線和面得數(shù)量，同時也可以達到柔和造型消除緊張感的效果。右側(cè)罩殼在允許的范圍內(nèi)降低高度，以弧面造型代替折面造型，從視覺上大大縮小體積感和高度，使得整個車床整體顯得更均衡。改良后的數(shù)控車床罩殼效果見圖2。

（3）觀察窗。改良前的數(shù)控車床觀察窗，觀察面積較小。從人機工程的角度考慮，觀察窗的大小和高度應該包含人體的最佳視野范圍。鑒于這個問題，在改良設計時，首先是擴大觀察窗的面積把人體的最佳視野包含進去。其次把觀察窗的形狀沿著機床門做成弧面，同時使弧面與水平面成一個傾角，更符合人的視角。改良后的數(shù)控車床觀察窗效果見圖2。

3.3 數(shù)控車床色彩改良設計

改良前的數(shù)控車床色彩方案，以反差較大的工程白和深灰分割車床罩殼和底座兩大部件，機床門用藍色點綴。車床整體色彩顯得分明沉悶，主色調(diào)不明確，底座本身體量大又配以深色，給人以笨重而缺乏生氣的視覺效果。數(shù)控車床的整體體量不大，屬于機床中的小機床，采用三套色方案容易破壞機床的整體感。鑒于以上問題，在改良設計中，為了突出車床的簡潔、統(tǒng)一感和現(xiàn)代感，采用了兩套色方案，在數(shù)控車床的底座、機床門等大件上采用低純度色彩為主體色，其他部件以明快、雅致、潔凈的高亮度色彩統(tǒng)一全局，使主調(diào)明確。再用控制面板上的小面積高純度色彩進行點綴，使總體顯得豐富、變化、有生氣而且具有很強的整體感。改良后的數(shù)控機床色彩方案見圖2。

3.4 數(shù)控車床改良設計效果圖

作為一種高精度要求的機床產(chǎn)品，數(shù)控機床的外觀造型設計，不能像其他一般的工業(yè)產(chǎn)品可以相對自由、多樣、隨意變化，它不但要求遵循工業(yè)設計的原則，還要特別重視功能性、安全性等科學性要求，要求做到科技性和藝術性相結(jié)合、功能與形式相協(xié)調(diào)。

參考文獻：

[1]楊維平，李綸，徐人平.加工中心造型設計[J].現(xiàn)代機械，2O02（0l）：40-49.

[2]陳為.工業(yè)設計中“人-機-環(huán)境”因素分析及其產(chǎn)品人機關系綜合評價[J].人類工效學，1999：51-53.

[3]王敏，于愛兵，張義.機床造型設計方法[J].現(xiàn)代制造工程，2005.

[4]曹陽，劉曉會.產(chǎn)品設計與人類心理[J].鄭州輕工業(yè)學院學報，1997：12-13.

[5]王慶斌，吳瓊，張福昌.現(xiàn)代機床的色彩設計[M].無錫輕工大學學報（社會科學版），2001，02（04）：417-421.

作者簡介：王海萍（1983-），講師。endprint