基于需求分析的數(shù)控機(jī)床外觀造型改良設(shè)計(jì)

摘 要：本文從人機(jī)工程和視覺審美兩個(gè)大的方面分析數(shù)控機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)需滿足的人機(jī)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(jìn)行數(shù)控機(jī)床改良設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程；視覺審美；數(shù)控機(jī)床；需求；改良

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

0 引言

在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的外觀造型時(shí)，不但要考慮工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般原則，更加重要的是還要對(duì)這類機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行必要的需求分析，本文主要從人機(jī)工程學(xué)及視覺審美兩個(gè)方面來探討這個(gè)問題。

1 人機(jī)工程需求分析

數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)首先要重點(diǎn)要滿足人機(jī)工程學(xué)方面的需求。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的性能的好壞很大一部分決定于機(jī)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(jī)床人機(jī)工程設(shè)計(jì)中所關(guān)注的重點(diǎn)，比如機(jī)床門、觀察窗、把手等。

1.1 機(jī)床門的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

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

1.2 觀察窗的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

機(jī)床觀察窗是操作者用來對(duì)加工工件的加工過程進(jìn)行觀察時(shí)使用的。觀察窗設(shè)計(jì)的合理性對(duì)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(shè)計(jì)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(yīng)不同身高的人群 [2]。

1.3 把手的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床把手是跟操作者的手直接接觸的部件，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮把手直徑與長(zhǎng)度要與人手的尺寸之間的配合度。國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這類配件提出了相應(yīng)的人機(jī)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(xì)小都不利于人手抓握和施力。同時(shí)要求手掌握把手的長(zhǎng)度尺寸應(yīng)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(jī)床產(chǎn)品外觀形態(tài)的特殊性，外觀風(fēng)格的表現(xiàn)關(guān)鍵在于形態(tài)的整體造型設(shè)計(jì)，進(jìn)行整體化造型設(shè)計(jì)主要遵循簡(jiǎn)潔、均衡和穩(wěn)定三個(gè)原則。

（1）簡(jiǎn)潔原則。首先數(shù)控機(jī)床的整體外觀形態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)簡(jiǎn)潔特點(diǎn)。常用以下兩種方法：

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

2）采用封閉式造型設(shè)計(jì)。封閉式造型設(shè)計(jì)不僅能夠減少粉塵入侵，防止鐵屑及潤(rùn)滑冷卻液飛濺，而且能夠掩蓋機(jī)床大部分主體，使其整體性好，達(dá)到簡(jiǎn)潔明快的視覺效果。

（2）均衡原則。采用均衡的形態(tài)設(shè)計(jì)原則，在滿足形態(tài)整體性的基礎(chǔ)上，為機(jī)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(jī)床外觀形態(tài)的中心線為假想的對(duì)稱線，從整體上平衡估計(jì)，合理布局機(jī)床的各部分結(jié)構(gòu)，使機(jī)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(jī)床外觀形態(tài)，在視覺上給人的輕重關(guān)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(yīng)。

2.2 色彩需求分析

數(shù)控機(jī)床外觀造型色彩設(shè)計(jì)需注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：

（1）滿足環(huán)境與功能的要求。在機(jī)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(jī)床的使用環(huán)境有特殊的環(huán)境特點(diǎn)，表現(xiàn)為油污較大，因而耐油污是需要重點(diǎn)考慮的，在用色上宜偏深沉。而數(shù)控機(jī)床面板的色彩設(shè)計(jì)則要考慮底色和元件色之間的對(duì)比度，以提高面板的視認(rèn)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(jī)床在配色上應(yīng)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(diǎn)綴，主體特征越強(qiáng)，裝飾性越好，統(tǒng)一感也越好。數(shù)控機(jī)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(jìn)行點(diǎn)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(jī)床上的裝飾設(shè)計(jì)是進(jìn)一步提高產(chǎn)品造型藝術(shù)效果的手段，基本是指企業(yè)標(biāo)志、商標(biāo)、廠名、裝飾線等。

3 數(shù)控機(jī)床外觀造型改良設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 設(shè)計(jì)對(duì)象分析

如圖1所示改良設(shè)計(jì)對(duì)象是某機(jī)床公司生產(chǎn)的數(shù)控縱切車床，造型缺乏動(dòng)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(shè)計(jì)非常不符合人機(jī)工程學(xué)，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(shè)計(jì)及裝飾設(shè)計(jì)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(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了方案改良設(shè)計(jì)，將重點(diǎn)落在形態(tài)、色彩和裝飾等幾個(gè)方面，力圖達(dá)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(shè)計(jì)

（1）底座。改良前的數(shù)控車床底座主要由方正的體塊構(gòu)成，顯得笨重而呆板，缺乏現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品所追求的親切感和靈動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮把底座的各個(gè)棱線進(jìn)行倒角，縮小兩個(gè)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(tái)為分界線，兩側(cè)形態(tài)缺乏形態(tài)設(shè)計(jì)中追求的簡(jiǎn)潔和均衡的原則。鑒于以上問題，在改良設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)罩殼上的轉(zhuǎn)折面進(jìn)行倒圓，減少棱線和面得數(shù)量，同時(shí)也可以達(dá)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(gè)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(jī)工程的角度考慮，觀察窗的大小和高度應(yīng)該包含人體的最佳視野范圍。鑒于這個(gè)問題，在改良設(shè)計(jì)時(shí)，首先是擴(kuò)大觀察窗的面積把人體的最佳視野包含進(jìn)去。其次把觀察窗的形狀沿著機(jī)床門做成弧面，同時(shí)使弧面與水平面成一個(gè)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(shè)計(jì)

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(jī)床門用藍(lán)色點(diǎn)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(jī)床中的小機(jī)床，采用三套色方案容易破壞機(jī)床的整體感。鑒于以上問題，在改良設(shè)計(jì)中，為了突出車床的簡(jiǎn)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(jī)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(jìn)行點(diǎn)綴，使總體顯得豐富、變化、有生氣而且具有很強(qiáng)的整體感。改良后的數(shù)控機(jī)床色彩方案見圖2。

3.4 數(shù)控車床改良設(shè)計(jì)效果圖

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

參考文獻(xiàn)：

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

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作者簡(jiǎn)介：王海萍（1983-），講師。endprint