基于認知特征的數控機床造型設計調研與實踐

高 巍

（無錫技師學院（立信中專），無錫 214063）

數控機床是制造業與信息化高度融合的典型制造裝備，其造型設計在近年來受到各廠商的高度重視。如何在遵循工業設計基本原則的基礎上，綜合考慮用戶認知特征對數控機床造型設計的影響，從而提煉數控機床造型設計的要素，完成整體設計方案，是本文研究的重點。

1 調研數控機床造型的設計要點及認知特征

在接到設計任務初期，項目組首先深入企業一線與用戶單位，對企業技術、營銷、管理部門及部分用戶對象等進行了調研。

1.

1 對數控機床造型的主要結構的調研

本次調研主要統計數控機床造型設計的結構對象，共回收有效調研問卷60份，統計結果如表1所示。

表1 對數控機床造型的主要結構的調研

根據統計結果綜合分析，對數控機床造型產生主要影響的結構主要包含控制面板、保護罩、觀察窗、擋門及把手等。

1.2 對數控機床外觀認知特征期待的調研

調研的第二部分內容是選擇表現機床外觀特征的60個詞語，要求被調研對象選取自己認為最能表現數控機床特點的詞，主要被勾選的形容詞如表2所示。

表2 對數控機床外觀認知特征期待的調研

從該項調研統計可以總結出設計數控機床造型時需要注意的幾對關系，即現代簡潔與變化復雜、精密與粗糙、人性化與機械化、情感化與科技感、風格獨特與大眾審美之間的關系。在這些關系中，有幾組能直接影響到數控機床的造型風格。如簡潔的風格要求造型時多用直線，能讓整體流暢自如、嚴謹協調，而變化的風格則要求多以曲線造型和對比變化為主，使得造型活躍而生動。

通過調研得出了機床造型應關注的主要結構與操作者認知數控機床的主要期待，在設計具體方案時可以對這些要素進行形象化和量化，更好地引導設計過程，這是數控機床造型設計的基礎。

2 使用模糊評價法篩選初步方案

設計評價是貫穿于產品設計整個流程的重要內容，也是優化選擇設計方案的主要手段。目前，對于數控機床造型設計的評價以評價者的主觀印象為依據，缺乏數據支撐和科學性。

目前主要的評價方法包括如下幾種。

2.1 經驗評價方法

主要用于方案選擇范圍不大并且比較簡單的情況下，可以根據評價者的經驗，使用裁選、編隊、點評等手段進行大致的分析選擇。

2.2 數學分析評價方法

運用數學工具進行剖析、推演和考量，得到定量的評價結果。但工業設計本身的很多問題其實是定性而非定量的，而且概念邊界比較模糊。在評價過程中，非定量的描述缺乏客觀性、科學性和說服力，因此，可以考慮評價者的語意層次與等級，將定性評價轉換為定量評價，并設定一定的權重，建立一個模糊數據模型，對數控機床的造型質量進行定量評價。

2.3 試驗評價方法

對于一些使用計算分析仍不確定的情況，可以采取虛擬樣機試驗或實體樣機試驗的方式進行評價，這種方法能得到準確的反饋數據，但相對成本較高。

2.4 面向后續的可行性評價方法

該方法主要是對產品后續開發及應用的方案進行評價。

上述四種評價方法在設計數控機床造型的不同階段可以靈活運用，如在初步設計方案的甄選階段，可以采用數學分析評價方法中的模糊評價法進行數控機床造型設計的定量綜合評價。在某些重要部件的設計中可采用使用虛擬樣機的試驗評價法等。

現需要評價、選擇以下三個初始設計概念方案，如圖1所示。

圖1 三種待選方案

使用模糊評價方法具體如下。

（1）構建評價因素集、評語集及權數。

評價因素U=｛形態、工藝、人機、創新、環保｝

評語集V=｛優、良、中、差｝

權數 X=｛0.3、0.15、0.15、0.25、0.15｝

（2）抽取50位調研對象進行評價，匯總數據如表3所示，同時得到隸屬度統計表，如表4所示。

表3 方案調查表

表4 隸屬度統計表

（3）根據權數，通過模糊矩陣乘法運算法則，得到如下結果：

Ca={0.33 0.33 0.17 0.17}

Cb={0.30 0.30 0.25 0.15}

Cc={0.24 0.24 0.29 0.23}

比較上述結果，方案A優的隸屬度為0.33，相對較高，獲得的認可度較大，其直線造型為主又帶有變化的造型特征也反映了數控機床造型需要簡潔大方又不失美感的要求。

3 設計方案整體分析

本次數控機床的外觀造型設計在保證實現產品的功能屬性前提下，充分考慮用戶的認知特征期待，使用一定的設計手段和藝術表達手段將結構美與造型美有機融合，在設計過程中涉及人機工程學、美學、心理學等諸多領域。

3.1 整體比例設計

機床正面主要由移門和外框組成，如圖2所示，機床總長為2300mm，高1730mm，移門上觀察窗中心面與外框左側面距離為878mm，主要觀察區域正處于長度方向的黃金分割點。在側面，機床側輪廓的斜邊與立邊交點與機床總高也呈黃金分割比，外觀整體勻稱協調。

3.2 形體設計與線條運用

講求形體與線條的統一，以直線造型為主，局部結構輔以少量曲面、曲線與圓角造型。隱蔽原來外露的手輪、手柄等，切削和冷卻液模塊均運用封閉外罩，能夠突出數控機床造型的整體性和協調性，在有利防護之余也給人簡潔明了的感覺。數控機床的操作集中于操作面板和正面觀察窗，因而在本次設計中，尤其關注這兩部分的設計。同時，為了使機床的外形更加簡潔干練，選擇使用冷卻箱作為底部，給人穩定厚重的感覺，如圖3所示。

圖2 整體比例設計草圖 圖3 整體結構線條統一

3.3 色彩設計與面飾工藝

數控機床作為一種生產性工具，在色彩的選用上需要在沉穩的基礎上體現一定的活力，在穩定的基礎上體現出一定的規律與變化。本次設計中，整體外殼部分設計為乳白色，底部冷卻箱和移門設計為黑色，并使用灰色條紋點綴。部分裝飾條紋設計為橙色，機床操作面板設計為銀灰色，并按照不同的功能選擇不同的顏色對區域進行了劃分，整體感覺既穩定安全，又能幫助操作者區分不同的操作模塊。

色彩的最終實物呈現關鍵是油漆涂層，良好的涂裝工藝才能真實、高效地表現設計師的設計構思。好的涂裝與涂料與施工工藝這兩個要素息息相關。

3.4 裝飾設計

本款機床的裝飾內容主要包括企業商標、企業名稱、裝飾條紋等，共設計有裝飾標牌兩塊，結合機床的整體配色選用白色黑底的設計，上部標寫機床的型號，下部標明生產單位的名稱。標牌采用白底橙色字，上部為機床型號，下部為企業名稱。機床側面、電柜側面均配有操作警示標牌，選用黑底黃色的文字及白底黑色的圖形，具有強烈的視覺沖擊力，提醒注意安全，也起到了一定的裝飾作用，如圖4所示。

圖4 危險警告標牌

5 結語

工業設計是賦予數控機床這一典型制造裝備更多價值與效益的利器。本文基于數控機床造型設計的具體項目，關注用戶需求，探索了基于認知特征期待的設計調研、方案篩選與整體設計途徑，對以用戶需求為出發點對大型制造設備開展工業設計進行了一定的探索。

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