數控機床造型設計淺析

梅延峰 東方航空技術有限公司北京分公司

前言：數控機床是現代制造業的一項重要設備，數控機床的產量和技術在一定意義上能夠決定整個制造業的綜合水平與競爭力。當今時代，隨著科學技術的進步，機床制造業水平也在不斷提高。數控機床是多種技術的綜合產物，要提高數控機床的競爭力必須在滿足其各項功能的前提下進行造型設計，賦予數控機床由內而外的高品質。只有不斷加強產品內部質量和外部宜人性，提高整體效果，才能滿足市場需求，從而提高數控機床的綜合競爭力。

一度，我國并不重視外形在機械造型中的作用，因此產品雖然在性能、堅固性上方面達到國際質量要求，但是仍然缺乏整體國際競爭力。此外，數控機床產品忽視和人體工程學的結合，明顯不符合國外市場需求，從而失去國外市場競爭力。因此，優秀的數控機床產品必須和美的創造相結合，才能達到最大的社會效益和經濟效益。

1.數控機床外觀造型研究

1.1 數控機床造型設計要素

數控機床的整體造型是由外觀件組成，數控機床外觀件的造型體現了機床的整體造型風格。以數控機床的造型對人視覺印象造成重要影響作為依據，可以將數控機床外觀件分為外罩、門、觀察窗、把手、數控系統、排屑裝置、水箱、油箱、電控柜、標牌等外觀部件。每個外觀部件作為數控機床整體造型的特征要素，它們對于整體造型的影響是各不相同的，一般的外觀件主要是指機床門、把手和標牌等對機床外觀影響較大的外觀件。數控機床整體造型與外觀件造型之間的關系是有機的協調關系，整體造型通過外觀件來形成一個統一的有機的整體。

1.2 數控機床造型設計的藝術美

數控機床是多種技術的綜合體，因而在設計過程中，僅僅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已經無法完全滿足市場需求。設計師們應當更加注重機床的外觀設計，包括形態、色彩、質感和裝飾等綜合整體給予顧客整體的樂于接受的審美形象。要塑造出美的形式很大程度上要受到相對獨立的審美法則制約，機床造型設計同樣需要這些審美法則來進行指導，并且貫徹在整個數控機床的外形設計中。利用好對立與統一、比例與尺度的造型設計法則，能夠有效處理好機床布局部件與整體造型之間的關系，以獲得風格統一、比例協調的機床造型。

1.3 數控機床造型設計的技術美

技術和美在概念上來看一事件的及時處理都需要由工作人員進行承擔；而數控機床則要承擔速度快、精密個感性一個理性，似乎是沒有太大交集的，但是在數控機床的外觀造型設計中如果沒有技術設計的參與，美感是虛的，沒有任何實際意義的。因此數控機床的技術美主要體現在造型設計中考慮人機工程學方面的客觀要求。外觀設計的人性化是機床造型的重點。顧客在對機床操作中接觸最多的還是數控機床的外觀件。在藝術美的機床上要嚴格遵循技術要求進行設計，充分結合與操作人員的接觸性，堅持“以人為本”，積極打造宜人性外觀造型。讓操作人員在藝術美的享受中能夠使用方便、舒適，從生理和心理兩個方面提高工作積極性。如下圖中的臥式加工圖就充分結合了操作人員在操作過程中的簡便、快捷和舒適的特點：

2.人機工程的數控機床造型設計

在現代加工生產活動進行活動中，操作者經常需要直接操作機器，機器產品的的造型設計不合理會直接導致操作者工作效率低下，疲勞感加強甚至誘發一系列的職業病。數控機床作為一種重要的現代高科技幾點產品設備，被廣泛應用于加工制造業的各個領域中，是現代先進制造技術中最為重要的基礎裝備之一。隨著數控機床自動化程度的日益提高，操作者在更高的技術層面上影響著數控機床的工作質量。如何讓操作者最有利地發揮工作效率，減少不利因素，需要使機床在造型設計上滿足人的生理和心理要求。而人機工程學下的數控機床主要就是研究人的特性以及工作條件下與機器相匹配的學科。目前數控機床存在著諸如色彩搭配不合理、體型龐大、線條生硬顯示裝置不宜觀察等各方便的操作問題。利用人機工程學原理 指導數控機床的造型設計不僅可以美化機床外觀造型，創造良好的人機互動關系，同時也改變著操作者的工作環境。

2.1 數控機床的人機系統設計

在數控機床的實際操作中，操作者和機器本身都有著各自無法比擬的優勢，取長補短已達到人機系統的最佳效率和總體功能，是人機系統設計的基礎要求。在數控機床的使用過程中，指令程序編程、系統的監護維修、故障的排除和意外事件的及時處理都需要由工作人員進行承擔；而數控機床則要承擔速度快、精密度高、規律性強、時間強度大以及高級運算、危險和笨重方面的工作。隨著科學技術的不斷發展，人的體力工作將越來越多的被機械所代替，但是要實現整體、有效的運轉離不了機宜人和人適機雙方面的結合，形成數控機床人機系統的整體設計。

2.2 人機界面分析

人機界面是人與機器之間傳遞和交換信息的一個媒介。將機器的信息傳遞到人的大腦的是顯示屏，將人的信息賦予設備的是遙控器。他們是操作者和機器之間有效溝通，實現信息交流的借口和通道。對于操作者來說，機床的人機界面可以分為監控區、操作區和工件處理區。前兩者因為有著顯示和控制的關系可以綜合成為控制區。數控機床的人機界面必須展示出最易懂、最安全、最熟悉、最親切的方式給操作者。具體設計可如下圖所示：

2.3 人機工程下的數控機床色彩把握

色彩在產品造型效果中有著先聲奪人的藝術感染力。色彩的宜人性也是人機工程下數控機床所必須把握到位的。這種藝術感染力可以對操作者心理和生理同時產生重要影響。數控機床作為金屬打造的產品，技術含量高，但是容易使操作者感覺缺乏人情味，冰冷而且呆板，從而帶來工作中的心理壓力。對于人機工程下的數控機床，其色彩把握要注重給人以舒適、高雅、清新的感覺，讓操作時深感親切，保持操作者愉快的心情。不宜使用過分灰暗讀單調的色彩，當然也不適合過于艷麗和凌亂，顏色搭配選擇在三—五種即可。一般可以采用大面積低純度的色彩統一全局，體現結構的整體感，再采用裝飾色帶、面板色帶和警示色帶與整體呼應，從而達到協調統一的目的。如下圖所示：

2.4 安全環境防護設計

數控機床的安全感體現在操作者的心理和生理兩個方面。通過造型語言，例如渾然飽滿的整體造型，精細的造型工藝、沉著的色彩處理能夠給人以心理上的安全感；通過人機工程設計，例如合理的尺寸設計，能夠避免無意間碰觸的按鈕開關燈，給人以生理上的安全感。數控機床要充分考慮到加工精度、作業環境保護和人身安全，多采用半封閉或者全封閉的防護造型。在有些機床防護門應使用安全門鎖開關，如設置電子鎖與機床啟動連鎖，在防護門關閉時才能順利啟動機床，加工時則無法打開，充分保障操作者及設備自身安全。當然，為加強電器柜防護等級，電柜門應當裝有斷電開關，杜絕一切安全隱患。

當然，在現代化生產中，整體生產環境也要保持整齊、干凈。物品擺放有序，使用可循，用后可放。現場物品管理尤其是電器類和氣體類以及易燃易爆類物品更要注意使用過程的安全防護。如下圖中凌亂的線路設置便很容易出現問題：

綜上所述，對于數控機床的設計整體原則是：實用、經濟、美觀。具體從各個要素來看就要從如下幾個方面入手進行探究：

首先，是外形造型的基本要求。外形造型主要包括點、線、面、體以及整體結構的布局。從細微處著手，從整體布局入眼。點的設計可以用一些細小的元素進行處理，例如指示燈、開關、商標等，作為點入手，發揮其點綴、呼應和平衡視覺作用的同時又充分發揮其客觀功能。而線條的設計可以根據不同線的特色進行設計，結合直線的冷靜和曲線的活潑設計出合理的分割線。面主要是幾何圖形的構成，可以借助色彩和線的分割來構成不同的圖形，變幻出獨特的風格。對于結構空間的整體把握既要注重實在的視覺空間美感又要兼顧感性空間的心理感受。綜合考量，設計出最獨特又最實用的外觀。設計時既要顯示整體特色又不能忽視細節處理，如下圖所示：

其次，便是色彩元素的把握。色彩元素是設計中顯而易見不容忽視的元素，在進行色彩設計的時候一定要把握好感性色彩的調和，通過獨有的色彩增強產品非凡的競爭力。不同的色彩帶給人們不同的心理感受也有著不同的現實寓意，在設計中既要綜合考量突出重點又要變化點綴體現特色。顏色的綜合不代表顏色的堆砌，色彩需要調和而非疊加。

再次，就是設計中的比例掌控。產品的比例和尺度直接關系到產品的形式美和實用價值的體現，在設計中完美的比例和尺度是必須擁有的，雖然沒有固定的法則但是還是有著其深刻的科學依據。比例尺度的把握既要遵從設計者的思考又要有著客觀的科學依據，這些科學依據除了感性的美學認識之外還要有著深刻的幾何法則，按照平方根比例、黃金分割比例（如下圖）進行把握。

平方根比例

黃金比例分割

黃金比例矩形

同時，材質的把握和獨特的風格也是設計中所必不可少的因素，在美學的設計中還要有著自身的法則。統一和變換，在設計中既要有著整體的統一性，在統一中又要需求不斷的變化。另外，對稱和平衡的功勞也不可小覷。動力和重心的把握必須要靠對稱和平衡來進行調節，而且對稱和平衡下的形體一般也不乏美感。同時也要考量穩定與輕巧的相互影響制約來形成藝術的處理。當然，對比與調和、過渡與呼應也是必不可少的美學法則。美感的把握需要的是突出而不是突兀。

因此，在今后的數控機床設計中，我們既要注意數控機床自身內部水平提高與防護水平的不斷加強，還要從藝術美和技術美的角度來加強數控機床外部造型的設計，更要結合數控機床的操作者進行人機結合進行安全環境防護的設計，使數控機床能夠加強自身的同時與操作者形成統一的人機關系，全面提高生產效率，提高我國數控產品的市場競爭力。