数控机床造型设计浅析

梅延峰 东方航空技术有限公司北京分公司

前言：数控机床是现代制造业的一项重要设备，数控机床的产量和技术在一定意义上能够决定整个制造业的综合水平与竞争力。当今时代，随着科学技术的进步，机床制造业水平也在不断提高。数控机床是多种技术的综合产物，要提高数控机床的竞争力必须在满足其各项功能的前提下进行造型设计，赋予数控机床由内而外的高品质。只有不断加强产品内部质量和外部宜人性，提高整体效果，才能满足市场需求，从而提高数控机床的综合竞争力。

一度，我国并不重视外形在机械造型中的作用，因此产品虽然在性能、坚固性上方面达到国际质量要求，但是仍然缺乏整体国际竞争力。此外，数控机床产品忽视和人体工程学的结合，明显不符合国外市场需求，从而失去国外市场竞争力。因此，优秀的数控机床产品必须和美的创造相结合，才能达到最大的社会效益和经济效益。

1.数控机床外观造型研究

1.1 数控机床造型设计要素

数控机床的整体造型是由外观件组成，数控机床外观件的造型体现了机床的整体造型风格。以数控机床的造型对人视觉印象造成重要影响作为依据，可以将数控机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、数控系统、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等外观部件。每个外观部件作为数控机床整体造型的特征要素，它们对于整体造型的影响是各不相同的，一般的外观件主要是指机床门、把手和标牌等对机床外观影响较大的外观件。数控机床整体造型与外观件造型之间的关系是有机的协调关系，整体造型通过外观件来形成一个统一的有机的整体。

1.2 数控机床造型设计的艺术美

数控机床是多种技术的综合体，因而在设计过程中，仅仅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已经无法完全满足市场需求。设计师们应当更加注重机床的外观设计，包括形态、色彩、质感和装饰等综合整体给予顾客整体的乐于接受的审美形象。要塑造出美的形式很大程度上要受到相对独立的审美法则制约，机床造型设计同样需要这些审美法则来进行指导，并且贯彻在整个数控机床的外形设计中。利用好对立与统一、比例与尺度的造型设计法则，能够有效处理好机床布局部件与整体造型之间的关系，以获得风格统一、比例协调的机床造型。

1.3 数控机床造型设计的技术美

技术和美在概念上来看一事件的及时处理都需要由工作人员进行承担；而数控机床则要承担速度快、精密个感性一个理性，似乎是没有太大交集的，但是在数控机床的外观造型设计中如果没有技术设计的参与，美感是虚的，没有任何实际意义的。因此数控机床的技术美主要体现在造型设计中考虑人机工程学方面的客观要求。外观设计的人性化是机床造型的重点。顾客在对机床操作中接触最多的还是数控机床的外观件。在艺术美的机床上要严格遵循技术要求进行设计，充分结合与操作人员的接触性，坚持“以人为本”，积极打造宜人性外观造型。让操作人员在艺术美的享受中能够使用方便、舒适，从生理和心理两个方面提高工作积极性。如下图中的卧式加工图就充分结合了操作人员在操作过程中的简便、快捷和舒适的特点：

2.人机工程的数控机床造型设计

在现代加工生产活动进行活动中，操作者经常需要直接操作机器，机器产品的的造型设计不合理会直接导致操作者工作效率低下，疲劳感加强甚至诱发一系列的职业病。数控机床作为一种重要的现代高科技几点产品设备，被广泛应用于加工制造业的各个领域中，是现代先进制造技术中最为重要的基础装备之一。随着数控机床自动化程度的日益提高，操作者在更高的技术层面上影响着数控机床的工作质量。如何让操作者最有利地发挥工作效率，减少不利因素，需要使机床在造型设计上满足人的生理和心理要求。而人机工程学下的数控机床主要就是研究人的特性以及工作条件下与机器相匹配的学科。目前数控机床存在着诸如色彩搭配不合理、体型庞大、线条生硬显示装置不宜观察等各方便的操作问题。利用人机工程学原理 指导数控机床的造型设计不仅可以美化机床外观造型，创造良好的人机互动关系，同时也改变着操作者的工作环境。

2.1 数控机床的人机系统设计

在数控机床的实际操作中，操作者和机器本身都有着各自无法比拟的优势，取长补短已达到人机系统的最佳效率和总体功能，是人机系统设计的基础要求。在数控机床的使用过程中，指令程序编程、系统的监护维修、故障的排除和意外事件的及时处理都需要由工作人员进行承担；而数控机床则要承担速度快、精密度高、规律性强、时间强度大以及高级运算、危险和笨重方面的工作。随着科学技术的不断发展，人的体力工作将越来越多的被机械所代替，但是要实现整体、有效的运转离不了机宜人和人适机双方面的结合，形成数控机床人机系统的整体设计。

2.2 人机界面分析

人机界面是人与机器之间传递和交换信息的一个媒介。将机器的信息传递到人的大脑的是显示屏，将人的信息赋予设备的是遥控器。他们是操作者和机器之间有效沟通，实现信息交流的借口和通道。对于操作者来说，机床的人机界面可以分为监控区、操作区和工件处理区。前两者因为有着显示和控制的关系可以综合成为控制区。数控机床的人机界面必须展示出最易懂、最安全、最熟悉、最亲切的方式给操作者。具体设计可如下图所示：

2.3 人机工程下的数控机床色彩把握

色彩在产品造型效果中有着先声夺人的艺术感染力。色彩的宜人性也是人机工程下数控机床所必须把握到位的。这种艺术感染力可以对操作者心理和生理同时产生重要影响。数控机床作为金属打造的产品，技术含量高，但是容易使操作者感觉缺乏人情味，冰冷而且呆板，从而带来工作中的心理压力。对于人机工程下的数控机床，其色彩把握要注重给人以舒适、高雅、清新的感觉，让操作时深感亲切，保持操作者愉快的心情。不宜使用过分灰暗读单调的色彩，当然也不适合过于艳丽和凌乱，颜色搭配选择在三—五种即可。一般可以采用大面积低纯度的色彩统一全局，体现结构的整体感，再采用装饰色带、面板色带和警示色带与整体呼应，从而达到协调统一的目的。如下图所示：

2.4 安全环境防护设计

数控机床的安全感体现在操作者的心理和生理两个方面。通过造型语言，例如浑然饱满的整体造型，精细的造型工艺、沉着的色彩处理能够给人以心理上的安全感；通过人机工程设计，例如合理的尺寸设计，能够避免无意间碰触的按钮开关灯，给人以生理上的安全感。数控机床要充分考虑到加工精度、作业环境保护和人身安全，多采用半封闭或者全封闭的防护造型。在有些机床防护门应使用安全门锁开关，如设置电子锁与机床启动连锁，在防护门关闭时才能顺利启动机床，加工时则无法打开，充分保障操作者及设备自身安全。当然，为加强电器柜防护等级，电柜门应当装有断电开关，杜绝一切安全隐患。

当然，在现代化生产中，整体生产环境也要保持整齐、干净。物品摆放有序，使用可循，用后可放。现场物品管理尤其是电器类和气体类以及易燃易爆类物品更要注意使用过程的安全防护。如下图中凌乱的线路设置便很容易出现问题：

综上所述，对于数控机床的设计整体原则是：实用、经济、美观。具体从各个要素来看就要从如下几个方面入手进行探究：

首先，是外形造型的基本要求。外形造型主要包括点、线、面、体以及整体结构的布局。从细微处着手，从整体布局入眼。点的设计可以用一些细小的元素进行处理，例如指示灯、开关、商标等，作为点入手，发挥其点缀、呼应和平衡视觉作用的同时又充分发挥其客观功能。而线条的设计可以根据不同线的特色进行设计，结合直线的冷静和曲线的活泼设计出合理的分割线。面主要是几何图形的构成，可以借助色彩和线的分割来构成不同的图形，变幻出独特的风格。对于结构空间的整体把握既要注重实在的视觉空间美感又要兼顾感性空间的心理感受。综合考量，设计出最独特又最实用的外观。设计时既要显示整体特色又不能忽视细节处理，如下图所示：

其次，便是色彩元素的把握。色彩元素是设计中显而易见不容忽视的元素，在进行色彩设计的时候一定要把握好感性色彩的调和，通过独有的色彩增强产品非凡的竞争力。不同的色彩带给人们不同的心理感受也有着不同的现实寓意，在设计中既要综合考量突出重点又要变化点缀体现特色。颜色的综合不代表颜色的堆砌，色彩需要调和而非叠加。

再次，就是设计中的比例掌控。产品的比例和尺度直接关系到产品的形式美和实用价值的体现，在设计中完美的比例和尺度是必须拥有的，虽然没有固定的法则但是还是有着其深刻的科学依据。比例尺度的把握既要遵从设计者的思考又要有着客观的科学依据，这些科学依据除了感性的美学认识之外还要有着深刻的几何法则，按照平方根比例、黄金分割比例（如下图）进行把握。

平方根比例

黄金比例分割

黄金比例矩形

同时，材质的把握和独特的风格也是设计中所必不可少的因素，在美学的设计中还要有着自身的法则。统一和变换，在设计中既要有着整体的统一性，在统一中又要需求不断的变化。另外，对称和平衡的功劳也不可小觑。动力和重心的把握必须要靠对称和平衡来进行调节，而且对称和平衡下的形体一般也不乏美感。同时也要考量稳定与轻巧的相互影响制约来形成艺术的处理。当然，对比与调和、过渡与呼应也是必不可少的美学法则。美感的把握需要的是突出而不是突兀。

因此，在今后的数控机床设计中，我们既要注意数控机床自身内部水平提高与防护水平的不断加强，还要从艺术美和技术美的角度来加强数控机床外部造型的设计，更要结合数控机床的操作者进行人机结合进行安全环境防护的设计，使数控机床能够加强自身的同时与操作者形成统一的人机关系，全面提高生产效率，提高我国数控产品的市场竞争力。