基于需求分析的数控机床外观造型改良设计

摘 要：本文从人机工程和视觉审美两个大的方面分析数控机床外观造型设计需满足的人机工程需求以及在形态、色彩、装饰和材质等方面的视觉审美需求。并根据需求分析进行数控机床改良设计。

关键词：人机工程；视觉审美；数控机床；需求；改良

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

0 引言

在设计数控机床的外观造型时，不但要考虑工业产品设计的一般原则，更加重要的是还要对这类机械产品进行必要的需求分析，本文主要从人机工程学及视觉审美两个方面来探讨这个问题。

1 人机工程需求分析

数控机床的设计首先要重点要满足人机工程学方面的需求。因为数控机床的性能的好坏很大一部分决定于机床的可操作性，或者说宜人性。因而加工过程中操作者经常接触的操作部件是机床人机工程设计中所关注的重点，比如机床门、观察窗、把手等。

1.1 机床门的人机工程设计

机床门是机床外观整体造型的重要部件，操作者对该部件的接触较多，机床尺寸与结构的合理性对机床操作的宜人性带来了重要的影响。在机床门的设计上，不但要考虑其形态与机床外罩的整体感，而且需要考虑机床门的尺寸大小。机床门的尺寸大小主要受到工作台尺寸的限制，不同型号机床的工作台尺寸差别较大，相应的机床门的尺寸大小也要随着变化[1]。

1.2 观察窗的人机工程设计

机床观察窗是操作者用来对加工工件的加工过程进行观察时使用的。观察窗设计的合理性对了解产品加工过程有重要影响，这涉及到人的视高。观察窗高度的设计需要以五十百分位的人体的视高尺寸来作为依据，来适应不同身高的人群 [2]。

1.3 把手的人机工程设计

数控机床把手是跟操作者的手直接接触的部件，在设计时需要考虑把手直径与长度要与人手的尺寸之间的配合度。国家标准对这类配件提出了相应的人机工程要求，手掌握把手的截面直径尺寸为小于20mm，最佳选用12-18mm直径的把手，过于粗大或过于细小都不利于人手抓握和施力。同时要求手掌握把手的长度尺寸应大于75mm。

2 视觉及审美需求的分析

2.1 形态需求分析

由于机床产品外观形态的特殊性，外观风格的表现关键在于形态的整体造型设计，进行整体化造型设计主要遵循简洁、均衡和稳定三个原则。

（1）简洁原则。首先数控机床的整体外观形态设计应体现简洁特点。常用以下两种方法：

1）采用一些简单的曲线曲面或者基本几何形态做为机床外观形态的造型元素。这样的设计也是考虑到机床制造工艺的质量和经济成本。

2）采用封闭式造型设计。封闭式造型设计不仅能够减少粉尘入侵，防止铁屑及润滑冷却液飞溅，而且能够掩盖机床大部分主体，使其整体性好，达到简洁明快的视觉效果。

（2）均衡原则。采用均衡的形态设计原则，在满足形态整体性的基础上，为机床的外观造型添加变化和丰富感。获得整体均衡的其中一种方法是以机床外观形态的中心线为假想的对称线，从整体上平衡估计，合理布局机床的各部分结构，使机床左、右两边的体量矩之和相等[3]。

（3）稳定原则。稳定主要考虑的是机床外观形态，在视觉上给人的轻重关系，稳定感主要体现在上轻下重的视觉效果。稳定的形态能给人以安全的心理效应。

2.2 色彩需求分析

数控机床外观造型色彩设计需注意以下几个要点：

（1）满足环境与功能的要求。在机床色彩的选用过程中，首先要考虑的是色彩与使用环境之间的协调性。一般来说机床的使用环境有特殊的环境特点，表现为油污较大，因而耐油污是需要重点考虑的，在用色上宜偏深沉。而数控机床面板的色彩设计则要考虑底色和元件色之间的对比度，以提高面板的视认度，宜用低明度、低纯度的中性底色[4]。

（2）注重色调选择。数控机床在配色上应更注重统一性和整体性，因而需要控制色彩的种类，以大面积的主色调，配合小面积的辅助色点缀，主体特征越强，装饰性越好，统一感也越好。数控机床的底座、床身等大件宜采用低纯度色彩为主体色，以明快、雅致、洁净的色彩统一全局，使主调明确。再用小面积高纯度的色彩进行点缀，使总体显得丰富、变化、有生气[5]。

2.3 装饰需求分析

数控机床上的装饰设计是进一步提高产品造型艺术效果的手段，基本是指企业标志、商标、厂名、装饰线等。

3 数控机床外观造型改良设计实例

3.1 设计对象分析

如图1所示改良设计对象是某机床公司生产的数控纵切车床，造型缺乏动感和亲切感，显得笨拙和呆板，整体没有统一性，观察窗的设计非常不符合人机工程学，观察视野小，不易开启。车床的左右两部分视觉上显得不均衡。色彩设计及装饰设计缺乏现代感，产品不能激发操作者的工作激情和乐趣，易使操作者产生厌倦的心理疲劳。因此，对该产品进行了方案改良设计，将重点落在形态、色彩和装饰等几个方面，力图达到美观、精密、现代、舒适、方便、安全。

3.2 数控车床形态改良设计

（1）底座。改良前的数控车床底座主要由方正的体块构成，显得笨重而呆板，缺乏现代机电产品所追求的亲切感和灵动感。此外，底座的两部分组合的缝隙过大，破坏了底座的整体感。鉴于以上问题，在改良设计时，首先考虑把底座的各个棱线进行倒角，缩小两个体块之间的缝隙，使得底座的线条趋于柔和，更有亲切感和整体感。改良后的数控车床底座效果见图2。

（2）罩壳。改良前的数控车床罩壳，全部采用直线和斜线，形成较多的斜面、折线和棱角，显得罩壳的整体造型庞大、尖锐和凌乱，容易让人产生紧张感。此外，以中间突台为分界线，两侧形态缺乏形态设计中追求的简洁和均衡的原则。鉴于以上问题，在改良设计时，对罩壳上的转折面进行倒圆，减少棱线和面得数量，同时也可以达到柔和造型消除紧张感的效果。右侧罩壳在允许的范围内降低高度，以弧面造型代替折面造型，从视觉上大大缩小体积感和高度，使得整个车床整体显得更均衡。改良后的数控车床罩壳效果见图2。

（3）观察窗。改良前的数控车床观察窗，观察面积较小。从人机工程的角度考虑，观察窗的大小和高度应该包含人体的最佳视野范围。鉴于这个问题，在改良设计时，首先是扩大观察窗的面积把人体的最佳视野包含进去。其次把观察窗的形状沿着机床门做成弧面，同时使弧面与水平面成一个倾角，更符合人的视角。改良后的数控车床观察窗效果见图2。

3.3 数控车床色彩改良设计

改良前的数控车床色彩方案，以反差较大的工程白和深灰分割车床罩壳和底座两大部件，机床门用蓝色点缀。车床整体色彩显得分明沉闷，主色调不明确，底座本身体量大又配以深色，给人以笨重而缺乏生气的视觉效果。数控车床的整体体量不大，属于机床中的小机床，采用三套色方案容易破坏机床的整体感。鉴于以上问题，在改良设计中，为了突出车床的简洁、统一感和现代感，采用了两套色方案，在数控车床的底座、机床门等大件上采用低纯度色彩为主体色，其他部件以明快、雅致、洁净的高亮度色彩统一全局，使主调明确。再用控制面板上的小面积高纯度色彩进行点缀，使总体显得丰富、变化、有生气而且具有很强的整体感。改良后的数控机床色彩方案见图2。

3.4 数控车床改良设计效果图

作为一种高精度要求的机床产品，数控机床的外观造型设计，不能像其他一般的工业产品可以相对自由、多样、随意变化，它不但要求遵循工业设计的原则，还要特别重视功能性、安全性等科学性要求，要求做到科技性和艺术性相结合、功能与形式相协调。

参考文献：

[1]杨维平，李纶，徐人平.加工中心造型设计[J].现代机械，2O02（0l）：40-49.

[2]陈为.工业设计中“人-机-环境”因素分析及其产品人机关系综合评价[J].人类工效学，1999：51-53.

[3]王敏，于爱兵，张义.机床造型设计方法[J].现代制造工程，2005.

[4]曹阳，刘晓会.产品设计与人类心理[J].郑州轻工业学院学报，1997：12-13.

[5]王庆斌，吴琼，张福昌.现代机床的色彩设计[M].无锡轻工大学学报（社会科学版），2001，02（04）：417-421.

作者简介：王海萍（1983-），讲师。endprint