基于要素分析的機(jī)床產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)研究

摘 要： 為了提升機(jī)床產(chǎn)品的操作性和審美體驗(yàn)，將影響機(jī)床產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素進(jìn)行分解，通過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品的研究，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念對造型要素、色彩要素以及人機(jī)要素進(jìn)行綜合分析，闡明了機(jī)床產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)方向，為我國機(jī)床制造企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)提供一定的參考和借鑒。

關(guān) 鍵 詞：工業(yè)設(shè)計(jì) 外觀造型 設(shè)計(jì)要素 機(jī)床

0 引言

機(jī)床行業(yè)的發(fā)展水平是一個(gè)國家制造能力及工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要衡量指標(biāo)。經(jīng)過60年的發(fā)展，中國機(jī)床行業(yè)技術(shù)水平快速提高，但除去數(shù)量的外衣，卻沒有其他的優(yōu)勢[1]。要在短時(shí)間較大程度地提高中國機(jī)床行業(yè)的技術(shù)水平，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)手段相比技術(shù)創(chuàng)新而言更為容易。當(dāng)前，機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)已呈現(xiàn)由傳統(tǒng)的片面強(qiáng)調(diào)功能，向功能與形式相協(xié)調(diào)的人性化設(shè)計(jì)方向發(fā)展的趨勢[2]。

1 造型要素分析

1.1 整體造型

機(jī)床整體造型是由外觀件組成，以機(jī)床造型對人視覺印象造成的主要影響為依據(jù)，可將機(jī)床外觀件分為外罩、門、觀察窗、把手、控制裝置、排屑裝置、水箱、油箱、電控柜、標(biāo)牌等部件。一般而言，研究重點(diǎn)放在外罩、門、觀察窗、把手等對造型影響較大的外觀件。每個(gè)外觀件作為機(jī)床整體造型的特征要素對整體造型的影響是各不相同的，機(jī)床整體造型通過外觀件造型的有機(jī)統(tǒng)一來實(shí)現(xiàn)其造型的目的。

1.2 外觀件造型

機(jī)床外罩造型是影響整體造型風(fēng)格的最重要因素。從國內(nèi)外品牌及同類典型產(chǎn)品分析，現(xiàn)有機(jī)床外罩從其正立面上大體可以概括為曲面、直面和斜面造型。以曲面、曲線為基調(diào)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，使人產(chǎn)生圓潤、飽滿、流暢、活潑、親切的感覺；以直面、直線為基調(diào)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，使人產(chǎn)生嚴(yán)謹(jǐn)、整齊、均衡、穩(wěn)重的感覺；以斜面、折線為基調(diào)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，使人產(chǎn)生活力、生氣、靈動(dòng)、輕巧的感覺。

機(jī)床門造型受到外罩的嚴(yán)格約束，門的側(cè)面輪廓線匹配于機(jī)床外罩側(cè)面輪廓線?，F(xiàn)有機(jī)床門的造型大致可分為曲門、直門和折門。

機(jī)床觀察窗造型是機(jī)床正立面的視覺中心。觀察窗造型的變化非常多，但都要與整體造型風(fēng)格相協(xié)調(diào)?，F(xiàn)有觀察窗造型大致分為方形帶有小圓角、大圓角和不規(guī)則曲線形態(tài)，以配合機(jī)床造型風(fēng)格多樣化的需求。

機(jī)床把手造型雖然在外觀件中體積較小，但對整體造型風(fēng)格的塑造作用很大。把手造型主要由其截面形狀和外形輪廓線決定。現(xiàn)有機(jī)床把手截面主要有圓形和方形，外形輪廓線可歸納為直、曲、折三種，每種造型分別與不同風(fēng)格的機(jī)床造型相協(xié)調(diào)。

2 色彩要素分析

實(shí)驗(yàn)表明，人在看物體時(shí)，最初20秒內(nèi)，色彩的成分占80%；2分鐘后，色彩占60%，形體占40%；5分鐘后，色彩和形體各占50%，以后這種狀態(tài)將持續(xù)下去[3]。因此，色彩在機(jī)床造型設(shè)計(jì)中占有重要地位。

2.1 色彩設(shè)計(jì)應(yīng)用

國內(nèi)外機(jī)床同類產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)有三種常見形式：（1）單色；（2）雙色，由一種所占比例較大的主色和一種所占比例較小的輔色組成；（3）三色，由一種所占比例較大的主色、一種所占比例中等的輔色以及一種所占比例較小的輔色共同組成。

當(dāng)前，機(jī)床產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)大多趨向于采用雙色和三色，這樣既可以減弱形體的笨重感，又可突出造型的重點(diǎn)部位，增強(qiáng)機(jī)床產(chǎn)品的空間層次，也能夠在較大范圍內(nèi)滿足人們的審美需求，符合當(dāng)前色彩組合的流行傾向。

2.2 色彩設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

（1）機(jī)床操作件，如把手、開關(guān)等，是使用者手、眼經(jīng)常接觸的部件，宜采用與背景色對比較強(qiáng)、醒目、有親近感的顏色；（2）機(jī)床顯示器件的色彩應(yīng)有良好的認(rèn)識(shí)度；（3）機(jī)床面板上的按鍵、按鈕，為了便于使用者快速、準(zhǔn)確地反應(yīng)，通常采用色彩設(shè)計(jì)對其進(jìn)行編碼、區(qū)分以及強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)；（4）機(jī)床主控開關(guān)、警示標(biāo)識(shí)以及警示燈等，應(yīng)根據(jù)國家通用標(biāo)準(zhǔn)采用高明度的紅、橙、黃色；（5）機(jī)床操作臺(tái)面和加工物應(yīng)該保持一定的色彩對比度，以保證使用者對加工物的視覺敏銳度和分辨力。

3 人機(jī)要素分析

3.1 機(jī)床門

機(jī)床門的設(shè)計(jì)必須考慮與外罩造型配合，還需要考慮寬度尺寸。機(jī)床門的寬度尺寸受到工作臺(tái)尺寸的限制，為了方便裝卡零件的操作，寬度尺寸一般要求略大于工作臺(tái)的寬度。對于工作臺(tái)較小的機(jī)床一般采用單開門的結(jié)構(gòu)，而對于工作臺(tái)較寬的機(jī)床則多選用雙開門。

3.2 觀察窗

使用者通過觀察窗對加工工件和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察，觀察姿勢受到觀察窗位置和尺寸的影響。觀察窗設(shè)計(jì)主要以人的視高為依據(jù)，觀察窗的高度應(yīng)選取第50百分位的人體視高來設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同身高的人群。通過對人體最佳視野，包括直接視野和眼動(dòng)視野的分析可知：垂直方向的視區(qū)劃分，人在水平線上下15°的視線最佳；水平方向的視區(qū)劃分，人的左右各25°為良好視區(qū)。

3.3 把手

把手對操作舒適性和工作效率有重大的影響。把手的設(shè)計(jì)要充分考慮直徑、長度與人手的尺寸相適應(yīng)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)操縱器一般人類工效學(xué)要求，手握截面直徑尺寸為10～20mm，優(yōu)先選用12～18mm直徑的把手。還需要充分考慮門的大小和重量因素，針對重量輕的門，可能只需要幾個(gè)手指就能開啟，這時(shí)門把手截面積直徑可以適當(dāng)小于10mm，針對重量沉的門，門把手截面積直徑可適當(dāng)大于20mm。門把手與手掌的接觸面積越大，則壓應(yīng)力越小。因此，圓形截面積或者橢圓形截面把手較好，但是為了防止與手掌之間的相對滑動(dòng)，可以采用矩形或三角形。

機(jī)床把手長度取決于手掌寬度，掌寬一般在71～97mm之間（5%女性至95%男性數(shù)據(jù)）。因此，把手長度至少為100～125mm。當(dāng)前機(jī)床把手大多以長把手的設(shè)計(jì)形式出現(xiàn)，一方面滿足造型的多樣變化，另一方面也能夠符合不同身高人群的使用。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)操縱器一般人類工效學(xué)要求，手掌最佳著力抓握直徑為30～40mm，彎角為10°左右[4]。

把手設(shè)計(jì)除了考慮尺寸因素，還必須考慮安裝位置。選取第50百分位的身高、手的活動(dòng)范圍以及肘的高度作為設(shè)計(jì)依據(jù)，確定最佳把手控制區(qū)。對長把手而言，只需把手抓握位置能包括最佳控制區(qū)，且安放位置美觀即可；對短把手而言，則要盡量安裝在最佳控制區(qū)內(nèi)，而且盡量使手腕在操作時(shí)保持自然狀態(tài)，手與小臂處于一條直線上，避免因手腕彎曲而引起肌肉靜態(tài)施力。

3.4 控制面板

人的手部動(dòng)作主要是以觸摸為主，按鍵、按鈕通過指尖來完成操作。以人的指尖為分析對象，按鍵設(shè)計(jì)要保證按鍵的截面形狀大小與操作手指的尺寸相適應(yīng)，參考GB/T14775-1993按鈕按鍵的人機(jī)參量，按鍵行程與所需按壓力要能保證對人體提供良好的信息反饋。按鍵之間要保持適當(dāng)間距，以防誤觸碰。不同功能的按鍵通過劃分區(qū)域并按照人眼視覺特性進(jìn)行排列，如數(shù)字鍵、字母鍵、方向指示鍵等的區(qū)域劃分。按鈕顏色也需要符合工業(yè)用色習(xí)慣，如啟動(dòng)、通電常用綠色、白色等，停止、斷電常用紅色。

當(dāng)控制面板與地面垂直時(shí)，按鍵區(qū)的最佳范圍與人肘關(guān)節(jié)密切相關(guān)，肘關(guān)節(jié)抬升過高或者肘關(guān)節(jié)位置過低都會(huì)產(chǎn)生一定的不舒適感。因此，按鍵區(qū)應(yīng)該處于略高于肘關(guān)節(jié)至低于眼高的范圍，這樣的范圍可以滿足最舒適的操作狀態(tài)，可定義按鍵的最佳操作區(qū)域?yàn)?153～1568mm。當(dāng)控制面板與地面存在角度時(shí)，按鍵時(shí)手掌的姿態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化，按鍵的最佳操作區(qū)域調(diào)整為974～1408mm。

4 結(jié)語

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的高速發(fā)展，人類物質(zhì)生活與文化素養(yǎng)的不斷提高，不僅對機(jī)床產(chǎn)品的精密化、自動(dòng)化要求越來越高，而且對機(jī)床產(chǎn)品的操作性和審美體驗(yàn)提出了更高的要求。結(jié)合機(jī)床產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素分析，從造型、色彩、人機(jī)三個(gè)方面分別提出了塑造符合時(shí)代需求的機(jī)床產(chǎn)品外觀可參考的設(shè)計(jì)方向。

（1）機(jī)床造型塑造力求簡潔統(tǒng)一，形態(tài)均衡穩(wěn)定，過渡合理，面與面之間可多采用斜角或圓角的造型變化，打破過于簡潔而造成的沉悶感，給人以層次豐富、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、線條流暢的整體印象。

（2）機(jī)床色彩不宜過分灰暗與單調(diào)，也不宜過分鮮艷與混亂。色彩的整體感與設(shè)計(jì)的簡潔性正相關(guān)。以沉穩(wěn)、純度較低的色彩為主色調(diào)，小面積輔助較高純度的色彩，可以使產(chǎn)品配色簡潔而不單調(diào)沉悶，使用戶在使用中感覺環(huán)境舒適，機(jī)器親切，從而精神愉快，穩(wěn)定而集中，并體現(xiàn)出產(chǎn)品對人的尊重。

（3）機(jī)床人機(jī)設(shè)計(jì)可從視覺、觸覺、聽覺三個(gè)方面進(jìn)行完善。視覺方面，在造型、色彩、顯示面板等和視覺有關(guān)的設(shè)計(jì)中，更多地考慮人的生理和心理需求；觸覺方面，注重把手、控制面板等部件的設(shè)計(jì)，關(guān)注材料和表面處理等因素，給使用者以最優(yōu)的觸覺感受；聽覺方面，綜合考慮機(jī)床噪聲和環(huán)境影響，力求優(yōu)化工作環(huán)境。

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：福建省創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)基地建設(shè)資助項(xiàng)目（閩財(cái)指[2012]771號）；福建省企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)資助項(xiàng)目（閩經(jīng)貿(mào)計(jì)財(cái)[2012]720號）

參考文獻(xiàn)

[1] 唐克巖.我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)床與液壓，2012，40（5）：145-147.

[2] 張曙，衛(wèi)漢華.機(jī)床產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的新動(dòng)向[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2009，（6）：12-13.

[3] 朱慧，張宇東.基于實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的色彩心理探究.中國包裝工業(yè)，2008，（7）：48-51.

[4] 趙江洪，譚浩.人機(jī)工程學(xué) [M].北京：高等教育出版社，2006.