數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)淺析

梅延峰 東方航空技術(shù)有限公司北京分公司

前言：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的一項(xiàng)重要設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)在一定意義上能夠決定整個(gè)制造業(yè)的綜合水平與競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)今時(shí)代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)床制造業(yè)水平也在不斷提高。數(shù)控機(jī)床是多種技術(shù)的綜合產(chǎn)物，要提高數(shù)控機(jī)床的競(jìng)爭(zhēng)力必須在滿(mǎn)足其各項(xiàng)功能的前提下進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，賦予數(shù)控機(jī)床由內(nèi)而外的高品質(zhì)。只有不斷加強(qiáng)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和外部宜人性，提高整體效果，才能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，從而提高數(shù)控機(jī)床的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

一度，我國(guó)并不重視外形在機(jī)械造型中的作用，因此產(chǎn)品雖然在性能、堅(jiān)固性上方面達(dá)到國(guó)際質(zhì)量要求，但是仍然缺乏整體國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。此外，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品忽視和人體工程學(xué)的結(jié)合，明顯不符合國(guó)外市場(chǎng)需求，從而失去國(guó)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，優(yōu)秀的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品必須和美的創(chuàng)造相結(jié)合，才能達(dá)到最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.數(shù)控機(jī)床外觀(guān)造型研究

1.1 數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)要素

數(shù)控機(jī)床的整體造型是由外觀(guān)件組成，數(shù)控機(jī)床外觀(guān)件的造型體現(xiàn)了機(jī)床的整體造型風(fēng)格。以數(shù)控機(jī)床的造型對(duì)人視覺(jué)印象造成重要影響作為依據(jù)，可以將數(shù)控機(jī)床外觀(guān)件分為外罩、門(mén)、觀(guān)察窗、把手、數(shù)控系統(tǒng)、排屑裝置、水箱、油箱、電控柜、標(biāo)牌等外觀(guān)部件。每個(gè)外觀(guān)部件作為數(shù)控機(jī)床整體造型的特征要素，它們對(duì)于整體造型的影響是各不相同的，一般的外觀(guān)件主要是指機(jī)床門(mén)、把手和標(biāo)牌等對(duì)機(jī)床外觀(guān)影響較大的外觀(guān)件。數(shù)控機(jī)床整體造型與外觀(guān)件造型之間的關(guān)系是有機(jī)的協(xié)調(diào)關(guān)系，整體造型通過(guò)外觀(guān)件來(lái)形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)的整體。

1.2 數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的藝術(shù)美

數(shù)控機(jī)床是多種技術(shù)的綜合體，因而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，僅僅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已經(jīng)無(wú)法完全滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)更加注重機(jī)床的外觀(guān)設(shè)計(jì)，包括形態(tài)、色彩、質(zhì)感和裝飾等綜合整體給予顧客整體的樂(lè)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(duì)獨(dú)立的審美法則制約，機(jī)床造型設(shè)計(jì)同樣需要這些審美法則來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)，并且貫徹在整個(gè)數(shù)控機(jī)床的外形設(shè)計(jì)中。利用好對(duì)立與統(tǒng)一、比例與尺度的造型設(shè)計(jì)法則，能夠有效處理好機(jī)床布局部件與整體造型之間的關(guān)系，以獲得風(fēng)格統(tǒng)一、比例協(xié)調(diào)的機(jī)床造型。

1.3 數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的技術(shù)美

技術(shù)和美在概念上來(lái)看一事件的及時(shí)處理都需要由工作人員進(jìn)行承擔(dān)；而數(shù)控機(jī)床則要承擔(dān)速度快、精密個(gè)感性一個(gè)理性，似乎是沒(méi)有太大交集的，但是在數(shù)控機(jī)床的外觀(guān)造型設(shè)計(jì)中如果沒(méi)有技術(shù)設(shè)計(jì)的參與，美感是虛的，沒(méi)有任何實(shí)際意義的。因此數(shù)控機(jī)床的技術(shù)美主要體現(xiàn)在造型設(shè)計(jì)中考慮人機(jī)工程學(xué)方面的客觀(guān)要求。外觀(guān)設(shè)計(jì)的人性化是機(jī)床造型的重點(diǎn)。顧客在對(duì)機(jī)床操作中接觸最多的還是數(shù)控機(jī)床的外觀(guān)件。在藝術(shù)美的機(jī)床上要嚴(yán)格遵循技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分結(jié)合與操作人員的接觸性，堅(jiān)持“以人為本”，積極打造宜人性外觀(guān)造型。讓操作人員在藝術(shù)美的享受中能夠使用方便、舒適，從生理和心理兩個(gè)方面提高工作積極性。如下圖中的臥式加工圖就充分結(jié)合了操作人員在操作過(guò)程中的簡(jiǎn)便、快捷和舒適的特點(diǎn)：

2.人機(jī)工程的數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代加工生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行活動(dòng)中，操作者經(jīng)常需要直接操作機(jī)器，機(jī)器產(chǎn)品的的造型設(shè)計(jì)不合理會(huì)直接導(dǎo)致操作者工作效率低下，疲勞感加強(qiáng)甚至誘發(fā)一系列的職業(yè)病。數(shù)控機(jī)床作為一種重要的現(xiàn)代高科技幾點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中最為重要的基礎(chǔ)裝備之一。隨著數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化程度的日益提高，操作者在更高的技術(shù)層面上影響著數(shù)控機(jī)床的工作質(zhì)量。如何讓操作者最有利地發(fā)揮工作效率，減少不利因素，需要使機(jī)床在造型設(shè)計(jì)上滿(mǎn)足人的生理和心理要求。而人機(jī)工程學(xué)下的數(shù)控機(jī)床主要就是研究人的特性以及工作條件下與機(jī)器相匹配的學(xué)科。目前數(shù)控機(jī)床存在著諸如色彩搭配不合理、體型龐大、線(xiàn)條生硬顯示裝置不宜觀(guān)察等各方便的操作問(wèn)題。利用人機(jī)工程學(xué)原理 指導(dǎo)數(shù)控機(jī)床的造型設(shè)計(jì)不僅可以美化機(jī)床外觀(guān)造型，創(chuàng)造良好的人機(jī)互動(dòng)關(guān)系，同時(shí)也改變著操作者的工作環(huán)境。

2.1 數(shù)控機(jī)床的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際操作中，操作者和機(jī)器本身都有著各自無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短已達(dá)到人機(jī)系統(tǒng)的最佳效率和總體功能，是人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求。在數(shù)控機(jī)床的使用過(guò)程中，指令程序編程、系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)維修、故障的排除和意外事件的及時(shí)處理都需要由工作人員進(jìn)行承擔(dān)；而數(shù)控機(jī)床則要承擔(dān)速度快、精密度高、規(guī)律性強(qiáng)、時(shí)間強(qiáng)度大以及高級(jí)運(yùn)算、危險(xiǎn)和笨重方面的工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人的體力工作將越來(lái)越多的被機(jī)械所代替，但是要實(shí)現(xiàn)整體、有效的運(yùn)轉(zhuǎn)離不了機(jī)宜人和人適機(jī)雙方面的結(jié)合，形成數(shù)控機(jī)床人機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。

2.2 人機(jī)界面分析

人機(jī)界面是人與機(jī)器之間傳遞和交換信息的一個(gè)媒介。將機(jī)器的信息傳遞到人的大腦的是顯示屏，將人的信息賦予設(shè)備的是遙控器。他們是操作者和機(jī)器之間有效溝通，實(shí)現(xiàn)信息交流的借口和通道。對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)，機(jī)床的人機(jī)界面可以分為監(jiān)控區(qū)、操作區(qū)和工件處理區(qū)。前兩者因?yàn)橛兄@示和控制的關(guān)系可以綜合成為控制區(qū)。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)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(shè)計(jì)可如下圖所示：

2.3 人機(jī)工程下的數(shù)控機(jī)床色彩把握

色彩在產(chǎn)品造型效果中有著先聲奪人的藝術(shù)感染力。色彩的宜人性也是人機(jī)工程下數(shù)控機(jī)床所必須把握到位的。這種藝術(shù)感染力可以對(duì)操作者心理和生理同時(shí)產(chǎn)生重要影響。數(shù)控機(jī)床作為金屬打造的產(chǎn)品，技術(shù)含量高，但是容易使操作者感覺(jué)缺乏人情味，冰冷而且呆板，從而帶來(lái)工作中的心理壓力。對(duì)于人機(jī)工程下的數(shù)控機(jī)床，其色彩把握要注重給人以舒適、高雅、清新的感覺(jué)，讓操作時(shí)深感親切，保持操作者愉快的心情。不宜使用過(guò)分灰暗讀單調(diào)的色彩，當(dāng)然也不適合過(guò)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(tǒng)一全局，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(yīng)，從而達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目的。如下圖所示：

2.4 安全環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的安全感體現(xiàn)在操作者的心理和生理兩個(gè)方面。通過(guò)造型語(yǔ)言，例如渾然飽滿(mǎn)的整體造型，精細(xì)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(guò)人機(jī)工程設(shè)計(jì)，例如合理的尺寸設(shè)計(jì)，能夠避免無(wú)意間碰觸的按鈕開(kāi)關(guān)燈，給人以生理上的安全感。數(shù)控機(jī)床要充分考慮到加工精度、作業(yè)環(huán)境保護(hù)和人身安全，多采用半封閉或者全封閉的防護(hù)造型。在有些機(jī)床防護(hù)門(mén)應(yīng)使用安全門(mén)鎖開(kāi)關(guān)，如設(shè)置電子鎖與機(jī)床啟動(dòng)連鎖，在防護(hù)門(mén)關(guān)閉時(shí)才能順利啟動(dòng)機(jī)床，加工時(shí)則無(wú)法打開(kāi)，充分保障操作者及設(shè)備自身安全。當(dāng)然，為加強(qiáng)電器柜防護(hù)等級(jí)，電柜門(mén)應(yīng)當(dāng)裝有斷電開(kāi)關(guān)，杜絕一切安全隱患。

當(dāng)然，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，整體生產(chǎn)環(huán)境也要保持整齊、干凈。物品擺放有序，使用可循，用后可放?，F(xiàn)場(chǎng)物品管理尤其是電器類(lèi)和氣體類(lèi)以及易燃易爆類(lèi)物品更要注意使用過(guò)程的安全防護(hù)。如下圖中凌亂的線(xiàn)路設(shè)置便很容易出現(xiàn)問(wèn)題：

綜上所述，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)整體原則是：實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)。具體從各個(gè)要素來(lái)看就要從如下幾個(gè)方面入手進(jìn)行探究：

首先，是外形造型的基本要求。外形造型主要包括點(diǎn)、線(xiàn)、面、體以及整體結(jié)構(gòu)的布局。從細(xì)微處著手，從整體布局入眼。點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以用一些細(xì)小的元素進(jìn)行處理，例如指示燈、開(kāi)關(guān)、商標(biāo)等，作為點(diǎn)入手，發(fā)揮其點(diǎn)綴、呼應(yīng)和平衡視覺(jué)作用的同時(shí)又充分發(fā)揮其客觀(guān)功能。而線(xiàn)條的設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同線(xiàn)的特色進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合直線(xiàn)的冷靜和曲線(xiàn)的活潑設(shè)計(jì)出合理的分割線(xiàn)。面主要是幾何圖形的構(gòu)成，可以借助色彩和線(xiàn)的分割來(lái)構(gòu)成不同的圖形，變幻出獨(dú)特的風(fēng)格。對(duì)于結(jié)構(gòu)空間的整體把握既要注重實(shí)在的視覺(jué)空間美感又要兼顧感性空間的心理感受。綜合考量，設(shè)計(jì)出最獨(dú)特又最實(shí)用的外觀(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)既要顯示整體特色又不能忽視細(xì)節(jié)處理，如下圖所示：

其次，便是色彩元素的把握。色彩元素是設(shè)計(jì)中顯而易見(jiàn)不容忽視的元素，在進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要把握好感性色彩的調(diào)和，通過(guò)獨(dú)有的色彩增強(qiáng)產(chǎn)品非凡的競(jìng)爭(zhēng)力。不同的色彩帶給人們不同的心理感受也有著不同的現(xiàn)實(shí)寓意，在設(shè)計(jì)中既要綜合考量突出重點(diǎn)又要變化點(diǎn)綴體現(xiàn)特色。顏色的綜合不代表顏色的堆砌，色彩需要調(diào)和而非疊加。

再次，就是設(shè)計(jì)中的比例掌控。產(chǎn)品的比例和尺度直接關(guān)系到產(chǎn)品的形式美和實(shí)用價(jià)值的體現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中完美的比例和尺度是必須擁有的，雖然沒(méi)有固定的法則但是還是有著其深刻的科學(xué)依據(jù)。比例尺度的把握既要遵從設(shè)計(jì)者的思考又要有著客觀(guān)的科學(xué)依據(jù)，這些科學(xué)依據(jù)除了感性的美學(xué)認(rèn)識(shí)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(jìn)行把握。

平方根比例

黃金比例分割

黃金比例矩形

同時(shí)，材質(zhì)的把握和獨(dú)特的風(fēng)格也是設(shè)計(jì)中所必不可少的因素，在美學(xué)的設(shè)計(jì)中還要有著自身的法則。統(tǒng)一和變換，在設(shè)計(jì)中既要有著整體的統(tǒng)一性，在統(tǒng)一中又要需求不斷的變化。另外，對(duì)稱(chēng)和平衡的功勞也不可小覷。動(dòng)力和重心的把握必須要靠對(duì)稱(chēng)和平衡來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且對(duì)稱(chēng)和平衡下的形體一般也不乏美感。同時(shí)也要考量穩(wěn)定與輕巧的相互影響制約來(lái)形成藝術(shù)的處理。當(dāng)然，對(duì)比與調(diào)和、過(guò)渡與呼應(yīng)也是必不可少的美學(xué)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(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中，我們既要注意數(shù)控機(jī)床自身內(nèi)部水平提高與防護(hù)水平的不斷加強(qiáng)，還要從藝術(shù)美和技術(shù)美的角度來(lái)加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床外部造型的設(shè)計(jì)，更要結(jié)合數(shù)控機(jī)床的操作者進(jìn)行人機(jī)結(jié)合進(jìn)行安全環(huán)境防護(hù)的設(shè)計(jì)，使數(shù)控機(jī)床能夠加強(qiáng)自身的同時(shí)與操作者形成統(tǒng)一的人機(jī)關(guān)系，全面提高生產(chǎn)效率，提高我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。