機(jī)械設(shè)備外觀特征分析與設(shè)計(jì)

陳麗雪

摘 要：文章闡述了機(jī)械設(shè)備造型特征的定義，繼而依據(jù)對國內(nèi)外機(jī)械設(shè)備類產(chǎn)品的外觀造型及其衍變趨勢的分析，得出機(jī)械設(shè)備造型設(shè)計(jì)的方法，并通過實(shí)際案例，對機(jī)械設(shè)備造型特征提取設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證，旨在為相關(guān)研究提供參考和指導(dǎo)，更好地發(fā)展我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)。

旨在為機(jī)械設(shè)備外觀設(shè)計(jì)決策提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造業(yè)；設(shè)備外觀造型設(shè)計(jì)；視覺美感；功能優(yōu)先

在全球經(jīng)濟(jì)一體化深化背景下，機(jī)械制造行業(yè)蓬勃發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟，市場競爭日益激烈，用戶開始對工業(yè)設(shè)備的易用性、人機(jī)交互、人機(jī)工學(xué)及造型設(shè)計(jì)等提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。但站在全球市場的角度審視我國工程機(jī)械設(shè)備行業(yè)，我國機(jī)械設(shè)備的外觀造型設(shè)計(jì)發(fā)展較晚，整體水平與國際知名企業(yè)相比仍存在一定的差距，一些企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)過程中沒有考慮到外觀造型設(shè)計(jì)帶來的視覺心理效應(yīng)，從而忽略了對產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)的研究與探索。針對上述不足，本文結(jié)合相關(guān)理論知識，就工程機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)作簡要分析和探討。

1 機(jī)械設(shè)備造型特征的定義

造型是產(chǎn)品的三維空間形狀，它由產(chǎn)品自身的點(diǎn)、線、面、體組成。特征是造型獨(dú)特或顯著地部分，它需要將造型元素的組織化和結(jié)構(gòu)化，并能夠作為標(biāo)志性的、區(qū)別性的、可辨識的顯著造型特征。造型元素并不一定是造型特征，但造型特征源于造型元素產(chǎn)品中的造型特征，它是指一個(gè)物品能夠區(qū)別于其它物品的顯著特點(diǎn)。

機(jī)械設(shè)備的造型特征包括對其本身造型表達(dá)有重大影響的點(diǎn)、線、面、體等元素。這些元素的大小、位置、比例可以對機(jī)械設(shè)備造型有一個(gè)基本的描述，并能夠表達(dá)機(jī)械設(shè)備需要體現(xiàn)的功能信息、品牌信息、歷史信息等。在機(jī)械設(shè)備造型設(shè)計(jì)的過程中，功能是需要優(yōu)先考慮的要素，當(dāng)造型設(shè)計(jì)與功能產(chǎn)生沖突時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持功能優(yōu)先的原則。機(jī)械設(shè)備整體造型特征基本由內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)決定，局部以及細(xì)部的造型設(shè)計(jì)、修飾美化更能加強(qiáng)造型特征，兩者相互影響和制約。因此，以造型特征作為研究機(jī)械設(shè)備造型的手段具有極高的可行性。

2 基于造型原則的機(jī)械設(shè)備造型趨勢

機(jī)械設(shè)備的核心價(jià)值體現(xiàn)在其專屬功能，功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)在于其內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)組成，若一味追求美觀而忽視內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成就將失去進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的意義。因而機(jī)械設(shè)備生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成確定其基礎(chǔ)造型尺寸和比例，造型需要在此基礎(chǔ)上完成。不同的成型工藝對產(chǎn)品的造型結(jié)構(gòu)有著不同的要求，所得的外觀造型也會大不相同。產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)工藝的要求，并且與生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)水平和成型方式相適應(yīng)。

縱觀國內(nèi)外工程機(jī)械發(fā)展，國外機(jī)械設(shè)備品牌的制造工藝和工業(yè)設(shè)計(jì)水平領(lǐng)先于國內(nèi)同行許多。經(jīng)過幾十年發(fā)展、幾代設(shè)計(jì)師精心打造，機(jī)械設(shè)備已經(jīng)擺脫了單調(diào)、冰冷、機(jī)械味十足的呆板面孔。在現(xiàn)代技術(shù)高度發(fā)展的情況下，出現(xiàn)了像德馬吉、吉特曼、馬扎克等追求簡潔現(xiàn)代理念的企業(yè)。他們投入大量的人力物力財(cái)力在外觀設(shè)計(jì)上，充分運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，打造了一臺又一臺經(jīng)典的機(jī)械設(shè)備。這些機(jī)械設(shè)備比例勻稱，造型優(yōu)美，線條簡練，配色富有變化，裝飾設(shè)計(jì)也及其有設(shè)計(jì)感，給人精雕細(xì)琢的印象。

3 機(jī)械設(shè)備的常用造型特征提取

對大量國內(nèi)外的優(yōu)良機(jī)械設(shè)備外觀造型進(jìn)行分析研究，獲取造型特征，總結(jié)機(jī)械設(shè)備外觀的設(shè)計(jì)方法。其中包括設(shè)備外觀的尺度與比例、對稱與均衡，設(shè)備的安定與輕巧，設(shè)備外形的過渡與呼應(yīng)。只有遵循美學(xué)原理以及當(dāng)代的審美趨勢去創(chuàng)造，才能塑造出產(chǎn)品“美”的形象。

3.1 比例與尺度

比例構(gòu)成了事物之間以及事物整體與局部、局部與局部之間的勻稱關(guān)系。產(chǎn)品造型時(shí)既要滿足技術(shù)、功能上的需求，又要讓受眾在視覺上感到比例得當(dāng)。世界上沒有獨(dú)一無二或一成不變的最佳比例。因而常用比例關(guān)系有黃金比例（1：1.618）、相加數(shù)級比例、平方根矩形、整數(shù)比例等。黃金分割法是最經(jīng)典的造型比例，運(yùn)用廣泛；相加級數(shù)比的數(shù)字為整數(shù)；平方根矩形比率使設(shè)備的整體與局部、局部與局部之間，具有相似的比例關(guān)系，以獲得統(tǒng)一調(diào)和之效果。整數(shù)比的比例關(guān)系簡單，給人以條理清晰之感，適合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的要求。尺度則是一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，最常用的參照標(biāo)準(zhǔn)則是人體尺度，以達(dá)到產(chǎn)品與人的協(xié)調(diào)關(guān)系，符合人機(jī)交互學(xué)原理。

3.2 對稱與均衡

對稱是事物的結(jié)構(gòu)性原理，如人的面部是一種左右的對稱。機(jī)械設(shè)備造型常用對稱的形式營造出穩(wěn)定、安全、莊重的美感。由于觀看者常將視覺停留在對稱線上，這使設(shè)備給人以呆板、單調(diào)的感覺。均衡則是兩個(gè)以上要素之間構(gòu)成的均勢狀態(tài)，它強(qiáng)化了事物的整體統(tǒng)一性和安全感。均衡是依據(jù)支點(diǎn)表現(xiàn)出的力學(xué)和心理上的平衡方式。設(shè)備良好的均衡效果使設(shè)備具有生動(dòng)、靈巧、輕快的特點(diǎn)，給人一種生動(dòng)活潑和動(dòng)態(tài)的感覺，表1所示。在運(yùn)用均衡方式進(jìn)行造型設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要妥善處理該設(shè)備各部分形狀及相對位置和大小，還要利用色彩、材質(zhì)、表面裝飾等進(jìn)行配重，以此在大小、輕重、明暗或質(zhì)地之間構(gòu)建平衡感。在機(jī)械設(shè)備外觀造型設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)?shù)靥幚韺ΨQ與均衡，能夠獲得良好的設(shè)計(jì)效果，使設(shè)備安全運(yùn)行，并方便操作。

表1 對稱與均衡的比較

3.3 安定與輕巧

安定是指在造型設(shè)計(jì)時(shí)，為了保持設(shè)備自身的穩(wěn)定，在靠近地面的部分做得具有厚重感，設(shè)備重心越低越顯得安定。物理安定指設(shè)備的中心滿足設(shè)備在使用穩(wěn)定安全的需求；視覺安定指設(shè)備在外部形態(tài)的視覺上給人穩(wěn)定安全的感覺。在機(jī)械設(shè)備造型設(shè)計(jì)中，應(yīng)做到物理安定與視覺安定兩者兼顧。輕巧則與安定相反，它給人輕松、靈巧的視覺和心理感受。為了使設(shè)備顯得輕巧，常用的處理方式有挖空、凹面，也可采用鮮亮的色彩和精細(xì)的表面處理或者提高重心等手段來獲得輕巧效果。安定與輕巧是設(shè)備造型美的對立統(tǒng)一的兩個(gè)方面，只有安定缺少輕巧的設(shè)備會顯得笨重、呆板，而缺少安定而太過于輕巧的設(shè)備會給人輕浮的感覺。在設(shè)備外形設(shè)計(jì)中，妥善處理好安定與輕巧的關(guān)系尤為重要。

3.4 過渡與呼應(yīng)

過渡是指設(shè)備的兩個(gè)相鄰形體采用逐漸演變的形式把兩者聯(lián)系起來，以獲得調(diào)和一致的視覺和造型效果。例如兩相鄰面之間用平面或者曲面作為過渡，使設(shè)備顯得更自然柔和。對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行外形設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)產(chǎn)品自身形體面的大小，選取合適的過渡圓弧和過渡平面。呼應(yīng)是指在設(shè)備造型的對應(yīng)部位，采用相同或相似的形、色、質(zhì)等特點(diǎn)進(jìn)行處理，使它們之間在造型、色彩、質(zhì)感、大小等取得視覺效果的一致性，構(gòu)成一個(gè)完整的整體，如剛?cè)嵯酀?jì)、動(dòng)靜結(jié)合。這使得不同性質(zhì)的形式要素聯(lián)系在一起，整體造型取得和諧、統(tǒng)一、均衡和穩(wěn)健的審美效果。

4 機(jī)械設(shè)備的常用造型特征運(yùn)用實(shí)例

以機(jī)械設(shè)備精密離心機(jī)為對象，運(yùn)用機(jī)械設(shè)備的常用造型特征對其進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。依據(jù)上文的方法，首先確定該設(shè)備的造型比例及尺度大小，造型比例及尺度都要受到內(nèi)部功能模塊制約的，同時(shí)也要受到操作者的生理尺度的影響規(guī)范。精密離心機(jī)是用于慣導(dǎo)加速度計(jì)校準(zhǔn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，把待檢測（或校正）的加速度計(jì)放入設(shè)備中，通過模擬加速度計(jì)的實(shí)際工作環(huán)境來對加速度進(jìn)行檢測或校正。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，離心機(jī)工作平臺（或轉(zhuǎn)臂）繞回轉(zhuǎn)軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度為w時(shí)，離心機(jī)在工作平臺半徑為R處的的向心加速度為a=w2R，該向心加速度就是離心機(jī)復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)加速度，圖1為其內(nèi)部功能模塊的簡化圖。

內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)件需要包覆在罩殼內(nèi)部，精密離心機(jī)主體的罩殼是指除了門、觀察窗、門把手之外的外觀覆蓋件，外觀罩殼占整個(gè)離心機(jī)的比例最大，是設(shè)計(jì)的重要部分。對于這類回轉(zhuǎn)體，以內(nèi)部結(jié)構(gòu)比例為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以采取整體對稱設(shè)計(jì)的手法。首先設(shè)計(jì)出初步的對稱模型見圖7。

造型顯然過于安定和對稱，讓人覺得枯燥而呆板，缺乏設(shè)計(jì)感和現(xiàn)代感，因而需要經(jīng)過安定到輕巧的演變，見圖2。

為了使離心機(jī)的造型更加和諧統(tǒng)一，再進(jìn)行進(jìn)一步過渡與呼應(yīng)，見圖3。

數(shù)據(jù)采集箱占整個(gè)精密離心機(jī)的比例大，是造型的重要部分。設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮其與離心機(jī)主體的位置和大小關(guān)系，滿足對穩(wěn)定性的要求。而且，由于要對其進(jìn)行檢修，數(shù)據(jù)采集箱的造型設(shè)計(jì)中要有方便拆卸的結(jié)構(gòu)。根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其造型可以參考講桌、臺燈等。數(shù)據(jù)采集箱的整體造型風(fēng)格應(yīng)與離心機(jī)主體保持一致，使整個(gè)離心機(jī)外觀造型和諧統(tǒng)一。在造型設(shè)計(jì)中，要妥善處理好安定與輕巧的造型法則，避免過渡追求穩(wěn)定形成厚重、呆板的形象，也要防止過于追求輕巧使設(shè)備顯得單薄和輕浮。

5 結(jié)語

總之，任何一項(xiàng)成功的設(shè)計(jì)都離不開相應(yīng)的程序，這要求設(shè)計(jì)者在進(jìn)行工程機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)，堅(jiān)持功能優(yōu)先的原則，明確設(shè)計(jì)目的及作業(yè)環(huán)境，選擇科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方法，科學(xué)地將技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合，提高外觀設(shè)計(jì)合理性，使產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)更符合規(guī)律，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。文章提出了符合當(dāng)今一般審美的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品外觀造型設(shè)計(jì)方法，將此方法運(yùn)用到機(jī)械設(shè)備的造型設(shè)計(jì)中，在保障設(shè)備功能發(fā)揮的基礎(chǔ)上，對提高機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品整體造型的設(shè)計(jì)感，滿足產(chǎn)品使用者的審美需要，提高產(chǎn)品企業(yè)的識別性，在同類產(chǎn)品中脫引而出都具有重要意義，具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

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