蔣鑫

（河南科技大學(xué)，河南 洛陽(yáng) 471023）

1 引言

本項(xiàng)目將基于三維數(shù)字化技術(shù)，針對(duì)系列高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的理論和方法，運(yùn)用美學(xué)原理、人機(jī)工程學(xué)原理、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理等，結(jié)合目前已有鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型設(shè)計(jì)的要素及設(shè)計(jì)原則，對(duì)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)外觀進(jìn)行三維數(shù)字化造型設(shè)計(jì)。力求設(shè)計(jì)出一種外觀造型整體感強(qiáng)、線條流暢，能體現(xiàn)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)的力度感與堅(jiān)實(shí)穩(wěn)重感；并在色彩設(shè)計(jì)上采用單純用色，配色以灰調(diào)為主，這種協(xié)調(diào)的色彩關(guān)系能給操作者以輕松、愉悅感；從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，這種人機(jī)關(guān)系協(xié)調(diào)、安全舒適的系列高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)三維數(shù)字樣機(jī)，能給人良好的視覺(jué)效果并給操作者創(chuàng)造出宜人的生產(chǎn)條件，進(jìn)而達(dá)到提高整體生產(chǎn)工效的目的。

2 研究目的

現(xiàn)代的企業(yè)采用的是以人性化管理為核心的管理模型，對(duì)于操作人員、用戶的體驗(yàn)是本項(xiàng)目研究的核心，就高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型設(shè)計(jì)而言，除了可靠、優(yōu)越的性能，試驗(yàn)臺(tái)舒適的人機(jī)操作界面外，對(duì)其造型特征、線型風(fēng)格、整體色彩的協(xié)調(diào)性等視覺(jué)效果也有了更高的要求。如何使高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)適應(yīng)操作者個(gè)人綜合體驗(yàn)需求，如何建立一個(gè)既考慮操作界面的相關(guān)功能技術(shù)、人機(jī)關(guān)系、顯示控制以及安全保護(hù)等外觀要素，同時(shí)具有符合生產(chǎn)線整體環(huán)境協(xié)調(diào)需要的造型，是這次高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)外觀設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題，也是本次設(shè)計(jì)的意圖。

而本次課題研究將運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理和美學(xué)原理，以人的生理、心理特性為依據(jù)，運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，分析研究人與試驗(yàn)臺(tái)、人與生產(chǎn)環(huán)境以及試驗(yàn)臺(tái)與整條生產(chǎn)線環(huán)境之間的相互作用，設(shè)計(jì)出讓操作者或用戶能體驗(yàn)到他所面對(duì)的是一臺(tái)外形美觀、安全舒適、人-機(jī)-環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型。

3 現(xiàn)有試驗(yàn)臺(tái)造型存在的問(wèn)題

我國(guó)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)工業(yè)起步較晚，這次挑選國(guó)內(nèi)幾家大的專業(yè)科研院所的技術(shù)人員進(jìn)行共同開(kāi)發(fā)、聯(lián)合設(shè)計(jì)，但是由于受到加工工藝及加工成本等制約，現(xiàn)有的軸承試驗(yàn)臺(tái)總體效果差強(qiáng)人意，主要表現(xiàn)在：（1）線條基本采用的是呆板的直線，外觀整體性差，形式陳舊,不符合現(xiàn)代化產(chǎn)品的機(jī)械美；（2）各部分比例協(xié)調(diào)性差，皮帶、鏈條以及相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)外露多，安全性差，在整體布局上給人零亂、松散的視覺(jué)感覺(jué)；（3）基本上沒(méi)有考慮人機(jī)操作的舒適性及合理性；顯示、控制部分僅按照基本功能需求布局，沒(méi)有考慮人機(jī)要素；（4）色彩協(xié)調(diào)性差，整體色調(diào)灰暗，缺少變化和統(tǒng)一，商標(biāo)、標(biāo)牌等附件隨意性較強(qiáng)，布局與整體不協(xié)調(diào)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研可知，國(guó)外相關(guān)系列鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)在造型設(shè)計(jì)上較為前衛(wèi)，基本采用目前流行的流線型，藝術(shù)感較強(qiáng)，因此我們也開(kāi)始嘗試導(dǎo)入時(shí)尚的造型設(shè)計(jì)元素。在面與面轉(zhuǎn)折過(guò)渡部分基本是采用圓弧曲線而非直線直角，這樣在造型上美觀流暢多了，無(wú)論是視覺(jué)上還是實(shí)際使用過(guò)程中，讓人能體驗(yàn)到對(duì)人的關(guān)懷。其次在考慮維修方便性的同時(shí)，將大部分運(yùn)動(dòng)部件遮蓋起來(lái)，以求加強(qiáng)安全性，又給人一種整潔美觀的感覺(jué)。

4 本項(xiàng)目采用的研究方法及工藝路線

（1）人機(jī)工程學(xué)理論方法：包括人體生理特性、人體測(cè)量及其應(yīng)用、累積損傷疾病與工具設(shè)計(jì)、操控裝置設(shè)計(jì)、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)；

（2）工業(yè)設(shè)計(jì)理論方法：包括產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)；

（3）計(jì)算機(jī)技術(shù)：包括三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks、UG，做出高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)外殼件的三維數(shù)字模型及生產(chǎn)用工程圖。其工藝路線如圖1。

圖1 工藝路線

5 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)車身造型設(shè)計(jì)。針對(duì)于目前的高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)整體感不強(qiáng)、線性混亂的問(wèn)題，在造型第一步就是使試驗(yàn)臺(tái)的主要特征線條具有同一性，而整體試驗(yàn)臺(tái)機(jī)身線型風(fēng)格的協(xié)調(diào)是取得整體感效果最重要的方面。因?yàn)橹灰獦?gòu)成高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)的主要特征幾何線型風(fēng)格一致，則很容易取得整體試驗(yàn)臺(tái)機(jī)身協(xié)調(diào)。本項(xiàng)目在此次設(shè)計(jì)中基本上是采用試驗(yàn)臺(tái)主體部位輪廓以曲線構(gòu)成為主，并且在面與面之間的轉(zhuǎn)折以圓滑的過(guò)渡和圓弧與主體機(jī)身相呼應(yīng)，從而達(dá)到整體試驗(yàn)臺(tái)機(jī)身線型風(fēng)格的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（2）高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型色彩設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)本次高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)色彩設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定了試驗(yàn)臺(tái)的主機(jī)身色調(diào)，即以灰色調(diào)為主，同時(shí)在其它一些關(guān)鍵部件上配以淺黃色色調(diào)為輔。主色調(diào)灰色占大部分面積，這樣對(duì)長(zhǎng)時(shí)間使用和觀察者而言，不容易造成視覺(jué)疲勞，而淺黃色的輔色調(diào)，主要是那些位置受到注目的部分，如臺(tái)架、臺(tái)身、平衡重等處，既起到提示、醒目作用，也不至于使整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)給人以單調(diào)感。這種協(xié)調(diào)的色彩關(guān)系，給人以親切、舒適的感覺(jué)，讓操作者和用戶能從中得到美的享受。

（3）整體人機(jī)關(guān)系的協(xié)調(diào)。按照人機(jī)工程學(xué)原則，關(guān)注宜人性，盡量設(shè)計(jì)出高效、可靠、安全和舒適的操作和顯示界面。本次高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型設(shè)計(jì)在人機(jī)工程因素時(shí)，對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了考慮：（1）操作空間。操作員的活動(dòng)空間主要在試驗(yàn)臺(tái)前側(cè)，在造型上盡量簡(jiǎn)化前面操控部分的空間和視野，而在此前后左右及相關(guān)部分盡量按層次遞進(jìn)，操作者可以方便地觀察到機(jī)器周圍的情況，提高操作者視覺(jué)舒適性。（2）人機(jī)界面設(shè)計(jì)。特別是操作控制界面設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要是要保證人機(jī)之間信息傳遞交換的暢通，在工作期間能使操作者迅速、有效獲取試驗(yàn)臺(tái)的各種數(shù)據(jù)信息，在操作者得到信息并作出判斷后再通過(guò)操作準(zhǔn)確有效地發(fā)送給試驗(yàn)臺(tái)。因此，本項(xiàng)目的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)很注意儀表的可讀性，對(duì)于需要精確讀數(shù)的一般采用數(shù)字顯示，而對(duì)于需要快速讀數(shù)的則采用指針或信號(hào)指示。在控制部分，按照人機(jī)工程學(xué)原理，把需要精確控制按鍵或機(jī)構(gòu)放置于與操作員相近處，而對(duì)于不需要精確控制且使用頻率不高的控制部件，布置在稍遠(yuǎn)離操作者處，對(duì)于危險(xiǎn)操作按鍵，一般布置在不太方便操作的地方，并以高明度色彩警示。這種人機(jī)信息交流，加強(qiáng)了高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行營(yíng)理，提高作業(yè)效率。

6 結(jié)語(yǔ)

基于三維數(shù)字化技術(shù)，河南科技大學(xué)、中國(guó)軸承技術(shù)研究院共同研發(fā)生產(chǎn)的系列高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)品，通過(guò)借鑒國(guó)際相關(guān)先進(jìn)鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)有造型設(shè)計(jì)，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的理論和方法，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原則，設(shè)計(jì)出外觀整體感強(qiáng)，線條統(tǒng)一流暢，色彩單純協(xié)調(diào)，人-機(jī)-環(huán)境關(guān)系和諧、安全舒適的系列高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)三維數(shù)字樣車。新型的高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)能給人良好的視覺(jué)效果和舒適的生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)提高相關(guān)系列產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、美化環(huán)境、提高工作效率大有好處。本次研究主要成果有：（1）基于數(shù)字化技術(shù)，結(jié)合軸研院其他軸承試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)外觀進(jìn)行造型深入理論研究；（2）運(yùn)用了工業(yè)設(shè)計(jì)的美學(xué)原理、人機(jī)工程學(xué)原理等相關(guān)理論，找到一種既符合人機(jī)工程學(xué)又符合工業(yè)設(shè)計(jì)造型的系列高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型設(shè)計(jì)模式；（3）將工程技術(shù)與造型形式密切結(jié)合，對(duì)高速鐵路軸承試驗(yàn)臺(tái)造型進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出高速鐵路軸承樣機(jī)。

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