高 巍

（無錫技師學(xué)院（立信中專），無錫 214063）

數(shù)控機床是制造業(yè)與信息化高度融合的典型制造裝備，其造型設(shè)計在近年來受到各廠商的高度重視。如何在遵循工業(yè)設(shè)計基本原則的基礎(chǔ)上，綜合考慮用戶認知特征對數(shù)控機床造型設(shè)計的影響，從而提煉數(shù)控機床造型設(shè)計的要素，完成整體設(shè)計方案，是本文研究的重點。

1 調(diào)研數(shù)控機床造型的設(shè)計要點及認知特征

在接到設(shè)計任務(wù)初期，項目組首先深入企業(yè)一線與用戶單位，對企業(yè)技術(shù)、營銷、管理部門及部分用戶對象等進行了調(diào)研。

1.

1 對數(shù)控機床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

本次調(diào)研主要統(tǒng)計數(shù)控機床造型設(shè)計的結(jié)構(gòu)對象，共回收有效調(diào)研問卷60份，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 對數(shù)控機床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果綜合分析，對數(shù)控機床造型產(chǎn)生主要影響的結(jié)構(gòu)主要包含控制面板、保護罩、觀察窗、擋門及把手等。

1.2 對數(shù)控機床外觀認知特征期待的調(diào)研

調(diào)研的第二部分內(nèi)容是選擇表現(xiàn)機床外觀特征的60個詞語，要求被調(diào)研對象選取自己認為最能表現(xiàn)數(shù)控機床特點的詞，主要被勾選的形容詞如表2所示。

表2 對數(shù)控機床外觀認知特征期待的調(diào)研

從該項調(diào)研統(tǒng)計可以總結(jié)出設(shè)計數(shù)控機床造型時需要注意的幾對關(guān)系，即現(xiàn)代簡潔與變化復(fù)雜、精密與粗糙、人性化與機械化、情感化與科技感、風(fēng)格獨特與大眾審美之間的關(guān)系。在這些關(guān)系中，有幾組能直接影響到數(shù)控機床的造型風(fēng)格。如簡潔的風(fēng)格要求造型時多用直線，能讓整體流暢自如、嚴謹協(xié)調(diào)，而變化的風(fēng)格則要求多以曲線造型和對比變化為主，使得造型活躍而生動。

通過調(diào)研得出了機床造型應(yīng)關(guān)注的主要結(jié)構(gòu)與操作者認知數(shù)控機床的主要期待，在設(shè)計具體方案時可以對這些要素進行形象化和量化，更好地引導(dǎo)設(shè)計過程，這是數(shù)控機床造型設(shè)計的基礎(chǔ)。

2 使用模糊評價法篩選初步方案

設(shè)計評價是貫穿于產(chǎn)品設(shè)計整個流程的重要內(nèi)容，也是優(yōu)化選擇設(shè)計方案的主要手段。目前，對于數(shù)控機床造型設(shè)計的評價以評價者的主觀印象為依據(jù)，缺乏數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)性。

目前主要的評價方法包括如下幾種。

2.1 經(jīng)驗評價方法

主要用于方案選擇范圍不大并且比較簡單的情況下，可以根據(jù)評價者的經(jīng)驗，使用裁選、編隊、點評等手段進行大致的分析選擇。

2.2 數(shù)學(xué)分析評價方法

運用數(shù)學(xué)工具進行剖析、推演和考量，得到定量的評價結(jié)果。但工業(yè)設(shè)計本身的很多問題其實是定性而非定量的，而且概念邊界比較模糊。在評價過程中，非定量的描述缺乏客觀性、科學(xué)性和說服力，因此，可以考慮評價者的語意層次與等級，將定性評價轉(zhuǎn)換為定量評價，并設(shè)定一定的權(quán)重，建立一個模糊數(shù)據(jù)模型，對數(shù)控機床的造型質(zhì)量進行定量評價。

2.3 試驗評價方法

對于一些使用計算分析仍不確定的情況，可以采取虛擬樣機試驗或?qū)嶓w樣機試驗的方式進行評價，這種方法能得到準確的反饋數(shù)據(jù)，但相對成本較高。

2.4 面向后續(xù)的可行性評價方法

該方法主要是對產(chǎn)品后續(xù)開發(fā)及應(yīng)用的方案進行評價。

上述四種評價方法在設(shè)計數(shù)控機床造型的不同階段可以靈活運用，如在初步設(shè)計方案的甄選階段，可以采用數(shù)學(xué)分析評價方法中的模糊評價法進行數(shù)控機床造型設(shè)計的定量綜合評價。在某些重要部件的設(shè)計中可采用使用虛擬樣機的試驗評價法等。

現(xiàn)需要評價、選擇以下三個初始設(shè)計概念方案，如圖1所示。

圖1 三種待選方案

使用模糊評價方法具體如下。

（1）構(gòu)建評價因素集、評語集及權(quán)數(shù)。

評價因素U=｛形態(tài)、工藝、人機、創(chuàng)新、環(huán)保｝

評語集V=｛優(yōu)、良、中、差｝

權(quán)數(shù) X=｛0.3、0.15、0.15、0.25、0.15｝

（2）抽取50位調(diào)研對象進行評價，匯總數(shù)據(jù)如表3所示，同時得到隸屬度統(tǒng)計表，如表4所示。

表3 方案調(diào)查表

表4 隸屬度統(tǒng)計表

（3）根據(jù)權(quán)數(shù)，通過模糊矩陣乘法運算法則，得到如下結(jié)果：

Ca={0.33 0.33 0.17 0.17}

Cb={0.30 0.30 0.25 0.15}

Cc={0.24 0.24 0.29 0.23}

比較上述結(jié)果，方案A優(yōu)的隸屬度為0.33，相對較高，獲得的認可度較大，其直線造型為主又帶有變化的造型特征也反映了數(shù)控機床造型需要簡潔大方又不失美感的要求。

3 設(shè)計方案整體分析

本次數(shù)控機床的外觀造型設(shè)計在保證實現(xiàn)產(chǎn)品的功能屬性前提下，充分考慮用戶的認知特征期待，使用一定的設(shè)計手段和藝術(shù)表達手段將結(jié)構(gòu)美與造型美有機融合，在設(shè)計過程中涉及人機工程學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等諸多領(lǐng)域。

3.1 整體比例設(shè)計

機床正面主要由移門和外框組成，如圖2所示，機床總長為2300mm，高1730mm，移門上觀察窗中心面與外框左側(cè)面距離為878mm，主要觀察區(qū)域正處于長度方向的黃金分割點。在側(cè)面，機床側(cè)輪廓的斜邊與立邊交點與機床總高也呈黃金分割比，外觀整體勻稱協(xié)調(diào)。

3.2 形體設(shè)計與線條運用

講求形體與線條的統(tǒng)一，以直線造型為主，局部結(jié)構(gòu)輔以少量曲面、曲線與圓角造型。隱蔽原來外露的手輪、手柄等，切削和冷卻液模塊均運用封閉外罩，能夠突出數(shù)控機床造型的整體性和協(xié)調(diào)性，在有利防護之余也給人簡潔明了的感覺。數(shù)控機床的操作集中于操作面板和正面觀察窗，因而在本次設(shè)計中，尤其關(guān)注這兩部分的設(shè)計。同時，為了使機床的外形更加簡潔干練，選擇使用冷卻箱作為底部，給人穩(wěn)定厚重的感覺，如圖3所示。

圖2 整體比例設(shè)計草圖 圖3 整體結(jié)構(gòu)線條統(tǒng)一

3.3 色彩設(shè)計與面飾工藝

數(shù)控機床作為一種生產(chǎn)性工具，在色彩的選用上需要在沉穩(wěn)的基礎(chǔ)上體現(xiàn)一定的活力，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出一定的規(guī)律與變化。本次設(shè)計中，整體外殼部分設(shè)計為乳白色，底部冷卻箱和移門設(shè)計為黑色，并使用灰色條紋點綴。部分裝飾條紋設(shè)計為橙色，機床操作面板設(shè)計為銀灰色，并按照不同的功能選擇不同的顏色對區(qū)域進行了劃分，整體感覺既穩(wěn)定安全，又能幫助操作者區(qū)分不同的操作模塊。

色彩的最終實物呈現(xiàn)關(guān)鍵是油漆涂層，良好的涂裝工藝才能真實、高效地表現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計構(gòu)思。好的涂裝與涂料與施工工藝這兩個要素息息相關(guān)。

3.4 裝飾設(shè)計

本款機床的裝飾內(nèi)容主要包括企業(yè)商標、企業(yè)名稱、裝飾條紋等，共設(shè)計有裝飾標牌兩塊，結(jié)合機床的整體配色選用白色黑底的設(shè)計，上部標寫機床的型號，下部標明生產(chǎn)單位的名稱。標牌采用白底橙色字，上部為機床型號，下部為企業(yè)名稱。機床側(cè)面、電柜側(cè)面均配有操作警示標牌，選用黑底黃色的文字及白底黑色的圖形，具有強烈的視覺沖擊力，提醒注意安全，也起到了一定的裝飾作用，如圖4所示。

圖4 危險警告標牌

5 結(jié)語

工業(yè)設(shè)計是賦予數(shù)控機床這一典型制造裝備更多價值與效益的利器。本文基于數(shù)控機床造型設(shè)計的具體項目，關(guān)注用戶需求，探索了基于認知特征期待的設(shè)計調(diào)研、方案篩選與整體設(shè)計途徑，對以用戶需求為出發(fā)點對大型制造設(shè)備開展工業(yè)設(shè)計進行了一定的探索。

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