梅延峰 東方航空技術(shù)有限公司北京分公司

前言：數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的一項重要設(shè)備，數(shù)控機床的產(chǎn)量和技術(shù)在一定意義上能夠決定整個制造業(yè)的綜合水平與競爭力。當今時代，隨著科學技術(shù)的進步，機床制造業(yè)水平也在不斷提高。數(shù)控機床是多種技術(shù)的綜合產(chǎn)物，要提高數(shù)控機床的競爭力必須在滿足其各項功能的前提下進行造型設(shè)計，賦予數(shù)控機床由內(nèi)而外的高品質(zhì)。只有不斷加強產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和外部宜人性，提高整體效果，才能滿足市場需求，從而提高數(shù)控機床的綜合競爭力。

一度，我國并不重視外形在機械造型中的作用，因此產(chǎn)品雖然在性能、堅固性上方面達到國際質(zhì)量要求，但是仍然缺乏整體國際競爭力。此外，數(shù)控機床產(chǎn)品忽視和人體工程學的結(jié)合，明顯不符合國外市場需求，從而失去國外市場競爭力。因此，優(yōu)秀的數(shù)控機床產(chǎn)品必須和美的創(chuàng)造相結(jié)合，才能達到最大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1.數(shù)控機床外觀造型研究

1.1 數(shù)控機床造型設(shè)計要素

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

1.2 數(shù)控機床造型設(shè)計的藝術(shù)美

數(shù)控機床是多種技術(shù)的綜合體，因而在設(shè)計過程中，僅僅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已經(jīng)無法完全滿足市場需求。設(shè)計師們應(yīng)當更加注重機床的外觀設(shè)計，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獨立的審美法則制約，機床造型設(shè)計同樣需要這些審美法則來進行指導，并且貫徹在整個數(shù)控機床的外形設(shè)計中。利用好對立與統(tǒng)一、比例與尺度的造型設(shè)計法則，能夠有效處理好機床布局部件與整體造型之間的關(guān)系，以獲得風格統(tǒng)一、比例協(xié)調(diào)的機床造型。

1.3 數(shù)控機床造型設(shè)計的技術(shù)美

技術(shù)和美在概念上來看一事件的及時處理都需要由工作人員進行承擔；而數(shù)控機床則要承擔速度快、精密個感性一個理性，似乎是沒有太大交集的，但是在數(shù)控機床的外觀造型設(shè)計中如果沒有技術(shù)設(shè)計的參與，美感是虛的，沒有任何實際意義的。因此數(shù)控機床的技術(shù)美主要體現(xiàn)在造型設(shè)計中考慮人機工程學方面的客觀要求。外觀設(shè)計的人性化是機床造型的重點。顧客在對機床操作中接觸最多的還是數(shù)控機床的外觀件。在藝術(shù)美的機床上要嚴格遵循技術(shù)要求進行設(shè)計，充分結(jié)合與操作人員的接觸性，堅持“以人為本”，積極打造宜人性外觀造型。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程中的簡便、快捷和舒適的特點：

2.人機工程的數(shù)控機床造型設(shè)計

在現(xiàn)代加工生產(chǎn)活動進行活動中，操作者經(jīng)常需要直接操作機器，機器產(chǎn)品的的造型設(shè)計不合理會直接導致操作者工作效率低下，疲勞感加強甚至誘發(fā)一系列的職業(yè)病。數(shù)控機床作為一種重要的現(xiàn)代高科技幾點產(chǎn)品設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個領(lǐng)域中，是現(xiàn)代先進制造技術(shù)中最為重要的基礎(chǔ)裝備之一。隨著數(shù)控機床自動化程度的日益提高，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，需要使機床在造型設(shè)計上滿足人的生理和心理要求。而人機工程學下的數(shù)控機床主要就是研究人的特性以及工作條件下與機器相匹配的學科。目前數(shù)控機床存在著諸如色彩搭配不合理、體型龐大、線條生硬顯示裝置不宜觀察等各方便的操作問題。利用人機工程學原理 指導數(shù)控機床的造型設(shè)計不僅可以美化機床外觀造型，創(chuàng)造良好的人機互動關(guān)系，同時也改變著操作者的工作環(huán)境。

2.1 數(shù)控機床的人機系統(tǒng)設(shè)計

在數(shù)控機床的實際操作中，操作者和機器本身都有著各自無法比擬的優(yōu)勢，取長補短已達到人機系統(tǒng)的最佳效率和總體功能，是人機系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)要求。在數(shù)控機床的使用過程中，指令程序編程、系統(tǒng)的監(jiān)護維修、故障的排除和意外事件的及時處理都需要由工作人員進行承擔；而數(shù)控機床則要承擔速度快、精密度高、規(guī)律性強、時間強度大以及高級運算、危險和笨重方面的工作。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人的體力工作將越來越多的被機械所代替，但是要實現(xiàn)整體、有效的運轉(zhuǎn)離不了機宜人和人適機雙方面的結(jié)合，形成數(shù)控機床人機系統(tǒng)的整體設(shè)計。

2.2 人機界面分析

人機界面是人與機器之間傳遞和交換信息的一個媒介。將機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。他們是操作者和機器之間有效溝通，實現(xiàn)信息交流的借口和通道。對于操作者來說，機床的人機界面可以分為監(jiān)控區(qū)、操作區(qū)和工件處理區(qū)。前兩者因為有著顯示和控制的關(guān)系可以綜合成為控制區(qū)。數(shù)控機床的人機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)計可如下圖所示：

2.3 人機工程下的數(shù)控機床色彩把握

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工程下數(shù)控機床所必須把握到位的。這種藝術(shù)感染力可以對操作者心理和生理同時產(chǎn)生重要影響。數(shù)控機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缺乏人情味，冰冷而且呆板，從而帶來工作中的心理壓力。對于人機工程下的數(shù)控機床，其色彩把握要注重給人以舒適、高雅、清新的感覺，讓操作時深感親切，保持操作者愉快的心情。不宜使用過分灰暗讀單調(diào)的色彩，當然也不適合過于艷麗和凌亂，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)境防護設(shè)計

數(shù)控機床的安全感體現(xiàn)在操作者的心理和生理兩個方面。通過造型語言，例如渾然飽滿的整體造型，精細的造型工藝、沉著的色彩處理能夠給人以心理上的安全感；通過人機工程設(shè)計，例如合理的尺寸設(shè)計，能夠避免無意間碰觸的按鈕開關(guān)燈，給人以生理上的安全感。數(shù)控機床要充分考慮到加工精度、作業(yè)環(huán)境保護和人身安全，多采用半封閉或者全封閉的防護造型。在有些機床防護門應(yīng)使用安全門鎖開關(guān)，如設(shè)置電子鎖與機床啟動連鎖，在防護門關(guān)閉時才能順利啟動機床，加工時則無法打開，充分保障操作者及設(shè)備自身安全。當然，為加強電器柜防護等級，電柜門應(yīng)當裝有斷電開關(guān)，杜絕一切安全隱患。

當然，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)場物品管理尤其是電器類和氣體類以及易燃易爆類物品更要注意使用過程的安全防護。如下圖中凌亂的線路設(shè)置便很容易出現(xiàn)問題：

綜上所述，對于數(shù)控機床的設(shè)計整體原則是：實用、經(jīng)濟、美觀。具體從各個要素來看就要從如下幾個方面入手進行探究：

首先，是外形造型的基本要求。外形造型主要包括點、線、面、體以及整體結(jié)構(gòu)的布局。從細微處著手，從整體布局入眼。點的設(shè)計可以用一些細小的元素進行處理，例如指示燈、開關(guān)、商標等，作為點入手，發(fā)揮其點綴、呼應(yīng)和平衡視覺作用的同時又充分發(fā)揮其客觀功能。而線條的設(shè)計可以根據(jù)不同線的特色進行設(shè)計，結(jié)合直線的冷靜和曲線的活潑設(shè)計出合理的分割線。面主要是幾何圖形的構(gòu)成，可以借助色彩和線的分割來構(gòu)成不同的圖形，變幻出獨特的風格。對于結(jié)構(gòu)空間的整體把握既要注重實在的視覺空間美感又要兼顧感性空間的心理感受。綜合考量，設(shè)計出最獨特又最實用的外觀。設(shè)計時既要顯示整體特色又不能忽視細節(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)計中顯而易見不容忽視的元素，在進行色彩設(shè)計的時候一定要把握好感性色彩的調(diào)和，通過獨有的色彩增強產(chǎn)品非凡的競爭力。不同的色彩帶給人們不同的心理感受也有著不同的現(xiàn)實寓意，在設(shè)計中既要綜合考量突出重點又要變化點綴體現(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)品的形式美和實用價值的體現(xiàn)，在設(shè)計中完美的比例和尺度是必須擁有的，雖然沒有固定的法則但是還是有著其深刻的科學依據(jù)。比例尺度的把握既要遵從設(shè)計者的思考又要有著客觀的科學依據(jù)，這些科學依據(jù)除了感性的美學認識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）進行把握。

平方根比例

黃金比例分割

黃金比例矩形

同時，材質(zhì)的把握和獨特的風格也是設(shè)計中所必不可少的因素，在美學的設(shè)計中還要有著自身的法則。統(tǒng)一和變換，在設(shè)計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，對稱和平衡的功勞也不可小覷。動力和重心的把握必須要靠對稱和平衡來進行調(diào)節(jié)，而且對稱和平衡下的形體一般也不乏美感。同時也要考量穩(wěn)定與輕巧的相互影響制約來形成藝術(shù)的處理。當然，對比與調(diào)和、過渡與呼應(yīng)也是必不可少的美學法則。美感的把握需要的是突出而不是突兀。

因此，在今后的數(shù)控機床設(shè)計中，我們既要注意數(shù)控機床自身內(nèi)部水平提高與防護水平的不斷加強，還要從藝術(shù)美和技術(shù)美的角度來加強數(shù)控機床外部造型的設(shè)計，更要結(jié)合數(shù)控機床的操作者進行人機結(jié)合進行安全環(huán)境防護的設(shè)計，使數(shù)控機床能夠加強自身的同時與操作者形成統(tǒng)一的人機關(guān)系，全面提高生產(chǎn)效率，提高我國數(shù)控產(chǎn)品的市場競爭力。