数控机床造型设计调研与实践

数控机床造型设计调研与实践 本文关键词：数控机床，造型设计，调研，实践

数控机床造型设计调研与实践 本文简介：摘要：数控机床是装备制造业中制造技术与信息技术高度融合的典型产品，由其传达给用户的美观、人性、舒适等认知特征已成为其外观造型设计的重要元素。主要研究在遵循工业设计基本原则的基础上，综合考虑用户认知需求，对数控机床造型设计开展调研、方案筛选及整体设计的方法。关键词：认知特征；模糊评价；人机工程数控机床

数控机床造型设计调研与实践 本文内容：

摘要：数控机床是装备制造业中制造技术与信息技术高度融合的典型产品，由其传达给用户的美观、人性、舒适等认知特征已成为其外观造型设计的重要元素。主要研究在遵循工业设计基本原则的基础上，综合考虑用户认知需求，对数控机床造型设计开展调研、方案筛选及整体设计的方法。

关键词：认知特征；模糊评价；人机工程

数控机床是制造业与信息化高度融合的典型制造装备，其造型设计在近年来受到各厂商的高度重视。如何在遵循工业设计基本原则的基础上，综合考虑用户认知特征对数控机床造型设计的影响，从而提炼数控机床造型设计的要素，完成整体设计方案，是本文研究的重点。

1调研数控机床造型的设计要点及认知特征

在接到设计任务初期，项目组首先深入企业一线与用户单位，对企业技术、营销、管理部门及部分用户对象等进行了调研。

1.1对数控机床造型的主要结构的调研

本次调研主要统计数控机床造型设计的结构对象，共回收有效调研问卷60份，统计结果如表1所示。根据统计结果综合分析，对数控机床造型产生主要影响的结构主要包含控制面板、保护罩、观察窗、挡门及把手等。

1.2对数控机床外观认知特征期待的调研

调研的第二部分内容是选择表现机床外观特征的60个词语，要求被调研对象选取自己认为最能表现数控机床特点的词，主要被勾选的形容词如表2所示。从该项调研统计可以总结出设计数控机床造型时需要注意的几对关系，即现代简洁与变化复杂、精密与粗糙、人性化与机械化、情感化与科技感、风格独特与大众审美之间的关系。在这些关系中，有几组能直接影响到数控机床的造型风格。如简洁的风格要求造型时多用直线，能让整体流畅自如、严谨协调，而变化的风格则要求多以曲线造型和对比变化为主，使得造型活跃而生动。通过调研得出了机床造型应关注的主要结构与操作者认知数控机床的主要期待，在设计具体方案时可以对这些要素进行形象化和量化，更好地引导设计过程，这是数控机床造型设计的基础。

2使用模糊评价法筛选初步方案

设计评价是贯穿于产品设计整个流程的重要内容，也是优化选择设计方案的主要手段。目前，对于数控机床造型设计的评价以评价者的主观印象为依据，缺乏数据支撑和科学性。目前主要的评价方法包括如下几种。

2.1经验评价方法

主要用于方案选择范围不大并且比较简单的情况下，可以根据评价者的经验，使用裁选、编队、点评等手段进行大致的分析选择。

2.2数学分析评价方法

运用数学工具进行剖析、推演和考量，得到定量的评价结果。但工业设计本身的很多问题其实是定性而非定量的，而且概念边界比较模糊。在评价过程中，非定量的描述缺乏客观性、科学性和说服力，因此，可以考虑评价者的语意层次与等级，将定性评价转换为定量评价，并设定一定的权重，建立一个模糊数据模型，对数控机床的造型质量进行定量评价。

2.3试验评价方法

对于一些使用计算分析仍不确定的情况，可以采取虚拟样机试验或实体样机试验的方式进行评价，这种方法能得到准确的反馈数据，但相对成本较高。

2.4面向后续的可行性评价方法

该方法主要是对产品后续开发及应用的方案进行评价。上述四种评价方法在设计数控机床造型的不同阶段可以灵活运用，如在初步设计方案的甄选阶段，可以采用数学分析评价方法中的模糊评价法进行数控机床造型设计的定量综合评价。在某些重要部件的设计中可采用使用虚拟样机的试验评价法等。现需要评价、选择以下三个初始设计概念方案，如图1所示。使用模糊评价方法具体如下。（1）构建评价因素集、评语集及权数。评价因素U=｛形态、工艺、人机、创新、环保｝评语集V=｛优、良、中、差｝权数X=｛0.3、0.15、0.15、0.25、0.15｝（2）抽取50位调研对象进行评价，汇总数据如表3所示，同时得到隶属度统计表，如表4所示。（3）根据权数，通过模糊矩阵乘法运算法则，得到如下结果：Ca={0.330.330.170.17}Cb={0.300.300.250.15}Cc={0.240.240.290.23}比较上述结果，方案A优的隶属度为0.33，相对较高，获得的认可度较大，其直线造型为主又带有变化的造型特征也反映了数控机床造型需要简洁大方又不失美感的要求。

3设计方案整体分析

本次数控机床的外观造型设计在保证实现产品的功能属性前提下，充分考虑用户的认知特征期待，使用一定的设计手段和艺术表达手段将结构美与造型美有机融合，在设计过程中涉及人机工程学、美学、心理学等诸多领域。

3.1整体比例设计

机床正面主要由移门和外框组成，如图2所示，机床总长为2300mm，高1730mm，移门上观察窗中心面与外框左侧面距离为878mm，主要观察区域正处于长度方向的黄金分割点。在侧面，机床侧轮廓的斜边与立边交点与机床总高也呈黄金分割比，外观整体匀称协调。3.2形体设计与线条运用讲求形体与线条的统一，以直线造型为主，局部结构辅以少量曲面、曲线与圆角造型。隐蔽原来外露的手轮、手柄等，切削和冷却液模块均运用封闭外罩，能够突出数控机床造型的整体性和协调性，在有利防护之余也给人简洁明了的感觉。数控机床的操作集中于操作面板和正面观察窗，因而在本次设计中，尤其关注这两部分的设计。同时，为了使机床的外形更加简洁干练，选择使用冷却箱作为底部，给人稳定厚重的感觉，如图3所示。

3.3色彩设计与面饰工艺

数控机床作为一种生产性工具，在色彩的选用上需要在沉稳的基础上体现一定的活力，在稳定的基础上体现出一定的规律与变化。本次设计中，整体外壳部分设计为乳白色，底部冷却箱和移门设计为黑色，并使用灰色条纹点缀。部分装饰条纹设计为橙色，机床操作面板设计为银灰色，并按照不同的功能选择不同的颜色对区域进行了划分，整体感觉既稳定安全，又能帮助操作者区分不同的操作模块。色彩的最终实物呈现关键是油漆涂层，良好的涂装工艺才能真实、高效地表现设计师的设计构思。好的涂装与涂料与施工工艺这两个要素息息相关。

3.4装饰设计

本款机床的装饰内容主要包括企业商标、企业名称、装饰条纹等，共设计有装饰标牌两块，结合机床的整体配色选用白色黑底的设计，上部标写机床的型号，下部标明生产单位的名称。标牌采用白底橙色字，上部为机床型号，下部为企业名称。机床侧面、电柜侧面均配有操作警示标牌，选用黑底黄色的文字及白底黑色的图形，具有强烈的视觉冲击力，提醒注意安全，也起到了一定的装饰作用，如图4所示。

4结语

工业设计是赋予数控机床这一典型制造装备更多价值与效益的利器。本文基于数控机床造型设计的具体项目，关注用户需求，探索了基于认知特征期待的设计调研、方案筛选与整体设计途径，对以用户需求为出发点对大型制造设备开展工业设计进行了一定的探索。

作者：高巍 单位：无锡技师学院

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