基于認(rèn)知特征的數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)調(diào)研與實(shí)踐

高 巍

（無(wú)錫技師學(xué)院（立信中專），無(wú)錫 214063）

數(shù)控機(jī)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(jì)在近年來(lái)受到各廠商的高度重視。如何在遵循工業(yè)設(shè)計(jì)基本原則的基礎(chǔ)上，綜合考慮用戶認(rèn)知特征對(duì)數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的影響，從而提煉數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的要素，完成整體設(shè)計(jì)方案，是本文研究的重點(diǎn)。

1 調(diào)研數(shù)控機(jī)床造型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及認(rèn)知特征

在接到設(shè)計(jì)任務(wù)初期，項(xiàng)目組首先深入企業(yè)一線與用戶單位，對(duì)企業(yè)技術(shù)、營(yíng)銷、管理部門(mén)及部分用戶對(duì)象等進(jìn)行了調(diào)研。

1.

1 對(duì)數(shù)控機(jī)床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

本次調(diào)研主要統(tǒng)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)對(duì)象，共回收有效調(diào)研問(wèn)卷60份，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 對(duì)數(shù)控機(jī)床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果綜合分析，對(duì)數(shù)控機(jī)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(hù)罩、觀察窗、擋門(mén)及把手等。

1.2 對(duì)數(shù)控機(jī)床外觀認(rèn)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(jī)床外觀特征的60個(gè)詞語(yǔ)，要求被調(diào)研對(duì)象選取自己認(rèn)為最能表現(xiàn)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)的詞，主要被勾選的形容詞如表2所示。

表2 對(duì)數(shù)控機(jī)床外觀認(rèn)知特征期待的調(diào)研

從該項(xiàng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)可以總結(jié)出設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型時(shí)需要注意的幾對(duì)關(guān)系，即現(xiàn)代簡(jiǎn)潔與變化復(fù)雜、精密與粗糙、人性化與機(jī)械化、情感化與科技感、風(fēng)格獨(dú)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(jī)床的造型風(fēng)格。如簡(jiǎn)潔的風(fēng)格要求造型時(shí)多用直線，能讓整體流暢自如、嚴(yán)謹(jǐn)協(xié)調(diào)，而變化的風(fēng)格則要求多以曲線造型和對(duì)比變化為主，使得造型活躍而生動(dòng)。

通過(guò)調(diào)研得出了機(jī)床造型應(yīng)關(guān)注的主要結(jié)構(gòu)與操作者認(rèn)知數(shù)控機(jī)床的主要期待，在設(shè)計(jì)具體方案時(shí)可以對(duì)這些要素進(jìn)行形象化和量化，更好地引導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程，這是數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2 使用模糊評(píng)價(jià)法篩選初步方案

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)是貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)整個(gè)流程的重要內(nèi)容，也是優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)方案的主要手段。目前，對(duì)于數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)以評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法包括如下幾種。

2.1 經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

主要用于方案選擇范圍不大并且比較簡(jiǎn)單的情況下，可以根據(jù)評(píng)價(jià)者的經(jīng)驗(yàn)，使用裁選、編隊(duì)、點(diǎn)評(píng)等手段進(jìn)行大致的分析選擇。

2.2 數(shù)學(xué)分析評(píng)價(jià)方法

運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行剖析、推演和考量，得到定量的評(píng)價(jià)結(jié)果。但工業(yè)設(shè)計(jì)本身的很多問(wèn)題其實(shí)是定性而非定量的，而且概念邊界比較模糊。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，非定量的描述缺乏客觀性、科學(xué)性和說(shuō)服力，因此，可以考慮評(píng)價(jià)者的語(yǔ)意層次與等級(jí)，將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換為定量評(píng)價(jià)，并設(shè)定一定的權(quán)重，建立一個(gè)模糊數(shù)據(jù)模型，對(duì)數(shù)控機(jī)床的造型質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

2.3 試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

對(duì)于一些使用計(jì)算分析仍不確定的情況，可以采取虛擬樣機(jī)試驗(yàn)或?qū)嶓w樣機(jī)試驗(yàn)的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種方法能得到準(zhǔn)確的反饋數(shù)據(jù)，但相對(duì)成本較高。

2.4 面向后續(xù)的可行性評(píng)價(jià)方法

該方法主要是對(duì)產(chǎn)品后續(xù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

上述四種評(píng)價(jià)方法在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型的不同階段可以靈活運(yùn)用，如在初步設(shè)計(jì)方案的甄選階段，可以采用數(shù)學(xué)分析評(píng)價(jià)方法中的模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的定量綜合評(píng)價(jià)。在某些重要部件的設(shè)計(jì)中可采用使用虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)法等。

現(xiàn)需要評(píng)價(jià)、選擇以下三個(gè)初始設(shè)計(jì)概念方案，如圖1所示。

圖1 三種待選方案

使用模糊評(píng)價(jià)方法具體如下。

（1）構(gòu)建評(píng)價(jià)因素集、評(píng)語(yǔ)集及權(quán)數(shù)。

評(píng)價(jià)因素U=｛形態(tài)、工藝、人機(jī)、創(chuàng)新、環(huán)保｝

評(píng)語(yǔ)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(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，匯總數(shù)據(jù)如表3所示，同時(shí)得到隸屬度統(tǒng)計(jì)表，如表4所示。

表3 方案調(diào)查表

表4 隸屬度統(tǒng)計(jì)表

（3）根據(jù)權(quán)數(shù)，通過(guò)模糊矩陣乘法運(yùn)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(duì)較高，獲得的認(rèn)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(jī)床造型需要簡(jiǎn)潔大方又不失美感的要求。

3 設(shè)計(jì)方案整體分析

本次數(shù)控機(jī)床的外觀造型設(shè)計(jì)在保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能屬性前提下，充分考慮用戶的認(rèn)知特征期待，使用一定的設(shè)計(jì)手段和藝術(shù)表達(dá)手段將結(jié)構(gòu)美與造型美有機(jī)融合，在設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及人機(jī)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(jì)

機(jī)床正面主要由移門(mén)和外框組成，如圖2所示，機(jī)床總長(zhǎng)為2300mm，高1730mm，移門(mén)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(zhǎng)度方向的黃金分割點(diǎn)。在側(cè)面，機(jī)床側(cè)輪廓的斜邊與立邊交點(diǎn)與機(jī)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(jì)與線條運(yùn)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(lái)外露的手輪、手柄等，切削和冷卻液模塊均運(yùn)用封閉外罩，能夠突出數(shù)控機(jī)床造型的整體性和協(xié)調(diào)性，在有利防護(hù)之余也給人簡(jiǎn)潔明了的感覺(jué)。數(shù)控機(jī)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(jì)中，尤其關(guān)注這兩部分的設(shè)計(jì)。同時(shí)，為了使機(jī)床的外形更加簡(jiǎn)潔干練，選擇使用冷卻箱作為底部，給人穩(wěn)定厚重的感覺(jué)，如圖3所示。

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

3.3 色彩設(shè)計(jì)與面飾工藝

數(shù)控機(jī)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(jì)中，整體外殼部分設(shè)計(jì)為乳白色，底部冷卻箱和移門(mén)設(shè)計(jì)為黑色，并使用灰色條紋點(diǎn)綴。部分裝飾條紋設(shè)計(jì)為橙色，機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)為銀灰色，并按照不同的功能選擇不同的顏色對(duì)區(qū)域進(jìn)行了劃分，整體感覺(jué)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(shí)物呈現(xiàn)關(guān)鍵是油漆涂層，良好的涂裝工藝才能真實(shí)、高效地表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)構(gòu)思。好的涂裝與涂料與施工工藝這兩個(gè)要素息息相關(guān)。

3.4 裝飾設(shè)計(jì)

本款機(jī)床的裝飾內(nèi)容主要包括企業(yè)商標(biāo)、企業(yè)名稱、裝飾條紋等，共設(shè)計(jì)有裝飾標(biāo)牌兩塊，結(jié)合機(jī)床的整體配色選用白色黑底的設(shè)計(jì)，上部標(biāo)寫(xiě)機(jī)床的型號(hào)，下部標(biāo)明生產(chǎn)單位的名稱。標(biāo)牌采用白底橙色字，上部為機(jī)床型號(hào)，下部為企業(yè)名稱。機(jī)床側(cè)面、電柜側(cè)面均配有操作警示標(biāo)牌，選用黑底黃色的文字及白底黑色的圖形，具有強(qiáng)烈的視覺(jué)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(xiǎn)警告標(biāo)牌

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)設(shè)計(jì)是賦予數(shù)控機(jī)床這一典型制造裝備更多價(jià)值與效益的利器。本文基于數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的具體項(xiàng)目，關(guān)注用戶需求，探索了基于認(rèn)知特征期待的設(shè)計(jì)調(diào)研、方案篩選與整體設(shè)計(jì)途徑，對(duì)以用戶需求為出發(fā)點(diǎn)對(duì)大型制造設(shè)備開(kāi)展工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定的探索。

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