基于數字化高速鐵路軸承試驗臺造型設計

蔣鑫

（河南科技大學，河南 洛陽 471023）

1 引言

本項目將基于三維數字化技術，針對系列高速鐵路軸承試驗臺產品，通過對高速鐵路軸承試驗臺造型設計現狀分析，運用工業設計的理論和方法，運用美學原理、人機工程學原理、市場經濟學原理等，結合目前已有鐵路軸承試驗臺造型設計的要素及設計原則，對高速鐵路軸承試驗臺外觀進行三維數字化造型設計。力求設計出一種外觀造型整體感強、線條流暢，能體現高速鐵路軸承試驗臺的力度感與堅實穩重感；并在色彩設計上采用單純用色，配色以灰調為主，這種協調的色彩關系能給操作者以輕松、愉悅感；從實驗結果來看，這種人機關系協調、安全舒適的系列高速鐵路軸承試驗臺三維數字樣機，能給人良好的視覺效果并給操作者創造出宜人的生產條件，進而達到提高整體生產工效的目的。

2 研究目的

現代的企業采用的是以人性化管理為核心的管理模型，對于操作人員、用戶的體驗是本項目研究的核心，就高速鐵路軸承試驗臺造型設計而言，除了可靠、優越的性能，試驗臺舒適的人機操作界面外，對其造型特征、線型風格、整體色彩的協調性等視覺效果也有了更高的要求。如何使高速鐵路軸承試驗臺適應操作者個人綜合體驗需求，如何建立一個既考慮操作界面的相關功能技術、人機關系、顯示控制以及安全保護等外觀要素，同時具有符合生產線整體環境協調需要的造型，是這次高速鐵路軸承試驗臺外觀設計需要解決的問題，也是本次設計的意圖。

而本次課題研究將運用人機工程學原理和美學原理，以人的生理、心理特性為依據，運用系統工程的觀點，分析研究人與試驗臺、人與生產環境以及試驗臺與整條生產線環境之間的相互作用，設計出讓操作者或用戶能體驗到他所面對的是一臺外形美觀、安全舒適、人-機-環境的配合達到最佳狀態的高速鐵路軸承試驗臺造型。

3 現有試驗臺造型存在的問題

我國高速鐵路軸承試驗臺工業起步較晚，這次挑選國內幾家大的專業科研院所的技術人員進行共同開發、聯合設計，但是由于受到加工工藝及加工成本等制約，現有的軸承試驗臺總體效果差強人意，主要表現在：（1）線條基本采用的是呆板的直線，外觀整體性差，形式陳舊,不符合現代化產品的機械美；（2）各部分比例協調性差，皮帶、鏈條以及相關運動機構外露多，安全性差，在整體布局上給人零亂、松散的視覺感覺；（3）基本上沒有考慮人機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，沒有考慮人機要素；（4）色彩協調性差，整體色調灰暗，缺少變化和統一，商標、標牌等附件隨意性較強，布局與整體不協調。

通過市場調研可知，國外相關系列鐵路軸承試驗臺在造型設計上較為前衛，基本采用目前流行的流線型，藝術感較強，因此我們也開始嘗試導入時尚的造型設計元素。在面與面轉折過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，無論是視覺上還是實際使用過程中，讓人能體驗到對人的關懷。其次在考慮維修方便性的同時，將大部分運動部件遮蓋起來，以求加強安全性，又給人一種整潔美觀的感覺。

4 本項目采用的研究方法及工藝路線

（1）人機工程學理論方法：包括人體生理特性、人體測量及其應用、累積損傷疾病與工具設計、操控裝置設計、人機系統設計與評價；

（2）工業設計理論方法：包括產品造型設計、色彩設計；

（3）計算機技術：包括三維設計軟件SolidWorks、UG，做出高速鐵路軸承試驗臺外殼件的三維數字模型及生產用工程圖。其工藝路線如圖1。

圖1 工藝路線

5 項目設計內容

（1）高速鐵路軸承試驗臺車身造型設計。針對于目前的高速鐵路軸承試驗臺整體感不強、線性混亂的問題，在造型第一步就是使試驗臺的主要特征線條具有同一性，而整體試驗臺機身線型風格的協調是取得整體感效果最重要的方面。因為只要構成高速鐵路軸承試驗臺的主要特征幾何線型風格一致，則很容易取得整體試驗臺機身協調。本項目在此次設計中基本上是采用試驗臺主體部位輪廓以曲線構成為主，并且在面與面之間的轉折以圓滑的過渡和圓弧與主體機身相呼應，從而達到整體試驗臺機身線型風格的協調統一。

（2）高速鐵路軸承試驗臺造型色彩設計。設計本次高速鐵路軸承試驗臺色彩設計時，首先確定了試驗臺的主機身色調，即以灰色調為主，同時在其它一些關鍵部件上配以淺黃色色調為輔。主色調灰色占大部分面積，這樣對長時間使用和觀察者而言，不容易造成視覺疲勞，而淺黃色的輔色調，主要是那些位置受到注目的部分，如臺架、臺身、平衡重等處，既起到提示、醒目作用，也不至于使整個試驗臺給人以單調感。這種協調的色彩關系，給人以親切、舒適的感覺，讓操作者和用戶能從中得到美的享受。

（3）整體人機關系的協調。按照人機工程學原則，關注宜人性，盡量設計出高效、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臺造型設計在人機工程因素時，對以下幾個方面進行了考慮：（1）操作空間。操作員的活動空間主要在試驗臺前側，在造型上盡量簡化前面操控部分的空間和視野，而在此前后左右及相關部分盡量按層次遞進，操作者可以方便地觀察到機器周圍的情況，提高操作者視覺舒適性。（2）人機界面設計。特別是操作控制界面設計是本次設計的重點，主要是要保證人機之間信息傳遞交換的暢通，在工作期間能使操作者迅速、有效獲取試驗臺的各種數據信息，在操作者得到信息并作出判斷后再通過操作準確有效地發送給試驗臺。因此，本項目的試驗臺設計很注意儀表的可讀性，對于需要精確讀數的一般采用數字顯示，而對于需要快速讀數的則采用指針或信號指示。在控制部分，按照人機工程學原理，把需要精確控制按鍵或機構放置于與操作員相近處，而對于不需要精確控制且使用頻率不高的控制部件，布置在稍遠離操作者處，對于危險操作按鍵，一般布置在不太方便操作的地方，并以高明度色彩警示。這種人機信息交流，加強了高速鐵路軸承試驗臺的運行營理，提高作業效率。

6 結語

基于三維數字化技術，河南科技大學、中國軸承技術研究院共同研發生產的系列高速鐵路軸承試驗臺產品，通過借鑒國際相關先進鐵路軸承試驗臺的現有造型設計，運用工業設計的理論和方法，結合人機工程學原則，設計出外觀整體感強，線條統一流暢，色彩單純協調，人-機-環境關系和諧、安全舒適的系列高速鐵路軸承試驗臺三維數字樣車。新型的高速鐵路軸承試驗臺能給人良好的視覺效果和舒適的生產環境，對提高相關系列產品競爭力、美化環境、提高工作效率大有好處。本次研究主要成果有：（1）基于數字化技術，結合軸研院其他軸承試驗臺，對高速鐵路軸承試驗臺外觀進行造型深入理論研究；（2）運用了工業設計的美學原理、人機工程學原理等相關理論，找到一種既符合人機工程學又符合工業設計造型的系列高速鐵路軸承試驗臺造型設計模式；（3）將工程技術與造型形式密切結合，對高速鐵路軸承試驗臺造型進行研究，設計出高速鐵路軸承樣機。

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