基于用戶反饋模型的數控機床造型設計*

劉福運

(中原工學院機電學院，河南鄭州 450007)

1 數控機床造型設計

隨著我國制造業的蓬勃發展，數控機床設計有了很大的進步，但同國外的機床設計相比，國內機床設計水平整體較低，產品附加價值不高，這與國內機床設計思維局限性分不開的。因此，尋求一種新的設計思維方式來引導當前的機床設計是至關重要的，是影響機床設計水平提高的一個關鍵因素。目前關于數控機床的造型設計大多都是從人性化設計、人機工程學設計、美學原則等方面著手的，而產品造型設計的出發點應以用戶為中心，建立用戶模型，探討用戶需求，對于機床的造型設計是一個設計思路和方向［1］。目前數控機床造型設計的幾個發展趨勢:

1.1 數控機床造型的整體性越來越強

隨著數控機床造型的設計發展，機床原來外露的手柄、手輪等部件已消失，整體性越來越好，切屑和冷卻液的裝置均采用封閉型罩殼，整體性強。整體性強不僅有利于人身的安全防護，還給人以簡潔、明了之感，符合現代化機械設備的審美發展趨勢。單純化、整體性的形態雖然看起來結構簡潔，但通過組合變形，仍然可以構成較深刻的形態，這可集中反映在工業產品設計中。

1.2 機床造型設計更符合宜人性

從人機工程的基本理論出發，合理確定機床的操作方式、操作高度等內容，科學地利用人—機—環境3個要素之間的有機關系，創造美好的機器加工環境。“以人為本”既是一種實現人、社會、環境的和諧人文思想，也是使設計回歸自然，人性化設計的體現。例如:使用上的安全感與綠化，人機工程學上的舒適原則，設計情趣上的人情味原則，功能導向的文明原則，高尚、高素質、高科技追求、教育受益性、文明感，造型上的形式美在上述基礎上講究對稱與平衡、統一與變化、比例與尺度、調和與對比、節奏與韻律等形式美，產品創新上的新奇原則等等。

數控機床的工作環境基本比較整齊，人對機床的直接操作主要是上下工件和在控制面板上，因此，機床的造型和色彩應注重操作簡便又與環境相協調，使操作者工作時心情舒暢，效率得到提高。要根據人的操作和活動能力來設計機械所需要的基本空間、位置和運動方向。數控機床控制面板的大小、形狀、位置(整體式、懸掛式、下伸式、獨立式)應保證操作者觀察、工作方便。控制面板的布局要符合人的視覺反應，方便操作者操作。數控機床上的拉門、觀察窗以及工作臺的尺寸、位置、高度等均應符合人體相關部位的尺寸，使操作者便于觀察和裝卸工件。

1.3 機床造型設計更注重細節設計

細節決定成敗，產品的做工精細可提高產品品質，尤其是精密的機械加工設備。在機床造型設計中，拉門的形態分析、觀察窗窗口大小以及工作臺尺寸、位置、高度等眾多細節的推敲更引起設計者的思考。

1.4 機床造型設計更注重用戶的內心需求和互動

安全性是用戶首先考慮的內心需求，也是機床造型設計的重要方面。機床造型設計的整體性可以擺脫原來對機床臟、亂、差的印象，滿足用戶整潔的需求。在機床的操作過程中，用戶與機床的人機互動也是至關重要的。

1.5 裝飾設計

數控機床上裝飾設計是進一步提高產品造型藝術效果的手段，基本是指企業標志、商標、廠名、裝飾線等。特別要注意代表企業形象標志的合理使用，以滿足企業形象和產品質量在用戶心目中經久不衰的要求。

機床裝飾標牌二塊，標牌采用白底紅字，上部為機床型號、置于最醒目的位置。下部為生產單位。機床側面、電柜側面、電柜門配以各種安全操作警示標牌和提示標牌，銀灰色字，黑底色，既起到安全提醒作用，又起到裝飾作用［2］。

2 用戶反饋模型的建立

用戶反饋模型是基于用戶自身特性而對用戶在工作中表現出的生理心理反應。主要研究用戶心理和生理對于外界的影響而發生的一些變化，對于產品設計有著重要的意義。其主要內容包括用戶視覺反饋、聽覺反饋、觸覺反饋和心理反饋［3］。

2.1 視覺反饋

視覺是所有感覺中神經數量最多的感覺器，其優點是:可在短時間內獲取大量信息;可利用顏色和形狀傳遞性質不同的信息;對信息敏感，反應速度快;不容易殘留以前刺激的影響。但也存在容易發生錯視、錯覺和容易疲勞等缺點。影響視覺反饋的因素主要有色彩、形態和整體格調。

2.2 聽覺反饋

聽覺反饋比視覺反饋傳遞的速度更加迅速，在緊急時更能引起用戶的注意。人耳對高頻聲比較敏感，對低頻聲不敏感，這一特征對聽覺避免被低頻聲干擾是有益的。如何在產品設計中正確地應用人的聽覺特性也是至關重要的。影響聽覺反饋的因素有聲音的頻率，聲源的傳播距離和周圍環境的嘈雜程度等。

2.3 觸覺反饋

觸覺是人與機器直接互動的主要途徑，也是操控機器的最重要的通道。觸覺信號主要與操控裝置相關，應充分滿足操作者在生產中能安全、準確、迅速和舒適地連續操作。它應滿足5個基本要求:①尺寸結構符合人體尺寸及操作方法;②操作方向符合規定及習慣;③操控反饋有指示;④操作要有一定的阻力;⑤要有一定得措施來防止誤操作。

2.4 心理反饋

不同的產品造型給用戶的心理感受差別是很大的。造型新穎、獨特、時尚、個性的產品，給人一種生活的滿足感和優越感，深受現代人青睞。“趣味的”、“美麗的”、“可愛的”產品能激起人們的愉悅情緒。在設計過程中，靈活運用產品語義學和符號學的基本理論，使操作控制具有暗示性和引導性，操作方式簡單易懂，符合人的基本心理特點和生理特點［4］。

3 用戶反饋模型在機床造型設計中的應用

以用戶為中心，基于用戶反饋的模型出發，數控機床造型設計更體現出人性化和滿足用戶的需求，增強產品的競爭力。

3.1 用戶視覺反饋在機床造型設計中的應用

用戶視覺反饋在機床造型設計中的應用主要體現在視覺美感和視覺傳達性兩個方面［5］。視覺美感除了要遵循基本的形式美學法則外，整體感和科技感是機床的重要表現。如圖1所示。

視覺傳達性在機床造型設計中的應用可以從以下幾個方面實現:機床窗口的設計是利用大型安全玻璃視窗使工件的加工對操作人員完全透明，可以親眼見到整個加工過程。加工的可視性可以加強操作人員對加工區域內一切活動的認同感，也可以提高工件的加工質量。還有很多用戶都希望在實際操作機床的過程中，通過信號燈指示不同的顏色使操作人員了解機床的運作狀態。但是目前信號燈一般都是在機床的頂部，做為操作者可視性比較差，可以將信號燈的位置置于與機床門頂部的位置，做成線性指示，大大改善視覺傳達的清晰性。

3.2 聽覺開關門的聲音和啟動警示

當對機床進行操作指令的時候，判斷操作指令是否執行，操作是否正確，可以通過語音提示給用戶以提醒。特別是關門的時候，確保維護的安全性，更應該通過關門的聲音來傳遞門是否關閉嚴實，給用戶心理極強的反饋性。還有其他地方的聽覺反饋，像機床啟動和制動時的聲音，以及危險時刻的警報等等，都是對于用戶來說起到很重要的作用。

3.3 觸覺反饋

機床把手的質感和舒適感是用戶觸感反饋的重要體現方面。簡潔豎直的把手設計，利用優質的軌道可以減少操縱力的大小。利用金屬貼皮的加工工藝，以增加機床造型的科技感和現代感。

3.4 心理反饋

任何產品造型設計都給用戶帶來不同的心理感受，機床造型設計更應該體現產品的精密感、科技感和人性化。如圖2所示，機床底座的凹槽設計打破了原來產品的沉悶感，給用戶以輕巧、科技的感覺。

一般機床不同的箱門其鑰匙是不同的，為方便操作者，一個機床的箱門使用通用鑰匙，提高了工作效率和使用的簡潔性。為使加工時工件出入方便以及維修人員維修機床時出入方便，針對機床門也進行了改進，把門擴寬的同時，還考慮了工作臺高度的選擇，工件進入機床門之后不需要再抬高或降低，減少了操作人員不必要的動作。

機床造型直角的運用，給人干凈、利落、速度的感覺;部分機床R角的運用給人以人性化，比較柔和，沒有機器的生硬感的心理感受。一些比較大弧度的R角更顯人性化，色彩更柔和。

3.5 安全反饋

一些機床造型的工作臺設計成平滑的形狀，有利于保護操作者，甚至在人意外碰撞機器時，可以減輕傷害的程度。機床上的防護罩可以減少來自機器內部和外部所產生的危險。機床具有報警裝置及緊急停止按鈕，可防止各種突發故障給機床造成的損壞。機床造型信號燈的設計，可通過顯示器顯示文字及報警號來傳遞信息。合理的處理好形狀與平衡的外觀設計，會使機床產品結構既簡練又安全。

4 結語

本文建立用戶模型，從用戶的視覺、聽覺、觸覺和心理等生理特性出發，通過具體的設計細節分析，為數控機床造型設計增添了新的設計思維方式和設計方向，增強了數控機床產品的市場競爭力。

［1］張淼.工業設計理論在數控機床外觀造型設計中的應用研究［D］.沈陽:沈陽工業大學，2004.

［2］姜曉微.數控機床的造型設計研究［D］.長春:吉林大學，2007.

［3］鈕焱，黎冬.基于客戶反饋的FTP搜索引擎模型設計［J］.湖北工業大學學報，2008(5).

［4］李彬彬.設計心理學［M］.北京:中國輕工業出版社，2001.

［5］謝麟.以“用戶體驗”為中心的設計思維與方法［J］.裝飾，2006(4).