基于要素分析的機床產品外觀設計研究

摘 要： 為了提升機床產品的操作性和審美體驗，將影響機床產品外觀設計的關鍵要素進行分解，通過對國內外同類產品的研究，結合現代設計理念對造型要素、色彩要素以及人機要素進行綜合分析，闡明了機床產品外觀的設計方向，為我國機床制造企業的新產品開發提供一定的參考和借鑒。

關 鍵 詞：工業設計 外觀造型 設計要素 機床

0 引言

機床行業的發展水平是一個國家制造能力及工業現代化程度的重要衡量指標。經過60年的發展，中國機床行業技術水平快速提高，但除去數量的外衣，卻沒有其他的優勢[1]。要在短時間較大程度地提高中國機床行業的技術水平，運用工業設計手段相比技術創新而言更為容易。當前，機床產品的設計開發已呈現由傳統的片面強調功能，向功能與形式相協調的人性化設計方向發展的趨勢[2]。

1 造型要素分析

1.1 整體造型

機床整體造型是由外觀件組成，以機床造型對人視覺印象造成的主要影響為依據，可將機床外觀件分為外罩、門、觀察窗、把手、控制裝置、排屑裝置、水箱、油箱、電控柜、標牌等部件。一般而言，研究重點放在外罩、門、觀察窗、把手等對造型影響較大的外觀件。每個外觀件作為機床整體造型的特征要素對整體造型的影響是各不相同的，機床整體造型通過外觀件造型的有機統一來實現其造型的目的。

1.2 外觀件造型

機床外罩造型是影響整體造型風格的最重要因素。從國內外品牌及同類典型產品分析，現有機床外罩從其正立面上大體可以概括為曲面、直面和斜面造型。以曲面、曲線為基調的設計風格，使人產生圓潤、飽滿、流暢、活潑、親切的感覺；以直面、直線為基調的設計風格，使人產生嚴謹、整齊、均衡、穩重的感覺；以斜面、折線為基調的設計風格，使人產生活力、生氣、靈動、輕巧的感覺。

機床門造型受到外罩的嚴格約束，門的側面輪廓線匹配于機床外罩側面輪廓線。現有機床門的造型大致可分為曲門、直門和折門。

機床觀察窗造型是機床正立面的視覺中心。觀察窗造型的變化非常多，但都要與整體造型風格相協調。現有觀察窗造型大致分為方形帶有小圓角、大圓角和不規則曲線形態，以配合機床造型風格多樣化的需求。

機床把手造型雖然在外觀件中體積較小，但對整體造型風格的塑造作用很大。把手造型主要由其截面形狀和外形輪廓線決定。現有機床把手截面主要有圓形和方形，外形輪廓線可歸納為直、曲、折三種，每種造型分別與不同風格的機床造型相協調。

2 色彩要素分析

實驗表明，人在看物體時，最初20秒內，色彩的成分占80%；2分鐘后，色彩占60%，形體占40%；5分鐘后，色彩和形體各占50%，以后這種狀態將持續下去[3]。因此，色彩在機床造型設計中占有重要地位。

2.1 色彩設計應用

國內外機床同類產品的色彩設計有三種常見形式：（1）單色；（2）雙色，由一種所占比例較大的主色和一種所占比例較小的輔色組成；（3）三色，由一種所占比例較大的主色、一種所占比例中等的輔色以及一種所占比例較小的輔色共同組成。

當前，機床產品的色彩設計大多趨向于采用雙色和三色，這樣既可以減弱形體的笨重感，又可突出造型的重點部位，增強機床產品的空間層次，也能夠在較大范圍內滿足人們的審美需求，符合當前色彩組合的流行傾向。

2.2 色彩設計注意點

（1）機床操作件，如把手、開關等，是使用者手、眼經常接觸的部件，宜采用與背景色對比較強、醒目、有親近感的顏色；（2）機床顯示器件的色彩應有良好的認識度；（3）機床面板上的按鍵、按鈕，為了便于使用者快速、準確地反應，通常采用色彩設計對其進行編碼、區分以及強調重點；（4）機床主控開關、警示標識以及警示燈等，應根據國家通用標準采用高明度的紅、橙、黃色；（5）機床操作臺面和加工物應該保持一定的色彩對比度，以保證使用者對加工物的視覺敏銳度和分辨力。

3 人機要素分析

3.1 機床門

機床門的設計必須考慮與外罩造型配合，還需要考慮寬度尺寸。機床門的寬度尺寸受到工作臺尺寸的限制，為了方便裝卡零件的操作，寬度尺寸一般要求略大于工作臺的寬度。對于工作臺較小的機床一般采用單開門的結構，而對于工作臺較寬的機床則多選用雙開門。

3.2 觀察窗

使用者通過觀察窗對加工工件和機床的運動進行觀察，觀察姿勢受到觀察窗位置和尺寸的影響。觀察窗設計主要以人的視高為依據，觀察窗的高度應選取第50百分位的人體視高來設計，以適應不同身高的人群。通過對人體最佳視野，包括直接視野和眼動視野的分析可知：垂直方向的視區劃分，人在水平線上下15°的視線最佳；水平方向的視區劃分，人的左右各25°為良好視區。

3.3 把手

把手對操作舒適性和工作效率有重大的影響。把手的設計要充分考慮直徑、長度與人手的尺寸相適應。根據國家標準操縱器一般人類工效學要求，手握截面直徑尺寸為10～20mm，優先選用12～18mm直徑的把手。還需要充分考慮門的大小和重量因素，針對重量輕的門，可能只需要幾個手指就能開啟，這時門把手截面積直徑可以適當小于10mm，針對重量沉的門，門把手截面積直徑可適當大于20mm。門把手與手掌的接觸面積越大，則壓應力越小。因此，圓形截面積或者橢圓形截面把手較好，但是為了防止與手掌之間的相對滑動，可以采用矩形或三角形。

機床把手長度取決于手掌寬度，掌寬一般在71～97mm之間（5%女性至95%男性數據）。因此，把手長度至少為100～125mm。當前機床把手大多以長把手的設計形式出現，一方面滿足造型的多樣變化，另一方面也能夠符合不同身高人群的使用。根據國家標準操縱器一般人類工效學要求，手掌最佳著力抓握直徑為30～40mm，彎角為10°左右[4]。

把手設計除了考慮尺寸因素，還必須考慮安裝位置。選取第50百分位的身高、手的活動范圍以及肘的高度作為設計依據，確定最佳把手控制區。對長把手而言，只需把手抓握位置能包括最佳控制區，且安放位置美觀即可；對短把手而言，則要盡量安裝在最佳控制區內，而且盡量使手腕在操作時保持自然狀態，手與小臂處于一條直線上，避免因手腕彎曲而引起肌肉靜態施力。

3.4 控制面板

人的手部動作主要是以觸摸為主，按鍵、按鈕通過指尖來完成操作。以人的指尖為分析對象，按鍵設計要保證按鍵的截面形狀大小與操作手指的尺寸相適應，參考GB/T14775-1993按鈕按鍵的人機參量，按鍵行程與所需按壓力要能保證對人體提供良好的信息反饋。按鍵之間要保持適當間距，以防誤觸碰。不同功能的按鍵通過劃分區域并按照人眼視覺特性進行排列，如數字鍵、字母鍵、方向指示鍵等的區域劃分。按鈕顏色也需要符合工業用色習慣，如啟動、通電常用綠色、白色等，停止、斷電常用紅色。

當控制面板與地面垂直時，按鍵區的最佳范圍與人肘關節密切相關，肘關節抬升過高或者肘關節位置過低都會產生一定的不舒適感。因此，按鍵區應該處于略高于肘關節至低于眼高的范圍，這樣的范圍可以滿足最舒適的操作狀態，可定義按鍵的最佳操作區域為1153～1568mm。當控制面板與地面存在角度時，按鍵時手掌的姿態發生相應變化，按鍵的最佳操作區域調整為974～1408mm。

4 結語

現代科學技術水平的高速發展，人類物質生活與文化素養的不斷提高，不僅對機床產品的精密化、自動化要求越來越高，而且對機床產品的操作性和審美體驗提出了更高的要求。結合機床產品外觀設計的關鍵要素分析，從造型、色彩、人機三個方面分別提出了塑造符合時代需求的機床產品外觀可參考的設計方向。

（1）機床造型塑造力求簡潔統一，形態均衡穩定，過渡合理，面與面之間可多采用斜角或圓角的造型變化，打破過于簡潔而造成的沉悶感，給人以層次豐富、統一協調、線條流暢的整體印象。

（2）機床色彩不宜過分灰暗與單調，也不宜過分鮮艷與混亂。色彩的整體感與設計的簡潔性正相關。以沉穩、純度較低的色彩為主色調，小面積輔助較高純度的色彩，可以使產品配色簡潔而不單調沉悶，使用戶在使用中感覺環境舒適，機器親切，從而精神愉快，穩定而集中，并體現出產品對人的尊重。

（3）機床人機設計可從視覺、觸覺、聽覺三個方面進行完善。視覺方面，在造型、色彩、顯示面板等和視覺有關的設計中，更多地考慮人的生理和心理需求；觸覺方面，注重把手、控制面板等部件的設計，關注材料和表面處理等因素，給使用者以最優的觸覺感受；聽覺方面，綜合考慮機床噪聲和環境影響，力求優化工作環境。

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

基金項目：福建省創意產業人才培養基地建設資助項目（閩財指[2012]771號）；福建省企業技術創新專項資助項目（閩經貿計財[2012]720號）

參考文獻

[1] 唐克巖.我國數控機床產業發展現狀與展望[J].機床與液壓，2012，40（5）：145-147.

[2] 張曙，衛漢華.機床產品外觀設計的新動向[J].工業設計，2009，（6）：12-13.

[3] 朱慧，張宇東.基于實驗心理學的色彩心理探究.中國包裝工業，2008，（7）：48-51.

[4] 趙江洪，譚浩.人機工程學 [M].北京：高等教育出版社，2006.