基于智能化的礦山機械造型設(shè)計研究

王紹堂，韓家勇，陳思思，陳枷先，郎梓彭

（1.遼寧科技學(xué)院，機械工程學(xué)院，遼寧 本溪 117000；2.遼寧師范大學(xué)海華學(xué)院，管理系，遼寧 沈陽 121000）

在我國以往的礦山機械理念中可以看出，機械的造型設(shè)計主要受到產(chǎn)品功能性、安全性以及使用方式等因素的影響。在以往的礦山機械造型設(shè)計中，主要以技術(shù)指導(dǎo)為主題，但隨著造型設(shè)計要求的提升，礦山機械造型設(shè)計也再不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變[1]。礦山機械造型設(shè)計的主要理念在于將礦山機械產(chǎn)品的使用方式以及設(shè)計理念充分展現(xiàn)在產(chǎn)品造型外觀上，同時考慮到礦山機械在使用過程中惡劣的工作環(huán)境，需要同樣考慮到工業(yè)設(shè)計理論。將礦山機械整體設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化的同時，使機械整體造型設(shè)計考慮到細(xì)節(jié)處理考究、布局合理、造型新穎以及線條優(yōu)美等因素[2]。礦山機械造型設(shè)計除考慮到外形因素外，更需要符合人機工程學(xué)，讓機械能夠滿足使用者視覺和心理上需求的同時，減少因工作枯燥而帶來的疲勞和精神負(fù)擔(dān)，從而在提高工作效率的同時降低事故發(fā)生率。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代礦山機械產(chǎn)品也在不斷完善，因此為使礦山機械造型設(shè)計滿足市場化需求，對基于智能化的礦山機械造型設(shè)計進行研究。

1 基于智能化的礦山機械造型設(shè)計

1.1 智能化礦山機械造型設(shè)計建模

智能化機械礦山機械造成設(shè)計主要采用3DS建模方法，這也是目前建模方式中最為快捷真實的方式[3]。在研究中，建模主要采用3DS建模與高級曲面建模相結(jié)合的方式，通過對可編輯對象的綜合運用進行高級建模，其建模結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

圖1 智能化礦山機械造型設(shè)計建模結(jié)構(gòu)

模型以幾何學(xué)為基礎(chǔ)，在對礦山機械整體外觀進行設(shè)計時，主要考慮到機械整體與部件、部件與部件之間的關(guān)系，使機械整體符合幾何規(guī)律，讓機械整體能夠更加美觀，從而提升整體機械的市場價值。

1.2 智能化礦山機械外形設(shè)計

礦山機械智能化設(shè)計主要利用系統(tǒng)對機械通用特征、標(biāo)準(zhǔn)特征以及自由特征進行分析[4]。其中通用特征主要針對機械中使用相同或相似配件進行分析，在保證機械外形的同時將維修成本與制造成本控制在一定范圍內(nèi)；標(biāo)準(zhǔn)特征主要針對機械在設(shè)計中符合人機工程學(xué)的同時，滿足國家或國際標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，從而決定整體機械骨架結(jié)構(gòu)；自有特征主要針對機械外形視覺的美觀感與舒適度等因素進行設(shè)計，針對不同使用功能對機械的形態(tài)、色彩、材質(zhì)等視覺與觸覺進行分析設(shè)計。

1.3 智能化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

礦山機械造型設(shè)計最主要的是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，外結(jié)構(gòu)是機械外形依附的主要載體，也是整個機械屬性中難以映入眼簾的部分，機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠最大程度上讓使用者增加對機械的了解。礦山機械結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計為整體機械造型與內(nèi)在支撐造型，通過整體結(jié)構(gòu)設(shè)計與內(nèi)在結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合，增加使用者的便捷程度，從而提升機械附加值[5]。而操控室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計能夠讓使用者在機械操作過程中更加準(zhǔn)確，提升機械安全性。礦山機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計，考慮到其使用程度與操作行，需要結(jié)合機械使用場景，才能使機械結(jié)構(gòu)設(shè)計更加具有有效性。由于礦山機械所使用造型環(huán)境較為復(fù)雜，主要用于露天或地下，背景為天空或植被，因此系統(tǒng)背景色較為復(fù)雜。根據(jù)機械工作環(huán)境對整體大背景進行分析，設(shè)定機械結(jié)構(gòu)的顏色能夠增加其醒目程度，例如，道路被判斷為灰色系、植被為綠色系、天空為藍(lán)色或白色。系統(tǒng)針對不同機械工作環(huán)境，利用拾色器對系統(tǒng)工作環(huán)境中每隔100像素進行飽和度、色相以及明度進行采樣，通過分析后取平均值，如表1所示：

表1 礦山機械色彩色相、明度與飽和度采樣值

其中，S為飽和度、H為色相、B為明度。三者數(shù)據(jù)范圍均為0～255。根據(jù)數(shù)值分析，由此設(shè)計出最合適的機械結(jié)構(gòu)的顏色。

2 實驗分析

為驗證基于智能化的礦山機械造型設(shè)計系統(tǒng)的有效性，設(shè)計如下對比實驗。以兩組設(shè)計機械后的工作效率作為實驗對象，分為兩組，其中基于智能化的礦山機械造型設(shè)計系統(tǒng)為實驗組，傳統(tǒng)設(shè)計方法作為對照組，在控制單一變量的前提下，分別記錄兩組的機械工作效率工作效率。對兩組實驗數(shù)據(jù)設(shè)定相應(yīng)的條件，為保證實驗的公平性，實驗組、對照組參數(shù)始終保持一致。為了驗證礦山機械造型設(shè)計的差異，實驗組將按照需求使用基于智能化的礦山機械造型設(shè)計系統(tǒng)進行操作，而對照組采用傳統(tǒng)處理的方式。

圖2 礦山機械工作效率對比

礦山機械工作效率對比。實驗組與對照組同時對機械工作效率進行實驗，分別記錄5、10、15、20、25個小時后，實驗組與對照組的工作效率。為避免突發(fā)性事件對實驗結(jié)果造成的干擾，實驗組與對照組處理參數(shù)相同，具體結(jié)果如圖。

對比上圖實驗結(jié)果，引入對照組和實驗組礦山機械工作效率進行對比，實驗組機械工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于對照組。觀察上圖，利用實驗組設(shè)計出的礦山機械與對照組設(shè)計出的礦山機械進行工作效率對比，實驗組的工作效率為95.45，且效率較為穩(wěn)定，與對照組相比，實驗組工作效率得到4.86%的提升。

3 結(jié)束語

礦山機械造型的智能化設(shè)計，能夠為使用者提供一個更加愉快的使用環(huán)境，在提高工作效率的同時降低事故發(fā)生率，從而推動我國礦山機械產(chǎn)業(yè)不斷進步。