加工中心又称多工序自动换刀数控机床"它是将铣削、锉削、钻削等功能集中在一台设备上, 一次装夹可完成多个加工要素的加工"它不仅在结构性能方面相对于普通机床发生了根本性的变化, 而且在人性化设计方面已摆脱了冰冷而机械味十足的“不友善“的面貌, 从而变得更友善、更“人情化 更符合现代人的生理及心理需求"虽然我国是机床制造和拥有大国, 但进口的加工中心在国内市场具有很高的占有率, 这对我国的机床制造业造成很大的冲击, 因此在借鉴和研究技术、进一步改进和提高产品各项性能的同时, 还要在人性化设计上进行深入研究, 以求进一步提高其在国内外市场的竞争力与附加值,使产品立于不败之地"

一、机床造型的演变发展

随着工业化革命的开始, 发展了机床;计算机的迅速发展和广泛应用, 又使机床发生了根本性的变革, 由传统的机械化发展到现代的自动化, 进而发展到当今的由数控技术发展起来的加工中心, 功能和结构的变化又带来了机床造型的变化 " 分析机床造型的演变, 为设计具有人性化特点的加工中心造型提供了理论基础 "

最初的机床是由一个电机驱动或分组由几个电机驱动, 一根天轴把运动传给若干台机床, 即所谓的 /天轴传动”, 是外露式的皮带传动"机床上所有零件机械地组合在一起,单纯满足功能需要,总体布局凌乱 、 粗笨 、简陋, 无暇顾及外观 、色彩和人机关系,安全性能也差"随着机床的变速机构由皮带轮传动发展为齿轮传动, 整个机构集装于床头箱内, 机床的造型发生了根本的变化 "20世纪30年代, 流线型在世界上风靡一时, 与空气动力学无关的机床上也广泛地应用, 直到40年代前后, 开始提倡形式追随功能的设计原则,即外形跟着内部结构走,以曲线、曲面及大圆角过渡为基调 " 这种造型给人们以圆润 、流畅 、活泼 、亲切的感觉, 为人们所喜爱 " 50年代机床多采用直线为主的方形或方形小圆角过渡的造型风格, 受到了人们的青睐 " 6 0 年代至70 年代, 机床的主体造型风格增加了平面和直线要素, 给人以挺拔浑厚 、规整、均衡 、庄重的感觉" 8 ” 年代前后,方正之中又逐渐增加了梯形, 这是由于过分追求方直形而使机床的外形呆板而活泼不足,:使人产生单调、贫乏的心理状态 "90 年代机、床的造型增加了斜面, 线与线 、面与面之间用小圆角过渡, 给人以有生气 、轻巧之感 "

由于科学技术的发展, 新材料 、新结构 、新工艺的出现, 机床造型给设计者以更大的选择余地 "在满足机床功能的前提下, 如何在人性化方面进行深入设计就成为现今机床造型设计的发展方向"

二 、加工中心的人性化设计原则

就特定的加工中心而言, 以人为本的设计不只局限于在改善人一机一环境系统的协调、统一关系, 而且还包括满足使用者审美心理上的精神需求"设计师必须把 /为人而设计 ”的观念贯穿于产品设计的全过程, 也:就是以人为中心展开设计,着重研究 /物 ”与/人”之间的关系"应遵循如下原则:

1.应注意遵循 /形式服从功能”和 /形洲式表现功能”的原则

设计应以简洁的形态、醒目的色彩和富于人情味的线型表现具备的加工中心, 摒弃烦琐的外观造型与装饰, 强调 /实用” 与 /美观”、 /技术” 与 /艺术” 的高度洲结合与统一, 更要注意 /物” 与 /人 ”的结合 "设计不仅注意有形产品的设计, 使洲产品的操作变得更容易, 而且更要注意使用者操作习惯等的 /无形的设计”"

- 2.应注意统一与变化的原则

: 设计应强调在产品的形态设计与结构设计相协调的原则下增加其色彩 、表面质感、线型和体量关系的变化, 增加发光与亚光材料的对比运用, 通过种种因素的设计, 以各种的构成, 使其在人的感知 、认识及操、作过程中体察物的价值和高科技带来的精神满足感 "

三 、加工中心的人性化设计方法

1.加工中: 白的高技术、高情感与人性化设计

加工中心所具有的高精度、 自动化和能适应多品种 、 小批量生产的高技术特点,创造了有史以来人类机械化生产的高效率和高效益,同时也带给操作者最致命的缺陷:缺乏情感、缺乏通俗化 " 换句话说, 不少加工中心设计, 过分注重了高技术的应用和多功能的要求, 而忽视了现代人对加工中: 自设计越来越高的精神需求和越来越强的个性表现"在高科技日 新月异的当今时代里, 人们普遍要求作为高科技生产的加工中: 自, 除具有高技术外,还应注入深厚的情感赋予产品,使产品富于人性化, 令产品洋溢 /热情 ”"例如德国D M G蓝绿色的门及圆柱体装饰给人以高雅清新的感觉, 控制盘的支托上装饰了优雅舒适的曲线,使操作者倍感亲切" 使用者在操作时心情舒畅, 兴趣倍增, 工作效率得到提高"

2.人性化的人机交互设计

人们通常会认为掌握高科技加工中: 自的操作会非常难, 需要很高技术水平, 从而影响了它的使用 "因此不仅要在硬件上通过人性化的人机界面拉近人与机器的距离, 提高工作效率, 还要从操作软件上从人的交互认知角度考虑让操作者易学 、易懂 、易做出反应, 现在某些手机的交互设计方式就值得加工中心借鉴 "作为高效生产的加工中心, 除- 具有高技术外, 还应注入深厚的感性赋予产品, 在设计中勿忘记给操作者更多的关心和更方便的操作使用方法, 使产品更具人性化和亲和力"比如, 在噪音的环境中, 眼睛对暖色的分辨能力下降, 而对冷色 (尤其是绿色) 的分辨能力反而上升, 这在加工中心的显示和操纵装置的设计中是必须引起重视的 "只有认真研究计算机系统下的人机界面交互设计, 才能提高产品的市场竞争力"

3 . 造型与结构的人性化视觉处理

加工中心的功能决定其结构,而结构与造型有着密不可分的关系,造型不能脱离结构而存在"机床支撑底部的中轴面为基准使左右两面的体量对称的造型,产生的均衡感,显得比较庄重"对立式加工中心相对占地小,造型显得挺拔 、重心偏高,会给人以不稳定的倾倒感,此时可在下部涂饰重量感较强的色彩或利用表部材质的光亮轻盈与粗糙厚重的对比关系, 以增加下部的重量感和整体稳定感 " 卧式加工中心相对占地面积大,造型容易显得臃肿庞大,则可根据其结构处理好形体比例关系和重点色的配置,使其表现出操作简单方便 、 造型活泼可爱,而又不失精度 、速度和效率的特点 "

近年来加工中心设计开始采用人性化模块化设计思想,把加工中心划分为几个模块,分别确定各模块的功能进行设计, 同时考虑它们的联结及功能协调,这种思想同样适用于加工中心造型设计"例如以结构功能来划分, 可将加工中心划分为底座及整体造型 、X 、Y 向进给驱动 、立柱和主轴箱、刀库和换刀装置等模块 "整体造型模块和其他模块的设计同时进行,这样既满足了结构要求,又从一开始就考虑到了产品的使用和形体美感,使外形与结构达到和谐统一"

4 .少而精的色彩搭配设计

色彩在产品设计中有着先声夺人的艺术魅力"据试验表明: 人们在看物体时最初2压内,色彩的成分占80 % ; 2min{后, 色彩占60 % , 形体占4 0 % ; 5 min后, 色彩和形体各占50 % , 以后这种状态将持续下去 " 由此可见, 色彩在造型效果中有着重要的作用"由于色彩具有主动吸引人的感染力, 因此研究产品的色彩设计, 有着重要的现实意义"对于精密设备的加工中心而言, 其色彩要给人以舒适、高雅 、清新的感觉"色彩力求单纯, 一般 2一3色为宜, 色彩越简洁醒 目, 整体感越强"例如, 以沉着、 利、 素、 纯度不高的色彩为主, 点缀以亮丽的色彩, 使色彩单纯而不单调, 沉静而不沉闷, 使操作者在使用中感觉舒适、亲切,体现产品对人的体贴与尊重 "

在色彩设计_匕 还要注意满足企业形象的要求 "如果企业的产品已在用户中获得了信誉, 那么对新产品的开发, 应该尽力保持和维护原来产品的主色调, 满足企业形象和产品质量在用户心目中经久不衰的要求 "

5.人性化的安全防护和环保设计

加工中心的安全感对于操作者有重要意义"安全感体现在操作者的生理及心理两方面" 通过人机工程学的研究与设计,采用合理的人体测量尺寸与操作空间设计, 能够避免无意间触动按钮、开关等,可以给人以生理上的安全感; 浑圆饱满的整体造型、 精细的工艺、沉稳的色泽可以给人以心理上的安全感"

加工中心是一种高速 、 高效和高自动化的现代生产设备,对其精度 、速度 、 结构强度与刚度以及使用的安全性 、精度保证性等要求远远高于普通机床 " 加工中心设计除对运动部件和油 、汽 、液 、电线 、电缆等进行单独防护外, 出于对整台机床精度保持性 、作业环境保护和人身安全防护性 , 以及外部感官质量等因素的考虑, 多采用全封闭防护造型 "全封闭防护罩, 可减少粉尘人侵, 可防止铁屑及润滑冷却液的飞溅, 有些还带有隔音降噪及机电安全连锁功能,可明显提高设备的精度保持性,并满足安全和环保的要求 "

四 、 加工中心造型设计案例

根据以上的分析探讨, 我对河南工业大学实习工厂的教学型立式加工中心和卧式工中心进行了实验性的全封闭式造型设计,其特点如 下:

1.与人操作有关的结构设计都围绕 /人性化 ”这个中心来设计 "全封闭防护罩门窗的位置、 大小, 既要满足加工中心监控和拆装工件等的要求, 又要满足人体视高的要求 "整体上采用板块结合式结构 "

2 .设计风格为直线加以小弧面过渡,直线给人以精致 、 严肃 、统一有序、 理性的感觉,符合加工中心高精度 、高速度 、高效率的特点"为了避免全部直线型造型显得呆板,则在工作台前的机床正面设计了一扇半圆玻璃圆弧门,既满足旋转工作台的功能要求, 又使得造型具有时代感, 而且门上的窗口面积也随之增大, 有利于操作者对防护罩内的加工情况进行观察 "

3 .色彩以黄系列的浅驼色为主体色,活动门及电控柜配以红色,既产生对比又具和谐高雅的效果,使操作者感到舒适 、亲切,从而心情愉快 "工作台以下漆铁灰色则产生稳重的效果 "在较大的外观平面上,油漆采用亚光漆,避免较强的光线反射使操作者眼睛容易疲劳而影响工作,也可以使板表面的不平度不易看到 "

4 .造型外部构件的材料都采用冷轧钢板,冷轧板材的表面质量好,也就容易保证造型平面度要求 "

5 .在开合门上设置机电安全连锁装置,确保人身安全"

通过设计实践, 我深感人性化的设计理念要贯穿于设计的全过程及各个环节 , 其难点在干加工中心的外观造型受材料 、 工艺 、成本的限制太多, 很难有革命性的突破"鉴于此, 在充分调查 了国内外加工中心造型特征 、种类和风格的基础上, 决定从美学上确定了加工中心的造型比例关系, 使造型各部分比例关系和谐统一, 整体视觉效果简洁大方, 充分体现出时代感, 从而使企业提高产品竞争力, 在市场上占有一席之地 "

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