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基于認(rèn)知特征的數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)調(diào)研與實(shí)踐

2018-03-13 04:21:55
關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床機(jī)床調(diào)研

高 巍

(無錫技師學(xué)院(立信中專),無錫 214063)

數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)與信息化高度融合的典型制造裝備,其造型設(shè)計(jì)在近年來受到各廠商的高度重視。如何在遵循工業(yè)設(shè)計(jì)基本原則的基礎(chǔ)上,綜合考慮用戶認(rèn)知特征對數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的影響,從而提煉數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的要素,完成整體設(shè)計(jì)方案,是本文研究的重點(diǎn)。

1 調(diào)研數(shù)控機(jī)床造型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及認(rèn)知特征

在接到設(shè)計(jì)任務(wù)初期,項(xiàng)目組首先深入企業(yè)一線與用戶單位,對企業(yè)技術(shù)、營銷、管理部門及部分用戶對象等進(jìn)行了調(diào)研。

1.

1 對數(shù)控機(jī)床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

本次調(diào)研主要統(tǒng)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)對象,共回收有效調(diào)研問卷60份,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 對數(shù)控機(jī)床造型的主要結(jié)構(gòu)的調(diào)研

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果綜合分析,對數(shù)控機(jī)床造型產(chǎn)生主要影響的結(jié)構(gòu)主要包含控制面板、保護(hù)罩、觀察窗、擋門及把手等。

1.2 對數(shù)控機(jī)床外觀認(rèn)知特征期待的調(diào)研

調(diào)研的第二部分內(nèi)容是選擇表現(xiàn)機(jī)床外觀特征的60個(gè)詞語,要求被調(diào)研對象選取自己認(rèn)為最能表現(xiàn)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)的詞,主要被勾選的形容詞如表2所示。

表2 對數(shù)控機(jī)床外觀認(rèn)知特征期待的調(diào)研

從該項(xiàng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)可以總結(jié)出設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型時(shí)需要注意的幾對關(guān)系,即現(xiàn)代簡潔與變化復(fù)雜、精密與粗糙、人性化與機(jī)械化、情感化與科技感、風(fēng)格獨(dú)特與大眾審美之間的關(guān)系。在這些關(guān)系中,有幾組能直接影響到數(shù)控機(jī)床的造型風(fēng)格。如簡潔的風(fēng)格要求造型時(shí)多用直線,能讓整體流暢自如、嚴(yán)謹(jǐn)協(xié)調(diào),而變化的風(fēng)格則要求多以曲線造型和對比變化為主,使得造型活躍而生動。

通過調(diào)研得出了機(jī)床造型應(yīng)關(guān)注的主要結(jié)構(gòu)與操作者認(rèn)知數(shù)控機(jī)床的主要期待,在設(shè)計(jì)具體方案時(shí)可以對這些要素進(jìn)行形象化和量化,更好地引導(dǎo)設(shè)計(jì)過程,這是數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2 使用模糊評價(jià)法篩選初步方案

設(shè)計(jì)評價(jià)是貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)整個(gè)流程的重要內(nèi)容,也是優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)方案的主要手段。目前,對于數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的評價(jià)以評價(jià)者的主觀印象為依據(jù),缺乏數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)性。

目前主要的評價(jià)方法包括如下幾種。

2.1 經(jīng)驗(yàn)評價(jià)方法

主要用于方案選擇范圍不大并且比較簡單的情況下,可以根據(jù)評價(jià)者的經(jīng)驗(yàn),使用裁選、編隊(duì)、點(diǎn)評等手段進(jìn)行大致的分析選擇。

2.2 數(shù)學(xué)分析評價(jià)方法

運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行剖析、推演和考量,得到定量的評價(jià)結(jié)果。但工業(yè)設(shè)計(jì)本身的很多問題其實(shí)是定性而非定量的,而且概念邊界比較模糊。在評價(jià)過程中,非定量的描述缺乏客觀性、科學(xué)性和說服力,因此,可以考慮評價(jià)者的語意層次與等級,將定性評價(jià)轉(zhuǎn)換為定量評價(jià),并設(shè)定一定的權(quán)重,建立一個(gè)模糊數(shù)據(jù)模型,對數(shù)控機(jī)床的造型質(zhì)量進(jìn)行定量評價(jià)。

2.3 試驗(yàn)評價(jià)方法

對于一些使用計(jì)算分析仍不確定的情況,可以采取虛擬樣機(jī)試驗(yàn)或?qū)嶓w樣機(jī)試驗(yàn)的方式進(jìn)行評價(jià),這種方法能得到準(zhǔn)確的反饋數(shù)據(jù),但相對成本較高。

2.4 面向后續(xù)的可行性評價(jià)方法

該方法主要是對產(chǎn)品后續(xù)開發(fā)及應(yīng)用的方案進(jìn)行評價(jià)。

上述四種評價(jià)方法在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床造型的不同階段可以靈活運(yùn)用,如在初步設(shè)計(jì)方案的甄選階段,可以采用數(shù)學(xué)分析評價(jià)方法中的模糊評價(jià)法進(jìn)行數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的定量綜合評價(jià)。在某些重要部件的設(shè)計(jì)中可采用使用虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)評價(jià)法等。

現(xiàn)需要評價(jià)、選擇以下三個(gè)初始設(shè)計(jì)概念方案,如圖1所示。

圖1 三種待選方案

使用模糊評價(jià)方法具體如下。

(1)構(gòu)建評價(jià)因素集、評語集及權(quán)數(shù)。

評價(jià)因素U={形態(tài)、工藝、人機(jī)、創(chuàng)新、環(huán)保}

評語集V={優(yōu)、良、中、差}

權(quán)數(shù) X={0.3、0.15、0.15、0.25、0.15}

(2)抽取50位調(diào)研對象進(jìn)行評價(jià),匯總數(shù)據(jù)如表3所示,同時(shí)得到隸屬度統(tǒng)計(jì)表,如表4所示。

表3 方案調(diào)查表

表4 隸屬度統(tǒng)計(jì)表

(3)根據(jù)權(quán)數(shù),通過模糊矩陣乘法運(yùn)算法則,得到如下結(jié)果:

Ca={0.33 0.33 0.17 0.17}

Cb={0.30 0.30 0.25 0.15}

Cc={0.24 0.24 0.29 0.23}

比較上述結(jié)果,方案A優(yōu)的隸屬度為0.33,相對較高,獲得的認(rèn)可度較大,其直線造型為主又帶有變化的造型特征也反映了數(shù)控機(jī)床造型需要簡潔大方又不失美感的要求。

3 設(shè)計(jì)方案整體分析

本次數(shù)控機(jī)床的外觀造型設(shè)計(jì)在保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能屬性前提下,充分考慮用戶的認(rèn)知特征期待,使用一定的設(shè)計(jì)手段和藝術(shù)表達(dá)手段將結(jié)構(gòu)美與造型美有機(jī)融合,在設(shè)計(jì)過程中涉及人機(jī)工程學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等諸多領(lǐng)域。

3.1 整體比例設(shè)計(jì)

機(jī)床正面主要由移門和外框組成,如圖2所示,機(jī)床總長為2300mm,高1730mm,移門上觀察窗中心面與外框左側(cè)面距離為878mm,主要觀察區(qū)域正處于長度方向的黃金分割點(diǎn)。在側(cè)面,機(jī)床側(cè)輪廓的斜邊與立邊交點(diǎn)與機(jī)床總高也呈黃金分割比,外觀整體勻稱協(xié)調(diào)。

3.2 形體設(shè)計(jì)與線條運(yùn)用

講求形體與線條的統(tǒng)一,以直線造型為主,局部結(jié)構(gòu)輔以少量曲面、曲線與圓角造型。隱蔽原來外露的手輪、手柄等,切削和冷卻液模塊均運(yùn)用封閉外罩,能夠突出數(shù)控機(jī)床造型的整體性和協(xié)調(diào)性,在有利防護(hù)之余也給人簡潔明了的感覺。數(shù)控機(jī)床的操作集中于操作面板和正面觀察窗,因而在本次設(shè)計(jì)中,尤其關(guān)注這兩部分的設(shè)計(jì)。同時(shí),為了使機(jī)床的外形更加簡潔干練,選擇使用冷卻箱作為底部,給人穩(wěn)定厚重的感覺,如圖3所示。

圖2 整體比例設(shè)計(jì)草圖 圖3 整體結(jié)構(gòu)線條統(tǒng)一

3.3 色彩設(shè)計(jì)與面飾工藝

數(shù)控機(jī)床作為一種生產(chǎn)性工具,在色彩的選用上需要在沉穩(wěn)的基礎(chǔ)上體現(xiàn)一定的活力,在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出一定的規(guī)律與變化。本次設(shè)計(jì)中,整體外殼部分設(shè)計(jì)為乳白色,底部冷卻箱和移門設(shè)計(jì)為黑色,并使用灰色條紋點(diǎn)綴。部分裝飾條紋設(shè)計(jì)為橙色,機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)為銀灰色,并按照不同的功能選擇不同的顏色對區(qū)域進(jìn)行了劃分,整體感覺既穩(wěn)定安全,又能幫助操作者區(qū)分不同的操作模塊。

色彩的最終實(shí)物呈現(xiàn)關(guān)鍵是油漆涂層,良好的涂裝工藝才能真實(shí)、高效地表現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)構(gòu)思。好的涂裝與涂料與施工工藝這兩個(gè)要素息息相關(guān)。

3.4 裝飾設(shè)計(jì)

本款機(jī)床的裝飾內(nèi)容主要包括企業(yè)商標(biāo)、企業(yè)名稱、裝飾條紋等,共設(shè)計(jì)有裝飾標(biāo)牌兩塊,結(jié)合機(jī)床的整體配色選用白色黑底的設(shè)計(jì),上部標(biāo)寫機(jī)床的型號,下部標(biāo)明生產(chǎn)單位的名稱。標(biāo)牌采用白底橙色字,上部為機(jī)床型號,下部為企業(yè)名稱。機(jī)床側(cè)面、電柜側(cè)面均配有操作警示標(biāo)牌,選用黑底黃色的文字及白底黑色的圖形,具有強(qiáng)烈的視覺沖擊力,提醒注意安全,也起到了一定的裝飾作用,如圖4所示。

圖4 危險(xiǎn)警告標(biāo)牌

5 結(jié)語

工業(yè)設(shè)計(jì)是賦予數(shù)控機(jī)床這一典型制造裝備更多價(jià)值與效益的利器。本文基于數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的具體項(xiàng)目,關(guān)注用戶需求,探索了基于認(rèn)知特征期待的設(shè)計(jì)調(diào)研、方案篩選與整體設(shè)計(jì)途徑,對以用戶需求為出發(fā)點(diǎn)對大型制造設(shè)備開展工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定的探索。

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