数控机床外观造型工业设计.doc

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数控机床外观造型工业设计
设计是一种艺术的造物活动，其本质是“按照美的规律为人造物”,这就决定了对设计的研究不能脱离审美的范畴。虽然“美”不是设计的惟一属性和最终目的,但就设计成果而言，美的因素却成为考虑其优劣程度的标准之一.
对于机械造型美,最早可以追溯到19世纪。英国著名的建筑师、工艺美术家威廉·莫里斯要求艺术能为大多数人服务，为整个社会服务。1907 年,在莫里斯等人的影响下，德国一些工程师和工业设计师创办了“德意志艺术工业联盟”。这个组织在大工业机器生产的基础上将艺术和劳动结合在一起，在提高机械产品的质量，特别是在改进产品外观造型上作出显著成效。因此，德国的工业机械产品立即在国际市场上畅销，从而促进了世界各国对机械产品造型的重视。
我国以前对美在机械造型中的作用重视不够,出口的机械产品不太重视把美学运用到造型中去，因此,产品虽然在性能、坚固等方面达到国际水平，但仍不受欢迎而缺乏竞争能力。此外，机械造型忽视和人体工程学的结合，明显与外市场的需求不相适应，从而失去竞争能力。因此，优良的机械产品必须和美的创造结合，才能达到最大的社会效益和经济效益。
一、数控机床外观造型要素分解
数控机床的整体造型是由外观件组成，数控机床外观件的造型体现了机床的整体造型风格.以数控机床的造型对人视觉印象造成主要影响为依据,可将数控机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、数控系统、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等外观部件。每个外观部件作为数控机床整体造型的特征要素，其对整体造型的影响是各不相同的,一般的外观件只是研究机床门、把手和标牌等对机床外观造型影响较大的外观件。数控机床整体造型与外观件造型、外观件与外观件造型之间的关系是有机的协调关系，整体造型通过外观件造型的有机统一来实现其造型的目的。外观件的设计对数控机床整体外观质量以及机床使用的操作性有着重要的影响,因此外观件造型设计是数控机床造型设计的重点。
外罩：机床的外罩造型是影响整体造型风格的最重要因素。外罩是数控机床主体上最主要的部件，其造型的视觉冲击力和表现力直接影响人们对机床的第一印象乃至最终评判。现有机床的外罩造型从其正立面上大体可以概括为曲面造型、直面造型和斜面造型。这三种特征的外罩造型给人的感觉各不相同.以曲面、曲线为基调的外罩造型给人圆润、流畅、活泼、亲切的感觉。以直面、直线为主的造型风格给人规整、均衡、庄重的感觉。正立面以斜面为主的造型，其面与面之间的转折变化较为丰富，给人以有生气、活力、轻巧的感觉。
门：机床门位于机床主体部分的正面中央，是机床造型设计的重点之一。机床门的造型要受到机床外罩正立面造型的约束，其外轮廓线要与机床外罩正立面的轮廓线相匹配。现有的造型大致可以按造型感觉分为曲门、直门和折门三种，其造型的变化要随外罩造型的变化而变化。
观察窗：观察窗作为数控机床正立面的视觉中心，其造型对整体造型风格的表现起着画龙点睛的作用。现有的数控机床的观察窗造型变化较多，但均要求与整体造型风格相协调。方形观察窗带有小圆角，常与以直线、平面为主，边角较硬直的外罩造型相匹配，给人以规整、精确的感觉。而带有大圆角的观察窗造型常与以曲面感觉为主的或面与面之间过渡较为圆滑的外罩造型相匹配。现有数控机床的观察窗造型已不再以方形为主,尤其是国外的数控机床造型越来越多地采用曲线造型和一些不规矩形作为观察窗的外形，以满足机床造型风格多样化的需求。
把手：把手虽然在数控机床外观部件中体积较小，但其造型的视觉冲击力却不小。把手的造型和安装的位置都要考虑人机工程学方面的因素，以方便操作者使用.把手的造型主要由其截面形状和外形轮廓线决定.现有机床的把手截面多以圆形为主，但方形截面把手也有少量的应用。现有的把手外形轮廓线可归纳为直、曲、折三种，每种造型可分别与不同造型风格的机床造型搭配，但要考虑风格协调问题。直把手多用于方正的机床造型；曲把手多用于曲面的造型，以体现整体形态的张力；而折把手多应用于面与面之间转折变化丰富的机床造型，形成整体风格的统一。
二、数控机床外观造型设计中的艺术美
数控机床是多种技术的综合体,因而在设计过程中,仅仅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已经无法满足人们的需求.设计师还应注重机床的外观质量，比如形态、色彩、质感和装饰等综合整体给予人们的审美形象。要塑造美的形式很大程度上受到相对独立的审美法则的制约，机床造型设计同样也需要一些审美法则来加以指导，在数控机床造型设计中贯彻。例如：对立与统一、比例与尺度等造型设计法则，有利于处理好机床局部部件造型与整体造型之间的关系，以获得风格统一、比例协调的机床造型.
宇宙间万物的形态无论有多复杂,都可以归纳为点、线、面、体四个基本要素。不同造型要素的组合，在造型意义上可以产生不同的性格，既能产生和谐,又能产生动态的紧张。数控机床外观艺术形式大体可分以下几种：
1. 方直的形态
这类机床的形态多为直线加以小圆角过渡，整体造型较为方正。直线给人以精致、严肃、统一有序并理性的感觉，符合加工中心高精度、高速度、高效率的特点。这类机床造型的外罩、门多为方正的直线造型，可有倾斜变化。观察窗多为直线形带小圆角。把手多为直线造型，竖直或横向位于观察窗旁。
2. 圆润的形态
这类机床多以曲面造型为主，面与面之间采用大圆角平滑连接，给人的整体印象是造型圆润、统一、线条温婉流畅。这类造型的外罩、门多为大弧度的曲面，曲面与直面间运用大倒角圆滑过渡，观察窗可采用方形带较大的圆角，也可运用曲线型等作些变化.把手为了配合门的曲面，多设计曲把手，但较短小的把手也可以是直线型，竖直或横向安放于观察窗旁。
3。 对比变化的形态
这类机床给人的视觉冲击力较大，由此带来了很强的视觉效果。机床的造型常常是由曲面和直面组合在一起,使得不同部位形成形体的对比，并且面与面之间有较多的起伏变化，给人感觉造型层次丰富.这类机床门的轮廓常与外罩的正面轮廓不一致,而且观察窗的造型则有较多的变化，使得整体造型细部较多，耐人寻味。
4。 简洁统一的形态
这类机床外观简洁，采用大块的直面或曲面造型，面与面之间少有起伏变化，外罩可适当做些斜角或圆角的造型，以打破造型过于简洁而造成的沉闷感.这类机床门和观察窗的造型与整体设计相协调，门、窗和把手的造型可增加一些细部结构，使得机床外观不会过于简单.
三、数控机床外观造型设计中的技术美
数控机床外观造型设计的技术美主要体现在造型设计中，要考虑人机工程学方面的要求.外观件的人性化设计是机床造型设计的重点，外观件人机性能的好坏将直接影响人们对机床整体性能的评价.人对机床操作时经常接触的外观件是机床人机工程设计中所要把握的关键，这类部件主要有机床门、观察窗、把手等，以下将对这几类外观件的人机工程设计进行分析，总结出外观件造型设计中需要满足的相关要求.
1. 机床门的人机工程设计
机床门是机床整体造型的重要部件,而且与机床操作人员接触较多，其尺寸与结构是否合理对机床操作的易用性有着重要的影响。机床门的设计除了要求其造型与机床外罩相配合，还需要考虑门的宽度.门的宽度不但会对机床整体外观造成较大影响,而且还会关系到机床的使用性能.因此，在门的造型设计中宽度是一个不可忽视的要素。
机床门的宽度主要受到工作台尺寸的限制,为了方便操作人员装卡零件的需要，门的宽度尺寸在一般情况下要求略大于工作台的宽度，即把工作台完全敞开。由于不同型号机床的工作台尺寸差别较大，因此门的造型也需要作较大的变化，以满足操作人员的工作要求。对于工作台较小的机床一般采用单开门的结构，而对于工作台较宽的机床则多选用双开门。因为要把工作台完全敞开,如果采用单门结构，机床门的体积过大，推拉操作较吃力,不便于使用，所以在大型的加工中心等机床中双开门的结构较为常见。
另外，在机床门的造型设计中，门的高度尺寸也应适当考虑。特别是在大型的加工中心的设计中,由于机床体量大,门的高度尺寸要比普通机床大些。
2。 观察窗的人机工程设计
观察窗的作用主要是操作者可通过它对加工工件和机床的运动进行观察。这种观察和显示数据一起构成了机床对个人的重要反馈.操作者对工件的观察在监视控制中是十分频繁的，观察的姿势受到观察窗的影响很大，因此观察窗的设计是机床人机工程设计中需要把握的要点。观察窗的高度应按照人体的视高尺寸的50％ 位置来设计,以适应不同身高的人群。
3。 把手的人机工程设计
把手是操作人员操作机床常接触的部件，对机床操作的舒适性和操作人员工作效率的提高都有一定的影响。把手的设计要考虑的因素较多,其直径与长度要与人手的尺寸相适应，使得抓握舒适，操作方便。把手的长度在设计中也需要重视.现有的数控机床的把手造型多采用长把手的设计，一方面是为了造型的需要，另一方面也可以适合不同身高的人群抓握。但也有不少机床采用短把手,短把手的设计就要考虑把手长度对人手抓握的影响。
对于把手安装高度的确定,同样选取五十人体身高的50％ 位置来作为设计依据，以适合不同身高的人使用。手的活动范围和肘的高度共同确定了最佳的手控制区，相关数据可以通过查阅人体测量的资料获得。对于长把手来说，其安装的高度没有太多限制，只要把手抓握位置能包括最佳控制区,且安放位置美观即可；而对于短把手则要尽量安装在最佳控制区内，而且位置多设计在门中间偏下的位置，这样能尽量使手腕保持自然状态,手与小臂处于一条直线上，避免因手腕弯曲而引起肌肉静态施力。
从以上分析可以得出，机床中与操作者接触较多的部件是机床人机工程设计的重点。这类部件不仅要求造型美观、结构简单，而且要把握“以人为本"的设计原则,让操作人员使用方便、舒适，工作效率大大提高.
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机床产品外观设计的新动向
在一般人眼中，机床的核心价值是其加工能力,外观设计只是机床行业模仿消费品制造行业的作风，在机床设计工作结束以前对设计方案进行的局部修饰。然而，回顾工业设计的历史，机床其实是最早应用产品外观设计的行业之一,机床企业讲究产品外观的原因，除了对美的追求以外,更重要的是在市场形势出现变化时，提高自身产品在同类产品之间的竞争力。最近两年,世界机床产品市场开始了新一轮以外观设计为主题的竞争,这种变化的出现和近年机床市场形势转变有莫大的关系。
突出内在价值
　　中国是世界上最大的机床市场,国产机床质和量的提升对世界机床产业格局带来重大影响，当国产机床的性能、外观和国外产品日益接近，同时又具有较高性价比优势的情况下，国外高档机床开始争取将本身独有的内在价值，通过非传统的外观装饰向客户展示.例如，日本的板材加工机床制造商天田（AMADA）公司为了凸显与国产机床产品的技术差距，改换了一套更具科技色彩的外观语言。
利用外观突出产品内在价值的另一例子是马扎克(Mazak)公司的e系列复合加工机床，为了显示其独创的生产信息管理系统的存在,马扎克在e系列机床上装上如图 3所示的生产信息管理塔（e—TOWER），该塔的外观采用公众场所的信息柜台造型，以突出e系列机床的信息交互和管理的能力。

统一企业形象
　　早于1992年，德国Dekel和Maho两家机床公司在合并后，由于各自保持原有产品的结构和风格，仍然无法摆脱困境,于1994年被Gildmeister公司收购，成立德马吉(DMG)机床集团.德马吉一改以前各自为政的做法，致力统一旗下企业的产品开发计划和产品外观,成为机床外观设计潮流的引领者.德马吉的成功，证明了统一的产品形象对机床集团的重要性。
　　近年来,类似德马吉的机床企业的联合、重组和并购，形成了若干新的机床大集团，如MAG、GF AgieChamiles、斯来福临等.跟踪这些集团的新产品开发计划，可以发现它们不单统一旗下机床的商标和配色，也通过共用零部件，统一造型元素的组合规律等方法,令不同大小、体型的机床展现家族化的外观。
MAG集团的机床，除了采用相同的配色，外壳贴装相同形状的银色饰带以外，其控制台也采用了相同的外罩，并且在每台机床的其中一面设计了一段深灰色的垂直凹槽，令机床的家族感更加鲜明。
GF AgieChamiles是另一个利用造型元素的组合规律实现机床家族化外观的例子,AgieChamiles集团旗下拥有包括电火花加工机、线切割机、加工中心等多种不同产品，这些机床体型各异,单靠配色和图案很难有效地营造家族感觉，AgieChamiles的处理办法是，巧妙地在机床部件的结合部和拐角加上橙色垂直边条和门把，以最有限的改动实现外观的统一，如图所示。
机床产品被客户认同是经年累月的品牌形象建设的结果，因此一个机床品牌并购了其它品牌后，在统一外观语言的同时，必须保证原品牌的正面形象尽量过渡到新品牌内，以AgieChamiles并购米克朗高速加工中心品牌为例，从图可见，GF选择保留米克朗机床的总体结构配置,外壳形状、门窗比例等特征，只增加橙色垂直边条和门把.
开拓第二品牌
　　在保卫高档产品市场空间的同时，一些国外机床公司希望以其品牌优势，扭转性价比的劣势，进入国内中档市场。但是，高档品牌的公司如果贸然推出中档产品，必然会对其原有的高档市场造成冲击,容易出现自相残杀的局部，因此国外品牌公司有需要通过设计不同的产品外观风格，营造产品档次差别，实现客户群的隔离.
　　以德马吉为例，图 7的“New Design"外观语言已经成为新思维、高技术、高品质机床的标志；德马吉若推出面向中档市场的EcoLine系列产品，必须在体现德马吉的品质和家族感的同时，外观上看起来也比“New Design”机床在功能方面略逊一筹。
因此,EcoLine系列机床不采用“New Design”的大倒圆边角、粗黑窗框的造型元素组合，以消除产品的精密机械形象,如图 8所示。此外还去除直立式指示灯条，选配传统的一体式控制台，凸显E
造型设计    来源：设计创新  发表时间：2009-06—28
coLine和“New Design”的档次差别。
在拉开EcoLine和“New Design”的档次差别的同时，德马吉也巧妙地处理机床的设计细节，向客户传递机床达到德马吉质量水平的信息。例如在外壳上贴装模仿“New Design”黑色饰面的有机玻璃型号标牌；采用与“New Design”的控制按钮的排列；选用表面拉丝处理的金属控制器面板等,图 9是两套外观设计的细节对比。
外观设计动向的启示
　　从德马吉、AgieChamiles等企业的产品外观设计演变可以发现，机床行业正步入工业设计管理时代，国外大型机床集团已开始制订长期的、企业层面的工业设计策略和规范，对整个集团的产品工业设计进行系统化的管理.反观国内的机床集团，产品外观设计还停留在一次性、产品层面项目的阶段，落后的工业设计管理，将阻碍国内企业占领中档，进军高档产品市场。
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