摘 要： 为了提升机床产品的操作性和审美体验，将影响机床产品外观设计的关键要素进行分解，通过对国内外同类产品的研究，结合现代设计理念对造型要素、色彩要素以及人机要素进行综合分析，阐明了机床产品外观的设计方向，为我国机床制造企业的新产品开发提供一定的参考和借鉴。 关 键 词：工业设计 外观造型 设计要素 机床 0 引言 机床行业的发展水平是一个国家制造能力及工业现代化程度的重要衡量指标。经过60年的发展，中国机床行业技术水平快速提高，但除去数量的外衣，却没有其他的优势[1]。要在短时间较大程度地提高中国机床行业的技术水平，运用工业设计手段相比技术创新而言更为容易。当前，机床产品的设计开发已呈现由传统的片面强调功能，向功能与形式相协调的人性化设计方向发展的趋势[2]。 1 造型要素分析 1.1 整体造型 机床整体造型是由外观件组成，以机床造型对人视觉印象造成的主要影响为依据，可将机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、控制装置、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等部件。一般而言，研究重点放在外罩、门、观察窗、把手等对造型影响较大的外观件。每个外观件作为机床整体造型的特征要素对整体造型的影响是各不相同的，机床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。 1.2 外观件造型 机床外罩造型是影响整体造型风格的最重要因素。从国内外品牌及同类典型产品分析，现有机床外罩从其正立面上大体可以概括为曲面、直面和斜面造型。以曲面、曲线为基调的设计风格，使人产生圆润、饱满、流畅、活泼、亲切的感觉；以直面、直线为基调的设计风格，使人产生严谨、整齐、均衡、稳重的感觉；以斜面、折线为基调的设计风格，使人产生活力、生气、灵动、轻巧的感觉。 机床门造型受到外罩的严格约束，门的侧面轮廓线匹配于机床外罩侧面轮廓线。现有机床门的造型大致可分为曲门、直门和折门。 机床观察窗造型是机床正立面的视觉中心。观察窗造型的变化非常多，但都要与整体造型风格相协调。现有观察窗造型大致分为方形带有小圆角、大圆角和不规则曲线形态，以配合机床造型风格多样化的需求。 机床把手造型虽然在外观件中体积较小，但对整体造型风格的塑造作用很大。把手造型主要由其截面形状和外形轮廓线决定。现有机床把手截面主要有圆形和方形，外形轮廓线可归纳为直、曲、折三种，每种造型分别与不同风格的机床造型相协调。 2 色彩要素分析 实验表明，人在看物体时，最初20秒内，色彩的成分占80%；2分钟后，色彩占60%，形体占40%；5分钟后，色彩和形体各占50%，以后这种状态将持续下去[3]。因此，色彩在机床造型设计中占有重要地位。 2.1 色彩设计应用 国内外机床同类产品的色彩设计有三种常见形式：（1）单色；（2）双色，由一种所占比例较大的主色和一种所占比例较小的辅色组成；（3）三色，由一种所占比例较大的主色、一种所占比例中等的辅色以及一种所占比例较小的辅色共同组成。 当前，机床产品的色彩设计大多趋向于采用双色和三色，这样既可以减弱形体的笨重感，又可突出造型的重点部位，增强机床产品的空间层次，也能够在较大范围内满足人们的审美需求，符合当前色彩组合的流行倾向。 2.2 色彩设计注意点 （1）机床操作件，如把手、开关等，是使用者手、眼经常接触的部件，宜采用与背景色对比较强、醒目、有亲近感的颜色；（2）机床显示器件的色彩应有良好的认识度；（3）机床面板上的按键、按钮，为了便于使用者快速、准确地反应，通常采用色彩设计对其进行编码、区分以及强调重点；（4）机床主控开关、警示标识以及警示灯等，应根据国家通用标准采用高明度的红、橙、黄色；（5）机床操作台面和加工物应该保持一定的色彩对比度，以保证使用者对加工物的视觉敏锐度和分辨力。 3 人机要素分析 3.1 机床门 机床门的设计必须考虑与外罩造型配合，还需要考虑宽度尺寸。机床门的宽度尺寸受到工作台尺寸的限制，为了方便装卡零件的操作，宽度尺寸一般要求略大于工作台的宽度。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。 3.2 观察窗 使用者通过观察窗对加工工件和机床的运动进行观察，观察姿势受到观察窗位置和尺寸的影响。观察窗设计主要以人的视高为依据，观察窗的高度应选取第50百分位的人体视高来设计，以适应不同身高的人群。通过对人体最佳视野，包括直接视野和眼动视野的分析可知：垂直方向的视区划分，人在水平线上下15°的视线最佳；水平方向的视区划分，人的左右各25°为良好视区。 3.3 把手 把手对操作舒适性和工作效率有重大的影响。把手的设计要充分考虑直径、长度与人手的尺寸相适应。根据国家标准操纵器一般人类工效学要求，手握截面直径尺寸为10～20mm，优先选用12～18mm直径的把手。还需要充分考虑门的大小和重量因素，针对重量轻的门，可能只需要几个手指就能开启，这时门把手截面积直径可以适当小于10mm，针对重量沉的门，门把手截面积直径可适当大于20mm。门把手与手掌的接触面积越大，则压应力越小。因此，圆形截面积或者椭圆形截面把手较好，但是为了防止与手掌之间的相对滑动，可以采用矩形或三角形。 机床把手长度取决于手掌宽度，掌宽一般在71～97mm之间（5%女性至95%男性数据）。因此，把手长度至少为100～125mm。当前机床把手大多以长把手的设计形式出现，一方面满足造型的多样变化，另一方面也能够符合不同身高人群的使用。根据国家标准操纵器一般人类工效学要求，手掌最佳着力抓握直径为30～40mm，弯角为10°左右[4]。 把手设计除了考虑尺寸因素，还必须考虑安装位置。选取第50百分位的身高、手的活动范围以及肘的高度作为设计依据，确定最佳把手控制区。对长把手而言，只需把手抓握位置能包括最佳控制区，且安放位置美观即可；对短把手而言，则要尽量安装在最佳控制区内，而且尽量使手腕在操作时保持自然状态，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。 3.4 控制面板 人的手部动作主要是以触摸为主，按键、按钮通过指尖来完成操作。以人的指尖为分析对象，按键设计要保证按键的截面形状大小与操作手指的尺寸相适应，参考GB/T14775-1993按钮按键的人机参量，按键行程与所需按压力要能保证对人体提供良好的信息反馈。按键之间要保持适当间距，以防误触碰。不同功能的按键通过划分区域并按照人眼视觉特性进行排列，如数字键、字母键、方向指示键等的区域划分。按钮颜色也需要符合工业用色习惯，如启动、通电常用绿色、白色等，停止、断电常用红色。 当控制面板与地面垂直时，按键区的最佳范围与人肘关节密切相关，肘关节抬升过高或者肘关节位置过低都会产生一定的不舒适感。因此，按键区应该处于略高于肘关节至低于眼高的范围，这样的范围可以满足最舒适的操作状态，可定义按键的最佳操作区域为1153～1568mm。当控制面板与地面存在角度时，按键时手掌的姿态发生相应变化，按键的最佳操作区域调整为974～1408mm。 4 结语 现代科学技术水平的高速发展，人类物质生活与文化素养的不断提高，不仅对机床产品的精密化、自动化要求越来越高，而且对机床产品的操作性和审美体验提出了更高的要求。结合机床产品外观设计的关键要素分析，从造型、色彩、人机三个方面分别提出了塑造符合时代需求的机床产品外观可参考的设计方向。 （1）机床造型塑造力求简洁统一，形态均衡稳定，过渡合理，面与面之间可多采用斜角或圆角的造型变化，打破过于简洁而造成的沉闷感，给人以层次丰富、统一协调、线条流畅的整体印象。 （2）机床色彩不宜过分灰暗与单调，也不宜过分鲜艳与混乱。色彩的整体感与设计的简洁性正相关。以沉稳、纯度较低的色彩为主色调，小面积辅助较高纯度的色彩，可以使产品配色简洁而不单调沉闷，使用户在使用中感觉环境舒适，机器亲切，从而精神愉快，稳定而集中，并体现出产品对人的尊重。 （3）机床人机设计可从视觉、触觉、听觉三个方面进行完善。视觉方面，在造型、色彩、显示面板等和视觉有关的设计中，更多地考虑人的生理和心理需求；触觉方面，注重把手、控制面板等部件的设计，关注材料和表面处理等因素，给使用者以最优的触觉感受；听觉方面，综合考虑机床噪声和环境影响，力求优化工作环境。 中图分类号：TB472 文献标识码：A 基金项目：福建省创意产业人才培养基地建设资助项目（闽财指[2012]771号）；福建省企业技术创新专项资助项目（闽经贸计财[2012]720号） 参考文献 [1] 唐克岩.我国数控机床产业发展现状与展望[J].机床与液压，2012，40（5）：145-147. [2] 张曙，卫汉华.机床产品外观设计的新动向[J].工业设计，2009，（6）：12-13. [3] 朱慧，张宇东.基于实验心理学的色彩心理探究.中国包装工业，2008，（7）：48-51. [4] 赵江洪，谭浩.人机工程学 [M].北京：高等教育出版社，2006.
摘 要： 为了提升机床产品的操作性和审美体验，将影响机床产品外观设计的关键要素进行分解，通过对国内外同类产品的研究，结合现代设计理念对造型要素、色彩要素以及人机要素进行综合分析，阐明了机床产品外观的设计方向，为我国机床制造企业的新产品开发提供一定的参考和借鉴。 关 键 词：工业设计 外观造型 设计要素 机床 0 引言 机床行业的发展水平是一个国家制造能力及工业现代化程度的重要衡量指标。经过60年的发展，中国机床行业技术水平快速提高，但除去数量的外衣，却没有其他的优势[1]。要在短时间较大程度地提高中国机床行业的技术水平，运用工业设计手段相比技术创新而言更为容易。当前，机床产品的设计开发已呈现由传统的片面强调功能，向功能与形式相协调的人性化设计方向发展的趋势[2]。 1 造型要素分析 1.1 整体造型 机床整体造型是由外观件组成，以机床造型对人视觉印象造成的主要影响为依据，可将机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、控制装置、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等部件。一般而言，研究重点放在外罩、门、观察窗、把手等对造型影响较大的外观件。每个外观件作为机床整体造型的特征要素对整体造型的影响是各不相同的，机床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。 1.2 外观件造型 机床外罩造型是影响整体造型风格的最重要因素。从国内外品牌及同类典型产品分析，现有机床外罩从其正立面上大体可以概括为曲面、直面和斜面造型。以曲面、曲线为基调的设计风格，使人产生圆润、饱满、流畅、活泼、亲切的感觉；以直面、直线为基调的设计风格，使人产生严谨、整齐、均衡、稳重的感觉；以斜面、折线为基调的设计风格，使人产生活力、生气、灵动、轻巧的感觉。 机床门造型受到外罩的严格约束，门的侧面轮廓线匹配于机床外罩侧面轮廓线。现有机床门的造型大致可分为曲门、直门和折门。 机床观察窗造型是机床正立面的视觉中心。观察窗造型的变化非常多，但都要与整体造型风格相协调。现有观察窗造型大致分为方形带有小圆角、大圆角和不规则曲线形态，以配合机床造型风格多样化的需求。 机床把手造型虽然在外观件中体积较小，但对整体造型风格的塑造作用很大。把手造型主要由其截面形状和外形轮廓线决定。现有机床把手截面主要有圆形和方形，外形轮廓线可归纳为直、曲、折三种，每种造型分别与不同风格的机床造型相协调。 2 色彩要素分析 实验表明，人在看物体时，最初20秒内，色彩的成分占80%；2分钟后，色彩占60%，形体占40%；5分钟后，色彩和形体各占50%，以后这种状态将持续下去[3]。因此，色彩在机床造型设计中占有重要地位。 2.1 色彩设计应用 国内外机床同类产品的色彩设计有三种常见形式：（1）单色；（2）双色，由一种所占比例较大的主色和一种所占比例较小的辅色组成；（3）三色，由一种所占比例较大的主色、一种所占比例中等的辅色以及一种所占比例较小的辅色共同组成。 当前，机床产品的色彩设计大多趋向于采用双色和三色，这样既可以减弱形体的笨重感，又可突出造型的重点部位，增强机床产品的空间层次，也能够在较大范围内满足人们的审美需求，符合当前色彩组合的流行倾向。 2.2 色彩设计注意点 （1）机床操作件，如把手、开关等，是使用者手、眼经常接触的部件，宜采用与背景色对比较强、醒目、有亲近感的颜色；（2）机床显示器件的色彩应有良好的认识度；（3）机床面板上的按键、按钮，为了便于使用者快速、准确地反应，通常采用色彩设计对其进行编码、区分以及强调重点；（4）机床主控开关、警示标识以及警示灯等，应根据国家通用标准采用高明度的红、橙、黄色；（5）机床操作台面和加工物应该保持一定的色彩对比度，以保证使用者对加工物的视觉敏锐度和分辨力。 3 人机要素分析 3.1 机床门 机床门的设计必须考虑与外罩造型配合，还需要考虑宽度尺寸。机床门的宽度尺寸受到工作台尺寸的限制，为了方便装卡零件的操作，宽度尺寸一般要求略大于工作台的宽度。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。 3.2 观察窗 使用者通过观察窗对加工工件和机床的运动进行观察，观察姿势受到观察窗位置和尺寸的影响。观察窗设计主要以人的视高为依据，观察窗的高度应选取第50百分位的人体视高来设计，以适应不同身高的人群。通过对人体最佳视野，包括直接视野和眼动视野的分析可知：垂直方向的视区划分，人在水平线上下15°的视线最佳；水平方向的视区划分，人的左右各25°为良好视区。 3.3 把手 把手对操作舒适性和工作效率有重大的影响。把手的设计要充分考虑直径、长度与人手的尺寸相适应。根据国家标准操纵器一般人类工效学要求，手握截面直径尺寸为10～20mm，优先选用12～18mm直径的把手。还需要充分考虑门的大小和重量因素，针对重量轻的门，可能只需要几个手指就能开启，这时门把手截面积直径可以适当小于10mm，针对重量沉的门，门把手截面积直径可适当大于20mm。门把手与手掌的接触面积越大，则压应力越小。因此，圆形截面积或者椭圆形截面把手较好，但是为了防止与手掌之间的相对滑动，可以采用矩形或三角形。 机床把手长度取决于手掌宽度，掌宽一般在71～97mm之间（5%女性至95%男性数据）。因此，把手长度至少为100～125mm。当前机床把手大多以长把手的设计形式出现，一方面满足造型的多样变化，另一方面也能够符合不同身高人群的使用。根据国家标准操纵器一般人类工效学要求，手掌最佳着力抓握直径为30～40mm，弯角为10°左右[4]。 把手设计除了考虑尺寸因素，还必须考虑安装位置。选取第50百分位的身高、手的活动范围以及肘的高度作为设计依据，确定最佳把手控制区。对长把手而言，只需把手抓握位置能包括最佳控制区，且安放位置美观即可；对短把手而言，则要尽量安装在最佳控制区内，而且尽量使手腕在操作时保持自然状态，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。 3.4 控制面板 人的手部动作主要是以触摸为主，按键、按钮通过指尖来完成操作。以人的指尖为分析对象，按键设计要保证按键的截面形状大小与操作手指的尺寸相适应，参考GB/T14775-1993按钮按键的人机参量，按键行程与所需按压力要能保证对人体提供良好的信息反馈。按键之间要保持适当间距，以防误触碰。不同功能的按键通过划分区域并按照人眼视觉特性进行排列，如数字键、字母键、方向指示键等的区域划分。按钮颜色也需要符合工业用色习惯，如启动、通电常用绿色、白色等，停止、断电常用红色。 当控制面板与地面垂直时，按键区的最佳范围与人肘关节密切相关，肘关节抬升过高或者肘关节位置过低都会产生一定的不舒适感。因此，按键区应该处于略高于肘关节至低于眼高的范围，这样的范围可以满足最舒适的操作状态，可定义按键的最佳操作区域为1153～1568mm。当控制面板与地面存在角度时，按键时手掌的姿态发生相应变化，按键的最佳操作区域调整为974～1408mm。 4 结语 现代科学技术水平的高速发展，人类物质生活与文化素养的不断提高，不仅对机床产品的精密化、自动化要求越来越高，而且对机床产品的操作性和审美体验提出了更高的要求。结合机床产品外观设计的关键要素分析，从造型、色彩、人机三个方面分别提出了塑造符合时代需求的机床产品外观可参考的设计方向。 （1）机床造型塑造力求简洁统一，形态均衡稳定，过渡合理，面与面之间可多采用斜角或圆角的造型变化，打破过于简洁而造成的沉闷感，给人以层次丰富、统一协调、线条流畅的整体印象。 （2）机床色彩不宜过分灰暗与单调，也不宜过分鲜艳与混乱。色彩的整体感与设计的简洁性正相关。以沉稳、纯度较低的色彩为主色调，小面积辅助较高纯度的色彩，可以使产品配色简洁而不单调沉闷，使用户在使用中感觉环境舒适，机器亲切，从而精神愉快，稳定而集中，并体现出产品对人的尊重。 （3）机床人机设计可从视觉、触觉、听觉三个方面进行完善。视觉方面，在造型、色彩、显示面板等和视觉有关的设计中，更多地考虑人的生理和心理需求；触觉方面，注重把手、控制面板等部件的设计，关注材料和表面处理等因素，给使用者以最优的触觉感受；听觉方面，综合考虑机床噪声和环境影响，力求优化工作环境。 中图分类号：TB472 文献标识码：A 基金项目：福建省创意产业人才培养基地建设资助项目（闽财指[2012]771号）；福建省企业技术创新专项资助项目（闽经贸计财[2012]720号） 参考文献 [1] 唐克岩.我国数控机床产业发展现状与展望[J].机床与液压，2012，40（5）：145-147. [2] 张曙，卫汉华.机床产品外观设计的新动向[J].工业设计，2009，（6）：12-13. [3] 朱慧，张宇东.基于实验心理学的色彩心理探究.中国包装工业，2008，（7）：48-51. [4] 赵江洪，谭浩.人机工程学 [M].北京：高等教育出版社，2006.