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摘要：

目的研究互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下的數(shù)控機床的外觀形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計規(guī)律。方法通過對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的組成和結(jié)構(gòu)的解剖，探討外觀形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計與數(shù)控機床的功能、結(jié)構(gòu)、人機和設(shè)計的邏輯關(guān)系，并通過數(shù)控機床的外觀形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計實踐來驗證。結(jié)論基于互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)數(shù)控機床外觀形態(tài)的創(chuàng)新設(shè)計需要融合互聯(lián)網(wǎng)新時代的特征，同時要符合數(shù)控機床功能的要求，遵循數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系，滿足人性化和裝飾美學(xué)的要求。得出的結(jié)論在互聯(lián)網(wǎng)新經(jīng)濟(jì)時代對數(shù)控機床設(shè)計制造領(lǐng)域具有理論和實踐意義。

關(guān)鍵詞：

互聯(lián)網(wǎng)；數(shù)控機床；外觀形態(tài)；設(shè)計創(chuàng)新

今天，互聯(lián)網(wǎng)在中國已經(jīng)成長得生機勃勃，而且發(fā)展得越來越迅猛，全社會已經(jīng)形成互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)社會環(huán)境[1]?；ヂ?lián)網(wǎng)新經(jīng)濟(jì)和各個傳統(tǒng)行業(yè)都能良好結(jié)合，原來根本不搭界的領(lǐng)域像金融、交通、設(shè)計制造等都跟互聯(lián)網(wǎng)掛上鉤[2]?；ヂ?lián)網(wǎng)與數(shù)控機床的結(jié)合對數(shù)控機床設(shè)計來說是一項全新的挑戰(zhàn)，并將誕生全新的數(shù)控機床特征。以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為背景的制造業(yè)信息化使得傳統(tǒng)的二維圖紙這種重要的產(chǎn)品設(shè)計信息媒介居于輔助地位，集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的CIMS，CE，AM等先進(jìn)制造技術(shù)在今天的設(shè)計制造中居于核心地位[3]。數(shù)控機床以何種外觀相貌出現(xiàn)才能適合當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)社會環(huán)境是機電產(chǎn)品外觀創(chuàng)新設(shè)計的當(dāng)務(wù)之急，成為我國機電產(chǎn)品外觀造型設(shè)計升級研究的新課題，直接關(guān)系到我國機電產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。數(shù)控機床的功能、結(jié)構(gòu)、人機和裝飾是數(shù)控機床外觀形態(tài)設(shè)計創(chuàng)新的核心內(nèi)容，是誕生魯棒設(shè)計的關(guān)鍵要點。

1互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的組成與結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床是通過程序控制系統(tǒng)使機床運行并按要求加工零件的自動化機床。主要由機械、電氣、液壓、潤滑等部分組成。操作人員按照零件加工技術(shù)資料，編輯可靠加工程序來控制的機床動作，自動完成零件的加工，操作人員需要近程控制或關(guān)照數(shù)控機床。當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下迫切需要對數(shù)控機床進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程加工操作、設(shè)備診斷和維護(hù)。近年來，設(shè)計師們正在研究互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與數(shù)控機床設(shè)計制造技術(shù)的對接和融合，使先進(jìn)的數(shù)控機床具有良好的Web功能，可以通過本地或遠(yuǎn)程的網(wǎng)頁瀏覽進(jìn)行加工操作、設(shè)備診斷和維護(hù)[4]。即將誕生新穎的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床，其組成和結(jié)構(gòu)見圖1。技術(shù)前衛(wèi)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床迫切期待工業(yè)設(shè)計師來研究其外觀形態(tài)設(shè)計規(guī)律和進(jìn)行外觀形態(tài)設(shè)計創(chuàng)新。

2互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的功能外觀形態(tài)

互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下的數(shù)控機床的外觀形態(tài)與其功能緊密相關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)的形式追隨功能的造型設(shè)計準(zhǔn)則在數(shù)控機床的外觀形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計中依然有效[5]。數(shù)控機床有數(shù)控的車、銑、鏜、鉆、磨床和數(shù)控加工中心等。每一種數(shù)控機床因其特定的功能需要必須采用相應(yīng)的功能形態(tài)，例如數(shù)控車床和數(shù)控銑床的功能不同決定了它們的形態(tài)不同，數(shù)控車床的核心功能是車回轉(zhuǎn)零件。在設(shè)計數(shù)控車床的外形時，重點圍繞實現(xiàn)車削回轉(zhuǎn)零件這一功能來營造數(shù)控車床的造型，數(shù)控銑床的外形設(shè)計圍繞銑削零件這一功能來展開。同樣，為數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床和數(shù)控加工中心設(shè)計創(chuàng)新的外觀形態(tài)也必須以各自功能為基礎(chǔ)，與各自功能相適應(yīng)[6]。為了實現(xiàn)數(shù)控機床特定的功能形態(tài)，設(shè)計人員可以構(gòu)想多種功能方式，每種功能方式就有與之匹配的外觀形態(tài)，因此每一種數(shù)控機床可以有很多外觀品種，例如數(shù)控銑床就有立銑、臥銑、工具銑、龍門銑等多種外觀形態(tài)。

3互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)外觀形態(tài)

互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下的數(shù)控機床的外觀形態(tài)是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，每一種數(shù)控機床因其功能不同具有不同的結(jié)構(gòu)，對某種數(shù)控機床進(jìn)行外觀形態(tài)設(shè)計創(chuàng)新時必須分析其結(jié)構(gòu)，探索與數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)相匹配的外觀形態(tài)。下面以數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)外觀形態(tài)分析為例來加以論述。互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控車床主要由床身、主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、控制面板和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有本質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床沒有，數(shù)控車床是直接用伺服電機驅(qū)動來實現(xiàn)進(jìn)給運動的[7]，因此，在互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下，數(shù)控車床外觀形態(tài)的一個突出特征是車床主體結(jié)構(gòu)大為簡化。數(shù)控車床的這些組成和結(jié)構(gòu)決定了數(shù)控車床的外觀形態(tài)的骨架特征和造型方向，是數(shù)控車床外觀形態(tài)設(shè)計創(chuàng)新的核心本質(zhì)內(nèi)容，外觀設(shè)計創(chuàng)新受結(jié)構(gòu)的約束，結(jié)構(gòu)決定基礎(chǔ)外觀形象。臥式造型和立式造型是數(shù)控車床的兩大核心造型。車床主軸位置結(jié)構(gòu)決定車床造型，車床主軸平行于水平面，必須采用臥式造型，車床主軸垂直于水平面，必須采用立式造型。車床其他組成部分的結(jié)構(gòu)也會對車床的外觀形態(tài)起直接決定作用。在互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下，數(shù)控車床外觀形態(tài)的另一個突出特征是具備互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，控制面板和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的造型特征[8]。

4互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的人機外觀形態(tài)

互聯(lián)網(wǎng)時代的數(shù)控機床的人機外觀形態(tài)主要包括數(shù)控機床的外觀造型、數(shù)控機床的操作面板、數(shù)控機床的操作方式等。設(shè)計創(chuàng)新需要貫穿人本主義的設(shè)計原則，即以人為本，根據(jù)人的要求、人的特點、人的感受進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新。數(shù)控機床的外觀造型是人機交互的最直接界面，主要包括數(shù)控機床的外觀尺寸、比例、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等。數(shù)控機床的外觀尺寸和比例要符合正常人操作時的尺度和比例要求，以正常人的平均解剖尺度為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計[9]。數(shù)控機床的操作面板是人對數(shù)控機床直接操作和交互的界面，數(shù)控機床的操作面板的安放一般有4種形式，見圖2。具體采用哪種形式要在充分考慮操作人性化的前提下根據(jù)不同機床的功能和結(jié)構(gòu)要求而定?？刂泼姘逋庥^呈觸摸屏形式，主要界面包括數(shù)控系統(tǒng)操作界面、機床操作界面和互聯(lián)網(wǎng)控制界面3個部分。

5互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的外觀設(shè)計

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的外觀設(shè)計主要包括色彩、文字、符號、標(biāo)志等內(nèi)容。色彩設(shè)計主要包括互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的整體外觀形態(tài)色彩、控制面板的色彩、控制器的色彩和操作鍵盤的色彩。整體外觀形態(tài)色彩通常采用銀灰、淡藍(lán)、中綠等中明度、中純度的色彩，這種穩(wěn)定、安全、和諧的配色對操作者的刺激比較溫和，能夠讓操作者獲得愉悅的心情，且操作注意力集中，不易疲勞[10]。控制器和操作鍵的色彩要根據(jù)功能來設(shè)置，如啟動鍵為綠色、警示鍵為紅色，即鍵的色彩設(shè)計要符合色彩認(rèn)知心理的要求。文字、符號的設(shè)計既要反映互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床的功能和技術(shù)參數(shù)，也要符合操作語義的要求，并且要美觀、醒目、傳達(dá)效果好[11]。標(biāo)志設(shè)計要反映產(chǎn)品的特征以及符合企業(yè)的CI要求。

6互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床外觀形態(tài)的創(chuàng)新設(shè)計

基于互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)的數(shù)控機床在技術(shù)層面上具有前衛(wèi)性，外觀造型的創(chuàng)新升級需要融合互聯(lián)網(wǎng)新時代的特征，同時要符合數(shù)控機床功能的要求，遵循數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系，滿足人性化和裝飾美學(xué)的要求。本次創(chuàng)新設(shè)計實踐基于互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)的上述要求，對某立式加工中心進(jìn)行造型設(shè)計。以互聯(lián)網(wǎng)為設(shè)計平臺，將數(shù)控機床研究領(lǐng)域的教授、數(shù)控機床制造企業(yè)的高工、工業(yè)設(shè)計師和高校學(xué)生組成的設(shè)計團(tuán)隊，采用并聯(lián)設(shè)計創(chuàng)新的方式展開了創(chuàng)新設(shè)計，首先根據(jù)某立式加工中心的功能和結(jié)構(gòu)要求構(gòu)想了該立式加工中心的功能結(jié)構(gòu)樣式，見圖3。再依據(jù)功能、結(jié)構(gòu)與外形的邏輯關(guān)系設(shè)計了整體外觀形態(tài)，然后進(jìn)行人機操作界面的設(shè)計，重點突出互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)環(huán)境下的數(shù)控機床的外觀形態(tài)特征，最后進(jìn)行裝飾美化設(shè)計，設(shè)計一系列整機色彩并進(jìn)行優(yōu)化，對文字、符號、標(biāo)志進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)行造型輪廓線的修整與美化等，設(shè)計創(chuàng)新成果在企業(yè)數(shù)控機床的改造項目中得到應(yīng)用，呈現(xiàn)出可滿足市場需求的優(yōu)勢。設(shè)計創(chuàng)新的某立式加工中心外觀形態(tài)方案見圖4。

7結(jié)語

基于互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)的數(shù)控機床外觀形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計研究是當(dāng)今企業(yè)數(shù)控機床改造升級的迫切需要。研究指出：基于互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)數(shù)控機床外觀形態(tài)的創(chuàng)新設(shè)計需要融合互聯(lián)網(wǎng)新時代的特征，同時要符合數(shù)控機床功能的要求，遵循數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系，滿足人性化和裝飾美學(xué)的要求。研究探索對企業(yè)數(shù)控機床外觀創(chuàng)新設(shè)計具有積極推動作用，創(chuàng)新設(shè)計的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機床外觀形態(tài)方案具有應(yīng)用價值，可直接提高產(chǎn)品的市場競爭力，幫助我國數(shù)控機床制造業(yè)開創(chuàng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)時代的新局面。

作者：任立昭 寧紹強 尹翠君 單位：廣西大學(xué) 廣西師范大學(xué)