基于数字化高速铁路轴承试验台造型设计

蒋鑫

（河南科技大学，河南 洛阳 471023）

1 引言

本项目将基于三维数字化技术，针对系列高速铁路轴承试验台产品，通过对高速铁路轴承试验台造型设计现状分析，运用工业设计的理论和方法，运用美学原理、人机工程学原理、市场经济学原理等，结合目前已有铁路轴承试验台造型设计的要素及设计原则，对高速铁路轴承试验台外观进行三维数字化造型设计。力求设计出一种外观造型整体感强、线条流畅，能体现高速铁路轴承试验台的力度感与坚实稳重感；并在色彩设计上采用单纯用色，配色以灰调为主，这种协调的色彩关系能给操作者以轻松、愉悦感；从实验结果来看，这种人机关系协调、安全舒适的系列高速铁路轴承试验台三维数字样机，能给人良好的视觉效果并给操作者创造出宜人的生产条件，进而达到提高整体生产工效的目的。

2 研究目的

现代的企业采用的是以人性化管理为核心的管理模型，对于操作人员、用户的体验是本项目研究的核心，就高速铁路轴承试验台造型设计而言，除了可靠、优越的性能，试验台舒适的人机操作界面外，对其造型特征、线型风格、整体色彩的协调性等视觉效果也有了更高的要求。如何使高速铁路轴承试验台适应操作者个人综合体验需求，如何建立一个既考虑操作界面的相关功能技术、人机关系、显示控制以及安全保护等外观要素，同时具有符合生产线整体环境协调需要的造型，是这次高速铁路轴承试验台外观设计需要解决的问题，也是本次设计的意图。

而本次课题研究将运用人机工程学原理和美学原理，以人的生理、心理特性为依据，运用系统工程的观点，分析研究人与试验台、人与生产环境以及试验台与整条生产线环境之间的相互作用，设计出让操作者或用户能体验到他所面对的是一台外形美观、安全舒适、人-机-环境的配合达到最佳状态的高速铁路轴承试验台造型。

3 现有试验台造型存在的问题

我国高速铁路轴承试验台工业起步较晚，这次挑选国内几家大的专业科研院所的技术人员进行共同开发、联合设计，但是由于受到加工工艺及加工成本等制约，现有的轴承试验台总体效果差强人意，主要表现在：（1）线条基本采用的是呆板的直线，外观整体性差，形式陈旧,不符合现代化产品的机械美；（2）各部分比例协调性差，皮带、链条以及相关运动机构外露多，安全性差，在整体布局上给人零乱、松散的视觉感觉；（3）基本上没有考虑人机操作的舒适性及合理性；显示、控制部分仅按照基本功能需求布局，没有考虑人机要素；（4）色彩协调性差，整体色调灰暗，缺少变化和统一，商标、标牌等附件随意性较强，布局与整体不协调。

通过市场调研可知，国外相关系列铁路轴承试验台在造型设计上较为前卫，基本采用目前流行的流线型，艺术感较强，因此我们也开始尝试导入时尚的造型设计元素。在面与面转折过渡部分基本是采用圆弧曲线而非直线直角，这样在造型上美观流畅多了，无论是视觉上还是实际使用过程中，让人能体验到对人的关怀。其次在考虑维修方便性的同时，将大部分运动部件遮盖起来，以求加强安全性，又给人一种整洁美观的感觉。

4 本项目采用的研究方法及工艺路线

（1）人机工程学理论方法：包括人体生理特性、人体测量及其应用、累积损伤疾病与工具设计、操控装置设计、人机系统设计与评价；

（2）工业设计理论方法：包括产品造型设计、色彩设计；

（3）计算机技术：包括三维设计软件SolidWorks、UG，做出高速铁路轴承试验台外壳件的三维数字模型及生产用工程图。其工艺路线如图1。

图1 工艺路线

5 项目设计内容

（1）高速铁路轴承试验台车身造型设计。针对于目前的高速铁路轴承试验台整体感不强、线性混乱的问题，在造型第一步就是使试验台的主要特征线条具有同一性，而整体试验台机身线型风格的协调是取得整体感效果最重要的方面。因为只要构成高速铁路轴承试验台的主要特征几何线型风格一致，则很容易取得整体试验台机身协调。本项目在此次设计中基本上是采用试验台主体部位轮廓以曲线构成为主，并且在面与面之间的转折以圆滑的过渡和圆弧与主体机身相呼应，从而达到整体试验台机身线型风格的协调统一。

（2）高速铁路轴承试验台造型色彩设计。设计本次高速铁路轴承试验台色彩设计时，首先确定了试验台的主机身色调，即以灰色调为主，同时在其它一些关键部件上配以浅黄色色调为辅。主色调灰色占大部分面积，这样对长时间使用和观察者而言，不容易造成视觉疲劳，而浅黄色的辅色调，主要是那些位置受到注目的部分，如台架、台身、平衡重等处，既起到提示、醒目作用，也不至于使整个试验台给人以单调感。这种协调的色彩关系，给人以亲切、舒适的感觉，让操作者和用户能从中得到美的享受。

（3）整体人机关系的协调。按照人机工程学原则，关注宜人性，尽量设计出高效、可靠、安全和舒适的操作和显示界面。本次高速铁路轴承试验台造型设计在人机工程因素时，对以下几个方面进行了考虑：（1）操作空间。操作员的活动空间主要在试验台前侧，在造型上尽量简化前面操控部分的空间和视野，而在此前后左右及相关部分尽量按层次递进，操作者可以方便地观察到机器周围的情况，提高操作者视觉舒适性。（2）人机界面设计。特别是操作控制界面设计是本次设计的重点，主要是要保证人机之间信息传递交换的畅通，在工作期间能使操作者迅速、有效获取试验台的各种数据信息，在操作者得到信息并作出判断后再通过操作准确有效地发送给试验台。因此，本项目的试验台设计很注意仪表的可读性，对于需要精确读数的一般采用数字显示，而对于需要快速读数的则采用指针或信号指示。在控制部分，按照人机工程学原理，把需要精确控制按键或机构放置于与操作员相近处，而对于不需要精确控制且使用频率不高的控制部件，布置在稍远离操作者处，对于危险操作按键，一般布置在不太方便操作的地方，并以高明度色彩警示。这种人机信息交流，加强了高速铁路轴承试验台的运行营理，提高作业效率。

6 结语

基于三维数字化技术，河南科技大学、中国轴承技术研究院共同研发生产的系列高速铁路轴承试验台产品，通过借鉴国际相关先进铁路轴承试验台的现有造型设计，运用工业设计的理论和方法，结合人机工程学原则，设计出外观整体感强，线条统一流畅，色彩单纯协调，人-机-环境关系和谐、安全舒适的系列高速铁路轴承试验台三维数字样车。新型的高速铁路轴承试验台能给人良好的视觉效果和舒适的生产环境，对提高相关系列产品竞争力、美化环境、提高工作效率大有好处。本次研究主要成果有：（1）基于数字化技术，结合轴研院其他轴承试验台，对高速铁路轴承试验台外观进行造型深入理论研究；（2）运用了工业设计的美学原理、人机工程学原理等相关理论，找到一种既符合人机工程学又符合工业设计造型的系列高速铁路轴承试验台造型设计模式；（3）将工程技术与造型形式密切结合，对高速铁路轴承试验台造型进行研究，设计出高速铁路轴承样机。

［1］佟贺丰.英国文化创意产业发展概况及其启示［J］.科技与管理，2005（1）：30-33.

［2］胡晓鹏.技术创新与文化创意:发展中国家经济崛起的思考［J］.科学研究，2006（1）：60-63.

［3］荣跃明.超越文化产业:创意产业的本质与特征［J］.毛泽东邓小平理论研究，2004（5）：18-21.

［4］陈倩倩，王缉慈.论创意产业及其集群的发展环境-以音乐产业为例［J］.地域研究与开发，2005（5）：5-8.

［5］周光敏，刘文松.华夏“龙根”觅源：人祖伏羲、炎黄二帝、舜、禹故里临胜［M］.郑州：大象出版社，2005.

［6］高云.洛阳王湾-考古发掘报告［M］.北京：北京大学出版社，2002.