基于用户反馈模型的数控机床造型设计*

2013-09-27刘福运

制造技术与机床 2013年12期

刘福运

(中原工学院机电学院，河南郑州 450007)

1 数控机床造型设计

随着我国制造业的蓬勃发展，数控机床设计有了很大的进步，但同国外的机床设计相比，国内机床设计水平整体较低，产品附加价值不高，这与国内机床设计思维局限性分不开的。因此，寻求一种新的设计思维方式来引导当前的机床设计是至关重要的，是影响机床设计水平提高的一个关键因素。目前关于数控机床的造型设计大多都是从人性化设计、人机工程学设计、美学原则等方面着手的，而产品造型设计的出发点应以用户为中心，建立用户模型，探讨用户需求，对于机床的造型设计是一个设计思路和方向［1］。目前数控机床造型设计的几个发展趋势:

1.1 数控机床造型的整体性越来越强

随着数控机床造型的设计发展，机床原来外露的手柄、手轮等部件已消失，整体性越来越好，切屑和冷却液的装置均采用封闭型罩壳，整体性强。整体性强不仅有利于人身的安全防护，还给人以简洁、明了之感，符合现代化机械设备的审美发展趋势。单纯化、整体性的形态虽然看起来结构简洁，但通过组合变形，仍然可以构成较深刻的形态，这可集中反映在工业产品设计中。

1.2 机床造型设计更符合宜人性

从人机工程的基本理论出发，合理确定机床的操作方式、操作高度等内容，科学地利用人—机—环境3个要素之间的有机关系，创造美好的机器加工环境。“以人为本”既是一种实现人、社会、环境的和谐人文思想，也是使设计回归自然，人性化设计的体现。例如:使用上的安全感与绿化，人机工程学上的舒适原则，设计情趣上的人情味原则，功能导向的文明原则，高尚、高素质、高科技追求、教育受益性、文明感，造型上的形式美在上述基础上讲究对称与平衡、统一与变化、比例与尺度、调和与对比、节奏与韵律等形式美，产品创新上的新奇原则等等。

数控机床的工作环境基本比较整齐，人对机床的直接操作主要是上下工件和在控制面板上，因此，机床的造型和色彩应注重操作简便又与环境相协调，使操作者工作时心情舒畅，效率得到提高。要根据人的操作和活动能力来设计机械所需要的基本空间、位置和运动方向。数控机床控制面板的大小、形状、位置(整体式、悬挂式、下伸式、独立式)应保证操作者观察、工作方便。控制面板的布局要符合人的视觉反应，方便操作者操作。数控机床上的拉门、观察窗以及工作台的尺寸、位置、高度等均应符合人体相关部位的尺寸，使操作者便于观察和装卸工件。

1.3 机床造型设计更注重细节设计

细节决定成败，产品的做工精细可提高产品品质，尤其是精密的机械加工设备。在机床造型设计中，拉门的形态分析、观察窗窗口大小以及工作台尺寸、位置、高度等众多细节的推敲更引起设计者的思考。

1.4 机床造型设计更注重用户的内心需求和互动

安全性是用户首先考虑的内心需求，也是机床造型设计的重要方面。机床造型设计的整体性可以摆脱原来对机床脏、乱、差的印象，满足用户整洁的需求。在机床的操作过程中，用户与机床的人机互动也是至关重要的。

1.5 装饰设计

数控机床上装饰设计是进一步提高产品造型艺术效果的手段，基本是指企业标志、商标、厂名、装饰线等。特别要注意代表企业形象标志的合理使用，以满足企业形象和产品质量在用户心目中经久不衰的要求。

机床装饰标牌二块，标牌采用白底红字，上部为机床型号、置于最醒目的位置。下部为生产单位。机床侧面、电柜侧面、电柜门配以各种安全操作警示标牌和提示标牌，银灰色字，黑底色，既起到安全提醒作用，又起到装饰作用［2］。

2 用户反馈模型的建立

用户反馈模型是基于用户自身特性而对用户在工作中表现出的生理心理反应。主要研究用户心理和生理对于外界的影响而发生的一些变化，对于产品设计有着重要的意义。其主要内容包括用户视觉反馈、听觉反馈、触觉反馈和心理反馈［3］。

2.1 视觉反馈

视觉是所有感觉中神经数量最多的感觉器，其优点是:可在短时间内获取大量信息;可利用颜色和形状传递性质不同的信息;对信息敏感，反应速度快;不容易残留以前刺激的影响。但也存在容易发生错视、错觉和容易疲劳等缺点。影响视觉反馈的因素主要有色彩、形态和整体格调。

2.2 听觉反馈

听觉反馈比视觉反馈传递的速度更加迅速，在紧急时更能引起用户的注意。人耳对高频声比较敏感，对低频声不敏感，这一特征对听觉避免被低频声干扰是有益的。如何在产品设计中正确地应用人的听觉特性也是至关重要的。影响听觉反馈的因素有声音的频率，声源的传播距离和周围环境的嘈杂程度等。

2.3 触觉反馈

触觉是人与机器直接互动的主要途径，也是操控机器的最重要的通道。触觉信号主要与操控装置相关，应充分满足操作者在生产中能安全、准确、迅速和舒适地连续操作。它应满足5个基本要求:①尺寸结构符合人体尺寸及操作方法;②操作方向符合规定及习惯;③操控反馈有指示;④操作要有一定的阻力;⑤要有一定得措施来防止误操作。

2.4 心理反馈

不同的产品造型给用户的心理感受差别是很大的。造型新颖、独特、时尚、个性的产品，给人一种生活的满足感和优越感，深受现代人青睐。“趣味的”、“美丽的”、“可爱的”产品能激起人们的愉悦情绪。在设计过程中，灵活运用产品语义学和符号学的基本理论，使操作控制具有暗示性和引导性，操作方式简单易懂，符合人的基本心理特点和生理特点［4］。

3 用户反馈模型在机床造型设计中的应用

以用户为中心，基于用户反馈的模型出发，数控机床造型设计更体现出人性化和满足用户的需求，增强产品的竞争力。

3.1 用户视觉反馈在机床造型设计中的应用

用户视觉反馈在机床造型设计中的应用主要体现在视觉美感和视觉传达性两个方面［5］。视觉美感除了要遵循基本的形式美学法则外，整体感和科技感是机床的重要表现。如图1所示。

视觉传达性在机床造型设计中的应用可以从以下几个方面实现:机床窗口的设计是利用大型安全玻璃视窗使工件的加工对操作人员完全透明，可以亲眼见到整个加工过程。加工的可视性可以加强操作人员对加工区域内一切活动的认同感，也可以提高工件的加工质量。还有很多用户都希望在实际操作机床的过程中，通过信号灯指示不同的颜色使操作人员了解机床的运作状态。但是目前信号灯一般都是在机床的顶部，做为操作者可视性比较差，可以将信号灯的位置置于与机床门顶部的位置，做成线性指示，大大改善视觉传达的清晰性。

3.2 听觉开关门的声音和启动警示

当对机床进行操作指令的时候，判断操作指令是否执行，操作是否正确，可以通过语音提示给用户以提醒。特别是关门的时候，确保维护的安全性，更应该通过关门的声音来传递门是否关闭严实，给用户心理极强的反馈性。还有其他地方的听觉反馈，像机床启动和制动时的声音，以及危险时刻的警报等等，都是对于用户来说起到很重要的作用。

3.3 触觉反馈

机床把手的质感和舒适感是用户触感反馈的重要体现方面。简洁竖直的把手设计，利用优质的轨道可以减少操纵力的大小。利用金属贴皮的加工工艺，以增加机床造型的科技感和现代感。

3.4 心理反馈

任何产品造型设计都给用户带来不同的心理感受，机床造型设计更应该体现产品的精密感、科技感和人性化。如图2所示，机床底座的凹槽设计打破了原来产品的沉闷感，给用户以轻巧、科技的感觉。

一般机床不同的箱门其钥匙是不同的，为方便操作者，一个机床的箱门使用通用钥匙，提高了工作效率和使用的简洁性。为使加工时工件出入方便以及维修人员维修机床时出入方便，针对机床门也进行了改进，把门扩宽的同时，还考虑了工作台高度的选择，工件进入机床门之后不需要再抬高或降低，减少了操作人员不必要的动作。

机床造型直角的运用，给人干净、利落、速度的感觉;部分机床R角的运用给人以人性化，比较柔和，没有机器的生硬感的心理感受。一些比较大弧度的R角更显人性化，色彩更柔和。

3.5 安全反馈

一些机床造型的工作台设计成平滑的形状，有利于保护操作者，甚至在人意外碰撞机器时，可以减轻伤害的程度。机床上的防护罩可以减少来自机器内部和外部所产生的危险。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成的损坏。机床造型信号灯的设计，可通过显示器显示文字及报警号来传递信息。合理的处理好形状与平衡的外观设计，会使机床产品结构既简练又安全。