连续6年下跌,16年销量又创新低,中国机床行业急需工业设计

近几年受中国经济、投资增速放缓和需求结构升级影响,中国机床工具消费市场的总规模呈现阶段性下降的状态。金属加工机床的消费额从2011年达到最高后到2015年大致经历三个台阶式的下降。

第一个台阶是2011-2012年的相对高位,分别为390.9和382.8亿美元;第二台阶是2013-2014年的显著下降,分别为319.1和318.3亿美元;第三个台阶是2015年至今的小幅下降,2015年机床消费额为275亿美元;2016年上半年是129亿美元,同比下降9.2%。

在当前供给侧改革的大潮下,产品的功能已不再是消费者决定购买的唯一因素,产品的创新性、外观造型、个性化等因素愈来愈受到重视,在竞争中占据较突出地位。机床是当代制造业的重要装备,在满足功能的前提下研究机床造型设计,不断提高其外在质量,满足市场竞争的需要,已经成为机床制造业刻不容缓的问题。本文根据工业产品造型原则研究机床造型设计方法,并分析我国机床造型的发展现状。

机床造型设计方法工业产品的造型设计主要考虑三个方面:色彩、形态和宜人性。形态是产品存在、功能实现的前提。色彩依附于形态,但是色彩比形态更具有吸引力,在产品造型中具有先声夺人的艺术魅力。同时无论色彩还是形态都要符合宜人性的要求。机床作为一类工业产品,进行造型设计时也应充分考虑色彩、形态和宜人性。
机床的色彩

设计机床产品的色彩设计与艺术作品要求不同,受到机床功能、材料、表面喷涂工艺等因素的制约,在设计色彩时首先应考虑产品功能的要求,使色调与功能相统一,以利于机床功能的发挥。同时又要满足人机协调的要求,使操作者感到亲切、舒适和美的享受,从而提高工作效率。机床设备通常都是固定安置,操作时间较长,选用的主色彩不宜对人有刺激,使人感到烦躁不安,而应使操作者心情愉悦,安全操作。色彩设计中可以考虑以下几点。
1)采用明度较高、纯度较低的中性或偏暖的色彩为主色调。如淡雅的绿色、浅蓝色、奶白色、淡黄色等,能使人感到精致、亲切、心情舒畅。
2)采用两色或三色配合。机床色彩的配置一般为上明下暗,上轻下重,以增强机床的稳定感。避免过多色彩,令人注意力不集中。
3)机床色彩设计不仅要突出主色调,还要强调重点部位配色以及警戒用色。对于控制柜等辅助部分可与主色调一致,而在危险处用警戒色( 如红色、橙色,黄色等),以引起操作者的注意。最好用醒目色报告生产过程中所发生的特殊情况,使操纵者能够快速确认和处理紧急情况。对于手柄、按钮等操作部件则宜采用对比色,以易于识别,又不眩目。
图1 所示为台湾荣田高速CNC 立式车床,主色调采用奶白色和淡雅的蓝色相搭配,给人以精致、典雅、大方的感觉,能够201501212109202792使操作者感到亲切、心情舒畅。同时机床的标志用醒目的红色,使色彩丰富,避免了平铺直叙。此机床的色彩设计比较合理,受到一致的好评。

        机床的形态设计

一台机床是由主机、驱动装置、辅助装置、数控系统等多个部分构成的统一整体,其形态设计应从整个和局部两方面出发,进行综合考虑。
机床的整体形态设计体现机床形式新颖、风格独特的关键在于形态的整体造型设计,进行整体化造型设计主要遵循简洁、均衡和稳定三个原则。
1)简洁机床的整体外形,必须适应人们的视觉心理特点,由于人的视觉强度与观察对象对人的刺激程度成正比,观察对象的形象如果简洁明快,对人的刺激程度小;观察对象如果复杂、尖锐,对人的视觉刺激程度大。
因此,在机床的整体外形设计上,应该尽量简洁。为了获得整体简洁的风格,可以采用以下两种方法。
(l)对其形体设计应用一些基本的几何体,或者是一些较为简单的曲线、曲面。基本的几何体和简单的曲线、曲面形态规则、单纯、形象明确,给人以深刻的印象,容易达到简洁、明快、丰富、抽象的艺术效果。同时规整的形态制造工艺简单,便于大规模、高质量、低成本地生产。
(2)采用封闭式造型设计。封闭式造型设计不仅能够减少粉尘入侵,防止铁屑及润滑冷却液飞溅,而且能够掩盖机床大部分主体,使其整体性好,达到简洁明快的视觉效果。20076211841025109
图2 所示是韩国起亚立式加工中心,其外形采用了多组封闭式矩形,而且尽量使用大面积,可以看出它的外观设计充分体现了简洁这一设计原则,给人以清新明了的感觉。
2)均衡均衡是一种不对称的平衡,它的表现形式是多种多样的,其视觉效果要比对称
的表现形式生动、活泼。
在机床的造型设计中,采用均衡的表现形式,能达到丰富、多变的视觉效果。
获得整体均衡的方法主要是取机床支承面的中心线为假想的对称线,从整体上做粗略的平衡估计,合理布局机床的各部分结构,使机床左、右两边的体量矩之和相等。通过合理地布置手柄、手轮等操纵件也能够达到均衡的艺术效果。机床的标志、标牌颜色鲜明,又具有艺术魅力图案,容易形成观察者的视觉中心,起到了诱导和补偿不均衡的因素,合理布置同样能够增强机床整体的均衡感。图3 所示是韩国大宇立式加工中心,左、右两边形体对称,标志和控制面板分别布置于两侧,使机床整体均衡。既给人以平稳安全的感觉,又达到了丰富变化的效果。
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3)稳定稳定是针对机床的上、下部分,在视觉上给人的轻重关系,理论上应使机床的实际重心下移,形成上轻下重的视觉效果。稳定的机床能够给操作者从心理带来安全的作用。获得稳定的方法有很多种,使机床的实际重心落在机架支承面内,可以达到稳定的视觉效果。
还可以利用颜色的轻重感、不同材质的明暗程度及加工表面纹理的粗细来增强机床的稳定感。如上部材质精细、色彩明亮,下部材质粗糙、色彩深暗,能使机床产生较强的稳定感。
机床零、部件的形态设计

造型优良的机床零、部件能够充分体现功能的科学性、使用的合理性、维修的方便性。进行机床零、部件造型设计时要遵循尺寸宜人、比例协调的原则以及统一和变化的原则。机床零、部件的形态设计主要考虑以下因素。
)在满足功能、结构要求的情况下,采用黄金比例、根号比例等比例关系,使机床及其各部分比例协调,达到视觉美观的艺术效果。
)部件与机床主体部件在造型设计上保持形式、风格上的一致性。如机床以圆弧曲线为主调,则各部件的轮廓线也应采取圆滑曲线过渡,给观察者整齐划一的美感。
)在整体统一的基础上,各配套件如液压油箱、配电箱及操作件等造型要有所差异,如线性差异、方向差异、色彩差异、材质差异等,打破过分统一的单调感,使机床造型生动活泼,引起操作者心理上的兴奋感。
)机床的零、部件可以采用标准化、通用化和模块化设计,这样既能够任意组合变形来完成不同的功能,又易于连接、拆卸和更换零、部件。
机床的宜人性设计

随着科学技术的发展以及人们对生态和工作环境质量要求的提高,“以人为本”的设计理念正日益成为现代设计的主导思想。在设计中应给操作者更多的关心和提供更简便的操作方法,令产品更加人性化。为此,机床造型设计还应考虑以下因素。
1)工作台的高度和工作区间设计应从人的尺寸参数、人的机械力学参数出发,充分考虑机床对人的影响,合理选用各种参数,使人既便于操作,不易疲劳,又便于观察加工情况,建立一种最佳的工作环境。
2)操纵杆、方向盘、按键等操纵控制系统装置应放在有效视野及最佳视觉区内,同时充分考虑人接受信息的能力以及右手用力习惯等,保证操作者的工作方便。
3)模拟显示器、数字显示器等信息显示系统应安放在正常视距范围内,易于操作者观察。当把信息反馈给人,必须做到快速准确和清晰,并充分考虑人的各种感觉通道“容量”。
4)防护和安全保障设施是现代机床必不可少的组成部分。防护和安全保障应包括人和机器两个方面,其中以人为主要保护对象。防护和安全保障装置的设计应充分考虑机器可能出现的故障或操作者可能出现的失误,以保证安全生产。
我国机床造型发展现状和对策

经过几十年的努力,我国机床工业有了很大的发展,在功能设计方面逐步接近世界先进水平。但在机床造型方面,还没有完全引起业内人士足够的重视,存在“三重三轻”的误区,即“ 重技术,轻艺术”,“ 重内在质量,轻外在质量”,“ 重科学,轻美学”。忽视了现代人对机床造型越来越高的精神需要和越来越强的个性表现,使得我国部分机床产品在造型上存在色彩单调,搭配不当;体形庞大,线条生硬;控制系统不便于操作;显示装置不宜观察等诸多问题。许多机床虽具有和国外产品相近的功能,却达不到同样的市场竞争力。
在知识经济时代,机床作为商品的价值取决于知识的含量而不是实物的重量。中国机床制造商在将传统技术与信息技术、新材料、新工艺相结合的过程中,不仅要为制造业提供高精度、高效率、高可靠性的机床,而且还要加强机床造型的研发工作,设计出造型精致,形式新颖的机床产品。针对国内部分机床造型存在的不足,笔者建议采取如下策略。
1)设置专门的机床造型研究中心,聘请专职的机床造型设计人员从事机床造型的相关技术、发展趋势、市场潮流等方面的研究和实践工作。
2)加强机床造型设计人员和功能设计人员的交流与合作,实现机床外观设计和功能设计的协调与同步,在实现功能的前提下,更好地展现机床线条美和外表的精细度。
3)在产品形态设计与结构设计相协调的原则下增加其表面质感、线形和体量关系的变化,增加发光与亚光材料的对比与应用。
4)注重将艺术、人文、民族文化等元素融入机床造型,以简洁的形态、醒目的色彩和良好的宜人性表现高技术机床,强调“实用”与“美观”、“技术”与“艺术”
的高度结合与统一。
5)不断地进行设计和再设计工作,发展企业独特的个性和风格,创立中国机床产品的知名品牌,甚至是世界知名品牌。增强机床的附加值与整体效果,提高市场竞争力。
我国机床和国外相比在造型上还存在一定的差距,研究其造型设计方法,对于缩小这种差距,提高市场竞争力,具有重要的现实意义。本文从色彩、形态和宜人性方面对机床造型的设计方法做了一些探讨,结合我国机床造型发展现状提出了相应的对策,希望能引起有关人士足够的重视,加大机床造型设计的力度,充分挖掘机床造型设计技术的深度和广度,进行机床产品造型风格体系的研究和开发工作。

来源《现代制造工程》

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