導(dǎo)語：機電類產(chǎn)品造型設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了進(jìn)一步完善機電類產(chǎn)品的造型設(shè)計，改善目前機電類產(chǎn)品的造型設(shè)計只注重研究功能結(jié)構(gòu)和仿生，不注重人機交互性的產(chǎn)品造型設(shè)計以及缺乏用戶感性意向的現(xiàn)狀，本文從人機工程學(xué)為主要研究方向，分析了數(shù)控機床仿真設(shè)備的功能、材料與工藝，通過以數(shù)控機床仿真設(shè)備造型設(shè)計為出發(fā)點的實際設(shè)計案例，完善了機電類產(chǎn)品設(shè)計過程中缺少人機交互因素的造型設(shè)計，提出了基于人機交互導(dǎo)向下機電類產(chǎn)品造型設(shè)計的設(shè)計關(guān)鍵點。

關(guān)鍵詞：機電類產(chǎn)品；數(shù)控機床模擬機；產(chǎn)品造型設(shè)計；人機交互

自1989年在日本東京召開的第一屆國際先進(jìn)機電一體化學(xué)術(shù)會議，各國政府都開始有計劃的推動和發(fā)展機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品[1]，從此機電類產(chǎn)品開始向縱深發(fā)展。各國對機電類產(chǎn)品的研究方向也不盡相同，國外以歐洲國家為首，多數(shù)以電子及控制理論為研究出發(fā)點；國內(nèi)學(xué)者則從現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)[2]，鮮少有研究產(chǎn)品造型方向，因此提出以人機交互的視角去研究機電類產(chǎn)品是具有創(chuàng)新性的。

1人機交互的定義

人機交互又稱人機互動（簡稱HCI或HMI），是指人與計算機相互溝通的信息交換的互動方式，良好的人機交互方式能夠顯著提升用戶輸出命令和接受信息的效率。它與認(rèn)知學(xué)、人機工程學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密切的聯(lián)系。通過運用計算機技術(shù)，運用有效的方式實現(xiàn)人與計算機的相互對話，主要由信息輸入和信息輸出兩個過程組成，信息輸入是指計算機操控人員將使用者的想法、需求轉(zhuǎn)化成為計算機能夠識別的計算命令傳遞給計算機的CPU，信息輸出是指計算機CPU將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化成計算機操控人員能夠識別的信息。人機界面是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，它將機器信息的內(nèi)部形式與人類能夠接受的形式之間進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換。

2我國機電類產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

機電產(chǎn)品是將機械系統(tǒng)各微電子系統(tǒng)有機結(jié)合的產(chǎn)品[3]，目前機電產(chǎn)品作為企業(yè)生產(chǎn)的主要工具，具有強烈的技術(shù)性，是企業(yè)非常關(guān)注的一類器械產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)等行業(yè)，機電類產(chǎn)品的發(fā)展呈現(xiàn)輕體量、高精度、一體化和智能化趨勢，現(xiàn)已發(fā)展成為現(xiàn)代社會進(jìn)步與經(jīng)濟發(fā)展中舉足輕重的地位，總之，機電類產(chǎn)品的開發(fā)既是振興傳統(tǒng)行業(yè)的新鮮血液，又是開啟我國機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的鑰匙。機電類產(chǎn)品在我國發(fā)展歷史較短，直到近幾年我國機電類產(chǎn)品才擺脫進(jìn)口其他發(fā)達(dá)國家核心技術(shù)及零件的被動地位，機電類產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用也開始逐漸達(dá)到世界領(lǐng)先的地位，目前我國與機電產(chǎn)品先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用相反的是機電產(chǎn)品的造型外觀設(shè)計，由于我國特殊的近代歷史以及復(fù)雜的社會經(jīng)濟原因，我國機電產(chǎn)品的造型外觀設(shè)計仍然停留在單一的外觀設(shè)計方面，僅僅從外表上模仿其他國家的機電產(chǎn)品[4]，鮮少有能夠融合人機工程學(xué)、產(chǎn)品語義學(xué)、系統(tǒng)設(shè)計和感性工學(xué)等工業(yè)產(chǎn)品外觀設(shè)計方法的設(shè)計方案，對于產(chǎn)品全周期設(shè)計的連續(xù)性沒有深刻的理解，產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)全周期往往被割裂為幾個部分，這使得產(chǎn)品在感性消費的社會中處于不利地位，因此機電類產(chǎn)品的開發(fā)不應(yīng)該僅僅局限于技術(shù)研發(fā)，也應(yīng)該融入使用者的感受和需求[5]。

3人機交互在機電產(chǎn)品造型設(shè)計中的具體運用

3.1人機交互導(dǎo)向下機電類產(chǎn)品造型設(shè)計的基本原則。第一，造型及色彩設(shè)計應(yīng)滿足產(chǎn)品功能要求。機電類產(chǎn)品的整體設(shè)計首先需要滿足產(chǎn)品的使用功能，使用方式的人性化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)化、生產(chǎn)成本的合理化應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)產(chǎn)品的外觀設(shè)計，同時產(chǎn)品的色彩不僅具備審美性和裝飾性，還具備一定的功能性，色彩同時可以傳遞信息，表達(dá)象征意義，產(chǎn)品色彩帶給使用者的色覺疲勞度、警惕性、有效性、安全性、經(jīng)濟型和審美性等特殊感受是不可替代的[6]，因此機電類產(chǎn)品的造型設(shè)計應(yīng)在此基礎(chǔ)上展開造型設(shè)計及色彩設(shè)計。第二，造型設(shè)計應(yīng)全面考慮形體的結(jié)構(gòu)、材料、工藝等條件。機電類產(chǎn)品的外觀造型應(yīng)充分考慮核心結(jié)構(gòu)，在不影響核心結(jié)構(gòu)的前提下還應(yīng)考慮到形體外部的結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝等，并以此表達(dá)現(xiàn)代機械產(chǎn)品的特點和時代美感。產(chǎn)品形態(tài)的外部結(jié)構(gòu)需要多學(xué)科結(jié)合，設(shè)計師應(yīng)當(dāng)與工程師、手工匠人和加工工人等人群探討研究產(chǎn)品形態(tài)、材料、加工工藝的設(shè)計邊線，并依據(jù)此完成產(chǎn)品的設(shè)計。第三，整體造型應(yīng)清晰，各部件的層次分明。機電類產(chǎn)品的整體造型應(yīng)有明確的功能分區(qū)，且充分考慮各部分的均衡、穩(wěn)定和比例協(xié)調(diào)關(guān)系，盡量取得形體相好的整體視覺效果。避免因功能分區(qū)導(dǎo)致的操作使用不便，同時避免功能分區(qū)過硬導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏人情味，應(yīng)在理性結(jié)構(gòu)與感性造型之間尋找平衡點，通過設(shè)計產(chǎn)品的功能分區(qū)優(yōu)化產(chǎn)品使用流程。第四，注意“人——機”關(guān)系的協(xié)調(diào)。機電類產(chǎn)品的造型設(shè)計應(yīng)考慮到“人”與產(chǎn)品的關(guān)系，這里的“人”也應(yīng)包括產(chǎn)品全生命周期中所有與產(chǎn)品發(fā)生互動的人，包括生產(chǎn)者、營銷者、回收者等，但對于機電類產(chǎn)品，使用者應(yīng)放在首要考慮地位，人機交互應(yīng)在設(shè)計的過程中為各個要素以及整體的造型給予理論上的指導(dǎo)。在設(shè)計時，應(yīng)選定特定的使用人群，特定的使用環(huán)境，應(yīng)用人機交互指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計，通過優(yōu)化使用者在使用產(chǎn)品過程中的操作體驗。第五，操作面板等信息傳達(dá)位置設(shè)計要醒目、形象且配置得當(dāng)。由于操作界面作為使用者與產(chǎn)品的主要互動載體，在產(chǎn)品整體系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著重要角色，操作界面的位置、角度、方向、操作方式都影響著使用者通過操作界面這個局部對整體的認(rèn)知。而名牌、商標(biāo)、提示信息、使用說明等信息傳達(dá)部位要醒目、形象，盡量用更多的意向性符號代替文字，且符號應(yīng)易于辨認(rèn)。3.2基于人機交互導(dǎo)向下的數(shù)控機床模擬機設(shè)計要點解析。數(shù)控機床模擬機是為數(shù)控機床加工初學(xué)者（多為在校大學(xué)生）提供一個真實的數(shù)控操作虛擬環(huán)境，能夠通過內(nèi)部系統(tǒng)完成數(shù)控系統(tǒng)的教學(xué)實訓(xùn)，與數(shù)控機床相比較低的價格和較輕巧的機身幫助數(shù)控加工初學(xué)者更便捷地熟悉數(shù)控加工過程，同時將機床虛擬化、數(shù)字化和人性化，降低數(shù)控機床加工實訓(xùn)環(huán)節(jié)出事故的概率，解決機床損耗嚴(yán)重等問題。傳統(tǒng)數(shù)控機床模擬機通常由實訓(xùn)臺和二坐標(biāo)組成，由于采用開放式結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計，暴露在外的電線過多，很容易發(fā)生觸電事件，對使用者的安全造成威脅；實訓(xùn)臺作為教學(xué)用具，造型笨重，體積過大，一般教室不足以拜訪多臺設(shè)備，影響教學(xué)質(zhì)量；二坐標(biāo)平臺雖然具有較高的定位精度，但是仍然不能完全還原機床的運行狀態(tài)；由于傳統(tǒng)數(shù)控機床模擬機的造型設(shè)計為分體式，因此搬運和安裝都具有一定操作難度。而人機交互導(dǎo)向下的數(shù)控機床模擬機則簡化為一體機，主要使用區(qū)域由顯示屏、操控界面組成，將輸入命令設(shè)備與輸出信息設(shè)備整合到一起，通過對產(chǎn)品造型進(jìn)行設(shè)計，改善了使用者與產(chǎn)品之間的關(guān)系，優(yōu)化了操作流程，為機電類產(chǎn)品未來的外觀設(shè)計做出積極的探索。第一，人際交互導(dǎo)向下的數(shù)控機床模擬機（以下簡稱模擬機）造型以人機交互為導(dǎo)向，對模擬機外觀造型進(jìn)行設(shè)計，重新設(shè)計了顯示屏、操控界面、內(nèi)部機電裝置、搬運把手和通電插口的位置，使使用者與模擬機的互動更加人性化。色彩以灰白色為主基調(diào)，加入黑色和橙色為輔助色，由于灰白色為主基調(diào)，產(chǎn)品展現(xiàn)出清新明亮的視覺效果，黑色和橙色的出現(xiàn)則為產(chǎn)品帶來工業(yè)風(fēng)格和機械產(chǎn)品的感情意向認(rèn)知，同時打破了傳統(tǒng)機電產(chǎn)品沉悶的感覺，改變了人們對工業(yè)化產(chǎn)品的整體印象。第二，模擬機機身的外擴式設(shè)計使機身的內(nèi)部形成更大的空間，為內(nèi)部硬件的組裝提供空間，同時，避免了由于傳統(tǒng)數(shù)控機床模擬機實訓(xùn)臺與二坐標(biāo)位置、高度不同導(dǎo)致在實訓(xùn)臺操作后不能即時觀察二坐標(biāo)運動過程的問題。設(shè)計后的顯示屏在操作面板的正上方，使用者在操作面板執(zhí)行操作命令后，會無意識抬頭，在顯示屏中獲取命令輸出結(jié)果，完成信息的瞬時傳播，即機床運行狀態(tài)的改變，這是造型結(jié)構(gòu)對功能分區(qū)的改進(jìn)，使用戶無意識的形成更舒適、更高效、更秩序化的人機交互過程。第三，模擬機的整體造型功能分區(qū)明確，通過對傳統(tǒng)數(shù)控機床模擬機的功能模塊進(jìn)行重新劃分，重新劃分后的顯示區(qū)和控制區(qū)通過不同傾斜角度的大體快區(qū)分使使用者輕松對模擬機的使用方式有整體認(rèn)知；機身殼體的形狀特征與內(nèi)部顯示區(qū)和控制區(qū)形成的傾斜角度的形狀特征形成呼應(yīng)，增強了模擬機的整體性，且外擴式的機身設(shè)計使產(chǎn)品造型更加穩(wěn)重，符合人對工業(yè)產(chǎn)品的傳統(tǒng)印象。第四，顯示屏與水平面夾角為95°，鈍角的設(shè)計降低了使用者在使用過程中對脖頸的損耗，同時，減少屏幕反光對使用者造成的不便，優(yōu)化了使用者的使用體驗感；模擬機兩側(cè)的底部均設(shè)有內(nèi)凹把手，方便使用者對模擬機進(jìn)行搬運；顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)操作指令的瞬間可視化，真實模擬使用者執(zhí)行操控指令下機床的運行狀態(tài)，改善了傳統(tǒng)模擬機信息傳遞具有延遲的缺點。第五，操作界面位于產(chǎn)品的中間偏下的位置，且與水平面呈54°夾角，平緩的傾斜角度想較于傳統(tǒng)模擬機床垂直于地面的操作界面，設(shè)計后的操作界面更加符合使用者在坐姿的使用；另外，操作面板可以通過更換模板實現(xiàn)不同系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，以滿足不同人群對不同學(xué)習(xí)目標(biāo)的要求；機身正面下部具有產(chǎn)品品牌，有利于該模擬機的企業(yè)樹立企業(yè)形象識別系統(tǒng)；機身側(cè)面貼有產(chǎn)品的介紹說明，便于初次使用模擬機的使用者進(jìn)行操控使用。

4結(jié)語

人機交互是未來產(chǎn)品中不可或缺的設(shè)計因素，將人機交互融入到產(chǎn)品中，完善結(jié)構(gòu)，優(yōu)化造型，利用產(chǎn)品的設(shè)計引導(dǎo)產(chǎn)品目標(biāo)客戶的操作使用方式，使產(chǎn)品的目標(biāo)客戶在潛移默化中形成自然舒適、秩序且高效的使用方式，并對產(chǎn)品的整體形態(tài)有正確的主觀認(rèn)知。在數(shù)控機床模擬機的造型設(shè)計中，通過應(yīng)用人機交互設(shè)計形成正確的隱性操作流程，是人機交互導(dǎo)向下數(shù)控機床模擬機造型設(shè)計成功的關(guān)鍵。

作者:楊巖 常瑜 王一默 單位:天津商業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院