基于PI系统的现代机床设计研究

束晓永， 韩 江， 刘 学， 殷晓晨， 丁芳婷

（1.合肥工业大学 建筑与艺术学院，安徽 合肥 230009；2.合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

老式机床源于20世纪五六十年代的机械加工技术，其生产加工性能稳定可靠，加工精密性也完全符合产品精度要求，而且经过多年的研发优化，内部结构更趋合理。在机床外观方面，由于用户没有迫切诉求，厂家也没有这种迫切的改进需求，但随着国内市场竞争的加剧，同类产品在价格、性能、形象上展开了竞争，加上国外同类产品的冲击，厂家不仅要提高产品性能参数、降低成本，同时也对产品的外观品质有了更高的要求，机床产品的工业设计需求也提上日程。工业设计在提高工业制成品的国际市场价值和制造业水平中发挥着巨大的作用［1］，从国际制造业发展趋势来看，下一步的发展动力将是以工业创新为主要特征。工业设计中产品形象识别系统（product identity system，PI）是产品获得归属感和家族感［2］，塑造出品牌形象特质，获得企业文化认同感，形成产品差异化的有效设计手段之一。在产品日趋同质化，市场竞争异常激烈的今天，让产品由内到外体现着统一的品质，以产品设计为核心的产品识别是企业竞争的重要战略资源。事实上，从产品造型设计到产品PI设计，不仅意味着设计层级和理念的不同，更为重要的是设计向设计战略和企业文化的延伸。

1 现代机床PI系统构建

在设计实践中，将机床PI系统构建流程概括为下几点：机床设计任务解析、国内外品牌调研分析、委托方企业品牌基因分析、系统要素提取设计、双方设计评审并调整。达到设计目标后，对相关产品进行系统化设计，设计流程如图1所示。

图1 机床产品设计流程

2 机床设计的调研分析

对于机床产品的调研分析应该从系统的角度出发，包括围绕着机床的一系列企业文化、社会环境因素，要有一个系统整体的思维方式，各系统因素之间都是相互依存、相辅相成的。

2.1 特定行业机床产品本身的调研分析

不同加工类型机床因功能不同，其原始形态也呈现不同，所以首先要从了解机床的结构、功能、操作方式、工作方式、加工产品、维修注意事项等开始，分结构、分模块地认清机床每个部分的属性与功用，为后面的造型设计做铺垫，需要和机械设计师紧密配合进行设计分析。

2.2 企业客户设计调研分析

了解委托企业的历史和企业文化，对于曾经应用过的LOGO、企业色彩、常用的设计材料、能实现的加工工艺、成本与预算等。充分解析委托企业的企业文化中品牌的DNA，从中归纳出企业特质，归纳出企业生产的机床产品造型设计中气质特点，将设计风格定位具体化。通过与委托企业多交流，了解对方的设计诉求，并了解其主要客户对于以往产品的反馈，明确设计任务重点。

2.3 国内外同类机床产品的调研分析

通过横向及纵向的同类产品对比分析，明确同类型竞争产品设计的优缺点，在进行机床造型设计的过程中，扬长避短，定位竞争优势。

我国机床制造业与国际水平在工艺和设计上还有一定差距，在设计中要正视差距，找出着眼点，进行提炼分析和总结，设计的工作就是不断变换视角在项目中寻找问题［3］，得出与自身机床设计相适应的方案。

本文以研球机产品系列化设计为例，选取国内外不同品牌机床，对其设计特点，包括造型、配色、材料工艺、LOGO标识、控制面板等要素进行了系列的研究与分析，分析总结如下：

（1）机体通常选用2种主色，多以黑白经典搭配为主，配以灰、红、深蓝。

（2）整体多以白色为主，深色为辅助，配以色带点缀。

（3）整体简洁，局部应用不同半径斜切、弧度圆角，体现工艺精度。

（4）门与拉手等构件利用材质和色彩的变化提升品质和整体感。

（5）控制面板符合人机关系，设置合理，减少误操作，色彩以红、黄、绿、蓝配合主色调灰色系、深色系。

（6）通常LOGO为图形与字符混排，或以字符为主，本色明快，警示标识色彩识别度高，设计统一。

3 机床造型设计

经过详细的市场调研分析后，通过具体的数据分析，进行比较和抉择，逐步确定企业产品的战略定位、市场情形和目标人群。将企业语言转化为设计关键词，明确下一步的设计突破点。设计要考虑使用环境及相关人员感受，并处理与生产工艺、消耗、使用与环保等相关的问题［4］。现代机床PI系统设计的要素有形态系统设计、色彩系统设计、表体质感与面饰工艺系统设计、辅助配件系统设计、视觉传达系统设计、产品推广系统设计。

3.1 形态系统设计

根据调研确定现代机床的外形、不同箱体间比例间距，推敲各作业面之间的整体关系。其中根据委托方实际诉求，利用PI产品设计，使产品内在品质形象与外在视觉形象形成统一性，体现产品本身内在和外在品质。

3.2 色彩系统设计

现代机床的色彩不宜太花乱，一般不超过3种，适当运用色彩比例表达机床风格，体现企业形象识别系统（corporate identity system，CIS）在产品设计中注重品牌基因的溶入与统一，产生恒定的品质感，体现一贯的企业设计文化。

3.3 表体质感与面饰工艺系统设计

选材与表面工艺会产生不同触觉质感与视觉质感，成功的材质肌理搭配和表面处理，对产品形象的改变起关键作用。机床上常见材料，如金属材料采用不同工艺和表面处理则产生不同肌理；成型塑料色彩丰富、圆润，可制成透明，富有现代感。采用系列化设计时应根据企业自身技术条件，制定适宜的加工方式。

3.4 外部要素系统整合设计

设计要让外观造型和内部机构能够内外统一，机床外在部件及标识在机床系统设计中也占有重要地位，能够部分反映内在加工品质，是机床细节品质的重要体现。将旧LOGO、铭牌、警示标识等产品外观细节进行再设计，整体提升改良产品外在形象，增加机床外在品质感受。如研球机产品系列化设计中，对各类机床把手进行调研分析，根据把手材质风格、稳定性及安装方式等，选择最符合机床系列化的设计。

3.5 产品推广系统设计

机床推广系统的设计是围绕着机床本身所做的一系列设计，包括机床产品的宣传手册、用户使用手册、广告宣传海报、机床包装、展览的展厅展位、工作人员服装、营销方式等。

工业设计概念经历了3次重大衍变，从广告设计中的图像设计，到工业产品的造型设计，再到产品的产业链设计［5］，在本项目中，机床外观“系列化”设计可归结为以下步骤：

（1）根据任务要求，完成机床产品中一种产品的外观设计，或者选择企业机床产品中最具有代表性、典型性机床类型。

（2）根据完成的外观设计或者已有外观提炼其外观特征元素，并将特征元素运用于其他机床。

（3）根据在其他机床上的应用情况，调整特征元素，使之配合其他形态、体积、类型各异的机床。

（4）将调整后的新特征元素重新运用到最初的1、2类典型机床上。

（5）再将新特征元素运用到其他的形态、体积、类型各异的机床上。

（6）将新特征元素运用到围绕机床展开的产品推广系统设计上。

4 实际案例

在与企业实际合作项目中，通过产品色彩及形象的再设计，做出更合理的人机关系的机床产品，并在设计中有效控制时间、成本和减少误操作，使识别系统更高效。识别部件和方式有多种［6］，巧妙地运用设计，防止和降低机床加工时的意外，可以大幅提升产品外观形象，提高操作效率，提升产品部分附加值和品牌形象。设计首先要理解析机床加工钢球的工艺流程，如图2所示。

图2 钢球机加工流程

工业设计在初级阶段，有关工业设计的产业发展策略大而泛，缺少针对性［7］，而产品改良设计，在不改动整体造型和生产工艺情况下，通过细化设计方案，充分体现高精度加工机械的内在品质。旧机床外观如图3所示。

图3 机床旧外观

归结起来，在设计过程中，根据项目对象的特点选择相关工艺。为避免大幅度增加加工成本，回避要用模具的造型设计，同时有利于快速加工并能保证设计的实现品质，选用了企业非常熟悉的成型手段，主要运用的是钣金折曲和电焊加工，新设计方案设计效果如图4所示。

机床色彩涂饰中定案使用箱体式设计，弃用色带式设计，让方案保证效果同时又有较高的工艺可行性；在LOGO铭牌的设计中，用不同材质和着色方法来反复测试丝网印刷等着色工艺方式，尝试硅胶粘接、钻孔铆接等连接方式。选择成本与效果比较均衡方法，铝合金表面蚀刻并填漆，用铆接方式固定到机床机体表面，决定这些的最直接原因是深入了解机床作业现场状态及环境，师傅操作并示范机床作业过程，同时提出自己的理解：机床机体内高温、高压、震动，油污也很重。所以铭牌的设计要注意在使用环境的耐用性和持久性。

另一方面，要考虑人的生理和心理特性，改进人机界面的设计给用户提供有利的操作条件，提高机器效率，减少劳动伤害和意外［8］，这体现在机床脚刹设计上用警示色彩设计，防止误操作，既有设计中的诉求也是生产实际的客观情况所决定，成品机床会展效果如图5所示。

图4 冷墩机设计效果图

图5 上海会展新设计成品机床展示

同时，由于是系列机床产品的设计，在设计中要提取造型要素、铭牌、标准配色、警示标识等一系列关键要素，以便于后期研球机和精研机机型的整体设计，使得机床系列产品设计具有基因统一、品质稳定的特点，用这种策略形成品牌效应，突出机床品牌及机床内在品质的外化。按照本思路，设计出系列中精研机加工机床产品造型外观，如图6所示。

图6 精研机产品效果图

5 结 论

（1）认识到现代机床PI系统设计的重要性，有意识在产品设计中采用统一规划加目标管理机制，充分理解企业阶段性需求，了解客户，倾听需求，同时要分析产品和市场的现状。

（2）设计师应该一开始就与工程师合作，与营销人员合作［9］，妥善处理好项目流程中不同环节的企业与客户需求，并使自身产品设计理念站在一定高度，保持在统一宏观规划的基础上推进整体设计工作。

（3）现代机床PI系统设计策略，应该从企业实际出发，根据企业的设计任务与要求，提炼企业机床设计DNA，结合其生产加工条件，制定规范的系统化标准。延续传承企业文化理念，提高企业创新力与企业形象，提升产品竞争力与附加值。

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