机械设备外观特征分析与设计

陈丽雪

摘 要：文章阐述了机械设备造型特征的定义，继而依据对国内外机械设备类产品的外观造型及其衍变趋势的分析，得出机械设备造型设计的方法，并通过实际案例，对机械设备造型特征提取设计方法进行验证，旨在为相关研究提供参考和指导，更好地发展我国机械产业。

旨在为机械设备外观设计决策提供参考。

关键词：机械制造业；设备外观造型设计；视觉美感；功能优先

在全球经济一体化深化背景下，机械制造行业蓬勃发展，技术逐渐成熟，市场竞争日益激烈，用户开始对工业设备的易用性、人机交互、人机工学及造型设计等提出更高的标准。但站在全球市场的角度审视我国工程机械设备行业，我国机械设备的外观造型设计发展较晚，整体水平与国际知名企业相比仍存在一定的差距，一些企业在产品研发过程中没有考虑到外观造型设计带来的视觉心理效应，从而忽略了对产品外观造型设计的研究与探索。针对上述不足，本文结合相关理论知识，就工程机械产品外观造型设计作简要分析和探讨。

1 机械设备造型特征的定义

造型是产品的三维空间形状，它由产品自身的点、线、面、体组成。特征是造型独特或显著地部分，它需要将造型元素的组织化和结构化，并能够作为标志性的、区别性的、可辨识的显著造型特征。造型元素并不一定是造型特征，但造型特征源于造型元素产品中的造型特征，它是指一个物品能够区别于其它物品的显著特点。

机械设备的造型特征包括对其本身造型表达有重大影响的点、线、面、体等元素。这些元素的大小、位置、比例可以对机械设备造型有一个基本的描述，并能够表达机械设备需要体现的功能信息、品牌信息、历史信息等。在机械设备造型设计的过程中，功能是需要优先考虑的要素，当造型设计与功能产生冲突时，应坚持功能优先的原则。机械设备整体造型特征基本由内部功能结构决定，局部以及细部的造型设计、修饰美化更能加强造型特征，两者相互影响和制约。因此，以造型特征作为研究机械设备造型的手段具有极高的可行性。

2 基于造型原则的机械设备造型趋势

机械设备的核心价值体现在其专属功能，功能得以实现的基础在于其内部功能结构组成，若一味追求美观而忽视内部结构组成就将失去进行造型设计的意义。因而机械设备生物内部结构组成确定其基础造型尺寸和比例，造型需要在此基础上完成。不同的成型工艺对产品的造型结构有着不同的要求，所得的外观造型也会大不相同。产品的造型设计必须满足生产工艺的要求，并且与生产设备、技术水平和成型方式相适应。

纵观国内外工程机械发展，国外机械设备品牌的制造工艺和工业设计水平领先于国内同行许多。经过几十年发展、几代设计师精心打造，机械设备已经摆脱了单调、冰冷、机械味十足的呆板面孔。在现代技术高度发展的情况下，出现了像德马吉、吉特曼、马扎克等追求简洁现代理念的企业。他们投入大量的人力物力财力在外观设计上，充分运用现代设计理念，打造了一台又一台经典的机械设备。这些机械设备比例匀称，造型优美，线条简练，配色富有变化，装饰设计也及其有设计感，给人精雕细琢的印象。

3 机械设备的常用造型特征提取

对大量国内外的优良机械设备外观造型进行分析研究，获取造型特征，总结机械设备外观的设计方法。其中包括设备外观的尺度与比例、对称与均衡，设备的安定与轻巧，设备外形的过渡与呼应。只有遵循美学原理以及当代的审美趋势去创造，才能塑造出产品“美”的形象。

3.1 比例与尺度

比例构成了事物之间以及事物整体与局部、局部与局部之间的匀称关系。产品造型时既要满足技术、功能上的需求，又要让受众在视觉上感到比例得当。世界上没有独一无二或一成不变的最佳比例。因而常用比例关系有黄金比例（1：1.618）、相加数级比例、平方根矩形、整数比例等。黄金分割法是最经典的造型比例，运用广泛；相加级数比的数字为整数；平方根矩形比率使设备的整体与局部、局部与局部之间，具有相似的比例关系，以获得统一调和之效果。整数比的比例关系简单，给人以条理清晰之感，适合现代机械设备生产的要求。尺度则是一种衡量标准，最常用的参照标准则是人体尺度，以达到产品与人的协调关系，符合人机交互学原理。

3.2 对称与均衡

对称是事物的结构性原理，如人的面部是一种左右的对称。机械设备造型常用对称的形式营造出稳定、安全、庄重的美感。由于观看者常将视觉停留在对称线上，这使设备给人以呆板、单调的感觉。均衡则是两个以上要素之间构成的均势状态，它强化了事物的整体统一性和安全感。均衡是依据支点表现出的力学和心理上的平衡方式。设备良好的均衡效果使设备具有生动、灵巧、轻快的特点，给人一种生动活泼和动态的感觉，表1所示。在运用均衡方式进行造型设计时，不仅要妥善处理该设备各部分形状及相对位置和大小，还要利用色彩、材质、表面装饰等进行配重，以此在大小、轻重、明暗或质地之间构建平衡感。在机械设备外观造型设计中，恰当地处理对称与均衡，能够获得良好的设计效果，使设备安全运行，并方便操作。

表1 对称与均衡的比较

3.3 安定与轻巧

安定是指在造型设计时，为了保持设备自身的稳定，在靠近地面的部分做得具有厚重感，设备重心越低越显得安定。物理安定指设备的中心满足设备在使用稳定安全的需求；视觉安定指设备在外部形态的视觉上给人稳定安全的感觉。在机械设备造型设计中，应做到物理安定与视觉安定两者兼顾。轻巧则与安定相反，它给人轻松、灵巧的视觉和心理感受。为了使设备显得轻巧，常用的处理方式有挖空、凹面，也可采用鲜亮的色彩和精细的表面处理或者提高重心等手段来获得轻巧效果。安定与轻巧是设备造型美的对立统一的两个方面，只有安定缺少轻巧的设备会显得笨重、呆板，而缺少安定而太过于轻巧的设备会给人轻浮的感觉。在设备外形设计中，妥善处理好安定与轻巧的关系尤为重要。

3.4 过渡与呼应

过渡是指设备的两个相邻形体采用逐渐演变的形式把两者联系起来，以获得调和一致的视觉和造型效果。例如两相邻面之间用平面或者曲面作为过渡，使设备显得更自然柔和。对机械设备进行外形设计时，要依据产品自身形体面的大小，选取合适的过渡圆弧和过渡平面。呼应是指在设备造型的对应部位，采用相同或相似的形、色、质等特点进行处理，使它们之间在造型、色彩、质感、大小等取得视觉效果的一致性，构成一个完整的整体，如刚柔相济、动静结合。这使得不同性质的形式要素联系在一起，整体造型取得和谐、统一、均衡和稳健的审美效果。

4 机械设备的常用造型特征运用实例

以机械设备精密离心机为对象，运用机械设备的常用造型特征对其进行造型设计。依据上文的方法，首先确定该设备的造型比例及尺度大小，造型比例及尺度都要受到内部功能模块制约的，同时也要受到操作者的生理尺度的影响规范。精密离心机是用于惯导加速度计校准的关键设备之一，把待检测（或校正）的加速度计放入设备中，通过模拟加速度计的实际工作环境来对加速度进行检测或校正。在电机驱动下，离心机工作平台（或转臂）绕回转轴线做旋转运动，当旋转角速度为w时，离心机在工作平台半径为R处的的向心加速度为a=w2R，该向心加速度就是离心机复现的标准加速度，图1为其内部功能模块的简化图。

内部功能结构件需要包覆在罩壳内部，精密离心机主体的罩壳是指除了门、观察窗、门把手之外的外观覆盖件，外观罩壳占整个离心机的比例最大，是设计的重要部分。对于这类回转体，以内部结构比例为基础，根据经验可以采取整体对称设计的手法。首先设计出初步的对称模型见图7。

造型显然过于安定和对称，让人觉得枯燥而呆板，缺乏设计感和现代感，因而需要经过安定到轻巧的演变，见图2。

为了使离心机的造型更加和谐统一，再进行进一步过渡与呼应，见图3。

数据采集箱占整个精密离心机的比例大，是造型的重要部分。设计过程中，应充分考虑其与离心机主体的位置和大小关系，满足对稳定性的要求。而且，由于要对其进行检修，数据采集箱的造型设计中要有方便拆卸的结构。根据其内部结构特点，其造型可以参考讲桌、台灯等。数据采集箱的整体造型风格应与离心机主体保持一致，使整个离心机外观造型和谐统一。在造型设计中，要妥善处理好安定与轻巧的造型法则，避免过渡追求稳定形成厚重、呆板的形象，也要防止过于追求轻巧使设备显得单薄和轻浮。

5 结语

总之，任何一项成功的设计都离不开相应的程序，这要求设计者在进行工程机械产品外观造型设计时，必须充分掌握相关理论基础，坚持功能优先的原则，明确设计目的及作业环境，选择科学、合理的设计方法，科学地将技术与艺术相结合，提高外观设计合理性，使产品外观设计更符合规律，达到设计目的。文章提出了符合当今一般审美的机械设备产品外观造型设计方法，将此方法运用到机械设备的造型设计中，在保障设备功能发挥的基础上，对提高机械设备产品整体造型的设计感，满足产品使用者的审美需要，提高产品企业的识别性，在同类产品中脱引而出都具有重要意义，具有一定的指导价值。

参考文献

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