智能坐便器综合试验机的造型及结构设计

周述璋　李付乐

摘 要：作为工业设备的一种，智能坐便器综合试验机是针对智能马桶冲洗温度、坐圈温度、温升试验的检测设备。它的发展保障着我国智能马桶产品的安全质量。文章将从工业设计的角度，结合机械类工业品的设计特点，优化设计现有产品的造型及结构，提高其使用性能、设备的整体质量及使用人员的舒适感。

关键词：综合试验机；优化设计；造型及结构；舒适感

中图分类号：TS914.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0089-02

Abstract： As a kind of industrial equipment， the intelligent toilet compositive testing machine is a kind of testing equipment for intelligent toilet flushing temperature， seat temperature and temperature rise test. Its development guarantees the safety and quality of intelligent toilet in our country. From the point of view of industrial design， combined with the design characteristics of mechanical industrial products， the paper will optimize the design of the existing product shape and structure and improve its performance， the overall quality of the equipment and the comfort of the users.

Keywords： comprehensive testing machine； optimization design； modeling and structure； comfort

1 概述

制造业是中国经济的坚实基础，而工业制造发展的核心是设计，高质量工业的未来发展取决于发展之初的工业设计成果。[1]市面上现存的智能坐便器综合试验机普遍外观较为呆板，缺乏美感，在面对这样的市场现状，工业设计师应当利用人机、造型、材料与色彩等知识，对试验机产品的外观与结构进行改良设计，使产品更加方便使用，与企业的形象准确结合。

2 国内外相关研究现状

目前，我国针对试验机造型设计的研究尚不充足，但仍可以从类似的机床类产品的外观造型设计总结经验。机床的造型设计主要研究方向在于机床造型中结构、人机、材料及交互问题，是紧密结合造型美与设计构思的表达技巧的设计行为。在20世纪50年代现代主义风格流行开始，机床的外观设计多受到现代主义简洁、功能至上的影响，外观采用大量的长直线，辅以小的圆角造型设计，在满足产品功能性的前提下，避免了棱角分明的现象。[2]

试验机的造型设计与数控机床的造型设计类似，主要的造型设计工作是表面钣金件的分割分块设计。

3 试验机设计定位

3.1 试验机的造型设计定位

利用工业设计的综合知识，通过视觉元素带给人们更好的冲击，改善综合试验机外观，提高综合试验机造型的美观性。在满足产品结构功能的基础上，试验机的外观造型应重点突出整体性，尤其是线性应突出大量的直线，具有规则感与稳定感的同时应当凸显设备的科技感。在设备外观造型设计中运用企业文化中设计元素的提取与应用，例如企业标识的设计元素提取，企业的标志是一个企业识别性最直接的表达，将企业标识与试验机外观进行完美的结合，将代表着企业的形象与实力。

3.2 试验机的结构设计定位

试验机总体上分为上下两个部分，其工作区域的划分为左右对称性，分别为两个检测工位、一个显示屏以及两个储存柜。产品内部为检测管路结构，外部为全封闭式造型结构，检测工位的周围设计有旋转开启式的防护门；显示屏倾斜一定的角度，底部是设备的工作台；左右储存柜的开启方式为旋转开启式。设备的结构并不复杂，所以在进行具体的设计时，只需要考虑用户在使用设备时，结构是否合理，是否和造型可以相互匹配，发挥最大的工作效率，同时也要保证用户的使用安全。

3.3 试验机的人机设计定位

试验机设备的人机工程学应用主要包含显示屏设计、防护门设计、观察窗设计、以及把手设计。

显示器的设计应当遵循宜人性原则，显示器的设计决定着操作者接受信息、处理信息的准确度和效率。防护门的设计应当根据设备的结构，设计为左右两个单开门式的开启方式，为了方便用户的推拉，竖向的门把手更符合防护门的使用方式，也符合人机的要求，把手的宽度应与人手的尺寸相适应，高度应当取最佳把手控制区1054mm-1400mm。观察窗的高度应符合人机工程学中人站立的视高，同时屏幕的尺寸设计也要把握人的最佳视线，以水平方向15度和竖直方向25度为参考。[3]

4 试验机的造型及结构设计

4.1 試验机的造型设计

图1 RHINO数字建模图 图2 产品造型曲线提取

图1为设计方案的RHINO数字建模图，整个综合试验机的长度和高度分别约为2400mm和1900mm。为了考虑成本，整体不适合采用大的曲线，因此在保证产品的韵律感，并且不破坏产品整体线条的规则感的前提下，依附于正确的比例进行设计，将产品的屏幕及两个工作工位整合在一个弧面上。如图2所示，这条弧线将连接产品竖直方向上的直线，遵循产品的变化与均衡统一的原则。产品上半部分的背部板材设计中，辅以小的圆角设计，打破背部直线的呆板，增加产品的曲率，使产品不再呆板，并带给人易于使用、柔和的感觉。可将产品的整体造型设计思路总结为，以企业标识设计元素为主，主要采用逻辑严谨的直线进行分型，依靠产品的形态曲线，提取一部分来线条来进行进一步设计，让线条成为有理有据的存在。

4.2 试验机的结构设计

将显示屏与两个试验工位提前在一个平面上，同时为了增加设备的变化性，将该平面设计成为一个曲面。为了满足曲面上防护窗的开启，将两边防护窗设计成单开门，推拉式的开启方式。底部的板材件多采用拼接的方式，同时黑色的方形造型能够增加设备的稳定感。设备底端设计有万向轮，方便设备的移动和搬运。

4.3 试验机的色彩设计

人们对产品的第一印象往往是其视觉效果，而色彩无疑是最具视觉冲击力的表现形式。试验机的色彩搭配应当满足其主要的功能特点，因此选用科技感较强、较明快的蓝色搭配试验机的视窗，顶部外壳设计为乳白色，使人感觉轻巧精密，而顶部及面板前端的分型则设计为灰色，用于区分显示屏与整体、指示灯与主体的工作区域，底部储存箱和拉门则设计成黑色，体现产品的稳重感，上端与底部整体形成精巧与厚重的对比，突出产品的特点。设备前端的青蓝色金属装饰，合理的分割了设备上下的比例。

色彩设计的比例的划分、分布应相匹配，在不破坏主色的前提下，使产品整体的色彩效果层次分明，具有活泼感。[4]

4.4 试验机的材料选择与工艺分析

材料是制造试验机设备的物质基础，是满足功能要求，体现结构的基本要素。材料特性应当是产品设计过程中必须要熟练掌握与利用的，正确的发挥材料的特性，可以纠正产品当时存在的一些问题，甚至可以影响到用户的生理和心理上的使用体验。[5]

试验机作为轻量级的实验设备，其表面造型的主要部件采用不锈钢板材材料，这是由于不锈钢可以在有水的工作环境中，达到耐腐蚀的作用，其次不锈钢强度是镀锌板的2倍，因此非常安全可靠。工艺方面，主要采用钣金的分割，铸造等，表面板材从零件到最后的产品，需要经过剪切、冲压、折弯与焊接等方式连接。试验机防护窗的材料主要采用有机玻璃，由于有机玻璃具有高度透明性，在采用企业标识色作为玻璃色后，仍然有很高的透光度；并且有机玻璃的机械强度高，有一定的抗拉伸和冲击能力。防护窗加工的主要工艺是切割和铆接。最终，根据效果图的分色对不同的材质进行喷漆、抛光和LOGO印刷的表面处理工艺。

4.5 试验机的人机分析及尺寸设计

根据试验机设备的外观造型，为了与试验机正立面的轮廓线相匹配，将防护门设计成对称的、单开门、单侧推拉式的曲门造型，同时为了便于防护门的开启，在防护门上设计了内嵌式的把手，更适合小型试验机。把手高度为1500mm，较高于成年男性P95人站立时的肘高尺寸1096mm，符合人的合理工作区域。同时，防护门的宽高度也影响着操作的精度与机能，门打开后的操作空间必须大于人肩宽，一般而言，防护门的宽度应略大于检测工位的工作宽度。

身体不倾斜时，男性的手臂最大半径范围为R=720mm，最有利的抓握半径范围为R=600mm，因此最佳的操作高度H为1080mm～1370mm[6]。同时，为了满足在操作机试验机时能够灵活、方便与舒适，以更好进行人机对话，试验机显示屏的倾斜角度应当控制在10°-30°之间，不超过水平视野以外的30°-40°。

5 结束语

智能坐便器综合试验机的设计是将内在构件的工业科技与外在造型美学相结合，集成于工业设备外观造型与结构的设计。在设计过程中需要侧重于产品的功能性，外形、色彩以及质感等外部设计艺术都要依附于功能性，在满足功能的前提下，使用户感到舒适与便利，匹配人的心理与生理特征。

参考文献：

[1]何继江，曾国屏.灵狮模式：社会技术创新促进工业设计创新集群发展[J].科技进步与对策，2013：10-11.

[2]纪洁.数控机床造型設计分析[D].东北大学，2008：35-40.

[3]韩斐.工业机柜类产品造型设计与方法研究[D].东南大学，2010：36-38.

[4]朱琪琪，李文杰.色彩的意义及在工业设计中的应用[J].重庆科技学院学报，2008：8-12.

[5]张宝.基于视觉传达要素的制造装备人机优化设计方法研究[D].合肥工业大学，2015：32-34.

[6]刘桂芝，杨文亮.人机工程学原理在数控机床操纵机构中的应用与研究[J].机械制造与自动化，2017：15-17.