列车座椅毕业设计.doc

第1章 绪论1.1 课题背景虽然建国以来，人民的生活水平得到了极大的提高，但我国地域广阔, 人口众多，百姓的经济收入普遍还不宽裕, 在相当长的一段时间内,普通客车仍将是广大人民群众出门远行的主要交通工具。普通列车是历史最悠久，最大众化的车种，从干线大车站到乡间支线小站都有其服务的身影，保证了旅客最大程度的乘坐区间需求，因此，普通列车有其存在的重要性和必要性。但是由于普通列车自身的成本状况以及铁路部门的运营模式，针对中低成本的普通列车基本处于半放弃状态，只有服务口号，却没有行动来改变相关的硬性配套设施，使得车厢内部超员问题极其严重，各方面相关服务也很难到位，老百姓面临的是一个出门难，乘车更是不方便的苦恼。导致这些问题的最根本原因在于中国人口众多的现状以及城乡二元结构发展不均衡，外出务工现象较为普遍，逢年过节乡土情深等特点。许多发达国家对于列车内部空间的研究起步较早，在列车的空间合理性、舒适性研究与设计方面有着较为突出的成果。其中，列车座椅这一与旅客乘坐舒适性密切相关的课题更是被作为重点进行了设计改进。而我国直至近几年才开始逐渐在一些旅游专线或者豪华专列上加强了这方面的设计与研究，其目的也只是为了少数群体的需求而开展。而中低成本的列车却具有极其广大的用户群，这样就造成了用户需求与列车相关设施之间的断层。因此，针对列车硬座座位进行改良设计是具有现实意义的课题，它将为广大人民群众的生活带来极大方便，改变过去我国乘客在结束长途车旅行之后的腰酸背痛状况,提高乘客整个乘车过程中的舒适度，同时，也将推动我国铁路事业的发展。1.2 课题来源不久前，一名经常坐列车的网友，在国内某知名论坛上，发表了题为列车硬座，最愚蠢、最没人性的设计的帖子，几天内引来近7000人次的点击量，不少人顶贴表示有同感1。帖子上说，列车硬座座椅靠背设计的不合理是造成旅客旅途劳累的罪魁祸首硬座靠背几乎成直角，不符合人体特征；靠背高度高于普通人的上身，使人无法后仰。一时间 ，我国列车硬座座位的舒适性引起了各方的广泛关注，羊城晚报、东方今报、中国青年报等报纸纷纷对此事进行了相关报导。中国青年报上指出：近年来，铁路部门不断改善着包括d字头列车在内的高档铁路客运服务质量，同时也不应忽略对普通列车及旅客的服务质量的提升。是任由当前旅客乘坐直角座椅的现象一直继续下去，还是顺应民意要求进行人性化改造，实际上是一个国有企业应当唯经济利益至上，还是应在合理获取经济利益的同时强化以人为本的问题。只要后一种思路被认为是国有企业应当秉承的理念，铁路部门就应当能够做出正确的选择。而且，在以人为本理念日益唱响的今天，铁路部门不断提升对于大多数旅客的服务质量，不断提升自身服务的人性化程度，也是公众有权提出的要求。就此而言，列车硬座座椅理应能够获得人性化设置的空间2。长期以来, 我国铁路普通硬座客车都是采用90靠背的座椅。座椅作为长途交通工具的基础设备, 应该满足乘客在旅途中的基本休息要求。可是, 目前90靠背的座椅是不能达到这一要求的。随着国家经济建设的发展和人民生活水平的提高，乘客们开始重视列车座椅的乘坐舒适性，与此同时，改善客运乘坐环境和条件也正受到铁路客运部门的关心和重视，在这样的背景下，我选择了“列车硬座座椅设计”作为我此次毕业设计的题目，希望能运用人机工程学、设计心理学等方面的知识设计出一款更舒适、更人性化的列车硬座座椅，让乘坐列车的旅客特别是旅程较长的旅客感觉更加舒适。1.3 列车座椅发展综述1.3.1列车座椅国内外的发展概况从1825年george stephenson 发明列车开始3，给人类的交通运输带来了翻天覆地的变化。铁路的发展极大程度上缩短了地域上的距离，给乘客带来了时间上的便利。在这近两百年的时间内，列车座椅随着铁路事业的发展也在不断地发生着变化。任何事物的演变都会受到当时生活背景与审美背景的影响，列车车厢的演变亦然，而列车座椅就是在这样的情况之下随着列车车厢一起发展变化着。从最早的马拉车为主要交通工具开始，车厢的出现不可避免的受到其形式的影响，采用木质的外壳，简陋的空间设置并逐渐成为马车的替代品，服务于货运与客运(图1-1) 4。图1-1 早期硬座车厢随着科技的进步，交通工具的发展愈演愈烈，金属材料的使用，加强了车厢箱体的牢固性，保证了行车的安全性；电气化的荧光灯具的照明，保证了夜间载客行驶的合理性和便利性。19世纪末汽车的发明逐渐使内饰设计真正成为一门研究的学科，相关的人机工程学、设计心理学、环境美学等也开始日渐成熟，并使其必然的影响和指导了列车车厢内部空间与相关设施的设计与发展（图1-2）。图1-2 硬座和车厢20世纪中叶，铁路客车面临着来自航空和公路运输行业的双重竞争压力而举步维艰，甚至被看作成为“夕阳产业”。但是随着20世纪60年代世界铁路电气化建设的开展，各种新技术新材料的应用为铁路运输的竞争力提供了有利的支持。到20世纪80年代，随着日本、法国、德国等国家铁路客车的安全提速，使客车迎来了内饰设施体系人性化设计的广阔前景。而从20世纪90年代后期开始，行驶时速超过200公里以上的高速列车逐渐运行在日本、德国、法国、美国、瑞典、西班牙等发达国家5。其中日、德、法三国成为了当今世界铁路技术水平最高的国家，并逐渐形成日本新干线（如图1-3所示），德国ice(iniercityexpress)，法国tgv(tra州 agrandevitesse)列车发展模式，其座椅无论从造型的设计、材料的选择、色彩的搭配上都展现出与众不同，独树一帜的设计风格。图1-3 日本新干线500系列车及其内饰1.3.2 我国列车座椅的现状与发展1. 我国列车座椅的现状座椅作为硬座车厢最基础也是最重要的设施部件，直接支撑起人体乘坐,同时还起到缓和人与车厢之间的振动的作用，其设计的优良直接影响到乘客出行感受。我国25型客车硬座车厢座椅在1993年投入使用以来经过了数次改良设计,但仍未能很好的满足乘客长时间旅行对于乘坐舒适性的高要求,究其原因在于没有充分地发挥出座椅造型与功能需求相适应，具体表现在座椅人机工程方面考虑的不成熟、不深入，因此未能达到预期效果6。其中最明显的例子就是：一直到现在，我国的列车硬座座椅仍在采用90靠背座椅。2. 我国列车座椅的发展列车上的座椅直接关系到旅客乘坐的舒适度。我国铁路客车上座椅从木腿木椅，到铁腿人造革蒙面椅，后又采用玻璃钢座椅。可躺式座椅最早用于北京至上海的2122次列车上，但乘坐时间长，旅客还是觉得不舒适，又恢复了卧铺车。之后在准高速一等车和高质空调车上采用了可躺式座椅，在“九五”期间一些新研制的动车组的一等车上普遍采用了可躺式座椅7。目前我国列车座椅设计较为优秀的应属动车组内设置的座椅了，在设计中除了参考国外优秀的列车座椅，国内动车组座椅也是一个很好的学习对象。动车组的座椅全部为软座，可以随意调节宽度和斜度，只要轻踩椅子下面的踏板，座椅就能旋转掉头，使旅客面对的方向始终与列车运行方向保持一致，避免列车在快速运行时，旅客出现头晕现象。座椅扶手内配备了可折叠的茶几，便于书写或放置东西。优秀的行为水平的设计应该是以人为中心的，把重点放在理解和满足真实使用产品的人的需要上8，动车组座椅的设计就很好地做到了这一点，而反观我国的列车硬座座椅就不那么人性化了。第2章 产品的资料收集和分析2.1 产品调查2.1.1列车硬座座椅的结构列车硬座座椅主要由坐垫、靠背、支架、蒙皮、支座组成（图2-1）。图2-1列车硬座座椅的结构2.1.2 列车硬座座椅的材料蒙皮材料：我国列车硬座主要采用人造革和各类织物（图2-2）作为蒙皮。 早期的硬座座椅采用的是人造革，后来它逐渐被轻薄透气、方便换洗、价格便宜的织物面料所取代。图2-2 列车硬座座椅面套材料坐垫和靠背材料：坐垫、靠背主要由泡沫和骨架组成（图2-3）。我国硬座座椅骨架早期是木制的，后来发展成钢材和木材的复合材料。图2-3 列车硬座座椅泡沫与骨架2.1.3 典型普通列车上的硬座下面是我针对几种普通列车的硬座车厢进行的调查，以此来了解我国列车硬座的大致情况。1慢车北京到上海的1461次慢车的硬座车厢（图2-3）其座椅仍在采用人造革作为面套，这种材质的透气性不好，再加上这趟列车没有空调，车厢内空气流通性差，平时都会觉得闷热，就更别提炎热的夏季了，总会感觉背部汗涔涔的。再者，其靠背虽略有曲线，但是很小，靠背与坐面基本呈直角，且其高度对于成年男性来说都有点过高了，就更不用说身材较娇小的女性了。图2-3 1461次慢车硬座车厢2普快列车周口到广州的2507次普快列车的硬座车厢（图2-4）同1461次列车一样，其座椅面套采用的也是人造革，靠背甚至比1461次列车的更差，完全是直角式靠背，一点曲线也没有，像这样的列车座椅现在已经被淘汰了一部分了，余下的部分也将逐渐被淘汰更新。图2-5 2507次普快列车硬座车厢3空调快速列车厦门到西安的k241次空调快速列车的硬座车厢（图2-6）与之前的慢车和普快列车相比，它的座椅在设计上更为合理。首先，靠背设计了腰靠，其曲线更符合人在坐姿状态下的背部曲线，能减轻腰部的负担；其次，它采用织物面料作为面套，这不仅提高了座椅的透气性，还方便换洗。图2-6 k241次空调列车的硬座车厢4新空调特快列车从南京西开往北京的t66次新空调特快列车的硬座车厢（图2-7）不难看出，特快列车的座椅无论在外形上，还是在面套的质量与颜色选择上都比之前介绍的几种列车上的座椅要好些。图2-7 t66次新空调特快列车的硬座车厢2.2 普通列车乘客调查2.2.1 乘客调查根据中国铁道科学研究院关于京沪线铁路客流分析显示9。1旅行目的和旅客职业关系就旅行目的而言，目前在京沪线出行的旅客中，出差的客流最多，占46.25%；其次是旅游、探亲、做生意的客流，分别为12.64%、11.38%、8.92%（见表1-1）。就旅客职业而言，企业管理人员最多，占22.60%；其次是科技人员、经商人员，分别占17.62%、14.28%。在出差(46.25%)的客流中，企业管理人员和科技人员最多(分别占 16.06%，2.04%)；而在旅游的客流中，主要是工人、企业管理人员、科技人员以及学生。可见京沪线的客流层次较高，大部分为出差的企业管理人员和科技人员，其次是旅游的乘客和做生意的经商人员，这些旅客的自身素质较高。表2-1 旅行目的和旅客职业关系（%）出差参观采购学习探亲旅游生意打工其他合计行政人员5.131.260.070.450.451.120.150.000.158.77企管人员16.060.890.370.821.261.860.890.070.3722.60科技人员12.041.040.001.121.191.860.150.150.0717.62工人4.830.300.220.592.232.530.150.370.3011.52军人2.680.000.000.672.080.370.000.000.306.10经商人员4.310.301.410.070.670.826.620.000.306.10农民0.000.070.000.000.670.300.451.490.0714.28学生0.150.070.003.870.821.860.070.150.527.51离退休人员0.450.150.000.001.780.890.000.000.153.42其他0.590.220.150.150.221.040.451.640.675.13合计46.254.312.337.7311.3812.648.923.872.68100.02旅客年龄和旅行目的的关系在出行的客流中，年龄在20岁-30岁间的旅客所占比例最大，为37.25%（见表2-2）；其次是30岁-4o岁、40岁-50岁的旅客，分别占29.63%，16.49%；而60岁以上和小于20岁的旅客所占比例最少，为3.81%和3.58%。表2-2 年龄和旅行目的关系表(%)小20岁20-30岁30-40岁40-50岁50-60岁60岁上合计出差0.1614.2315.719.725.991.0946.89参观0.001.011.401.240.700.164.51采购0.000.780.930.540.160.002.41学习1.244.201.790.390.230.007.85探亲0.394.592.641.241.401.4011.66旅游1.175.832.411.010.471.0111.90做生意0.003.502.801.870.230.008.40打工0.391.871.240.160.000.003.65其他0.231.240.700.310.080.162.72合计3.5837.2529.6316.499.253.81100.00在20岁-30岁(37.25%)的客流中，主要是出差的旅客，占了14.23%；其次是旅游、探亲、学习实习的旅客，分别占5.83%，4.59%， 4.20%。在30-40岁、40-50岁的客流中，仍然是出差的旅客占了绝大部分，其次是做生意、探亲的客流。可见，京沪线的客流年龄集中在20岁-50岁间，特别是20岁-30岁的旅客最多，而且大部分是工作需要出差的旅客。由于20岁-4o岁的中青年旅客生活节奏快，生活方式多样，其中旅游、做生意以及打工的旅客比重也相对较大。因此，我们可以看出，普通列车的用户主要是经常出差的公司职员、出门打工的人、学生和旅游探亲的人。2.2.2 乘客需求经济的发展，生活的改善，使得人们已经不仅仅只满足于简单在衣食住行，他们想穿得漂亮，吃得健康，住得宽敞，行得舒服。但是我国现在的列车硬座座椅却不能满足人们对于乘座舒适性的要求，针对这个问题我对经常乘坐火车的乘客进行了调查，得到以下建议。在火车座椅结构上他们希望座椅的靠背能再向后仰一些，因为长时间坐立会让腰部感觉疼痛，如果能向后仰就会将一部分的力分担到后背，让腰部得到休息。头靠的位置也往后仰而不是向前，因为做长途车在车上睡觉是很常见的事，向后仰一点的头靠可以让头部的位置比较固定，不会前后左右晃。希望座椅的高度能矮一点，长时间坐火车经常都会有腿肿的情况，座椅矮一些会舒服些。2.3 列车硬座的未来发展趋势我国的列车硬座将朝着舒适化、人性化的方向发展10。随着技术发展，社会进步，人们在乘坐列车时不仅要求安全可靠，快速高效，而且也追求舒适性，座椅就是满足这一追求的关键性部件。座椅的舒适性主要由其结构和材料来决定。座椅的结构不仅要美观大方，其几何参数也应合理，能很好地保持脊柱正常的生理弯曲、合理的体压分布，从而保持全身肌肉放松及血液正常循环，以减少疲劳；此外，合理地使用材料也能提高座椅的舒适性，如座椅坐垫的发泡材料能使座椅软硬适中，座椅面套的材料纹理更美观、透气性更好。未来的列车座椅应该更人性化。产品的人性化设计能给人们带来趣味性和娱乐性，能满足消费者精神文化的需求，产品结构的人性化设计让人们的生活更加舒适。现在飞机上、客车上、动车组列车上的座椅都能调节靠背角度，虽然受我国当前国情限制，我国的列车硬座座椅不能在短期内实现靠背的可调节，但这是一种必然趋势。第3章 产品设计3.1 现有产品缺点分析经过前一段时间的市场调研，乘客调查、及对现有列车硬座多方面的了解，我现在对列车硬座的情况已经有了一个基本的了解。如图3-1所示的是开往沈阳的普快列车上的硬座座椅，其设计极不合理，现在这种座椅正逐渐被淘汰。图3-2所示的是现在我国普通列车上最常 图3-1 去沈阳的普快列车 图3-2 去武汉的特快列车见的硬座座椅。针对这种硬座座椅，我做了较细致的调查，并发现了它存的一些不足之处（图3-3），现总结如下：（1）我国硬座车厢时常超员，座椅相对来说太少；（2）靠背设计不合理；首先，虽然有些座椅在设计时考虑到了腰靠，但是其高度却偏低了，没能很好地发挥作用不说，还把人的身体向前推去，背部腰以上的地方也不能很好地靠在靠背上，不能保持良好的坐姿，压力不能均匀地分布于椎间盘上，肌肉组织上承受的静负荷不均匀，使乘客产生腰部酸痛、疲劳等不不适感；其次，座椅的头靠向前倾，头无法后仰，导致颈椎不适。（3）座椅与茶桌没有形成一比一配置；（4）座椅面套的颜色太过杂乱，其头靠处的套布颜色多为白色，不耐脏；为了装套方便，面套缝制过于宽松，不能很好地固定在座位上，坐在上面的人很容易向前滑动；（5）现在的硬座座椅座面高度在444左右，对于大多数乘客来说这个高度有点偏高了；（6）坐垫每一处的高度、填充的泡沫的厚度都是相同的，不符合坐垫设计的压力分布不均匀原则，坐一会儿就感觉很不舒服了。图3-3 列车硬座现状3.2 产品设计定位3.2.1 使用对象列车硬座的乘客主要是农民工、学生、探亲访友的人、工作需要出差的人等，他们的年龄集中在20-50岁之间。3.2.2 功能定位1.供旅客休息提供给旅客休息，列车座椅最基本的功能，最重要的功能。2缓解超员时站票旅客的痛苦我国列车超员现象严重11，特别是在节假日，为此我将设计一款有临时应急座椅的列车座椅，尽可能是地缓解超员时站票旅客的痛苦，让他们也能坐下来歇歇脚，该功能是本次设计的创新点之一。3座椅与茶桌实现等额配置我国硬座车厢内的座椅采用的是四、六人对坐的安排方式，但左右两边的茶桌大小一样，其长度只比一个座椅的宽度长一点，没有实现一人一桌的配置，我将在这次设计中解决这个问题。3.2.3 造型定位出于使用环境特殊性的考虑，硬座座椅造型上力求简洁大方。3.2.4 结构定位列车座椅应该标准化、模块化，可拆卸组装，便于维修与更新。3.2.5 色彩定位列车座椅的色彩主要是靠面套来表现的，为使其与列车内环境相协调，应选择素雅大方的颜色；此外，由于拿放行礼和别的一些原因，面套很容易脏，所以它的颜色要耐脏，不能太过鲜艳。3.2.6 材料定位因为是大批量生产，所以列车硬座座椅的材料应常见、易于加工、价格也不太昂贵，另外还应符合安全、耐用等特点。3.3列车座椅人机工程学分析座椅要在运动车厢中满足人体乘坐舒适性，必须有效克服座椅振动和保持人体坐姿受力平衡，这是优良设计的前提和关键12。3.3.1 座椅设计的人机因素从人机工程学的角度来看，影响座椅设计的主要因素有：人体的坐姿状态、坐姿受力和坐姿尺寸三个方面，座椅设计不能良好的解决这些因素是产生乘坐疲劳和疼痛的缘由13。1坐姿状态乘客处于坐姿状态时,支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷,同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。从图3 - 4可以看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力,为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态,列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。正常的人体腰曲是微微前突的,为使坐姿下的腰曲变形最小,座椅应在腰椎部提供支撑。无腰靠或腰靠不明显将会使正常的腰椎呈后突形状,腰靠过分凸出将使腰椎呈前突形状(图3 - 4) 。腰椎后突和过分前突都是非正常状态,因此现代客车座椅设计中常常在人体坐姿状态下的第4-5腰椎位置高度处设置形状合理的座椅腰靠弧面,在5-6胸椎位置高度处设置肩靠曲形,同时在人体颈后配备座椅头枕,在维持正常的椎曲形状的同时能有效防止列车紧急刹车或突然加速启动时可能造成的乘客脊椎伤害14。图3-4 脊柱和不同姿势下的腰椎曲度2坐姿受力人体脊椎骨是依靠其附近的肌肉和腱连接的,一旦脊椎偏离自然状态,肌腱组织就会受到相互压力(拉或压)的作用,使肌肉活动度增加导致疲劳酸痛。当乘客处于挺直坐姿时,腰椎前向拉直而使肌肉组织紧张受力;当躯干前倾时,相邻两椎骨的间距发生改变,前端间隙缩小,后端间隙增大,椎骨前端间隙受推挤和摩擦迫使它像韧带作用推力从而引起引起腰酸,即使乘客以桌面作为前倾时手臂的支撑,也不能降低背上方和肩部肌肉活动度,长时间依靠手臂辅助支撑上身会引起背肩部肌肉酸胀,这就是为什么人在坐姿状态下趴在桌面睡觉醒来时手臂与上身发麻的原因。此时只有提供合理曲度的靠背支撑腰椎的压力,才能缓解韧带拉伸和肌肉组织受力,使腰部舒适。人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨,称为坐骨结节,能比周围肌肉承受更大的压力15。当座面呈水平状态时,两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置未受压迫,当座面呈凹形状态时,会迫使股骨向上转移而造成髋部肌肉承受反常压力,人体会下意识涌动臀部或者求助肘部和肩部分散受力,从而引起不适。这也是为什么座椅不能一味求软造成座面凹陷的原因。同时过软的座面使腿部压力过大,影响了大腿血液循环和神经传导而感到不适。医学论证显示,座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计,即在坐骨处压力最大,向四周逐渐减小,至大腿部位时压力将至最低。图3 - 5是较为理想的座垫体压分布曲线,其中各封闭曲线为等压力线,所标数字的压力单位为kpa16。图3-5 体压分布曲线3坐姿尺寸在坐姿状态下,乘客的身体重量主要由座面来承担,另一些则传递给了靠背、扶手、地板或桌面等受力支撑物,因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据17。与列车硬座座椅设计相关的人体测量主要尺寸:（1）座面座高是座面至地面的垂直距离。列车硬座车厢的乘客主要是年龄在20-50岁之间的成年人，在设计应参考这部分人的身体尺寸。表3-1为我国成年人坐姿人体尺寸18。人体小腿加足高的平均高度为：男性为410mm，女性为385mm，加上鞋底厚度20mm，即男女分别为430mm和405mm，而座垫面的高度稍小于此尺寸有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷19，在此我选择座面高度为410mm。而座宽即单人座面的左右距离,必须满足臀部横宽所需要的尺度,一般座宽500mm左右即可符合要求。座面深即座面的前后距离,应能保证臀部能够得到全部支撑,其深度相当于臀部至腿部漆关节全长的3 /4,约为400-450mm。座面后端可略向下倾斜5左右。表2-4 坐姿人体尺寸 年龄分组百分位数男（18-60岁）女（18-55岁） 数据（mm）项目1510509095991510509095993.1 坐高8368588709089479589797898098198558919019203.2坐姿颈椎点高5996156246576917017195635795876176486576753.3坐姿眼高7297497617988368478686786957047397737838033.4 坐姿肩高5395575665986316416595045185265565855946093.5坐姿肘高2142282352362632912983122012152232512772993.6坐姿大腿厚1031121161301461511601071131171301461511603.7坐姿膝高4414564614935235325494104244314584854935073.8 小腿加足高3723833894134394484633313423503823994054173.9坐深4074214294574864945103884014084334614694853.10臀膝距4995155245545855956134844955025295615705873.11坐姿下肢8929219379921046106310968268518659129609751005（2）靠背靠背一般由肩靠、腰靠及头枕三部分组成,肩靠高度应达到肩胛下角位置,离座面高度为500650之间,腰靠离座面高度为200260mm之间。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力,其离座面高度约在700mm左右。靠背整体高度为850950mm之间。座面与靠背夹角是使人体腹部与大腿之间的血管不受压迫、血流畅通的必要条件,正常状态下座面与靠背夹角多为115的钝角状态,可调节范围是105135, (如图3 -6所示)以满足坐姿时人体躯干与大腿舒适20。图3-6 靠背与座面角度综上所述，普通列车硬座座椅设计几何参数推荐值如表3-2。表3-2 普通列车硬座座椅设计参数参数名称参数值座高410mm座宽430mm座深400mm靠背高780mm靠背宽430mm第4章 产品设计实现4.1 设计草图草图是设计者创意来源的一部分，也是设计者用以交流的一种方式，它能很清楚地表达设计者整个设计产生的过程，在一定程度上避免了设计上的盲目性21。以下是我从众多草图中挑选出来的六幅草图，经过一番分析比较，从中确定我的最终设计方案。1草图一说明草图一（图4-1）是我从长途客车上获得灵感为列车车厢设计的硬座座椅，其设计很人性化。这款座椅采用单向斜靠式的设计，靠背后有折叠桌,不用的时候就收起来,这样的设计能提供给乘客更大的休息空间,让旅客更舒适。座椅后下方有一个装有一次性拖鞋的盒子，乘客在列车上可以换拖鞋。盒盖合上后就成了一个脚踏，供乘客放置脚。针对火车超员问题，我设计的抽拉形式的临时列车座椅，让部分站票旅客也能坐下来休息一下。靠背后有一网状袋，里面放置着塑料袋，乘客可以将垃圾扔在里面等待列车员收拾，这有利于保持车厢内的清洁。图4-1 方案12草图二说明草图二（图4-2）是我对列车硬座座椅的第二个设计方案。这个方案主要强调的是列车座椅外形的美观与颜色的搭配。方案中的列车座椅采用红白两色这样经典而美观的搭配，打破了传统列车座椅给人的严肃刻板的印象。图4-2 方案二3草图三说明这款列车硬座座椅（图4-3）的设计亮点在于它的头靠部位是可以转动调节角度的。同时，它还继承了方案一的优点，有折叠桌的设计和抽拉式的临时座椅。靠背后面下方多出了一块，方便后排的人把脚搁在上面休息。图4-3 方案三4草图四说明方案四（图4-4）同样有临时座椅的设计，除此外它还有一个创新之处：靠背分为若干个小块，它们可在由钢材制成的座椅骨架上进行了一定范围的滑动，以此来调节头靠、肩靠、腰靠的位置，使乘客更加舒适，同时也增加了座椅的趣味性。图4-4 方案四5草图五说明方案五（图4-5）在外观上与现在的列车硬座座椅并无太大区别，主要是针对座椅人机方面应用的不合理来进行改进。在经过一番调查研究后，了解到现在的列车硬座座椅其靠背过直，曲线不合理；座面高度过高，使人体小腿静肌负荷，腿部不适等，针对这些问题我设计了这款更符合人机工更舒适的列车硬座座椅。图4-5 方案五6草图六说明上面的几个方案的列车座椅其临时座椅的结构要么是抽拉，要么是折叠，方案六（图4-6）针对临时座椅的结构进行了创新。临时座椅在不用的时候隐藏在靠背中，当有需要的时候就可以将其拉出，并旋转向下到与列车硬座同高时被固定住。图4-6 方案六以上六种方案各有特点，经过一番对于可行性的分析比较之后，我选定方案五为我的最终方案。4.2草模制作在产品设计过程中，工业设计师必须协调产品与人、产品与环境、产品与文化、产品与经济效益等诸多系统的关系，才能设计出实用、经济、美观、安全舒适、绿色环保的新产品。随着数字技术的不断更新，年青的工业设计师越来越依赖数字设备进行结构设计和模型制作。在抽象的数字和虚拟的产品形态转换中，缺少了人对形态的真实感受，设计出来的产品自然有很多不合理的地方。因此，工业设计师在享受新的设计技术、取得设计高效率的同时，不能忽视设计的根本使命，必须正视传统设计手法的合理性。在产品结构设计阶段，传统的草模型制作既是协调设计师理性与感性、视觉与触觉矛盾的必要手段，又是降低设计成本的重要途径22。下面是我制作草模的过程(图4-7)：图4-7 草模制作过程运用粘土、刀、直尺等材料和工具，我按1：5的比例制作了草模。泥模的制作使我更好地理解了列车座椅的造型和尺寸，对设计中不合理的地方进行改进。4.3 效果图效果图是设计师忠实而完整地将三维空间的产品以最经济、迅速的方法展现在二维画面上，使人们对产品的外观、设计特点、功能甚至结构都一目了然23的一种手段。效果图的实现方式很多，在本次设计中我选择用3dmax8建模渲染出效果图。图4-8 效果图4.4 配色方案列车座椅的配色主要是通过座椅面套来决定的，以下是我选择的四种不同花色的面料，我将从中选出一个作为我配色的最终方案。1.配色方案一此配色方案主题为“蓝印花”。蓝色的适用性非常高，既适合在浅色的纯色调里做点缀，也适合大面积使用，不会使人觉得突兀。本方案采用蓝印花布作为面套，蓝印花带有一种田园休闲气息，给人以宁静舒适的感觉，非常适合用在列车上，有助于旅客在嘈杂的车厢内放松心情（图4-9）。图4-9 配色方案一2.配色方案二此配色方案的主题为“褐色情缘”，方案采用褐色与玫瑰米色的组合，褐色有土地的温暖踏实感，玫瑰米色则有素净亲近之感，能让人联想到传统、具有古典风格的、干练的感觉。让人联想到晚秋到冬天的氛围。这两种近似的颜色组合在一起，能让人产生温暖平和的感觉，使车厢内的气氛和谐融洽（图4-10）。图4-10 配色方案二3.配色方案三此配色方案的主题为“理性的条纹”，采用不同明度的蓝色条纹的绒布，给人一种简洁素雅的感觉，让人的心绪变得宁静。素净的视觉效果与温暖的质感的绝佳搭配，冲淡了人们旅途中的疲劳（图4-11）。图4-14 配色方案三4.配色方案四此款配色方案的主题为“俏皮的圆点”，此方案采用了带有圆点图案的素色面料，不同大小的圆点图案给人较强的视觉冲击力，一改以前列车座椅给人的沉闷感，使旅途中原本疲惫的心充满了青春与活力，不再疲惫（图4-15）。图4-15 配色方案四4.5 爆炸图为了更好的了解产品的外形及内部结构，我做了列车硬座座椅的爆炸结构图（图4-16），这样可以更加直观的看到产品的内部结构及各部件间的连接关系。图4-16 爆炸图46 尺寸图设计方案最终确定后，就应该开始绘制产品尺寸图了。一般较为简单的尺寸图，只需按正投影法绘制出产品的主视图、俯视图、左视图（或右视图）即可。尺寸图为工程结构设计提供了依据，也是对外观造型的控制，所有进一步的设计都要以此为基准。针对我设计的列车硬座座椅的抽拉式临时座椅，我分别绘制了座椅的尺寸图（图4-17），临时应急座椅的尺寸图及其拉出时与对应坐垫的位置示意图（图4-18）。图4-17座椅尺寸图图4-18 临时座椅尺寸图47 展示模型制作通过模型可以使所设计的产品更直观地展现在设计师面前，便于发现设计中存在的不足与缺陷，延展设计师们的创想；便于工程师们发现产品结构中存在的工程、工艺问题，提出解决方案，优化产品结构及功能；模型还可作为产品模具生产的参照，使模具制造更准确、更快捷，缩短开发周期，为产品抢占市场赢得先机。制作模型常用的材料有油泥、abs、有机玻璃、玻璃钢等。随着快速成型和烧结技术的应用，纸材、聚碳酸酯、尼龙、金属、存真塑料等材料也加入到模型样机的制作中。我选择的模型制作的材料是abs、海绵、布、螺钉等工具：尺子、丙酮、锉、针线等。模型比例：1：5。模型制作过程：我首先制作的是列车硬座座椅的支座（图4-19），其次是支座上面的坐垫与靠背骨架（图4-20），然后把靠背与支座连接（图4-21），接下来为靠背加上填充物并缝制完成（图4-22），下一步做支架，最后把所有部件组装在一起（图4-23）。图4-19 支座图4-20 坐垫和靠背骨架图4-21 连接靠背与支座图4-22 靠背完成图4-23 座椅完成第5章 设计评价设计评价的意义在于自觉控制设计过程，把握设计方向，以科学的分析而不是主观的感觉来评定设计方案，为设计者提供评判设计构思等的依据。我在进行列车硬座的设计时要考虑的具体因素很多，下面我主要对几个方面进行设计评价24。1. 产品的功能产品的功能是产品设计的主要目的，也是工业产品与消费者之间的最基本的关系。通过调查研究列车乘客对于列车座椅的功能需求，我选择设计一款带在临时座位的人性化列车硬座座椅，它能在一定程度上缓解站票乘客的痛苦。2. 人机关系座椅的各部分尺寸是否合理，是否满足人体工程学的要求，直接影响了座椅的舒适性。目前的列车硬座座椅在人机有关系方面存在着一些不足， 如靠背的线条不合理、座椅面偏高等问题，针对这些问题我都进行了改进，座面由原来的444mm改为现在的410mm，靠背的曲线也更合理，把原来偏低的腰靠部分向上提了一点距离，使腰靠真正产生作用。经过改进，列车硬座座椅舒适度有了提高。3. 产品的结构列车上的座椅各部件间实现了标准化、模块化，可拆卸组装，便于维修与更新，这样就大大降低了产品维修成本。临时应急座椅采用抽拉结构，不用将其隐藏在坐垫下，需要时再拉出，座椅虽然增加了，但是却没有占用更多的空间。此外，我还为此款硬座座椅配置了同样有抽拉结构的茶桌，实现了桌与椅的一比一配置，为乘客带来了极大的方便。结论在本次毕业设计当中，我按照毕业设计任务书的要求，通过市场调研、资料整理分析、草图设计等步骤的研究，实现了列车硬座座椅的创新设计，具体设计情况如下：形态方面，追求简洁大方，与列车车厢内部环境协调。色彩方面，采用素雅的，让乘客感觉舒适、亲切的颜色。材料工艺方面，采用常见而且加工工艺简单的材料，力求使座椅设计制作简单化、标准化。功能方面，临时应急座椅的设计，能在一定程度上减缓站票旅客的痛苦，使现代列车硬座向人性化迈进了一步。人机方面，更符合人体正常坐姿状态下的身体曲线的靠背设计和更合理的座面高度，能很好地减轻人体的负荷，极大程度减轻了旅客长途旅程后腰酸背痛的痛苦。致谢本人在这里首先要感谢各位领导和老师的栽培，在毕业设计期间，我发现大学四年自己确实学到了不少知识，不仅是在产品的创新设计能力、人机关系的应用等方面有了明显的提高，并慢慢摸索出自己的设计理念。这次设计我将理论结合实际，对以前所学的知识有了进一步的理解，学到了许多书本上没有的东西。在此，我要感谢季旭老师对我的帮助，在设计出现困难的时候，是在她的帮助下克服了困难，顺利完成了这次毕业设计。通过这次毕业设计我很好的梳理了自己大学四年所学的知识，掌握了工业设计的一般方法，了解了自己的不足之处，在此很感谢各位给我的帮助，谢谢！参考文献1 列车硬座，最愚蠢，最没人性的设计金羊网羊城晚报，2007.11.172 魏文彪火车硬座设计理应更加人性化北京青年报，2007.11.183 周竹君国外客车发展概况铁道车辆，200784 吴礼本王其立.国外铁路高速列车.北京:中国铁道出版社，199385 中国铁道科学，2004年4月第2期6 叶彪客车乘客座椅的乘坐舒适性.客车技术与研究，2005.47 石雷我国客车发展的新技术北京雷石世纪，2006108 陈祥我国硬座车厢座椅设计攀枝花学院学报, 2006.129 裴文开工业设计基础东南大学出版社，1985.1010 中华之星电动车组铁道知识，2002vol3.262711 jonathan cagcan craig m.vogel. creating breakthrovgh prodvctschinese simplified，2002112 张同产品系统设计上海：上海人民美术出版社1997813 中国铁路客车图集北京：中国铁道出版社，1989414 产品设计艺术与设计杂志社，issn1672913715 陈震邦工业产品造型设计北京：机械工业出版社，2005116 程能林产品造型材料与工艺北京：北京理工大学出版社，20021217 丁玉兰人机工程学北京：北京理工大学出版社，2000 18 简召全工业设计方法学北京：北京理工大学出版社，2000 19 张展，王虹产品设计上海：人民美术出版社，2002120 kevin n.otto product design dublishing house of electronics industry，20061021 张成忠产品效果图技法分析.北京：北京理工大学出版社，2006522 李远林论色彩的表现湖南工业职业技术学院学报，20071：102-10323 尹定邦,设计学概论湖南：湖南科学技术出版社，19999 24 官泓工业产品造型设计的程序和评价科技资讯，20062：63-6625 donald anorman，emotional design，2004附录1中文译文三个茶壶如果你想要一个适合所有人的黄金规则，那就是：在你的房间里，每一样东西你觉得都太有用了，每一样东西，你相信都是美丽的。 william morris, “the beauty of life”,1880年我收藏了一些茶壶。其中有一个完全不能用，因为壶嘴和手柄在同一端。它是由法国艺术家雅克。卡罗曼设计的，卡罗曼称它是咖啡壶：一个专为受虐狂设计的咖啡壶。我的这个是原物的复制品，它的一张照片在我写的设计心理学那本书的封面上。我收藏的第二个茶壶被称为“nanna”茶壶，它独特的圆顿顿的外形，出人意料的受欢迎。第三个有些复杂，却很实用，它还可以倾斜，是由德国ronnefeldt公司设计的.卡罗曼的茶壶故意设计的没法用。nanna的茶壶故意有点笨拙，但实际上却很好用。它是由著名的建筑师和产品设计师michael graves 设计的。那个倾斜的茶壶是我在芝加哥的四季旅馆喝午茶时发现的，它是根据泡茶的几个阶段设计的。泡茶时，先把茶叶放在隔板上，并把茶壶躺着放置，茶叶浸入水中。在茶将要泡好时我把茶壶倾斜起来，使其与桌面成一定角度，部分茶叶离开水。在茶完全泡好后我把茶壶竖起来，茶叶不再和茶水接触。这些茶壶中那一个是我经常用的呢？答案是一个也不经常用。我每天早晨都喝茶。早晨效率是第一的。因此，醒来后我走进厨房，按下日式热水器的按钮烧水，用勺子取出切好的茶叶放进小的金属泡茶球里。然后把它放在茶杯里倒上热水，几分钟后，茶就可以喝了，既快速高效又容易清洗。为什么我会那么喜欢自己收藏的茶壶呢？为什么我会把它们陈列在厨房窗台？尽管不用，却把它们摆在那里，让自己看见。我珍视我的茶壶，不仅仅是因为它们可以泡茶，还因为它们本身就是雕塑艺术品。我喜欢站在窗前审视它们所具有的不同形状，欣赏光在它们的曲面上不停的跳跃。当我招待客人或闲暇时，我会因nanna茶壶的魅力而用它泡茶，或因倾斜茶壶的灵巧而用它泡茶。对我来说，设计是重要的，但是我选取那种设计则由场合、情景尤其是我的心情决定。这些茶壶不只是拿来用的，作为艺术品，它们还使我的每一天变得轻松。不过也许更重要的是，每一个茶壶都表达了自己的意义：每一个茶壶都有自己的故事，第一个代表我的过去，我对无法使用的物品的讨伐;第二个反映我的未来，我对没得不懈追求；第三个则反映美和公用那种完美的结合。茶壶的故事说明了产品设计的几个组成部分：可用性、美观性和实用性。在创造一个产品时，设计者需要考虑多种因素：材料的选择、加工的方法、产品的营销方式、制作的成本和实用性以及理解和使用产品的难易程度等等。但是多数人没有意识到，在产品的设计和使用中还有很浓重的情感成分。在这本书中，我认为，设计里含有的情感成分可能比实用成分对产品的成功更重要。茶壶的故事也说明了设计的三个不同方面：本能的、行为的、反思的。本能设计关注外形。这是nanna茶壶胜过其它茶壶的地方我非常喜欢它的外形，特别是当它盛着琥珀色茶水，下面用蜡烛火焰把它照亮时。行为设计与使用的乐趣和效率有关，在这方面，倾斜的茶壶和我的小金输球都是赢家。最后反思设计考虑产品的合理化。我能讲一个有关它的故事吗？它迎合我的自我形象吗？迎合了我的自尊吗？我喜欢向人们展