（设计艺术学专业论文）数控机床的人机工效及色彩设计分析.pdf

摘要 高效率生产是以一种有形的方式创造商业利润的。生产率是可度量的，比 如在不出错的情况下完成所需要的时间。舒适的工作则以不太明显的方式仓u 造 商业利润。高效率的生产当然离不开宜人的符合人机的产品供给操作者随着时 代的进步，缺乏美感的机床产品早已不能适应市场的需求，产品也应具有美的 欣赏价值和艺术魅力，使人觉得亲切、悦目，而改变其乏味冷漠的面貌。因此， 机床设计无论从生理上还是心理上都要满足人们舒适性和宜人性的要求。人们 在选购工业产品时，往往是从形状和功能以及色彩为出发点。 人机环境系统是多学科交叉的课题，心理学家、生理学家、人体测量学 家、医生、工程师等都参与了这个课题的研究。在不同的国家或来自不同学科 的专家往往使用不同的名称。 在生产过程中，人是控制者与操作者，处于主体地位。要最有利的发挥人 的工作效率，减少人为的不利条件，加强系统人机学的研究，提高可靠性设计 的综合效能，是机床传统设计构思上的变革，是未来机床产品设计的必然趋势。 在造型设计中，形、色是两个最重要的形式因素。产品的美是综合形、色 和材料美而产生的。然而，在看的一瞬间呈现于人们眼前的东西却是色彩配合 的效果。也就是说，在视觉效果上，色先于形，色比形更富有吸引力。 色彩的心理、生理作用和习惯好恶，造成色彩对工效和情绪的特殊作用。 如何利用颜色构成良好的色彩环境，使工作场所变得清新、洁净，使人感到心 情舒畅，精神振奋。从而提高工作效率，将是一个值得重视的课题。 认真而科学地研究机床的色彩设计并付诸实旌，对美化保护机床、对安全 生产和提高工作效率、对创造良好的色彩环境和愉快人的身心等方面，都具有 重要的现实意义。 本文以人机工程学理论、色彩理论及相关理论为基础，以满足现代数控机 床设计需要为目标，研究支持产品创新和人机特性的基础技术，建立理论体系 和量化数据。 关键词：人机工效学，产品形态，色彩 a b s t r a c t p r o d u c i n gi nh i g l le f f e c t i v i t yc r e a t e s c o m m e r c i a lp r o f i tb yv i s i b l ew a y t h e p r o d u c t i v i t yi sm e a s u a b l ef o ri n s t a n c et h et i m e i nw h i c ho p e r a t o r sf i n i s hw o r k w i t h o u tm i s t a k e s c o m f o r t a b l ew o r kc r e a t e sc o m m e r c i a lp r o f i tb yu n c o n s p i c u o u s w a y p r o d u c i n gi nh i g he f f e c t i v i t yc a n n o td e p a r tf r o mt h em a c h i n ep r o d u c ts u p p l i e d t oo p e r a t o rw h i c hi sc o m f o r tt op e r s o n a l o n gw i t ht i m ep r o g r e s s ，t h em a c h i n et o o l s h o r to fe s t h e t i cs e b s ec a n n o ta d o p tt h em a r k e td e m a n d t h ep r o d u c ta l s on e e d b e a u t i f u la p p r e c i a t i o nv a l u ea n da r t i s t i cc h a r mt om a k ep e o p l ef e e li tg e n i a la n d p l e a s i n gt ot h ee y eb u tc h a n g ei t sd u l la n di n d i f f e r e n ta p p e a r a n c e t h e r e f o r e ，t h e m a c h i n et o o ld e s i g nm u s ts a t i s f yp e o p l e sr e q u e s tf o rc o m f o r t a b l e n e s sa n dp l e a s a n t f r o mn o to n l yp h y s i o l o g yb u ta l s op s y c h o l o g y h u m a n - m a c h i n e - e n v i r o n m e n ts y s t e mi sam u l t i d i s c i p l i n a r yr e s e a r c h 。t h e p s y c h o l o g i s t sw o r k i n gi n t h i s a r e aa r ep s y c h o l o g i s t s ，a n t h r o p o m e t r i cs c i e n t i s t s ， d o c t o r s ，e n g i n e e r s ，e t c e x p e r t sf r o md i f f e r e n tc o u n t r i e so rd i f f e r e n td i s c i p l i n e so f t e n u s ed i f f e r e n tf l a m e s i nc h i n a , t h eu n i t e ds t a t e sa n dt h es o v i e tu n i o n ，i ti sc a l l e d e n g i n e e r i n gp s y c h o l o g y ”t h eu n i t e ds t a t e sa l s ou s e e r g o n o m i c s a n d ”h u m a n f a c t o r se n g i n e e r i n g ”；i nw e s t e r ne u r o p e a nc o u n t r i e si ti s g e n e r a l l yk n o w na s ”e r g o n o m i c s w h e np e o p l es e l e c ti n d u s t r yp r o d u c t s ，t h e yo f t e nc h o o s et h e mb a s e do nt h e s h a p ea n dt h ef u n c t i o n sa sw e l la st h ec o l o r s i nt h ep r o d u c i n g p r o g r e s s ，t h ep e r s o ni st h ec o n t r o l l e ra n do p e r a t o rw h o i sa tt h e m a i nb o d yp o s i t i o n t od i s p l a yp e o p l e sw o r k i n ge f f i c i e n c ym o s te f f e c t i v e l y , r e d u c e a r t i f i c i a la d v e r s ec o n d i t i o n ，s t r e n g t h e nr e s e a r c ho ns y s t e me r g o n o m i c s ，e n h a n c et h e c o m p r e h e n s i v ep o t e n c yo ft h er e l i a b l ed e s i g n ，i st r a n s f o r m a t i o no nm a c h i n et o o l s t r a d i t i o nd e s i g nf o r m sa n dt h ei n e v i t a b l et r e n do ft h ef u t u r em a c h i n et o o ld e s i g n i ns h a p ed e s i g n ，s h a p ea n dc o l o ra r et h et w om o s ti m p o r t a n tf o r mf a c t o r s b e a u t i f u lp r o d u c t sa r ci n t e g r a t e do f b e a u t i f u lc o l o ra n db e a u t i f u lm a t e r i a l s h o w e v e r , w h a ti ss h o w ni nt h ef i r s ts i g h ti sc o l o rm a t c h i n gr e s u l t s i no t h e rw o r d s ，o nt h e v i s u a le f f e c t s ，c o l o rp r e c e d e ss h a p e ，c o l o ri sm o r ea t t r a c t i v e 1 1 1 t h ec o l o r sp s y c h o l o g y 、p h y s i o l o g i c a la c t i o na n dt h ec u s t o mc r e a t es p e c i a l i n f l u e n c ef r o mc o l o rt ow o r ke f f i c i e n c ya n dm o o d h o wt ou s ec o l o rt oc o n s t i t u t e g o o dc o l o re n v i r o n m e n t ，t om a k eo p e r a t i o ns i t ef r c s ha n dp u r es t i m u l a t e d ，t h u st o i m p r o v ew o r k i n ge f f i c i e n c yw i l l b ea ni m p o r t a n t t o p i cw o r t hb e i n ga t t a c h e d i m p o r t a n c et o t ob e a u t i f ya n dp r o t e c tm a c h i n et o o l s ，t op r o d u c es a f e l ya n d i m p r o v ee f f i c i e n c y , t oc r e a t eg o o dc o l o re n v i r o n m e n ta n dp l e a s a n tp e o p l e ，i ti s i m p o r t a n tt os t u d y m a c h i n et o o l sc o l o rd e s i g ni ne a r n e s ta n d s c i e n t i f i c a l l ya sw e l la sm a k ei tr e a l t h e s ea r t i c l eb a s e so nt h ee r g o n o m i c s , t h ec o l o rt h e o r ya n dt h ec o r r e l a t i o n t h e o r y , b o t ht a k e st h es a t i s f y i n gn e e do fm o d e mn u m e r i a lc o n t r o lt o o ld e s i g na st h e g o a l ，t os t u d yt h eb a s i ct e c h n o l o g yw h i c hs u p p o r tp r o d u c ti n n o v a t i o na n d h u m a n - m a c h i n ec h a r a c t e r i s t i c s ，a sw e l la st os e tu pt h e o r ys y s t e ma n dq u a n t i f i c a t i o n d a t e k e y w o r d ：e r g o n o m i c s ，p r o d u c t i o nf o r m ，c o l o r 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 _ 一= 研究生签名：i 巡日期型查型 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：盔 导师签 注：请将此声明装订在论文的目录前。 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究发展和现状 第1 章绪论 当今的我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产 国的行列。但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然 存在很多不足。信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行 业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高；产品成熟 度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在1 0 0 0 0 小时以上，而国 内自主开发的数控系统仅3 0 0 0 5 0 0 0 小时；整机平均无故障工作时间国外达8 0 0 小时以上，国内最好只有3 0 0 小时。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但 大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高， 产品市场竞争能力不强。1 随着时代的进步，缺乏美感的机床产品早己不能适应市场的需求，机床产 品也应具有美的欣赏价值和艺术魅力，使人觉得亲切、悦目，而改变其乏味冷 漠的面貌。因此，机床设计无论从生理上还是心理上都要满足人们舒适性和宜 人性的要求。 国外加工中心大量进入中国市场，对我国机床业冲击很大。如何顶住国外 的冲击，重要的是使国内产品在性能质量、可靠性和外观造型上缩小与国外的 差距。因此，在借鉴和研究外国先进技术和提高产品各项性能的同时，还要在 产品的宜人性设计上进行深入研究，使产品赋予友好人性，从而提高国有机械 产品的市场冲击力。 在生产过程中，人是控制者与操作者，处于主体地位。要最有利的发挥人 的工作效率，减少人为的不利条件，加强系统人机学的研究，提高可靠性设计 的综合效能，是机床传统设计构思上的变革，是未来机床产品设计的必然趋势。 1 2 人机工效学及其色彩分析 1 2 1 人机工效分析的地位和作用 我国数控机床信息化发展趋势王晓颖中国_ t 业报2 0 0 3 年 武汉理工大学硕士学位论文 所谓人机工程学，即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心 理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部 分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系 和可及范围等人体结构特征参数；同时还提供人体各部分的出力范围、活动范 围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数， 分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳 动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探 讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。2 人机工效学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一，人机工效因素则是 设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。3 人机工效学的目的是使人工作得更有效、更安全、更舒适。这三个目的有 时是相一致的。例如一种新机器可能比旧机器的效率更高，更安全，更舒适。但 有时候这三个目标是相矛盾的。更安全、舒适的操作方法可能比旧方法效率要 低些，增加的效率可以不足以补偿增加的投资。这个矛盾的解决显然取决于人 与机器的相对重要性，取决于人所处的时代，环境等。人的安全与舒适将是系统 设计中最重要的位置，人可随心所欲地改变他所处的物理系统和环境以满足他 的需要。效率将是一个次要问题。有时人不得不适应于机器与环境，有时我们 可以改造机器和环境使之更好地服务于人。对于人机工效学者来说，充满着矛 盾和挑战。4 西方社会工效学更强调人的重要性，他们经常提倡：使机器适合于人。而在 我国长期是人适应于机器。随着人的价值的提高，人机工效学作为一门学科也将 越来越受到重视，它对人的工作和生活的影响也将越来越大。 1 2 2 色彩的地位和作用 在当今商品社会，人们在选购工业产品时，往往是从形状功能和色彩方面 去进行思考的。第一个出发点是为了满足人们旨趣的需要，它是理智化了的产 物，是为了适应时代和社会集团共同潮流的需要，是以人的伦理观念和他们所 处的社会阶层为支柱的。第二个出发点则是为了满足人们的嗜好而产生的，它 2 人机工程学 丁玉兰北京理工大学出版社2 0 0 0 年 3 人机工程曾琦 四川科学技术出版社2 0 0 0 年 4 l j t 类工效学朱祖祥浙江教育出版社2 0 0 1 年 2 垫堡堡三查兰堡主堂焦丝壅 更需要具有个人的特点。正如马克思所说，对于色彩的喜好，是一种最为普遍 的美感。 产品的畅销与否，与产品质量的高低有关系，但在竞争日趋激烈的今天， 产品色彩对顾客的购买欲也有重大影响。在一些发达国家，精明的商人已把产 品的色彩，作为生产过程中重要的研究课题。不同的色彩，可以使人产生不同 的心理感受。因此，不同产品在色彩上的选择，及不同色彩的搭配，既要适应 人们的心理需要，又要注意不同民族的色彩心理特征和风俗习惯。色彩可以使 人对产品产生联想，适应人们心理特征的色彩可以起到美化产品的作用。产品 通过色彩的点缀和烘托，使其更富有吸引力。在产品设计时，更需考虑到个性 化的个别需求。设计师在色彩规划上，若能藉由不同的用色，确切掌握不同消 费群体的感觉需求，必能增加产品效益。 产品外观色彩直接影响消费者的情感，进而影响他们的消费行为。在某种 情况下，色彩可以左右人们的消费行为。一般地说，消费者在选购产品时主要 凭借视觉，在保证产品不存在质量问题的前提下，首先对获得的产品色彩信息 做出喜爱或厌恶的判断，然后对自己喜爱的色彩的产品产生购买欲望，最终产 生实际消费行为。调查表明，顾客在选购衬衫时，有5 6 的人首先挑色彩，2 2 4 的人更重视面料，2 9 6 的人注重花型，6 的人重视品牌，4 的人重视价格。还有 不少市场调查也表明，年轻妇女在购买商品时，首先考虑的是商品的色彩。这 就是说，在顾客选购商品的要素的顺序中，色彩是一个重要的因素。 彩色的“苹果”，色彩的运用在商业上获得了巨大价值，已经成为一个企 业的形象和特征，给人以一种强烈的印象。如图卜l 、卜2 所示。 法国时装设计大师皮尔卡丹也说：“我创作时最重视色彩，因为色彩老远就 可以看到”。产品色彩可以影响消费者的情感和消费行为。例如许多纺织品、自 行车、家具、家用电器由于产品色彩不合时尚或缺乏个性而导致滞销。由此看 来，产品的色彩是否符合消费者的审美要求，已成为产品是否畅销的重要因素 之一。 图1 一l 3 图卜2 武汉理工大学硕士学位论文 就现代设计的基本观念：“形式追随功能，功能决定形式( f o r mf o l l o w f u n c t i o n ) ”而言，所有的造型设计及构成要素均被本质性的功能所决定。那些 繁文缉节、画蛇添足等不必要的装饰物均被彻底的删除，只保留原始、本质的 造型。因此，早期拥有雕花精美、木壳外形的电视机，至今仅剩单纯的荧屏及 简洁的底座；再看音响设备，除了一组干净利落的面板之外，其它一无所有。 这种种现象说明造型已经逐渐在消弱，代之而起的是色彩的重要。甚至可以说 “造型时代己过去，今后将是色彩的天下。” 中国美术学院教授宋建明博士认为，与发达国家相比，我国的色彩业存在 众多问题，缺乏深入研究色彩实践规律和理论的机构和人才，能真正可以称得 上色彩设计师的太少，能够接受色彩问题咨询的机构更是非常缺乏，我国整体 的专业色彩教育水平、普及能力以及科研水平都有待提高，这些问题不解决， 百姓的色彩消费需求就很难得到满足。色彩消费市场的发展也会受到影响。5 “大到整个国家、城市，小到个人，都需要有适合自身气质、文化的色彩 来加以烘托和体现。与市场需求相呼应的，个人色彩咨询作为一个全新的职业， 将西方盛行的色彩四季理论体系及色彩营销、城市色彩规划等概念引入我国， 使得人们对色彩的消费需求逐步地开掘和释放出来，并从中获益匪浅。”北京 西蔓色彩咨询公司总经理于西蔓告诉记者。 5 色彩消赞催生咨询新行当吕勇中国消费者报2 0 0 4 年7 月 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章产品形态美法则 2 1 形态构成要素 产品形式由产品的形态、色彩和材料三个要素组成。人们首先了解的就是 产品的这些外部属性。现在设计师对于造型的创新不亚于工程师们对产品机能 的进一步完善而更费心思。因为产品的价值中己经融入了产品艺术美，造型和 产品的商业价值之间就有密切的联系。 形就是将几何意义上的理性思维物化，作为感性的载体。数学上的直与曲， 方与圆用艺术的眼光审视时会有很多的美妙含义，设计者就是能发觉美，创造 美并能实现美。线条是造型艺术的一种语言，它的重要意义“不仅在于构成形 象的轮廓，还在于它同人的心理感受有直接的联系。自身有独立的价值。”人们 对形态的敏感性远远大于他们对使用各种新技术的敏感性。6 色主要考虑人的心理感知力。感觉几乎是纯主观的，但是人们对色彩的认 识也具有一定的普遍性。现在对色彩的设计由视觉影响到触觉，甚至嗅觉。由 颜色映射到图形，这种文学上的“通感”修辞在产品造型中也体现得很充分。 现在对产品造型中色彩的把握要注重动态性，即时性，向传统挑战，突破思维 的局限。不在整体中应用就从细节处亥4 画，感觉是既有逻辑性更有偶然性的， 人的感官被激发了，对产品的印象进而形成。 质是受产品使用功能的要求，同时又要考虑人对质的感知程度。主要从触 觉上激发人的感官，进而对心理造成影响。材质不仅起到保护的作用，它的自 然性能所制造出来的心理效应对于造型的表现有相当大的感染力。尤其由触觉 引起的精神感受更加真实。 2 2 产品造型形态美法则 美是具体的，探究美的形式是寻求美的现象和美的作品般通用的原则。 形态美首先见诸于自然美，自然界中的植物、动物、天体等均有诸如秩序、比 例、均衡、对称、节奏、韵律、连续、间隔、重叠、反复、疏密、粗细、交叉、 6 形态和色彩的即时设计与产品造型的创意和表现黎晓吉林大学 5 武汉理工大学硕士学位论文 一致、变化、和谐、生机、发展等形式特征，7 由此种种形式特征构成的美感， 被康德称为“不以对象的概念为前提”，为自身而存在的自由美，被认为是一 种最自由、最纯粹的美，而在种种形式特征中就包含了形态美的规律和法则， 这些形态美的规律和法则对于现代产品造型设计具有直接的指导意义。 产品的形态美特征表现有： a 体量感，包括体积感和量感( 物理量感和心理量感) ； b 产品的动感，具有生命力的东西就蕴涵着动； c 秩序，从产品形态变化的各种因素中寻找一种规律和统一性； d 稳定感，包括产品在物理上和视觉上的稳定； e 产品形态的独创性，在科学合理的基础上通过创造性思维，进行大胆的 探索和实践，包括产品形态的新颖感、结构材料的新颖性和产品主题内容的新 颖性。8 2 2 1 对称与均衡 对称法则是人类最早发现和运用的法则。我国古代 的建筑物、家具及室内陈设都遵循这一法则。对称的形 式可以让人产生庄重、严肃、大方、安全的感觉，同时 能取得较好的视觉平衡。 在工业产品造型设计中，对称的形式较为广泛的运 用在钟表、机床、汽车等产品的造型上，它使得这些具 有动态功能的产品给人以静态美感，同时可使人增加心 理上的稳定感。 均衡亦为平衡，它是一种普 遍规律。自然界中的许多形式都 是均衡稳定的，违反了均衡法则， 会令人提心吊胆，不可能产生美 感。9 具体地说，均衡是指形态的 一部分与另一部分的实际重量或图2 - 2 图2 - i 图2 - 3 7 工业设计基础陈为裴文开东等东南大学出版社2 0 0 4 年 8 工业产品形态设计吴永健王秉鉴北京理工大学出版社2 0 0 3 年 9 秩序感一装饰艺术的心理学研究【英】贡布里希著尹定邦主编湖南科学技术出版社1 9 9 9 年 6 武汉理工大学硕士学位论文 心理量感，被一个支点支撑时所达到力的对等的一种稳定状态。对立体实物来 说，是指物体的实际重量关系的平衡。如下图2 - i 、2 - 2 、2 - 3 所示，在机床的 设计中，运用必要的均衡，使造型更有体量感。上列机床图片，均以相对均衡 的形式体感满足机床加工的需要。 运用均衡的手法处理造型，将产生丰富、生动、活泼、富于变化的视觉特 点。因此，此法是产品造型设计中应用最多的规律之一。 在体量的组合中，为获得产品形态的均衡感，可在设计时采用上小下大、 上虚下实、上精细下粗糙的手法，以获得最佳的均衡感。 2 2 2 韵律与稳定 产品造型设计中的韵律，是指一种周期性的律动，有规律的重复，有组织 的变化现象，它是造型艺术中的一种重要表现形式。韵律即是在节奏的基础上 赋予情调，使节奏具有强弱、起伏、缓急的情调，从而给人以抑扬顿挫之美感。 常见的韵律主要有：连续韵律、渐变韵律、交错韵律、起伏韵律等。 在运用韵律时，有时候也要考虑全局，如图2 4 ，在a 中，对仪器面板上的 元件进行等距分割，在水平方向就形成了连续韵律，但其首尾没有用其他造型 元素加以明确，就失去了形式的完整性。在首尾加上终端设计，就能使其构图 完整紧凑，如图2 4 ( b ) 。 曰图曰四 f 习 i 一 0000 00 000000000 图2 - 4 ( a ) 瞄习 图曰 后习石司 i 一 i 一i 一 o00 ooo 0o0 0oo000 7 武汉理工大学硕士学位论文 稳定即指造型物各部分之间的相对轻重关系。具有稳定感的造型，能增强 使用中的稳定性、可靠性和安全性，给人的安详、轻松的美感。而不稳定的造 型则给人以摆动、倾倒、危险和紧张不安全之感。因此，在造型设计时应认真 解决这一问题。 一般说来，稳定与轻巧的感觉与下列几种因素有关： ( 1 ) 物体重心重心高显得轻巧；重心低显得稳定。 ( 2 ) 接触面积接触面积大显得稳定；接触面积小显得轻巧。 因此，设计的时候重心较高的物体接触面积不能太小，如图2 - 5 ；重心较低 的物体接触面积不能太大，如图2 - 6 ，而重心较低的物体为求得轻巧感，可抬高 形体或架空，如图2 - 7 。 口口 稳定欠稳定轻巧 笨重 图2 - 5 图2 - b 口口口 图2 7 在工业产品造型中增加实际稳定通常可采用两种方法：其一是重心降低法。 重心是物体实际稳定与不稳定的关键，它由地线和天线的关系来确定，在器皿 造型中则是口径与底径的关系。其二则是扩大支承面法。即对上大下小的物体， 采用扩大底部接触面积的方法可显著增强其稳定效果。 2 2 3 对比与调和 在工业产品造型设计中，对比与调和是取得产品形式美的重要手段之一。 对比与调和法则是运用造型设计中的某一因素，如线型、体量、材料、色彩等 不同的艺术效果的表现形式。 武汉理工夫学硕士学位论文 一般在形状的对比上，通常采用的主要手法是：方圆、大小、高低、凸凹、 虚实、方向等形式的对比。为避免有生硬不协调之感，一般采用减弱它们之间 差异的渐变而使之自然过渡的方法，使每两相邻的形体都既有对比又是调和， 从而保持过渡中的相互调和。如右上图2 8 所示，机床棱线过渡的地方用弧线 代替硬冷的直线条，使整个造型更显活泼。 2 2 4 比例 图2 - 8 良好的比例和正确的尺度是构成产品形式美的最基本也是最重要的手段之 一。在产品造型中，比例是指产品形体自身各部分之间的大小比例关系及产品 造型主体与其他的某个对比物体( 如人、环境等) 之间的长、宽、高的比例关 系。无论什么产品，要获得良好的造型效果，则必须使其形体、线条、色彩等 一切造型要素都具有良好的比例关系。造型设计中常用的比例关系有如下几 种：几何比例，黄金分割比例，平方根比例，模数比例等等。 比例虽然出于自然，但不限于自然，而应以设计者的艺术构思，从装饰效 果、人机工程等不同角度去考虑和研究之。 2 2 5 呼应 在产品造型设计中，运用相同的线或近似舶形、体、色、质等不同造型要 素，以取得产品各部分之间相互照应的一致性的艺术手法称为呼应。这种手法 多用于成套产品或系列产品的设计。常见的形式有：色彩呼应，线型结构呼应， 材质呼应等。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 9 如图2 - 9 ，在机床的设计当中，色彩的呼应表现在主辅色的统一协调，色块 的运用上也遵循和谐的法则，使整个机床在色彩意象基于功能之上；线条的呼 应表现在整体与局部，框体与细节的对比调和；材质的呼应体现在多数机床的 大块采用钣金材料，而其他细节部分材料分别对应着不同功能的部件。 2 2 6 意境 意境是一种艺术的情感效果。意境作为一项美学法则，符合人们对形态外 观的认识和对事物观察理解的心理要求和习惯。赋予产品以意境，就是给产品 注入了生命力，增强了感染力，从而使人在加深对产品形态的认识和理解过程 中，得到美的享受。现在的仿生造型的产品就是意境在产品形态上的体现。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章数控机床设计中的人机界面分析 3 1 研究的基本问题 3 1 1 人机工程学 人机工程学是研究人、机械机器工作环境之间相互作用的学科。人机工程 学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单 纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及 人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。 3 1 2 认知心理学 认知心理学所探索的是基本的认知构成要素，似乎与生俱来导致我们认知 上比较喜欢某种形态、色彩、气味和声音( 这是认知的构成部分) ，它与感情上 的感应，诸如痛苦、愉悦、激动和乐趣分不开( 这是感觉的组成部分) ，也就是 心理的组成部分。”最说明问题的例子要数路牌字体、仪表和工具刻度的可读性、 以及医院手术室色彩的正确选择，还包括听觉和触觉刺激。 人机界面设计都是以理性用户为基础，这种用户行为符合理论行动过程( 先 建立动机和目的，然后建立行动计划，台乎逻辑的感知和思维，符合目的的行 为，合乎逻辑的评价行动结果，情绪对行动没有负面作用，等等) 。人的理性有 一定限度，超过这个限度后就表现为非理性行为。“所谓“非理性”是指人的行 为不再严格受行为目的、动机和行为规则控制，这种非理性表现在知觉、思维、 情绪、意志和动作各个方面，认知心理学成为主要设计基础。主要可能被归纳 成下列几点： ( 1 ) 用户有自己的操作使用习惯，不存在所谓的“标准”操作方式。用户 有自己的操作偏好，习惯的形状和颜色，习惯的信号反应，习惯感知方向，习 惯思维( 解决问题的习惯方法、决策的习惯方法、习惯性语言表达) ，习惯性动 作。这些习惯是人们在长期使用中积累的经验，它形成了人们的因果期望。因 认知心理学索尔索( s o l s o ，r l ) 黄希庭等译北京教育科学出版社 ”认识心理学安德森j r 杨清译吉林教育出版社2 0 0 0 年 武汉理工大学硕士学位论文 果期望是用户把各种操作行动与后果建立起一一对应关系。由这些因果期望人 们进一步形成行动期待和行动预测。设计应当注意用户满足用户习惯偏好。 ( 2 ) 情绪是个很复杂的因素，对操作使用过程有正面作用，也有负面作用。 ( 3 ) 心理学中的“注意”有特定含义，它不同于日常口语。面临大量信息， 人的感官、记忆和其他认识过程只能处理有限数量的信息，这种现象叫注意。 换句话，注意是指“选择”信息和“专心”某事。 ( 4 ) 人很容易遗忘事情，忘记了要干的事情，忘记了操作方法，忘记观察显 示器，忘记某个操作，忘记参数值，忘记了命令格式，忘记了存文件，忘记处 在什么状态。因此，计算机“透明”、操作简单、给用户提供记忆帮助是人机界 面设计中的三个最基本的要求。 3 1 3 产品语义学 产品语义学研究的是产品的语义传达。1 2 产品的语义，是指一个产品通过形 态、色彩、外形和方式等，更为准确地表达产品的功能，以利于产品与人的沟 通，表达产品自身的价值。”它是达到任何产品亲和性的一种途径，通过这种信 息传达，使人们在心理上完全接受并认可产品。 产品语义学强调，设计应当尽量了解用户使用产品时的视觉理解过程：用 户在什么位置寻找开关? 把什么东西理解成开关? 怎么发现操作方法? 如果一个 产品的含义不清楚时，引起什么错觉? 用户怎么进行尝试? 怎么观察产品的反应? 换句话，“产品应当也允许用户进行尝试，应当对各种尝试提供反馈信号，使用 户能够进一步了解产品内部的运行行为，使产品行为变得透明。 3 1 4 设计符号学 符号学作为一种独立的现代学术文化体系，是构件在现代语言学的模型之 上的，它的最早创建者是瑞士语言学家索绪尔，他指出：“符号的功能完全依赖 于这一符号与其它符号之间的关系，或者更确切的说，依赖于这一符号与其它 符号之间的差异。” ”产品语义学在手机界面设计中的应用朱意灏 高峰江南大学学报( 人文社会学科版) 2 0 0 4 年 b 工业设计机与产品语义学魏长增包装工程2 0 0 3 年 h 产品的语意张凌浩中国建筑工业出版社2 0 0 5 年 ”设计符号学张宪荣化学工业出版社2 0 0 4 年4 月 武汉理工大学硕士学位论文 符号学在产品的人机界面设计中可表现为高情感( h i g ht o u c h ) ，强调产品 的“可读性”或“可理解性”。信息时代，在新概念产品层出不穷的时代，人们 必须不断学会掌握各种各样的新生事物及其使用方式，应付产品中各种各样的 开关、按键、旋钮或操纵杆等“机关”，常常会应接不暇。符号学的应用旨在使 复杂的事物组织成可识别的东西，。甚至与人们以往的经验建立联系，以使人们 的生活方式保持一种自然的连续性。 3 1 5i 程心理学 工程心理学主要研究与技术设计有关的人体生理、心理特点，并为人一机一 环境系统的设计提供有关人的数据。”例如，为了使工作空间、工作台、驾驶舱、 控制器和其他各种个体用具的设计和安排适合使用者的体质特点，必须就测定 人体静态结构、动态功能尺寸和人体生物力学参数；为了设计优质的人机信息 交换装置，就必须研究人的传信特点和能力限度，研究人的信息加工模型：为 了提高系统的可靠性，就要研究人在工作超负荷或低负荷时，特别在告警应急 时的反应能力和行为特点；人的能力的个别差异和影响能力水平发挥的主客观 条件等，也是工程心理学研究的重要课题。 例如，研究视觉显示符号的形状、大小，颜色、亮度、空间密度、变化速 度与人的视觉功能的关系；研究声音频率、响度、持续时间、变化速度与听觉 功能的关系；研究控制器的编码、力距，阻力、距离、运动方向等因素对人的 操作绩效的影响等等。”在现代复杂的人机系统中，操作人员往往面对着几十甚 至几百种不同功用的显示器和控制器，若设计或安排不当，就容易发生误读和 误操作而导致重大事故。 工作空间设计也是工程心理学研究的基本内容，它主要包括工作空间的大 小、显示器和控制器的位置、工作台和座位的尺寸、工具和加工件的安排等。” 工作空间的设计要适应使用者的人体特征，以保证工作人员能够采取正确的作 业姿式，达到减轻疲劳，提高工效。 1 6 工程心理学与人的作业( 美) 威肯斯， ( 美) 霍兰兹著华东师范大学f 版社2 0 0 3 年2 月 ”用户界面设计与开发精解 【美】r j t o m s 著张林刚梁海华译清华大学出版社2 0 0 2 年 ” 人机自然交互张有为等著国防工业出版社2 0 0 4 年 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 人机操作的人机工效因素 3 2 1 人的行为模式 人的行为模式就是将人在环境中的行为特性，总结和概括，将其规律化。 人的行为模式化的依据是环境行为基本模式：心理学家库尔特列文( k l c w i n ) 提出，人的行为是人的需要和环境两个变量的函数，即著名的人类行为公式： b = f ( p + e ) ， 式中b 一行为( b c h a v i o x ) ，f 一函数( f u n c t i o n ) ，p 一人( p e r s o n ) ，e 一环境 ( e n v l r o m e n t ) 。 3 2 1 1 行为模式化依据 各种环境因素和信息作用于环境中的人和人群，人们则根据自身的需要和 欲望，适应或选择有关的环境刺激，经过信息处理，将所处的状态进行推移， 作为改变空间环境的行为。 3 2 1 2 行为模式的分类 按目的性，可分：再现模式、计划模式、预测模式。 按表现方法，可分：数学模式、模拟模式、语言模式。 按内容，可分：秩序模式、流动模式、分布模式、状态模式。“ 3 2 2 反应时间 人们在操纵机械或观察识别事物时，从开始操纵、观察、识别到采取动作， 存在一个感知时间过程，即存在一个反应时间问题。从工程心理学的角度，人 从外界接触并处理信息最后作出反应，反应有三种，简单反应就是其中的一种， 影响简单反应的因素中有通过训练来缩短反应时间，也可以随着刺激强度的增 大而缩短，那么只要使操作者在使用产品时随时通过合理的布局，反复的操作 就可以很快的发出命令，从而提高工作的效率。” 挣设计心理学李彬彬中国轻工业出版社2 0 0 0 年 2 0 工程心理学与人的作业( 美) 威肯斯，( 美) 霍兰兹著华东师范大学出版社2 0 0 3 年 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 反应时间是指人从机械或外界获得信息，经过大脑加工分析发出指令到运 动器官开始执行动作所需的时间。反应时间包括感觉反应时间，( 从信息开始刺 激到感觉器官有感觉所用时间) 到开始动作所用时间( 信息加工、决策、发令 开始执行报所用时间) 之和。 反应时间随感觉通道的不同而不同；随执行动作的运动器官不同，反应时 间也不同；反应时间随刺激的数目不同而异；反应时间随刺激性质不同而异： 反应时间随刺激方式刺激强度不同而异；反应时间随刺激方式及刺激强度不同 而异；反应时间随机体状况不同而异。如随光照的适应水平不同而异；随预备 时间的长短而异；随肌肉张力不同而异等。“ 3 3 人的操作活动空间及操纵装置 3 3 1 人体尺寸 人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人 体各部位尺寸来确定个体之间和群体之问在入体尺寸上的差别，用以研究入的 形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。 人体测量数据包括静态尺寸( 人体构造上的尺寸) 和动态尺寸( 人体功能上 的尺寸，即人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸) ；采集数据分 别要按照立姿、坐姿对头部、躯干和四肢多测点进行测量。 人体尺寸有适应域，一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布 的一部分“面积”，称为“适应域”。适应域是相对设计而言的，对应统计学的 置信区间的概念。 例如，在区域划分中可分：东北、华北区、西北区、东南区、华中区、华南 区、西南区等。当然也有影响人体测量数据差异的因素存在，如年龄、性别、 职业、年代、地区和种族等。 2 用户界面设计与开发精解 美 r jt o r t e s 著张林刚梁海华译清华大学出版社2 0 0 2 年 罐霸 图3 - 1 图3 - 2 图3 - 1 、图3 - 2 为机床与人体尺度之间的关系 3 3 2 人的视觉特征 在人们认知世界的过程中，大约有8 0 9 6 9 0 的信息是通过视觉系统获得的， 因此。视觉系统是入与外界相联系的最主要途径。 物体依赖于光的反射映入眼睛，所以，光、对象物、眼睛是构成视觉现象的 三个要素。但视觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它包括眼睛和脑；从 心理学角度看，它不仅包括当前的视觉，还包括以往的知识经验。换句话说， 视觉捕捉到的信息，不只是人体自然作用的结果，而且也是人的观察与过去经 历的反映。 3 3 2 1 视觉术语 视角：被看目标物的两点光线投入眼球的交角。眼睛能分辨被看目标物最 近两点光线投入眼球时的交角，称为临界视角，视力为1 0 ，即视力正常，此时 的临界视觉= l 度，若视力下降，则临界视角值增大。在设计中，视角是确定设 计对象尺寸大小的依据。 武汉理工大学硕士学位论文 视力：视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数 来表示，即：视力= l 临界视角。认清物体形状的视力为中心视力。在暗环境中 辨别物体形状的视力为夜视力。两只眼睛中所形成的物象，融合为双眼单视后。 可甩以辨戥物体高低、深浅、远近、大小，这种辨别物体立体位置的视力为立 体视力或深度觉。 视野：一般视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能觉察到的空间范围， 通常以角度表示色觉视野即不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。 白色的视野最大，黄、蓝、红、绿色的视野依次渐小。2 如垂直最佳视区：上、 下1 5 度；最佳视野范围：水平视线以下3 0 度；有效视野范围：水平视线以上 2 5 度、以下3 5 度；最大固定视野：儿5 度；扩大的视野