工程机械设计_吴永平_第一篇工程机械设计基础第三章工业设计基础

1、第三章第三章 工业设计基础工业设计基础v第一节第一节 工业设计概念与特征工业设计概念与特征v第二节第二节 产品造型及色彩设计基础产品造型及色彩设计基础v第三节第三节 人机系统设计人机系统设计第一节第一节 工业设计的概念与特征工业设计的概念与特征 工业设计（工业设计（Industrial DesignIndustrial Design）是指以）是指以造型艺术造型艺术、色色彩彩、人机关系人机关系等为主要内容的工业产品的系统性设计，是等为主要内容的工业产品的系统性设计，是关于产品的功能、结构、材料、视觉传递、审美价值、宜关于产品的功能、结构、材料、视觉传递、审美价值、宜人性以及商品化等方面的人性以及

2、商品化等方面的综合性创造活动综合性创造活动。 Industrial design is the professional service of creating and developing concepts and specifications that optimize the function, value and appearance of products and systems for the mutual benefit of both user and manufacturer. 传统传统设计设计结构结构功能功能性能性能工业设计工业设计性能性能审美审美心理心理生理生理功能功能结

3、构结构经济经济环境环境传统设计与工业设计的区别传统设计与工业设计的区别 科学与艺术的完美结合，人机以及环境系科学与艺术的完美结合，人机以及环境系统的相互协调是工业设计在产品设计方面的统的相互协调是工业设计在产品设计方面的基基本特征本特征。 此外，工业设计的特征还包括启迪思维灵此外，工业设计的特征还包括启迪思维灵感的创造性，适应时代的时尚性与民族风格，感的创造性，适应时代的时尚性与民族风格，实现功能价值的经济合理性等方面。实现功能价值的经济合理性等方面。工业设计的基本特征：工业设计的基本特征：第二节第二节 产品造型及色彩设计基础产品造型及色彩设计基础 产品造型设计产品造型设计是实现产品的功能、形

4、态、色彩等要素是实现产品的功能、形态、色彩等要素和谐统一的创造性活动。和谐统一的创造性活动。 工业产品美的特征工业产品美的特征: : “形式美形式美”：以其以其外在的外在的感性形式所呈现的美。感性形式所呈现的美。 “技术美技术美”：以其以其内在结构的内在结构的和谐、秩序而呈现的美。和谐、秩序而呈现的美。 在产品造型设计中，只有把这两方面的要素有机地统在产品造型设计中，只有把这两方面的要素有机地统一起来，才能达到产品真正的美。一起来，才能达到产品真正的美。一、产品造型的形式美法则一、产品造型的形式美法则过渡与呼应过渡与呼应稳定与技巧稳定与技巧主从与重点主从与重点对称与均衡对称与均衡调和与对比调和

5、与对比比例与尺度比例与尺度节奏与韵律节奏与韵律统一与变化统一与变化形式美法则形式美法则. 8. 4. 7. 3. 6. 2. 5. 11 1统一与变化统一与变化 统一统一：同一个要素在同一物体中多次出现，或在同一个物体中不同：同一个要素在同一物体中多次出现，或在同一个物体中不同的要素趋向或安置在某个要素之中。的要素趋向或安置在某个要素之中。 作用是使形体条理，趋于一致，有宁静、安定感作用是使形体条理，趋于一致，有宁静、安定感 。 变化变化：在同一物体或环境中，要素与要素之间存在的差异性，或相：在同一物体或环境中，要素与要素之间存在的差异性，或相同要素以一种变异的方法使之产生视觉上的差异感。同要

6、素以一种变异的方法使之产生视觉上的差异感。 作用是使形体有动感，具有生动活泼的吸引力。作用是使形体有动感，具有生动活泼的吸引力。 2 2比例与尺度比例与尺度 比例比例：形体自身各部分的大小、长短、高低在度量上的比较关系或：形体自身各部分的大小、长短、高低在度量上的比较关系或相对关系，一般不涉及具体量值。相对关系，一般不涉及具体量值。 尺度尺度：产品形体与人使用要求之间的尺寸关系，以及两者相比较所：产品形体与人使用要求之间的尺寸关系，以及两者相比较所得到的印象，它是以一定的量来表示和说明质的某种标准。得到的印象，它是以一定的量来表示和说明质的某种标准。 在现代工业产品造型设计中，尺度主要是指产品

7、尺寸与人体尺寸之在现代工业产品造型设计中，尺度主要是指产品尺寸与人体尺寸之间的协调关系。间的协调关系。 3 3对称与均衡对称与均衡 对称对称：整体中各个部分的空间和谐布局与相应对应的形式表现。：整体中各个部分的空间和谐布局与相应对应的形式表现。 均衡均衡：对称形式的发展，是一种不对称形式的心理平衡形式：对称形式的发展，是一种不对称形式的心理平衡形式 。 从外观形式上看，均衡是对于对称的破坏，然而，实质上它又是对从外观形式上看，均衡是对于对称的破坏，然而，实质上它又是对称的保持，并隐含着对称的形式法则。所以有人把均衡称为对称形式称的保持，并隐含着对称的形式法则。所以有人把均衡称为对称形式的发展，

8、对称是最简单的均衡形式。的发展，对称是最简单的均衡形式。4 4稳定与轻巧稳定与轻巧 稳定稳定：造型物上下之间的轻重关系。有实际稳定和视觉稳定两类。：造型物上下之间的轻重关系。有实际稳定和视觉稳定两类。 稳定的基本条件是，物体重心必须在物体的支撑面以内，其重心愈稳定的基本条件是，物体重心必须在物体的支撑面以内，其重心愈低、愈靠近支撑面的中心部位，则其稳定性愈好。低、愈靠近支撑面的中心部位，则其稳定性愈好。 轻巧轻巧：造型物上下之间的轻重关系，即在满足：造型物上下之间的轻重关系，即在满足“实际稳定实际稳定”的前提的前提下，用艺术创造的方法，使造型物给人以轻盈、灵巧的美感。下，用艺术创造的方法，使造

9、型物给人以轻盈、灵巧的美感。 5 5节奏与韵律节奏与韵律 节奏节奏：是一种有规律的、周期性变化的运动形式。：是一种有规律的、周期性变化的运动形式。 在产品造型设计中，节奏的美感主要是通过线条的流动，色彩的深在产品造型设计中，节奏的美感主要是通过线条的流动，色彩的深浅间断，形体高低，光影明暗等因素作有规律的反复、重叠来表现。浅间断，形体高低，光影明暗等因素作有规律的反复、重叠来表现。 韵律韵律：一种周期性的动作有组织的变化或有规律的重复。：一种周期性的动作有组织的变化或有规律的重复。 韵律是以节奏为骨干的，也是节奏的深化。如果说节奏具有一种韵律是以节奏为骨干的，也是节奏的深化。如果说节奏具有一种

10、机械的秩序美，那么韵律则具有丰富的变化美。机械的秩序美，那么韵律则具有丰富的变化美。 6 6调和与对比调和与对比 调和调和：两个或两个以上的构成要素间存在有较大差异时，通过另外：两个或两个以上的构成要素间存在有较大差异时，通过另外的构成要素的过渡、衔接，给人以协调、柔和的感觉。的构成要素的过渡、衔接，给人以协调、柔和的感觉。 调和强调共性、一致性。调和强调共性、一致性。 对比对比：突出同一性质构成要素间的差异性，使构成要素间有明显的：突出同一性质构成要素间的差异性，使构成要素间有明显的不同特点，通过要素间的相互作用、拱托，给人以生动活泼的感觉。不同特点，通过要素间的相互作用、拱托，给人以生动活

11、泼的感觉。 对比强调个性、差异性。对比强调个性、差异性。 7 7主从与重点主从与重点 “主主”：主体部位或主要功能部位，是设计表现的重点部分。：主体部位或主要功能部位，是设计表现的重点部分。 “从从”：非主要功能部位，是局部，次要的部分。：非主要功能部位，是局部，次要的部分。 造型物的主从关系，一般都由使用功能要求而定。在研究主从与重造型物的主从关系，一般都由使用功能要求而定。在研究主从与重点的问题中，视觉中心的问题是不容忽视的。点的问题中，视觉中心的问题是不容忽视的。 产品造型设计中需要设产品造型设计中需要设置一个或几个能表现产品特征的视觉中心。置一个或几个能表现产品特征的视觉中心。 8 8

12、过渡与呼应过渡与呼应 过渡过渡：在造型物的两个不同形状或色彩之间，采用一种使二者既联：在造型物的两个不同形状或色彩之间，采用一种使二者既联系又逐渐演变的形式，使它们相互协调，从而达到和谐的造型效果。系又逐渐演变的形式，使它们相互协调，从而达到和谐的造型效果。 呼应呼应：造型物在某个方位上（上下、前后、左右）形、色、质的相：造型物在某个方位上（上下、前后、左右）形、色、质的相互联系和位置的相互照应，使人在视觉印象上产生相互关联的和谐统互联系和位置的相互照应，使人在视觉印象上产生相互关联的和谐统一感。一感。 二、产品造型的技术美要求二、产品造型的技术美要求 技术美，技术美，是科学技术和美学艺术相融

13、合的新的物化形是科学技术和美学艺术相融合的新的物化形态，它是通过技术手段把形式上的规律性，内容上的目的态，它是通过技术手段把形式上的规律性，内容上的目的性相统一，使之成为工业产品物质功能的感性直观。性相统一，使之成为工业产品物质功能的感性直观。 技术美是物质生产领域的直接产物，它所反映的是物技术美是物质生产领域的直接产物，它所反映的是物的社会现象，的社会现象，侧重于研究产品由纯功能形态向审美形态转侧重于研究产品由纯功能形态向审美形态转化的基本内容及其规律化的基本内容及其规律，力图把有关自然科学与社会科学，力图把有关自然科学与社会科学知识化、美学化，最终目标是实现按照美的规律去组织好知识化、美学

14、化，最终目标是实现按照美的规律去组织好人的物质生活和生产活动。人的物质生活和生产活动。 产品造型的产品造型的技术美要求技术美要求功能美功能美材质美材质美舒适美舒适美规范美规范美工艺美工艺美结构美结构美三、产品色彩设计三、产品色彩设计造型设计造型设计色彩设计色彩设计形态设计形态设计1 1机械产品配色的主调机械产品配色的主调2 2配色技巧配色技巧3 3工作环境与色彩设计的关系工作环境与色彩设计的关系2、人机系统设计的内容与要求人机系统设计的内容与要求 3、功能分析与功能分配功能分析与功能分配 4、操作仪表板的设计操作仪表板的设计 第三节第三节 人机系统设计人机系统设计1、人的感知响应特性人的感知响

15、应特性 5、作业空间的设计作业空间的设计 6、操纵装置的设计操纵装置的设计 主要讲授内容主要讲授内容Human-Machine System 人机系统人机系统是指人是指人机机环境间在一定时间与空间条件环境间在一定时间与空间条件下所构成的系统。下所构成的系统。 “人人”指的是在所研究的系统中参与系统过程的人。指的是在所研究的系统中参与系统过程的人。 “机机” 泛指一切与人处于同一系统中并与人交换信息、泛指一切与人处于同一系统中并与人交换信息、物质和能量，供人使用的物。物质和能量，供人使用的物。 “环境环境”指的是与指的是与“人人”、“机机”共处的，对共处的，对“人人”和和“机机”有直接或间接影响

16、的外部条件。有直接或间接影响的外部条件。 人机系统的概念人机系统的概念 环境界面环境界面人人机机界界面面人机系统相互作用关系模型人机系统相互作用关系模型 人机系统设计人机系统设计是为了合理解决劳动主体与劳动工具之是为了合理解决劳动主体与劳动工具之间的矛盾，其主要任务是使间的矛盾，其主要任务是使“人人”与与“机机”之间实现高度之间实现高度的协调，从而提高人机系统的运行效果。的协调，从而提高人机系统的运行效果。 人机系统设计的目标人机系统设计的目标是在总体上正确解决人机功能分是在总体上正确解决人机功能分配、人机关系协调、人机界面匹配三个基本问题，以获得配、人机关系协调、人机界面匹配三个基本问题，以

17、获得安全、健康、舒适、高效的综合效益。安全、健康、舒适、高效的综合效益。人机系统设计人机系统设计一、人的感知响应特性一、人的感知响应特性 感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映。性的反映。 1 1感觉的基本特性感觉的基本特性 外部感觉外部感觉：反映外界事物属性的，如视觉、听觉、嗅觉、味觉：反映外界事物属性的，如视觉、听觉、嗅觉、味觉和皮肤感觉；和皮肤感觉；内部感觉内部感觉：反映内脏器管不同状态的，如饥：反映内脏器管不同状态的，如饥. . 渴等内脏感觉；渴等内脏感觉；本性感觉本性感觉：反映身体各部分的运动和位置情况的，如运动感觉、

18、：反映身体各部分的运动和位置情况的，如运动感觉、平衡感觉等。平衡感觉等。 感觉基本特性感觉基本特性余觉余觉适宜适宜刺激刺激对比对比相互相互作用作用适应性适应性感觉感觉阈值阈值 知觉知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。状况整体的反映。 知觉知觉是在感觉的基础上产生的，感觉到的事物个别属是在感觉的基础上产生的，感觉到的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。但知觉又不是感觉的简单相加，而是具有新的品质，表现但知觉又不是感觉的简单相加，而是具有新的品质，表现为对事

19、物的整体认识，或者对事物的综合属性的判别，或为对事物的整体认识，或者对事物的综合属性的判别，或者对事物的意义做出的初步解释。者对事物的意义做出的初步解释。 知觉知觉是一个主动的反映过程，它比感觉更加依赖于人是一个主动的反映过程，它比感觉更加依赖于人的主观态度和过去的知识经验。的主观态度和过去的知识经验。 2 2知觉的基本特性知觉的基本特性 知觉基本特性知觉基本特性整体性整体性理解性理解性恒常性恒常性选择性选择性知觉时，把由许知觉时，把由许多部分或多种属多部分或多种属性组成的对象看性组成的对象看作具有一定结构作具有一定结构的统一整体。的统一整体。 当知觉的条件在当知觉的条件在一定范围内变化一定范

20、围内变化时，人的知觉映时，人的知觉映像仍然能保持相像仍然能保持相对不变的特性对不变的特性 。 知觉时，把某些知觉时，把某些对象从某背景中对象从某背景中优先地区分出来优先地区分出来，并予以清晰反，并予以清晰反映的特性。映的特性。 知觉时，用以往知觉时，用以往所获得的知识经所获得的知识经验来理解当前的验来理解当前的知觉对象的特征知觉对象的特征 。 二、人机系统设计的内容与要求二、人机系统设计的内容与要求确定人机系统的功能及其在人、机间的合理分配确定人机系统的功能及其在人、机间的合理分配 信息显示器的选型、设计和布置信息显示器的选型、设计和布置 操作器的选型、设计和布置操作器的选型、设计和布置 机器

21、的危区分析和安全防护设计机器的危区分析和安全防护设计 人机界面的优化匹配人机界面的优化匹配 人机系统的可靠性设计人机系统的可靠性设计 作业空间设计作业空间设计 作业环境的设计和控制作业环境的设计和控制 人人机机系系统统设设计计的的内内容容对人机系统设计的要求对人机系统设计的要求 系统能够可靠系统能够可靠实现规定的功能和任务实现规定的功能和任务。 系统中人与机器都能系统中人与机器都能充分发挥各自的作用充分发挥各自的作用，彼此协调地，彼此协调地工作，使人机系统的总体效率尽量提高而能耗尽量降低。工作，使人机系统的总体效率尽量提高而能耗尽量降低。 人机系统必须人机系统必须安全可靠安全可靠。 人机系统应

22、当使操作者在操作时感到人机系统应当使操作者在操作时感到舒适和方便舒适和方便。 人机系统的设计必须考虑其人机系统的设计必须考虑其社会效益社会效益。功能分配原则功能分配原则比较分配原则比较分配原则 剩余分配原则剩余分配原则 经济分配原则经济分配原则 宜人分配原则宜人分配原则 弹性分配原则弹性分配原则 三、功能分析与功能分配三、功能分析与功能分配四、操作仪表板的设计四、操作仪表板的设计 显示装置的功能显示装置的功能是通过可视化的数值、文字、曲线、是通过可视化的数值、文字、曲线、符号、标志、图形、图像，可听见的声波以及其它人体可符号、标志、图形、图像，可听见的声波以及其它人体可感知的刺激信号向感知的刺

23、激信号向“人人”传递传递“机机”的各种运行信息。的各种运行信息。（二）仪表板的总体设计（二）仪表板的总体设计1 1仪表板的空间位置仪表板的空间位置 为了保证高工作效率和减轻人的疲劳，仪表板的空间位为了保证高工作效率和减轻人的疲劳，仪表板的空间位置应使操作者置应使操作者不必运动头部和眼睛不必运动头部和眼睛，更，更不需移动身体不需移动身体位置位置就能看清全部仪表。就能看清全部仪表。2 2仪表板上的仪表排列仪表板上的仪表排列 根据视觉运动规律，仪表板面一般应呈左右方向为长边根据视觉运动规律，仪表板面一般应呈左右方向为长边的的长方形形状长方形形状，板面上的仪表排列顺序最好与它们的，板面上的仪表排列顺序

24、最好与它们的认读顺认读顺序序相一致。相互联系越多的仪表应当布置得越靠近，仪表的相一致。相互联系越多的仪表应当布置得越靠近，仪表的排列顺序还应当考虑到它们彼此间排列顺序还应当考虑到它们彼此间逻辑上的联系逻辑上的联系。3 3仪表板面的有效认读范围仪表板面的有效认读范围 试验指出，观察距离为试验指出，观察距离为800mm时，若眼球不动，则水平时，若眼球不动，则水平视野视野20范围为范围为最优认读范围最优认读范围，其正确认读时间为，其正确认读时间为1s左右。左右。当水平视野超过当水平视野超过24以外，正确认读时间开始急剧增加，因以外，正确认读时间开始急剧增加，因此，此，24为最优认读范围的为最优认读范

25、围的极限极限。20五、作业空间设计五、作业空间设计作业空间：作业空间：人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、设备、工具、用具及被加工对象所占有的空间的总和。设备、工具、用具及被加工对象所占有的空间的总和。作业空间设计：作业空间设计：就大范围而言，是把所需用的机器、设备就大范围而言，是把所需用的机器、设备和工具，按照人的操作要求进行合理的空间布置。就由人和工具，按照人的操作要求进行合理的空间布置。就由人操作的机器而言，就是从人的需要出发，对机器的操纵装操作的机器而言，就是从人的需要出发，对机器的操纵装置、显示装置相对于操作者的位置进行合理的安排，为操置、

26、显示装置相对于操作者的位置进行合理的安排，为操作者创造舒适而方便的工作条件。作者创造舒适而方便的工作条件。设计的基本目标设计的基本目标是使人机系统能以最有效、最合理的方式是使人机系统能以最有效、最合理的方式满足作业要求，作业空间合理、经济、安全和舒适。满足作业要求，作业空间合理、经济、安全和舒适。 作业范围：作业范围：操作者采用坐姿或立姿进行作业时，手操作者采用坐姿或立姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所能触及的运动轨迹范围。和脚在水平面和垂直面内所能触及的运动轨迹范围。 作业范围是构成作业空间的主要部分，它有作业范围是构成作业空间的主要部分，它有平面作平面作业范围业范围和和空间作业范围空

27、间作业范围之分。之分。 2. 作业空间范围作业空间范围 1 1人体上肢作业范围的最佳区域人体上肢作业范围的最佳区域 2 2人体上肢人体上肢作业作业范围中容易达到的区域范围中容易达到的区域 3 3人体上肢人体上肢作业作业范围中能够达到的最大区域范围中能够达到的最大区域 1 1人体上肢人体上肢作业作业范围的最佳区域范围的最佳区域 2 2人体上肢人体上肢作业作业范围中容易达到的区域范围中容易达到的区域 3 3人体上肢人体上肢作业作业范围中能够达到的最大区域范围中能够达到的最大区域水平平面作业范围（尺寸单位：水平平面作业范围（尺寸单位：mm） 脚的作业范围脚的作业范围以脚可能移以脚可能移动的距离来确定

28、。与手操作相动的距离来确定。与手操作相比，脚的操作力大，但精确度比，脚的操作力大，但精确度差，且活动范围较小，一般脚差，且活动范围较小，一般脚操作限于踏板类操纵装置。正操作限于踏板类操纵装置。正常的脚作业空间范围常的脚作业空间范围位于身体位于身体前侧、座高以下的区域前侧、座高以下的区域，其舒，其舒适的作业范围取决于身体尺寸适的作业范围取决于身体尺寸与动作的性质。与动作的性质。 （1）作业空间的布置）作业空间的布置 作业空间的布置是指在作业空间限定之后，确定合适的作业空间的布置是指在作业空间限定之后，确定合适的作业面及显示装置、操纵装置的位置。作业面及显示装置、操纵装置的位置。 人机系统中，作业

29、空间的布置不仅要考虑人与机之间的人机系统中，作业空间的布置不仅要考虑人与机之间的关系，还要考虑机与机、人与人之间的关系。关系，还要考虑机与机、人与人之间的关系。 3. 作业空间设计作业空间设计作业空间作业空间布置原则布置原则重要性重要性原则原则 功能功能原则原则 使用顺序使用顺序原则原则 使用频率使用频率原则原则 将实现系统将实现系统目标最为重要的目标最为重要的元件布置在离操元件布置在离操作者最近或最方作者最近或最方便的位置。便的位置。 应按使用顺应按使用顺序对元件进行排序对元件进行排列布置，以使作列布置，以使作业方便、高效。业方便、高效。 经常使用的经常使用的元件应置于作业元件应置于作业者易

30、见并且易及者易见并且易及的部位。的部位。 应按功能性应按功能性相关关系对显示相关关系对显示器、操纵器以至器、操纵器以至于机器进行适当于机器进行适当的分区排列。的分区排列。 主显示器主显示器与主显示器与主显示器相关的主操纵器相关的主操纵器有协调性有协调性要求的操纵器与显示器要求的操纵器与显示器按按顺序使用的元件顺序使用的元件将使用频将使用频繁的元件置于方便观察、操繁的元件置于方便观察、操纵的部位纵的部位按布局一致的原按布局一致的原则协调本系统内及其它相关则协调本系统内及其它相关系统的布置方案之间的关系。系统的布置方案之间的关系。作业空间布置的顺序作业空间布置的顺序4. 驾驶座椅设计驾驶座椅设计 车辆驾驶座椅的舒适性设计通常包括静态舒适性、动态车辆驾驶座椅的舒适性设计通常包括静态舒适性、动态舒适性、操作舒适性三方面的设计任务，而这三方面的设舒适性、操作舒适性三方面的设计任务，而这三方面的设计标准却往往由于实际要求的相互矛盾而难以完全满足。计标准却往往由于实际要求的相互矛盾而难以完全