（机械设计及理论专业论文）hjf605转杯纺纱机的人机工程研究及造型设计.pdf

太原理工大学硕士毕业论文 一o j 2 ： h j f 6 0 5 转杯纺纱机的人机 工程研究及造型设计 摘要 随着科技的进步和人们生活水平的提高，随着信息 时代和全球制造的到来，产品造型设计已日益受到人们 的重视。 h j f 6 0 5 转杯纺纱机是目前各种新型纺纱机械中较 为成熟并以大量推广的一种。作为国产的纺纱机，成纱 质量可与国际先进技术水平媲美，但是在机械造型方面 还不如人意。产品造型陈旧，缺乏时代感，使产品显得 笨拙、简陋，色彩单调乏味，沉闷而不明快，直接影响 了外观质量和市场销售。 由于旧有机型载人际关系上考虑较少，本文从人机 工程学的角度出发，对纺机的显示装置、操作装置及工 作环境重新进行了设计，使之达到最优的人机关系，最 太原理工大学硕士毕业论文 佳的系统效益，最舒适的工作环境，充分发挥人，机的 特点。 本文还通过对产品造型形态、色彩、人机关系等方 面的研究，结合现有机型对f 6 0 5 纺机重新进行造型设 计，使之从功能到形式达到完美协调，符合时代要求， 并且在市场中形成自己的特色、树立自己的品牌。同时， 通过外观造型设计，使其能体现出机械内在的优良性能， 提高市场竞争力。 机 关键词：造型设计，色彩，人机工程学，转杯纺纱 太原理工大学硕士毕业论文 r e s e a r c ho fe r g o n o m i c sa n d s c u l p td e s i g n0 fr o t o rs p i n n i n g m a c h i n ef o rm o d e lh j f 6 0 5 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c et e c h n o l o g ya n d t h ei m p r o v e m e n to fs t a n d a r dl i v i n g ，a n dw i t ht h ea d v e n to f i n f o r m a t i o n e p o c h a n dw o r l d m a n u f a c t u r e ，p e o p l e i n c r e a s i n g l yp a y a t t e n t i o nt ot h es c u l p td e s i g no f p r o d u c t t h er o t o rs p i n n i n gm a c h i n ef o rm o d e lh j f 6 0 5i sa k i n do fn e wt y p es p i n n i n gm a c h i n e sa tt h ep r e s e n tt i m e ， w h i c hi s r i p e a n d p o p u l a r i z e d a s ak i n d o f s p i n n i n g m a c h i n e sm a d ei nc h i n a ，t h ey a m q u a l i t yc a n b ec o m p a r e d t ot h a to ft h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yl e v e ro fi n t e r n a t i o n a l h o w e v e r , i tw o u l dn o tb e t t e rt om a n sd e s i r e f o re x a m p l e ， t h ed a t e ds c u l p td e s i g n ，l a c k i n go ft i m ef e e l i n g ，m a k e st h e p r o d u c t sc l u m s i n e s s ，r o u g h ，c o l o r b l a n k n e s sa n d t e d i o u s n e s s ， w h i c ha f f e c t st h e a p p e a r a n c eq u a l i t y a n dt h ed i s t r i b u t i o n d i r e c t l y f o rt h el a k eo fc o n s i d e r a t i o no fm a n m a c h i n e r e l a t i o no nt h eo r i g i n a lm a c h i n e ，t h ep a p e rm a k e sa l la n e w m 太原理工大学硕士毕业论文 d e s i g ni n s o m ei m p o r t a n ta s p e c t s ，s u c ha st h er e s e a r c ho f m a n k i n dr e l a t i o nf a c t o r s ，t h ed i s p l a ye q u i p m e n to f s p i n n i n g m a c h i n e ，o p e r a t i o ne q u i p m e n ta n dt h ew o r k i n gs p a c e ，i n o r d e rt ow i nt h eb e s tm a n m a c h i n er e l a t i o n ，t h eb e s ts y s t e m b e n e f i t s ，t h em o s t c o m f o r t a b l ew o r k i n ge n v i r o n m e n t ，a n ds o o n i tc a nb r i n gi n t op l a yt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a n - m a c h i n e r e l a t i o n t h ep a p e rm a i n l yi n t r o d u c e st h er e s e a r c ho ft h e m a i n a s p e c t s ，s u c h a st h es c u l p tc o n f i g u r a t i o n s ，t h ec o l o r ，t h e m a n m a c h i n er e l a t i o n ，e t c i tm a k e sa na n e ws c u l p td e s i g n f o rt h es p i n n i n gm a c h i n ec o m b i n e dw i t hp r e s e n tm a c h i n e s ， r e a c h i n g t h e p e r f e c th a r m o n yf r o m f u n c t i o nt o m o d a l i t y , a c c o r d i n gw i t ht h er e q u e s to fe p o c h a tl a s t ，i tc a nf o r m i t s o w n c h a r a c t e r i s t i c s ，a n db u i l du p t h eb r a n d a tt h es a m et i m e ， b yt h ea p p e a r a n c es c u l p td e s i g n ，i t c a ni n c a r n a t ei n h e r e n t c h o i c e n e s s c a p a b i l i t i e s o fm e c h a n i s m ，a n d i m p r o v e t h e m a r k e t c o m p e t i t i o n s k e y w o r d s ：s c u l p td e s i g n ，c o l o r ，e r g o n o m i c s ，r o t o r s p i n n i n g m a c h i n ef o rm o d e lh j f 6 0 5 - 太橡理工大学硕士毕业论文 第一章绪论 随着科学技术的不断发展，为了适应各种现代工业机械的发 展，人们对机械产品的数量和质量提出了越来越高的要求，不仅 要求机械产品的内部质量稳定可靠，而且对产品的外观质量提出 了更高的要求。 产品的外观质量主要表现在产品的外形设计、表面材料的选 择和工艺以及色彩格调三方面。这是构成产品质量的不可忽视的 条件。有些产品长期以来不重视产品的外形设计，造型陈旧，缺 乏时代感，使产品显得笨拙。由于表面材料选择不当和表面处理 工艺落后，使产品显得粗糙、简陋。色彩单调乏味，显得沉闷而 不明快，直接影响了外观质量和市场销售。因而，在搞好内在质 量的同时，外观质量越来越重要，造型设计的作用也就越来越高。 1 1 纺织机外观造型发展及现状 早期的机械产品，由于受历史条件的限制与科学技术发展的 制约，只在功能上满足使用要求，而不考虑外观形状，致使产品格 调陈旧，色泽沉闷，整体布局比例不当，形体粗笨，线条梭乱，面部 工艺落后，缺乏时代美感，严重影响了产品精神功能的发挥，制约 了产品的对外销售。 太原理工大学硕： 毕业论文 2 0 世纪5 0 年代，我国的机械产品造型一般为曲线、曲面、大 圆弧过渡或以包络线、包络面的所谓“流线型”风格进行设计的， 这种造型设计繁琐、线条杂乱，并且给人以笨重、臃肿、无神的视 觉感。在生产工艺上，需要的工装、夹具制造工艺复杂，成本又高。 2 0 世纪6 0 年代，“方形小圆角过渡”的造型风格相继出现，它挺 拔有力，简洁大方，清晰利落，但又存在着产品单调、生硬、呆板以 及缺乏轻巧的感觉。2 0 世纪7 0 年代“方形小圆角中又渗透进斜 线”的“梯型”造型具有生气与活力，它具有前者的优点，又克服 其动感不足的缺点。目前，“梯型”造型风格中又演变成大曲率弧 线和小圆角过渡的“理智线型”风格。在方、直的造型中加以轻 柔的大曲率曲线后，使造型物态更为生动活泼而亲切。既有刚劲有 力之感，又有庄严规整的阳刚之美，表现出产品轻巧、活泼的视觉 感。2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代机械产品造型体现出了高雅、清秀、 简洁之感，在使用上体出了功能齐全、用途广泛：声一光一电一体 化，达到造型与色彩设计风格、实用价值与时代的同步，总之不同 的时期有不同的造型，并且总是由欠缺而逐步完善的。 1 2 纺织机械的造型特点分析 纺机的造型设计应从机械工程学、人机工程学、美学等方面 来考虑。这就要求工程师与设计师的相互配合。工程师从结构、 功能、原理方面来考虑机器的整体布局，而设计师主要考虑人一 机一环境的合理布局和统一协调问题，解决的重点是产品的形态、 色彩、质感以及操作的宜人性。产品的结构功能的确定，很大程 2 太原理工大学硕士毕业论文 度上也就确定了产品的基本形状。 1 2 1 纺机形的特点 现阶段人们对有效率的、确切的、精密的、简洁的、清新的、 明朗的和轻巧的产品感到美观，这是现代社会人们对现代产品造 型设计所产生的共同美感心理。纺机的造型尽管以功能为主导， 而造型是功能的强调和美化。 第一个特点是造型单纯、简洁。简练单纯的形态，人的视觉 最容易接受，最易识别和技艺，给人的印象最深刻。机头、机尾 箱体基本以长方体为基本形，在此基础上略有不同。以单纯的形 体给人整洁、大方的感觉。仪器仪表产品造型也是涉及简练、形 式新颖，质感亲切，色彩宜人，改掉以往沉闷、繁琐的造型风格。 第二个特点是运用直线和方角造型。以小圆角或直角代替了 过去的大圆角，以直线和平面代替了过去的弧线和曲面。这是随 着材料、结构、工艺的发展而发生的变化。它有利于现代化生产 制造，也有利于提高肌体的刚度和满足经济要求，同时还反映出 在新的生产方式下，人们新的审美观念。 第三个特点是向封闭式造型方向发展。即整个机的机头、机 尾分别被一个罩壳所封闭，除附必要的抽风除尘装置、监视窗、 活动门之外，外露件很少。封闭式造型的出现不是偶然的。首先 是有了电子计算机数控技术，为此提供了可能性；其次是由于人 机学的发展，更多地考虑操作者与机器的关系。封闭不但能起到 降低噪音、减轻油雾外逸及冷却液飞溅、防止有害气体扩散等作 用，而且封闭使外观整齐、干净、利索、在造型上藏缺露优，容 易获得好的造型效果。 1 2 2 色的特点 3 太原理工大学硕士毕业论文 色彩总的趋向是向浅淡明快的色调方面发展。据有关科研和 预测报告，在今后相当长的时期里，这种浅淡明快的色调将成为 越来越多的纺织机械的基本色调。 ( 1 ) 传统色调仍盛行 所谓传统色调，是指多年来许多国家和地区在设备上都较习 用的色调。在纺织机械上传统色调多是冷色调。如苹果绿就是流 行多年的传统色。现在西欧、东南亚等许多国家和地区的普通机 床及重型机床，大部分是苹果绿，其他仪器仪表等机电产品也用 的很多。现代的传统色调与过去相比，在色彩的明度和纯度上有 所变化，即明度较高，纯度较低，更富有现代鲜明感。 由于纺织机械的整个工作环境是一种温度较高，噪声大，飞 毛多，易使人产生烦躁情绪的环境。同时国内的厂房内部屋顶、 墙面常采用明度高、纯度低、明快的浅色调，如浅黄、浅绿等。 置于其中的机械设备色彩，除了满足产品具有一定的稳定感、精 密感、安全感以及和周围的环境空间色彩协调外，同时还要使操 作者的情绪稳定，不易疲劳，使操作者感到人机协调、视力不下 降。因而明度较高，纯度较低的绿色调，蓝色调以及明度较高偏 暖的灰色调都是常用传统色调。 ( 2 ) 二套色或三套色的发展趋势 国外许多纺织机械的主调色是二套色，少量的是三套色。如 日本的村田纺织机就是蓝与乳白色的二套色。这种利用色的对比 与互衬的套色处理，只要配置得当，可以收到较好的色彩效果。 给人一种清新、明快、丰满、动人的感觉，打破过去那种一片机 械灰的沉闷单调感。 ( 3 ) 刺激色少量应用国外许多厂商为了引人注目，招徕 太原理工大学硕士毕业论文 顾客，突出自己的与众不同，往往采用刺激色很强的商业色彩， 特别是在一些国际展览会上。2 0 0 2 年北京举办的国际纺机展上意 大利有一款黑色的织机就相当引人注目。当然机械设备色彩强烈， 刺激性大，使人兴奋，很容易引起疲劳，一般不宜用在车间内。 1 2 3 表面工艺 机电产品的表面工艺有如人的皮肤和衣着，是造型精心设计 的部分。因为纺机工作时噪音和震动都会很大，箱体材料一般要 求有一定的抗震性能和吸音效果，且能吸附不同的涂料，容易加 工。如钢板、铝板、a b s 板和碳素纤维等。选择合适的材料，通 过表面工艺加工使其表面特征达到质感强，无光和亚光，平整， 惊喜，质朴，大方，舒服宜人。许多产品的表面用桔纹漆，并把 过去的铝板喷砂工艺改为铝板亚光工艺或贴塑面板工艺。面板上 的许多符号不用腐蚀工艺，而用平面印刷工艺，等等。 1 2 4 人机学的设计 把人机学的原理、数据广泛应用于机电产品造型上，注意人 机协调的配合设计，也是现代造型设计的基本特点之一。纺织机 械的数据表或状态显示屏应放在正常的视距范围内；主要操作按 钮放在有效视野机最佳视区内；充分考虑人的最佳视线高度和有 效操作范围：要求设计人员充分考虑人的因素，使机械适合、适 应人的生理与心理特征，达到人机系统高效率的目的。 1 3 课题来源及目的 迄今为止，国内在机械造型方面的研究还较少，较为薄弱， 一5 太原理工大学硕士毕业论文 只有不多的研究文献。加入w t o ，我国也逐步走入国际市场这个 大舞台。随着经济的飞速发展，市场竞争也日益激烈。各企业公 司为了提高各自产品的市场竞争力，生产者开始对产品设计不断 提出更高的要求。要求产品不仅具有优良的功能，合理的结构， 还要具有时代感的造型形态，还要是使用者能够安全、方便、舒 适的操作。从而使产品达到最佳状态。 基于此，榆次沪晋纺织机械公司先人一步的看到了产品造型 设计的重要性，于是对于f 6 0 5 纺机造型上能够有所改进。 本研究的目的是通过对产品造型形态、色彩、人机关系等方 面的研究，对f 6 0 5 纺机重新进行造型设计，使之从功能到形式 达到完美协调，符合时代要求，并且在市场中形成自己的特色、 树立自己的品牌。同时，通过外观造型设计，使其能体现出机械 内在的优良性能，提高市场竞争力。 1 4 研究内容及结构 为了达到上述目的，本研究主要从以下几方面着手工作。 一、从形态方面，通过研究形态的构成、原则等，对f 6 0 5 纺机进行形态构思设计。形态方面考虑机头箱、电气箱、 机尾箱三部分的箱体设计，显示与控制操作面板四部分。 根据形态美学原则，力求达到一种造型简洁、明快的造 型风格，使整个纺机在形体上布置均衡和谐，统一中又 有变化。 二、从色彩方面，通过对色彩及相关因素的研究，对f 6 0 5 6 - 太原理工大学硕士毕业论文 纺机进行色彩设计。在这里主要是通过色彩对人的心理 影响、时代对色彩的要求、色彩与造型的关系的研究， 对h j f 6 0 5 转杯纺纱机进行色彩设计，力求达到柔和淡 雅、亲切明快、刺激性低、大方协调的效果，使之可以 降低使用者疲劳度，更符合时代的潮流，更受使用者的 欢迎。 三、 从人机关系方面，利用人机工程学的相关内容，对纺 机进行分析，从而建立起协调的人机系统，使之恰当应 用于造型设计。在总体布局的基础上，考虑人体本身的 相关因素，比如身高、上肢活动范围、视觉范围等等； 再根据产品各部分的形状、大小、位置、色彩的特点， 来确定其布局和位置的合理安排，比如操纵装置和显示 装置的合理位置。使之达到最优的人机关系。 本文研究结构 7 太原理工大学硕士毕业论文 第二章形态设计概论 2 1 形态概念 所谓形态，是指形体内外有机联系的必然结果。态者，态度 也。形态者，内心之动形状于外也。形态的一般分类如下图2 一l ： f 自然形态( 萎：耄羹 f 瑗实形态 形奄【人为形态 蠹套曩套 【抽京形- 忐瓤念形杰 圈2 1 形态分类 工业产品都是人为形态，即为了满足人们的特定需要而创造 出的形态。人为形态又可分为内在形态和外观形态两种。内在形 态主要是通过材料、结构、工艺等技术手段来实现的，它是构成 产品外观形态的基础。外观形态是指直接呈现于人们面前，给人 们提供不同感性直观的形象。同一功能技术指标的产品，外观形 态的优劣往往直接影响着产品的市场竞争力。 8 太原理工大学硕士毕业论文 2 2 形态构成要素 任何产品都是占据三维空间的实体。每个造型物实体都是以具 体的形象向人们传递信息的我们把工业产品这种传递视觉信息 的媒介称为构成要素。它主要包括几何要素、美感要素和材料要 素三个方面。 2 2 1 几何要素 1 点 在几何学中，点只有空间位置而无大小和形状。但在平面构 成中，作为形象的基本单元，它不仅表示位置，同时也具有大小 和形状。产品上的点，不是以自身的大小而论，而是指同周围形 体与空间的比例比较而言。如旋钮与机器设备相比较称为点：飞 机与宇宙空间相比也称为点，大海中的条船相对大海可看作点， 而船上的一盏灯相对船也可看作点。 2 线 线是一切形态的代表和基础，点不改变方向的移动就形成直 线，而不断改变方向的移动就形成曲线。线的表现力最丰富，它 是形象单元中最重要的单元。 线分为直线和曲线两大类( 见图2 2 ) 。直线使人有严格、正 直、明确的感觉，曲线给人以温和、柔软、丰满、动感。几何曲 线具有明确、理智的感觉，任意曲线表现奔放、丰富和具有个性 的感觉。 9 太原理工大学硕上毕业论文 ，b 俺形杰绒 ，承早绠 - a - 钱 钳罨嫒 i 侦辫线 聃线f 几锕曲绒 构成款果域 任意曲蝮 鬟媲 季慧蛾 图2 2 线的分类 鳍拇戡 风恃线 装烯钱 3 曲 在几何学中，面是线运动的轨迹，是无界限、无厚薄的。而 在造型设计中的面是有界限、有厚薄、有轮廓的。造型设计中的 面可分为平面和曲面两种。 面在二维平面上表现为形状，其表现力曲面的轮廓线而定。 几何曲线形构成的面具有柔和、高贵、明确、理性、规整的感觉。 简洁明确的几何形面易于被人识别、理解和记忆。自由直线形构 成的面表现为豪放、力度、坚硬、明快之感；自由曲线形构成的 面具有纯朴、优雅和富有生命力的感觉：复合形面即曲线、直线 复合而形成的面、具有刚柔并蓄、丰富多变的感情。 4 体 1 ) 体的概念 体是存在于实际空间的体块，在设计中它是由线的三次元运 动而形成。产品的形状无论多么复杂，都可以分解为一些简单的 基本几何体，基本几何体是形态构成的基本单元，它可分为平面 立体和曲面立体两类。平面立体的表面是由平面围成，具有轮廓 线明确、肯定的特点。曲面立体的表面是由曲面、曲面与平面所 1 0 - 太原理工大学硕士毕业论文 围成。 2 ) 立体与空间 空间是指占据一定空间的实体之围，研究物体形态的视觉效 果不能抛开空间的概念。空间按其构成方式一般可分为闭合空间、 限位空间和过渡空问三类。 闭合空间是指主要空间界面是封闭的形态。例如，在载人 车辆的内部和建筑物的室内空间。造型设计中对于这种限定空间 的比例分割、色彩设计，以及与外部空间联系的处理等都是很重 要的，否则，易给人产生压抑感。 限位空间是指部分空间界面敞开，对人的视线阻力不强， 例如，建筑物的走廊、门廊、机器设备的挡板等。 过渡空间是指闭合空间、限位空间和外部空间三者之间所 配有定过渡形式的空间，同时也指封闭空间或限位空间自身大 小、方向的一定过渡形式的空间。 空间形式具有象征和暗示的意义。巨大的空间给人以敬畏感， 适当的空间给人以亲切舒适感，而过分低矮、狭小的空间则给人 以压抑感。 2 2 2 美感要素 1 力感 力感，是形态通过视觉作用在心理上产生的一种超越感。比如 哥特式建筑伸向高处的三角形尖塔就是利用其引导视线上升， 迫使人们的注意力从地球的局限中摆脱出去，而产生尽力向上， 抵制地球引力冉冉升起的感觉。这种心理联想和感受就是形态 所表现出的力感。 2 动感 太原理工大学硕士毕业论文 动感，是借助于形态的变化，使静止的物体给人产生一种动 的感觉。例如，在电扇中轴端面装饰几条旋转线，尽管电扇是静 止的，但看上去仍有旋转运动的感受。 3 量感 量感，是指心理上对于观察物的轻重、多少克数量上和程度 上的感觉。量感的产生取决于材料的选择和面饰的处理。例如用 钢材制作的庞大的机器，就会使人产生一种沉重感；而用塑料、 玻璃制作的用品，则使人产生轻便，灵巧感。 4 质感 质感，是指物体表面的配色与组织结构给人产生的视觉联想 和感受。指物体的表面肌理给人产生的视觉联想和感受。 肌理按感受可分为视觉肌理和触觉肌理：按形成可分为天然 肌理和人工肌理。在工业产品上，广泛使用人工肌理。在产品的 造型设计中。处理好产品表面肌理，是取得良好造型效果的重要 方面。建筑物的表面粘贴瓷砖，为的是增强其肌理美；高级木制 家具通常涂以清漆，是为了显示其本质的肌理美。肌理不仅给人 以平面的量感，同时也给人以纵深的体感。 5 空间感 空间感是形态作用于视觉后所产生的一种心理扩张感或压缩 感，例如，装镜面，利用镜面的成像，形成心理空间的扩张使人 觉得店面比原来大的多。 6 色彩 色彩是无彩色的黑、白、灰和有彩色的红、橙、黄、绿、青、 蓝、紫等的统称。色彩给人的视觉感受主要是由色相、明度、纯 度三要素所构成。色彩三要素的不同比例配置，可产生千变万化 1 2 太原理工大学硕士毕业论文 的色彩效果。 2 2 3 材料要素 立体形态的构成离不开材料。若按材料的品种类别来分，主 要有金属材料、非金属材料、天然材料和涂饰材料等。 一般来说，金属材料都具有良好的机械强度，可涂性能好但 加工成型较困难。非金属材料种类繁多，尤其是泡沫塑料更是理 想的、很有发展前景的构成材料，它的优点是取材方便，价格低 廉，质轻易携带，加工方便。天然材料中的粘土、木材也是常用 的材料。涂饰材料一般是构成实体形态后再涂装，以观看色彩效 果。 3 产品造型的形式美学法则 形式美是指构成事物的外在属性( 如形、色、质等) 及其组合 关系所呈现出来的审美特性，它是人类在长期的劳动中所形成的 审美意识。形式美法则是人们长期对现实生活中美的形式的探索 总结，在产品造型设计中必须遵循这些基本规律，根据不同的对 象、不同的条件灵活运用。下面从9 个方面来讨论： i 比例和尺度 比例，指形体自身各部分的大小、长短、高低在度量上的比 较关系，一般不涉及具体量值。在比例学说上，影响最大，也是 实践中运用得最多的是黄金分割比例。此外还有均方根比例、 整数比例、相加级数比例、人体模度比例，等等。 1 ) 黄金分割比例 1 3 - 太原理工大学硕士毕业论文 第三章造型色彩设计 3 1 色彩的基本知识 3 1 1 光线的作用 自然界五彩缤纷的色彩，首先是凭借光线的作用。一旦光线 消失，色彩也就随之消失，光是形成色彩的条件之一。 相同的光线照射在不同的物体上，为何会有不同的颜色呢? 首先还是光线问题。太阳光含有七种颜色：红、橙、黄、绿、青、 蓝、紫，通过棱镜，我们可以观察到如图3 1 示。当光线照射到物 体上时，由于物体表面的某些特性，会发生全反射或部分反射， 全吸收或部分吸收。被全部反射出去的某种色光，与被部分反射 出去的其他色光相遇混合后，就形成了这物体所呈现的颜色。物 体反射什么色光，就呈现什么颜色。 3 1 2 视觉生理作用 色彩的来源与人的视觉生理机能有密切关系。人眼的生理构 造中，有专门感受色光的细胞。当人眼受到不同程度的色光刺激 后，形成不同的颜色感觉。若没有人眼的感色细胞，一切颜色也 不能形成。光和视觉生理的共同作用，人才能真正感到物体存在 的色彩。 3 1 3 色彩三要素 2 1 蓐田3 3 崩一皂桷囊度熏他 蓐霸3 - 4 不舟皂栩蚋氕度童化 太原理工大学硕士毕业论文 色相、明度、纯度是色彩的三要素，或称为色彩的三属性。 所谓属性，即色彩本身所具有的性质。色相、明度和纯度这三个 性质是研究色彩构成的基础。 1 ) 色相( h u e ) 每一种色彩都有其不同的相貌特征，如红、橙、黄、绿、蓝 即为不同的色相，每一种色彩的名称就代表一种色彩的相貌。 光谱中各种色彩是按照其波长不同，依序排列成直线。为了 色彩设计中使用与研究的方便，在紫色与红色之间加入红紫色作 为过渡，就排成一个环状。这种代表各种色相的环称为色相环或 色环( 图3 2 ) 。色环可直观地反映出色与色之间的距离，从中可得 到准确的色相位置。 2 ) 明度( v a l u e ) 明度是指色彩的明暗程度。不同的色相，明暗程度是不同的， 在红、橙、黄、绿、蓝、紫六个标准相位色中，黄色明度最高紫 色明度最低。明度是人眼对物体表面明亮程度的感觉，这就涉及 到物体表面本身的明亮程度和光照强度两个方面。色彩在不同的 光源强度照射下，其明度会发生变化。图3 3 ，3 - 4 是明度变化图。 3 ) 纯度( c h r o m a ) 纯度又称彩度、饱和度。在某个色相里混合不同明度阶段的 灰色所产生的变化，称为纯度变化。如果灰色的明度与色相的明 度一致，则该色相仅产生纯度变化。而若混入不同明度的灰色， 则随着纯度变化明度也产生变化。 物体颜色的纯度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性。 物体表面性质也会影响共色彩的纯度感觉，表面平滑的物体，显 得其色彩纯度高，而粗糙表面就显得纯度低一些。纯度高的色彩 2 2 太原理工大学硕士毕业论文 较鲜明突出，纯度稍低的色彩，易使人感到柔和协调。 3 2 色彩的心理效应 不同的色彩能对人产生不同的心理和生理作用，以及不同的 效应。色彩通过感觉的冲击对心理起作用，它在无意识中影响我 们的情绪、性情和行为。色彩对心理起作用的例子很多。在红色 的环境中由于红色刺激大而兴奋起来，脉搏增加、感觉发热等。 相反，在蓝色的环境中安静下来，脉搏减少，一看蓝色就感觉发 冷等等。有色光的场合，含长波长的红、橙的色光，本身产生暖 感，这样的光线照射下使任何色都产生暖感；反之，含短波长的 紫、蓝、绿多的色光有冷感。色彩有冷色和暖色，分为两个明显 区别的心理群，这两个心理群产生不同于我们身体的肉体反应。 我们的视觉经验积累而得的感觉加上联想形成了辨别冷色暖色的 能力。红色与火焰、蓝色与水或冰的联想集中为清楚的概念，显 示感情上的反应。互为补色的两个色相由于包含全部可见光谱， 在心理上赋予我们冷暖的平衡。 3 2 1 色彩的心理感觉与应用 1 色彩冷暖感的应用 人们通过自然现象和生活经历形成了对色彩的心理效应和联 想。红、橙、黄色常使人联想到太阳、火焰、沸腾的钢水等，因此 有温暖感；青、蓝色使人联想到大海、绿林、清水等，因此有寒冷 感。对于色彩的明度和纯度，一般明度高的有冷感，明度低的有温暖 感；纯度高的有温暖感，纯度低的有寒冷感。在色彩设计中，常利 2 3 太原理工大学硕士毕业论文 用色彩的这一特性，结合产品的功能及使用环境来确定其色彩基 调，以恰当地处理人机关系。在寒冷地区及低温工作条件下使用的 产品，宜用暖色，给人们温暖、兴奋的感觉：在炎热地区及高温工作 条件下使用的产品，宜用冷色，给操作者以清凉、沉静的感觉。当然 了，设计师不能全凭主观及逻辑推理来进行色彩设计，而应善于把 握市场的脉搏，迎合消费者的喜好。 2 色彩轻重感的应用 基于对客观事物的联想，不同的色彩在人们的视觉心理上会 形成不同的轻重感。如白色使人联想到白雪、白纸等，感觉轻； 黑色使人联想到铁、煤块等，感觉重。色彩的轻重感主要取决于 明，一般明度高的浅色有轻感，明度低的深暗色有重感。当明度相 同时，冷色比暖色显得轻些，高纯度较低纯度显得轻。 色彩的轻重感对于处理产品造型中的均衡与稳定关系，有很 大用处。例如某厂生产的加工中心，就其形体比例来看，上部大于下 部，给人以“头重脚轻”的感觉。据此，设计者对其上部施以乳白色， 显得轻巧：下部施以深灰色，感觉稳重，因而获得了稳定而生动的总 体效果。此外，设计师还可运用色彩的轻重感去进行产品主体的固 定部分与局部的运动部分的对比配色，以表现其特征。 3 色彩胀缩感的应用 根据实验测定，形状及大小相同的部件采用不同的色彩，其中 某些色彩给人以胀大或缩小之感，这主要是由人们生理上的一种 光渗错觉造成的。色彩的胀缩感主要与色相、明度有关。一般来 讲，暖色、明度高的色有胀大感；冷色、明度低的色有收缩感。 利用色彩的这一特性，可在色彩设计时调节色彩的面积和尺 度的对比关系，来调整产品的外观比例，甚至可以利用色块的安排 2 4 太原理工火学硕士毕业论文 去弥补形体的不足，以求得整体比例的和谐。例如，某公司生产的 龙门型加工中心，采用湖蓝与乳白两套色，底座及位于一侧的主轴 箱等立体部分用湖蓝色，运动部件工作台采用乳白色，但工作台相 对面积更大，白色又较湖蓝色有明显的胀大感，整体色彩效果不佳。 因此，设计者在工作台侧面配以若干个面积适中的湖蓝色块，这样 就获得了色彩面积的等同感和均衡感，是一个设计上比较成功的 例证。 4 色彩进退感的应用 几种色彩在同一位置时，有的使人感到近些，有前进感；有的使 人感到远些，有后退感。一般红、橙、黄等暖色是前进色，有凸出感； 而蓝、青、紫等冷色是后退色，有凹进感。另外，色彩的进退与明度、 纯度也有关，明度高、纯度高的色有进感，明度低、纯度低的色有退 感。在产品色彩设计中，常利用色彩的进退感创造色彩的层次，调节 主从关系和虚实关系，丰富立体造型的空间效果。 5 色彩联想感的应用 人们在观察色彩时，往往会将与该色有关的事物及现象联系 起来，即产生所谓的色彩联想。色彩的联想又分为具体联想和抽象 联想。比如看到红色，会具体联想到火焰、红旗、鲜血等，而抽象联 想到热情、喜庆、赤诚、革命等。 联想作用及象征的因素给予颜色很大影响。一般地说，所谓 某种颜色的固有感情是许多人由这种颜色引起的联想的平均值。 比如： 白一欢喜、明快、洁白、纯真、清洁 黑一寂静、悲哀、绝望、沉默、恐怖、罪恶、严肃、灭亡 灰一中庸、平凡、温和、谦让、仟侮、不得要领、中立 一2 5 太原理工大学硕士毕业论文 红喜悦、热情、爱情、革命、太阳、火焰、血液、势力、活力、 恋爱、鄙俗、愤怒、社会主义、积极 橙一妒忌、欺诈、热烈、热闹、积极、健康、乐观 黄一希望、快活、愉快、发展、黄金、智慧、饶舌、 绿一草木、和平、久远、健全、安息、生长、旅行 蓝一诚实、沉着、忧郁、海洋、悠久、辽阔、安静、消极、精巧 紫优雅、高贵、壮丽、神秘、不安、永远 某种色的色度和明度变化时，其感情方面的差别比色相的变 化更敏感。在产品色彩设计中，设计师可利用这一特点去调节和改 善操作者的情绪或表达产品的特征。比如国外某公司的空气压缩 机色彩设计，在色相处理上，采用了乳白基调上的蓝色，可使人联想 到天空中的大气，并且设计者巧妙地利用色彩明度的递增，用以表 达空气密度的增大与变化，从而体现了产品的特征。足见其设计之 匠心，构思之巧妙。 除上所述，色彩的感觉还包括兴奋沉静感、华丽、朴素感及质 感等几个方面。需要指出的是，色彩给人的心理生理作用还存在很 多规律，如色彩的调和使人安静，色彩的对比使人兴奋，色彩的杂乱 使人烦燥疲劳，色彩的单调使人压抑沉闷等。这些都需要设计师真 切体会并灵活运用，切忌生搬硬套。 3 3 色彩与产品造型 3 3 1 产品造型色彩的作用 1 ) 造型色彩的首要作用是美观，美观也是产品质量的一种表 - 2 6 - 太原理工大学硕士毕业论文 现。 造型美不美，除了产品外观形体的设计和组合要符合艺术规 律外，另个重要的因素就是外观色彩了。当人们评价产品外观 质量时，产品的色彩、形体和表面质感时首先作用于人的所谓视 觉三要素。在这三要素中，给人的第一印象是色彩，其次是形体， 最后才是质感。色彩在造型艺术效果中，具有先声夺人的魅力。 2 ) 机电产品造型色彩往往就是种涂料，对于有效的发挥产 品的功能效用也有着一定的作用。如保护作用，使机器延长寿命： 宜人作用，使人爱护机器和提高工作效率。有的色彩本身就是产 品的功能，如军用机械的保护色( 掩蔽功能) ，医疗、食品器械的 卫生色( 清洁卫生功能) ，机械设备的标志色( 性质功能) 等。 3 3 2 工作环境与色彩设计的关系 色彩设计时，应注意产品的使用环境。一般寒冷条件下以暖 色为好，以增强人们心理上的温暖感。炎热环境下工作的产品则 用较冷且较明快的色调，以中和气氛，使操作者感到心情平静。 就沙漠地带来说，因见惯了漫漫黄沙，因而对绿有一种渴求，所 以产品色彩用绿色为好。 此外，对于较大的设备宣用较深的颜色( 如大型机床) ，以增 加其稳定、坚实感。小巧的设备( 如仪表、表盘) 宜用浅色以增加 其明快、轻巧感。对于工程车与拖拉机等，由于在野外工作，常 在绿色的田野和树林的衬托下，宜采用鲜艳的暖色调的色彩。并 且，机器的涂色要有利于操作者对工作状态的观察和对操纵装置 的辨认，增加观察时的清晰度，尤其是在噪声高的工作环境中更 要强调这方面的问题。在噪声的环境中，眼睛对暖色的分辨能力 下降，而对冷色( 尤其是绿色) 的分辨能力反而上升，这在机器的 2 7 太原理工大学硕士毕业论文 指示和操纵装置的设计中是必须引起重视的。 3 4 造型色彩的选择 3 4 1 机电产品造型色彩的选择原则 机电产品造型色彩的选择原则，主要有如下几方面。 1 考虑造型的总体效果 产品的形和色彩是造型形态的重要构成要素，色彩对形的表 现效果有着直接的影响。机电产品种类繁多，其造型色彩的选择 必须根据造型总体效果的要求来考虑，尽量使色与形协调，并用 色助形，使造型附色生辉。如飞机采用银白色，不仅能减少太阳 辐射的影响，而且给飞机的形增添轻快感。 2 满足功能要求 满足产品的功能要求，不仅是造型设计最重要的任务，而且 也是色彩处理的主要任务。在进行色彩选择时，要把产品的不同 功能特点与色彩的功能效应相结合起来。如消防车的功能特点是 人们在紧急情况下用来灭火，而红色具有注目、激奋和使人联想 到火的功能效应( 因火是红色的) ，所以消防车要选择红色。这种 结合，使人们一看到消防车就知道它是灭火工具，并主动地让开 道路使它畅通无阻到达火灾现场，迅速完成灭火任务。 产品的功能是多方面的，人机关系的协调是其中的一个内容。 色彩的选择要有利于人机要求，使人有舒适感、安全感，不易疲 劳，能提高工作效率。 3 适应时代特色 2 8 - 太原理工大学硕士毕业论文 时代在前进，科学技术在迅速发展，人们的审美观以及对造 型色彩的喜爱也在不断的发生变化，也会象社会上的流行歌曲、 流行服装、流行发型那样形成流行色。 我国机电产品的色彩，由于建国初期的机械工业落后，色彩 设计五花八门没有统一的色调。直到七十年代后期，由于机械工 业得到了迅速发展，机电产品的色彩设计也放弃暗色调，向着明 快色发展，这种色系比较适合当时人们共同美感的心理，所以这 种淡雅明快的色系，就相对保持一段时间的稳定和流行。造型色 彩的选择，只有使造型美观、反映功能和时代要求、用色新颖并 且适合人们共同的美感心理，才会受到人们的欢迎。 3 4 2 造型的配色原则和方法 1主调色的配色原则和方法 任何产品都有其总体的色调。总体色调给人是充满生气、稳 健，还是冷漠或亲切等效果，都是由主调色决定的。所谓主调色， 就是在总体色调中起统一全局作用的色彩。例如，总体色调是绿 色调，那么绿色就是此色调的主调色：总体色调是暖的，那么暖 色就是此色调的主调色。 主调色的获得，一般需要考虑一下几点： a 用暖色调统一色相是温暖的，用冷色调统一色相则会冷起 来： b 用暖色和纯度高的色为主，会给人以刺激的感觉，以冷色 和纯度低的色为主，则使人感到平静： c 以明度高的色为主则亮，有明快感，以明度低的色为主则 暗，有庄重感； d 取对比的色相和对比的明度配色则活泼，取类似和同一的 2 9 太原理工大学硕士毕业论文 色相和明度的配色则感到稳健； 2 重点部位的配色原则和方法 选择与主体色形成明显对比的、小面积的调和色作为突出重 点部分的配色，这样可以弥补总体色调的单一，从而使整体产生 活跃感。产品重点配色的部位常是产品的重要部分或有特殊要求 ( 安全警示标牌及产品商标等) 的零部件，需要使用重点色以引 起注意和活跃产品总体色彩气氛。 重点部位的配色原则： 1 重点的颜色应该使用比其他色调更强烈的色； 2 重点的颜色应该选择与总体色调相对比的调和色； 3 重点的颜色面积要小，只适用于产品的狭小面积上： 4 重点的颜色应该考虑与总体色调的平衡效果。 3 平衡感的配色原则和方法 平衡就是对称、均衡。配色时，色的强弱、轻重感往往左右 着色面积的大小，形成各种平衡。均衡的配色使人心情安定，反 之则使人感到不安和紧张。其原则是： 1 ) 一般暖色和纯色比冷色和浊色面积小时，容易取得平筏； 2 ) 纯度高而且强烈的色与同样明度高的灰色配合时，可以取 得平衡； 3 ) 明色和暗色上下配置时，明色在上暗色在下则稳定平衡， 相反配置则有动感。 4 背景色与图形色的配置原则和方法 光线的强弱和物体( 图形) 的大小，对于看清物体( 图形) 有 着重要的影响。但是，图形是否被看清有时也取决于图形于背景 色的关系。通常明色和鲜艳色比暗色和混浊色容易出图形效果。 3 0 - 太原理工大学硕士毕业论文 为了出图形效果( 看清物体) ，一般要考虑两点： 1 ) 图形的色要比背景色更明亮、更鲜艳； 2 ) 明亮和鲜艳的图形色面积要小，暗的和纯度低的图形色面 积要大些。 5 对比与调和感的配色原则和方法 在对比和调和的配色中，对比与调和必有一方是主要的， 起主导作用。若以对比为主，则可采用在对比中求调和的手法； 若以调和为主，则可采用在调和中求对比的方法。以对比为主的 配色，要求鲜明而不刺激；以调和为主的配色，要求和谐而不含 混。造型色彩一般是用调和为主的配色方法，因为这样容易取得 总体的协调与统一。 3 l - 太原理工大学硕士毕业论文 第四章人机系统设计 4 1 人机工程概述 4 1 1 人机工程学的概念 人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的一 门科学。除与有关的技术工程学科有着密切关系外，它还与人体 解剖学、人体测量学、劳动卫生学、生理学、心理学、安全工程 学、行为科学、环境科学、产品造型等有着密切的联系。因此， 它也是一门研究和应用范围都极为广泛的综合性学科。 4 1 2 人机工程的研究内容 人机工程学的研究内容和应用范围极其广泛，就工业造型设 计而言有以下几个方面： 1 人的因素方面的研究 主要研究对象是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。 例如，人体静态与动态的形体尺寸参数、人对信息的感知特性以 及人的反应及能力特性等。研究的目的是解决机器、用具、作业 场所以及各种产品的设计如何与人的生理、心理特点相适应从而 才有可能为使用者创造安全、舒适、可靠、高效的工作条件。 2 机器因素方面的研究 主要内容如下： 一3 2 太原理工大学硕士毕业论文 信息传达显示方法 操纵控制技术 安全保障技术 机器、用具上有关人体舒适性、使用方便性的技术 3 环境因素方面的研究 环境因素的内容包括以下几方面： 作业空间，如场地、厂房、机器布局等。 物理环境，包括照明空气湿度和温度等物理因素。 化学环境，包括有毒物质、化学性有害气体等。 4 1 3 人机工程对工业造型设计的作用 工业造型设计的中心是努力提高工业产品的全面质量，创造 符合人类社会健康发展需要的产品，从而使产品更充分适应人的 多种需求。而人机工程学着重研究人、机、环境之间的关系，为 解决这一系统中人的效能、健康问题提供理论与方法。工业造型 设计与人机工程学的共同之处在于，两者都是以人为核心，以人 类社会的健康发展为最终目的。人机工程学对工业造型设计具有 十分重要的意义。人机工程学研究的内容对工业造型设计的作用 可以概括为以下几方面： 1 、为工业造型设计中考虑人的因素提供人体尺度参数 人机工程学根据对人体测量学、人体力学等学科的研究所提 供的各种人体尺度参数，是工业产品造型设计中重要的设计依据。 2 、为工业造型设计中产品的功能合理性提供科学依据。 工业造型设计的目的是创造出具有物质与精神双重功能的工 业产品，因此，如何解决产品与人相关的各种功能最优化是现代 工业产品在功能设计上的重要内容 3 3 太原理工大学硕士毕业论文 3 、为工业造型设计中考虑环