机械优化设计第7-8章.doc

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课程名称机械设计学任课教师李玉柱

第七章人机学设计计划学时1

第八章机械产品的商品化设计计划学时2

教学目的和要求：

1.了解人机学设计中应遵循的原则；

2.了解商品化设计的意义。

为产品进入市场，赢得消费者，应做些抓住消费者心理的工作。

重点：

1.人机学设计中应解决减轻人的疲劳（包括体力、心理的疲劳）的因素，提高工作效率；

2.商品化设计中的造型设计和色彩设计。

难点：

1.减轻人的疲劳应采取的措施；

2.造型设计中的美学法则；

3.色彩设计中的颜色搭配、谐调问题。

思考题：

1.人机学设计中应遵循的原则有哪些？

2.影响产品竞争力的三要素是什么？

3.艺术造型设计中的美学法则有哪些？

第七章人机学设计

一、概述：

本教材第一章（绪论）中的第五节，在讲到近代“设计学”的重大发展时，特别强调，对于“设计学”来说，真正激动人心的是三项“设计学”核心技术的萌芽和发展。

这三项“设计学”核心技术是：

“功能”思想的提出和发展；“人机学”思想的形成和发展；“工业设计”学科体系的发展和成熟。

“人机学”思想的核心就是在设计机器时，必须处理好人与机器的关系，使设计的机器“宜人”。

因为，各种机械产品都是供人使用的。

人要在各种环境中使用工具、操纵机器，人和机器及其周围环境构成了一个统一的系统。

构成该系统的三要素中，人是第一位的，是第一要素。

“人机学”就是从“系统论”的观点来研究人、机器、环境三者之间的相互关系。

它研究的重点是人，从人的生理和心理特征出发，使系统中的三要素相互协调，以便促进人的身心健康，进而提高工作效率。

二、人体力学与机械设计

1.肌肉的生理特征

1）肌肉收缩产生力。

人体肌肉约占人体重量的40%。

肌肉可以收缩，收缩量可达原长的50%。

人体就是靠肌肉收缩产生力，而使人体运动来做功的。

2）动态施力，不易疲劳；静态施力，易疲劳。

肌肉在收缩产生力的过程中，要消耗肌肉中的化学能源。

能源补充靠从人体血液中不断地输送氧、葡萄糖等供能物质和蛋白质、脂肪的共同作用。

动态施力时，肌肉有节奏地收缩和舒张，收缩时，血液被压出，带走代谢废料；舒张时，又使新鲜血液进入肌肉，供给足够的糖和氧。

静态施力时，肌肉较长时间处于紧张的收缩状态，血液流动受阻，影响能源的补充和废料的排出。

有实验指出，静态施力时，在肌肉中的血液量仅为动态施力的1/10-1/20。

所以在静态施力时，能耗增加，心率加快，加速了肌肉的疲劳进程。

3）肌肉收缩产生的肌力愈大，肌肉愈易疲劳。

人体各部分肌肉产生的肌力是不同的。

俗话说：

“胳膊拗不过大腿”就是这个道理。

某一块肌肉产生的肌力愈大，愈接近该块肌肉的施力极限，就愈易疲劳。

为减轻疲劳，则应使肌肉的实际负荷小于该肌肉所能产生的最大负荷的15-20%为宜。

2．从人体力学考虑人机学设计

根据人体肌肉的上述生理特征，我们为了提高作业效率，就应尽力避免易引起肌肉疲劳的两个因素：

一是长时间静态施力；二是使肌肉施力过大。

努力做到：

1）尽量多地动态施力；

2）合理使用肌力，降低肌肉的实际负荷。

我们作为设计人员，在设计机械、仪器、工具及作业空间时，应充分考虑人体生理特征，遵循人机学的基本设计原则。

做到：

1）尽量避免操作者在较长时间内以一种姿势施力；

2）尽量减少肌肉担负的实际负荷；可以采取负载分担、让能产生强大肌力的肌肉施力、降低肌肉的静态施力。

3）避免容易造成静态施力的不自然姿势；

4）尽量使关节减小所承受的力矩。

第八章机械产品的商品化设计

第一节概述

一、商品与产品

设计的目的是满足人类不断增长的物质和文化需求，而人们需求的满足是通过企业向市场上不断提供的产品来实现的。

为满足市场需要而生产的产品就是商品。

产品要投放市场成为商品，就要接受市场剧烈竞争的考验，接受消费者的评判。

这是消费者的利己主义所决定的，这是他们的权利，无可厚非。

不能给消费者带来物质上或精神上的满足感，消费者是不买你的帐的。

所以产品应该是为满足人们需求而设计生产的具有一定用途的物质和非物质的形态服务的总和。

它包括三方面的内容：

1．产品实体产品提供给消费者的效用和利益；

2．产品形式产品质量、品种、花色、款式、规格、商标、包装等；

3．产品延伸产品的附加部分，如维修、咨询服务、分期付款、定期回访、交货安排等。

二、产品竞争力的三要素

产品要具有竞争力，要在激烈竞争的市场上占有一席之地，就要遵循市场经济的规则，按市场经济的客观规律办事。

设计者应充分认识到市场的挑剔性、严酷性、多变性，要有风险意识、竞争意识、超前意识（前瞻性、创新性），在产品设计时，要充分考虑到影响产品竞争力的三个要素，使走向市场的产品在竞争中立于不败之地，为企业带来丰厚的利润回报，也给自己带来物质上和精神上的享受，充分体现自己的人生价值。

三要素是：

产品功能原理的新颖性核心要素

产品技术性能的先进性基础要素

迎合顾客，提高产品吸引力心理要素

三、商品化设计的四大措施

产品竞争力的三要素中的前两个要素已在前面章节中讲过了，后一个要素，就是商品化设计要解决的问题。

商品化设计是产品进入市场前的精心打扮。

现代的商品化设计内容不能简单地理解为单纯的“包装”。

产品进入商品市场，首先给人的直观印象就是其造型和色调，先入为主是一种极为普遍的心理反映。

首先是产品“入眼”、“迷人”，只有消费者看中，通过了“预选”，才有可能进入“决赛”，才能谈得上进一步的挑选，讨价还价。

因此，产品的形态、结构、尺寸、色泽等要独具特色，追求科学技术与艺术造型的完美统一，这就是艺术造型设计。

要使产品胜人一筹，就要做到“物美、价廉”，物美，就是产品质量高，性能好；价廉，就是价格低。

这就要求运用“价值工程原理”，进行价值优化设计。

产品的通用性可以缩短设计周期，使产品以高速度、高质量、多品种参与竞争，就要使产品的结构件和组合件实现“三化”，即标准化、系列化、模块化。

产品的适用性，可以满足不同消费群体的需求，进而拓宽市场，提高市场占有率。

由于课时有限，我们仅就机械产品的艺术造型展开讨论。

第二节机械产品的艺术造型

一、艺术造型设计

机械产品的艺术造型设计就是通过造型使产品的外观与功能、形态、人机关系、色彩等因素及有关工程技术问题和形态的艺术表现融为一体。

目的在于使产品具有美观适用的外形和布局。

比如一台电视机，它不是仅有各种零件堆砌成的方盒子。

他不仅具有接收电视节目的物质功能，而且形体和比例要美，装饰要大方而精巧，色彩要适度，能成为家庭居室中的点缀。

也就是说买一台电视机往家里一放，棚壁生辉。

给人带来心理愉悦。

一台机械设备也是这样，不仅要求它具有实际用途，科学而合理的结构，优良的功能，而且要有低廉的价格，美观的造型。

同时还要使用安全、方便、牢固、高效率。

一、艺术造型设计的基本原则

实用、经济、美观是造型设计的三项基本原则。

实用、经济、美观三者的结合与统一是设计工作的内涵，又是矛盾的统一这一普遍法则在设计工作中的体现。

三者互相关联，相互制约，三个原则缺一不可。

其基本关系是在实用的前提下讲究美观，实用和美观均以经济因素为制约条件。

二、造型设计的要素

造型设计有三个基本要素：

1.功能基础

2.物质技术基础

3.艺术形象

功能基础体现了产品的实用性，是造型设计的主要因素。

它起着主导性和决定性的作用；

物质技术基础体现了产品的技术性，是实现功能的基础；

艺术形象体现了产品的艺术性。

三者要有机地结合，不能偏废。

造型设计只是手段。

若单纯强调功能，忽视艺术形象，则不能满足人们对产品的审美要求，也不能使产品具有功能全面、且有现代感的新型造型。

材料、结构、工艺均为功能服务，但也不是被动与消极的因素。

艺术形象虽是一种表现形式，但又能动地影响着功能、材料和技术的发展。

三者之间相辅相成。

三、造型设计的美学法则

主要有以下五点法则：

1.统一与变化

机械产品的完美造型应做到在整体上协调统一，又有多样的或独特的变化。

若缺少变化，就会显得单调，平淡、艺术感染力不强；若离开统一，就会失去整体和谐，显得支离破碎，杂乱无章。

所以要在统一中赋予变化，在变化中求得统一。

原则是“基本统一、稍有变化”。

2.对比与调和

机械、仪表等工业设备造型设计应以调和为主，在调和的前提下采用对比手法，突出需要注意的部位，以增强形体的生动、醒目感觉。

3.稳定与轻巧

稳定，是指在重心靠下或下部具有较大面积的原则下，使产品的形体保持一种稳定状态的感觉；

轻巧，是指在稳定的外观上赋予活泼的处理方法，使形体呈现出生动、轻盈的感觉。

4.对称与均衡

机械产品的造型设计多采用对称手法，体现对称美，增加产品的稳定感。

如汽车、飞机等具有动感的产品，采用左右对称，增加人心理上的安全感。

大型机械设备采用是对称或近似对称，形成协调美。

5.比例与尺度

比例指整体与局部或局部之间的大小关系；尺度指的是产品与人两者之间的比例关系。

在机械产品结构设计时，应注意使用“黄金分割法”确定各部分的尺寸比例，这样可以较好地保持各部分之间的匀称而协调的比例关系。

在设计时，首先力求主要尺寸（即外形轮廓）之比等于0.618,符合“黄金分割”的要求。

四、机械产品的造型手段

影响机械产品造型的因素很多，只有调动一切造型手段才能创造出较为完美的产品形象。

下面重点讲一下色彩协调问题。

机械产品表面涂漆，除防锈蚀外，还可以通过恰当的选择涂料的色彩以减轻操作者眼睛的疲劳程度，提高劳动生产率，提高对机械产品设备显示信息的辨读能力，并可以表现出新设备的质量和技术水平。

据统计，对一台设备的印象，刚开始阶段，色彩的分量重而形体的影响小，到一定的时间以后才逐渐平衡。

（有图）

色彩有三要素：

色相、明度、纯度。

色相，指色彩的名称，是区分色与色的相名。

明度是指色彩的明暗程度。

每一种色彩都具有自身的明暗程度。

其中白色明度最高，黑色明度最低。

在颜料的色中，若加入白色，其明度可以提高；反之，加入黑色，明度降低。

用一个色彩，逐渐加入白色量或逐渐加入黑色量，可做成一个有序色列，称作色彩的“明度推移”，在机械产品的视觉设计中很有用途。

纯度是指色彩的饱和程度（即色光的波长单一程度）。

标准色纯度最高，混合色纯度低。

产品表面结构会影响表面色彩的纯度感觉。

表面愈光滑，色彩纯度高；表面愈粗糙，色彩纯度低。

下面重点讲一讲色相。

色相，指色彩的名称，是区分色与色的相名。

颜色分有彩色、中性色、光泽色。

有彩色，有红、橙、黄、绿、兰、紫六个标准色相，其中红、黄、兰称为原色，橙、绿、紫称为间色。

下图表示有彩色的原色、间色、复色的关系。

（有图）

中性色，指黑、白、灰三色。

光泽色，指金、银、铬、铝等有色金属光泽的颜色。

有彩色的互配是有一定规律的，中性色和光泽色不受限制，能与任何的有彩色并列相配，均能取得较好的效果。

在颜色对比过分强烈时，可在两种有彩色中间加一条中性色或光泽色进行谐调。

有彩色的相配原则可参考下图色环。

（有图）这是表示颜色的理想示意图。

在色环中，互相成180°位置的两种颜色为补色，这两种颜色的对比效果最强烈。

互补色选用应慎重，否则易产生使人感到生硬、俗气的效果。

在色环上相距60-90°的两种颜色称为调和色，其相互差别小，对比效果弱，可以给人以柔和的感觉。

在色环上相距150-180°的两种颜色（不包括180°）称为对比色，其效果在互补色和调和色之间。

在选择颜色时，还应该注意颜色的冷暖感。

红、黄色为暖色，兰、绿色为冷色。

在噪声环境中，人眼对暖色的分辨能力下降，对冷色的分辨能力上升。

在设计机械产品的色彩时，还应注意到各国、各地区的习惯，例如，南朝鲜、印度等国喜欢红、绿、黄等鲜明的颜色，而奥地利人喜欢绿色，保加利亚人大多喜欢不鲜艳的绿色，不喜欢鲜艳的绿色。

为求得色调的协调统一，除确定主色调外，还要注意色彩配合的主次，掌握配色技巧，尽量避免色相、明度、纯度及色块面积完全对等或过于接近，以避免形成均势而相竞争，造成主次不分。

另外还应注意遵循“色不过三”的原则，避免色彩过于繁乱，一般常用两套色或单色，最多不要超过三套色。

思考题：

1.人机学设计的基本原则有哪些？

列出三种以上你熟悉的符合人机学设计的基本原则的产品并加以评论。

2.影响产品竞争力的三要素是什么？

3.艺术造型设计的美学法则有哪些？

各举出一到两个能够体现美学法则的例子。

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