基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

发布时间:2021-06-06

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究一谭征宇赵江洪孙守迁

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究谭征宇赵江洪孙守迁31 1浙江大学,州, 0027 .杭 2湖南大学现代车身技术教育部重实验室,沙, 1 0 2 .点长 4 0 8

摘要:究了数控机床的造型设计,研以提升数控机床的造型品质。将语意差异法及意象尺度图的实验应用于数控机床造型风格意象认知研究,过系歹实验获取了描述数控机床造型通 j的形容词对,建立了数控机床造型风格的意象空间。研究开发了基于网络的计算机辅助 3并 2 .业设计系统,系统规范了数控机床造型风格意象的描述,辅助系统用户进行数控机床造型该并风格意象的认知,而为国内的数控机床生产厂商提供了造型支持,而为数控机床行业提供从进造型辅助。

关键词:控机床;格意象;数风认知;意象尺度图中图分类号: 6 9 TG 5文章编号:O 4 1 2 2 0 ) 5 5 9 O 1O— 3 X( 0 6 O一O 1一 5

Re a c n S yl m a e Co nii n ofNC a hi e To l s d o m a eSc l s r h o t e I g g to M c n o sBa e n I g a e

Ta h n y Zh oJa g o g nZ e g u a in h n

S n S o qa u h u in

1 h j n ie st . n z o . 1 0 7 .Z ei g Un v r iy Ha g h u 3 0 2 a2 Ke b r t r fAd a c d Te h o o y f rVe il o y De in& M a u a t r . . y Ia o ao yo v n e c n lg o hceB d sg n f c u eM i it y ofEduc to nsr a i n,H u a n n Uni e st v r iy,Ch ng h a s a,41 8 00 2Ab t a t s r c:T hi e e r h p he e p ss o he s p s ofN C a hi o l nd w a t d t d— s r s a c utt m ha i n t ha e m c ne t o s a ne oa

v n e t e d sgn q a i

y o h a c h e i u lt ft e NC c i oo s ma h ne t l .Th t o e a tc d fe e i l SD)a d e pe e me h d ofs m n i if r nta ( n x—re c f m a e c l we e p i d n he e e r h f t e m a c nii of C m a h ne o s i n e o i g s a e r a ple i t r s a c o s yl i ge og ton N c i t ol.

Th o g e iso x e i e t o d e t e ih c n d s r e t e s a e ft e NC a hn r u h a s re fe p r n s s me a jc i swh c a e ci h h p so h m v b m c iet l e e o ane . A nd a h a e i e he s yl m a e s a e f N C a hi e t o s w e e e t b一 oo s w r bt i d t t e s m tm t t e i g p c s o m c n o l r sa

1s d.I t r t ba e c m pu e i e n s ra d sgn ys e ( CAI ihe n e ne s d o t r a d d i du t il e i s t m I DS) h d be n de l e . Thi a e veop d ss t m a i e o er l sa uth w o d s rbe t t l m a e o C a hi o l . A nd h d p o ys e h d g v n s m u e bo o t e c i he s y e i g fN m c net o s a r— vi d s m ea ss a o heI de o s it ntf rt CA I u e o c gnii e t t e i a . So ede i u t i r r i— D s d t o tv hes yl m ge m sgn s s a nsa e p ov d e o he do e tc m a f c u e s o C a hi e t l. M o e ve om e de i s it ntha e n o— d f r t m s i nu a t r r fN m c n oo s r o rs sgn a ss a s b e f

f r d t h o e i du t y ofNC a hi e t ol. e e o t e wh l

n s r m c n o sK e r s NC a h ne; t l m a y wo d: m ci s y e i ge; c gn to o ii n; i a c l m ge s a e

0引言 近年来数控机床造型设计越来越受到重视,基于网络的计算机辅助工业设计系统 (nen t itreba e o put r i e i du t i l sdc m e a d d n s ra de i n ys e, sg s t m

利用系统进行数控机床造型设计。 国内外数控机床领域内,目前专门针对造型的研究还比较少,针对产品风格的研究则已经但

有了相应的发展。尽管对于产品风格的研究方法很多,其核心都是由 Os o d等于 1 5但 go j 9 7年提出的语意差异法 ( e ni df rnilS。因 sma t i ee t, D) c f a此本文运用语意差异法结合意象尺度图对数控机

I AI ) C DS

正是在这种背景下研发的。 I AI S C D

是一个计算机辅助数控机床造型设计的系统,旨在通过该系统的开发,助设计师独立完成数控辅机床造型设计。 基于 I AI S的目标,文针对数控机床造 C D本型风格意象认知进行专门研究。通过本研究,一方面可以实现对数控机床造型的风格定位,以辅助 I AI S用户在利用该系统进行设计时能准确 C D

床造型风格意象认知进行相应的研究。

1风格意象认知 产品风格意象认知涉及心理学、号学、符美学、算机技术、业设计、机工程等多领域的计工人

把握其产品风格定位;另一方面为 I DS用户 CAI提供了一个进入该系统的工具,便用户快捷地方收稿日期: O 5 O一 O 2O一 1 5

知识。就产品风格意象认知的研究而言,括了包意象 (ma e l和风格认知两个部分。 i g )4 _ 1 1意象 .

基金项目:国家自然科学基金资助项目( 0 7 0 5;家 8 3高 6452)国 6技术研究发展计划资助项目(0 2 2 0 AA4 1 1 ) 11 0

现代思维科学研究把人的思维分为三个层次,即抽象思维、象思维、形意象思维。抽象思维

5 9 】

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

中国机械

工程第 1 7卷第 5 2 0期 0 6年 3月上半月

是线形思维,理性的;象思维是面形思维,是形是感性的;象思维是网络思维 (意立体思维)是悟性,的(隐性 )。但这三个层次不是绝对分割的,是人的思维的普遍规律,同的学科侧重其中的某个不层次。

2数控机床造型风格意象认知实验研究 在本文关于数控机床造型风格意象的研究中,主要应用了意象尺度图法。意象尺度图法是

借助实验、计、算等科学方法,过对人们评统计通价某一事物的层次心理量进行测量、算、析,计分 降低人们对某一事物的认知维度并得到意象尺度图,而比较数控机床造型风格意象分布规律的进一

意象不同于理性思考的意念,它是人们思维活动中形成想象、想、想、想等思维活动的猜设联过程。意象可以凝聚成形象,可以概括成抽象,也 它介于形象与抽象之间。 对于产品来说,内在的体验就是设计师通过产品所表达的情感,当产品唤起的感觉融入一定情形之中,现了特定对象和氛围时,称为意表就象。意象同时存在于设计师和用户的头脑之中。 就数控机床而言,象就是设计师进行数控机床意造型时的情感表达和用户对于数控机床造型的情感体验。本文的研究正是通过实验的方法将设计师体现在产品风格中的意象转化为系统用户能够接受的风格意象空间。1 2风格认知研究 .

种方法。意象尺度图法以语意差异法为基]

础,方面通过寻找与研究目的相关的意象语汇一

来描述研究对象的意象风格,时使用类似“同对称一不对称”多个相对、等相反的形容词对从不同的角度或维度来度量“象”个模糊的心理概意这念,建立五点或七点心理学量表,用多元分析并运

中的主成分进行分析研究【。通过该部分研究建 7]立数控机床造型的意象尺度图,而确定数控机从床造型风格的分布规律,而建立数控机床造型进风格意象系统。2 1研究流程 .

造型的风格是指在构成产品时,构成文法由的不同而表达的独特形式。产品的风格意象包含两个层面的

含义:产品的造型特征所属的风格,①

本研究的意象尺度实验研究流程大致分为三部分:数控机床造型意象前期调查研究,括数控包机床造型样本和形容词的收集;型样本和形容造词的筛选;立数控机床造型的感性关联,建见图 1。数控机床造型意象前期调查研究

属于对造型要素物理层面上的认知与判别;②使用者对产品解读后所引发的情感体验,对产品是的一种情感认知,于心理层面。属 对于造型要素物理层面的理解,际上就是实产品造型设计中反复出现的典型共性特征被抽取出来,而形成在整个设计史中的明确定义,从如现

筛选数控机床造型样本

筛选可以用于描述数控机床造型的形容词

代主义、结构主义。而心理层面的风格认知则是人们结合情感因素后对造型的感知或认知,常通人们用自然语言描述具有共同或类似感觉的一类型产品,简洁的、一的。如统

建立数控机床造型的感性关联

图 1惹象尺度买验研究流程

2 2研究方法 .

数控机床造型风格意象认知可以从两个层]面进行分析和研究。第一层面的研究能够帮助设计师提取数控机床的造型设计特征,导设计的引趋势。但通常而言,一层面所提取出来的特征第比较专业,而用户对数控机床造型的认知通常因处于第二个层面。因此,文主要从第二层面的本

在研究过程中,据不同的实验流程阶段,根采用不同的研究方法。2 2 . .1样本反形容词的收秦

参考国际上目前数控机床造型的流行趋势, 结合国内数控机床制造的实际情况,们对 5种我基本结构的数控机床进行了造型设计。本研究以 这些设计方案为样本,文则以数控车床为例加本以论述,因此 8 0款数控车床造型方案形成本研 0究的初期样本。同时通过各种渠道搜集得到了有

风格意象认知来研究数控机床造型。针对数控机床造型第二层面的风格意象认知的研究更符合人们的认知方式,因此能为设计师和 I AI C DS用户提供设计辅助。通过本研究所建立的数控机床风格意象尺度空间,使没有受过造型专业训练的能

数控机床结构设计工程师通过 I AI SI利完成 C D J, ̄数控机床造型的风格定位,而完成整个数控机进床造型的设计。

可能形容数控机床造型的形容词 8 o个。2. . 2 2造型样本筛选

在前期的调研过程中,们就影响数控机床我造型风格的部件进行了问卷调查,获得有效问共卷 5 6份,中,业设计师 1其工 0份,程师 1工 3份,

52O

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基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究——谭征宇赵江洪孙守迁

机床操作人员 5份,他人员 2其 8份。通过对所得问卷的分析,计结果见表 1统。表 l影响数控机床造型的部件 部件名称数控面板前观察窗外罩把手

统计累积计算,相关统计数据如表 3所示。一个维度可以解释整个数控车床造型分布的 4 . 32的特征,二维平面上可以解释整个数控车床造在型分布 6 .的特征。从心理学角度而言, 99 6 .的特征值分布已经可以基本解释整个分布 99的大部分特征,比较直观地帮助人们找出其分能布规律,足了我们的研究要求。满表 3主成分分析结果成分合计1 2 3 4 5 6 7 6 6 1 . 2 4 4 1 . 6 2 4 6 . 4 0 7 8 . 2 0 5 9 . 5 0 3 3 . 6 0 2 5 . 7

选择次数 3 1 2 2 2 01 5

部件名称门排屑机构电控箱

选择次数 1 2 1 2 1 1

从统计结果来看,响数控机床造型的部件影主要有数控面板、观察窗、罩、手等。对于前外把实验中数控机床造型样本的选择则是通过领域专家(即工业设计师 )根据该统计结果选取在这几个方面均有差异的造型,中共选取数控车床的造其型 3 0款。2 2. . 3意象形容词对的选取

初始特征值方差( ) 4 . 7 1 3 9 2 . 8 7 8 4 1 . 8 5 2 6 4 55 . 2 3 49 . 5 2 26 . 6 1 7 O . 2

累积( ) 4 . 7 1 3 9 6 . 6 9 2 3 8 . 5 4 5 0 8 .1 2 9 O 9. 2 59 7 9 . 6 4 8 3 9 . 8 6 5 3

同样,前期的问卷调查中对

8在 0个形容词进

89 1 O 1 1 1 2

0 1 3 . 90 1 9 . 6 7 5 . 8× 1 2 0 5 2 2× 1 2 . 6 0 3 5 . 27 1× 0—2 2 6 6× 1 2 . 2 0 3 6 3× 1 . 9 0—1 6 1 5 9× 1 1 . 2 0 6

12 8 . 01 O5 . 5 0 44 . 1 0 3 9 . 2 0 2 0 . 2 0 1 4 . 6 2 3 8× 1—1 . 0 0 5 9 5 8× 1 1 5 0 6.

9 . 9 7 7 19 . 4 8 8 5 9 .2 7 9 8 9 . 5 9 61 9 . 3 9 8 6 1 0. 00 O O 1 0. 00 0 0

行调查,择能够表现数控机床特性感受的形容选词,将勾选次数超过 1现 5次的形容词列于表 2。表 2能表现数控机床造型特征的形容词 形容词现代的协调的精密的亲切的自然的轻巧的

选取次数 3 7 3 1 2 3 1 8 1 81 7

形容词科技的独特的干净的真实的舒适的坚固的

选取次数 3 2 2 4 2 O 1 8 1 81 7

1 3 1 4 1 5

10 u O .C 10 0 O .O

1 6

— 1 6 O× 1 1— 1 0 3× 1 1 . 7 0 6 . 4 0 5

注:取方式为主成分分析。提

再经过计算机计算,得到每个典型样本的可二维坐标值,而得到如图 3所示的分布图。从

把数控车床的 3 0个样本分别置入图 3中的相应位置,以得到图 4所示的意象尺度图。可o

根据问卷调查的结果,结合数控机床造型的特征,终选出了 1最 3对形容词对:直一曲、协调一变化、性一机械、洁一复杂、密一粗糙、人简精对

称一非对称、软一硬、统一现代、弛一紧张、传松 锐一钝、轻一重、情感一高科技、特一大众,高独从而构成了 1 3个七点量表,图 2所示。如很暖一

2o 0

o l 0

oo o,

o

9

较暖有点暖一 Z — l

正常0

有点冷较冷l 2

很冷3

3— 2

一 l

3

0 0 p o

主成

o 一lf , c图 2七点量表2 2. 建立数控机床的感性关联 . 4o

2

将 3 0个数控车床的样本及 1对相容词对制 3—

3

成问卷,用语意差异法对 1 4名具有数控机床造型设计经验的工业设计师进行心理感受性调查。由 于本实验研究只针对造型风格而未涉及色彩,因图 3主成分分析点图

通过分析发现,控机床造型风格意象的分数布是有规律的。其分布来看,轴主要是从直从 X线风格到曲线造型的变化,布比较明显,此我分因

此所提供图片均为黑白图片。对每个机床样本针对每一组形容词对的七点量表分别给分,后运然

用相关统计软件进行累积特征值的计算,而建从立数控机床造型的意象。2 3基于意象尺度的实验结果 .

们用直一曲来描述 X轴。 y轴的分布规律不像 X 轴那样明显,总体而言, y轴上半部分的造型相对比较简洁,化比较少,下半部分的造型从形体变而和面而言都有较大的变化,比度大,一对形容对用 521

将数控车床的相关实验数据输入计算机进行

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

中国机械工程第 1 7卷第 5期 2 0年 3月上半月 06

简洁、一统_ -

3 3系统实现方式 .

I DS提供三种方案选择与提取方式:草 CAI“图器”索、意向尺度图”索和方案名检索,检“检如图 5图 6所示。这三种方式互为补充,照顾不、以

一1

叠 _

I n叠 B

同用户的检索需求。本文则是对结合数控机床造型的风格意象尺度图的第二种检索方式进行研究。

: im 直 m ̄, a。。.l I—1,

一圈

对比、化变

图 4

薏象尺度图

词不能完全描述其特征,因此我们用简洁、一统一

对比、变化来描述 y轴。述 X轴和 y轴的这描几对形容词对体现了如下造型风格特征:( )一曲直多以直线造型为主,体感觉 1直整严谨;则多以曲线造型为主,体感觉流畅、曲整生动。图 5 I AI C DS页面 A

@Hm^

麓芋鞲

( )洁、一一对比、化简洁多为形式 2简统变

单纯,无过多装饰;统一指形体较统一,体感强;整对比是指形式多样,型

活跃;化指造型的面、造变

形体变化相对来说则比较大。

3数控机床造型风格系统 3 1系统定位 .

针对目前设计行业计算机辅助工具的现状, I AI S定义为集合软件工具集和协同设计平台 C D

的辅助设计系统,为连接其他设计软件 (作如S l W ok )通用协同平台 ( NeMe t g之 oi d rs和如 t ei ) n间的桥梁。

图 6 I AI C DS贝面 B

以上述实验研究所获取的数控机床造型风格意象尺度图为基础,建数据库中 Mea aa的意构 td t向尺度描述部分,完成了机床产品造型的形象信息数字化过程。形象信息获取完成后,信息转将换成 M y QL数据库,采用 P S并 HP语言实现了基

数控机床造型风格意象认知部分的研究在系统中主要是为系统用户提供数控机床造型风格的定位,时也为 I AI S提供了一种方便快捷的同 C D检索方式。3 2系统实现技术 .

于 We b页面的数据库动态查询和访问,图 7如所示。

借助 I tr e E po e . (E浏览器实现 nen t x lrr5 0 I ) I AI C DS客户端界面,因此要求用户端的操作系统必须是 P平台上的 W id ws系统,览器必 C no浏

须是 I . E5 0以上版本。在基本软件环境的基础上, AI S中主要功能模块均用 F ah开发, I D C ls通过内嵌 Jv S r t用 XHT L,与服务器端 a a ci调 p M并 P HP进行通信,证良好的客户端界面交互性和保I CAI DS的可用性。

I AI C DS的服务器端构架采用通常的“户客端程序一We b服务器一数据库服务器”式,模分

别通过 P HP语言和 S QL语言客户端与服务器端

图7 I CAI DS页面 C

和服务器内部通信。

如前所述,轴风格分布为直一曲, X y轴的

522

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究——谭征宇赵江洪孙守迁

风格分布为简洁、一一对比、化。尺度图上统变该

后,们根据厂方提供的结构和尺寸,这 1我对 2个方案分别进行了修改,并提交厂方

选择。

所显示的是系统中 8 0个数控车床的造型风格意 0象。这些造型风格的分布正是根据图 4的分布,而

由领域工程师分别对每款数控车床的造型给出X、的值而得到的。该页面 ( 7 y在图 )中用户可以用捕捉器确定选取造型风格的区域,时所选取同

区域的造型缩略图在右边窗口显示,户通过右用侧的滑动条察看方案,点击方案的图标,就能够进入关于该方案详细描述的页面。 3 4系统案例 .为了检验该系统的有效性,以某机床厂委现

托的一款数控车床造型为例。该款数控车床的设计较好地利用了本系统,并获得了较好的效果,该款数控车床现已生产并上市。 针对该数控车床的目标市场和结构,合该结公司现有的工艺,时参考目前数控设计的前沿同

图 9方案搜索页面

趋势,们将这款造型的风格确定为简洁、巧、我轻 干练。从设计的角度而言,意象尺度图中第一象限即“~简洁、一”风格意象空间中的造型直统的

风格能够满足此次设计的要求。进入 I CAI DS后,先在图 5所示的页面中首

选择系统入口方式。点击“用尺度图辅助造型运设计”图标即可进入意象尺度图页面,图 8的见。图 1 0方粟描述页面

经过与厂方的多次沟通与交流,合各设计综方案的优点最终得到如图 1 1所示的设计方案。

该型号数控车床已在国际机床展中展出,获得好并评。该方案的设计过程充分利用了 I A D的现 C IS有资源,约了时间和人力,得了较好的效果。节获

图 8

意象尺度页面

在“选择基本的机床类型”单栏中选择请菜“规车床”就可以到达如图 7所示的数控车床常,的意象尺度图页面。图 1 1设计粟例

通过调整风格空间捕捉器并拖动其到合适的坐标位置,得到了如图 9所示的风格空间。该即

4结语 本研究是整个数控机床 I I CA DS研究的一部分,过研究发现,控机床心理层面的风格认知通数是可以通过相应的实验和研究方法得到量化的。

空间内的数控车床造型以直线型为主,时造型

同整体的变化不是很大,比较统一。

点击各方案的缩略图可以看到每个方案的详细情况及创意说明 ( 1 )图 0。每个方案系统都提供了工程图、果图和源文件的下载链接。在比效

对数控机床造型风格进行量化,够形象地引导能设计师和工程师的设计行为。作为 I AI S研究 C D的一部分,数控机床造型风格研究为系统用户提供了良好的设计辅助。(转第 5 8页 )下 2

较搜索得到的各方案后,取了其中的 1选 2款设计方案作为第一轮方案。直接从系统下载源文件

5 3 2

基于意象尺度的数控机床造型风格意象认知研究

中国机械工程第 1 第 5期 2 0年 3月上半月 7卷 06Pu d r ue,W e t La ay te,U SA . 8 s f e t 1 99

[] 7援加

M orm o o i t T. De eop e of v l m nt A H e r l i gh Se r Sc o l Com pr s or nt Com pr s or e s .I . e s En g. Conf a Pu— . t r due,W e t s La a te,U SA, 99 f ye t 1 6

警缸

E] 8

I a T. A r lCom p e s ih Se ln M e ns n ba Sc ol r s or w t a ig a a d Low Pr s e n es ur Sie d She 1 I . Com pr s or l. nt es En g. Co . a nf tPur ue,W e tLa a te, USA, 9 d s f ye t 1 86

(辑编

何成根)

图 8耦合机理曲线图

作者简介:立存, . 9 8年生。重庆大学机械传动国家重点王男 17

实验室博士研究生。主要研究方向为机电传动及其信息化和智能化。获发明专利 1项,表论文 8篇。陈进,, 9 6年生。发男 15

重庆大学机械传动国家重点实验室教授、士研究生导师。博援d Ⅱ

警缸

(接第 5 3页 )上 2

在本研究中,数据的处理和风格意象的分在析上,多地利用了领域工程师的知识,非系统更而

的智能处理。因此应用计算机领域内智能化设计的研究,输入 I AI S的数据进行分析处理是对 C D图 9涡旋型线耦合机理

一步研究的内容之一。同时,象尺度实验中意 数据的处理方法及处理方法所对应的结果,是也进一步研究的内容。

4结论 本文提出了涡旋压缩机型线暂渐开与暂啮合理论,究了多种涡旋型线特征几何特性,到了研得

参考文献:

暂啮合区域所对应的暂啮合角之间的固有耦合机理,此证明了相对于一般多边形渐开线涡旋型由线,穷多边形 ( )开线所构成的涡线型线压缩无圆渐

[]赵江洪,军,宗禹.基于 It r e的计算机辅助 1张孙 n en t数控机床工业设计研究.南大学学报 (湖自然科学版 )2 0,9 5:5 6,0 2 2 ( ) 5~ O

机啮合运动振动最小,运行最平稳,能效比最高。涡旋型线耦合机理不仅适用上述涡旋型线,

[]张军,赵江洪 .网络协同数控机床工业设计系统中 2 的知识获取与应用研究.机械工程学报,2 0, 0 0 4 4( 6): 4 1 9~ 1 54

且在其他共性涡旋型线的研究中同样可用。本文研究结果为研究涡旋型线工作特性和性能优劣提供了理论借鉴,宽了涡旋型线设计研究思路,拓有十分重要的理论意义和现实意义。参考文献:

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(辑编

苏卫国)

[] 5

I hi N. Optm i u m b n to r m e e s f r s i i m m Co i a in ofPa a tr o H M e ha c l i gh c nia Efiinc of fce y A Sc o l rl Co pr s m e— s r nt Com pr s or Eng Con . at o .I . es . f Pur e. W e t du s Laf y te. USA。 9 a et 19 2

作者简介:征宇,, 9 9年生。浙江大学现代工业设计研究谭女 17

所博士研究生。主要研究方向为工业设计中的人因工程、户知用识和产品风格。赵江洪,, 9 4年生。湖南大学设计艺术学院男 15

[] 6

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教授、士研究生导师。孙守迁,, 9 3年生。浙江大学现代博男 16工业设计研究所所长、授、士研究生导师。教博

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