□ 鈕 鋼 □ 喬現(xiàn)玲 □ 惠麗萍

陜西科技大學(xué) 設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院 西安 710021

隨著我國工業(yè)和科技的迅速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床市場競爭也愈加激烈,更多生產(chǎn)企業(yè)逐漸重視機(jī)床的造型設(shè)計(jì)。色彩作為機(jī)床外型的重要表現(xiàn)因素,不僅決定機(jī)床的整體風(fēng)格特征,而且會影響人的認(rèn)知操作?？茖W(xué)合理的機(jī)床色彩設(shè)計(jì),不僅能帶給人舒適、安全的操作體驗(yàn),而且對降低人的認(rèn)知負(fù)荷、提高工作效率起著重要作用。

1 認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知負(fù)荷理論是研究認(rèn)知過程和教學(xué)設(shè)計(jì)框架的一項(xiàng)主要理論,指在特定作業(yè)時(shí)間內(nèi)施加于個(gè)體認(rèn)知系統(tǒng)的心理活動(dòng)總量。認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)由長時(shí)記憶和短時(shí)記憶組成。作為有限認(rèn)知資源的長時(shí)記憶,在對外界物理環(huán)境刺激進(jìn)行加工處理時(shí)需要占用認(rèn)知資源,所占用的認(rèn)知資源越多,認(rèn)知負(fù)荷就越高[1]。

認(rèn)知負(fù)荷包括三種類型:內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。其中:內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷由學(xué)習(xí)材料內(nèi)在特性決定,很難產(chǎn)生改變[2];關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對學(xué)習(xí)起促進(jìn)作用[3];外部認(rèn)知負(fù)荷指由刺激材料呈現(xiàn)方式或?qū)W習(xí)者活動(dòng)引起的工作記憶負(fù)荷。通?？梢愿淖儗W(xué)習(xí)材料的呈現(xiàn)方式或?qū)W習(xí)者的活動(dòng),限制外在認(rèn)知負(fù)荷的數(shù)量,從而降低認(rèn)知負(fù)荷,提高工作效率[1,4]。

2 數(shù)控機(jī)床配色對認(rèn)知負(fù)荷的影響

依據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論可知,通過降低內(nèi)部和外部認(rèn)知負(fù)荷,增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷,使總的認(rèn)知負(fù)荷在操作者能接受的范圍內(nèi),便可以有效促進(jìn)學(xué)習(xí)。可見,要降低機(jī)床配色所引起的外在認(rèn)知負(fù)荷,就要優(yōu)化改進(jìn)信息的呈現(xiàn)方式,即對色彩進(jìn)行合理的搭配。

物理學(xué)習(xí)環(huán)境作為認(rèn)知負(fù)荷的重要影響因素,包括顏色、大小、形狀、質(zhì)量、聲音等學(xué)習(xí)材料或工具的物理特征[1]。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械、電子、控制等多個(gè)領(lǐng)域耦合的機(jī)電產(chǎn)品[5],其色彩作為外部物理學(xué)習(xí)環(huán)境中十分重要的一個(gè)要素,能影響操作者對外部環(huán)境的感知,并占用一定的短時(shí)記憶容量,提高認(rèn)知負(fù)荷。合理的配色能使操作者獲得良好的視覺感受,降低外部物理環(huán)境對人的刺激,減少對短時(shí)記憶的空間占有,從而降低外部認(rèn)知負(fù)荷,減少總的認(rèn)知負(fù)荷,促進(jìn)信息處理的效率,提高工作效率。

機(jī)床配色對人的影響關(guān)系如圖1所示。

3 基于認(rèn)知負(fù)荷理論的機(jī)床配色研究

通過對配色區(qū)域組合方式和常用色進(jìn)行研究,結(jié)合認(rèn)知負(fù)荷理論及機(jī)床配色影響因素,分別對數(shù)控機(jī)床的外罩、推拉門、底座及操作面板的配色進(jìn)行分析。操作面板作為機(jī)床的大腦,是連接人與機(jī)器的重要紐帶,也是人在操作機(jī)床時(shí)需要頻繁接觸的部位,對這部分的配色需著重考慮。數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域如圖2所示。

圖2 數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域示意圖

3.1 配色區(qū)域組合方式

筆者調(diào)研收集了國內(nèi)外知名數(shù)控機(jī)床廠商和2017年第15屆中國國際機(jī)床展數(shù)控機(jī)床圖片共230張,在胡志剛等[6]研究的基礎(chǔ)上,將數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域劃分為五部分,如圖3所示。圖3中,將1、2、3部分作為一個(gè)整體,組成數(shù)控機(jī)床外罩,4為推拉門,5為底座。

圖3 數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域劃分

對收集到的圖片進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合數(shù)控機(jī)床配色方式,研究數(shù)控機(jī)床正面配色區(qū)域。在胡志剛等[6]研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)歸納出現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床普遍采用的十種配色區(qū)域組合方式,見表1。

上述十種配色區(qū)域組合方式通過色塊的組合與變化,對機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分,使機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定均衡,在符合形式美法則的同時(shí)凸顯出機(jī)床各部位的結(jié)構(gòu)與功能,有助于操作者識別和操作,提高工作效率。

3.2 代表色篩選

對收集到的數(shù)控機(jī)床圖片進(jìn)行色彩提取、整理,制作成色卡。邀請十名具有色彩基礎(chǔ)知識的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生對色彩進(jìn)行分群操作,之后統(tǒng)計(jì)兩兩色彩出現(xiàn)在同一群的頻數(shù),構(gòu)建頻數(shù)矩陣,使用多維尺度分析色彩間的擬合度。運(yùn)用K-均值聚類分析對色彩進(jìn)行分群,將距離最接近0的色彩作為數(shù)控機(jī)床代表色。數(shù)控機(jī)床代表色篩選流程如圖4所示,得到的數(shù)控機(jī)床代表色見表2。

表1 數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域組合方式及典型樣本

圖4 數(shù)控機(jī)床代表色篩選流程

編號1234567代表色色相值017481202402700

表2中,七種機(jī)床代表色為現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床常用色,通過對數(shù)控機(jī)床常用色進(jìn)行提取整理,為下一步分析數(shù)控機(jī)床各部分配色提供依據(jù)。

3.3 外罩配色

考慮到工作環(huán)境的要求,在確定機(jī)床外罩配色時(shí),要充分考慮機(jī)床的功能特性。外罩配色要體現(xiàn)出穩(wěn)重、均衡、專業(yè)、科技、樸素、親切等特性,展現(xiàn)出產(chǎn)品的性格特點(diǎn)和功能結(jié)構(gòu)。由于外罩面積占比大,對機(jī)床整體色調(diào)影響較大,機(jī)床外罩色彩應(yīng)以單色或雙色為宜,簡潔醒目,可增強(qiáng)整體感。通過前期調(diào)研分析可知,外罩配色應(yīng)以無彩色系中的白色系和灰色系為主。因?yàn)槿搜蹖Π咨纳曇白畲?同時(shí)白色也會給人以寧靜、安定的心理感受,有助于舒緩操作者的情緒,提高工作效率?；疑珜儆谥械让鞫?、無彩度的顏色,應(yīng)用在機(jī)電產(chǎn)品中,能與其它配色達(dá)到調(diào)和、平衡的視覺感受,對人眼產(chǎn)生的刺激小,不易產(chǎn)生視覺疲勞,給操作者柔和、安靜、樸素、大方的視覺感受,降低操作者受到的外界物理刺激,提高工作效率。

3.4 推拉門配色

推拉門在機(jī)床運(yùn)行過程中起防護(hù)、觀察的作用,推拉門配色多與機(jī)床外罩相配合。對于外罩與底座配色形成對比的二套色機(jī)床而言,推拉門可采用與機(jī)床外罩或底座相同或相近的顏色,達(dá)到統(tǒng)一、整潔的視覺感受。若機(jī)床外罩采用白色、淺灰色等顏色,為突顯推拉門在機(jī)床中的位置,使操作者便于識別,其色彩可與機(jī)床底座配色相同或相近。此外,推拉門也可根據(jù)機(jī)床整體色調(diào),采用紅色、橙色、黃色、藍(lán)色、綠色等,與機(jī)床整體色彩形成對比,突出重點(diǎn),使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到協(xié)調(diào)均衡。需要注意的是,推拉門配色的明度不宜過高,否則會引起視覺疲勞,提高認(rèn)知負(fù)荷。

3.5 底座配色

機(jī)床底座是機(jī)床的基礎(chǔ),起到支撐作用。底座的配色要凸顯出穩(wěn)重、大方、安全的特點(diǎn),多采用黑色、深灰色、深藍(lán)色等低明度色彩。一方面,這種配色設(shè)計(jì)可達(dá)到穩(wěn)定、均衡的視覺感受,降低部分機(jī)床自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所帶來的頭重腳輕的不協(xié)調(diào)感。另一方面,冷色調(diào)、純度低的色彩對人眼刺激小,不易引起視覺疲勞,可降低認(rèn)知負(fù)荷,使人冷靜、沉著地思考解決問題。

3.6 操作面板配色

操作面板是機(jī)床的重點(diǎn)部位,其色彩是操作者與機(jī)床交互過程中的一個(gè)重要因素,在操作者認(rèn)識、記憶、操作過程中起到重要作用[7]。操作者經(jīng)常需要在操作面板上進(jìn)行編程、調(diào)試、修改參數(shù)、查詢機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)等工作,長時(shí)間操作易使人產(chǎn)生疲勞,造成操作上的冷漠感和情感上的無助感,特別是在遇到緊急情況時(shí),極易出現(xiàn)誤操作和識別障礙[8]。搭配不當(dāng)?shù)纳蕰Σ僮髡叩男睦砑吧懋a(chǎn)生影響,提高認(rèn)知負(fù)荷,降低工作效率。為降低操作者的認(rèn)知負(fù)荷,需要對操作面板色彩進(jìn)行合理搭配。操作面板配色需遵循四點(diǎn)原則:第一,操作面板的色彩要與數(shù)控機(jī)床整體色調(diào)及功能屬性相協(xié)調(diào),體現(xiàn)出數(shù)控機(jī)床的風(fēng)格特點(diǎn)[9];第二,用色塊和線條劃分操作面板的不同功能區(qū)域,突出各區(qū)域特征,便于操作人員進(jìn)行高效、安全的操作;第三,操作面板的配色宜采用低明度、低純度的中性色,多以冷色調(diào)為主,且主色調(diào)不宜超過三種[10],同時(shí)要避免使用過于鮮艷、刺激的色彩;第四,對操作面板上的按鍵、轉(zhuǎn)鈕、顯示器、指示燈等元器件配色設(shè)計(jì)時(shí),要采用行業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)用色,按照GB 2893—2008《安全色》規(guī)定,紅色表示停止、禁止,綠色表示啟動(dòng)運(yùn)行,黃色表示警告,藍(lán)色表示指令必須遵守的規(guī)定等。

數(shù)控機(jī)床操作面板底色多采用黑色、深灰色和淺藍(lán)灰色,以凸顯出操作面板上的功能按鍵。對于操作面板上的按鍵而言,由于數(shù)量較多,為了便于識別,可采用不同的色塊和線條對面板進(jìn)行區(qū)域劃分,或者用不同色彩對按鍵進(jìn)行歸類,具體可使用藍(lán)灰色、綠灰色、紫灰色、白色、檸檬黃色等,搭配深灰色或黑色字體,與按鍵色彩形成對比,提高識別性。

4 操作面板配色實(shí)例

由于數(shù)控機(jī)床包含不同類型,控制系統(tǒng)的種類多樣,因此各廠家所設(shè)計(jì)的操作面板也不盡相同。以某品牌適用于數(shù)控銑床和加工中心的操作面板為例,根據(jù)前期調(diào)研及結(jié)論,進(jìn)行配色改進(jìn)。

該操作面板配色方案如圖5所示。通過改變部分按鍵顏色,將原本灰色的按鍵改為藍(lán)灰色,將“確認(rèn)”等按鍵改為檸檬黃色,將光標(biāo)鍵改為天藍(lán)色,使按鍵與深灰色面板形成對比,增強(qiáng)識別性。運(yùn)用天藍(lán)色和檸檬黃色線條對不同操作區(qū)域進(jìn)行劃分,使按鍵排布更加規(guī)范整潔,突出識別性。

圖5 操作面板配色方案

5 結(jié)束語

色彩作為數(shù)控機(jī)床外觀的重要表現(xiàn)要素,在兼顧機(jī)床外觀審美的同時(shí),也要考慮到人機(jī)之間的良好配合,使色彩在符合人視覺特征的前提下,指引人更好地操控機(jī)器,降低操作過程中所產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷?；谡J(rèn)知負(fù)荷理論,從人的認(rèn)知角度出發(fā),對數(shù)控機(jī)床配色區(qū)域組合方式和代表色進(jìn)行了初步探討,為機(jī)床外罩、推拉門、底座及操作面板的配色設(shè)計(jì)提出合理建議,并以數(shù)控機(jī)床操作面板為例進(jìn)行了配色改進(jìn),所做工作為后續(xù)研究數(shù)控機(jī)床配色對操作者認(rèn)知負(fù)荷的影響提供了參考。