趙云

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

玻璃鋼材料具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、機(jī)械性能好、耐腐蝕、耐熱性好、造型靈活等優(yōu)點(diǎn)，在軌道車輛內(nèi)外飾、風(fēng)電產(chǎn)品及工程機(jī)械產(chǎn)品覆蓋件等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。然而玻璃鋼材料本身易變形，尺寸難把控，以及手工糊制與后加工工藝的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品的裝配質(zhì)量常常出現(xiàn)問題，而這不僅僅是產(chǎn)品制造的問題，工業(yè)設(shè)計(jì)階段對(duì)工藝的考量，與工程技術(shù)設(shè)計(jì)之間的銜接質(zhì)量也會(huì)影響最終產(chǎn)品的整體品質(zhì)。一個(gè)產(chǎn)品從造型設(shè)計(jì)到工程設(shè)計(jì)階段，隱藏了許多工程設(shè)計(jì)隱憂，當(dāng)結(jié)構(gòu)工程師克服了這些困難之后，到了模具設(shè)計(jì)又是更大的考驗(yàn)，最后到了制造成型階段，唯一能修正的就是借由成型條件的更改來(lái)讓產(chǎn)品過關(guān)，在這個(gè)過程中，越到后面的階段所能修改的越有限；在產(chǎn)品試制階段，通常參與的只有結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)人員，很少有工業(yè)設(shè)計(jì)人員參與，若在設(shè)計(jì)階段就考慮到生產(chǎn)制造的影響要素，在設(shè)計(jì)一開始就避免大部分問題，可以降低開發(fā)的成本和時(shí)間。工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中兩個(gè)重要過程，二者相輔相成，并行協(xié)作，它們之間的關(guān)系處理得好壞將直接影響到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

1 設(shè)計(jì)銜接分析

1.1 工業(yè)設(shè)計(jì)與工程技術(shù)設(shè)計(jì)的區(qū)別

首先，工程設(shè)計(jì)側(cè)重于“內(nèi)”，是高度專業(yè)化的純技術(shù)性問題，而工業(yè)設(shè)計(jì)側(cè)重于“外”，一般指產(chǎn)品的外觀形態(tài)，是與人直接接觸或看得見的部分，包括功能上的要求與形式上的要求；其次，工業(yè)設(shè)計(jì)相對(duì)工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)感性大于理性的過程，它研究產(chǎn)品與人以及環(huán)境的關(guān)系，它的最終目的是人，關(guān)注人的物質(zhì)和精神的需求；而工程設(shè)計(jì)是研究物與物之間的關(guān)系，幾乎是一個(gè)十分理性的設(shè)計(jì)過程；最后，工程設(shè)計(jì)師與工業(yè)設(shè)計(jì)師知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維方式不同，工程設(shè)計(jì)師必須具備較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)械知識(shí)，以收斂性思維思考問題，而工業(yè)設(shè)計(jì)師必須具備較強(qiáng)的想象力，以發(fā)散性思維思考問題。

1.2 銜接的重要性

在現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)過程中，工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)已成為兩個(gè)不能分割、相互影響的過程，工業(yè)設(shè)計(jì)以工程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)手段，工程設(shè)計(jì)通過產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)更好地滿足人們的需求，加強(qiáng)兩個(gè)過程的聯(lián)系與交流非常有助于產(chǎn)品的開發(fā)，若不能處理好二者的銜接問題，可能會(huì)產(chǎn)生諸多后果，如導(dǎo)致造型設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)脫節(jié)，延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期而增加了成本；或產(chǎn)生效果圖的“欺騙性”而影響產(chǎn)品質(zhì)量等等。

以下通過對(duì)地鐵客室內(nèi)裝玻璃鋼產(chǎn)品——鄭州線、無(wú)錫線、昆明線三種不同造型的門立柱罩與座椅設(shè)計(jì)，見圖1進(jìn)行分析，探討其工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的銜接過渡問題，對(duì)比其造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝的相適性。

根據(jù)玻璃鋼產(chǎn)品的剛性不足、易變形以及手工制作的缺陷，將從門立柱罩與座椅的配裝的三個(gè)常見問題點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行分析，見圖2。

圖1 三種不同造型的門立柱罩與座椅設(shè)計(jì)

圖2 門立柱罩與座椅的配裝

1.2.1 門立柱罩分型縫

結(jié)構(gòu)上一般將門立柱罩進(jìn)行分型，設(shè)計(jì)成兩部分插接，便于檢修。門立柱罩造型面主要有平面和曲面兩種，而分型方式主要有中間分和側(cè)面分，鄭州線門立柱罩屬于曲面造型中間分型，無(wú)錫線屬于曲面造型側(cè)面分型，而昆明線屬于平面造型中間分型。從審美角度看，曲面型的門立柱罩較平面的美觀，但根據(jù)產(chǎn)品制作與實(shí)際裝配經(jīng)驗(yàn)，平面造型中間分型的昆明線門立柱罩分型縫較其它兩種裝配品質(zhì)有明顯優(yōu)勢(shì)。因平板可通過機(jī)加工切割出很好的直線，這也是昆明線門立柱罩的接縫品質(zhì)較高的原因；無(wú)錫線的門立柱罩是比較復(fù)雜的曲面造型，為了不破壞產(chǎn)品的整體美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將分型縫設(shè)計(jì)在了側(cè)面，因此需在產(chǎn)品側(cè)面手工切割出一條曲線與另一曲線（模具保證）相匹配，難度較大，從現(xiàn)場(chǎng)裝配效果來(lái)看，幾乎找不到縫隙均勻的產(chǎn)品；鄭州線的門立柱罩是中間分型，但其造型面為曲面，此處曲面上切割的直邊是以側(cè)面（平面）為基準(zhǔn)，借助機(jī)加工來(lái)保證的，因此與模具保證的另一直邊配合效果較無(wú)錫線的要好。

1.2.2 門立柱罩與座椅端板的配合

鄭州線座椅端板與門立柱罩外側(cè)相貼合，且貼合面為曲面，見圖3，而玻璃鋼本身的特性以及工藝的局限性通常導(dǎo)致兩個(gè)產(chǎn)品的曲率無(wú)法完全匹配，因此在座椅端板上粘貼了橡膠條以彌補(bǔ)與門立柱貼合時(shí)的縫隙不均。然而橡膠容易粘灰變臟且視覺上與玻璃鋼材料的油漆產(chǎn)生兩種截然不同的效果，并且橡膠的端面常出現(xiàn)裁剪不均，因此對(duì)整體外觀效果有一定影響，也降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。

昆明座椅端板位置設(shè)計(jì)在了門立柱罩的內(nèi)側(cè)，避免了與其產(chǎn)生貼合裝配關(guān)系，即使端板有不平整缺陷，也將其隱藏在了內(nèi)部；而無(wú)錫線無(wú)端板設(shè)計(jì)，座椅直接嵌于兩門立柱之間，用扶手直接充當(dāng)端板。這兩種設(shè)計(jì)都很好的隱藏了玻璃鋼產(chǎn)品的缺點(diǎn)，而又沒有損失產(chǎn)品的整體美觀。

圖3 座椅端板與門立柱罩配裝

1.2.3 扶手與座椅端板的連接

扶手桿與座椅端板采用插接，連接處采用橡膠圈進(jìn)行過渡。鄭州線座椅的橡膠圈是沉于圓孔內(nèi)，與端板上表面平齊，但端板上圓孔是手工加工，品質(zhì)較難保證，嵌入其中的橡膠圈外表面打磨又不夠平整，雙重誤差導(dǎo)致整體裝配效果不佳，并且在人顯而易見之處，極大的影響了外觀品質(zhì)；而昆明線的橡膠圈通過搭接的方式與端板連接，很好的將圓孔缺陷掩蓋住，此細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)很好的協(xié)調(diào)了玻璃鋼、橡膠、金屬材料之間裝配關(guān)系，提升了整體外觀品質(zhì)。

通過對(duì)鄭州線、無(wú)錫線、昆明線三種門立柱罩與座椅端板設(shè)計(jì)的對(duì)比分析，可以看出昆明線的設(shè)計(jì)總體來(lái)說(shuō)較其余兩種設(shè)計(jì)要好，緩解了幾種常見的裝配問題，較好地協(xié)調(diào)了工業(yè)設(shè)計(jì)與工程技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)系。

2 設(shè)計(jì)銜接措施應(yīng)用

對(duì)于設(shè)計(jì)銜接問題的解決，一般可以通過設(shè)計(jì)師適當(dāng)加強(qiáng)工程技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，促進(jìn)設(shè)計(jì)師和工程師之間的交流，然后在產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序的各個(gè)環(huán)節(jié)中主動(dòng)將工業(yè)造型與工程技術(shù)因素進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使二者順利銜接協(xié)作。

2.1 針對(duì)設(shè)計(jì)銜接問題的有用信息輸入與分析

設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段實(shí)際上是一個(gè)設(shè)計(jì)信息輸入的過程，信息輸入的最大化、準(zhǔn)確化是設(shè)計(jì)銜接順利進(jìn)行的有力保障。以移動(dòng)冷庫(kù)壓縮機(jī)頂蓋設(shè)計(jì)為例，要求保持原結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝骨架不變，產(chǎn)品輪廓尺寸不變的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品外罩改型，最終外觀品質(zhì)與國(guó)外某進(jìn)口注塑產(chǎn)品相當(dāng)，見圖4，使之?dāng)[脫現(xiàn)有玻璃頂蓋的呆板乏味。

圖4 現(xiàn)有產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品外觀對(duì)比

此設(shè)計(jì)中材料與制造工藝對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響很大，注塑成型的產(chǎn)品外觀品質(zhì)精致，裝配精度高，較復(fù)雜的格柵細(xì)節(jié)可以很好的加工出來(lái)，但成本太高，因此最終選定玻璃鋼材料。針對(duì)設(shè)計(jì)銜接問題的有用信息輸入主要是玻璃鋼制造工藝知識(shí)的學(xué)習(xí)。每種不同的工藝都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，一但工藝方式確定了，設(shè)計(jì)要做的就要回避這些工藝缺陷，發(fā)揮這種工藝的優(yōu)勢(shì)。

為了得到高質(zhì)量的玻璃鋼產(chǎn)品，必須在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)充分考慮其結(jié)構(gòu)工藝性，下面就玻璃鋼產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容，總結(jié)一些保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、避免材料缺陷的方法。

拔模斜度適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍瓤梢员苊猱a(chǎn)品頂傷，一般應(yīng)大于1°，所以做設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量避免直筒型腔體形態(tài)，倒錐設(shè)計(jì)更是不行。

圓角玻璃鋼產(chǎn)品圓角不宜太小，一般R角大于3mm為宜，否則加工不出來(lái)；圓角很小的轉(zhuǎn)折邊在糊制時(shí)較容易形成空洞，較大的圓角能更好的保證玻璃鋼產(chǎn)品的制作品質(zhì)。

孔孔的形狀應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單，玻璃鋼產(chǎn)品的孔基本是通過人工后加工處理，開孔位置要考慮手工加工的可操作性，孔的間距以及開孔位置到成型品邊緣的距離都需考慮；玻璃鋼產(chǎn)品不能開螺紋孔，需通過粘接嵌件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

玻璃鋼的變形由于材料本身的特性導(dǎo)致玻璃鋼易變形，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免大塊的平板結(jié)構(gòu)，要合理設(shè)置翻邊、凹凸結(jié)構(gòu)，通過造型設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)。

2.2 基于工藝的創(chuàng)意構(gòu)思與建模表現(xiàn)

通過設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段的信息輸入與分析，對(duì)這款壓縮機(jī)頂蓋的一些相關(guān)知識(shí)有了一定的了解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)表現(xiàn)就可以在一定程度上保證設(shè)計(jì)創(chuàng)意的工程可實(shí)現(xiàn)性。

在這個(gè)壓縮機(jī)頂蓋的設(shè)計(jì)過程中，通過與結(jié)構(gòu)及工藝人員的溝通，對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)過反復(fù)修改，以保證最后的設(shè)計(jì)能順利加工而又不損失造型美觀。方案設(shè)計(jì)分析如下：由于產(chǎn)品尺寸較大，1852×532×2148mm，通過大面積的沉臺(tái)設(shè)計(jì)，豐富整體造型，同時(shí)起到對(duì)產(chǎn)品加強(qiáng)的作用，此處沉臺(tái)的深度考慮到與內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的干涉問題，由20mm調(diào)整為10mm，通過涂裝設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)損失的造型效果；格柵設(shè)計(jì)采用斜坡過渡，增加立體感同時(shí)起加強(qiáng)作用，糊制時(shí)可將坡度填滿，增加局部厚度以保證強(qiáng)度；因蓋板結(jié)構(gòu)分割為三塊，分別與骨架通過螺栓連接，為了控制每一塊的形變而保證裝配質(zhì)量，各邊都進(jìn)行了翻邊設(shè)計(jì)，圓角為10mm，有利于糊制。

通過草圖方案初評(píng)，確定可以繼續(xù)發(fā)展的造型創(chuàng)意方案，然后利用三維軟件Rhino進(jìn)行三維電子模型構(gòu)建；造型方案的渲染表現(xiàn)盡量減少效果圖的“欺騙性”，通過使用相同的場(chǎng)景或背景色，材質(zhì)以及渲染相同的角度來(lái)控制。通過評(píng)審選出最終的造型方案，通過通用數(shù)據(jù)接口IGES傳輸?shù)焦こ誊浖G中，方便后續(xù)工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行各種工程技術(shù)設(shè)計(jì)及分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)設(shè)計(jì)是面向制造的，好的設(shè)計(jì)體現(xiàn)最終體現(xiàn)在實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品上才算成功。首先，對(duì)設(shè)計(jì)所選用的材料及工藝有所了解，基于技術(shù)可行性的概念構(gòu)思尤為重要；在繪制創(chuàng)意草圖時(shí)設(shè)計(jì)要注意適當(dāng)考慮工程技術(shù)的可行性以及制造的成本，盡量避免工程技術(shù)完全不可能實(shí)現(xiàn)以及天價(jià)的創(chuàng)意。其次，進(jìn)入整體造型詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，利用三維軟件建模并渲染出預(yù)想效果圖，并處理好與工程師的數(shù)據(jù)接口問題；造型設(shè)計(jì)階段最好利用工程軟件構(gòu)建三維模型，這樣可以在軟件平臺(tái)上和工程師保持一致，有利于和工程師的數(shù)據(jù)交接。工業(yè)設(shè)計(jì)所包含的范圍非常廣泛，產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)所涉及到的人員也是來(lái)自各個(gè)專業(yè)，溝通顯得尤為重要；因此工業(yè)設(shè)計(jì)人員必須參與到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配等各個(gè)環(huán)節(jié)中來(lái)，只有通過大家的共同努力才能圓滿完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)。