尹紅俊

（常州大學，江蘇 常州 213100）

隨著近年來船舶行業(yè)的快速發(fā)展，船舶使用者對船舶產品除了基本的使用需求外，對個性、人文、趣味等方面的需求也越來越高，企業(yè)為了滿足這些需求，會要求加快研發(fā)進程設計出美觀新穎的產品，各大船舶企業(yè)為了能擴大市場占有率，會在保證船舶產品使用性能和產品質量外，加快研發(fā)進程不斷更新產品以滿足消費者的需求。盡管我國已成為船舶制造大國，但船舶制造業(yè)依然面臨著很多問題，其中高附加值的高端船型以及船舶配套產業(yè)相對落后，使得國際競爭力不足。對船舶產品開發(fā)者而言，如何高效、準確、合理地設計出令客戶滿意的船舶外觀形體和艙室布局成為船舶設計的重點，基于對以上問題的思考，通過引入切削法來解決新產品開發(fā)設計中反復無方向且造型修訂上耗時較長的問題。

現(xiàn)階段研究船舶產品造型的方法有很多，如仿生設計、逆向設計、概念設計、計算機輔助設計等多種造型設計方法。切削法作為一種產品造型方法，即利用切削的方式對形體進行減法處理，從而得到基于科學數(shù)據(jù)為基礎的目標造型形體，在利用切削法進行產品設計過程中，需引入形式美法則、人機工學等工業(yè)設計學科來進行輔助設計，使得切削得到的造型產品既具有藝術要素又具有科學要素。產品造型設計主要作用在開發(fā)決策期和前期開發(fā)，企業(yè)為了得到優(yōu)秀且符合消費者需求的造型，在產品前期會花較長的時間來解決造型中的突出問題，切削法的引入將縮短前期開發(fā)的時長，同時提升最終造型的合理準確性。

1 切削法分析

1.1 切削法介紹

切削法初始為一種鑄造方法CCG，作用在鑄造機械行業(yè)，利用切削的方法進行異形鑄鐵管的制作。在產品設計中，切削法被作為一種造型方法，利用切削方式對形體進行削減去除從而得到目標形體，切削的本質是在做減法，即利用化整為零的思路并帶有一定的美學意圖和功能意圖去設計，使得最終得到的產品兼具美觀性與實用性。

1.2 切削法研究現(xiàn)狀

目前，切削法的研究主要在機械方面，而在產品造型設計中，關于切削法造型的研究十分有限，與切削法同理的理論有城市規(guī)劃方面，把削切法作為一種街坊空間的城市設計方法的研究，及輕工業(yè)方面減法裁剪的設計應用研究。通過分析切削法造型過程中工業(yè)設計相關學科的應用，使得削切法的具體實踐更具有科學依據(jù)，更快捷得到符合目標需求的造型產品。

1.3 切削法在產品設計中的優(yōu)勢

1.3.1 切削法采用“整體-細節(jié)”的整體切削設計思路

利用切削法進行產品開發(fā)設計時，需要遵循“整體-細節(jié)”的整體削切設計思路，使得建模設計出的產品結構更為合理，開模設計更為便捷。切削法整體設計思路與三維設計中“自頂向下設計”的思路一致，對要完成的任務進行分解，先對最高層次中的問題進行定義、設計，而將其中未解決的問題作為一個子任務放到下一層次中去解決，逐步求精的設計程序的過程，這種切削設計思路可以避免產品模具開發(fā)出現(xiàn)倒扣、間隙過大、漏沖孔等問題，使得設計的模具達到目標需求。

1.3.2 切削法采用科學合理的數(shù)據(jù)指導產品設計具體走形

切削法在具體實踐中為了解決切削更合理的問題，往往會結合人機工學、數(shù)學幾何模型及形式美法則等一系列設計數(shù)據(jù)及經(jīng)驗來指導切削的具體走形，從而保障產品設計的科學合理性，使最終設計制造的產品符合前期預期，同時在開發(fā)過程中可以縮短前期開發(fā)時長，提高企業(yè)新品開發(fā)的效率，幫助企業(yè)更好地占領市場。

2 切削法在船舶設計中的應用原則

2.1 切削法在船舶設計中應遵循形式美法則

切削法是在有意識有目的的思維指導下進行的產品造型活動，在具體實踐中需要形式美法則研究來指導操作。好的造型產品應該為社會大眾所接受，所以要求造型設計師既需要了解市場，又要懂得工程知識，這樣設計的方案才能便于生產又具有美的形態(tài)。利用切削法造型設計的目的就是盡可能保障產品造型的準確性同時又可以縮短前期開發(fā)時長，使得設計的產品既符合美的要素又符合市場需求。形式美法則，即人們在設計實踐中總結發(fā)現(xiàn)的美的形式規(guī)律經(jīng)驗和抽象概括，通常包括對稱均衡、調和對比、比例、節(jié)奏韻律和多樣統(tǒng)一幾部分。通過研究形式美法則，能夠培養(yǎng)出人們對形式美的敏感度，從而指導人們在后期實踐活動中創(chuàng)造美的形態(tài)，掌握形式美的法則，使人們更自覺地運用形式美的法則表現(xiàn)美的內容，最終設計作品表現(xiàn)出美的形式與內容的高度統(tǒng)一。切削法造型設計的目的是直接作用在產品上，要求的是造型的過程，產品通過切削方式對造型進行去除，從而創(chuàng)造出最優(yōu)最適合的并具有美的特征的造型產品。

在船舶造型中常用到形式美的法則來進行切削法造型，在設計的草繪階段和油泥制作階段，為了試驗和設計出最優(yōu)最具美感的造型，會運用已有的美學知識和經(jīng)驗進行標記切削造型，再經(jīng)過反復的優(yōu)化對比，從而設計出最符合要求的造型。在船舶整體造型設計中，船舶主線條是構成船舶造型的重要元素，通過線條造型的對比變化，會產生不同感覺的造型風格，這些就是形式美中韻律與節(jié)奏的展示，再通過對比與微差的合理切削使用，會形成不同風格造型的船舶形體。在船舶設計中，比例關系也十分重要，形式美法則中比例所研究的就是長、寬、高三個方向的位置關系，在設計中常用“空間體量”來表達，船舶設計的比例關系決定著船舶美觀性和船舶在水中的平衡性，產品的比例關系失衡會造成美觀性下降，導致整體造型不協(xié)調，被客戶的認可度不高。

因此，運用切削法進行產品造型時，需要遵循形式美法則進行設計，并借鑒形式美法則所累積的形式美數(shù)據(jù)，來保障通過切削方式得到的造型產品具有美的特質，并符合消費者的審美需求。

2.2 切削法在船舶設計中應符合人機工學

切削法造型作為一種造型方法，追求的是造型的高效和準確，換句話說就是造型的最優(yōu)化，要求造型形態(tài)滿足使用者的審美需求和使用功能，同時切削法造型的產品落腳點是使用者（人）。而人機工學主張的以人為本和系統(tǒng)最優(yōu)化原則與切削法造型所追求的高效和準確造型的結果是一致的，一方面人機工程學研究的關于人的數(shù)據(jù)對切削造型法提供數(shù)據(jù)支撐，使得利用切削法設計的產品更加合理化；另一方面人機工程學對使用環(huán)境中人的心理和生理的研究為切削法提供了設計的準則，確定了人在各種造型空間環(huán)境中的舒適范圍和安全限度。

人機工學的本質是在人不需要精神和身體主動適應的前提下，讓產品在使用的時候最大限度地契合人體自然形態(tài)，所以在設計使用產品時都應充分考慮人機工學，使得產品的造型與人機工學完美結合。如船舶駕駛控制中心造型設計中就充分利用人機工程學來進行設計，首先駕駛室需要滿足使用者的使用要求和符合國標，在利用切削法設計時，需要充分利用人機工程學來確定駕駛室的室內活動空間和容身區(qū)設計。在駕駛室內細節(jié)造型上也要充分運用人機工程布置，如操控臺顯示儀表設計布置，駕駛座椅設計，方向盤和操縱踏板設計以及操縱臺及按鈕等都應盡量滿足人機工程要求，并利用整體系統(tǒng)的思維來進行設計。

在產品造型中，人機工程學與切削法造型是相互促進的關系，一方面人機工學為切削法能準確快速的造型提供了合理的數(shù)據(jù)依據(jù)和以人為中心的整體系統(tǒng)設計思維；另一方面通過切削法造型設計的復雜曲面造型也帶來很多人機關系問題，這些人機關系問題推動人機工程學去發(fā)展，使得人機工程學在優(yōu)美的曲面造型和良好的人機關系尋找到最優(yōu)平衡點，因此好的切削設計產品應符合人機工學。

2.3 切削法在船舶設計中應遵循整體設計思路

切削法作為一種設計方法，遵循的是化整為零的造型思路，即先確定產品大體形狀尋找出規(guī)則的形體，然后根據(jù)需求對形體進些切割，先切割出大體的造型再對細節(jié)部位進行優(yōu)化從而得到削切造型體，削切法設計過程與工業(yè)設計中油泥模型的制作有很多相似。產品設計中利用整體設計思路進行建模設計時常采用自頂向下的方式，先搭建整體的框架和坐標系，然后開始分析規(guī)劃產品，在建模之前已確定好了產品的風格。為了提高船舶總體設計的設計效率，切削法在船舶設計中應遵循整體設計思路，充分考慮船舶各設計節(jié)點之間的聯(lián)系，當設計節(jié)點修改時，要有效地對設計方案進行即時的反饋和修改，以保障布局的合理性，有效把控整體設計過程，減少設計中的出錯率。

3 切削法在船舶設計中的應用

3.1 切削法在船舶整體外型設計中的應用

優(yōu)秀的船舶外觀設計，需要兼顧美觀性和實用性兩個要素，船舶的形態(tài)需要展現(xiàn)出船舶的風格特色，在實踐中常用總體與部分的比例、線條走勢等來反映。通過把削切法引入到船舶外型設計中，一方面采用切削的方式結合形式美學及人機工學理論和經(jīng)驗能更快速地得到符合前期規(guī)劃的目標產品，從而縮短前期開發(fā)時長，提高企業(yè)新品開發(fā)的效率，同時形式美學及人機工學的科學數(shù)據(jù)能保障提升船舶整體設計科學合理性；另一方面，切削法采整體切削設計思路，使得建模設計出的船舶產品結構更為合理。在船舶外觀造型設計中，切削法設計的具體設計流程如下，首先按照設計需求確認好船體的核心工作部件以搭建船舶形體的大體形框架，然后開始分析規(guī)劃產品，確定船舶形體風格，再根據(jù)整體造型結構進行主體曲面建模規(guī)劃，當船舶主體產品切削完成后再對船舶細節(jié)做造型優(yōu)化設計。利用切削造型法進行船舶外觀造型設計時，需要有清晰合理的三維造型思路，并且在切削造型過程中人機工學數(shù)據(jù)和形式美法則經(jīng)驗指導著船舶產品的具體走形，使得設計的船舶外觀符合產品開發(fā)初期的規(guī)劃要求。

3.2 切削法在船舶艙室布局設計中的應用

船舶艙室布局設計包含船舶家具設備布置和各層甲板按功能需求進行空間布局劃分，因為船舶艙室設計節(jié)點多且關聯(lián)性強的特點，在船舶艙室實際設計中經(jīng)常會因為船舶主體的改動和輸入源的變化而改變整體艙室空間布局，另外船舶艙室空間設計需要展現(xiàn)空間的獨特魅力和高雅品質，充分考慮船員在特定環(huán)境中的心理和生理需求，盡可能減少環(huán)境對船上人員心理的負面影響，營造自然、和諧的工作生活環(huán)境，針對以上船舶艙室布局設計的重點問題引入切削法設計進行優(yōu)化設計。在船舶艙室布局設計中，需要根據(jù)已有的船舶形體在深入研究用戶需求后，利用切削法的整體設計思路，根據(jù)通道位置、樓梯位置、艙室功能布局位置進行劃分，最大化利用空間尺寸，優(yōu)化空間布局，并建立具有層級關系的參數(shù)化模型，并對模型進行劃分，絕對位置模型是固定的，相對位置模型可在人機工程約束進行調整，當設計方案需要調整時，可以全方位有層次的進行修改優(yōu)化設計。另外，利用削切法對艙室設備布局和家具布置進行設計，可有效避免設備家具干涉問題及安全通道占用問題，提高設計方案的合理性。因此，削切法的使用在提升船舶艙室美觀實用性的同時可有效縮短傳統(tǒng)的艙室布置設計周期，提高艙室活動空間利用率提升設計質量。

4 結語

在未來船舶設計中，先進設計方法支持下的數(shù)字化船舶智能制造是增強我國船舶設計建造水平、提高競爭力的必由之路。切削法作為一種產品造型方法，是理性科學與感性創(chuàng)造融合的產物，利用切削法造型設計的產品既包含著藝術要素也遵循科學理論，能保障最終產品造型的準確定位同時縮短前期設計開發(fā)時長，這些優(yōu)勢使得切削法在未來船舶產品設計中會被廣泛使用，通過切削法設計既可以使設計師的設計理念和想法快速的表現(xiàn)在船舶產品上，又可以精確把控最終船舶產品的科學合理性以滿足消費者的多層次需求。