Раздел 3. Основы художественного конструирования станков
3.1 Основы художественного конструирования станков
Пожалуй мы не ошибемся, если назовем одним из главных чувств человека такое чувство, как стремление к прекрасному. Чувство красоты, так же как и потребность трудиться, возникло вместе с человеком и неотделимо от него. Следовательно, чтобы изделие отвечало всем современным требованиям, при его создании недостаточно решать лишь технические и экономические задачи. Изделие должно быть еще эстетически совершенным, т.е. тщательно отработано с позиций художественного конструирования.
Конструктор, проектируя эстетически совершенные изделия, создает условия для эстетического наслаждения как производителям этих изделий, так и их потребителям. Необходимость создания красивых и удобных в эксплуатации изделий обусловлена еще и потребностью в повышении конкурентоспособности наших изделий на внешнем рынке. Постоянных правил о внешних формах изделий не существует и не может существовать, поскольку формы непрерывно меняются и совершенствуются. Однако есть определенные закономерности, которые надо учитывать, решая эстетическую сторону изделия. Эти вопросы квалифицированно могут быть решены специалистами-художниками. Таким образом, появилась новая профессия — художник-конструктор (дизайнер). Это специалист, имеющий художественное образование, обладающий вкусом и определенными техническими знаниями. Иногда роль художника в процессе проектирования понимают неправильно — считают, что эта работа начинается после того, как закончено конструирование, и ему только остается художественно оформить готовое изделие. Это серьезная ошибка. Ведь красота изделия не должна создаваться какими-то дополнительными элементами и украшениями. Она таится в органическом построении, в логичности и целесообразности, в гармонической пропорциональности и согласованности отдельных частей и изделия в целом. Этого же можно достигнуть только тогда, когда проектирование ведется в определенном порядке и в условиях тесного контакта конструктора, технолога и художника, начиная с рассмотрения технического задания и кончая выполнением рабочего проекта.
Только при совместной работе конструкторов, технологов, экономистов и художников можно создать совершенное изделие, отвечающее современным требованиям техники, экономики и эстетики. Если при проектировании изделий будут использованы методы художественного конструирования, то можно надеяться, что изделие будет отвечать перечисленным требованиям. Правильность этого метода подтверждается опытом работы многих отраслей промышленности Конструктор обязан знать основы методики художественного конструирования, чтобы грамотно проектировать и быть подготовленным для совместной работы с художником-конструктором.
Показателем художественного качества станка, как и любого другого изделия, является соответствие его формы требованиям ряда факторов, влияющих на ее образование.
Такими факторами являются:
а) назначение, кинематика, размеры и схема компоновки станка;
б) удобство эксплуатации станка, взаимодействие человека и станка;
в) согласованность формы станка с окружающей средой;
г) стандартизация и унификация узлов и деталей станка;
д) материал и технологичность формы станка;
е) возможности и условия производства станков на заводе-изготовителе;
ж) пропорциональность, пластичность (художественная выразительность объемной формы) и цветовое решение;
з) тенденции в образовании форм станков; и) экономичность формы станка.
Все эти факторы взаимосвязаны и взаимозависимы, поэтому при проектировании следует тщательно анализировать принятое решение, не пренебрегая ни одним из них.
Важным фактором, влияющим на форму станка, является взаимодействие человека и станка. Чтобы создать удобный в работе станок и обеспечить безопасность труда, надо знать психофизиологические особенности человека и только потом, с учетом этих особенностей, разрабатывать конструкции. При таком подходе человек и станок рассматриваются как одна единая система. Можно считать станок оптимальным, если его технические параметры и конструкция соответствуют психофизиологическим возможностям человека. Ведь станок предназначается для человека, человек пользуется станком. У человека в работе участвуют мозг, зрение, слух, мускулы, осязание, нервы. Поэтому при проектировании станков и создании надлежащей окружающей среды, надо учитывать это и стремиться освобождать станочника от лишнего утомления. Психические способности человека проявляются тем полнее, чем меньше его общее физическое утомление. Трудно создать хороший, в полном смысле этого слова, станок, не обладая основными знаниями в области эргономики.
Другим важным фактором, влияющим на форму станка, является его функциональное назначение. Прежде чем начинать проектирование, нужно хорошо изучить работы, которые будут выполняться на станке.
При конструировании должны быть учтены условия среды, где будет находиться проектируемый станок (например, тропический климат, запыленность воздуха, термоконстантный участок и т.д.). В этих случаях следует обращать внимание на выбор материалов, на отделку, на защиту от влаги и пыли и т. п.
Форма и содержание станка должны быть едины. Нет смысла придавать металлорежущим станкам динамичные формы, они должны быть статичными. Вероятно, только отдельные части некоторых станков, имеющие большие скорости, могут выражать динамичность. Учет таких понятий, как сила, тяжесть, легкость, при проектировании станков является обязательным. Так, например, несущие элементы станка должны быть тяжелыми, а части, которые не являются несущими, легкими. В противном случае будет впечатление неуравновешенности, неустойчивости. Не могут быть решены в одних пропорциях и иметь одинаковые формы, например, тяжелый токарный станок и быстроходный токарный станок повышенной точности. Эстетическая ценность любого изделия, в том числе и металлорежущего станка, заключается в том, что форма должна выражать, подсказывать назначение изделия.
В оформлении любого станка должно существовать композиционное единство, определенный замысел и порядок построения его форм. Какая-то часть должна быть главной, а остальные — второстепенными. Являясь центром композиции, главная часть должна быть, как правило, более крупной. Все остальные части должны быть подчинены главной, направлены к ней. Рассматривая проектируемый станок не как случайное скопление отдельных частей, а как единое целое, нужно стремиться к созданию тесной связи между его отдельными частями. Без такой связи станок не будет композиционно целым, единым. На рис. 3.1 и 3.2 представлены токарные станки различных форм.
Рисунок 3.1 - Токарные станки, форма которых лишена композиционной целостности:
1 - все три элемента создают сильную, противоречащую объемной основе ось симметрии; 2 - нет композиционной связи со станиной по всей линии раздела; 3 - этот фрагмент более органичен, чем примыкание слева; 4 - композиционно не найденные сочетания объемов; 5 - активная ось симметрии в нижней части опоры; 6 - кожух привода от коробки скоростей к коробке подач, не согласующийся с формой корпуса, причем горизонтальные уступы не связаны с основной формой; 7 - несовпадение углов наклона панели и кожуха привода дезорганизует форму; 8 - отсутствие ясной системы в расположении накладных элементов
Станки, показанные на рис. 3.1, не имеют композиционной целостности и их форма представляет как механический набор самостоятельных частей. На рис. 3.2 совсем иная картина: станки имеют хорошую форму, достигнуто единство всех частей.
Целостность достигается за счет: единой общей плоскости станины и передней бабки (рис. 3.2, а); использования в качестве объединяющего форму элемента лицевого борта корыта (рис. 3.2, б); введения экрана, прикрывающего интерьер со стороны работающего, и использования цвета для усиления композиционной связи основных частей (рис. 3.2, в).
При проектировании станка должна быть соблюдена его масштабность (соизмерение размеров того или иного изделия с размерами человека). Глаз человека хорошо чувствует не масштабность. У него появляется неудовлетворенность, когда станок построен без соблюдения этого условия. Если, например, маленький настольный станок и большой станок решить в одних пропорциях, одинаково члененных, то маленький произведет впечатление уменьшенной модели большого, т.е. будет несоответствие впечатления пропорции: членение — большого станка, а размеры — маленького.
Рисунок 3.2 - Токарные станки с хорошо найденной формой
Важным моментом при проектировании станка является выбор материала, который должен соответствовать функциональной задаче. Ведь неправильный выбор материала приводит к дополнительным конструктивным средствам (например, приходится делать дополнительные ребра, увеличивать размеры, утолщать стенки и т.д.). А это ухудшает внешний вид станка, увеличивает трудоемкость его изготовления. Следует обратить внимание и на то, насколько удовлетворяет материал декоративным требованиям и какая нужна дополнительная отделка или окраска. Материал влияет и на методы обработки (литье, штамповка и т. п.). Следовательно, необходимо рационально выбирать номенклатуру марок материалов и заготовок для деталей станка, применять современные материалы, особенно синтетические и разнообразные отделочные материалы и покрытия, широко использовать фактуру и цвет, экономить материалы, уменьшать материалоемкость.
Особое внимание должно быть уделено технологичности формы станка, т.е. возможности изготовления отдельных деталей станка на современном оборудовании с применением передовых технологических процессов и с минимальными затратами. Детали должны быть простой формы, для станков характерны прямоугольные формы с малыми радиусами. При выборе форм нужно всегда учитывать процесс окончательной отделки станка, т.е. его окраску. Чтобы не усложнять отделочные работы, не затруднять их механизацию, не следует применять детали со сложной конфигурацией, надо избегать наружного оребрения и загромождения поверхности станка фланцами, выступающими частями и т.п. Учитывая, что поверхности станков, в особенности в рабочей зоне, загрязняются, стираются и портятся стружкой, эмульсией, маслом и т.д., следует помнить о необходимости качественной отделки поверхностей. В этом случае целесообразно применять вместо окраски высокопрочные пластмассы.
Не менее важным фактором являются тенденции развития форм станков. Эти тенденции в большой степени зависят от современных направлений развития станков вообще и определяются в результате тщательного анализа существующих образцов, подобных проектируемому. Таким образом, оптимальные формы станков устанавливаются на основе анализа тенденций развития их форм и с учетом современных направлений развития станкостроения.
Необходимо также учитывать «цикл жизни» («старение») станков. Конструкции станков совершенствуются, создаются новые, некоторая часть станков выходит из употребления. Поэтому при совершенствовании существующих и создании новых станков надо учитывать это обстоятельство.
При выборе того или иного конструктивного решения нельзя не учитывать его экономическую целесообразность. Этот фактор иногда заставляет изменять уже принятую форму или при оптимальной форме указывает на необходимость изменения принятой технологии организации производства. Разрабатывая конструкцию отдельных деталей и станка, необходимо также учитывать возможности и условия производства завода - изготовителя.
Внешний вид станка зависит от целесообразной и рациональной компоновки его узлов и частей, удачного выбора внешних форм корпусных деталей и узлов и хорошей отделки внешних, доступных глазу поверхностей.
При создании станков надо стремиться к тому, чтобы кинематические цепи были короткими, а узлы были замкнуты в объёмах простых форм, причём каждая часть, каждый узел и основные детали станка должны быть гармонично согласованы с общей конструктивной компоновкой. Если конструктор учитывает эти условия, то всегда создаётся впечатление целостности, уравновешенности и ритмичности.
Основными средствами, придающими изделию целостность и гармонию, служат пропорции, масштаб (масштабность), ритм, симметрия асимметрия, динамика и статика (динамичность и статичность), цветовое решение и др.
Под ритмом в художественном конструировании понимают такое членение объёмов, при котором принятая пропорция повторяется как в целом, так и в частях. Удачно выбранные пропорции помогают в создании гармоничного изделия. Существует ряд систем пропорций, применяемых при проектировании изделий: арифметические (модульные), геометрические, «золотого сечения» (частный случай геометрической пропорции), пропорция с применением иррациональных величин и др. Считают, что наиболее удачное членение объёмов имеет станок, построенный на принципах «золотого сечения». Согласно этим принципам линейные размеры поверхностей, ограничивающих объёмы, должны определяться отношениями 2:3,3:5, 5:8, 8:13,13:21 и т. д.
Если полученные на основании конструктивных соображений размеры основных корпусных деталей узлов станка не укладываются в пропорции «золотого сечения», то ритмичность достигается делением нормальных размеров пополам, повторением какого-либо размера или разбивкой поверхностей на две неравные части в принятой пропорции. Это обычно делается введением какого-либо выступа или впадины, образование которых не усложняет изготовление детали, покраской, а также за счёт кожухов и крышек соответствующих размеров и формы.
В отдельных случаях выполнение требований архитектоники может привести к ухудшению конструкции или условий эксплуатации станка. В этом случае предпочтение следует отдать размерам, которые естественно получаются из условий конструкции, а ритм будет служить лишь корректором.
Существуют определённые приёмы, которыми можно выразить статичность, динамичность, направленность. Все фигуры, имеющие центр или оси симметрии, статичны относительно них. Фигуры, у которых по оси симметрии изменяется форма -динамичны, при этом как бы даётся направленность всей фигуре. Динамичность, направленность можно создать и в статичной по форме фигуре. Это делается в результате членения её в определённом убывающем или возрастающем ритме накладками, углублениями, выступами, покраской; ритмическим расположением на ней отдельных деталей, элементов. При этом чем резче разница между членениями, тем больше впечатление направленности. На рис. 3.3 представлен пример сосуществования в форме изделия симметрии и асимметрии, в кругу показана условная модель, типичная для формы станков.
Надо внимательно подходить к выбору радиусов закруглений углов. Желательно, чтобы они были одной величины. Это упростит изготовление и улучшит внешний вид. Нельзя допускать комбинации плавных переходов с резкими прямоугольными формами. Стремясь к общей гармонии, следует также избегать сложных фигурных оформлений.
Одним из основных критериев качества формы является гармоничное сочетание световых линий (бликов) и контуров предмета. Световые линии располагаются по геометрическим образующим поверхностей, и если они не гармонируют с контурами предмета, то форма его становится невыразительной. Чтобы обеспечить гармонию формы и светового каркаса, необходимо ясно себе представлять, как направлены геометрические образующие проектируемых сложных поверхностей. Не допускается пересечение этих образующих на плавных переходах (рис. 3.4, а). Если контуры детали
Рисунок 3.3 - Пример сосуществования в форме изделия симметрии и асимметрии
а1, а2, а3 - постепенное усиление симметрии; б1 - появление асимметричного элемента в симметричной композиции; б2 - усиление асимметрии, еще не вызывающее нарушения основы симметричной формы; б3 - противоречие между симметрией и асимметрией стало явным; б4 - равновесие в пределах симметрии на достигнуто; б5 - колонна смещена с оси, но принцип строения формы еще не ясен; б6 - уравновешенная асимметричная композиция; б7 - детали последовательно развивают принцип асимметрии; б8 - появление сильной оси симметрии вновь вызывает противоречие прямолинейны, то надо исключать появление криволинейных бликов рис. 3.4, б. Если контуры детали ограничены параллельными линиями, то не должны появляться наклонные образующие, а следовательно, наклонные блики (рис. 3.4, в и г) и наоборот.
Для деталей органов управления рекомендуется шире применять пластмассы, что не только улучшает внешний вид, но и снижает себестоимость деталей. Выпускаются цветные пресс-порошки, из которых после прессования получают совершенно готовые детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке.
Рисунок 3.4 - Влияние светового каркаса на форму изделия
Рисунок 3.5 - Объемные модели станков: 1— пластилин;
2 — дерево
Окончательную форму станка целесообразно отрабатывать на объемной модели (макете). Модель желательно иметь в натуральную величину. Если невозможно создать такую модель (например, из-за больших размеров станка), то для предварительного суждения о форме станка можно допустить изготовление модели в меньшем масштабе. Желательно затем проектировать изображение такой модели на экран с увеличением до натуральных размеров станка. Модель должна быть снята со всех сторон на киноленту. В случае изготовления модели не в натуральную величину форма станка должна быть окончательно отработана на опытном образце.
Для изготовления моделей применяют разнообразные материалы: гипс, глину, пластилин, пластмассы, дерево, бумагу, металл и т.п. Для моделей больших размеров сначала изготовляют каркасы, которые затем облицовывают гипсом. пластилином и т.п. (рис. 3.3). Такие модели могут быть изготовлены и без облицовки. Мелкие модели изготовляют из гипса, пластилина, дерева, бумаги и т.п. без дополнительных каркасов. Для изготовления моделей желательно иметь отдельное помещение — светлое и просторное, чтобы большие модели можно было рассматривать с расстояния не менее 10м.
Моделирование дает возможность проанализировать различные варианты композиционного решения как всего станка, так и его отдельных частей, проверить эксплуатационные качества станка, а также сократить сроки создания станка.
Занимая значительную часть пространства в цехе, станки являются основным элементом цветовой обстановки помещения. Поэтому при выборе цвета отделки станка надо учитывать психофизиологические воздействия цвета на человека. При этом обращают внимание на функциональную сторону цвета, цвет окружающей среды, взаимосвязь окраски, отделки и формы станка, размеры станка, цветопередачу. Известно, что правильный выбор цвета уменьшает утомляемость, повышает производительность труда, снижает травматизм. Значит, выбирая цвет для окрашивания станков, надо учитывать особенности действия различных цветов на человека, надо сделать так, чтобы он благоприятно влиял на психику и настроение человека.
Цвет станков не может быть выбран каждым конструктором индивидуально, это привело бы к пестроте красок в цехах заводов. Тем не менее конструктор должен иметь представления о цветах, о восприятии красок и их свойствах.
Наш мир - это мир цвета, и без него мы просто не в состоянии представить окружающую нас действительность. Около 90% всей информации об окружающем мире человек получает через зрение. Причем немалую долю информации несет в себе цвет. Достаточно привести несколько примеров, чтобы убедиться, насколько разнообразна эта информация. Например, по спектру звезды можно узнать ее примерный химический состав, температуру и даже скорость и направление ее движения. Опытный сталевар довольно точно определяет готовность стали только лишь по ее цвету. Слесарь, положив в раскаленную печь кусок стали, может по цвету накала определить температуру его нагрева. А сколько примеров подобного рода встречаем мы в нашей повседневной жизни. Правда, информация, полученная нами, бывает менее точна, чем при научных наблюдениях, но тем не менее она очень широка и красноречива, она несет на себе отпечаток эмоциональных ощущений. Цвет поблекших, пожелтевших страниц расскажет нам о древности рукописи, пробудит в нас интерес к жизни наших предков, к знаниям, пришедшим к нам через века. А краски заката расскажут не только о состоянии атмосферы, но и вызовут в человеке лирическое настроение, если эти краски нежны и прозрачны, или состояние подавленности, если они зловеще-багровых тонов. По цвету листвы мы, не задумываясь, назовем время года; определенная гамма цветов, присутствующая в описании пейзажа, поможет нам угадать, идет ли речь о холодном севере или о знойном юге и т. д.
Вполне понятно, что цвет, занимая такое огромное место в мироощущении человека, является хорошо усваиваемой информацией. Человеческие органы, в частности глаза, являются тонкими и довольно точными приборами для контакта с внешней средой. Не случайно физиологи называют глаза частью головного мозга, вынесенной на периферию.
О чувствительности человеческого глаза говорят такие данные. Глаз человека различает около 120 градаций по длине волны или, иначе говоря, по цветовому тону. Он может отличить друг от друга более 10 градаций по насыщенности каждого тона и более 25 — по яркости. Всего это составляет свыше 25 тыс. различных цветов и оттенков. Но как ни совершенно устройство этого важного органа, возможности его небеспредельны. После напряженной работы острота зрения снижается, наступает так называемое утомление глаз, а отсюда и утомление всего организма человека. Время нормальной работы глаз зависит от внешних условий, причем оно может в значительной степени быть увеличенным, если эти условия благоприятны.
Развитие техники и связанные с этим условия деятельности человека вызвали потребность глубже изучить влияние цвета на психику человека.