книги из ГПНТБ / Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика

Рис. 29. Основные классы симметричных форм в тех­

нике. В V, VI, VII, VIII классах рассматриваются со­ ответственно 5, 6, 7-, 8 и 10-гранные призмы.

пой симметрии, принимает симметрию форми­ рующей среды (изложницы, штампы, фасонные резцы, гидросуппорты с копирами и т, д.). Принципы антисимметрии приложимы в техни-

ке и к таким объектам: тело человека и его рабочая одежда, зона нормальных движений рук при работе сидя и компоновка панелей управленияна пультах, сжатая для захвата ладонь и рукоятка управления, выпуклая по­ душечка пальца и вогнутая поверхность кноп­ ки и т. д. Элементы антиравенства во множест­ ве наблюдаются в компоновке рабочего места (машины) относительно оператора и в компо­ новке отдельных узлов и деталей машины друг относительно друга. По аналогии с обычными элементами симметрии здесь могут появиться антиоси, антиплоскости, антицентры симмет­ рии— элементы, с помощью которых антирав­ ные фигуры переходят друг в друга.

Асимметрия и дисимметрия

Симметрия широко распространена в живой природе. Она характерна для внешнего строе­ ния тела человека, млекопитающих, птиц, пре­ смыкающихся, земноводных, рыб, ракообраз­ ных, насекомых, многих растений. В живой природе распространена преимущественно зер­ кальная симметрия, связанная с особенностя­

среди организмов осевая Симметрия, которая занимает почетное место в человеческой дея­ тельности среди других видов симметрии бла­ годаря употреблению принципа ротации (про­ пеллер самолета, колесо автомашины, шпин­ дель токарного станка и т. д.). Правизну и левизну растений исследователи объясняют поразному — влиянием экватора, суточного вра­ щения земли, магнитного поля нашей плане­ ты. Столь пристальное внимание, которое уделяют проблеме симметрии в ботанике, объ­ яснимо не только общепознавательным интере­ сом, но и тем фактом, что симметричность ра­ стений в некоторых случаях каким-то образом воздействует на урожайность. Так, кокосовые деревья с левым расположением листьев ока­ зываются на 15 — 20% продуктивнее правых.

Широкое распространение форм симметрии в природе и технике в своей основе объясняет­ ся тем, что при всех иных условиях тело, обла­ дающее весовой и геометрической симметрией, имеет суженный спектр частот собственных ко­ лебаний, что соответствует большей устойчиво­ сти, жизнестойкости тела и организма. Симмет­ рия— это первичный признак организованной материи, и перенесение его в технику, т. е. в ка­ кой-то степени копирование природы, может быть отнесено к одному из основных принци­ пов проектирования современной техники — принципу бионическому.

Еще в прошлом веке, описывая скелетные образования радиолярий, известный естество­ испытатель Э. Геккель отметил, какой исклю­ чительный интерес могут представить для инженеров их конструкции, состоящие из повто­ ряющихся форм. Изучая симметричные конст­ рукции скелетов микроорганизмов, современ­ ный американский ученый Ля-Риколе предло­ жил аналогичные по структуре экономичные, прочные и красивые многослойные сотовые кон­ струкции типа «сендвич», которые сейчас на­ чали использовать в архитектуре (перекрытия залов), мостостроении, авиации (элементы кон­ струкции фюзеляжа и крыла самолета) и дру­ гих отраслях техники.

Точное геометрическое понятие зеркальной симметрии в художественном конструировании растворяется нередко в смутном понятии урав­ новешенности, которое сближает методы ком­ позиции в технике с искусством. В художест­ венном конструировании, как и в изобразитель­ ном искусстве, существуют композиции сим­ метричные и асимметричные. Промежуточной между ними является композиция дисимметричная, в которой симметричность основных элементов нарушена, но общее равновесие ком­ позиции сохраняется. При этом говорят о вы­ полнении так называемого «правила рычага», или «закона равновесия масс», в живописи, т. е. зрительно ощущаемом балансе обеих по-

а-бесобая асимметрия Es

--

—6 -геометрическая асимметрия Ег

ф* \

ловин композиции. Многие художники и архи­ текторы считают, что слегка не сбалансирован­ ные композиции гораздо привлекательней ком­ позиций симметричных.

Хорошо известно, что идеально симметрич­ ных людей практически не существует. И по форме тела, и по функциям, им выполняемым, человек асимметричен, или, строже говоря, дисимметричен. Дисимметрично лицо человека. В криминалистике говорят даже о правом и ле­ вом лицах. При правом типе правая половина лица более высокая и узкая, а левая — более

- Широкая и низкая по высоте. Левый типхарак-

теризуется обратными соотношениями половин лица. В кривой улыбке, т. е. в улыбке одной половиной лица, принимает участие преиму­ щественно широкая его половина, а привычное поднятие одной брови при мимике происходит, наоборот, на узкой половине. Дисимметрично тело человека. У людей почти всегда сердце расположено слева. Различны правая и левая сторона человеческого мозга, легкие, сосуди­ стая система, кожные борозды пальцев и ладо­ ней, пигментация волос и многие иные элемен­ ты правой и левой частей человеческого тела по размерам, форме и выполняемым функци­ ям. В связи с этими особенностями человека при конструировании производственного окру­ жения необходимо учитывать следующее:

—органы управления, требующие больших усилий, должны располагаться на правой сто­ роне панелей (правая рука примерно на 10% сильнее левой);

—на правой же стороне должны распола­ гаться органы управления, которые обеспечи­ вают выполнение наиболее ответственных и точных операций (в том числе кнопки «Пуск»

и«Стоп», органы управления, выполняющие аварийные функции);

—наиболее важные индикаторы, требую­ щие постоянного внимания, следует распола­ гать в верхней части панели (по возможности

вверхней левой четверти панели);

—ручной инструмент следует изготавливать под правую руку, левая рука при работе яв­ ляется удерживающей (удерживает, поддержи­ вает деталь), правая — работающей;

—при работе, связанной со значительным комплексом движений или значительными фи­ зическими нагрузками, правая половина рабо­ чей одежды (карманы, плечи, сгибы) должна выполняться более прочной и износоустой­ чивой.

Оценна симметричных форм

В технике очень редко встречается идеально симметричная машина, прибор, станок, меха­ низм, инструмент. Как правило, все они дисимметричны или асимметричны в целом, а в каж­ дом узле, нарушающем в той или иной степени симметрию машины, можно найти детали, на­ рушающие в свою очередь симметрию узла,

ит. д.

Всовременном технологическом оборудова­

нии наблюдается 3 основных формы наруше­ ния симметрии; весовая асимметрия (дисиммет­ рия), геометрическая (масса распределена сим-

Рис. 31. Ритмический комплекс рабочей среды.

55

I

щен в пространстве от точки пересечения трех плоскостей симметрии описываемого паралле­ лепипеда. Величина Ев безразмерна и опреде­ ляется по формуле:

Ев = 1 - £м

Рб ’

где Р„ — меньший из весов, характеризующих геометрически симметричные половины; Pq— больший из весов.

Величина Ег определяется по формуле:

Рис. 32. Риты н цвет.

метрично, но отдельные объемы неоправданно раздуты контурами накладных кожухов), зри­ тельная (геометрически и по весу уравнове­ шенные конструкции имеют зрительно неурав­ новешенные фасады). На практике могут встречаться не только отдельные формы нару­ шения симметрии, но и различные их сочета­ ния. Соответственно формам нарушения мож­ но рассматривать три различных величины асимметрии: величина весовой асимметрии Ев, величина геометрической асимметрии Ег, вели­ чина зрительной асимметрии Е3.

ВеличинаЕв характеризует станки, формы которых геометрически симметричны и зри­ тельно уравновешены, но центр тяжести сме-

Er = 1 - — ,

V6 ’

где VM— меньший из объемов, характеризую­ щих симметричные по весу половины; Уб— больший из объемов.

Величина Е3 определяется по формуле:

где Ф„ ■— количество узлов зрительного напря­ жения (или числа фиксаций, т. е. остановок взгляда), характеризующих ту из геометриче­ ски симметричных половин, которая привлека­ ет меньшее внимание оператора; Ф6 — количе­ ство узлов зрительного напряжения, характери­ зующих ту из геометрически симметричных по­ ловин, которая привлекает большее внимание оператора,

Ориентировочно можно считать, что форма дисимметрична при значениях 0 < Е <0,1 и асимметрична при 0,1 <.£’•< 1,0. Для машин сложных форм за расчетную плоскость симмет­ рии берется вертикальная плоскость симмет­ рии, рассекающая главный вид описываемого параллелепипеда (автоматы и оборудование дистанционного управления), или же плоскость симметрии оператора, находящегося в наибо­ лее удобном для управления месте (полуавто­ маты, универсальные металлорежущие станки и т. д.).

Симметрия и ритм

Ритм — чередование одинаковых или схожих элементов. Сходство может быть функциональ­ ным и .формальным. Оно может определяться направлением элементов (горизонталь, верти­ каль, наклонная линия), их геометрической формой (прямолинейность или криволинейность, округлость и т. п.), их величиной, мас­ сой, цветом окраски, и др. Самые различные объемные и плоскостные элементы, повторен­ ные в конструкции, приобретают ритмический характер: фирменные знаки, жалюзи, радиусы закруглений, маховички, индикаторы и т. д. Признаки ритма наблюдаются в любой орга­

низованной форме, а следовательно, в любой машине, приборе, станке, достаточно крупном узле и детали.

В крупных механических цехах, где стоят самые различные станки и где происходит об­ работка деталей самых различных габаритов, подчеркнутый цветом ритмический шаг колонн, проходов и других ритмических рядов умень­ шает зрительное впечатление хаоса и неорга­ низованности, воспринимается как организую­ щее начало. Ритмический комплекс рабочей среды включает, в порядке постепенного укруп­ нения, следующие основные ритмические ряды: а) микроритм зоны обработки детали (дорож­ ки, оставляемые на детали резцом, деления и штрихи индикаторов, мелкие завитки струж­ ки); б) ритм органов управления и индикато­ ров; в) ритм более крупных членений станка; г) ритм элементов рабочего места (станок, шкаф электрооборудования, пульт управления, тумбочка, стеллаж с обработанными деталями). д) ритм групп оборудования; е) ритм архитек­ турных элементов цеха. В соответствии с этими основными ступенями ритмического ряда стро­ ятся цветовые композиции с усилением цветов от рабочей зоны к периферии поля обзора.

Ритм и определяемое им ритмическое члене­ ние пространственных форм (плоскости, объе­ мы) образуются при ясно выраженном законо­ мерном чередовании элементов формы и интер-

выделение главной ячейки распределит, устройства

и /

Рис. 33. Ритмические ряды

в современных конструкциях.

валов между ними, объединяемых по сходным признакам (равенство, нюансные и контраст­ ные соотношения свойств). Ритм дает возмож­ ность объединять зрительно большое число эле­ ментов формы. Функционально обоснованный ритм является эффективным средством органи­ зации формы и ее элементов. Так как подавля­ ющая часть современных станков и приборов компонуется как параллелепипеды или легко вписывается в него, то ритм объемов в техни­ ке— это ритм параллелепипедов. Так как по­ давляющая часть плоских элементов современ­ ных станков и приборов являются прямоуголь­ никами или кругами (приборы с циферблата­ ми), то ритм плоскостей в технике — это преж­ де всего ритм прямоугольников и кругов.

Простейшим видом ритма является метриче­ ский, или модульный, ритм, образующийся по­ вторением равных форм на равных интерва­ лах — ряд кнопок-клавишей или одинаковых циферблатов на панели управления, прорезей в жалюзи, расположение крепежных винтов и т. д. Метрический ряд, состоящий из одинако­ вых элементов и интервалов между этими эле­ ментами, считается простым (зубцы на шестер­ нях и храповиках). Метрический ряд, состоя­ щий из двух и более простых метрических ря­ дов, считается сложным (закономерное чередование в одном ряду кнопок и тумблеров, имеющих к тому же разную отличительную

окраску). Последовательное закономерное из­ менение форм или интервалов определяет со­ бой аметрический ряд, убывающий или нара­ стающий. Примерами аметрических рядов могут служить в технике профили кулачков, конструкции конических и плоских спираль­ ных пружин, а главное — параметрические ря­ ды деталей, узлов, машин, построенных в гео­ метрических (кратных) прогрессиях, в соот­ ветствии с рядами предпочтительных чисел.

Ощущение ритма при восприятии форм (ритм вступает в силу как композиционный фактор) происходит в том случае, если число элементов не становится чрезмерно малым, ме­ нее 3, или чрезмерно большим, примерно 10— 15. При большей протяженности ритмиче­ ского ряда во избежание создающегося впечат­ ления монотонности и однообразия рекомен­ дуется:

— группировать элементы по 7± 2 в группы (размещать по 5 — 6 приборов в группе по го­ ризонтали или вертикали, при числе приборов на панели более 25 — 30 компоновать в 2 или более визуально отличные группы);

—выделять некоторые элементы цветом (в рядах по горизонтали или вертикали должны соседствовать друг с другом не более 5 одно­ цветных кнопок или клавиш);

—усложнять метрические ряды (вводить в

длинные ряды кнопок, клавиш увеличенные по

размерам или отличающиеся по форме кнопки

иклавиши);

—активизировать ритмический ряд (нару­

шать его), переходя с метрического на аметри­

ческий ряд.

Аметрический ряд позволяет направить вос­ приятие в нужном направлении, причем иног­ да аметрический ряд в образной форме (спи­ ралевидная шкала) дает представление о коли­ чественных величинах и направлении их возра­ стания. Скорость реакции и время нахождения органов управления значительно улучшаются, если пространственное расположение органов управления и индикации имеет определенную, хорошо выраженную ритмическую структуру.

Отработка элементов симметрии и ритма

Для того чтобы работа на данной машине, станке, приборе производилась максимально быстро и безошибочно, чтобы внимание опера­ тора привлекалось прежде всего к рабочему процессу, проектируемые и изготавливаемые конструкции должны быть пронизаны симмет­ рией и единым ритмом от компоновки в целом до мельчайшей, различимой с рабочего места, детали. При отработке элементов симметрии