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摘 要 我国激光设备制造行业的发展潜力巨大。但我国激光设备的设计研究尚属于起步阶段，因而与发达国家设计的激光设备相比差距明显。试图通过研究中小型激光设备外观设计的各个要素的分析与解读，改善我国激光设备的设计现状，提高我国激光设备的国际竞争力，强调以人为本的朴素设计观。
关键词 工业设计；激光设备；人机工程学；形态
中图分类号 TB47 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0154-01
随着世界制造中心向着中国的转移，我国的设备制造行业面临着新的机遇。由于各种材料的加工要求更加的机密和准确，由具有精密加工能力的激光加工设备的需求量不断增大。但我国激光加工设备行业的发展却相对滞后，据资料显示2004年全国销售收入过亿元的激光企业仅有4家。而截止2002年世界范围内激光加工设备行业的销售额就超过了26.2亿美元。我国的激光加工设备的外观设计也相对落后，产品大多数都是由工程师而不是工业设计师设计，从操作性和整体的造型上看相对薄弱。所以我国急需激光设备方面的设计研究，以改善行业的产品现状。
1 激光加工设备的原理简述
激光加工是目前比较先进的加工技术，它主要利用高能激光对材料进行雕刻、切割和焊接，加工过程与数控机床类似，通过软件的设定程序，发送指令给计算机，让计算机控制激光器和偏振镜工作，使激光束在被加工的材料表面加温和运动，从而对工件进行焊接、切割、打标签、雕刻等操作。其原理主要是预先设定好加工程序（可以是计算机辅助设计软件的文件），通过电脑传递给控制器，控制器控制激光器产生激光并调节功率，控制器还通过调节偏振镜改变激光束的方向和焦点，达到最佳加工功率和焦距。控制升降台和夹具与激光束配合来实现坐标统一。通过冷却设备冷却激光器在工作时产生的高温高热，防止激光器烧坏，抽风除尘设备将激光加工过程中的材料因高温产生的粉尘吸走和收集。
整套设备的核心部件包括了：激光器、电源、控制器、工业计算机、控制台、抽风除尘设备、冷却设备等。
2 激光加工设备设计要素分析
1）形态。设备的造型是工业设计中比较特殊的一个课题，也是一个长久以来的课题。从1851年伦敦的万国博览会起，人们就开始考虑如何美化机械。现代设备的造型对于设计师的要求比以往要更高，造型不仅是有风格的，还应该比以往更多的考虑人的因素、企业的形象识别、地域文化的差异性等等方面的要素。但一来我国的设备制造业大多依靠模仿起家，缺少了创新性的设计。二来我国的设备制造业对人在设备的设计中应该重视人的感受认识比较薄弱，往往会忽视人在操作和维修产品时候的心理与生理的需求。
当今的设备造型的风格趋势还是以现代主义风格为主，强调功能与形式感的完美结合，强调整体感与体量感，体现了设备的理性主义和坚固可靠的品质。与传统机床不同，激光加工设备是高科技时代的产物，其结构相比传统机床设备来说简单，由于不采用机械力进行加工，而是通过激光产生高温对工件进行切割、焊接等加工；也避免了如冷却液、润滑油、机油的使用，所以整个加工过程中除了少量的金属或非金属因为高温而产生的粉尘以外，相对来说比较清洁。所以激光加工设备也一般被用于微电子行业和汽车制造行业这些对产品的清洁要求比较高的行业。而且激光加工设备相比传统机床更加轻便，底部通常会安装绝缘滚轮来方便运输。
首先激光设备应避免如传统机床的暴露结构，所以在设计时应该尽量将内部机构用外壳隐藏起来，使用大面积平整的外壳体现出了激光设备的谦和内向的原型特征，当然这种设计也同时是对精密复杂但又脆弱的电子结构的保护，兼有功能和内涵。
其次激光设备的整体造型可以相对中庸，不需要像传统机床那样有较大的起伏形态，而且表面结构复杂多变并且细节繁多。所以激光设备的表面而应该是尽量平整、整齐、分割明确、各部分功能纯粹易懂，体现高科技时代的秩序感和科技美感。
2）尺度。由于激光设备的尺度是人的尺度和机器尺度共同参与的结果，所以在设计激光设备的时候，应该将这两个尺度之间的关系分清楚。笔者认为应该遵循两个原则：第一，激光设备操作界面应该以适合于人操作习惯的尺度为主，那么这里应该依据人机工程学中对普通人的身体各部分尺度的统计后的平均尺度来设计，并留有可供调节的空间或结构。第二，激光设备内部结构的总尺度应该遵循最小原则。最小原则指的设计内部空间的尺度应该大于所有设备和预制空间所占空间的最小尺度。
外形尺度还对内部结构起着制约的作用。在安排内部的各个组件的时候，需要充分考虑到外部结构的联动，即内部结构的变动会导致外部尺寸的变化。内部结构各组件的尺度虽然是决定内部尺度的最小尺度，但还应该考虑到散热空间、管线空间、调试空间等等必须考虑但又具有弹性特点的预制空间尺度。
3）人机关系。激光加工设备主要是由人的操作来完成对工件的加工，所以人的因素应该在其设计中占很大的比重，不仅仅是前面所提到的尺度上应该以人的尺度为基本参考系，更应该从造型、色彩、指示、界面等多方面考虑和照顾到人在操作和维修这些设备时的心理与生理的需求。
依据前面提到的两个原则中的第一个，根据亨利·德雷福斯事务所发表的人体工程学图表中查询的相关数据。我们可以获得人在站立工作时工作台最合适的高度为手臂垂直放置时手肘到地面的高度，从图表中可以查到这个高度一般为991毫米。人在站立时的视野范围将决定激光设备的显示器以及封闭式加工区域的观察窗口的高度与人之间的夹角。由于所设计的激光设备是低于水平视线的，因而从图表中我们可以获得人在站立时阅读视角的下限为70度，最合适的视角为0度到45度，所以显示器所在的显示界面与控制开关所在的控制界面与水平面的夹角应该在90度到45度之间。人在站立时俯身触及范围的最低高度为457毫米，所以封闭式工作台面最低高度应该不少于457毫米。人在操作时所需要的最小工作台面的宽度为610毫米，所以在设计加工区域时应该大于这个宽度。
3 结论
根据以上的分析，笔者认为类似激光标签机这样的中小型设备应该有以下改进。首先需要一个坚固的外壳将分散的各部件统一在一起，将各种管线和电源控制器分类安置到外壳内。重新设计操作台，将之前坐着操作的行为改变为站立着操作，通过提高人眼所在的高度来扩大视野，并且扩大操作者的工作范围，所以要将操作台提高到人站着操作所适应的高度。
参考文献
[1]丁玉兰,郭刚,沈文琪,赵江洪.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,1991.
[2]Bill Moggridge.Designing Interactions[M].MIT Press,2006.
[3]阿尔文·R·蒂利、亨利·德赖富斯事务所.人体工程学图解——设计中的人体因素[M].北京:中国建筑工业出版社,1998,3.
关键词 工业设计；激光设备；人机工程学；形态
中图分类号 TB47 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0154-01
随着世界制造中心向着中国的转移，我国的设备制造行业面临着新的机遇。由于各种材料的加工要求更加的机密和准确，由具有精密加工能力的激光加工设备的需求量不断增大。但我国激光加工设备行业的发展却相对滞后，据资料显示2004年全国销售收入过亿元的激光企业仅有4家。而截止2002年世界范围内激光加工设备行业的销售额就超过了26.2亿美元。我国的激光加工设备的外观设计也相对落后，产品大多数都是由工程师而不是工业设计师设计，从操作性和整体的造型上看相对薄弱。所以我国急需激光设备方面的设计研究，以改善行业的产品现状。
1 激光加工设备的原理简述
激光加工是目前比较先进的加工技术，它主要利用高能激光对材料进行雕刻、切割和焊接，加工过程与数控机床类似，通过软件的设定程序，发送指令给计算机，让计算机控制激光器和偏振镜工作，使激光束在被加工的材料表面加温和运动，从而对工件进行焊接、切割、打标签、雕刻等操作。其原理主要是预先设定好加工程序（可以是计算机辅助设计软件的文件），通过电脑传递给控制器，控制器控制激光器产生激光并调节功率，控制器还通过调节偏振镜改变激光束的方向和焦点，达到最佳加工功率和焦距。控制升降台和夹具与激光束配合来实现坐标统一。通过冷却设备冷却激光器在工作时产生的高温高热，防止激光器烧坏，抽风除尘设备将激光加工过程中的材料因高温产生的粉尘吸走和收集。
整套设备的核心部件包括了：激光器、电源、控制器、工业计算机、控制台、抽风除尘设备、冷却设备等。
2 激光加工设备设计要素分析
1）形态。设备的造型是工业设计中比较特殊的一个课题，也是一个长久以来的课题。从1851年伦敦的万国博览会起，人们就开始考虑如何美化机械。现代设备的造型对于设计师的要求比以往要更高，造型不仅是有风格的，还应该比以往更多的考虑人的因素、企业的形象识别、地域文化的差异性等等方面的要素。但一来我国的设备制造业大多依靠模仿起家，缺少了创新性的设计。二来我国的设备制造业对人在设备的设计中应该重视人的感受认识比较薄弱，往往会忽视人在操作和维修产品时候的心理与生理的需求。
当今的设备造型的风格趋势还是以现代主义风格为主，强调功能与形式感的完美结合，强调整体感与体量感，体现了设备的理性主义和坚固可靠的品质。与传统机床不同，激光加工设备是高科技时代的产物，其结构相比传统机床设备来说简单，由于不采用机械力进行加工，而是通过激光产生高温对工件进行切割、焊接等加工；也避免了如冷却液、润滑油、机油的使用，所以整个加工过程中除了少量的金属或非金属因为高温而产生的粉尘以外，相对来说比较清洁。所以激光加工设备也一般被用于微电子行业和汽车制造行业这些对产品的清洁要求比较高的行业。而且激光加工设备相比传统机床更加轻便，底部通常会安装绝缘滚轮来方便运输。
首先激光设备应避免如传统机床的暴露结构，所以在设计时应该尽量将内部机构用外壳隐藏起来，使用大面积平整的外壳体现出了激光设备的谦和内向的原型特征，当然这种设计也同时是对精密复杂但又脆弱的电子结构的保护，兼有功能和内涵。
其次激光设备的整体造型可以相对中庸，不需要像传统机床那样有较大的起伏形态，而且表面结构复杂多变并且细节繁多。所以激光设备的表面而应该是尽量平整、整齐、分割明确、各部分功能纯粹易懂，体现高科技时代的秩序感和科技美感。
2）尺度。由于激光设备的尺度是人的尺度和机器尺度共同参与的结果，所以在设计激光设备的时候，应该将这两个尺度之间的关系分清楚。笔者认为应该遵循两个原则：第一，激光设备操作界面应该以适合于人操作习惯的尺度为主，那么这里应该依据人机工程学中对普通人的身体各部分尺度的统计后的平均尺度来设计，并留有可供调节的空间或结构。第二，激光设备内部结构的总尺度应该遵循最小原则。最小原则指的设计内部空间的尺度应该大于所有设备和预制空间所占空间的最小尺度。
外形尺度还对内部结构起着制约的作用。在安排内部的各个组件的时候，需要充分考虑到外部结构的联动，即内部结构的变动会导致外部尺寸的变化。内部结构各组件的尺度虽然是决定内部尺度的最小尺度，但还应该考虑到散热空间、管线空间、调试空间等等必须考虑但又具有弹性特点的预制空间尺度。
3）人机关系。激光加工设备主要是由人的操作来完成对工件的加工，所以人的因素应该在其设计中占很大的比重，不仅仅是前面所提到的尺度上应该以人的尺度为基本参考系，更应该从造型、色彩、指示、界面等多方面考虑和照顾到人在操作和维修这些设备时的心理与生理的需求。
依据前面提到的两个原则中的第一个，根据亨利·德雷福斯事务所发表的人体工程学图表中查询的相关数据。我们可以获得人在站立工作时工作台最合适的高度为手臂垂直放置时手肘到地面的高度，从图表中可以查到这个高度一般为991毫米。人在站立时的视野范围将决定激光设备的显示器以及封闭式加工区域的观察窗口的高度与人之间的夹角。由于所设计的激光设备是低于水平视线的，因而从图表中我们可以获得人在站立时阅读视角的下限为70度，最合适的视角为0度到45度，所以显示器所在的显示界面与控制开关所在的控制界面与水平面的夹角应该在90度到45度之间。人在站立时俯身触及范围的最低高度为457毫米，所以封闭式工作台面最低高度应该不少于457毫米。人在操作时所需要的最小工作台面的宽度为610毫米，所以在设计加工区域时应该大于这个宽度。
3 结论
根据以上的分析，笔者认为类似激光标签机这样的中小型设备应该有以下改进。首先需要一个坚固的外壳将分散的各部件统一在一起，将各种管线和电源控制器分类安置到外壳内。重新设计操作台，将之前坐着操作的行为改变为站立着操作，通过提高人眼所在的高度来扩大视野，并且扩大操作者的工作范围，所以要将操作台提高到人站着操作所适应的高度。
参考文献
[1]丁玉兰,郭刚,沈文琪,赵江洪.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,1991.
[2]Bill Moggridge.Designing Interactions[M].MIT Press,2006.
[3]阿尔文·R·蒂利、亨利·德赖富斯事务所.人体工程学图解——设计中的人体因素[M].北京:中国建筑工业出版社,1998,3.