Основы конструирования и технического дизайна

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
И ТЕХНИЧЕСКОГО ДИЗАЙНА

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 658.512.23(075)
ББК 30.18я7

О-75

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. Г. А. Морозов
д-р техн. наук, проф. Г. И. Ильин

Составитель Николай Степанович Гришин

О-75

Основы конструирования и технического дизайна : учебное пособие / 
сост. Н. С. Гришин; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. 
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 616 с.

ISBN 978-5-7882-3145-7

Всесторонне рассматриваются вопросы, связанные с разработкой, художе
ственным конструированием и технической эстетикой, а также общие понятия 
конструирования технических изделий и особенности технического дизайна технологического оборудования. Исследованы как традиционные аспекты знаний дизайнера, так и специфические вопросы, возникающие при проектировании технологического оборудования, в том числе по безопасности, долговечности, экологичности и т. п., являющиеся базовой основой создания современного изделия.

Предназначено для магистрантов, изучающих курс «Дизайн технологического 

оборудования», а также может быть полезно для студентов и преподавателей высших технических учебных заведений и других специалистов, занимающихся разработкой технических изделий, художественным конструированием и дизайном.

Подготовлено на кафедре машин и аппаратов химических производств.

ISBN 978-5-7882-3145-7
© Гришин Н. С., составление, 2022
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 658.512.23(075)
ББК 30.18я7

2

С о д е р ж а н и е

Предисловие ..................................................................................................................7

Введение.........................................................................................................................8

Глава 1. ВЗАИМОСВЯЗЬ РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОГО 
ДИЗАЙНА И ЭСТЕТИКИ..........................................................................................11

Глава 2. ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ЦЕННОСТИ  ПРЕДМЕТНОПРОСТРАНСТВЕННОЙ СРЕДЫ .............................................................................46

Глава 3. ЭСТЕТИКА...................................................................................................64

3.1. Эстетическое как универсальная категория философского знания.............70

3.2. Эстетические закономерности  декоративно-прикладного искусства ........76

3.3. Эстетическое формирование личности...........................................................85

3.4. Требования технической эстетики к промышленным изделиям .................94

Глава 4. ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ ..........................................102

Глава 5. АНТРОПОМЕТРИЯ...................................................................................111

5.1. Психофизиологические возможности человеческого воздействия на СЧМ..121

5.2. Влияние освещенности на жизнедеятельность оператора..........................123

Глава 6. ОСНОВЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ......................129

6.1. Основные правила линейной перспективы ..................................................148

6.2. Ортогональное проецирование и ортогональные проекции.......................151
6.3. Способы и виды перспективных изображений............................................152

6.4. Перспектива воздушная..................................................................................178

6.5. Семантика и пиктография ..............................................................................190

Глава 7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИКА............................................................193

7.1. Бинокулярное и монокулярное зрение..........................................................193

7.2. Пороги зрительного ощущения .....................................................................204
7.3. Контрастность и нюанс...................................................................................208

7.4. Иллюзия............................................................................................................212

Глава 8. ОСНОВЫ ЦВЕТОВЕДЕНИЯ ...................................................................226

8.1. Общие положения ...........................................................................................226

8.2. Цветовая контрастность и окружающая среда.............................................256

8.3. Цвет в интерьере..............................................................................................263
8.4. Освещенность ..................................................................................................275

8.5. Цвет в лакокрасочных покрытиях.................................................................279

3

Глава 9. ЭРГОНОМИКА ..........................................................................................287

9.1. Предмет эргономики и ее задачи...................................................................292
9.2. Междисциплинарные связи эргономики ......................................................312

9.3. Эргономические основы проектирования техники .....................................319

Глава 10. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ХУДОЖЕСТВЕННОГО 
ФОРМИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ..........................................324

10.1. Принципы художественного конструирования .........................................325

10.2. Методика анализа  художественно-конструктивного дизайна ................335

Глава 11. ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ
КОНСТРУИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ..............360

11.1. Показатели качества и особенности условий эксплуатации машин 
химических производств .......................................................................................361

11.2. Требования, предъявляемые к химической аппаратуре............................367
11.3. Требования к конструкциям аппаратов, подведомственных 
Ростехнадзору.........................................................................................................372
11.4. Технологические требования и рекомендации ..........................................373

11.4.1. Технологические указания по конструированию деталей, 
получаемых механической обработкой ............................................................373

11.4.2. Технологические указания по конструированию деталей, 
подвергаемых термической обработке..............................................................374

11.4.3. Особенности конструирования термически обрабатываемых 
деталей..................................................................................................................381

11.4.4. Конструирование деталей, подвергаемых местной (зональной) 
закалке ..................................................................................................................383

11.5. Требования к конструкции сборочных единиц..........................................385

11.6. Требования к конструктивному выполнению деталей .............................386

11.7. Технологические указания по конструированию литых деталей ............386

11.8. Соединения сваркой......................................................................................388
11.9. Общие сведения о материалах и способах изготовления .........................390

11.9.1. Физико-механические свойства сталей и чугунов...............................391

11.9.2. Химические и электрохимические покрытия.......................................393

11.10. Рекомендации по применению посадок....................................................399

Глава 12. ЭЛЕМЕНТЫ КОМПОЗИЦИИ И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ...............403

12.1. Категории композиции .................................................................................407
12.2. Пропорция и пропорциональность..............................................................414

12.3. Масштаб и масштабность.............................................................................421

4

12.4. Симметрия и асимметрия, статичность и динамичность..........................424

12.5. Метрическая и ритмическая повторность ..................................................426
12.6. Модуль............................................................................................................438

12.7. Структура формообразования......................................................................445

Глава 13. ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ.............................................................................447

13.1. Учет формообразующих факторов при проектировании изделий...........452

13.2. Анализ существования СЧМ при проектировании ...................................467

13.3. Эргономическая отработка при создании промышленных изделий .......479

Глава 14. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЦЕССА КОНСТРУИРОВАНИЯ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СРЕДЫ..............495

14.1. Проектирование рабочего места..................................................................496

14.2. Проектирование промышленного интерьера .............................................518

14.3. Разработка художественно-конструкторской документации...................528

Глава 15. КОМПОНЕНТЫ КОНСТРУКТОРСКОЙ И ДИЗАЙНЕРСКОЙ 
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ СОЗДАНИИ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК – МАШИНА» ....532

15.1. Основные принципы и взаимосвязь в процессе проектирования 
и создания промышленных изделий ....................................................................532

15.1.1. Стандартизация и унификация ..............................................................535

15.1.2. Нормализация ..........................................................................................543

15.2. Стадии разработки документации...............................................................545

15.2.1. Стадия технического предложения (предпроектного исследования)...549

15.2.2. Стадия эскизного проектирования ........................................................552

15.2.3. Стадия технического проекта ................................................................554

15.2.4. Разработка рабочей документации.......................................................555

15.3. Общие положения при разработке конструкторской документации ......557

15.3.1. Разработка чертежей деталей.................................................................557

15.3.2. Разработка сборочных чертежей ...........................................................558

15.3.3. Разработка спецификаций ......................................................................562

15.4. Другая конструкторская документация. Изготовление чертежей 
общего вида.............................................................................................................566

15.4.1. Габаритные чертежи ...............................................................................566

15.4.2. Монтажные чертежи ...............................................................................566

15.4.3. Чертеж общего вида................................................................................568
15.4.4. Электромонтажный чертеж....................................................................568

5

15.4.5. Технологическая схема...........................................................................571

15.5. Использование промышленной графики в работе 
художника-дизайнера ............................................................................................574

15.5.1. Материалы и способы выполнения графических работ дизайнером....579
15.5.2. Технические шрифты..............................................................................590

15.5.2. Построение шрифта ................................................................................590

15.6. Моделирование, макетирование..................................................................597

15.6.1. Эскизное макетирование ........................................................................599

15.6.2. Художественно-конструктивный проект..............................................604
15.6.3. Упаковка...................................................................................................608

Заключение ................................................................................................................610

Литература .................................................................................................................611

П Р Е Д И С Л О В И Е

Данное учебное пособие разработано на основе опыта общения 

с механиками-магистрантами на занятиях по курсу «Дизайн технологического оборудования». В основу легли программа и курс лекций, подготовленный для проведения занятий. 

В процессе преподавания я столкнулся с проблемой недостаточ
ного освещения в литературных источниках по техническому дизайну 
вопросов, касающихся специфических условий создания технологического оборудования. Подчас нормативные документы резко сужают 
диапазон варьирования компонентов при формообразовании промышленного изделия. Требования по экологии, технике безопасности, удобству эксплуатации и ремонту изделия резко снижают возможности художественного конструирования. Кроме того, специфика изделия 
накладывает определенные требования по выбору материалов и способам изготовления промышленных изделий.

С использованием всего своего профессионального опыта кон
структора-технолога (механика), конструктора по электрооборудованию, технолога по импульсным трансформаторам, начальника КБ, 
главного конструктора по передвижным лабораторным комплексам, 
специалиста по машинам и аппаратам химического производства, 
а также профессионального художника, с опорой на имеющийся литературный материал, в основном на работы Р. Г. Варламова, О. Д. Струкова, П. Е. и И. П. Шпары, А. Л. Дижура, М. А. Тимофеевой, П. Н. Орлова, В. П. Зинченко, В. Н. Мунипова, Б. В. Нешунова, Е. Д. Шедрина, 
У. Вудсона, Д. Коновера, А. П. Барышникова, А. В. Иконникова, 
Л. М. Холмянского, В. И. Анурьева и ряда других авторов, мною сделана попытка в одном учебном пособии отразить все основные вопросы 
по конструированию, художественному конструированию и техническому дизайну применительно к технологическому оборудованию.

Выражаю глубокую благодарность за помощь, оказанную при 

подготовке данной книги: за электронный вариант – Т. Ю. Жандаровой, 
за графическую часть и форматирование – дизайнеру М. В. Гришиной 
и редактору издательства Л. Г. Шевчук.

Доктор технических наук, 
профессор КНИТУ (КХТИ), 
академик РАЕ Н. С. Гришин

В В Е Д Е Н И Е

В данном учебном пособии мы не ставили целью рассматривать

дизайн во всей совокупности научного мировоззрения. Будем считать, 
что нас интересует только прикладная ее часть – промышленный дизайн. 
В первую очередь важно создать изделие, отвечающее всем требованиям 
функционального назначения, в том числе надежности, долговечности, 
технологичности, безопасности обслуживания и т. п. При этом изделие 
должно быть эстетичным, красивым, отвечающим современным требованиям, т. е. требованиям эстетики. Соответственно, выделим два понятия: дизайн – как завершение всех проектных работ по созданию совершенного во всех отношениях изделия, и эстетику – как оценку качества, 
красоты, совершенства формообразования изделия.

Таким образом, эстетика является неотъемлемой частью дизайна, 

без знаний о которой невозможно создание совершенного и красивого, 
т. е. эстетического, изделия. Несмотря на различие вкусов, художественной оценки и мировоззрений окружающего мира на различных 
этапах развития цивилизации, исторически сложились общечеловеческие нормы и понятия красоты и эстетичности, которые должны быть 
учтены в требованиях по эстетическому формированию изделий.

Совокупность задач, требований и норм, стоящих перед худож
никами-конструкторами (дизайнерами), предполагает обширные знания о науках, связанных с созданием изделий.

Процесс художественного конструирования динамичен и тесно 

связан с развитием человеческого общества, с техническим прогрессом. 
Техника и искусство до эпохи Возрождения существовали нераздельно. 
Но с появлением массового производства положение радикально изменилось. Многое меняется в духовной и материальной жизни людей: 
идеологические воззрения, эстетические потребности; социально-культурные условия, а с ними и мир вещей. Мир машин и механизмов занял 
определенное место в кругу художественных проблем. Интерес к конструированию и производству машин и механизмов становится все более серьезным и стабильным. Процесс стремительного и успешного 
производства машин их создателей привлекает прежде всего своей технической и экономической стороной. Но при этом уже появляется интерес к вопросам эстетики формообразования, художественного вкуса. 
С появлением нескольких производителей возникла предпосылка выбора со стороны потребителя. Следствием этого появилось понимание 

8

того, что без органической увязки экономических и эстетических требований промышленного производства, технологии в конкурентной 
борьбе победить нельзя.

Художники-конструкторы играют особую и чрезвычайно важ
ную роль в современном конструировании. Они вносят красоту и функциональную целесообразность во многие изделия в современном обществе. Данные специалисты призваны играть все большую роль в оптимизации системы «человек – машина». Внешний вид продукта, его качество и эффективность оказывают определенное психологическое воздействие на покупателя, на то, как он принимает и применяет данное 
изделие. Изделие, сконструированное рационально с точки зрения инженерной психологии, имеет также хороший внешний вид.

Как правило, работа дизайнера завершается созданием эстетиче
ского внешнего формообразования разрабатываемого изделия. Однако 
недостаточно быть красивым изделием, чтобы обеспечить его работопригодность (работоспособность) и учесть все качественные характеристики (требования), в том числе простоту (технологичность) конструкции, надежность, удобство эксплуатации, безопасность и т. д.
Кроме того, разнообразие видов и форм отдельных деталей и узлов промышленных изделий требует различных технологий их изготовления. 
От вида обработки и типа материалов, в свою очередь, зависит не 
только внешний вид изделия, но и сама конструкция.

Таким образом, прежде чем приступить к формированию изде
лия, необходима предварительная оценка:

– вида производства: единичное или массовое;
– условий размещения в пространстве;
– соответствия материалов технологии изготовления изделия;
– экономической целесообразности;
– технической оснащенности изготовителя.
Таким образом, изделие формируется не только многочисленными 

инициативными вариантами конструкции. Необходимо привлечение широкого круга специалистов, в том числе из смежных отраслей. Следует 
отметить, что оптимальное решение по формированию внешнего эстетического вида для каждого изделия индивидуально с учетом основных требований по качеству. Очень важно при разработке новых изделий осуществлять анализ уже эксплуатируемых аналогичных конструкций с целью выявления недостатков и с учетом изменившихся современных требований.

9

Итак, при формообразовании изделий необходимо учитывать 

всю совокупность знаний по материалам, способам их изготовления,
а также требования безопасности и экономичности. А значит, предпочтительным является весь цикл разработки изделия дизайнерами и другими специалистами, участвующими в создании конструкции. Только 
совместная работа всех специалистов приведет к логически оптимальному завершению формообразования – эстетически обоснованного, отвечающего всем современным требованиям промышленного изделия.