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產品結構設計要求范文1
關鍵詞：工業工程 產品設計 總體實訓
工業工程是目前世界上被大家認可的可以有效地提高生產效率和經濟效益的把生產技術與科學管理有效地結合起來的一門相對邊緣的學科。它涵蓋了管理工程、制造工程和系統工程的相關內容。伴隨著世界現代工業的飛速發展，工業工程專業的課程體系也得到了不斷的完善，所含內容逐漸豐富。但隨著學科的不斷擴充，教學內容越來越廣泛，工業工程專業高速發展帶來的弊端也日益凸顯，尤其突出的就是實踐環節薄弱，實際經驗不足。這些弊端不能僅從高校單方面的角度來解決，而應該聯合企業共同探求實際可行的方案。
1 工業工程專業培養目標
工業工程專業以制造業為對象、制造業信息化為背景，培養具備綜合應用現代制造工程、現代管理理論、信息技術應用和系統工程方法的知識、素質和能力，培養適應現代企業對生產管理和信息化建設需求，富有責任心、主動性和創造力的，知識面寬、適應能力和溝通能力強，具有解決制造領域復雜問題能力的、既懂技術又會管理的高層次復合型人才。工業工程專業的學生首先應具有較扎實的自然科學基礎，以及較好的人文、藝術和社會科學基礎，而在素質和技能方面，應具備基本的工程素質，能夠看懂工程圖紙，并運用機械工程的基本理論和方法解決簡單產品的設計、工藝問題。另外，還應掌握包含在工業工程學科里面必需的系統工程、制造工程和管理工程等學科的基礎理論和基本技能。在具體實施企業方案時，應能夠靈活應用工業工程專業的基本理論和方法，解決企業在生產、物流和倉儲管理的實際問題。
2 《產品結構設計》的課程設置規劃
本課程作為工業工程專業的一門實踐性強的專業核心課程，其主要任務是學習產品功能的設定、常用材料的種類和特性以及加工工藝、產品結構設計的原則以及與產品造型有關的通用結構設計知識，使學生掌握與產品設計相關的基本知識，具有產品結構設計的基本技能，能夠完成簡單產品設計中從功能定義到材料選擇以及最終的結構設計。
2.1 本課程的知識模塊包括：①產品材料與表面處理工藝常識；②塑料件結構設計的基本原則；③鈑金類產品結構設計基本原則；④模具基礎知識；⑤產品結構布局設計；⑥產品典型結構。其目的是使學生掌握結構設計的基礎知識，培養學生的三維空間想象能力，在實際應用中培養學生的新產品開發以及應用計算機繪圖的能力。
2.2 課程的重點內容包括：①常用塑膠材料基本知識；②常用金屬材料基本知識；③常用表面處理知識；④產品結構設計總原則；⑤產品結構關系分析與結構繪圖的基本要求。
3 《產品結構設計》課程的教學思路
3.1 選用教材。目前還沒有適合工業工程專業使用的《產品結構設計》教材，所以國內普遍做法是選用產品結構設計方面教材，暫定的教材是黎恢來編寫的《產品結構設計實例教程》。該教材將作者十幾年的產品結構設計經驗總結而成，系統、精細、全面地介紹了產品結構設計知識及設計全過程，明確了產品結構設計的概念和崗位職責，并通過講解一款電子產品的全套產品結構設計的整個過程，幫助學生融會貫通，更加高效地學習和掌握實用技巧。
3.2 教學內容。依據工業工程專業的整體人才培養方案和教學大綱的具體要求，將《產品結構設計》分為六大模塊，每個模塊里面包括若干的章節，各章節之間既自成體系，又互相有銜接，條理清晰，通俗易懂。①“產品材料與表面處理工藝常識”模塊，主要介紹注塑工藝理論、常用塑膠材料和金屬材料基本知識，以及注塑件、鈑金件表面處理方法。塑膠的定義及分類方面，介紹ABS、PS、PP、PVC等的應用范圍、注塑模工藝條件和化學和物理特性，重點是使學生了解注塑件的常見問題分析及解決，比如縮水、飛邊、熔接痕、頂白、塑膠變形等。金屬材料方面，介紹一些金屬的特性和應用范圍，比如不銹鋼、鋁、銅、鎳和鋅合金。常用表面處理知識方面，主要涉及塑料二次加工的基本知識，學生需要了解絲印、移印、燙印、超聲波焊接、噴涂、電鍍和模內覆膜等表面處理工藝。②“塑料件結構設計規范”模塊，重點介紹塑料件在設計和修改階段需掌握的通用設計規范，比如塑料件的料厚、脫模斜度、圓角設計，能夠分析塑料件的加強筋、孔、支撐面的使用范圍。在細節部分，應了解塑料件文字、圖案、螺紋和嵌件設計。③“鈑金件結構設計規范”模塊，介紹鈑金類產品設計的工藝要求，包括沖裁、折彎、拉伸、成形工藝，并且讓學生了解壓鑄類產品結構設計的工藝要求。在此模塊的教學中，應引入企業實際產品案例進行講解，以便于學生更好地掌握鈑金件的設計規范。④“塑料模和鈑金模基礎知識”模塊，介紹塑料模和鈑金模的基本類型及典型結構，包括模具概述，模具的分類、注塑機介紹等，重點講解的是注塑模結構里面的澆注系統、頂出系統、排氣系統和行位與斜頂，以及二板模和三板模之間的區別和應用，以“實用、夠用”為度，學生只需了解典型的模具結構，不需要進行后期的模具設計。⑤“產品結構布局設計”模塊，主要介紹殼體形狀結構、密封結構、卡扣結構、螺釘柱結構、螺紋連接結構和嵌件連接結構等知識，以及各個特征的定義、作用和設計原則，特別是特征在使用時的相互配合關系。拓展知識方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通過孔設計規則，以及模具設計與產品結構設計之間的聯系。⑥“典型產品結構”模塊，重點介紹目前國內普遍使用的三大產品（電子產品、家電產品和電動產品）的典型結構設計知識。每類產品選取一款經典的已批量的產品作為藍本，深入解剖結構知識在產品設計的運用。比如電子產品選手機為代表產品，講解手機產品各零部件的結構、前殼與底殼的止口設計、LCD屏限位結構設計和電池固定結構設計，以及內藏攝像頭結構設計。家電產品則以電吹風為例，學生要掌握電吹風的功能、材料、結構工藝性等，了解CAD軟件在電吹風設計中的應用，能對產品塑料件進行結構分析。在此過程中，還要掌握項目管理方面的知識。
3.3 教學方法。在教學中，提倡基于工作過程為導向的項目化教學，理論教學與實踐練習相結合，增加實踐課時的比例，培養產品設計的實踐能力。教師引導學生建立實用合理的知識結構，強化學生的自覺體驗和掌握知識的遷移能力，淡化理論和實踐的界限。在基礎知識夠用的前提下，采用任務驅動教學法、項目教學法，通過在具備多媒體教學設施的校內實訓基地開展新產品和新工藝的開發工作，使學生體會具體產品的外觀造型和結構設計過程，提高學生的綜合應用能力和實際應用能力。
4 《產品結構設計》在工業工程專業總體實訓的具體應用
在面向制造業的工業工程專業總體實訓里，結合各校的實際情況，以典型產品的流水線裝配設計為主體，總體實訓內容分為五個階段：前期的準備環節、產品設計與組裝環節、生產線裝配改善環節、三維系統模擬環節、總結交流環節。在這些實訓中，可以實現“教-學-做”一體化的行動教學，讓理論和實踐緊密結合，從而使學生在知識和技能上達到雙重提高；另一方面，可以鍛煉學生的綜合專業知識運用能力，提高團隊協作能力，也有利于提升學生的實際動手能力，更好地讓學生參與企業模擬項目，融入企業生產實踐。在產品設計與組裝環節，教師把學生分成六人左右的項目組，根據企業的某一個典型產品布置項目任務書。學生綜合考量校內實訓基地的實際條件和設備，運用產品結構設計的知識，共同完成項目。在此過程中，教師可以對新產品提出具體的要求，比如產品的結構尺寸不能過大，必須與生產線相匹配；結合人因工程學，運用動作分析和雙手操作分析，在工藝上要符合車間的零部件裝配順序，有利于工序和工位的確定；新產品各零部件的裝配要牢固可靠，可以滿足多次拆卸而不容易損壞；產品的價格應合理，要用最少的成本做出符合客戶要求的產品；考慮試驗的可行性和零部件的可修改性。
參考文獻：
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產品結構設計要求范文2
關鍵詞：農用機械；外觀造型；設計
在以往的農用機械產品結構設計中，人們通常只是考慮產品的實際性能及結構特點。因此，對農機產品的外觀造型設計及人機交互性設計不足。傳統農機產品容易給人一種體型笨重及結構做工粗糙的感覺。隨著科學技術日益進步，現代生產中人們除了注重其實用性外，更加注重農機產品的外觀造型美。故本文將以此為契機，重點對我國現階段農用機械外觀造型結構設計的相關內容進行闡述，以此不斷提升農機產品的結構性能及設計美感。
1 農用機械外觀造型設計原則分析
通常而言，農用機械產品外觀造型設計過程遵循的基本設計原則是“經濟、實用及美觀”。[1]首先，從實用層面而言，作為農用機械產品在外觀造型設計時，首先需考慮的因素就是其實用性。只有其具備完善的使用功能，才能為用戶提供服務。而其實用的充分發揮，必須以農用機械產品的可操控性及可維護性和運行可靠性、高質量為前提，同時應保證其具有標準化結構設計的特征和系列化及通用化設計的原則。但是，對于不同類型的農用機械產品而言，其具體使用功能不同，其在外觀結構造型總體設計過程中也具有不同的原則和特點。比如，北方及南方、濕地與旱地的農用機械產品外觀結構造型設計就存在一定差異。而經濟性是指在對農用機械產品的外觀結構造型進行設計時，應該注重優化設計流程，以此降低設計成本，實現農用機械產品的批量化生產。同時，遵循經濟性原則，能夠保證對農用機械產品操作進行自動化管理。美觀性是現代農用機械產品設計時都要遵循的原則，在滿足其基本農用功能要求的基礎上，必須保證現代農用機械產品外觀造型美觀及大方，從而實現“人機合一”，以便更好地展開“人機交互”。[2]
2 農用機械外觀造型設計內容分析
2.1 農用機械外觀造型設計中基本設計元素的應用
首先，在農用機械產品外觀結構造型設計過程中，最常采用的設計元素就是“點、線、面”元素。由于單個小點容易吸引人們的眼球，因此通過應用這一最小的設計單位元素，能夠突出農機產品某個外觀部位的重要特征。在對農用機械產品外觀結構造型進行設計時，可通過“點的線化”以及“點的面化”，形成一個與農機產品結構背景相脫離的虛面。通過采用這一設計思路，在對農機產品控制面板中的開關及相關按鈕和篩孔、散熱板等相關零部件進行造型設計時，設計人員就可通過不同點之間的集合與分散變換，從而形成富有獨特造型的結構部件。
其次，在對農機產品外觀結構造型進行設計時，“線”也是非常重要的設計元素。除了“點與點”之間的變化之外，還應通過不同輪廓線及“面與面”之間的轉折關系變換，從而使農用機械產品的外觀造型結構富有線性變化特征。通常而言，“線性關系”分為直線與曲線，而直線的應用能夠使農機產品凸顯“有力、剛毅”等特征；水平及斜線的應用，會給人一種“相對穩重”及“平靜”的感覺；垂直面的應用，則會給人一種“冷酷”及“沉重”和“運動”的特征。但是，斜線還具有“柔和感”，采用這種造型設計方式進行結構設計，會使農機產品凸顯“軟弱無力”之感。因此，在一般的農用機械產品結構設計過程中，為了使其外觀造型更加“沉穩”及“堅固”，設計師應通過“曲線與直線的相互變換”，使農用機械產品整個外觀造型結構給人一種“靜中有動”及“動中有靜”和“富于協調變化”[3]的特點。
除此之外，在對農機產品的外觀結構進行造型設計時，還應注重“面的優化”設計。通過對材料紋理及厚度和透明度、光澤等處理，從而使整個農機產品的外形給人不同的觸感及質感；也可通過顏色光澤的不同變化，使農機產品外觀造型結構突顯“輕盈”以及“笨重”和“柔軟”甚至“穩固”等不同功能特征。比如，在農機產品外觀造型結構設計時，可采用聚氯乙烯及聚丙烯等，為了使農機產品外觀結構具有一定的可塑性與圓潤、細膩性及韌性，應盡量采用氧化及拋光和噴砂等技術手段進行合理處理，同時采用合金鋁材進行結構設計，會給人一種“柔和”及“高雅”和“精致”感。但是，農機產品在整體結構造型設計時，為了給人一種“大氣奔放”的感覺，所有材質必須統一，且為了突出“藝術美感”，還應采用“大平面結構”進行設計，以此突出農用機械產品的流暢及平整感。
2.2 農用機械外觀造型設計中“虛實”設計理念的應用分析
“虛實相結合”的設計方法也是農用機械產品外觀結構設計過程中，經常采用的一種設計優化方式。比如，農機產品結構通透（虛）部分，會給人一種輕巧、便捷之感，如農用機械產品帶玻璃門窗的駕駛室等；而農機產品結構厚實及封閉（實）的部分，會給人一種厚重之感。故在對農機產品進行外觀造型總體結構設計時，應通過“虛實相結合”的方式進行優化設計，以免給人一種頭重腳輕及上下無層次性的感覺；比如，下列重型農用拖拉機產品外觀造型結構設計時，設計人員通過對上部玻璃門窗的駕駛室采用“虛”的方法進行設計，而下部厚重及黑色輪胎和機械底盤采用“虛”的方法進行設計，以此使整個農機產品外觀造型錯落有致，穩重而不失靈巧。
2.3 農用機械外觀造型設計中“人機工程學原理”的應用分析
為了突出農機產品結構設計美學特征，在對其外觀造型進行設計優化時，應更加注重“形體組合與分隔”。通過將農用機械產品的不同幾何形體結構采用“拼合”或者“堆砌”的方式進行優化組合，并按照一定的設計比例，對產品結構的面積和體積進行設計優化，從而使產品總體結構與其實際功能更加協調。比如，現代農用機械產品都朝著智能化及自動化方向發展，故在造型結構設計時，應進行合理的“人機交互”，如在儀表盤設計中，通過半圓及垂直和水平、開窗形、半圓形等不同結構構造方式，適當縮小人的視野范圍；另外，在方向盤及手柄結構設計時，應注重人性化設計，以實現“人機交互”，便于用戶對農用機械產品進行良好操控；對于稻麥脫粒機及聯合收割機和拖拉機等農用機械的離合器外觀造型設計，應考慮操作的用力程度，大腿與小腿間的間距應設置為120°為宜。在外觀色彩設計時，應使農用機械產品具有良好的辨識度，通過色彩調和及色彩對比，給人呈現一種“天人合一”的設計效果。
3 結語
農用機械造型設計應朝著多樣化及特色化和美觀化方向發展。因此，在產品結構優化過程中，設計人員應嚴格遵循基本的產品設計原則，在凸顯實用性與安全性和穩定性的前提下，不斷通過多種設計優化方式，從結構外觀及顏色設計和人機交互方面，對其相關功能進行人性化設計，以此不斷提高現代農用機械產品的結構設計水平。
參考文獻：
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產品結構設計要求范文3
關鍵詞 創新；機械設計；穿心途徑
中圖分類號TH13 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）114-0056-02
0 引言
當前，世界各國都已經加強了對本國知識產品的保護力度，我國在改革開放早期所采用的引進―消化―吸收――創新基本模式已經不能滿足我國新時期機械行業的發展需要。因此，提升機械設計自主創新能力才能夠為我國機械行業的整體發展提供一個可行的途徑。而在機械創新設計過程中，通過提高對產品創新的意識及能力，將機械產品的設計制造成本降低，提高產品的操作性能以及自動化陳谷，達到對應的環保要求，對推動我國整個機械行業的發展具有重要意義。
1 創新思維在機械設計中應該遵循的兩個原則
整個機械設計過程源自于功能要求與開發，通過作用原理分析，直到最終無力結構構思及形成。在整個過程中，機械創新設計工作必須把握這樣兩個基本原則。
1.1 設計路徑最短原則
設計之初必須對產品必須具備的功能進行確定，之后找尋得到最優的設計結構方式，以便在最短的時間內達到設計目標，之后選擇正確合理的價值工程方法，將其中價值相對較低的少部分構件找出，將之作為分析對象，確認其與當前結構設計存在的矛盾，試圖通過最小改動量來解決存在的矛盾問題。這種設計路徑所耗費的資源以及時間都較少，這時實現目標的路徑自然最短。
1.2 相似性聯想原則
聯想是機械創新設計過程中的一個重要方法，通過對事物之間的相似性進行分析和總結，而聯想得到的結構是否合理的一個重要判據就是所設計的結構是否具有一定的相似性，而這有產品的實例直接決定。若設計的多個產品實例同時滿足功能需要，則它們之間一定存在對應的相似性，表面產品具備創新設計的潛力。
2 創新思維在現代機械設計中的應用
2.1 在機械產品運動方案創新設計中的應用
機械產品結構運動方案的設計就是設計人員根據用戶提出的產品功能需求而提出的從機械結構原理出發的產品功能原理構思。運動方案是探索并解決實際問題的一個有效途徑，其主要包括原動機、傳動機構以及執行部件等系統運動方案的設計。其最終得到的結果必須滿足機械產品結構功能的運動性能要求。設計的一種機構運動方案的好壞直接影響到產品結構、工藝、成本以及使用性能等方面的能力，是確定產品的整體質量、性能、經濟性、環境以及所獲得社會效益的關鍵步驟，是整個機械產品設計過程以及后續產品制造、使用過程的基礎。對于機械結構產品而言，實現其具體的功能可以采用不同的運動方案，即可以采用不同的寫原理予以實現，同時不同的功能又可以通過不同的機構來具體實現。因此，該階段的工作是整個設計工作的重點，設計人員必須從功能分析出發，利用創新思維對產品的活動架構進行設計、優化，最終得到理想的產品運動方案。
以汽車的前驅、后驅運動方案為例，傳統的后驅運動方案具有生產制造成本高、驅動部件多、安裝復雜、車內空間較小、牽引力不足以及動力效率較低的問題。在現代機械設計的輕量化、汽車乘坐舒適性以及機動性要求提高的背景下，后驅汽車已經不能滿足當前人們生活的需要。基于此，汽車生產廠商通過移植、逆反思維等方式對汽車的運動方案進行創新，將發動機前置，使得發動機的輸出軸直接與汽車前輪的傳動機構相連，驅動汽車前輪運動。這種驅動方式雖然使得前輪的負載增加，加大了輪胎的磨損量，但是其帶來了相當多的好處：其一，汽車的驅動機構得到了明顯簡化，零部件數量明顯減少，使得汽車的造價降低；其二，汽車整車重量下降，使得汽車的加速性能得到改善，剎車距離縮短，油耗降低；其三，采用前置發動機的方式釋放了大量的車內空間，使得車輛的乘坐舒適性得到提高。
2.2 在機械產品結構創新設計中的應用
機械產品的結構設計工作主要包括對產品的外形、各部分的配置以及總體結構的設計方面。根據客戶對機械產品功能要求的不同，所設計的結構方案也存在明顯差異。機械產品結構設計的一個根本任務就是要找到不同結構形態的產品設計方案，設計出新型的產品結構形式。
隨著人們對產品結構功能需求的提高，人們對機械產品結構的設計提出了更嚴苛的要求，設計人員必須在有限的空間中盡量多的將產品功能集成至一處，使得客戶的安裝和使用功能得到滿足。
例如，在傳統的辦公室中，各式各樣的打印機、復印機以及掃描設備充斥在空間中，使得辦公室的環境不能得到改善，人們需要一種多功能的一體化文檔處理設備。辦公用品廠家在了解到人們的需求之后，開始著手對辦公機械設備進行改進和設計。后經分析調查，最終通過離散與綜合的創新思維方式，在盡量保證產品的基本構形要求下，將打印、復印以及掃描等文檔處理功能集成于一體，設計制造了一臺多功能一體機，顯著改善了辦公室的工作環境。
2.3 在機械產品動力能源創新設計中的應用
在制造技術、材料加工技術以及能源應用技術得到迅速發展的背景下，機械產品設計師在動力能源的選擇過程中能夠選擇不同的能源作為產品動力來源，包括石油、天然氣、電能和太陽能等。設計工作中，設計人員可以充分發揮其自身的創造性思維、方法，對產品的各個系統進行改進甚至是重新設計，將更多的清潔能源應用與機械產品的動力能源當中。
還是以汽車為例，當前在公共交通工具中日益廣泛應用的電動汽車，其主要使用的是電能，與傳統的燃油汽車相比，其自身不會排放對大氣造成污染的有害氣體，即使按單位電能生產過程中所排放的污染物（硫、微粒）進行比較，電動車造成的其他污染物得到了明顯控制。這有利于降低人口密集的城市區域大氣污染的程度，而且電動汽車還能夠在晚間用電低谷時出現的富余電力充電，提高了發電設備的利用效率，使得其經濟效益得到明顯提升。另外，應用達到了國家提倡的節能減排目的，是創新思維在機械產品能源設計中應用的典型案例。
3 結論
本文針對創新思維在機械產品結構設計、運動方案以及動力能源方面的應用進行了詳細的論述，且利用具體的案例進行了說明。雖然所列舉的案例較為簡單，但是其思維方式對創新思維在機械產品設計中的應用依然具有指導作用，為復雜機械產品的創新設計提供參考。
參考文獻
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產品結構設計要求范文4
【關鍵詞】張緊油缸；缸體；導向套
前言
目前，掘進機第一運輸機張緊裝置主要有兩種張緊方式：第一種為機械式，采用絲杠加彈簧緩沖結構，對刮板鏈的松緊程度進行調整；第二種為液壓式，采用液壓油缸加彈簧緩沖結構，對刮板鏈的松緊程度進行調整。無論是機械式，還是液壓式，都是要保證在掘進機第一運輸機工作狀態時，刮板鏈要保持一個適當的松緊程度，從而保證液壓馬達或減速機乃至整機工作時的穩定性。本文只討論液壓式。介紹一運張緊油缸改進前和改進后工藝性對比等綜合評價分析。
1、張緊油缸改進前工藝性等綜合情況
圖1中的張緊油缸從結構設計到理論計算在理想狀態下是可行的，但在實際應用過程中，卻出現了一些問題。
裝配過程中，集中反映的問題是導向套與缸體在螺紋連接時，一部分導向套與缸體不能實現互換，造成導向套與缸體裝配時松緊不一。裝配過松，是由于導向套與缸體徑向跳動（偏差）過大，導致張緊油缸做打壓試驗時漏油。裝配過緊，是由于導向套與缸體徑向偏差過小，導致導向套與缸體裝配不到位，只能拆下返修。分析原因，主要是導向套外螺紋與缸體內螺紋在加工過程中形位公差超差所致。根據結構設計和現有工藝裝備和工藝水平，很難使每組張緊油缸在裝配過程中都達到理想狀態。因為缸體內螺紋加工是以缸體內徑找正，缸體外圓跑道架在中心架軸承外環上，由于切削阻力和軸承徑向跳動及缸體內徑與缸體內螺紋加工不是在同一工序、同一工位上進行，所以很難保證缸體內徑與缸體內螺紋同軸。同理，導向套加工也存在這樣問題，因為內孔和外螺紋加工是經過二次裝夾找正，也很難保證導向套內孔和外螺紋同軸。所以張緊油缸工作時，活塞桿軸線與缸體軸線發生偏移，當在載荷變化比較大的工作環境下工作，極易出現漏油，密封損壞，活塞桿外圓拉傷等現象。一段時間內，用戶信息反饋也證實了這一點。所以說：上述張緊油缸結構設計，從工藝性分析到實際應用證明，它的工藝性不好，結構也不夠完善。所以我們應從工藝性角度對張緊油缸進行改進設計。
2、張緊油缸改進后工藝性等綜合情況
圖2是改進后的張緊油缸組件，與圖1中的張緊油缸組件最大不同點是對缸體和導向套進行了改進設計，增加了17號件壓蓋。缸體內螺紋連接改成外螺紋連接，導向套外螺紋連接改成外圓密封配合面，定位緊固由17號件壓蓋來完成。
改進后的導向套與缸體，從加工到裝配都能滿足工藝性要求，都能實現互換。保證在張緊油缸工作時，缸體、導向套與活塞桿同軸。為提高導向套密封性能，改進設計時，在外圓多加一道密封。裝配過程簡便了，精度和效率提高了。在做打壓試驗時從未發現過漏油，用戶信息反饋也極少反映張緊油缸出現問題。
據我們了解，目前煤礦機械和工程機械制造企業，特別是掘進機制造企業，對各種不同用途的液壓缸，如圖1中的結構設計仍有不少。例如：與掘進機個性化要求相配套的輔機，如臨時支護、防突鉆車等等。液壓缸結構設計類似，普遍存在如圖1中所述的情況，甚至有不少與之配套協作的專業液壓缸生產廠家。圖2中的改進型結構設計應有所借鑒。
產品結構設計要求范文5
【關鍵詞】城市軌道車輛 ENOVIA VPM 自頂向下 協同設計
1 概述
城市軌道車輛需求特點是多品種、小批量、周期短，技術難度大、涉及專業多、變動多。傳統設計方法因為沒有協同設計平臺，各專業設計周期、關注點的不同，導致不能發現和有效解決設計上的錯誤、遺漏、干涉等問題，變更反饋時間長。我公司自2008年應用VPM系統作為協同設計平臺，使用三維CAD軟件（CATIA）進行城市軌道車輛協同設計，有效解決傳統設計方法的缺陷。
2 產品協同設計
VPM系統采用自頂向下方法：首先從整體上規劃產品的功能和性能，然后對產品進行劃分，分解為規模較小、功能較為簡單的局部模塊，并建立骨架來定位模塊之間相互關系，劃分過程可以直到具體零件。
軌道車輛設計在VPM系統上自頂向下設計，有以下幾個方面：
2.1 產品定義
明確產品外形限界、一列車由幾節組成、最高車速、加減速能力、制動距離、最小過彎半徑、動力性能、載客能力等最基本要求。
2.2 產品結構劃分
城市軌道車輛主要結構如下：車體、轉向架（走行裝置）、牽引緩沖連接裝置（車鉤）、制動裝置、受流裝置、車輛電氣裝置、車輛內部裝置、空調通風裝置、貫通道布置（車體間連接），如圖1所示。
2.3 產品設計分工
合理的工作分工是協同設計的基礎，根據城軌車輛結構特點，我公司設計團隊主要有4種角色：PRCManager（產品主管）、CManager（車型主管）、Manager（區域或專業主管）、Designer（設計師），其分工與城軌車輛結構對應關系如圖2。
2.4 骨架設計
骨架是一個特殊的零件，由控制性的點、線、面構成，這些點、線、面形成基準從上到下進行傳遞。產品定義、產品結構劃分的信息均要要直接或間接依賴于骨架，它的更改會驅動其他構件的更改。骨架在自頂向下設計中起著關鍵作用，支撐整個產品模型，是產品模型設計的脊梁支柱。
根據城市軌道車輛的結構特點，一般將骨架分成4個級別：
2.4.1 整列骨架（一級骨架）
記錄整列車共同的基準和參數。由PRCMANAGER（產品主管）建立和修改。一級骨架主要包含軌面、車體縱向中心面、車體截面等。
2.4.2 每節車的骨架（二級骨架）
記錄單節車的基準和參數，相關基準和參數在整列骨架（一級骨架）基礎上產生。由CMANAGER（車型主管）建立和修改。在一級骨架基礎上增加門中心面、端墻面及相關的站位信息等。
2.4.3 大部位（區域）骨架（三級骨架）
記錄大部位（區域）的基準和參數，相關基準和參數在每節車的骨架（二級骨架）基礎上產生。由MANAGER（區域或專業主管）建立和修改，最重要三級骨架是車體鋼結構骨架。
2.3.4 具體部位骨架（四級骨架）
記錄具體部位的基準和參數，相關基準和參數在大部位（區域）骨架（三級骨架）基礎上產生。由DESIGNER（設計師）建立。
骨架設計的關鍵是理清產品結構的從屬關系，使其傳遞基準、驅動模型，同時劃分設計權限，實現協同設計、并行設計。骨架級數不宜過多。
2.5 設計重點――基礎結構（車體）設計
由圖1可以看出，車體結構是其他結構的基礎，其他結構都要安裝到車體上，并通過車體結構彼此關聯起來。車體結構包含底架、側墻、車頂、端墻等部件，這些車體結構部件與轉向架、制動、電氣等系統有著緊密聯系。
車體結構主管（Manager）一般也是車型主管（CMANAGER），甚至是產品主管（PRCMANAGER）。車體結構主管（Manager）要統籌考慮，不但規劃好車體結構的骨架，同時還要根據一、二級骨架要求，為其他專業設計師留出安裝接口和空間，并聽取其他專業設計師要求，進行車體結構修改、優化。
為便于調整和減少重復工作，車體骨架與車體結構模型應最大可能采用參數化設計，參數化設計是基于對產品的準確把握與深刻理解，需要收集大量產品結構進行歸納總結，提煉出相關的參數。
2.6 其他系統與基礎結構（車體）協同設計
其他結構設計師根據上級骨架給出基準和空間進行設計，同時重點檢查是否存在干涉。其他結構設計師需要根據車體結構設計進度，開展自己設計工作，一般在車體骨架建立完成即可開展設計工作，實現了協同設計和關聯設計（以前必須等到車體結構基本完成才能開始工作）。
3 應用效果分析
ENOVIA VPM系統平臺與CATIA緊密集成，提供嵌入式工作桌面（VPM Navigator），不同專業的設計師實現了三維協同設計和關聯設計，三維數據的所見即所得直觀效果大大減少了錯誤、遺漏、干涉的問題。
4 結語
ENOVIA VPM系統平臺在城市軌道車輛設計上的應用，關鍵是建立合適的骨架，重點是車體結構的設計。
參考文獻
[1]余志強，許旭東，孫煒.基于VPM的并行工程在飛機研制過程中的研究初探[J].航空制造技術，2013.
[2]吳維金，李強，陳向東，劉超.基于VPM系統平臺的廠房機電三維協同設計應用[J].水利水電技術，2010.
產品結構設計要求范文6
Abstract: Some typical problems caused by the bad transition between form design andstructure design in the course of new product development are analyzed and discussed combining with practical product design projects. The effective methods are proposed to solve the mentioned problems in terms of design course, designers' knowledge structure, design tools and etc.. At last, the validity and rationality of the methods are verified through a practical case of product development.
關鍵詞: 造型設計;結構設計;銜接
Key words: form design;structure design;transition
中圖分類號:T-0文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)23-0135-02
0引言
隨著市場經濟的迅速發展,工業設計已成為新產品設計與開發項目中不可或缺的重要環節之一。新產品的設計與開發,往往需要包括技術研發、工業設計、市場營銷等多個部門的密切合作和通力配合,才能為企業推出功能卓越、外觀優雅的優良產品。但在實際項目的操作中,由于部門人員之間知識結構差異、項目管理失誤等等因素的影響,常常會出現部門工作銜接不良,開發工作反復的情況,結果將直接影響新產品開發的進程與產品的品質[1-3]。其中,工業設計和工程結構設計銜接不暢的問題是較為突出的。近年來,我們參與了多項金融機具類產品的開發工作,在項目中遇到了諸多設計銜接問題,也積累了一定經驗。
1金融機具類設計項目常出現的問題
1.1 因產品結構布局的不合理導致造型設計工作將錯就錯部分金融機具類產品由于技術創新度較高,此類產品開發初期,并沒有現成案例可直接借用,這其實對工程設計人員提出了較高的要求。在實際操作中,多數工程設計人員由于自身知識結構的限制,設計產品的觀念與目標主要從滿足產品的技術功能與適合制造方面出發,樣機一旦試制成功,決策層即召集工業設計人員對其樣機進行外殼設計,或者說在功能樣機的外面“穿件漂亮衣服”。該設計流程乍一看并無太大問題,可仔細分析后,其實存在較多的隱患。首先,前期結構布局可能滿足產品基本技術功能與可制造性方面的要求,屬于機器為本的設計,可是在是否滿足人的操作需求方面仍有值得商榷的地方。其次,功能樣機試制成功后,往往傾注了工程設計人員大量的心血,企業為此也付出大量時間和資金,工業設計人員在此時提出一些結構布局上的改動意見,難以得到應有的重視,結果只好在樣機的基礎上做外觀設計,硬著頭皮把項目往前推進。后期產品投放市場,用戶提出種種操作的問題之后,企業才不得不修正原有的產品結構布局,對產品進行較大的改動,顯然,為此付出的代價是沉重的。
1.2 造型設計不符合工程設計要求導致造型反復修改金融機具產品處理現金(包括紙鈔和硬幣)的過程多為動態模式,因此該類產品的內部元器件以機械運動機構為主,電路板等電子元器件為輔。工程設計人員在對產品內部結構設計時,要充分考慮到最小化原則,在保證產品技術功能的前提下,在最小的空間內將一些機構、電子元器件合理布局。在這一過程中,工程設計人員為了實現最小化,對元器件進行了多項排列組合的嘗試,付出了艱辛的勞動。因此,如果工業設計師對于功能樣機的現有尺寸不加縝密考慮,任意的進行造型尺寸放大,即使造型設計方案非常出彩,也會被企業決策層要求與現有功能樣機尺寸配合,一旦出現尺寸干涉,造型方案則不得不屈服于工程設計進行被動調整。結果不僅延誤了產品開發進程,而且前期完美的設計創意也會因反復的調整遭到破壞,降低了產品造型質量。另外,金融機具類產品外型尺寸變化很大,從小型驗鈔機到大型清分機,對應到今后生產面臨的材料與成型工藝問題,設計師應充分予以考量,否則造型設計方案如果無法實現,或者實現的代價過高(制造成本過高),就得不償失了。
1.3 造型設計與結構設計的數據無法交流產品開發工作絕不是單打獨斗的事情,整個開發過程中需要各部門、各專業人員密切配合有效合作。其中,設計數據交流順暢與否成為首當其沖的問題。實際項目操作中,工業設計人員多使用面向造型設計的軟件工具,如三維軟件:Rino,3Dmax二維軟件:Photoshop、CorelDRAW、Illustrator等。這些軟件的優勢是充分考慮到造型設計的思維模式,有利于造型設計人員迅速將造型創意表達出來,但缺點是其模型或圖紙缺少三維數據,即使可以通過一些中間格式(如iges)導入到工程軟件中,一些簡單的造型特征如直線、圓弧可以直接提取,但對于變化豐富的曲面造型特征,工程結構人員不得不重新建模,這一過程能否原本的表達出造型人員的創意就很值得懷疑了。
1.4 工業設計人員在產品開發后期無法或疏于介入導致產品造型品質下降工業設計師的工作不應該僅僅是出一張二維或三維產品效果圖。實際項目操作中,效果圖在得到客戶認可后,工業設計師退出產品開發工作的情況經常發生。事實上,即使整體外觀方案定案之后,后期仍有許多工作需要工業設計師的參與跟單。
2針對上述問題采取的對策
導致造型設計與結構設計銜接不暢的原因來自多方面。有設計人員本身知識范圍的限制問題、有設計經驗和技能的問題、設計工具的問題、設計溝通以及設計管理的問題等等。因此我們主要從這些方面提出應對策略:
2.1 對企業的材料供應、自身或外協制造能力進行一次周密的調研在造型設計正式開始之前,設計人員結合調研情況認真地、全面地考慮下游設計,不僅有利于明確現有的設計材料、設計條件、設計限制,更有利于造型設計與結構設計的銜接。
2.2 擴展造型設計人員工程領域的知識工業設計的設計流程環節很多,與歐美的設計界精細的設計分工不同,我國制造型企業對于設計人員的要求比較全面。這就要求造型設計師除了具有本專業的知識外,對相近的工程領域的知識也要有所了解或深入的學習,這可以避免一些由于設計人員知識欠缺帶來的設計沖突,甚至導致整個設計項目的失敗與擱置[4]。
2.3 主動運用工程技術元素去創造產品形態工程技術特別是制造技術上一些特殊要求并非都是造型設計的羈絆。當造型設計師掌握這些技術要點之后,完全可以主動運用在造型設計之中,既能美化產品外觀造型,又能滿足了工程技術的要求,在解決了造型與結構銜接問題的同時,帶動了外觀造型的創新。
2.4 運用面向制造的輔助設計軟件進行造型設計工業設計人員應加強工程軟件如Pro/E、SolidWorks、UG等的學習和運用。設計實踐證明,工業設計項目大部分時間都消耗在設計修改階段。而造型設計不滿足結構設計的要求是導致造型方案反復修改的主要原因。如果造型設計人員在概念方案階段運用了工程軟件建模,這將有利于實現數據對接,便于后續與制造工程師溝通,提高設計方案修改效率。甚至還可及早發現設計中的問題,避免后期因可制造性問題帶來的項目損失。
2.5 材料及表面工藝的合理運用推動造型設計材料與表面處理工藝的選取是工程技術人員與工業設計人員共同關注的問題。不同之處是,工程技術人員主要考慮的是材料的性能,如力學性能、化學性能等;而大多數工業設計人員只對材料的性能有初步的了解,主要考慮的是材料的質感,如何去表現產品的美感。造型設計師本身除了對既有的材料與技術要有相當的認識外,對于最新的生產技術及材料加工方面的新知也必須了如指掌,以便運用于新產品的開發設計。若是設計師不能合理的運用新材料和表面工藝,則將喪失許多改善產品甚至創新產品的機會。
2.6 通過有效的設計管理協調銜接工作從管理的層面上來看,造型設計與結構設計銜接不暢可以通過有效的設計管理來解決。比如說,企業管理層首先要明確開發產品是屬于成本主導還是設計主導的類型。對于成本主導的產品,造型設計應絕對服從制造成本上的限制,而設計主導型的產品造型設計的自由度相對寬松,結構設計應積極配合造型設計促成概念方案的實現。除此之外,設計管理人員還負責處理設計與其它管理體系的關系,使各專業設計人員能夠相互協調,將開發出優良產品作為各部門共同的工作目標。
3實例驗證
筆者參與了一款新型紙鈔計數與鑒別儀的開發設計項目,我們將上述解決造型設計與結構設計銜接問題的對策在該項目中進行了運用。通過與客戶溝通,我們了解到該產品對于制造成本控制嚴格,結構限制很大,今后產量較大。在項目進行之前我們通過對客戶制造能力調研,與客戶共同商定使用ABS與PC工程塑料注塑成型的主要制造工藝?？蛻籼峁┝嗽敿毥Y構圖(solidwork格式)(圖1),為了便于后期與結構設計的銜接,我們也采用了該平臺進行造型設計(圖2)。最終設計結果(圖3)。
整個產品開發項目周期從工業設計介入開始計算,僅用了一個月時間。因造型設計不符合結構設計的設計修改只有少數的幾個細節結構。應對造型設計與結構設計銜接不暢的設計策略得到了較好驗證。
參考文獻:
[1]李宗斌,陳富民.產品開發的可制造性設計方法[J].制造業設計技術,2000,(2):17-19.
[2]陳士昀.工業設計師所具備之塑料材料加工專業知識范圍之研究[D].中國臺灣銘傳大學,2003.
