产品结构设计原则篇1
关键词：电子产品；结构设计；影响因素
中图分类号：tH156文献标识码：a文章编号：1672-545X（2015）11-0258-02
作者简介：郑海航（1987-），男，广东汕尾人，学士，准备评中级机械工程师，研究方向：产品结构开发
电子产品的功效不仅需要通过原理性设计来实现，同样也需要进行电子产品结构设计优化来实现。电子产品的结构性设计与原理性设计相辅相成、不可分割，在电子产品设计时要综合考虑。但是一些电子产品设计人员在产品设计时只侧重于功能性原理设计，忽略了结构性设计。在对电子产品结构设计时要充分考虑到电子产品的功能，综合考虑电子产品生产和维修、产品设计零件材料、产品功效实现、产品用户使用、产品使用寿命、产品经济效益等影响因素。
1电子产品结构设计的要求与原则
1.1电子产品的结构设计要求
电子产品结构设计的要求一般体现在以下几个方面：第一是功能要求，电子产品作为一种商品，要在结构设计中体现自身的使用价值；第二是产品质量要求，产品美观、实用、环保等质量要求决定了产品的价值，有助于实现电子企业的经济效益；第三是产品结构优化，电子产品结构设计涉及到工艺、材料、联接方式、形状、位置、尺寸等结构设计元素，找到结构优化的最佳方案；第四实现结构设计创新，现代电子产品与信息技术同步发展，在高速发展的现代社会，电子产品更新升级速度相当的快速，所以在对电子产品结构设计时要运用创造性思维，运用最先进的电子技术和设备，实现电子产品的盈利。
1.2电子产品结构设计的基本原则
第一，实现各个部件的预期功能的原则，立足结构设计的整体，协调各个结构之间的关系，简化电子产品结构，实现一个结构多种功能；第二，遵循强度与刚度的要求，通过结构设计、减小应力集中、改善受力情况来增加强度，对外壳材料进行综合的检测，满足所需要的强度和刚度；第三，满足制造工艺和装配要求的原则，在结构设计中，要简化电子产品零部件的配置、提升产品装配性能、合理划分装配单元等来实现零部件的合理安装；第四，满足用户审美的原则，电子产品不仅要有实用功能，更不可以忽视电子产品的外在美感[1]。
2结构设计阶段应考虑的主要因素
2.1产品的生产和维修方面的因素
做好电子产品结构设计生产和维修环节，笔者建议从以下几个方面做起：一是增强元器件布局的安全性、高效性、方便性。做到电路清晰识别，避免波峰焊出现隐蔽效应。产品的生产是做好电子产品的基础，因此在产品生产阶段就应当做好结构设计，设计好的产品才能投入生产中。电子产品的设计一定要结合其实用性考虑，将实用性纳入到电子产品结构设计工作中，做到产品的美观设计和实用设计相结合。其次，注重组件部件的连接。组件部件的连接要综合考虑连接线的方式和种类，其对组装效率和产品检修有很大的影响，一般来讲，排线连接生产效率要高，插拔连接较方便，同时，在维修方面的设计也非常重要，电子产品要做到维修便捷，因此在维修方面的设计要易于打开相应设备，维修的线路和主板能够直观地被维修人员看到，及时检查故障点，快速维护产品性能。产品生产和维修是结构设计阶段应当考虑的首要因素。
2.2产品设计零件材料方面的的因素
对产品设计零件材料的选择，也将极大的影响到电子产品设计的效果。在零件材料的选择上，要考虑零件材料是否环保、可回收再利用、安全等因素。在对电子产品设计零件材料的选择上，要选择信誉较好、价格较合适的厂家，不能贪图低价的便宜，缩减生产成本，采购前要选定产品设计所需要的材料，采购时尽量选择材料优质，价格合适的厂家，采购来的零件材料要送到相关的检测部门，经过一系列的检测程序后，安全合格后方可投入到正式的电子产品设计环节中；电子产品的种类不断增多，电子产品的使用人群增多，电子产品的普及产生了较多的电子污染，对土地资源、水资源等都造成了不可修复性的威胁。可是相关电子技术设计人员却忽视了对电子产品的后期处理，造成许多电子产品在被使用后没有得到科学的处理方法，电子设计人员要牢牢树立环保意识，要实现电子产品设计各个环节的无污染。另外，还要考虑电子产品的可回收利用。
2.3产品功效实现方面的因素
电子产品的功效能否实现很大程度上取决于产品内部布局的合理性，因此要想实现电子产品预先设计的功能，就必须要考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局、以及三者之间的相互影响。在元器件布局上要克服电路之间相互干扰的问题，考虑电路板承重限度，避免过重导致电路板的变形甚至是断裂，对于怕热的元器件要远离物源；在电路板布线方面，要考虑公共、高频线路阻抗、信号、接地等因素对信号的影响，避免分布电容对布线带来的干扰；在组件部件布局方面，应该考虑到与相关因素的地理位置距离。
2.4产品在用户使用方面的因素
电子产品设计是为了服务广大用户，因此，要考虑到用户使用方面的因素。电子产品贴近人们生活，所以务必要保证其安全性，完善安全保护接地措施，安装电子安全设备，比如安全接地、防雷接地等，消除触电的隐患；杜绝外界因素对电子产品机械零部件损害，延长电子产品机械零部件的寿命；电子产品对外辐射较大，久而久之，对设计人员、用户等都形成了无形的生命威胁；对电子产品结构的设计要有可靠的防过热高温、防火、防爆措施；同时，不可忽视对电子产品运输、存储时的安全，防止引起意外爆炸。
2.5产品使用寿命方面的因素
产品的结构好坏，对产品使用寿命有着很大的影响。综合考虑散热、热保护、热机械固定、太阳辐射等温度对产品使用寿命的影响因素，及时为元器件散热，对功率性发热的元器件实施热保护，避免长时间的太阳直射，保护元器件，避免电子产品的过早报废，延长产品使用寿命；保证电气连接、机械连接的可靠，进行防振动设计，防止连接松动和噪音产生；在结构设计时既要避免内部电路的误操作，又要避免外部电路的误操作，避免误操作对元器件的损害。避免印制线路由于电路板变形过量而断裂，提高产品的耐用性，提高产品的使用性能[2]。
3结束语
实现电子产品结构设计需要综合考虑很多因素，只要电子设计人员准确把握电子产品结构设计的影响因素，才能实现电子产品的预期功效，使电子产品更加符合人们的需求，满足人们日益增长的使用需要，使电子企业在激烈的市场竞争中处于不败之地，获得长足发展。
参考文献：
[1]于龙飞.电子通讯产品结构设计研究[J].信息技术与信息化，2014，11:47-48.
产品结构设计原则篇2
1组合必须适应产品设计需求
(1)产品选用不同的材料是由产品的功能所决定。许多产品由于各组成部位在产品中所起的作用不同,需要不同的材料来加以支持。如电视机的外壳不仅要防电防潮,还必须具有一定的强度、刚度,对机体起保护和支撑作用,所以大多是选用工程塑料;显示屏要求能真实显示图像,高真空的电子显像管则成为首选;集成电路板由木浆垫板、铜箔、半固化片等组成(如图1所示);内部的芯片要求能够有高速的运转速度,硅是目前运用最广的材料;电源插口要求具有良好的导电性,多数采用铜或铝;电线的外包材料必须绝缘且柔软,塑料就成为首选;遥控器的外壳要求具有良好的手感和防滑性、耐污性,因此多选用塑料外壳;操作按钮要求具有良好触感和防滑性,则选用塑胶等弹性好的材质。图1芯板(2)产品的形态和结构设计也要求通过选用不同的材料加以合理的组合来实现。在产品设计中,结构设计是使产品的形态设计得以实现的重要保证,没有合理、有效的结构支持,其外观形态再美丽,也只能是昙花一现[2]。同一个产品的不同形态要求有相应结构设计来配合,而且产品的结构设计由于其在产品中所起的地位和作用不同,所要求的力学性能也不同,因此也需要选用不同的材料给以合理的配合。如在苹果电脑产品的结构设计中(如图2所示),显示屏具有可旋转等功能,需要借助钢铰链结构来支持;而支座部件要求具有良好的耐磨性和支撑功能,因此利用塑料材料来配合。又如:自行车的形态结构(如图3所示),要求有足够的强度、刚度和稳定性,因此选择钢管材料或碳纤维等增强材料;而车轮则要求在保证强度和耐磨性的同时具有良好的减震性,因此选择钢圈与橡胶的配合。(3)产品的形态设计在取得合理的功能设计后,往往需要借助于产品的质感设计来加强产品的表面效果,突出个性,满足消费者的喜好。当然,好的质感设计首先必须满足其形式美的设计法则。它包括了统一与变化、对称与均衡、节奏与韵律、对比与调和等,虽然由同一材质构成的产品有其固有的单纯美,但有时却满足不了产品的全部质感要求。如果将各种材质加以合理的搭配,发挥各种材质所特有的色彩、肌理和质感,做到形、色、质的统一,就可使设计的产品达到质的飞跃。如图4、图5所示的各种小电器,都是通过材料的质感设计去突出产品的个性,增强美感。
2组合必须遵循实用、经济、美观、宜人和环保的原则
(1)“实用”是指产品的材料选择不仅必须符合产品的功能和结构设计要求,而且还应符合产品的生产工艺要求和人们的使用习惯。符合产品的使用环境和使用寿命,这是产品设计中材料选用最重要的原则。一般而言,产品的设计包含两个侧面,即功能设计和形态设计[3]。产品的功能设计要求与材料的固有特性相匹配,而产品的形态设计则除了要考虑材料的形态外,还需要考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配,充分利用不同材料本身所体现出来的的色彩、肌理、质感等特征去满足使用对象的不同需求,迎合人们的使用习惯。设计师只有在充分了解各种材料的基础上,才能在设计中灵活运用材料的特性并加以合理组合,真正使设计的产品好用、实用。而满足产品的寿命要求是为了保证材料不浪费或能在产品的使用周期内充分发挥产品的使用功效。如生活中人们使用的洗脸台(如图6所示),盆体部分为陶瓷,良好的硬度和强度以及光滑的釉面很好地满足了人们要求干净方便清洗的使用功能;水管和水龙头选用不锈钢,则充分利用了不锈钢具有优良的防锈性能和耐用性能。
(2)“经济”是产品设计中的又一重要原则,它涵盖原料采购、运输、储藏、加工、销售、使用、回收等各环节。不同材料之间合理组合运用的经济性是指在设计时根据产品的定位要求和使用特点去选用和组合材料,只要它们组合在一起时能充分发挥材料的性能,能符合产品的功能需要和形态需要,适合产品的寿命要求,同时材料供应充分、加工便利、可回收再利用即可,而不必追求豪华的材料堆砌而造成无益的浪费。其实,在产品的设计中,并非所有的零部件都必须采用性能高质量好的材料,对产品的不同部位应给以区别对待。对在产品中起主要作用的零部件要选用好的耐用的材料,而对在产品中其结构功能要求均不高的辅助部位,可以选用一般的材料。如手工工具(如图7所示),刀具是主要部分而刀柄是辅助部分,因此刀具部分采用较好的金属材料而刀柄部位则选用木材或塑料等普通材料加以配合,就可以达到即满足功能要求又降低成本的目的。当然,经济地组合运用材料,还要考虑材料的可加工性和结构的可拆性。每种材料由于有着不同的加工方法,其结构工艺性会有所不同,要根据产品设计的具体情况加以合理选择,同时结构的可拆性一方面能保证产品废弃后不同材料的分类回收再利用,另一方面能保证当产品的某一零部件损坏时只要更换这一部件而无须牵动到整体。如有一个在韩国轮胎设计大赛中获得金奖的轮胎,采用不锈钢质的镂空圆环,在每一个节点处均有一个橡胶圆片,它不仅摆脱了传统轮胎的设计思路,可在任何坎坷崎岖的小路平稳行驶,而且每次只需更换磨损的橡胶片即可,经济实惠。因此“经济”不仅是对短期而言,更应具有长期的眼光。但无论如何,“经济”必须建立在满足使用要求的基础上,不可一味为了降低成本而损害到产品的质量。
(3)“美观”是产品设计中合理组合材料的又一个原则。迷人的造型和色彩、宜人的质感设计在给人们带来的精神享受的同时,也为企业带来可观的附加值,设计者绝不可轻视。不同材料的合理组合的直接体现就是质感设计,“美观”是产品进行合理材质设计的具体表现,它必须遵从形式美的法则。包括:配比原则、主从原则和适合原则[3]。产品的“美观”可以借助不同材质之间的合理组合来表现:1)产品的质感设计可以通过不同材质之间的合理组合来达到整体与局部、局部与局部之间的合理配比,以获得美的质感印象。在设计中通过不同材料之间的合理搭配,达到既和谐统一,又有对比差异,生动活泼的目的,它将会给产品的质感设计带来丰富多彩的变化。2)产品的质感设计可通过对不同材料在产品设计的合理运用中的主次之分来强调产品的重点。在设计中,应明确那些既有联系又有区别的各个组成部分之间的主从关系。主体在造型中起着决定作用,客体起烘托作用。产品造型中的重点,是由功能和结构等内容所决定的,是体现产品功能和形态特征的关键部位,即主部位;它应该是产品视觉观察的中心,对这一部分的质感要做重点处理,使之起到聚焦视觉的中心而避免视觉游移的作用,从而加强产品造型的艺术表现力。在产品设计时常借助不同材料的组合对比来强调重点。如:用金属衬托非金属、用轻盈的材质衬托沉重的材质、用粗糙的材质来衬托精致的材质等(如图8中的水杯所示)。3)产品的质感设计还应考虑不同材料之间以及不同材料与产品之间的适合原则,由于各种材质均具有自身的特性,在产品的美感设计中应充分考虑到不同材料的材性和质感,并使之适合产品的质感设计要求。图8水杯因此,在产品的“美观”设计中,应灵活运用形式美的基本原则,充分发挥不同材料的特性,合理利用其各自具有的色彩、纹理、质感等自然美的特性。要获得理想的艺术效果,不在于贵重材料的堆积,而在于材料的含理配置和质感的和谐运用,只有这样,即使光泽相近的不同材料配置在一起,也会因其质感各异而具有不同的效果。
(4)“宜人”原则要求产品设计应通过不同材料的合理组合使之更符合人机关系,通过提高产品整体设计的适用性,使产品更具有亲和性[4]。如图9所示的音箱产品就是利用金属材料和天然的藤材料的配合,来突出产品的亲和力,将编制成人字细纹的藤条材料,包裹在音箱的机身上,不仅显得亲切,而且也使机身具有较明显的触觉刺激和防滑性,易于使用,而底座的金属材料则在强调科技感的同时也增加了音箱的稳定性。
产品结构设计原则篇3
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
一、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDi2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KaLeit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网aSK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(Ge)”、“结构元素(Ke)”、“功能结构元素(FKe)”、“联接结构元素(VKe)”、“结构零件(Kt)”、“结构元素零件(Ket)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
二、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件StRat。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CaD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CaD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
三、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DmDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDiS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDeS”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CaD系统中，利用基于知识的开发工具neXpeRt-oBJeCt，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用neXpeRt描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
四、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDi2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件mUSe。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CaD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CaD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CaD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CaD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的openGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CaD系统SiGRapH-DeSiGn作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SiGRapH-DeSiGn提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
五、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
产品结构设计原则篇4
［关键词］仿生设计仿生创新产品仿生设计
一、产品仿生设计
“仿生学”是1960年由美国斯蒂尔博士提出的从生物界发现原理来解决人类技术问题的一门综合性的交叉学科，是利用自然生物系统构造和生命活动过程作为技术创新设计的标准，有意识地进行复制，它使人类社会由向自然索取转入向自然界学习和创造世界的新纪元。
产品仿生设计核心目标是利用仿生学提升产品的综合品质，需要综合考虑产品外部系统中的环境因素、人机因素、市场经济因素和产品内部系统中的功能要素、结构要素、材料要素、界面要素、造型要素、色彩要素、文化情感要素等等。在产品仿生设计的概念设计阶段，如果没有一个科学、系统的指导方法，设计师很容易将思维放在单一角度去思考，特别是因为过多地考虑造型、色彩等因素而忽略其它因素。
二、产品仿生创新内涵
产品仿生创新是指在社会及市场需求指引下，通过有效的观察、研究和模拟自然界生物的各种特性，包括生物的功能结构、材料色彩、生态外形、情感文化因素、为产品设计提供新的思路和方法，产生有环保价值和市场价值的新技术、新产品的方法论。
三、产品仿生创新机理
相似类比产品仿生创新机理，指人们在进行产品创新时，将产品与相关生物进行类比，利用已有产品特征与生物功能的相似性，可得到新的产品创新思路或方案。人类大部分创新产生于相似类比，它是产品仿生创新的重要机理。比如从鸟的飞翔到飞机、飞艇和飞船设计，从人的行为到机器人设计等。
同理转换仿生创新机理，指将生物功能特征经过同理转换后，移植于创新体而得到新的创新。如在研制轮船、导弹等动力装置时，将海中极具流线结构的鱼类外形同理转换到产品设计，即可实现产品的仿生创新。
四、产品仿生创新原则
优先选择原则，在进行创新设计活动时，应首先确立向自然界生物学习的优先原则。因为生物在进化过程中采用了最为经济合理的模式，形成了最为完美的结构与性能，能够提供几乎全部人类需要的创新启示。
需求取向原则，创新设计与技术发明等之间的最大区别在于创新设计起于发明而止于消费，即创新设计必须要创造出具有市场价值的商品。所以，坚持需求取向原则意义重大，它体现出了创新固有的价值性与目标取向性。
近似选择原则，由于生物的功能、造构及行为极其复杂，而人类在产品仿生创新过程中还存在很多技术问题，因此我们不可能实现完全意义上的仿生创新，但只要选择部分功能或得到相关的创新启示后，也许就能实现我们所需的创新方案。
多生物组合原则，每一种生物物种的独特性质或功能在应用起来只是单一而片面的。在进行仿生创新时，应全面组合与创新主题相关的一类或一组生物体特殊性质或功能进行仿生创新，取得等于或优于生物原型的创新成果。
在产品仿生创新研究中，容易产生误导的是直接复制生物系统的某种功能、某种结构或某个细节，所以在产品仿生创新中要系统的理解生物的功能原理、工作机制以，实现以特定功能为仿生创新的中心目的。
五、产品仿生创新策略途径
在产品仿生创新中存在三类相关模型：生物体原型、生物系统描述模型和创新模型。其中生物体描述与转换模型是生物体原型与创新模型之间必不可少的映射转换中介。具体来说，仿生创新步骤如图l所示。
产品的仿生创新，主要是指在市场需求导向下，利用仿生创新方法对产品进行的创新，该创新可以产生重要的使用及市场价值。主要途径方式为：
1.功能结构仿生创新：模拟生物机体内部结构和外部体现的功能时，可以研制出类似于生物体特征的具有高市场价值的仿生技术产品。铸造型砂专家秦升益在研究用国内硬度较低沙漠沙替时，受到了鸡蛋结构的启发，将沙漠沙进行高强度材料腹膜处理形成类似“鸡蛋壳”的结构，发明了性能优异的腹膜砂。
2.生态外形仿生创新：通过模拟生物机体外观生态形状，可以设计出具有生命力和环境适应能力的吸引眼球的创新形态产品。产品外形仿生创新方面可从具象和抽象仿生两方面着手，设计出比如各类飞行器、各类仿生物外形的建筑、类人机器、流线型产品等等。
3.材料色彩仿生创新：模拟生物体的有机材料和功能性色彩，能够产生性能优良具有特殊功能的产品，比如迷彩服装的保护功能和蛇体色的警告功能，仿生皮蜂窝支撑材料等等。
4.情感文化仿生创新：通过自然界中某一特定的生物形态的心理情感和审美反映的应用，使产品具有文化底蕴和某种文化特征，比如竹子在我国它具有有节、挺拔凌云的形态特征，笛子所表现出的声音不但曲律优美同时具有中国的文化情感特征。
六、结语
产品仿生创新设计不仅可以为产品提供先天性优势的功能解决方案，也可将绿色、环保、节约的生态理念带到新产品的开发与制造过程中，以丰富产品的精神与文化内涵，使产品变得更加人性化和情感化。通过对自然界的模仿设计而成的产品会唤起使用者对大自然的回忆，从而让产品成为牵系人类社会与自然的中介，成为人类情感得以寄托的寓所。
参考文献：
[1]王兴元.仿生创新机理、原则及策略途径研究[J].科技进步与对策，2010（27）；2-3
[2]徐冬梅.向大自然汲取创新灵感―第220次香山科学会议探讨“仿生学的科学意义与前沿”[n]．科学时报，2003―12―16
产品结构设计原则篇5
关键词：机械；产品；方案设计；
abstract:accordingtothecurrentdomesticandforeignscholarsmainlythinkingdesignfeaturesofmechanicalproductdesign,productdesignmethodoftheprogramaresummarizedassystematic,modularstructure,productfeaturesfourtypesbasedontheknowledgeandintelligence.pointsoutthattheorganicconnectionbetweenthefeaturesofthefourmethodsandtheinteractionbetweenthem,thedirectionofproductdesigncomputer.
Keywords:mechanical;products;design
中图分类号：F407.4文献标识码：文章编号:
1系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：①将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。②将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。③将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KaLeit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
1.3“构思”―“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求―功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求―功能”逻辑树建立“要求―功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示;在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2结构模块化设计方法
将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件StRat。认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CaD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CaD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：①元件间直接定位，并具有自调整性的部件;②结构上具有共性的组合件;③具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接;④具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
2.3基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
2.3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
2.3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合。在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DmDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDiS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDeS”。
2.3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CaD系统中，利用基于知识的开发工具neXpeRt-oBJeCt，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用neXpeRt描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
2.3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
2.3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
产品结构设计原则篇6
一、基于功能与成本的动漫衍生产品艺术设计评价流程
动漫衍生产品艺术设计评价是一项繁杂精细的工作，也是产品生命周期中重要的一环。清晰流畅的产品艺术设计评价流程不仅有利于产品评定选择，而且有利于产品自身的升级换代。根据动漫衍生产品艺术设计评价所涉及的内容、功能和特征等，基于功能与成本角度将动漫衍生产品艺术设计评价流程划分为以下三个阶段，如图1所示。
1.前期准备阶段
动漫衍生产品艺术设计评价首先要明确该评价的目标与目的，是秉承动漫衍生产品成本最低，利润空间最大；产品功能最全，技术市场领先；还是两者相结合。产品艺术设计评价目标与目的的确定对于后期评价工作具有重要的方向指引作用，贯穿于整个评价流程的各个环节。
2.综合评价阶段
由于动漫衍生产品艺术设计评价涵盖具体和抽象两个层面的内容，所以动漫衍生产品艺术设计评价可以从感性评价和理性评价两个角度同时展开评价。感性评价是以评价专家个人的专业知识和以往经验为依据对设计方案做出好坏判断，例如对审美性、舒适性做出的定性分析；理性评价是按功能设定和成本控制标准，对评估项目进行标准比较，而后做出的综合评价。按照一定权重整合感性评价与理性评价，得出综合评价结果，再依据动漫衍生产品艺术设计评价目的与体系选定最优方案，如果评价方案中不存在满意方案，则进入评价流程的下一阶段进行完善。
3.反馈循环阶段
在多方案评价选优中，如果存在各动漫衍生产品艺术设计方案与评价目标之间差距较大，则需要进入反馈循环阶段。该阶段共有两种路径可供选择：一种路径为降低评价要求，从而相应调整评价指标体系与内容，使评价目标与动漫衍生产品艺术设计方案之间差距缩小；另外一种路径为完善动漫衍生产品艺术设计，提高产品艺术设计功能价值，压缩产品艺术设计成本，从而达到原有产品艺术设计评价要求。无论两种路径中的哪一种路径，都需再次经过感性评价、理性评价和综合评价阶段，直至达到评价要求才结束。
二、基于功能与成本的动漫衍生产品艺术设计评价原则
1.功能成本导向原则
动漫衍生产品艺术设计应以市场需求为导向，而消费者对产品的要求集中表现在功用与价格两方面。因此，坚持功能成本导向是动漫衍生产品艺术设计的重要原则。该原则强调将功能规划和成本设计纳入动漫衍生产品艺术设计过程中，并导向后续的结构设计、工艺设计和营销设计等环节。这样有利于动漫衍生产品艺术设计人员在一定技术经济条件下，围绕功能目标和成本目标进行方案创造，并以目标为标准评价和比较方案，激发创意，对初始方案进行再创造和完善，从而达到动漫衍生产品艺术设计中功能与成本的完美结合。
2.动漫衍生产品生命周期原则
动漫衍生产品生命周期（productLifeCycle，简称pLC），是指动漫衍生产品的市场寿命，即一种动漫衍生产品从原料采集、原料制备、制造加工、包装、运输和分销，消费者使用、回用和维修，最终再循环或作为废物处理等环节组成的整个过程的生命链。而动漫衍生产品艺术设计则以功能和成本的形式，贯穿于整个产品的生命周期之中，生命周期的长短在某种程度上受产品艺术设计效果好坏影响很大。因此，在对动漫衍生产品艺术设计进行评价时，特别是构建评价指标体系，应以动漫衍生产品生命周期原则为基准，将各项评价指标融入生命周期的各个阶段。
3.市场效益竞争原则
动漫衍生产品艺术设计的最终目的是要实现产品技术先进性与经济合理性的有机统一，为企业创造最佳的市场效益，而这种技术先进性与经济合理性在市场竞争层面，则体现为动漫衍生产品的功能与成本。企业只有拥有完善的动漫衍生产品功能和低廉的动漫衍生产品成本，才能抗衡剧烈的市场竞争，才能扩充利润空间。因此，在动漫衍生产品艺术设计评价中，必须坚持市场效益竞争优先原则，及时反馈调整动漫衍生产品设计功能参数及制造成本，使新动漫衍生产品具有“物美价廉”的市场竞争力，从而实现短期利益与长远利益相结合，企业利益与用户利益相结合。
三、动漫衍生产品艺术设计评价指标体系设定
动漫衍生产品艺术设计通过外在表现为人们带来艺术价值和美感享受，这种艺术设计承载了产品的潜在功能，然而潜在功能的实现需要艺术设计资金的投入，表现为设计成本的形成。因此，产品艺术设计评价涵盖了功能规划、成本控制与艺术设计三方面要素。评价动漫衍生产品艺术设计好与坏的依据是评价标准，对于动漫衍生产品设计的评价标准可以从使用者标准、生产者标准和设计者标准来评判。本章主要是基于功能与成本角度，选取功能规划、成本控制和艺术设计三个维度，搭建了动漫衍生产品艺术设计评价指标体系结构图，如图2所示。
在三维评价结构图的基础上，构建基于功能与成本的动漫衍生产品艺术设计价值评价指标体系，如表1所示。该评价指标体系由3项一级指标、9项二级指标和44项三级指标构成。下面从功能规划、成本控制和艺术设计三个角度，详细阐明各评价指标的构成内容与评价意义。
四、动漫衍生产品艺术设计评价模型与方法的选取
1.动漫衍生产品艺术设计评价指标权重的确定
基于功能与成本的动漫衍生产品艺术设计价值评价指标为三级指标体系，这种涉及多指标的综合评价属于多属性决策。因此，权重在指标评价中非常重要，对评价结果起到关键作用。
本文结合动漫衍生产品艺术设计评价的特点与评价目的，从主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法中各选取了一种方法来确定评价指标权重。
（1）主观赋权法：G1法
在评价指标体系中，由于一级指标艺术设计及下设二级指标产品工艺、产品造型和产品包装相应指标值难以用统计数据来评判，多由经验丰富的专家打分获得。因此，选取G1法确定艺术设计维度下的评价指标权重，该方法的特点是通过主观排序反映指标的重要程度，重要指标赋给较大权重。
（2）客观赋权法：离差最大化法
一级指标成本控制及下设二级指标设计耗材、人工开支和费用支出均能通过企业账务数据呈现出来，从而可以用客观数据对其解释说明。因此，本文选取离差最大化法确定成本控制维度下的各项评价指标权重，该方法从对评价结果的影响力角度出发，评价对象指标值的偏差程度越大，赋予其权重系数就越大。
（3）组合赋权法：基于离差平方和最大原则
一级指标功能规划及下设二级指标运作性能、可靠性能和安全性能中部分评价指标可根据实际数据获得，部分评价指标可由专家主观打分获得。因此，针对该类指标采用组合赋权法来确定指标权重。本文采用的组合赋权法是基于离差平方和最大原则建立的，它同时考虑了主客观权重对组合权重的作用，将评价指标间的数据差异和专家知识经验很好地融为一体。
2.构建基于aHp的动漫衍生产品艺术设计评价模型
层次分析法（analyticHierarchyprocess，简称aHp）是将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。aHp法在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为复杂决策问题提供简便的决策方法，尤其适用于对决策结果难于直接准确计量的情况。
由于动漫衍生产品艺术设计价值评价自身的独特性与应用性，难以直接用精确的统计数据来计量，这就决定了多数评价指标采用定性方式来衡量，少数采用定量指标。aHp法恰好能够克服这些缺点，充分运用主客观评分得出综合评价结果。虽然aHp法能简单地将综合指标定量化，但其权重确定的主观性较大，因此，在上文动漫衍生产品艺术设计评价指标权重确定方法选择中，针对三个维度有侧重地采用了主观赋权、客观赋权和组合赋权相结合的方法，从而尽量减少指标权重确定的主观性。
下面结合动漫衍生产品艺术设计评价的特点，运用aHp法构建基于功能与成本的动漫衍生产品艺术设计评价模型，具体运算流程如图3所示。结合基本流程图阐述详细步骤如下：
（1）建立递阶层次结构
aHp法要求的递阶层次结构一般由以下三个层次组成：首先，目标层（最高层），指动漫衍生产品艺术设计价值评价的预定目标或期望实现的理想结果，这一层次中只有一个要素，是系统评价的最高准则；其次，准则层（中间层），指影响动漫衍生产品艺术设计价值评价实现的准则，可以由若干层次组成，本文包括了3项一级指标和9项二级指标；再次，措施层（最低层），指促使动漫衍生产品艺术设计价值评价实现的终极运算层，是评价对象的具体化，本文涵盖了44项三级指标，具体详见图4。
（2）数据标准化处理
数据标准化处理也称为无量纲化处理，是将原始指标数据通过简单的数学变换来消除各指标量纲影响的方法。在综合评价时，首先必须将指标同趋势化，本文是将动漫衍生产品艺术设计的逆向指标和适度指标转化为正向指标，即正向化，正向指标指数值越大越好。
设为待评价的n个方案的集合，为评价因素集合，将U中的每个方案用V中的每个因素进行衡量得到一个判断矩阵，其中表示第i个方案第j个评价对象的指标值。然后，对判断矩阵a中各指标值进行数据标准化处理，公式为：
式中为第个指标第个评价对象的无量纲值；为被评价对象的数量，该式为第i个指标值与最小值的偏差与极差的相对距离，偏差越大，距离越大，标准化处理后分值越高。
（3）指标一致性检验
首先，计算一致性指标C.i.，其计算公式为：
式中，表示向量aw的第i个分量。
其次，查找相应的平均随机一致性指标R.i.。R.i.是同阶随机判断矩阵的一致性指标的平均值，在一定程度上克服一致性判断指标随n增大而明显增大的弊端。如表2所示，给出了14阶以内正互反矩阵计算1000次所得到的平均随机一致性指标。
最后，通过C.i.和R.i.计算一致性比例C.R.。
（4）计算要素相对权重
具体方法与运算步骤参见上文动漫衍生产品艺术设计评价指标权重的确定方法，此处不再赘述。
（5）建立综合评价模型
式中为第j个动漫衍生产品艺术设计方案的综合得分，若，则说明第s个方案的动漫衍生产品艺术设计价值优于第t个方案的动漫衍生产品艺术设计价值（由于本文所计算的为成本型指标）。
五、总结
产品结构设计原则篇7
[关键词]设计原则；特殊性；思想；结构设计
中图分类号：S611文献标识码：a文章编号：
1、绿色设计的设计原则
在现代社会高速发展的同时，相关人员对桥梁建设中的绿色设计识越来重视。绿色设计要遵从五项基本原则，即闭环设计原则、资源最佳利用原则、能源消耗最小原则、零污染原则、技术先进原则。闭环设计原则体现的是产品全生命周期并行；资源最佳利用原则是指尽可能选用通过简化产品结构实现可回收再利用性的可再生资源，并在产品的整个生命周期中最大限度的利用选用的资源的设计原则。能源消耗最小原则是指产品整个生命周期循环中实现能耗最少。零污染原则是指设计时消除污染源，从根本上防止污染。技术先进原则是指创造性的应用最先进的技术来获得最佳的生态经济效益。
2、桥梁结构物的产品特殊性
桥梁结构物具有极其特殊的特点，主要表现在：一是桥梁的建造在造价上和原材料的价格及设计、施工方案等相关，与市场的需要关系不大，基本是由政府部门根据社会、经济的发展状况来确定实施的；二是桥梁的建设规模导致桥梁设计对社会效益、经济效益及生态效益影响巨大；三是桥梁设计的使用年限决定了其对社会、环境影响的深远性；四是桥梁在其寿命范围内的使用过程中不会产生对环境有害的垃圾但在超期服役后就变成了难以处理的废弃物；五是桥梁需要具有抗侵蚀和抵御不利环境因素的能力。
3、绿色桥梁设计的思想
1）桥梁体系的选用。桥梁体系中的各种体系均有一定的适用范围，在设计中要根据实际情况，对梁、拱、刚架、吊与组合体系进行合理的选用，避免提高造价和为建成后的养护造成困难。
2）桥梁结构设计。①根据绿色设计的原则中闭环设计原则，在对桥梁结构进行设计时，要充分以桥梁在其生命周期内所面临的各种荷载、各种不利的环境因素以及自身承载能力的退化为设计前提，通过全面精准的结构计算来保证桥梁过程使用中的安全性。对于架构在海上的桥梁，要对其承受风荷载、海水及湿热空气能力在设计中予以充分考虑。对于钢结构桥梁要全面考虑防腐措施的设计。②根据绿色设计的原则中最佳利用原则，需要在桥梁设计中采用模块化设计方法。模块化的构件具有方便更换、拆除的优点，而且拆除后的构件仍然具有较大的利用空间。③根据绿色设计原则中能源消耗最小原则和零污染原则，在设计中要准确分析结构受力，并合理的设计桥梁结构尺寸和配筋及结点。充分考虑结构安全的同时，以最小的材料消耗实现最大的效益。通过设计合理的施工方案并活用各种结构体系来提高桥梁质量，减少材料能耗并降低环境污染。④根据绿色设计的原则中的技术先进原则，在对桥梁结构进行设计时，要结合具体的实际情况，进行技术先进的结构形式设计。总之，运用绿色设计的理论和观念进行桥梁结构设计，要比传统的桥梁设计更具备美观、安全性及经济适用性，对环境的影响也会更小，更有可持续发展的价值。
3）桥梁附属设备的设计。伸缩缝、支座、排水系统、照明系统等都是桥梁的附属设备，他们虽然在工程造价中占用的比例不高，但也对整个桥梁的设计和应用起着重要的作用。目前大多数桥梁的排水系统设计比较简单，不合理，使得大量的桥面污水肆意流淌直接击打着地面，这种情况的形成正是当初在桥梁设计时未全面考虑环保因素而造成的。通过绿色设计可以实现对桥梁原有缺点的优化，使设计更为合理和实用。通过选择性能更优越的pVC管等排水系统的材料可以使排水设备更轻质、节能、抗腐蚀。在设计中要根据当地的降水情况进行水力计算来准确设置足够数量的排水系统。通过设合理的计排水系统的数量使桥面排水更顺畅。在通过排水系统将水引离桥面后，在设计中还要考虑如何对水流进行疏导。
同时可以采用通过连接管将多个桥面排水管连通后再接入同一套疏导系统的方法来达到使整个桥梁更美观简洁、更低能耗的目的。在设计中还要注重把引到地表的水引入地表排水沟的设计，以最大程度的减少污染。
4）桥梁结构的耐久性设计。桥梁结构的耐久性是桥梁设计中的重要考虑环节，它决定着桥梁结构的使用寿命。使用寿命过短会造成资源的极大浪费，加大初期投资的成本和后期养护及维修费用成本，降低效益，违背了绿色设计的基本原则。在桥梁建设的初期设计中要根据其结构的用途对耐久性做出具体设计要求，对桥梁使用的材料、施工的便利性、桥梁的后期使用和维护以及功能过时和寿命期费用等因素都要在设计中进行充分考虑和关注。还要采取各种措施使桥梁结构在漫长的服役期内，能够适应各种变化，从而能够更好的为交通服务。要实现这个目标就需要在桥梁的设计阶段对桥梁结构的可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性等因素进行充分的分析研究，要对传统的设计理念提出挑战，如果桥梁建成后其各个部件无法顺利实现检查、更换、及时修复，且不能得到有效控制、加强和可持续发展，就会导致桥梁结构在内、外因复合作用下，逃不出破损，倒塌的命运。工程师在对桥梁设计时，要认识到桥梁整体结构和各组成部件的寿命是不周的，例如：拉索的使用年限一般为10年至40年；橡胶支座的使用期限要小于20年；桥体钢结构的油漆保护年限最佳状况为20年；而拉索护套的使用年限不到20年等等。在设计中，设计师要充分考虑这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件，要实现对桥梁结构设计的变形在构造上达到“可控”的目的，同时在构造上保证其建成后可查、可修、可换、可加强，只有这样才能在日后的运营阶段对桥梁进行有效的维修、加固，达到保证桥梁结构耐久性的目的。
5）达到设计使用年限后的桥梁的处理。通过采用绿色设计的原则对桥梁进行绿色设计，遍及了整个桥梁的生命周期，这样设计出的桥梁与传统设计理念下的桥梁相比校更具优越性。在注重绿色设计的同时对达到设计使用年限的桥梁的处理也要同样给予重视。桥梁工程具有造价昂贵且不易回收再利用的特点，所以要以尽量延长其使用寿命为原则，对达已经到设计使用年限的桥梁，通过健康检测来确定其承载能力，根据具体结果对可继续使用的桥梁采用重新设定使用年限的方法处理，对于承载能力差已经不能满足使用条件的桥梁，需要采用降低等级的方法来进行继续使用。
产品结构设计原则篇8
关键词：产品创新；评价指标；层次分析法
一、产品创新研究现状
产品创新早期起步于西方国家的新产品管理，1976年美国成立了主要致力于产品创新管理研究的组织――产品开发管理协会，1984年又创办了《产品创新管理》杂志，这标志着产品创新管理系统化研究的开始。国内外学者们主要从产品创新技法和产品创新模式两个维度来分析产品创新的研究现状。
目前有关学者将产品创新设计分为改良性设计和开发性设计两大类。其中改良性设计的特点是对已知的或现有的原理和产品进行改进或重新组合。其主要技法包括参照创新法，组合创新法，问题清单法。而开发性设计的特点是使设计出的新产品具有明显的创新性，它的主要技法有创造性思维法和集思广益思维法，还包括实现产品功能多样化和结构多样化的技法。
工业界存在三种主要的传统产品创新模式，即技术推动创新模式，需求拉动创新模式和技术推动与需求拉动交互作用综合模式。近年来，学者们从不同角度对产品创新模式进行探讨，包括产品创新的并行设计模式，网络化模式，资源开放模式及市场导向模式。
二、产品创新的测度与评价研究现状
我国对于企业产品创新测度的研究主要从：R&D投入的测度，非R&D投入的测度，投入创新产出的测度以及产品创新过程的测度。为了对企业产品创新活动进行管理，了解企业竞争实力，采取有效措施提高企业产品创新能力，学者们主要从面向用户角度、产品创新力角度、“绿色”角度、集成角度和内外部角度对产品创新进行评价研究。
三、产品创新测度与评价研究中的问题
通过对产品创新及测度与评价研究现状分析，发现我国企业在产品创新特征、创新测度、创新评价以及产品创新策略上存在问题。由于我国不同行业、地区、发展阶段的中小企业产品创新特征存在一定的差异，而采用统一的测度与评价方法体系进行产品创新的测度与评价，其结果难以真实地反映出企业对产品创新能力。即使同一地区、发展阶段、行业，由于中小企业对产品创新的重视程度不同，对产品创新调查指标的理解程度不同，得到的数据不准确，做出的评价也难以反映真实状况。而且，目前我国企业对产品创新的研究还很少，有些问题还处于空白。因此，如何从我国的国情出发，切实制定出一套能够反映中小企业产品创新的测度与评价体系至关重要。
四、产品创新能力评价指标体系
（一）评价指标体系的设计思路
构建我国中小企业产品创新能力评价体系的基本设计思路是：从经济学角度的投入和产出两个方面出发，综合考虑中小企业产品创新实施的影响因素来建立相应的评价指标体系。使每一部分的指标既能反映出中小企业产品创新能力的影响和作用，又能体现出中小企业产品创新投入的力度和产出效果。
（二）评价指标体系的设计原则
1、目标性原则。企业产品创新能力评价指标要能够从整体上把握中小企业产品创新活动的状况，反映影响中小企业产品创新的主要因素，从而能够为进一步的分析与评价活动提出保证；要有利于政府把握中小企业产品创新活动规律，了解该地区，该行业中小企业产品创新的总体情况，为政府部门制定相应的法律法规提供依据。
2、系统性原则。对中小企业产品创新能力评价指标体系的选择要充分考虑整个中小企业的涵盖程度。
3、科学性原则。中小企业产品创新能力评价指标的内容和含义应建立在对产品创新理论和企业科技统计理论的基础上，表达要科学，合理和规范。
4、可操作性原则。中小企业产品创新能力评价指标体系设计要简明扼要，含义明确和科学合理，既要考虑其比较，分析和综合评价的功能性，还要考虑提供中小企业产品创新数据资料的可能性，对设计的指标能够进行有效测度。
5、可比性原则。中小企业产品创新能力评价指标要具有横向可比性。即评价指标体系能够对若干个企业的产品创新能力进行综合评价。
（三）产品创新能力评价指标的构建
根据中小企业产品创新能力评价指标体系的设计思路、设计原则，构建产品创新能力评价指标体系（如表1）。
五、产品创新的评价
（一）评价方法的选择
在产品创新的评价过程中，存在着许多的评价方法，而选用不同评价方法的结果往往不同。常见的评价方法有：层次分析法（aHp），模糊综合评价法，加权求和法，主成分分析法以及灰色关联度评价法。本文拟采用层次分析法来评价企业产品创新能力。因为层次分析法不需要具备样本数据，只需要专家对评价指标的内涵和外延的理解，即可做出判断，克服了样本数据获取难的问题。并且层次分析法在评价过程中把问题看成一个系统，在充分考虑了各因素之间的关系及系统所处环境的基础上进行决策。所以，层次分析法更为适合企业产品创新能力的评价研究。
（二）评价方法的具体步骤
1、建立层次结构模型。将有关的各个因素按照不同属性自上而下的分解为若干层次。同一层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响。
2、构造成对比较阵。从层次结构模型的第2层开始，对于从属于上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和1-9比较尺度构造成对比较阵，直到最下层。
3、计算权向量并做一致性检验。对于每一个成对比较阵，计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标，随即一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量即为权向量，否则，要重新构造成对比较阵。
4、计算组合权向量并做组合一致性检验。计算各指标对目标的组合权向量，并酌情做组合一致性检验。若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果进行决策，否则，重新考虑模型或重新构造一致性比率较大的成对比较阵。
5、分析企业产品创新能力的最后得分。一般将企业产品创新能力分为五个层次；90分以上为很强，一般指具有国际水平的企业；80-90分之间为较强，只在国内处于领先，且达到国际水平的企业；70-80为一般，只在国内处于先进水平的企业；60-70为较弱，只在国内处于一般水平的企业；60分以下位很弱，在国内处于落后水平的企业。
六、总结
本文通过分析国内外企业产品创新的现状及问题，提出了一套适合于我国中小企业产品创新能力的评价指标体系与评价方法。
参考文献：
1、常阿平,郭海华.工业竞争力指标体系的构建及其评价方法研究[J].工作视点,2004(8).
2、付家骥.技术创新学[m].清华大学出版社,1998.
3、曹崇延,王淮学.企业技术创新能力评价指标体系研究[J].预测,1998(2).
4、胡恩华.企业技术创新能力指标体系的构建及综合评价[J].科研管理,2001(4).
产品结构设计原则篇9
关键词：品牌识别；机床产品；造型设计元素；构建
当前，在全球品牌激烈竞争的环境下，企业都希望通过鲜明的品牌形象去得到消费者的认可，但是国内成功的机床品牌却少之又少。究其原因，机床品牌的塑造需要先进的技术和稳定的性能，更要注重企业有“家族化”特征的产品形象。我国系统设计的研究起步较晚，在产品造型设计领域，特别对品牌的创建与塑造中没有系统的设计策略。在机床产品设计中，只是更多地考虑机床设计的功能性和人机性，而鲜有将企业形象以独特的设计语言作为一个完整的整体进行系统设计，致使产品只是单纯的求新、求异，系列产品缺乏设计元素的延续性与一致性，消费者很难通过产品辨别出企业的品牌。
1品牌R别与产品造型设计
1.1品牌识别
品牌识别指从产品、企业、人、符号等层面定义出能打动消费者并区别于竞争者的品牌联想，与品牌核心价值共同构成丰满的品牌联想。建立在品牌核心价值基础上的品牌识别，能有效地将品牌核心价值传达给消费者，体现了品牌鲜明个性和高度差异性。
1.2产品造型设计
产品造型设计是对产品的设计开发观念、原理、功能、结构、构造、技术、材料、造型、色彩、加工工艺、生产设备、包装、装潢、运输、展示、营销手段和广告策略等进行系统的策划和设计，形成产品统一的感官形象和统一的社会形象。
2基于品牌识别的机床产品造型设计
2.1机床产品造型设计元素
产品的造型设计语言很丰富，其中形态、色彩、材质这三大要素构成机床产品造型的核心视觉元素。
2.1.1形态
形态是视觉形象系统的核心元素，通过基本形态要素的相似性，将具有某种性格特征的线形、面状和体状等基本形态要素作为产品群体中的统一符号加以运用，使整体视觉传达系统能持续一致地传递出品牌含义，促进品牌的形成。机床产品造型设计应将企业的品牌形象从整体以点、线、面通过分割、组合、拼接、折叠等手法来表达出来，并且借助对局部形态的分割比例以及造型特征的强化来塑造系统化的产品形象。机床产品形态在整体上要满足基本的功能需求，局部要体现出企业品牌形象的独特性。
2.1.2色彩
建立企业统一的色彩形象系统，有利于形成与产品品牌相匹配的色彩形象及更为生动的产品品牌形象。在产品造型意象定位的基础上，确定产品色彩设计的元素：主色、辅助色、贴图、logo等。在保证体现企业品牌形象的主体色稳定性的情况下，充分利用对比、节奏、韵律等美学法则来确定辅助色的选择和配比方式的改变，使之形成有机的整体来体现品牌的统一性和差异性。建立一套符合企业品牌形象并且能体现家族特征的系统化色彩规律，有利于企业品牌形象的确立和识别。
2.1.3材质
在产品造型设计中，材质的选择和加工工艺直接制约着产品的结构、形状、大小和美感。科学地选择材料与工艺才能实现产品造型的要求和目的一致，实现技术与艺术的完美结合。
2.2基于品牌识别的机床产品造型设计的构建
2.2.1产品造型设计元素的提取
（1）体现品牌形象的产品造型设计元素提取的源点：一是来源于企业内部，包括：企业理念、已有的产品、公司设计研发的进展、生产管理和制造技术；二是来源于企业外部，包括：竞争公司的产品、市场态势、用户调研分析、社会流行趋势。
（2）产品造型设计元素的提取方法：一是静态性特征语言库的提取，是指归纳品牌形象的特性以及其投影到产品形态上的抽象特征；二是动态性语言库的提取，包括预测产品形态抽象特征在一段时间内的发展方向和模拟可传达品牌特征的多种产品形态表现形式的原型。
2.2.2基于品牌识别的机床产品造型设计的构建原则
品牌识别的构建原则是：（1）设计品牌识别要内部与外部相一致；（2）品牌识别的设计不仅要丰富和清晰，更要有特色；（3）在品牌识别设计的执行中，既要保持一定的延续性，又要有适当的变异性。根据品牌识别的构建原则总结出机床产品的造型设计元素的构建是既有延续性又有创新性的过程，表现出一致性和差异性。根据品牌识别的构建原则得出机床产品的造型设计元素的构建原则：（1）差异性原则：独特性、可识别性、不易模仿性、优越性、可盈利性；（2）一致性原则：一是企业文化、品牌风格和产品形象三者保持一致；二是横纵系列产品的特征造型保持一致；三是产品形式与功能保持一致。
2.2.3基于品牌识别的机床产品造型设计的构建方法
通过对市场上现有机床产品的样品的大量搜集和总结，总结分析出满足机床产品基础功能需要的造型设计元素，利用感性工学的语意差别法分析出机床产品的意象造型元素，结合符合企业品牌文化形象的意向造型进行解构和重新组合后，设计出创新型的符合企业自身品牌文化形象的机床产品造型。这些创新型产品中难免会有一些形态、质感、颜色、功能等方面有较大的差异，这就需要调和。根据时代的流行趋势、市场的调研反馈和客户的需求期望，在下一代产品设计中通过一定的元素的过渡和衔接，使人从产品造型、色彩材质等体验中感受到一系列整齐、简洁、单纯、统一的设计特征。提取出在众多产品中起过渡与衔接作用的元素，不断地继承并加强持续性，在消费者眼中形成稳定的统一的视觉形象，从而形成符合企业品牌文化的家族产品造型的特有的稳定的识别特征，如图1。
3机床产品造型设计元素在品牌识别中的应用
3.1系列产品应用分析
系列产品造型的特征，就是对现有的一组独立的产品进行再设计，通过一些相同或相似元素的持续应用和延续，在消费者眼中形成较为固定的印象特征。机床的系列产品造型设计呈现出需求的横向特性和时间的纵向特性，即同一时期产品具有相同和相似的造型元素。机床系列产品造型设计构建的方法，主要是将部分特征元素在一组独立的产品设计中持续进行重复和强化，如图2。
3.2家族产品应用分析
在企业现有产品的基础上，根据市场和消费者需求，通过局部的功能和造型上的再o计，然后经过归类整理形成系列产品，在系列产品的再设计中，对其中的部分元素进行模块化延续和强化，即构成家族产品。企业需要通过一致的设计策略，使各设计要素起到彰显其自身价值以稳定传递品牌形象的作用。家族产品造型特征是不同系列产品造型特征的集合，自横向和纵向综合来看，这些元素将体现出家族产品造型特征的统一性。同时，家族产品造型特征也要表现出差异性，以对稳定性进行延伸与发展。对造型元素创新的形式有：造型元素选择的创新、造型元素的表达方式的创新和造型元素的组合规律的创新。机床家族产品造型设计的构建方法为：（1）整体造型。从家族产品的立体视觉特征，以及轮廓线型上进行适用于“全家族”的综合造型处理。（2）细节造型。从产品之体或面的转角、功能控制部件等细节上塑造产品的家族特征。（3）产品的色彩和装饰处理，如图3。
4结语
在保证符合企业品牌形象的基础造型稳定性的情况下，继承和创新一些造型设计元素，设计出全新的单一产品和系列产品的造型形象，构成家族产品的整体造型特征，建立起机床产品完整的造型设计系统。选择形态、色彩、材质中的一、两种元素，持续地应用于单一产品、系列产品和家族产品造型设计中，可实现机床产品造型形象与品牌形象的统一，以及不同系列机床产品造型特征的差异性。产品造型特征的一致性可以帮助企业品牌文化和理念树立更明确的特征，从而在用户心里留下深刻的印象。产品造型的差异性又可以帮助企业更好地满足市场的需求以及实现竞争的优越性，进而达到企业品牌识别的确立，能够更好地指导生产实践中的机床品牌区分定位与控制把握能力，更易达到品牌、产品、用户之间的正确传达与沟通，通过机床产品形象提升品牌档次并维持品牌的长期竞争优势。
参考文献：
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[4]陈满儒，邓晓霞.浅谈产品设计中品牌概念的传递[J].机电信息，2007，20（3）：11-13.
产品结构设计原则篇10
某型机前后座舱盖样件为飞机标准样件，是座舱部分重要依据。
由于某型机后座舱盖形状复杂，几何参数多，不能单靠后座舱盖自身的尺寸准确度来保证最后产品形状和尺寸准确度，而后座舱盖样件能以实物模拟量体现产品的尺寸和形状以及对样接头、空系之间相对位置准确度在产品图纸规定公差范围之内，其不仅是制造飞机后坐舱盖的手段，而且是保证后坐舱盖装配协调和互换依据。后坐舱盖样件是后坐舱盖制造中必备的设备。用来保证后坐舱盖的质量、提高劳动生产率、减轻劳动强度、降低产品成本，从而提高产品的竞争力。
关键词：工艺装备标准工艺装备标准样件后坐舱盖样件
0引言
由机产品的结构和工作环境不同于一般机械产品，所以，在传统的飞机制造过程中除了采用各种通用机床，常用工具和试验设备外，还须针对不同机型的零件、组合件、部件、制造专用工艺装备，如型架、夹具、模具、标准样件、量规学。这些专用工艺装备用于对工件进行加工成形、装配组装、测量检查，以及在工艺装备之间进行协调移形。它们对保证飞机零件、部件的质量，提高劳动生产率和减轻工人劳动强度有着重大影响。在飞机研制过程中，特别在成批生产中，飞机零件的数量很大，结构复杂，要求高，相互间又有协调关系。因此，在飞机制造中不得不采用大量的工艺装备。
飞机工艺装备分为两个大类：一类为生产工艺装备。这类装备直接用于零件的成形和飞机装配过程中。例如，模具用于成形零件，型架用于把零件装配成部件等。另一类为标准工艺装备，这类装备作为生产工艺装备的制造依据和统一的标准。
1飞机工艺装备的作用
飞机工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具，用来保证飞机产品的质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，降低产品成本，从而提高产品的竞争力。首先是保证产品的质量，其中最重要的是，保证所设计飞机的几何外形和尺寸，通过工艺装备准确地将其传递到最终产品上。若没有标准工艺装备，就无法保证飞机产品的外形准确度和部件间的协调互换，飞机制造用的工艺装备的作用具体体现在下述几个方面：
①保证飞机制造的质量；
②提高劳动生产率及减轻劳动强度；
③降低产品成本。
1.1飞机工艺装备的分类
在飞机生产过程中，要用很多各种各样的工艺装备，以及一定数量必需的标准工艺装备，这是因为飞机结构件与一般机械产品有不同的特点。这些决定了难以用一般的通用是具体测量检查它们的形状和尺寸，而必须用专用的标准工艺装备作为生产工艺装备的制造、检查和协调的依据。
直接用机制造和装配的工艺装备被称为生产工艺装备，大体分为以下几种：
①毛坯工艺装备；
②零件工艺装备；
③装配工艺装备；
④检验工艺装备；
⑤精加工型架；
⑥辅助工艺装备。
1.2飞机制造的互换协调技术
1.2.1飞机制造的互换协调
飞机制造中的互换性是指：相互配合的飞机子元在分别制造后进行装配或组装时，除设计规定的调整外，不需选配和补充加工，即能满足所有几何尺寸，形位参数和物理功能上的要求。它是由飞机结构和生产的特点所决定的。互换性只是对同一飞机结构子元而言的。
协调性则是指：两个或多个相互配合或对数的飞机结构子元之间，飞机结构子元与它们的工艺装备之间、成套的工艺装备之间，配合尺寸和形状的一致性程度。
一致性程度越高，则其协调性越好，协调准确度越高，协调性仅指几何参数而高。这里需要强调的是互换性与协调性的关系，即协调是保证互换性的必要条件。
1.2.2保证互换协调的尺寸传递
从保证飞机产品几何准确度的角度来看，产品的制造过程乃是将产品图样上的理论尺寸以最小的误差传递到产品上去的过程。
无论是采用一般机器制造中的公差配合制度，还是采用模线样板方法为飞机制造中保证互换性的方法，产品互换性的基础都是保证生产准确度，制造准确度和协调准确度。
显然，要使两个互相配合零件的同名尺寸相互协调，它们的尺寸传递过程之间就必然存在一定的联系。
下面详细讨论各种协调原则的原理和特点：
①按独立制造原则进行协调
对于相互配合的零件，当按独立制造原则对其进行协调时，协调准确度实际上要低于各个零件本身的制造准确度。当采用这种方法时，为了保证两个零件有比较高的协调准确度，要求各个样板模具应具有更高的制造准确度。
②按相互联系原则进行协调
当零件按相互联系制造原则进行协调时，零件之间的协调准确度只取决于各零件尺寸单独传递时那些环节，而尺寸传递过程中公共环节的准确度，并不影响零件之间的协调准确度，如果其他条件相同，那么当采用独立制造和相互联系制造两种不同的协调准确度也不同。按相互联系制造原则能得到更高的协调准确度。而且，在尺寸传递过程中，公共环节数量愈多，协调准确度也就愈高。
③按相互修配原则进行协调
在一般情况下，按这种协调原则比按相互联系原则能够达到更高的协调准确度。但应当指出，相互修配的零件不能互换。
2标准工艺装备的设计和制造
2.1标准工艺装备的定义和分类
2.1.1标准工艺装备的定义
标准工艺装备（也可简称标准工艺装备或标工）以1：1的真实尺寸来体现产品某些部位的几何形状和尺寸的刚度实体。它作为用于制造、检验和协调生产的工艺装备的模拟量标准，是保证生产用的工艺准备之间。产品部件和组件之间的尺寸和形状协调与互换的重要依据。
2.1.2标准工艺装备的分类
标准工艺装备的种类可分为标准样件、标准量规、标准平板等。其中标准样件又可分为安装标准样件、表面标准样件和反标准样件。
2.2标准工艺装备的主要技术要求
①协调性高
因为标准工艺装备是保证成套工艺装备和产品的协调准确度与制造准确度的依据，必须保证成套标准工艺装备之间具有良好的协调性和必要的制造准确度。在有协调要求的标准工艺装备之间，使用前必须对其进行协调性检查。
②长期的稳定性
这也是一项重要的技术要求。凡是用焊接、铸造和冷轧钢材制造的标准工艺装备构件，在加工或安装工作交点之前，都必须进行用于消除内力的热处理对工作交点、工作孔、基准孔等，都必须进行淬火处理或压淬火衬套，以提高耐磨性。
③刚性好
标准工艺装备结构的刚性是保证其长期稳定性的基础，因此，它必须具有足够的结构刚性。其自身重量所产生的扰度在任何方向上都不得大于产品标准度的三分之一，要特别注意重要交点的骨架连接部位的局部刚度。
④合适的精度和表面粗糙度
标准工艺装备工作部位的精度，一般应为产品公差的1/4~1/3。工作部件的表面粗糙度应不大于Ra1.6,其工作和配合部位一般应采用H7/f7配合。
⑤防止变形和便于搬动
为防止变形和在搬运过程中损坏，对尺寸较大的标准工艺装备，应设有专用的支承和吊运装置，其位置可布置在距端头约1/4全长的地方。
⑥标准工艺装备设计的基本要求
在标准工艺装备设计中，应考虑如下几个重要问题：
2.2.1设计基准
标准工艺装备的设计基准应符合以下原则：
①标准工艺装备的设计基准应力求同产品的设计基准相一致。
②相邻部件、组合件的标准工艺装备，其设计基准应尽量一致。
③设计基准、工艺基准和检验基准应尽量一致。相邻部件、组合件的标准工艺装备，其设计基准应尽量一致。
2.2.2刚度
为防止标准工艺装备在使用和运输过程中产生变形，工艺装备的结构必须具有足够的刚度；同时，必须考虑使用的方便性，不应太笨重。
2.2.3尺寸稳定性
标准工艺装备必须具有稳定的尺寸关系和必要的使用条件要求：
①对于标准工艺装备焊接构架和锻铸件，在进行精加工安装其他元件之前，都必须进行时效处理，以消除结构内应力。
②为克服温度对标准工艺装备尺寸稳定性的影响，应尽能采用线膨胀系数相近的材料，并合理布置结构，还应规定大部件工艺装备对合检查和使用时的温度。
2.3标准工艺装备的结构设计
标准样件的具体结构设计包括：基准设计、骨架设计、外形设计、对合接头设计本身的设计。
2.3.1基准设计
基准设计包括设计基准、制造基准、使用基准和检验基准的设计。
为了使标准样件的制造，使用方便可靠，在标准样件上安装右标高板、基准块（或基准面），刻有基准线，或打上基准点，标高系统是标高样件的使用基准，也是制造基准。
2.3.2骨架设计
标准样件的骨架是标准样件的主体，它是连接外形零件对合接头，标高系统及其他零件和组合件的基础构件。它的型式有构架式和整体式两种。
2.3.3外形设计
标准样件外形的确定取决于以下因素：它的用途、移形精度和工作量，对合协调要求，外形制造工艺性以及经济性等。
2.3.4对合接头设计
标准样件对合接头的设计可分为两个主要部分：一是接头对合的工作部位，这一部分应模拟产品的对合接头来进行设计；另一部分是接头与标准样件骨架联接的部位，它应根据标准样件的结构情况来进行设计，标准样件的接头必须有足够的刚度，合理的精度、粗糙度、表面硬度以及良好的工艺性。
2.4标准工艺装备的制造
2.4.1样件骨架的制造
当加工样件铸造骨架时，主要是加工出定位基准面。加工前应先检查样件外形，框轴线面的加工余量，并选择好粗定位的基准。
2.4.2件外形的制造
对标准样件骨架的对接面、基准面进行机械加工后，在进行样件型面的加工和接头的安装，样件的外形加工一般采用移形法或按数字量进行数控加工。
2.4.3标准样件接头的安装
一般按图纸尺寸在坐标平台上或型架装配机上进行安装。对于要求协调互换的接头，则按量规或与其相关的接头进行合理协调安装。
3飞机标准样件的设计
3.1飞机座舱盖
飞机座舱是飞机员的工作场所，是人――机系统的交联界机。飞机员从座舱里的显示装置、音频信号和外景观察获得信息，经过判断，发出操作指令，驾驶飞机，因此，座舱是有人驾驶飞机的重要部分。
飞机的座舱盖形状、尺寸、结构取决机视界、气动力、光学、飞机员活动空间和安全等要求。一般分为活动座舱盖和固定前风挡两部分。
从空气动力的角度来看，整个座舱盖最好是半个流线旋成体，并将前部分切去一块，形成风挡前平面，即水滴形座舱盖。但由于现代飞机对视界要求愈来愈高，现在常采用的是圆弧形前风档，气泡式活动座舱盖。
采用座舱盖与机身外形融合也是一种减小座舱盖阻力的方法，但此时座舱盖已不是圆形截面，而是近似椭圆形。现代战斗机一般都采用圆弧风挡，气泡式活动座舱盖。还有很多先进机型将整个座舱盖都设计成水滴形的，称为水滴式座舱盖气泡式座舱盖最大限度地改盖飞行员的视野，而水滴式适合于高速战斗机。我国飞机座舱盖大部分采用第一代平面风挡，尽管此种风挡影响飞行员的视野，但采用平面风挡有利于加厚正面防弹玻璃。
3.2飞机标准样件的选用
飞机标准样件选用时主要考虑的因素：
3.2.1飞机的大小
小型飞机可以采用标准样件工作法也可以采用基准孔工作法，对于结构复杂、协调互换性要求高的则以采用标准样件工法，选用较多的标准样件为宜；对于结构简单的初级教练机则应采用基准孔工作法，选用较少的标准工艺装备。大型飞机也只能采用基准孔工作法，选用尽可能少的标准工艺装备。
3.2.2互换性要求
凡属于要保证互换性要求的项目原则上要选用标准工艺装备，尤其是对于国际标准互换项目。
3.2.3生产阶段
原形机研制，标准工艺装备应尽量利用过去的改制，只选必不可少的，初级研制阶段，根据外形和交点的协调，原则上一次选择完毕，分批制造，并进行全机标准样件的对合协调，水平测量及冷校靶勺。小批生产也即工艺定型阶段要对标准工艺装备逐项鉴定定型，解决生产的各种问题。成批生产阶段的不再作变动，或另作少许的增添、修改。
3.2.4产量大小
从经济性和确保协调方面考虑，产量大时，选用标准工件装备可以多些；产量小时，标准工艺装备应尽可能减少。
3.2.5产品的具体结构
按照部件结构的内部划分关系和几何特点来考虑标准样件的选择。一般认为对结构主要分离面（设计分离面）、接头、支臂、活动舱面，保证外形的双曲面零件和组合件等。应选择标准工艺装备。
3.3后座舱盖标准样件
某改型飞机在原型机的基础上改型的飞机，在保持原型的性能的基础上改为超音速教练机。对此，飞机在整个座舱盖部分的结构就要重新设计，制造协调工艺路线也要重新制定，而后座舱盖样件是座舱部分制造协调工艺路线中一个标准工艺装备，其中1：1的真实尺寸来体现某型飞机前座舱的外型和按头的舱体实体，它的作用是实现数据衡量的传递，是座舱部分里要求协同依据。因此。后座舱盖样件设计的好坏不仅影响样件制造，使用工艺性，同时也有影响座舱部分所有工艺制造与安装的协调与准确性。
后座舱盖样件采用整体数控加工制造，样件上需要制出下列接头：前后铰链座，前后锁环、穴位销，骨架与玻璃的连接螺栓孔，样件上刻出并标记下列线：飞机对称轴线，各框轴线，后坐舱盖表皮边缘线，盖板边滑线。后坐舱盖样件制造完工后必须与前风挡样件、座舱口框样件按对合技术条件进口对合协调，经有关作出鉴定合格后座舱盖样件采用整体数控加工制造，样件上需要制出下列接头：前后铰链座，前后锁环，定位销，骨架与玻璃的连接螺栓孔，样件上刻出标记下列线：飞机对称轴线，各框轴线，前座舱盖蒙皮边缘线。
后座舱盖样件制造完工后必须为前风档样件，中固定样件、后座舱盖样件、17-18框背脊样件座舱口框样件按对合技术条件进行对合协调，经有关作出鉴定合格后方可投入使用。
后座舱盖样件具有真实的、精确的切面外形和接头，所以属于安装标准样件，作为安装标准样件，它要有足够的刚度，以保持其尺寸和形状的稳定性，同时还要有很高的准确度，这样才能保证飞机产品质量。因此，后座舱盖标准样件是某改型飞机改造成功与否的关键项目。
3.4后座舱盖样件的设计
3.4.1基准设计
①标高系统的设计
标高系统是安装标准样件的重要组成部分，用来保证样件在协调和使用过程中的稳定性（即重要复位是样件位置的一致性和刚度引起的形状或尺寸的稳定性），并作为样件的支撑装置。
②标高布置原则：
a在满足刚度要求的情况下，数量应尽少，但不得少于三个。
b一个样件上的标高板在刚度允许的条件下，标高板之间的距离应大一些，以利于定位的稳定性，并注意均匀分布。
c不得防碍样件的使用，并注意连接定位螺栓的开敝性。根据附合上要求三点定平面的原则，某型机后座舱盖样件选用。
③制造、使用检验基准的选择
④设计基准的选择
⑤结构设计
在飞机后座舱盖设计时，设计人员应使所设计的结构，满足技术要求中规定的对结构的一些基本要求。这些基本要求可概括为：气动要求、重量要求、使用维修要求和艺术要求。在结构设计中，如何全面考虑这些要求设计出理想的结构，是结构设计人员的基本功。
3.4.2对合接头的设计
样件的对合接头的设计可以分为两个主要部分：一是接头对合的工作部位，这一部位应模拟产品的对合接头进行设计；另一部分是接头与标准样件构架连接的部位，它应根据标准工艺装备的结构情况进行设计，量规的接头必须有足够的刚度、合理的精度、粗糙度，表面硬度以及良好的工艺性。
对于小的样件，叉耳的基本尺寸，一般应与产品的基本尺寸一致；对于笨重的样件为了使其标准样件在对合时接头处于无应力状态，应在接头之间精确留出等距离间隙（一般1毫米），对合是用工艺垫片进行检查。
叉耳的尺寸与产品的尺寸一致时，应选用产品的同类型配合，但应比产品的配合精度高1~2级。
对接孔径及其精度：标准样件对接接头孔径的尺寸，应选择产品最后尺寸作为接头的基本尺寸；产品需要在型架上铰孔压入衬套时，则标准样件的孔径应于产品衬套的外径相同，孔径硬度应高于对合销棒硬度。
3.4.3对合协调
3.4.4后座舱盖样件的起吊、搬运与存放
3.5后座舱盖结构
对可打开的后座舱盖，采用橡胶型材来密封（这些橡胶型起密封和隔音作用）。而舱盖的密封采用充气橡胶软盘，它们沿后座舱盖下面一圈被叠放在专用盒形件中，也放在舱盖下的加强板上。向软管中加上压力为0.15mpa~0.20mpa的空气，软管膨胀，将座舱盖与座舱盖下加强板的对接处密封。
后座舱是一个装有机玻璃或硅酸盐玻璃的金属框架结构。玻璃与金属骨架接合部的密封采用弹性橡胶垫、胶带和密封胶，金属骨架具有较高的刚度，玻璃右座舱盖变形时应不会出现裂纹。玻璃在骨架上不应是刚性固定，以使保持玻璃的完整性。
歼击机后座舱盖通常由前风挡和可翻开或滑动的部分组成，以方便飞行员出入座舱，并能在应急情况下利用，弹射座椅离开飞机。为了防止前面玻璃出现水汽和结球，采用热空气或电加热来加温。战斗机的后坐舱盖的可翻开或滑动部分应能承受由于座舱内压作用在座舱盖上产生的载荷和当气流流过座舱盖时在座舱盖上方造成真空所产生的载荷，这些载荷值较大（舱盖面积较大），为此对座舱盖与机身的连接接头的结构提出了更高的要求，也就是对固定在座舱盖下方加强板固定接头上的附加载荷还有座舱盖密封软管的压力。舱盖通常是（顺航向）由左向右打开。
应急抛放舱盖时，从两侧将把后坐舱盖固定在机身上的舱盖锁的铰链脱开到座舱盖下方加强板的槽中，座舱盖机身在座舱盖抛放系统作用下向座舱上方抛出并受迎面气流影响顺其向后侧运动，因此不影响飞行员的弹射。
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