产品结构设计原则范文

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一、前言

现如今，各行各业运用的电子产品越来越多，电子产品的安全性和使用寿命受到越来越大的重视。而为了保障电子产品的安全性和更长的使用寿命必须保障电子产品的设计原理合理，同时保证结构设计的准确性。本文重点的分析了电子产品结构设计的要求，原则以及影响因素。通过电子产品结构设计要求，原则及影响因素的分析，为以后的电子产品结构设计提供有力的帮助，保障设计出结构更加合理，安全性更高，使用寿命更久的电子产品。

二、电子产品结构设计的要求

第一，功能要求。电子产品归根结底是一件商品，对于使用者来说，满足其功能是其基本的要求。所以，电子产品必须在设计中体现自身的价值。第二，质量要求。电子产品要想有更好的效率和更高的效益，必须质量可靠，同时在结构上必须更加合理，外观美观。第三，结构更加优化。合理优化的电子产品结构主要是从其尺寸，工艺，使用材料等方面体现，通过这些方面的考虑和选择，找到最优化的结构设计方案。第四，结构设计上要满足创新性的要求。现如今，电子产品都能满足自身的功能要求，但要体现其创新性才能有更好的市场，比如多功能的电子产品，外观设计独特，更加吸引人的注意力等等。只有电子产品的创新性做好，产品安全性高，实用性强，外观设计美化，才能有更好的市场。

三、电子产品结构设计的原则

第一，各部分功能满足设计要求的原则。电子产品的基本原则就是设计的各部件，各部分的功能得以满足预先设计，能够满足基本的使用。第二，产品的强度和刚度满足要求的原则。电子产品作为一件商品，其强度和刚度必须满足要求，达到该产品的规范标准要求，只有满足这个原则，才能有更大的使用寿命。第三，工艺和装配上满足要求的原则。电子产品在工艺设计和装配上必须满足电子产品装配的要求，在这个原则满足后，产品才能更好的进行装配使用。第四，满足用户的审美要求的原则。电子产品最终作为商品使用，在满足使用者基本功能需求的基础上，要更加美观，这样才能更好的吸引使用者。

四、电子产品结构设计的影响因素

1、生产和维修方面的因素。电子产品结构设计的过程中，必须考虑后续的生产和维修因素。在设计中必须保障后续的生产更加合理，方便后续的生产，保障后续生产更加流畅合理。同时，在设计时，就必须考虑电子产品的后续维修。因为，一个电子产品不可能在使用中不出现问题，而出现问题后，就必须进行维修，所以在维修上更加方便的电子产品更容易满足要求。这需要设计者在结构设计上就必须考虑好。合理的结构设计，可以在电子产品出现问题进行维修时，能够方便的进行维修，而不破坏电子产品的本体。

2、零部件材料选择方面的因素。电子产品在设计中，零部件材料的选择会直接影响电子产品的使用寿命以及电子产品的安全性。所以，选择合适的材料是非常必要的。这就要求在电子产品零部件材料选择上，必须考虑环保，安全，可回收利用等等因素。在选择材料的时候，不能贪图便宜，要认真选择生产厂家，选择资质齐全，口碑好的材料生产厂家。

3、功能实现方面的因素。功能实现方面因素考虑是保障后续电子产品后续投入使用良好的关键。为了满足功能要求，必须考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局方面的相互影响。保障三者合理的实现功能，同时元器件布局、电路板布线、组件部件布局三者方面不会产生干扰的现象。

4、产品使用寿命方面的因素。电子产品结构设计必须考虑使用寿命的因素。用户购买电子产品首先考虑的就是能够长久使用。所以提升使用寿命，是电子产品设计者必须考虑的重要问题。而为了保障使用寿命更久，就必须设计更加合理，零部件参数选择更加优化，材料选择更加安全等等。

总结：总之，在以后的电子产品设计中，在保障其设计原理合理的基础上，注重其结构设计是非常有必要的，保障结构设计满足国家标准要求，并且根据其应用环境来设计合理的结构，来满足人们的需求，同时保持产品的安全性，保障电子产品使用寿命更长。

参 考 文 献

[1]曹伟智，田野. 产学研背景下的自行车产品设计研究[J]. 美苑. 2015（06）

[2]李晓明，姜红明，任召. 某高密度电子设备结构设计与解析[J]. 科技风. 2016（01）

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在以往的农用机械产品结构设计中，人们通常只是考虑产品的实际性能及结构特点。因此，对农机产品的外观造型设计及人机交互性设计不足。传统农机产品容易给人一种体型笨重及结构做工粗糙的感觉。随着科学技术日益进步，现代生产中人们除了注重其实用性外，更加注重农机产品的外观造型美。故本文将以此为契机，重点对我国现阶段农用机械外观造型结构设计的相关内容进行阐述，以此不断提升农机产品的结构性能及设计美感。

1 农用机械外观造型设计原则分析

通常而言，农用机械产品外观造型设计过程遵循的基本设计原则是“经济、实用及美观”。[1]首先，从实用层面而言，作为农用机械产品在外观造型设计时，首先需考虑的因素就是其实用性。只有其具备完善的使用功能，才能为用户提供服务。而其实用的充分发挥，必须以农用机械产品的可操控性及可维护性和运行可靠性、高质量为前提，同时应保证其具有标准化结构设计的特征和系列化及通用化设计的原则。但是，对于不同类型的农用机械产品而言，其具体使用功能不同，其在外观结构造型总体设计过程中也具有不同的原则和特点。比如，北方及南方、湿地与旱地的农用机械产品外观结构造型设计就存在一定差异。而经济性是指在对农用机械产品的外观结构造型进行设计时，应该注重优化设计流程，以此降低设计成本，实现农用机械产品的批量化生产。同时，遵循经济性原则，能够保证对农用机械产品操作进行自动化管理。美观性是现代农用机械产品设计时都要遵循的原则，在满足其基本农用功能要求的基础上，必须保证现代农用机械产品外观造型美观及大方，从而实现“人机合一”，以便更好地展开“人机交互”。[2]

2 农用机械外观造型设计内容分析

2.1 农用机械外观造型设计中基本设计元素的应用

首先，在农用机械产品外观结构造型设计过程中，最常采用的设计元素就是“点、线、面”元素。由于单个小点容易吸引人们的眼球，因此通过应用这一最小的设计单位元素，能够突出农机产品某个外观部位的重要特征。在对农用机械产品外观结构造型进行设计时，可通过“点的线化”以及“点的面化”，形成一个与农机产品结构背景相脱离的虚面。通过采用这一设计思路，在对农机产品控制面板中的开关及相关按钮和筛孔、散热板等相关零部件进行造型设计时，设计人员就可通过不同点之间的集合与分散变换，从而形成富有独特造型的结构部件。

其次，在对农机产品外观结构造型进行设计时，“线”也是非常重要的设计元素。除了“点与点”之间的变化之外，还应通过不同轮廓线及“面与面”之间的转折关系变换，从而使农用机械产品的外观造型结构富有线性变化特征。通常而言，“线性关系”分为直线与曲线，而直线的应用能够使农机产品凸显“有力、刚毅”等特征；水平及斜线的应用，会给人一种“相对稳重”及“平静”的感觉；垂直面的应用，则会给人一种“冷酷”及“沉重”和“运动”的特征。但是，斜线还具有“柔和感”，采用这种造型设计方式进行结构设计，会使农机产品凸显“软弱无力”之感。因此，在一般的农用机械产品结构设计过程中，为了使其外观造型更加“沉稳”及“坚固”，设计师应通过“曲线与直线的相互变换”，使农用机械产品整个外观造型结构给人一种“静中有动”及“动中有静”和“富于协调变化”[3]的特点。

除此之外，在对农机产品的外观结构进行造型设计时，还应注重“面的优化”设计。通过对材料纹理及厚度和透明度、光泽等处理，从而使整个农机产品的外形给人不同的触感及质感；也可通过颜色光泽的不同变化，使农机产品外观造型结构突显“轻盈”以及“笨重”和“柔软”甚至“稳固”等不同功能特征。比如，在农机产品外观造型结构设计时，可采用聚氯乙烯及聚丙烯等，为了使农机产品外观结构具有一定的可塑性与圆润、细腻性及韧性，应尽量采用氧化及抛光和喷砂等技术手段进行合理处理，同时采用合金铝材进行结构设计，会给人一种“柔和”及“高雅”和“精致”感。但是，农机产品在整体结构造型设计时，为了给人一种“大气奔放”的感觉，所有材质必须统一，且为了突出“艺术美感”，还应采用“大平面结构”进行设计，以此突出农用机械产品的流畅及平整感。

2.2 农用机械外观造型设计中“虚实”设计理念的应用分析

“虚实相结合”的设计方法也是农用机械产品外观结构设计过程中，经常采用的一种设计优化方式。比如，农机产品结构通透（虚）部分，会给人一种轻巧、便捷之感，如农用机械产品带玻璃门窗的驾驶室等；而农机产品结构厚实及封闭（实）的部分，会给人一种厚重之感。故在对农机产品进行外观造型总体结构设计时，应通过“虚实相结合”的方式进行优化设计，以免给人一种头重脚轻及上下无层次性的感觉；比如，下列重型农用拖拉机产品外观造型结构设计时，设计人员通过对上部玻璃门窗的驾驶室采用“虚”的方法进行设计，而下部厚重及黑色轮胎和机械底盘采用“虚”的方法进行设计，以此使整个农机产品外观造型错落有致，稳重而不失灵巧。

2.3 农用机械外观造型设计中“人机工程学原理”的应用分析

为了突出农机产品结构设计美学特征，在对其外观造型进行设计优化时，应更加注重“形体组合与分隔”。通过将农用机械产品的不同几何形体结构采用“拼合”或者“堆砌”的方式进行优化组合，并按照一定的设计比例，对产品结构的面积和体积进行设计优化，从而使产品总体结构与其实际功能更加协调。比如，现代农用机械产品都朝着智能化及自动化方向发展，故在造型结构设计时，应进行合理的“人机交互”，如在仪表盘设计中，通过半圆及垂直和水平、开窗形、半圆形等不同结构构造方式，适当缩小人的视野范围；另外，在方向盘及手柄结构设计时，应注重人性化设计，以实现“人机交互”，便于用户对农用机械产品进行良好操控；对于稻麦脱粒机及联合收割机和拖拉机等农用机械的离合器外观造型设计，应考虑操作的用力程度，大腿与小腿间的间距应设置为120°为宜。在外观色彩设计时，应使农用机械产品具有良好的辨识度，通过色彩调和及色彩对比，给人呈现一种“天人合一”的设计效果。

3 结语

农用机械造型设计应朝着多样化及特色化和美观化方向发展。因此，在产品结构优化过程中，设计人员应严格遵循基本的产品设计原则，在凸显实用性与安全性和稳定性的前提下，不断通过多种设计优化方式，从结构外观及颜色设计和人机交互方面，对其相关功能进行人性化设计，以此不断提高现代农用机械产品的结构设计水平。

参考文献：

[1] 李久熙，张建伟，王春山.农机产品造型设计研究[J].中国农机化学报，2013，34（03）：125-126+135.

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汇率类理财产品

此类产品通常以美元兑其他币种的汇率为挂钩的，掌握美元指数的大体走势，便能较好的控制汇率类产品的风险。

原理：2009年10月6日，澳央行升息，这一举措支持了澳元强势。2009年12月5日美国超预期的失业和非农就业数据公布后，美国升息预期提高，这支持美元在2009年年末完成绝地反击。2010年外汇市场的环境与2009年有明显区别。各国量化宽松的货币政策将逐渐终结，升息也将为许多国家的选择。在各国推出政策和升息的博弈中，如何退出、何时退出，将会对该国货币在2010年是否处于相对有利的地位产生深远影响。

从汇率类产品结构看，设置指(临界值)是常规手法，若挂钩汇率超出或等于这个值，则投资者获得较高收益，相反则获得较低收益。产品的设计和发行机构会根据具体的市场情况调整值，因此对于投资者而言，此类产品的超额收益率不会有太大波动。

配置原则：在配置此类产品的过程中，投资需要关注产品的投资币种，一般以澳元或者美元类产品作为首选。但随着人民币升值压力逐渐加大，国内投资者应谨慎购买外币产品，以持有人民币资产为佳。

信贷类理财产品

简述：信贷类理财产品是商业银行借助信托渠道将理财资金投资于企业贷款的一种理财方式，产品收益挂钩贷款企业的信用风险。此类产品多数投资于优良信贷资产，但存在一定本金损失风险，对利率波动敏感，并会因投资期限偏长而增加流动性风险。

原理：产品的预期收益率水平介于同期存款基准利率和贷款基准利率之间。利率波动期，预期收益率水平会随基准利率调整。

利率下降期，信贷类产品可能会提前终止；利率上升期，由于此产品投资期限较长，易造成相对收益打折。

配置原则：利率波动期，尤其是在利率上升期，应当选择期限较短的信贷类产品或者“随息而动”型信贷类产品。“随息而动”是指产品的预期收益率随银行存款或贷款利率而浮动，即：预期收益率=起初预期收益率+(调整后银行存款或贷款利率-期初银行存款或贷款利率)×参与率。

黄金类理财产品

简述：2009年9月以来，国际金价一直处于高位震荡。2010年，通胀预期强烈，为避免出现负利率，央行加息信号愈加明显。2010年年初，美元的弱势格局被打破，进而打压了黄金、石油等大宗商品的上升空间。

原理：2009年黄金挂钩结构产品的最大特点为看涨(单向看涨或在某一个价格区间内看涨)模式，且在投资限上采用短期化模式，这种设计策略可以锁定金价迅速上涨带来的收益。进入2010年，黄金挂钩结构化产品依旧是理财市场的追逐热点，不但有避险!保值、对冲通胀风险的优势，而且通过杠杆化的结构设计，达到“以小博大”的目的，从而获得高收益。

配置原则：首选择结构类型。未来一段时间，此类产品的结构设计将依然采取看涨结构和区间结构，无论金价上涨还是下降，只要不超出设定区间就能获得价高收益。为防止黄金价格回落，投资者选择这类结构的产品较为保险。

利率类理财产品

简述：同业拆借利率是利率类结构性理财产品最常见的挂钩标的。此类优势在于收益稳定，多数理财产品属于保本浮动和保息浮动型，无本金损失风险；缺点在于不具备博取高收益的可能。

原理：利率类产品多采用区间型结构，其次是看涨或者看跌模式。区间型产品的收益主要取决于挂钩利率走势、挂钩利率落在计息区间的实际天数和产品计息总天数。利率波动期内，挂钩利率落在区间之外的可能性增大，区间型尤其是窄区间型产品的收益会受到影响。

看涨或看跌型产品收益取决于挂钩利率走势和触发线水平。在利率波动期，挂钩利率达到触发线的可能性增加，利率上升期内，看涨型产品获得高收益的可能性增加，看跌型产品反之。

配置原则：适宜配置区间宽度较大的区间型产品。在利率上升期(下降期)可相应配置看涨型(看跌型)利率类产品。

结构化理财产品的最终受益不仅仅是由挂钩标标的的资产类别和走势所决定，还包括产品的期权结构、投资期限、进场时机以及投资市种的汇率等因素。

资料连接

加息背景下的投资银行理财产品三原则

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中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0056-02

0 引言

当前，世界各国都已经加强了对本国知识产品的保护力度，我国在改革开放早期所采用的引进―消化―吸收――创新基本模式已经不能满足我国新时期机械行业的发展需要。因此，提升机械设计自主创新能力才能够为我国机械行业的整体发展提供一个可行的途径。而在机械创新设计过程中，通过提高对产品创新的意识及能力，将机械产品的设计制造成本降低，提高产品的操作性能以及自动化陈谷，达到对应的环保要求，对推动我国整个机械行业的发展具有重要意义。

1 创新思维在机械设计中应该遵循的两个原则

整个机械设计过程源自于功能要求与开发，通过作用原理分析，直到最终无力结构构思及形成。在整个过程中，机械创新设计工作必须把握这样两个基本原则。

1.1 设计路径最短原则

设计之初必须对产品必须具备的功能进行确定，之后找寻得到最优的设计结构方式，以便在最短的时间内达到设计目标，之后选择正确合理的价值工程方法，将其中价值相对较低的少部分构件找出，将之作为分析对象，确认其与当前结构设计存在的矛盾，试图通过最小改动量来解决存在的矛盾问题。这种设计路径所耗费的资源以及时间都较少，这时实现目标的路径自然最短。

1.2 相似性联想原则

联想是机械创新设计过程中的一个重要方法，通过对事物之间的相似性进行分析和总结，而联想得到的结构是否合理的一个重要判据就是所设计的结构是否具有一定的相似性，而这有产品的实例直接决定。若设计的多个产品实例同时满足功能需要，则它们之间一定存在对应的相似性，表面产品具备创新设计的潜力。

2 创新思维在现代机械设计中的应用

2.1 在机械产品运动方案创新设计中的应用

机械产品结构运动方案的设计就是设计人员根据用户提出的产品功能需求而提出的从机械结构原理出发的产品功能原理构思。运动方案是探索并解决实际问题的一个有效途径，其主要包括原动机、传动机构以及执行部件等系统运动方案的设计。其最终得到的结果必须满足机械产品结构功能的运动性能要求。设计的一种机构运动方案的好坏直接影响到产品结构、工艺、成本以及使用性能等方面的能力，是确定产品的整体质量、性能、经济性、环境以及所获得社会效益的关键步骤，是整个机械产品设计过程以及后续产品制造、使用过程的基础。对于机械结构产品而言，实现其具体的功能可以采用不同的运动方案，即可以采用不同的写原理予以实现，同时不同的功能又可以通过不同的机构来具体实现。因此，该阶段的工作是整个设计工作的重点，设计人员必须从功能分析出发，利用创新思维对产品的活动架构进行设计、优化，最终得到理想的产品运动方案。

以汽车的前驱、后驱运动方案为例，传统的后驱运动方案具有生产制造成本高、驱动部件多、安装复杂、车内空间较小、牵引力不足以及动力效率较低的问题。在现代机械设计的轻量化、汽车乘坐舒适性以及机动性要求提高的背景下，后驱汽车已经不能满足当前人们生活的需要。基于此，汽车生产厂商通过移植、逆反思维等方式对汽车的运动方案进行创新，将发动机前置，使得发动机的输出轴直接与汽车前轮的传动机构相连，驱动汽车前轮运动。这种驱动方式虽然使得前轮的负载增加，加大了轮胎的磨损量，但是其带来了相当多的好处：其一，汽车的驱动机构得到了明显简化，零部件数量明显减少，使得汽车的造价降低；其二，汽车整车重量下降，使得汽车的加速性能得到改善，刹车距离缩短，油耗降低；其三，采用前置发动机的方式释放了大量的车内空间，使得车辆的乘坐舒适性得到提高。

2.2 在机械产品结构创新设计中的应用

机械产品的结构设计工作主要包括对产品的外形、各部分的配置以及总体结构的设计方面。根据客户对机械产品功能要求的不同，所设计的结构方案也存在明显差异。机械产品结构设计的一个根本任务就是要找到不同结构形态的产品设计方案，设计出新型的产品结构形式。

随着人们对产品结构功能需求的提高，人们对机械产品结构的设计提出了更严苛的要求，设计人员必须在有限的空间中尽量多的将产品功能集成至一处，使得客户的安装和使用功能得到满足。

例如，在传统的办公室中，各式各样的打印机、复印机以及扫描设备充斥在空间中，使得办公室的环境不能得到改善，人们需要一种多功能的一体化文档处理设备。办公用品厂家在了解到人们的需求之后，开始着手对办公机械设备进行改进和设计。后经分析调查，最终通过离散与综合的创新思维方式，在尽量保证产品的基本构形要求下，将打印、复印以及扫描等文档处理功能集成于一体，设计制造了一台多功能一体机，显著改善了办公室的工作环境。

2.3 在机械产品动力能源创新设计中的应用

在制造技术、材料加工技术以及能源应用技术得到迅速发展的背景下，机械产品设计师在动力能源的选择过程中能够选择不同的能源作为产品动力来源，包括石油、天然气、电能和太阳能等。设计工作中，设计人员可以充分发挥其自身的创造性思维、方法，对产品的各个系统进行改进甚至是重新设计，将更多的清洁能源应用与机械产品的动力能源当中。

还是以汽车为例，当前在公共交通工具中日益广泛应用的电动汽车，其主要使用的是电能，与传统的燃油汽车相比，其自身不会排放对大气造成污染的有害气体，即使按单位电能生产过程中所排放的污染物（硫、微粒）进行比较，电动车造成的其他污染物得到了明显控制。这有利于降低人口密集的城市区域大气污染的程度，而且电动汽车还能够在晚间用电低谷时出现的富余电力充电，提高了发电设备的利用效率，使得其经济效益得到明显提升。另外，应用达到了国家提倡的节能减排目的，是创新思维在机械产品能源设计中应用的典型案例。

3 结论

本文针对创新思维在机械产品结构设计、运动方案以及动力能源方面的应用进行了详细的论述，且利用具体的案例进行了说明。虽然所列举的案例较为简单，但是其思维方式对创新思维在机械产品设计中的应用依然具有指导作用，为复杂机械产品的创新设计提供参考。

参考文献

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中图分类号：TQ325文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）12-0020-02

随着社会的发展，不断发展新材料、新技术以适应各种产品结构设计方面的要求，特别是树脂材料的应用以强度好、重量轻、成型性良好而得到大范围的应用，从汽车内饰部件到生活上的细小必需品都离不开树脂材料，特别是在汽车上得到了广泛的应用，目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国高级轿车的塑料使用量已经达到300千克/辆，国内一些轿车的塑料用量也已经达到200千克/辆，可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛。作为从事树脂产品设计的人员来讲掌握设计技巧及设计方法相当重要，尤其是结构设计方面，直接影响了产品的成本、品质等。

一、产品避厚的合理性

从产品强度来看，树脂产品壁厚越厚产品强度越好，从产品轻量化来看产品壁厚越薄产品越轻，从成型质量的角度来看，树脂件的壁厚过厚，在成型的过程中会出现冷却不均，容易产生缩水，锁孔等缺陷，壁厚太薄，又会造成素质流动状态不好，进胶困难，从而使型腔不易充满而造成充填不足，综合以上几点来看树脂件的壁厚应尽可能均匀、合理，在需要强度的部位采取增置加强筋，在壁厚过厚处采取局部挖空的结构，不均匀处可采取缓和过渡的形式，使壁厚变得均匀，避免成型过程中产生翘曲变形等缺陷。壁厚的合理性除了影响成型和成品的强度，同时也更有利于制品能够顺利地从模具中脱离出来。

当然在实际设计的过程中，树脂件的种类何其之多，在确定制品的厚度上也要根据不同的材质的各自属性和特点，和此制品的大小规格，适用条件等各方面，再根据以上原则来决定。由于树脂制品已深入生活，在设计壁厚上也有章可循，已经形成了一定的规则，设计过程中可参照这些规则。

二、应力集中问题解决办法

树脂件的结构设计要特别注意避免尖锐棱角的产生，树脂材料始终比较敏感的材料，因此在应力集中的地方会产生微小的裂纹，逐步扩大以致发生断裂，导致制品的损坏。

树脂材料的强度通常较低，避免应力集中最好的方法是改善尖锐棱角部位的结构形式。例如。在尖角部位增加倒角，倒圆角或以平缓的方式过渡。当因结构件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圆角时，可通过在尖角处增加局部结构强度，向内掏出圆角的办法降低应力集中，树脂螺纹的牙形应优先采用圆形和梯形，避免三角形、矩形，这样可以减低缺口效应，提高螺纹的承载能力。

三、加强筋结构的设计原则

为了减小产品的平均肉厚，降低产品的重量，以及减少成型过程中的缺陷，通常在需要加强强度的位置设置加强筋的方法来提高产品的强度和刚性，同时也降低成本。在树脂件上设置加强筋，可提高树脂的强度，防止树脂件的翘曲变形，选择恰当的加强筋位置可改善树脂溶液的流动性。

树脂制品上的加强筋形式多种，但设计加强筋一般遵循以下原则：（1）筋的壁厚根据材料不同而不同一般为主体厚度t的0.4倍，最大不超过0.6倍，避免厚筋底冷却时出现凹陷，影响制品的美观；（2）筋之间的间距大于4t，筋的高度低于3t；（3）螺钉柱的加强筋至少低于柱子表面1.0mm；（4）筋的根部要以圆角过度，避免应力集中造成破坏，但谨防圆角过大出现凹陷；（5）加强筋应低于零件表面或分型面至少1.0mm。多条加强筋相交，要注意树脂带来的局部材料堆积问题。其改进方法是：（1）将加强筋错位；（2）加强筋交叉部位设计成空心结构等。

细长的加长筋，如受力，应尽量使其承受拉力，避免承受过大的压力。因为树脂材料的弹性模量很低，容易出现失稳问题。这与我们在进行金属铸件设计时所遵循的优先受压原则相反，需要特别注意。

四、拔模斜度设计

拔模斜度也叫脱模斜度，主要是为了避免树脂件在脱模时由于冷却收缩而对模具产生粘附，摩擦，从而导致其损伤变形，而在树脂件的脱模方向设置的有利脱模角度。

拔模斜度的确定一般遵循以下几个个原则：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，这样做相当于减小公差；（2）拔模角度一般取整数；（3）树脂件的外观拔模角取值大于内壁的角度，这有利于成形时脱模；（4）树脂中硬度大的，刚性大的，脱模斜度也应该相应加大；（5）在不影响外观的前提下取较大的拔模角度；（6）制品壁厚也决定了拔模角度的设定，两者成正比。某些材料，如PP、PE等能强行脱模，强行脱模量一般不超过型芯最大面积的5%。

五、依据模具结构考虑树脂件的结构设计

模具在注射生产的工艺装备中是不可代替的，模具内腔的形态是树脂件形状的反映。树脂件结构的难易程度直接影响着模具结构上的复杂变化，为了能使设计的制品批量生产化，结构设计也是至关重要的，当然这也直接影响着模具的设计，从而在做树脂件结构设计的同时，在保证外观和功能的前提下，尽可能地考虑模具的结构，使之简化，利于后期的加工，批量生产，从而节约时间和成本并可以提高产品质量。所以在从事结构设计的工作，还应了解模具设计的基本原理与基本原则

模具设计不合理就能造成产品成型不良，注塑工艺生产产品可能出现的缺陷主要有一下几种：缩痕、熔接痕、气孔、变形、拉毛、顶伤、飞边、成型不足、烧糊等。注塑件设计一般遵循以下原则：（1）充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性；（2）塑料件的形状在保证使用要求的前提下，应有利于充模、排气、补缩；（3）塑料产品设计应充分考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程度，同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺，模具零件的强度等，以便使制品有较好的经济性；（4）塑料制品设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。

六、从装配的角度考虑树脂件的结构

连接结构问题是产品设计中一个重要的问题。构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体，以完成产品的设计功能。满足外观造型设计的产品外壳，通常也是由底盖，主体框架等部件组成，需要连接固定形成一个整体。因此有必要对产品设计中连接结构问题进行探讨。

由于树脂材料的弹性模量小，即材质较软，并且成型工艺与金属不同，树脂件的公差精度比金属件一般来说要低很多。因此，在进行结构设计时应注意这一特性，应避免大尺寸小公差的情况出现。尺寸越大，累积的变形越大，对公差精度的影响也越大。粘接是树脂件常用的装配方式之一。树脂件粘接时应避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因为其抗撕扯能力差，正确的做法是使粘接界面承受剪切力。处于受正拉力状态的粘接强度不及处于受剪力状态的粘接强度，因为处于受正拉力状态的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用；而处于受剪力状态的粘接界面的面积一般大于受正拉力状态的粘接界面的面积所以抗撕扯能力较强。

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1.现代实木家具结构的材料性原则

材料与结构是家具构成的物质技术基础。通常的实木家具是由框架结构和榫卯的结合方式构成，木材的自然结构是不可以被破坏的，因为家具是承重的，所以此举会降低木材的承重能力，因而就无法用来制作榫卯结构了。所以家具的结构方式首先是需要根据材料来判断其适合的用途，是决定结构设计的关键。

2.现代实木家具结构的工艺性原则

纯手工家具的制作效率远不能适应大众市场的需求，而且，对于家具的单个结构而言，是需要考虑零的通用化的，所以尺寸精度问题几乎无法保证。因而，机械化的加工设备、加工方式是家具生产的重要技术保障。

3.现代实木家具结构的装饰性原则

在如今的生活里，家具不仅仅只作为一种功能化产品，它也展现出人们对美的追求和渴望，更希望的是它既实用又美观，给使用者带来体验和观感上的享受，赋予生活空间一个想要的氛围。美观对于使用来说虽然次序在后，但绝非可以薄此厚彼。而家具所展现出来的美不仅是形态美，还有结构美，我认为家具结构设计所体现的装饰美不是空中楼阁，因为它的功能形式是通过其结构来实现的，而家具结构设计的理性要大过于主观感性，这种理性的美不会显得矫揉造作，榫卯结构的设计都是插接而成，是为了实现某种效用，达到既定的功能目的，所以其形成的装饰效果是十分耐人寻味的。

现代实木家具结构的设计特点

1.现代实木家具平面的榫卯结构

所谓实木家具的平面接点结构即是指在家具的一个面之内，链接一个方向方向走势面的榫卯结构，为连接及加固此面的强度，使其有承重能力。在木材原料不够用，常使用类似锯齿状的一种木材拼接方式比较常见，既有一定的装饰性又不失强度。在设计平面的榫卯结构时首先要考虑的是强度的要求，还要注意接合点的位置，以及形态与比例的关系等要求的因素

2.现代实木家具立体的榫卯结构

立体形式的榫卯结构顾名思义就是链接三个面以上走势方向的榫卯结构，它是由两个或多个平面接点榫卯的组合，其难度大于平面的榫卯。设计立体榫卯更要把握住零件的位置关系，根据其断面的具体尺寸来分析节点部位的力学要求。立体榫卯的样式有很多，相对平面榫卯要复杂一些。

现代实木家具结构设计在产品中的应用

1.结合理论研究非拆装式实木椅子结构的应用

椅子是日常生活中必不可少的一种活动性的支撑型承重家具，实木椅子已有数千年的历史，随着材料和技术的发展现今已有各式各样的椅子，但是，实木由于其具备独具的自然纹理和质感，它更能满足人们回归自然的心理，因而倍受青睐。下面我们结合以上研究的理论，通过同一把椅子来研究不同装配要求下椅子结构的应用。椅子的座面直接为人体所接触，它本身的强度用木螺钉就可以将其左右前后的望板连接起来，而座面的稳定性取决于四条腿的强度，那么，座面板下面与四条腿框架的交界处就需要运用三角牙子来作补强。

2.结合理论研究拆装式实木椅子结构的应用

非拆装式实木椅子的形体结构是比较稳定的，但同时它也固定了自身的结构，随着科技的发展，人们生活水平的提高，我们设计产品的目的就是能更方便与人们生活，因而，为适应快节奏的生活，提高生产效率，方便拆装的椅子更受青睐，首先在加工生产这一环节上就降低了生产成本和缩短了加工时间；其次在运输的环节上，椅子的包装体积可以拆解压缩，包装费用也相应减少；第三，简洁的装配结构设计也会给消费者带来自己动手的乐趣。

3.具体分析力学对实木椅子结构的影响

为了加固椅子的稳定性，衍生出“撑”这一榫卯结构，如椅子侧面的两条腿，为其稳定会在两条腿中间加一条横撑，这条横撑的位置高低产生的力都不一样，横撑的位置在高处的话，其疲劳强度较高，如果在中间的话，疲劳强度稍弱，如果在底部的话，那疲劳强度就相比较低了；疲劳强度最高的是双横撑，反之不加横撑的话，那疲劳强度就是最低的，椅子甚至会有安全隐患，此种状况就需要利用别的方式在另处加其他的“撑”。实践表明，合理安排榫卯或连接件的位置，对提高椅子的整体力学性能均十分有效。这给我们带来启示，一是在造型没有特别限定的情况下，完全可以按此结果优化椅子的结构，二是如果造型有特别限定，要求设计成没有横撑的椅子或是横撑必须在非力学理想位置上，那么，对椅子主要受力接点处的设计就要特别留意。

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0 前言

以我公司生产实际中的几种典型薄壁卷筒铸钢件产品为例，重点阐述薄壁卷筒铸钢件工艺思路和方法，以及对生产过程中常见问题及原因分析。具体解决措施归纳总结如下。

1 薄壁卷筒铸钢件铸造工艺的一般思路

1.1 产品结构及技术条件分析

通常产品零件设计图纸的结构往往与我们希望适合铸造产品结构存在一些矛盾。尤其对于薄壁卷筒铸钢件来说，其产品结构设计如果对铸造工艺不合理，我们可能会花费很多精力和想很多办法去解决由于结构不合理产生的铸造缺陷，往往这些问题最终得不到彻底的解决。我认为，对于薄壁卷筒铸钢的生产，前期的产品结构分析是很重要的，铸造工作者在不影响产品最终使用和其结构强度的情况下，是可以适当与设计者沟通，提出一些结构上的改进和建议。对于薄壁铸钢件来说，其产品结构及技术条件分析一般应着重注意如下一些方面：

1）产品结构尽量避免十字交叉热节和多方向板状结构相交且不容易得到铸件补缩的热节出现，筋板以“T”字交接为宜；

2）产品相邻厚薄悬殊不能太大，厚薄交接应逐渐过渡，不能急剧过渡；

3）对于铸件内腔尺寸过大，而且砂芯不能很好固定的情况，要适当考虑开设工艺孔，这样便于操作，也便于后工序的清砂。

4）产品材质方面，对于薄壁铸钢件来说，最好以中低碳钢和低合金钢为宜，因为这些材质相对来说流动性较好，裂纹倾向小。对于材质裂纹倾向大及合金含量高的的材质产品薄壁产品，要慎重开发，否则前功尽弃。

1.2 分型面的选择、砂芯的设计及型砂的选择薄壁铸钢件多以箱体结构、管状筒体结构居多

为满足其使用强度，往往在这些产品内腔或外型上设计有较多的加强筋板，这就使多数产品在生产时主要以砂芯组合方法生产方式居多，合理的分型方法和砂芯设计对保证产品尺寸和减少裂纹的产生有着重要的作用。一般来说，对于薄壁铸钢件，其分型方法根据不同产品结构而定，但其砂型和砂芯的设计以及型砂的选择要注意如下几方面：

1）砂型、芯设计时要充分考虑其退让性，要尽可能减少铸件收缩阻力，以减少裂纹和变形的产生。对于内腔较大的砂芯可在内腔设计稻草、泡沫等等退让物，也可以做成空心结构。

2）砂型、芯的设计要充分考虑排气措施，特别是被钢水包住的箱体结构内腔砂芯，由于薄壁件产品凝固速度快，型内气体很难在短时间内排出箱外，型芯排气通道一定要保证畅通，从多方向引气。

3）砂芯结构设计要便于操作，尺寸较大的砂芯可分半，分芯面可开设排气道。

4）砂种的选择，我厂铸钢件生产用砂主要以水玻璃石英砂、石灰石砂、树脂砂，铬铁矿砂和覆膜砂为主，也可以结合各种砂的优缺点混合使用。

1.3 浇冒口的设计

铸钢件由于本身的材质决定了其浇注过程流动性差，浇注过程充型困难，其壁厚较薄，凝固过程散热较快，凝固速度比一般的铸钢件快很多，凝固过程不但要满足顺序凝固的原则，而且还要兼顾同时凝固原则，要保证其内在质量，其特殊性决定了浇冒口的设计必须要合理，同时，薄壁件浇注系统设计也十分重要，合理的浇注系统有助于防止裂纹产生、提高产品浇注质量，一般浇冒口的设计除遵循常规的设计原则外，还要注意如下注意事项：

1）冒口尺寸设计要合理，一般满足铸件模数即可，冒口过大，其凝固过程相对缓慢，使冒口附件区域所受到的凝固收缩拉应力较大，铸件容易出现热裂纹。

2）冒口设计位置一般都分布在铸件壁厚相对较厚的部位和筋板交接部位，冒口位置尽量使整个铸件收缩应力分布基本均匀，相邻冒口设计要避免发生收缩应力不一致以造成铸件拉裂。

3）冒口补缩距离比一般铸件的补缩距离远很多，通常可以达到壁厚的10～15倍，壁厚越薄，由于其凝固速度更快，铸件基本趋向同时凝固，这时补缩距离更远。

4）内浇口的开设应注意避开热节集中部位，避免直对铸件壁厚入水，进水口的位置以侧注或底注为宜，设计时可以考虑在浇口处设置冒口，内浇口从冒口进入，再进入铸件，这样可防止浇注冲砂，对浇口位进行有效补缩，防止缩松和裂纹的产生。例如，我公司生产的DQL8030.35斗轮堆取料机中，变幅机构卷筒，设计材料ZG35，该产品尺寸从Φ760×22，长度1200，主要壁厚为，22～30mm为主，浇注系统设计在下部边冒口，浇注质量一直很稳定，加工后砂气孔很少，内浇口位置也没有出现裂纹、缩松缺陷。

5）浇注系统设计应从直浇口到横浇口再到内浇口层层开放，但不适宜太开放，要适当考虑增加一些充型压力，以防止浇不足。

6）对于浇注高度较高，壁厚较薄，为实现铸件的顺序凝固和冒口的有效补缩，可考虑设计阶梯浇注系统，提高顶层冒口高度温度，达到补缩效果。

1.4 冷铁及拉筋的设计

薄壁卷筒铸钢件由于工艺热节分散且数量较多等特点，要靠设计冒口去对每个热节进行补缩是很困难的。因此，与一般铸钢件相比，薄壁铸钢件其裂纹倾向大很多，这些裂纹主要是由于凝固过程铸件收缩不一致，凝固速度不一致，使铸件的一些弧立热节位呈现出缩裂和拉裂，要防止和消除这些裂纹的产生，内外冷铁和筋条设计是必要的有效手段。

1.5 其它一些相关参数的设计

1）伸尺：一般铸钢件的伸尺都是2%，对于收缩过程受阻薄壁铸钢件，其伸尺往往达不到2%，特别是多方向都受阻碍收缩的“口”形状铸件，尺寸偏大的产品工艺缩尺往往在1.5%左右较适宜，对于一些开口铸件，除工艺上设计拉筋之外，同时还要考虑增加一些工艺补正量或调整工艺尺寸去满足缩尺的需求。

2）浇注温度和速度：对于该类型产品浇注过程的控制是很重要，要引起高度重视，浇温和浇速要控制适当，浇温过高或过快，型腔内气体很难排出，浇注过程容易出现发滚，且热裂倾向较大，浇温低或浇速慢，容易出现浇不足、冷隔和产生缩孔，对于薄壁铸钢件浇注温度要比一般铸钢件高一些，浇温在1570～1580℃较适宜，浇速稍快一些，开浇后浇口全开，浇注后期要稍收水，点浇至满，防止浇注过程假满。

2 结论

薄壁卷筒铸钢件的生产过程，是一个系统复杂的工程，铸造工艺设计不仅要注重补缩系统的分析，更要注重充型过程的分析与控制。凝固顺序的控制措施要在满足顺序凝固的同时，更要兼顾同时凝固原则。铸造工艺设计时要做到策划细致周密，各项工艺措施准确到位，重点要放在防止热裂纹的产生和浇注系统的策划这两个环节中。

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论文摘要: 本文主要阐述借助于Alatir公司的Hyperworks结构优化软件，对精密铸造产品进行结构优化设计，且以对某汽车驾驶室后悬置支架的结构优化为例，着重介绍了拓扑优化和形状优化在精密铸造产品结构设计上的应用方法及功能。事实表明拓扑优化和形状优化的联合应用，对精密铸造产品的结构设计起到非常关键的帮助作用，最后通过此软件对优化后的产品结构进行有限元分析，验证优化后产品结构的强度和刚度。

HyperWorks在精密铸造产品优化设计中的应用

一、引言

在当前的汽车工业中，减轻设计重量和缩短设计周期是两个突出的问题，在传统的设计中，由于机械产品机构的复杂性，长期以来主要应用经验类比设计，对产品结构作定性分析和经验类比估算，在决定实际结构时，一般都取较大的安全系数，结果使得产品都是“傻”、“大”、“粗”，使材料的潜力得不到充分发挥，产品的性能也得不到充分的把握。所以传统的汽车设计思路已经不能满足当前设计的需要。汽车轻量化设计开始占据了汽车发展中的主要地位，它既可以提高车辆的动力性，降低成本，减少能源消耗又能减少污染。但是，简单的汽车轻量化设计却是一把双刃剑，它在减轻汽车重量的同时，也牺牲了车辆的强度和刚度，甚至对产品的结构寿命也产生影响，在此情况下，有限元分析方法在汽车设计中的合理应用就得到了充分体现，经过近几年的实践证明，Altair公司的有限元分析技术以及拓扑优化技术在汽车行业获得了非常成功的应用。特别是对于一些结构复杂的汽车铸造结构件，Hyperworks 的有限元分析技术、拓扑优化和形状优化技术的推广使得材料的潜能及铸造的优势得到了充分的发挥。

本文将详细介绍利用Hyperworks的拓扑优化和形状优化技术对东风商用车驾驶室后悬置支架进行减重优化设计的应用过程。以及如何应用Hyperworks验证改进结构后的应力和应变情况，使该后悬置支架减重优化后的结构能够满足产品的使用性能和铸造工艺性要求。

二、有限元法的概念和优化设计流程确立

2.1有限元法和有限单元的概念

有限元法又称有限单元法，是结构分析的一种数值计算方法，它随着计算机的发展而应运而生，并得到了广泛应用，目前已成为工程数值分析的有力工具。在实际工程应用中，我们首先把CAD模型分割成有限个实体或者壳单元。一般作为实体单元所适合的结构，是具有三维形状变化的物体，不太适合棒状、平板状的物体。实体单元是利用3D-CAD所作好的实体模型，能够拿来就能作有限元模型处理，这一点非常方便。 但是用实体单元制成的模型，因为节点数往往较多在分析时务必注意计算机磁盘用量和计算时间。

另外从实体单元能够把三维图形原封不动地适用于结构分析的模型上这一点来说，对于结构复杂的零件，采用实体单元是很好用的单元。实体单元有六面体、五面体、四面体，在用自动生成的情况下使用四面体较多。从分析精度而言，使用六面体为好，自动生成的三维形状也有必须限制用于六面体的等等，五面体单元在评价应力时尽量不使用此方法为好。壳单元有三角形和四边形单元，对于板单元尽量使用四边形单元，对于实体单元尽量使用六面体单元。使用三角形或四面体单元与使用四边形或六面体单元时相比有使结构增加刚性的模型化倾向。在本文我们所做的驾驶室后悬置支架的优化计算中，由于结构和受力状况的复杂性，我们采用实体单元与壳单元相结合的划分方法。

2.2 确立优化设计流程

在利用Hyperworks软件做优化分析时，通常的流程是首先读入CAD模型，然后划分网格，添加边界条件，设置优化分析模型参数。优化分析模型一般是由目标函数、约束条件、优化设计变量三个方面组成，借助于Hyperworks软件的OptiStruct模块，对于后悬置支架的轻量化设计，在现有的计算机条件下可以很方便的实现。首先，在轻量化分析过程中，一般选取优化设计变量为支架的体积的减少量，然后采用传统的拓扑优化方法，将总体的应变能作为目标函数。在本次后悬置支架的优化分析中，主要采用OptiStruct模块的拓扑优化和形状优化。首先，拓扑优化可以获得一个最佳的结构布局——即最佳的材料分布；然后在这个最优结构布局的基础上按照实际设计需求形成一个新的设计方案，并反馈到CAD软件中，形成新的CAD模型，最后应用更仔细的形状优化工具，同时添加适合铸造的约束条件，得到最有效的细节设计方案。

图(1)代表了该后悬置支架的简单优化设计流程，从最初的模型导入，以及之后的约束条件与目标函数的设定，同时包括制造工艺参数的设定，最后通过形状优化得到的最终设计方案。

根据优化需求，将三维模型

进行非安装部位的材料填充

导入三维模型

图（1）拓扑与形状优化流程图

三、 有限元模型建立和边界条件确定

3.1有限元模型建立

3.1.1后悬置支架原始结构分析

由于驾驶室后悬置系统布置方式比较复杂，整个驾驶室后悬置系统由安装于浮动横梁上的左右各一个橡胶缓冲块支撑，两个悬置支架对称的垂直立于车架大梁上，中间用一弧型横梁连接，在悬置支架的两侧对称的布置两个筒式减震器，而本文所要优化分析的后悬置支架是整个系统中受力最为复杂的关键零件。该零件在原始设计中，由于整个机构的复杂性，对产品的性能未能充分把握，在进行设计时只能作定性分析和类比估算，确定实际结构时，选择的安全系数过大，致使设计出来的产品结构过于笨重，粗大，缺乏美观。另外，由于对实际的受力点未能牢牢把握，导致结构材料分布不够均匀，铸造工艺性较差。原始结构见图（2）

图（2）原始结构模型图

3.1.2 有限元网格划分

有限元网格划分是进行有限元优化分析至关重要的一步，有限元分析的精度和效率与网格单元的密度和几何形状有着密切的关系，并且有限元网格划分的好坏，对后续数值计算结果的精确性有着直接的影响，它不但涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型还有选择什么样的网格生成器、网格密度的定义、单元的编号以及几何体元素等等。所以在实际应用中，选择合理的网格单元对整体模型的分析有重要的影响。根据上述介绍，结合后悬置支架结构的复杂程度以及优化分析的要求，对其采用实体单元网格划分，同时，在非干涉和装配部位进行必要的材料填充；另外，对分析过程中涉及到的弧形横梁因结构简单，属于简化梁结构，故采用壳单元的划分方式。

具体网格划分见图（3）

后悬置支架

弧型横梁

图（3）有限元网格模型

其节点数和单元数见表（1）

表（1）后悬置支架及横梁的节点与单元数

3.2 确定边界条件及设置优化参数

3.2.1 确定边界条件

由于驾驶室后悬置系统是以垂直方式布置，在车辆高速行使时，路面通过悬挂系统传递到驾驶室的冲击，发动机、传动系传递到驾驶室上的振动，以及侧向减振器所带来的瞬时冲击，是我们分析时主要考虑的因素。

计算时考虑驾驶室受垂知方向4G（瞬时），侧向2.5G（稳态）的冲击，同时对支架底端与车架大梁连接处用螺栓固定，该产品受力工况及约束条件如下图（4）所示

图（4）后悬置支架受力工况

3.2.2材料属性及性能参数

该后悬置支架采用ZGD410-700制成，其材料参数如表（2）所示。

表（2） 车身后悬置支架材料参数

四、拓扑优化和形状优化

4.1车身后悬置支架的拓扑优化

拓扑优化就是在产品初时设计阶段，利用优化计算得到满足设计要求的结构外形，并且可以返回到CAD，进行详细的结构设计，然后再利用形状或尺寸优化调整细节，最终得到满足要求的设计方案。对于这个后悬置支架的拓扑优化，主要问题是怎样使支架结构合理布置，以及如何最好的模拟支架所受的垂直载荷和侧向载荷。

在本次拓扑优化过程中，采用后悬置支架与横梁整体分析，但对后悬置支架单独优化的方式，这样获得的结果更趋近于真实的情况。由于拓扑优化对加强筋及凸缘刚度的敏感性较高，因此在采用传统的拓扑优化方法，定义设计变量时，将体积和应变能作为目标响应，设计空间的体积减少量作为优化的约束条件，总体的应变能作为最终的目标函数，这里的总体应变能不仅包括设计空间的应变能，同时也包括非设计空间的应变能。 最后，根据拓扑优化结果云图，返回CAD模型，结合精密铸造工艺，尽可能的凸出筋骨，减少大平面，在遵循实体最小原则下重新进行三维设计造型。优化云图及结构优化方案见图（5）

拓扑优化云图（一）

拓扑优化云图（二）

结构优化方案

图（5）拓扑优化云图和结构优化方案

4.2 车身后悬置支架的形状优化

根据以上拓扑优化结果，确定了一个在给定载荷条件下满足设计要求的最佳结构布置方案，在此方案的基础上，对后悬置支架进行细节优化——形状优化，在形状优化中，同时要考虑结构应力和屈曲变形。理论上为了突出筋骨，保持整个结构布置的均匀化，同时减少局部应力的集中，我们只对该有限元模型做局部形状优化，如图（7）所示，这样就避免整体优化时间上的浪费。

图（7）

为形状优化建立了有限元模型之后，我们要将适合铸造的工艺参数、应力标准和屈曲要求作为形状优化的设计约束，将质量最小化设为设计目标函数，对于应力约束，设计约束不允许该处的最大应力超出材料的屈服极限，同时在实际优化过程中，该处结构的厚度只能要求向内侧移动，高度只能向上移动。最终经过形状优化后结构见图（8）所示：

图（8）形状优化后最终结构图

五、结构验证与对比分析

经过拓扑优化和形状优化，我们最终得到了较为理想的设计方案，为了验证该优化方案的可靠性，特对此机构进行有限元分析计算，同时对用传统的经验类比方法设计的优化方案进行分析对比。用传统经验类比方法设计的方案如图（9）

图（9）传统优化设计方案

结合实际受力情况对传统优化设计方案和拓扑优化方案分别做有限元验证分析，应力云图见图（10）

传统优化设计方案应力云图

拓扑优化方案应力云图

图（10）方案验证应力云图

由以上分析可知，传统优化设计方案最大应力高达726MPa，出现在台肩处，而拓扑优化方案的最大应力虽然达到576MPa，但是位置出现在弧型横梁上，与传统优化设计方案相比，相同位置的最大应力由710MPa减少到216MPa。其对比参数见表（3）：

表（3）优化前后结构性能对比

六、结束语

经过上述优化方案的对比，我们可以很清楚的看到，利用传统的优化方式和利用Hyperworks的拓扑和形状优化方式的差别，虽然重量相差不多，分别下降了35%和35.5%，但是在同种工况作用下，传统方式优化的产品结构多处应力超出材质屈服极限，且最大应力达到了726MPa，远远超出了材料的屈服极限，在使用过程中很容易就发生断裂；而采用Hyperworks的拓扑和形状优化方式优化的产品结构最大应力只有230MPa，低于所使用材质的屈服极限410MPa，且同一部位由传统优化结构的710MPa减少到218MPa，同比强度增加了2.65倍，刚度增加了1.27倍，并且优化后的产品结构更适合于铸造工艺。

由上述可知，车身后悬置支架的优化设计验证了HyperWorks软件的OptiStruct模块在精密铸造产品的成功应用，说明了此技术在工业制造中具有非常优秀的特点，打破了生产单位不能独立改善产品结构的历史。随着工业产业的发展，OptiStruct的优化概念将会被越来越多的人接受并有效运用，届时它将真正成为产品结构设计工程师的左膀右臂。

参考文献

1、张国瑞 有限元法 北京 机械工业出版社 1991

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中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）20-0107-03

市场经济催生了竞争，全球化使竞争愈加激烈。在产品市场，消费者不再主要追求功能，而更注重新颖、时尚、个性和品位。现代工业设计正是融合艺术美学、工程技术与现代科技，利用计算机辅助设计工具，通过创造性思维，将审美、时尚、流行元素与人机工程学、材料学、心理学、市场学、环境学等现代科学有机结合，孵化出一个琳琅满目、新潮时尚的产品市场。

一个工业设计者首先应具备艺术灵性，同时掌握材料学、心理学、市场学、环境学、工业设计、工业制造等方面的知识，具备科学思维和创新意识。随着计算机技术的快速发展，SolidWorks、Pro/E、UG、CATIA等这些三维辅助设计软件的应用，已使工业设计更加准确、便利，与生产制造设备的无缝连接，使设计者的意图更易于真实实现。熟练掌握三维设计软件，是一个产品工业设计者需要具备的技能。

一项新的产品项目必须着眼于市场，满足客户需求。在竞标过程中，一项好的工业设计方案，是赢得竞标成功的有力武器。本文介绍一个工业设计的案例，注重于过程和计算机辅助设计的应用。

1 产品设计输入

1.1 产品基本定义

汽车音响，汽车电子类产品，符合汽车生产商产品功能、造型要求。

1.2 产品功能、外观造型要求

功能：Radio（收音机）、CD、MP3播放，USB数据接口，AUX接口（音频输入播放）。

显示：LCD液晶字段显示。

面板：按照汽车生产商提供的汽车仪表板3D数据模型，考虑整体协调性、美观性、新颖性，设计外观造型方案。图1是客户提供的汽车仪表板3D数据模型外观。

2 产品造型效果设计

2.1 结构分析及造型布局

①结构分析及面板主体材料选择。从汽车生产商提供的汽车仪表板3D数据模型外观可以看出，此汽车音响面板是一个左右对称弧面结构。面板主体选用与汽车仪表板一致的塑料结构，材质可为耐高温ABS或PC+ABS，以满足汽车耐冲击、耐候等性能要求。面板主体材料决定了结构造型的方向，采用塑料结构可以在遵循塑料产品设计原则前提下，充分发挥设计师的想象力，随意地实现各种设计造型，采用多种修饰手段，制造成型方便。

②2D造型布局。使用塑料结构必须按照安装位置选择恰当的出模方向，沿出模方向安排设计布局。图2是在三维环境中沿出模方向从汽车仪表板3D数据模型中提取的汽车音响面板轮廓，并用AutoCAD制作的初步设计布局。按照产品功能、显示要求结合汽车音响面板轮廓选择：将CD进碟口、LCD显示屏由上向下置中放置，在操作时便于观察；将USB数据接口，AUX接口放置于下部翻转活门内，可以避免安全隐患，同时便于外观处理；将音量旋钮、电台搜索旋钮放置于下部左右两角；各功能按键沿着面板两侧轮廓及LCD显示屏底布置。整个布局结合美术透视原理，采用左右对称形式，符合中国人习惯的审美观念。

2.2 3D外观造型

可以制作3D造型的软件有好几种，各有优点，本文使用汽车制造业使用最为广泛的CATIA软件，它涵盖了产品从概念设计、工业造型、三维建模、分析仿真、生产加工的全过程，当今这个软件功能最为强大，其曲面造型功能、渲染功能无与伦比。首先建立产品文件AutoAudio-ASM.CATproduct（以下简称AudioASM）产品文件，将客户提供的汽车仪表板3D数据模型Auto-PanelFrame.CATPart（以下简称AutoFrame）装配其中；在装配中再建立汽车音响面板文件AutoAudio-Panel.CATPart（以下简称AudioPanel）。

在装配AudioASM中对AudioPanel进行设计造型。可以将用AutoCAD制作的初步设计布局导入到AudioPanel，但这样不便于后续修改。这里在3D环境中，利用AutoFrame所提供的边界面，绘制各项设计元素。

①创建汽车音响面板外形轮廓面。汽车音响面板轮廓面必须与汽车仪表板3D数据模型面重合并曲率连续，这是汽车曲面设计的一般原则，这里必须坚持这一原则，以消除反光不连续。使用CATIA软件，从AutoFrame提取汽车音响面板外轮廓线，并将其改为曲率连续，用此曲线制作填充包络面，并与AutoFrame的3D数据模型表面曲率连续，从而得到汽车音响面板轮廓正面（图3），从图中不难看出正面反光的连续；从AutoFrame汽车音响面板边界向填充包络面投影，向内偏移出0.6间隙并取不小于0.5°的出模角，扫描出汽车音响面板轮廓侧面，将两曲面联合修剪、倒角，得到汽车音响面板外形轮廓面（图4）。

②汽车音响面板细部造型及渲染。完成了汽车音响面板外形轮廓面，就可以以此为基础，按照AutoCAD制作的初步设计布局创建面板细部造型。创建面板细部造型涉及环境学、审美学、塑料结构设计规范、产品功能及操作要求、CATIA软件使用技巧等知识和技能，要真实细致地体现出面板造型结构和功能特征，创建过程这里不做详细介绍。CATIA软件具有强大的渲染功能，可以定义部件的材质、颜色、表面纹理、亮度、反光度，定义场景、照明等，图5是用CATIA渲染的汽车音响面板造型图。

2.3 汽车音响面板功能效果图

①汽车音响面板细部效果修饰。为了使汽车音响面板效果更加生动逼真，我们将汽车音响面板造型渲染图在Photoshop软件中进行细部效果修饰。可以根据产品所处环境、所使用材料、表面处理工艺来调整产品表面的颜色、亮度对比度、反光效果、纹饰等，使用滤镜增加杂色获得塑料面板蚀纹后的质感（图6）。

②汽车音响面板功能造型效果图制作。汽车音响面板细部效果修饰完成后，使用CorelDRAW软件结合AutoCAD来定义按键功能、LCD显示、LOGO、标识等。文本文件可直接在CorelDRAW中输入，但图形标识最好在AutoCAD中按比例绘制好，再导入CorelDRAW中加色，图7是完成的汽车音响面板功能造型效果图。到此我们可以使用功能造型效果图，配置产品说明进行应标。

3 产品结构设计

由于汽车音响面板造型使用CATIA 三维软件制作，在完成了面板功能造型效果确认后，我们就可以利用先前的模型进行产品细部结构设计，方便实现了效果设计与实体结构设计、生产制造的对接。图8是最终完成的汽车音响设计效果图，所有部件都在CATIA 三维环境中完成，数据模型可直接使用于模具制造、生产加工。

4 结 语

一项好的工业设计，出自于设计者对产品的深刻理解以及设计者所具备的艺术素质、创新意识和设计技巧。借助计算机辅助设计平台，设计者可以充分发挥自己的想象力，方便地将自己的构思转化为设计方案；我们可以实现造型效果设计与实体结构设计、生产制造的无缝对接。

参考文献：

[1] 黄毓瑜.现代工业设计[M].北京:化学工业出版社,2004.

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1、绪论

在激烈的市场竞争中，产品必须不断的改进与开发，才能适应市场环境，取得好效益。以往的产品设计中，设计者或者因为片面追求技术指标或装饰效果，忽略了经济效益，或者只凭传统观念和经验进行设计，结果造成设计的产品过剩的质量、过高的成本、过低的利润及过短的产品寿命。

2、产品设计中钣金结构应用概述

钣金加工具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、飞机、轻工、国防、电机电器、家用电器以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。据统计，汽车钣金件占整个汽车制造件的60%~70%，飞机钣金件占全机零件总数的40%以上，机电及仪器、仪表中钣金件占生产零件总数的60%~70%，电子产品中钣金件占零件总数的85%以上，日用品的钣金件也占到绝大多数。

钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。

3、工业设计的价值工程理论基础

价值工程简称VE（Value Engineenring），是研究技术经济效益的一门科学。价值工程把技术、经济、管理三者有机的结合在一起，利用调查、分析、对比、计算、评价的方法，研究某一问题的技术经济效益。

产品分析定义为：价值（V）=F/C

①第一种方法是一种提高产品价值的最理想途径。即是产品的功能提高，成本下降。例如，新的生产技术的产生与应用，可以使某些产品的功能或是在结构上实现重大突破。

成本提高，功能提高，即： V=F/C；

②第二种方法是在成本不变的情况下，使产品的功能有所提高，也能使价值提高。例如，对现有产品的外观重新设计后，产品的审美功能大大提高，而生产成本却没有什么变化，但是产品价值有了很大的提高。

功能不变，成本降低，即：V=F/C；

③第三种方法是功能不变，成本降低，价值提高。例如产品的某些原材料、新工艺在技术成熟以后，生产成本降低，这就可以在保持产品功能不变的情况下使生产成本降低，使产品价值提高。

成本不变，功能提高，即：V=F/C；

④第四种方法是成本稍微有增加，而功能大幅度提高，使价值提高。例如一个产品在由单功能变成多功能后，成本虽然有所提高，但功能却成倍或几倍的增加，从而使产品的价值大大提高。

功能大幅度提高，成本略提高，即：V=F/C；

⑤第五种方法是功能稍微降低，但成本大大下降，价值提高。例如，某中产品适当地降低功能，而仍可以满足某些用户的需求，但由于实现该水平功能的技术条件比较成熟，而使成本大幅度下降，使产品价值提高。

功能稍有下降，而成本大大降低，即：V=F/C。

4、工业设计中钣金结构设计与价值工程研究

4.1 钣金产品造型设计与成本

在设计制造时除应考虑设计的独创性外，还应有计算成本、利润及产量等经济性。经济价值是产品在运用材料和加工技术中所体现的价值。

在进行产品设计时，要综合考虑产品功能特点、使用环境、产品加工工艺、表面处理工艺，产品的技术经济效益等。基于钣金件等壁厚、生产效率高、成本低、可加工复杂的形状等特性，合理的选择钣金结构，降低生产成本，提高产品的价值。一般情况下，对于电器产品形状简单的外壳、机柜、文件柜、机箱、支撑部件等宜于采用钣金件；对于一些高附加值产品或者运用特殊工艺的产品等宜于采用钣金件。

1.尽量减少冲压废料。在冲压零件成本中，材料费用占60%以上。冲压废料可分为工艺废料和结构废料。搭边和余料属于工艺废料，这是与排样形式及冲压方式有关的废料；结构废料是由工件的结构形状决定的。要提高材料的利用率，既要设法减少结构废料，又要设法减少工艺废料。

2.减少结构废料。材料利用率与冲压件的形状关系密切。

3.尽量减少工件的外形尺寸，以降低材料的消耗。这一点对采用标准宽度的型材更具有意义，有时只对设计稍加修改，就能利用这种材料。

4.零件的结构形状应由利于机械加工，减少工作量，有利于简化模具，提高寿命或利用现有工艺装备。

4.2 产品设计中的材料选择与成本

1.满足产品功能的金属板材种类和规格。在选择材料时，首先要以满足产品的功能要求为准。功能包括两个方面：产品的物质功能的实现，这是产品材料的基本作用；产品的精神功能的实现，这主要依靠材料本身的色彩、材质、肌理以及技术美的因素来体现。例如冷轧钢板与不锈钢，不锈钢增加了产品的精神功能，但是成本却是冷轧钢板的2倍多。

2.金属板材本身的成本。在生产计划上，主要是考虑金属板材自身材料成本以及加工处理的成本，材料不同，本身的价格差异就很大。在进行产品设计时，金属板材的选择以及板厚的选择是重点。

3.金属板材加工处理的成本。不同的金属板材，加工的工艺也有区别，不同的工艺又要求用不同的设备、技术和技术工人，加工过程也是不一样的，这些都是钣金件加工的成本。

所以，在选择金属板材及其板厚的同时要充分兼顾产品设计的经济性原则，充分运用价值工程原理，以最低的寿命周期成本，最经济的金属板材来实现产品价值，企业价值的最大化。

4.3 产品设计中的排样

根据材料的利用情况，排料方法可分为有废料排样，少废料排样和无废料排样三种。

有废料排样是沿工件全部外形冲裁，工件周边都留有搭边，工件精度与冲模寿命较高，但是材料利用率低；少废料排样是沿工件部分外形冲裁，只局部留有搭边；无废料排样无任何搭边。采用少、无废料排样，对节省材料具有重要意义，且有利于一次冲裁多个工件，故可以提高生产率。在无废料排样时，因为只有材料的料头和料尾损失，故材料利用率可达85%~95%。少废料排样的材料利用率也达70%~90%。同时，这两种排样形式，因其冲切周边减少，还可简化模具结构和降低冲裁力。因此,在设计冲压件时，应尽可能有利于采用少、无废料的排样方式。

4.4 产品设计中的功能结构设计与成本

结构设计时，要注意追求节约，应以不危及结构功能为前提，而满足一些特殊要求，则又应以不危及经济性为原则。用最少的费用来最大可能地满足功能要求，这是结构设计始终应遵循的基本原则。

一般来说，钣金产品设计在明确了结构的必要性和基本结构方式的基础上，可在下列方面力求降低产品成本。

1.降低设计费用。钣金产品结构设计时，应注意充分利用现有的设计；采用标准件及市场上便于购买的半成品或构件；消减品种类别；选定经济的结构尺寸和结构形状；采用对称的结构以代替特殊的偏左或者偏右的结构。

2.降低材料费用。钣金产品结构设计时，首先要注意采用最佳造型、节省材料用量，特别是节省贵重材料的用量。同时，尽量减少边角废料，提高材料的有效利用率。

3.降低加工费用。结构设计时，应选用最合理的加工方法；减少零部件种数，增加同类零部件的数目；减少机械加工面积；选择最经济合理的表面粗糙度、尺寸公差、精度等级以及形状位置公差等。同时，应注意将设计结构按加工的合理性进行分解，以节省装夹时间、加工时间、测量时间；并尽可能使用普通刀具、夹具、量具和普通机床。

4.降低其他费用。降低产品成本，除去考虑降低上述三种费用外，还应考虑降低包装费用、运输费用以及安装费用。。

4.5 钣金件的表面处理与成本

设计中，除了少数材料所固定的特征以外，大部分的材料都可以通过表面处理的方式来改变产品表面所需的色彩、光泽、肌理等需要。

1.产品的性能和使用环境。不同产品或者零部件由于使用环境和在产品系统中参与表现的物质功能或精神功能的不同，因此需要根据选择不同的材料选择适当的经济的表面处理工艺。以满足产品的性能和使用环境的要求。

2.产品档次的经济性。产品应消费层次的不同而具有高中低不同档次，产品表面处理工艺的选择应考虑产品档次的经济性，以求得产品的合理装饰，获得理想的经济效益。

3.成本。不同的表面处理工艺成本不同。随着科学技术的发展，各种表面处理工艺的相对成本与决对成本都在发生变化。另外还有考虑工艺成本与使用寿命之间和工艺成本与运行费用之间的辩证关系，保证消费者获得做好的综合经济效益。

5、金融营业场所安全装备设计研究

篇11

随着经济的日益国际化，相同的材料、相同的加工技术、相同的产品功能要求，使工业产品越来越同质化。同质化现象的出现必定会很大程度影响整个行业的利润空间，引发激烈的价格战。面对产品同质化，发达国家的企业既重视吸收科学(教学案例，试卷，课件，教案)技术的最新成果，又重视本国、本民族文化艺术特色的传承和发展。学科整合、系统集成创新，使工业产品不仅体现出相同的实用美和技术美，而且还表现出本民族或地域的文化特色。由此可见，产品创新设计是解决产品同质化问题的必要途径，是提高制造业价值的重要手段。

一、企业产品创新设计的内涵

产品是人类维持生存的工具和用具，作为人造物，必然体现出人文价值。产品人文价值包含了产品的实用功能和精神功能。产品设计是人类为抵抗严酷的自然延伸自身生存与生产能力改善生活水平，而对工具与用具进行不断地创新的过程。产品设计是人类社会赖以进步的重要文化创造，即一种物质性的文化创造。一切文化现象都是符号现象，所以，产品设计作为文化创造活动，自然是一种符号现象。产品设计作为一个完整的符号传达系统，发信人是以设计师为代表的群体，其背后还有以委托人为代表的产品项目提供方。产品设计符号收信人是广大的使用者群体。产品设计符号的信道是一个产品的大批量生产、销售的渠道。产品设计的符号是由功能、结构、机构、材料、人机和数理(比例与尺度)五要素组成的。因此，产品设计是艺术设计和工程设计的综合过程。现代制造业产品最终必须实现产品的商品化，所以，产品创新设计的根本目的就是实现产品的人文价值和经济价值，即向消费者传达设计师和生产商的信息，通过吸引消费者实现购买行为，达到经济目的。根据多学科研究的成果，我们可以把企业产品创新设计的内容概括为产品技术创新设计、产品文化创新设计、产品人本创新设计和产品人机创新设计四个方面。

1产品的技术创新设计。技术是构成产品的关键要素，是实现产品实用功能的必要手段，是产品创新设计的核心，企业在激烈的市场竞争中，必须在产品包含的技术上不断创新，以实现生存和发展。产品的技术创新设计常采用技术分解、改进、再重新构成这样三步走的方法，被称之为“技术构成”的方法。技术的发展有着时代的潮流与趋向。当通过技术构成来实现产品创新时，既需要掌握传统优良技术成果，又需要把握产品技术发展的时代趋势。当今，产品技术发展的潮流是数字化、智能化、网络化，下一轮技术突破的浪潮，可能会在信息、生命和纳米科学(教学案例，试卷，课件，教案)的交叉之中涌现。

2产品的文化创新设计。产品的形式是产品人文价值的综合体现。产品形式无疑需要满足实用功能的需求，但产品形式又不能唯实用功能而定。产品形式的精神功能(文化表述)，同样是不可忽缺的。因此，产品形式设计(产品造型设计)必须兼顾其实用功能需求、形式之美和文化之美。产品文化设计的研究称为文化构成设计。提高产品的文化内涵，通过在产品中巧妙地融入文化艺术元素以实现创新，已经成为一种产品设计和创新的主流思想。文化构成设计，需要深入研究与发掘中外文化的内容与特点。中华民族有5000年悠久历史(教学案例，试卷，课件，教案)，文化沉淀深厚、内容丰富，是一座用之不竭的宝藏：有阴阳学说为主体，天人合一的道家思想;有以礼仪、中庸为主体的儒家学说;有以强调轮回、因果辩证关系的佛教思想;还有生产实践和地域因素形成的民间文化和民俗文化。尽管这些传统文化常常带有封建迷信的色彩，尽管近代承受过“西方文明”百年史，但祖先创造的灿烂文化并没有没落，它是中华民族持续发展的潜在资源。我们应科学(教学案例，试卷，课件，教案)看待，取其精华，去其糟粕。在丰富多彩的文化表象中，含蓄大度、自然和谐、劝人为善的造物原则就是中华民族文化精神的集中体现。产品设计者首先应当努力发掘本国和民族的优秀文化传统，并充分应用到产品的创新设计中去。同时，由于产品市场的国际化，必须了解产品面对人群所属国家和民族的优秀传统文化。使产品设计更有针对性和创造性。

3产品的人本创新设计。消费者需求是消费者在生理、心理各方面期望得到满足的一种趋向。这种趋向可以引发消费动机，进而产生实际的消费行为，使产品最终实现经济价值。产品人本创新设计，是顺应时展，突出产品的个性化，满足消费者多样化的需求。设计者通过把用户市场进行不同地域及不同用户群体的细分，以及针对细分市场进行用户需求的认真研究，充分挖掘不同用户群体需求的个性特征，设计出满足用户独特需求的新产品。这是产品实行高附加价值的重要手段。现代高技术与电子商务技术的结合，还将为个性化新产品与网络化营销的结合开辟广阔前景。

4产品的人机创新设计。产品人机创新设计有两个目的。(1)研究人·机·环境之间的和谐关系。人机交流是产品的人机界面，充分了解人与产品进行交流互动的操作方式和认知方式，力求人操作产品的安全性和舒适性，并努力提高产品使用效率。通过绿色设计，确保产品符合可持续性发展的要求。(2)通过研究人的形态与反应特征，仿生设计，为产品技术创新设计和人本创新设计提供元素。

二、企业产品创新设计的主要过程

企业产品创新设计的主要过程可以概括产品概念设计、产品方案设计、产品结构设计、产品材料与工艺设计和产品营销设计五大步骤。

1产品概念设计。产品概念没计首要任务是产品调研。产品调研是收集产品创新设计元素的过程，是产品定位(产品概念形成)的必要过程。

产品调研具体内容有消费者需求、产品实用功能，结构、材料与工艺、人机关系、市场信息、艺术造型规律、运输、维护、相关法规，行业标准等。消费者需求调研，是产品人本创新设计重要依据。消费者需求是消费者在生理、心理各方面期望得到满足的一种趋向，是引发消费动机，进而产生实际的消费行为。产品实用功能、结构调研，是对现有产品技术的解构，是产品技术构成创新设计(实用功能设计)的必然过程。产品实用功能调研内容主要是指产品的主要功能、辅助功能，功能的识别、使用、操作难易程度等。要求设计者了解从接触产品到使用、评价整个过程中的消费者感受，以及同类产品的优缺点，以便自己在做设计的同时避免那些已经出现的错误。产品内部结构虽然不能决定产品形态，但是产品内部结构能决定产品形态不能是什么样。一方面，结构影响着产品的实用功能，即使用的舒适性和可靠性;另一方面，在很大程度上影响着生产的工艺性，这里所说的工艺性是指能否用合理的成型方法生产制作所需的形状、尺寸、精度，即工艺的合理性。材料与工艺调研，是产品创新设计物质化的必要手段。一方面，材料是实现产品功能的物质载体，材料的选择恰当与否直接影响产品功能实现的可能性、可靠性和经济性;另一方面，在构成产品造型的形、色、质三大感觉要素中，色彩和质感都与材料有着直接的关系，因此，材料在赋予产品、体现产品的美学和人文价值方面起着同样的关键作用。对现有的生产工艺进行充分的了解，可以为下一步设计当中充分利用生产工艺特点做准备。产品人·机·环境关系分析，是产品人机创新设计确保用户操作安全性和舒适性，确保产品符合可持续性发展的前提。市场信息调查是运用一定的科学(教学案例，试卷，课件，教案)方法收集、整理、分析各类市场信息的过程。作为信息载体的产品。除了承载着固有的物质功能外，还承载着重要的品牌文化，对自身品牌及竞争品牌作全面细致的对比分析，对于进一步掌握市场发展变化的规律和趋势有着重要意义，可以为企业进行市场预测和决策提供可靠的数据和资料，进而帮助企业确立正确的品牌发展战略及产品研发计划。艺术造型规律调研，是对产品自然发展史的文化解构，是产品文化构成创新设计(精神功能设计)的必要参考。运输、维护、相关法规、行业标准等调研，是产品商品化的必要手段。

产品定位，即产品概念设计的定案。产品定位往往不是唯一的，但作为一项设计任务，一个最终的产品却是唯一的。因此，产品定位的台理化决定整个产品工程的成败。产品定位必须遵循实用，经济、美观、舒适安全、绿色、文化认同等美学原则，由企业内部管理人员、设计师、用户代表、营销人员和有关专家组成评审组，对产品调研报告进行公正合理的评判，确保产品的科学(教学案例，试卷，课件，教案)定位;同时指导确定产品创新设计的具体任务书。这部分工作由工业设计师主持，并在产品开发设计的各类人才和消费者代表的通力合作下完成。

2产品方案设计。产品方案设计是按产品定位的既定目标，对产品进行形态设计的过程，其主要任务是产品的功能设计。产品功能包含产品的实用功能和精神功能。产品功能设计具体为产品实用功能设计和产品造型设计。产品实用功能设计是产品技术的重构和创新，主要属于工程设计的范畴;产品造型设计是对产品所有创新元素的集成创新，主要属于艺术设计的范畴。产品创新设计成果最终集中体现在产品的形态中，所以，产品方案设计是产品创新设计必不可少的途径。方案设计是在产品符号科学(教学案例，试卷，课件，教案)编码的基础上，即满足实用功能最基本的结构、机构、材料与工艺、人机关系、价格等因素的制约，按产品语义学和产品语构学规则，对产品最终形态进行艺术编码。方案设计在对产品最终形态进行艺术构思过程中，一方面要正确面对实用功能;另一方面必须遵循该类产品造型规律所昭示的趋势，正确面对特定使用群的文化背景和生活方式等人文艺术因素的制约。该过程中，必要时还需制作草模型(概念模型)，协调理性与感性、视觉与触觉的关系。人机界面设计在不破坏整体造型风格的前提下，须充分满足实用功能、安全、经济、环保、人文识别、企业形象等因素的要求。针对不同产品，创新设计的侧重点有较大的差异。在保证产品合适的实用功能前提下，消费品制造业更注重产品的精神功能，创新设计偏向产品的造型设计，设计追求品味和流行时尚。装备制造业则更注重产品的实用功能，创新设计偏向产品的工程设计，其产品造型设计有别于消费品制造业，主要特征表现在：1.物质功能明确，不刻意追求艺术表现;2.受技术与成本因素制约，造型可变空间小(由于产品批量小，材料以金属板材、型材等为主，加工工艺以铸、锻、焊、铆、折、弯、剪切等冷热工种为主，造型不像塑料制品那么自如);3.由于产品一般体积大、工作强度大，对产品操作的人·机·环境协调性要求很高(尽管我国企业对此仍不太重视)。

方案构思初步阶段，工业设计师一般徒手绘制产品方案。随着方案的深入，工业设计师会用相关CAD/CAM软件在电脑中虚拟产品方案的三维效果，结合草模型进行理性与感性的分析。最终方案一般须制作设计评价模型。设计评价模型制作，视产品具体情况确定。体积较小的产品，采用原型制作方法。原型制作是严格按照既定方案的结构、机构、形态、色彩、材质和标识制作样品的过程。装备制造业产品一般体积较大，常常采用仿真模型制作方法。仿真模型制作是尽量按照既定方案的结构、机构、形态、色彩、材质和标识制作等比缩小样品的过程。由企业内部管理人员、设计师、用户代表、营销人员和有关专家组成的评审组，面对产品最终方案的设计评价模型，围绕产品材料与工艺、人·机·环境、生产成本、精神功能、可持续性等重要因素进行深入细致地科学(教学案例，试卷，课件，教案)评议。方案认定或修正之后，必须绘制精确的外观三视图，作为产品结构设计的出发点。这部分工作由工业设计师全面负责完成。

篇12

【关键词】：工业设计、外观设计、结构设计、模板制作、工业设计与企业

当你清晨从梦中醒来，和煦的阳光照亮着温馨宜人居室，格调高雅的组合家具，造型精巧的吊灯，形态各异的家用电器……，无不都是你享用的工业设计的成果;工业设计的影子无所不在，它可小到精美别致的打火机，大到翱翔太空的宇宙飞船，随时随地都是工业设计的成果。

由此可见，工业设计已成了我们生活中不可缺少的一部分。因此人们对工业设计越来越重视，逐步加强对工业设计的理解，加深对工业设计的研究。“什么是工业设计”就成为大家探讨的一个首要问题。但是至今，仍然没有固定的概念来表达，可以说是众说纷纭。1980年，巴黎国际学术年会权威的论述是，凭借训练、技术知识、经济及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形状、色彩、表面加工以及装饰全新的品质和风格。更有人说“我们在分析、研究产品开发、产品推广、产品质量、产业结构乃至经济发展的时候，实际上也是在评判工业设计”……。

工业设计是一门涉及领域很广的专业，同时也容易受到周边环境的影响，因此生活在不同环境的人，重视点不一样，带来的工业设计概念就不一样。而我也有自己对工业设计的理解。在此就以我在某家设计公司实习两个月，将生产实习与毕业设计相结合而看到的，学习的，理解的来逐步阐述我心中所认识的工业设计。

在实习前，我认为设计公司是一个充满设计创意，比较随意，艺术气味比较重的地方。但一进公司的门，我就被公司的严谨气氛给震撼了。宽敞的环境，井然有序的布置，与我想象中的随意完全不一样。接待室的展板上写着著名工业设计师DYSON的8大制造业生存哲学：

1、没有人会因为画板上的创意而成功！有趣的问题和方案来源于接触世界和细心观察日常生活。与世隔绝或放弃必将无所作为。

2、与生活相关的产品才会有大市场。从现有的产品中找到弱点，虽然改进一个成熟的产品很困难，但在这个产品类别中大有可为，因为市场已经存在了。

3、引进新技术，真正的技术通过专利保护创意，从而削弱盗版与竞争压力。

4、爱迪生原则。工程技术是一种思维方式和工作方法，突破只会源于思考与努力工作。不断测试再测试，只相信自己的眼睛，而不是公式套路。

5、不断革新，对产品的每一个细节进行再思考再改进，让消费者得到最大满足，让自己的产品拥有更多有优势的专利。

6、设计是表现，最重要的是内在，产品好用才会产生美，好的设计在于功能的说服力，但陈旧的外观会失掉市场，设计是为了消费者的产品体验。

7、毅力与判断。成功会比想象的来得慢，幸运需要自己为自己创造，坚忍不拔比聪明更易获得成功青睐。

8、全面控制，不偏离最初的想法会让产品从创意、概念、研发、测试、模型、加工、生产、销售到市场与服务都获得成功。

看到这些，我的心并没有受到很大的震撼，觉得这些感语，对我并没有多大的冲击力。公司的经理告诉我，DYSON的这些话是在长达好几年，不断学习、不断发现、不断的失败成功中总结出来的经验之谈。而我才刚踩在起跑线上，因此还不能由衷的去体会已经跑了一大段路的DYSON和经理的话，不了解他们在比赛路上曾遇到什么样的困难，以及看过什么样的美丽景色。虽然接触工业设计的时间还很短暂，但是在这期间，由于不断的学习、接触新的东西、了解更深层次的概念，回顾以前的我，发现自己对工业设计的想法和了解也随之经历了多次的改变。

大学前，我只是一心想把事物用画笔漂亮的表现在图纸上，还不了解什么是工业设计，只是认为工业设计就是把产品外观画得漂亮一点。于是把精力放在素描的物体造型，用美丽的线条去表现物体，以及捕捉物体与环境那微妙的色彩变化。

大学初期，巩固、加深学习以前的专业基础课，像结构素描、色彩构成、平面构成等，除了这些还多了理论方面的知识，从中浅浅的了解什么是工业设计，在我脑中形成模糊的概念。想法还是停留在设计图表达出来的东西有新意、空前绝后，就是好的设计观念上。改变的是在画物体写生时，开始注意物体的结构线了，即为了更准确的把物体透视表现好，花心思去把一个物体的结构了解透彻，同时掌握用线表达物体的技巧。

大学中期，我才真正接触工业设计，开始初步了解人机工程学、机械制图、模型制作等的概念，认识更多产品设计理论方面的东西，如设计原则（功能、人性化、经济等），对工业设计的理解深入了一些。在专业表现上开始用简单的线条去表现物体，即产品的效果图。而产品的效果图，只靠画笔和图纸是不完整的，必须还要用电脑工具去表达。于是学会用平面软件和三维软件去表达产品。

电脑效果图手绘效果图

带着以前的认识，我还是把产品的外观表现放在第一位，因此，把大部分心思花在电脑的表现效果上，却忽略了模型制作的课程，即忽略了设计创意怎样转为实体这一环节。

大学后期，开始进行了单一化产品设计、产品语意学等课程，接触了更多的设计实践，也更多地注意外观设计所考虑的众多因素，但这些都还是停留在草图和效果图中；产品结构设计的课程让我们开始用ABS塑胶材料制作模型，但没有真正的考虑、研究产品该有的结构，只是用材料拼拼凑凑的把外观表现出来。直到大四，参观了沿海几家设计公司后，我好像突然的被拉到了和以前截然不同的现实中。从参观实习中了解到：各个公司都反映了结构的重要性，一个产品的诞生时间花费较多的就是结构，出问题较多的也是结构，但最后追究责任时，大部分都是外观设计师，因为设计出来的产品结构开不了模。因此在设计公司中结构设计师就占了一大半。这些感受让我非常忧心，因为在大学期间，对产品结构接触的不是很多——应该说是没有把它与产品联系在一起，而是把重点全放在产品好看的表面上了。沿海之行带来的打击很大，因为接触结构方面的知识很少。但那时候的我，由于缺少实践经验，还是觉得产品外观最重要：既然专业名是产品外观设计，只要在产品的线条、颜色、总体造型上多费功夫，其他的由结构设计师、模板制作师去操心，自己只负责将设计清楚的呈现给他们看不就行了吗？

直到进了设计公司，进行真正的实践工作，我的“外观为主”想法才开始改变。

刚去的第一个任务就是根据已经设计好整体造型的电子词典来设计它内部面板造型，以及按键的造型和排列。参考其他电子词典按键排列顺序后，设计了按键外轮廓，并大概的按照间距比例排列起来。后经总监提醒，发现按钮之间的间距是有明确规定的，分别是上下2.2毫米和左右1.6毫米。我想：为什么要把间距体现得那么精确？设计完后交给结构师，让他去想这个问题就好了？！后来才知道，我做的平面图是要直接转换成结构格式交给结构师，然后结构师就按照我做的线条、间距来建模。这样一个小小的按钮设计被翻来覆去的修改，后来终于得到总监的认可。但没想到交给结构设计师后，问题还是没有完全解决。结构师反复的把我叫去，问的可说是以前从没考虑的问题：“表面的凹槽是圆角还是直角”、“这里的凹处深多少”、“按键表面是平的还是有弧度的，要弧度的话，高多少”。完全不知道该怎么回答，最后问了总监才解决了这些问题，其中涉及到的数据全都是零点几毫米。后来设计电子词典的面盖。提供了几十款，被客户选中几个。做模板时，模板制作师还需我考虑配色以喷涂在产品实体上、考虑什么特殊处理效果以及用什么颜色丝印品牌字。

这次设计，让我大概了解了设计公司工作的总流程，也是公司拟定的工作流程：

--方案策划（产品规划的重要阶段）

--效果图绘制（准确表达量产产品时的虚拟真实效果）

--外观模型（为结构设计、开模提供最直观的参考）

--结构设计（为模具加工提供准确可靠的数据，也是对产品设计的完善和规范）

--结构手板（是对造型内之结构的仔细研究，是模具制造前的检验）

--模具注塑（好的模具、注塑工艺是优质产品大批量生产的根本保证）

--喷油丝印（色彩计划的具体实施）

这些程序，缺少任何一个都不行。而且要调节好各个环节之间的关系。

实习给我最大的启示就是一个产品结构的重要性。很多客户与外观设计师讨论争执最多的并不是产品的外形好不好看，而是把矛头指向结构方面的各种问题。

“那以外观为主要学习对象的我们岂不是没有多大的用处？”。其实，一个设计公司起着重要作用的，就是外观设计师。只不过，有一个观念是必须要去转变：不能称自己为外观设计师，而应该是工业设计师。意思就是，从事这个专业不能只停留在漂亮的设计效果图纸上，还要学习掌握结构、材料、生产工艺等，不能做到深刻学习，但得清楚产品设计的全过程。

在设计公司里，工业设计师是必须要从头到尾，一直负责到底的。无论是在做外观设计和结构的时候，还是在做模板的时候，你都要随时与结构师、模具师沟通，监督整个过程，来保证客户所选好的方案，能够准确、实实在在的体现出来。从这点可看出设计不是一个人就能完成的。但是作为工业设计师的你不能把一个产品的结构完全的交给结构设计师做，因为你设计的产品的每一根线条的表现只有你自己最能够体会，而结构设计师只是根据你画的三视平面图来建模，一遇到以弧面为主的设计，他不能够协调面与面之间的关系，不能够把设计师所设计的产品完美的表达出来。所以，一般情况下，工业设计师在设计好产品后，都要用专业模具软件（PRO-E）把产品的外部结构做出来，然后交给结构设计师把内部的结构完善。因此我进了公司后，就被要求把PRO-E学好。

一段时间的实习实践为之后的数码相机设计（毕业设计，同时也是为XX公司做的一个设计项目）打下了基础。一听到数码相机，在我脑海中就闪过像尼康、奥林巴斯、索尼、佳能、富士等几个高档的数码相机的造型。

市场数码相机产品

但是一听到经理的说明，我就开始纳闷了。原来这个客户要生产的是市场销售价仅一百多元的数码相机。想一想，如今市场上的数码相机，都是价值几千元的，廉价的产品有市场吗？带着问题我开始从各方面进行调查。

长久以来，很多消费者一直认为数码相机的像素是评价数码相机档次的最重要指标，因此高像素的数码相机一直占据着市场的主流地位。然而，由于高像素数码相机的价格一直居高不下，因此在很大程度上抑制了数码相机在家庭用户中的普及，目前中国城市家庭拥有数码相机的比例只有0.83%。这主要是因为应用环境还不成熟：价格与规格的壁垒导致数码相机的普及困难。如今国内数码相机市场的主流产品都是300～500万像素的数码相机，而普通消费者的需求并没有达到专业级别。今年开始，由于普通消费者对数码相机的需求节节攀升，国内外众多厂商纷纷推出了低价格、低像素的数码相机。因此，当一批廉价的数码相机出现在市场上时，便迅速得到用户的青睐。XX公司就是看中了这一点，才大量生产廉价的数码相机。由此可见，廉价的数码相机是有市场的。这样，我明确了设计的方向。

这次设计不是想怎样就怎样的，因为XX公司提出了多个要求：产品大小都规定在900mm*600mm之间，厚度在30mm内；材质方面，不能用铝合金等高成本材料；功能简单，满足拍照就行，不带闪光灯，附加LCD数字液晶显示，尺寸在13mm*13mm之间，用AAA两节电池供电，内部有图片内存件，用USB接口导出；结构方面，尽量做到成型工艺简单，且时尚。总体来说就是——成本低且时尚。

为了设计好产品，我到各个商场进行数码相机外观调查。大小方面，现在的数码相机都趋向小巧化，大小就和XX公司所规定的大小差不多；材质方面，市场上大部分的数码相机都采用铝合金，由于其成本太高，在这次设计中不被采用；功能是市场上数码相机的主要卖点，里面的都采用高科技的元件，特别是镜头；结构方面，市场上的结构都是很简单的，重点都放在了材质（铝合金等）的处理上，大部分结构都采用一般常见的方体设计，因为铝合金等高档材料成型工艺成本很高，而且塑造有一定的局限；在颜色方面，大部分都采用白、灰、银等流行色彩，体现金属质感。廉价的数码相机要做到功能简单、材质便宜且易成型，其中材质是考虑的重点。近几年来，塑胶材料受到设计家的青睐，最重要的因素是它不但成本低，造型工艺简单且塑造性强，而且在设计中加以特殊处理，并采用最新流行色彩，能创造出独特的美感，使原本低价塑胶产品的附加值大为提高。因此塑胶是这次设计的主要“角色”。定下大概的方向后，就开始草图的绘制了。客户要五个方案，为了让客户满意，我从三个方面下手，设计三种类型的产品来让客户进行选择。定位上分为方体改良式设计、造型创意设计和使用方式设计。

--方体改良式设计

纵观市场的数码相机产品，大部分都是方体设计，简单且时尚。而它的时尚体现点就是铝合金材质。铝合金经过拉丝等处理后，体现金属那种光泽和硬度，就像钻石一样耀眼夺目。而在结构方面考虑到铝合金的成型工艺，所以不能做复杂的结构，这就是为什么大部分相机的造型都是方体的原因。而我的材质是以塑胶为主，所以造型和结构都可以灵活、复杂一点,多体现些层次感，以设计出与市场不同的方体造型。但是不能像市场上的那些数码相机一样，周围线条都是直的、硬的、面与面都成直角的，要运用些弧面来增添时尚。如果想要有像铝合金那样的光泽，那就用金属色来达到其效果。还可以运用亚加力透明材质，来达到独特的效果：在亚加力材质底部进行挖槽、蚀纹等处理，再在底面喷实色，会有透明的光泽度，颜色会显得特别柔和。

--造型创意设计

市场上的以铝合金为材质的数码相机是因为受到材质的约束，而且产品体积又很小，因此不能做到大的、复杂的曲面造型。由于材质的缘故，就可以设计出造型特别、有新意的产品。这一类主要用弧线弧面来设计，外形适度的夸张。在成型工艺上与上面的方体改良设计一样。

--使用方式设计

以往的数码相机都是方体造型，所以快门键都是设在长方体的顶部，称为竖式，这个当然是掌握平衡的最佳位置。为了体现新意，所以就从这个使用方式来下手，以打破这个常规。我想到的有横式、侧式、笔式。但是要注意的一点是，要从人性方面去考虑，不能盲目的追求新意，而忽略了产品的实用性。

以上三种设计思路都必须要充分考虑结构问题，一定要想清楚是否能够开模、是否能批量化生产，否则是不会被客户接受的。

这些设计构想真的有别于大学时期的设计想法。在学校时，没有受到大小、材质、功能、结构的限制，根据自己的设计理念来进行设计，尽量展开自己的创造思维，越独特、越有新意就越好，没有想过结构方面的问题，是否能够做出来，更不管是否能够被市场接受。不过这并不是意味大学里的设计思维不对，这个就是大学与社会的不同处。要知道这个可是改良设计。从这次生产实习与毕业设计相结合中，发现我的设计思路比以前清晰得多,考虑的东西也比以前多，像材质、结构、以及成本。其中大部分企业最重视的就是成本。因此单单看产品的工业设计是不够的，还要与市场、企业紧密相联。这种认识使我的设计思路逐渐现实化，也更接近市场产品的总体要求。

总的来说这次实习让我学习了很多的东西，但是心中的问题和想法也多了很多。特别是对于工业设计这个词的概念。工业设计的概念正被越来越多的人所接受，学校把它看作有发展前途的新兴专业，企业依靠它开发产品和促进销售，老百姓通过琳琅满目的新产品憧憬着富裕而美好的生活。在大学里就知道工业设计涉及的领域特别的广，工业设计的核心领域是产品设计。工业设计师从社会、经济、技术、艺术等多种角度，对批量生产的工业产品的功能、材料、构造、形态、色彩、表面处理、装饰等要素进行综合性设计，创造出能够满足人们不断增长的物质需求和精神需求的新产品。工业设计的长远意义还在于对人工事物应当如何存在的深层思考，并协调处理人—产品—环境—社会的关系，对形成可持续发展的人类生活环境、融合全球文化和地方文化、技术文化和人文文化的生活方式产生积极的影响。

但是在实习的这段时间，我发现现在所从事的只是产品外观设计，与真正的工业设计差了很多。经理对我们说这是由中国的国情所决定的。工业设计是一种最新智力资源，就如计算机软件一样，它是产品和企业管理各个方面的系统软件，发达国家对工业设计的作用深有体会，已将这种智力产品商品化。如美国青蛙公司为宏基电脑做了一次工业设计，收取设计费200万美元。工业设计在我国仍处在理论和实践的探索阶段，设计公司为企业产品进行设计定位后得不到承认的现象还普遍存在，尤其在北方更为严重。设计的价值得不到企业与社会的承认，必然会阻碍工业设计实务机构迅速成长，难以建立为企业及社会公共事业开展工业设计的社会服务系统。有些企业虽然逐渐开始自觉引入工业设计，然而工业设计所具有的巨大推动力还远没有发挥出来，企业虽然引入了工业设计，却把它仅仅当作设计人员和技术人员的事，各方面人员和科室以互为独立的状态开展工作，距离管理层、决策层甚远。影响工业设计进一步推广的另一个重要原因是人们对工业设计范畴的理解存在着不同，相当一些人，仍认为工业设计仅仅指产品设计，把平面设计、环境设计或广告设计等排除在外。实际上目前真正以产品设计为主的设计机构却又寥寥无几，大量的设计机构在从事上述工作，这些机构以分散的形式存在于社会当中，缺少行业组织，相互之间缺乏交流，无法形成合力，这也导致了工业设计无法发挥其巨大的作用，没有体现其真正的价值。这些就是中国工业设计所面临的问题。我想真正到了工业设计发展到一定阶段的时候，我们会直接和企业的技术人员合作进行产品从头到尾的开发、设计和生产，形成真正、实在、密切的为企业服务的队伍，才能使工业设计形成一定的整体实力。

只有开始真正实践或工作后才能深刻体会工业设计的精髓。有资料表示工业设计人才的要求有：1.创造性的解决问题；2.2-D概念草图；3.口头及书面的表达；4.材料与工艺；5.计算机辅助工业设计；6.多学科的交流；7.概念模型制作；8.企业实习；9.设计理论；10.平面设计；11.数理知识.；12.工程技术；13.认知与消费心理；14.研究与信息处理；15.市场营销实践；16.艺术与设计史；17.艺术与人文学；18.计算机辅助工程设计；19.人体测量与作业分析；20.全尺寸模型制作；21.工作样机制作；22.展示样机制作；23.机械制图术；24.计算机生成图象。这些要求中前十项被认为是非常重要的，而且也是在大学里都要学习的，因此一定要把大学的专业基础知识学好。因为实习公司的经理曾说过一句话：“毕业生刚来肯定还有不足的地方，但是只要去学习就没问题，但如果还要在这里‘补课’，那就说不过去了。”这即是要求毕业生不要有“到时候再学”的想法。

我们这一代属于工业设计的开拓者，艰苦奋斗将是长期的。但是好的事物总是要经历多种磨难才会露出锋芒，因此要吃苦耐劳，坚定自己的信心，相信中国的工业设计会成为推进中国乃至世界经济的强大支柱，会变成最有前途、最有价值的专业之一。

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【参考文献】

（1）《工业设计史》何人可编著北京理工大学出版社