产品结构设计理论范文1
连接结构问题时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。
（三个品牌的四款手机在屏幕和键盘之间采用了不同的连接结构方式，使得这四款手机出现了不同的造型和使用方式。）
一，相关名词解释
“连接”在光明日报出版的《辞海》中的解释是：“（1），相互衔接，相连；（2），使相连。”从中我们可以看出连接可以是两个物体相互衔接，也可以是使两个物体相连。“结构”在《现代汉语规范辞典》中的解释是：“构成事物整体的各个部分及其搭配，组合的方式;建筑上受力的构件。”在平常生活中，有很多连接现象。电视与遥控器之间的可以是连接，电话可以把异地的亲人朋友连接起来，整个地球可以被网络连接在几台电脑前……从产品设计的角度，可以将“连接”解释为部件之间的衔接方式。“结构”也可以从功能、位置、材料等角度分为支撑结构、折叠结构、箱体结构等。在这里，我们要研究的连接结构是产品造型中的连接结构。
二，连接结构的分类
按照不同的分类标准，连接结构可以分为不同的形式。按照不同的连接原理，可以分为机械连接结构、粘接和焊接三种连接方式；按照结构的功能和部件的活动空间，可以分为动连接和静连接结构。如下面二图所示。
三，从产品形态的角度分析产品设计中动连接结构和静连接结构的应用
产品设计是技术与艺术相结合的产物。缺少了技术支撑，产品华而不实，是一种空想；如果只是偏向技术，则又失去了工业设计的特色。当前的一些相关书籍中，对连接问题的研究是比较成熟的。在横向上对各种连接结构方式，在纵向上对某一类材料比如塑料或金属等的连接方式都作了比较详尽的介绍。但是他们的研究是偏向于对机械设计和工程设计方面的介绍。从产品设计的角度对连接结构的研究则很少。因此，如果从产品形态的角度对连接方式进行分析总结，对各种连接结构的特点，应用角度进行归纳，那对设计师进行产品造型是非常有参考作用的。在对现有产品进行归纳总结之后，我们把动连接中的经常出现的现象归纳为：移动、铰接、风箱形；对静连接结构中经常出现的现象归纳为组装、手风琴、夹、锁扣、插接、榫接等。下面分别对它们进行分析介绍。
3.1动连接在设计中的应用分析
3.1.1移动
种类：移动连接结构
原理：构件沿着一条固定轨道运动。轨道可以是空间或者平面曲线。最常用的轨迹是直线。
侧重点：移动的可靠性、滑动阻力的设置，运动精度的确定。
应用范围：抽屉、滑盖手机、滑动锯和拉杆天线的伸缩结构等
设计实例分析：
产品名称：Chocolate滑盖手机
制造商：韩国LG公司
分析：Chocolate手机的屏幕和键盘之间采用了移动连接结构。针对这种款式的特点。滑盖上的按键采用新式电容触控式感应器，以类似iPod的触控方式，使得手机按键不仅可以获得完全与众不同的按键使用感受，而且更可免去了一般使用者觉得按键触感不佳的问题。在实际使用中，滑盖上的9个按键全部采用人体红外感应，没有按键触感，只需用手指遮挡相应功能键的红色灯即可操作，富有未来科技感。滑盖上新的按键形式的设计正是针对移动连接结构而采取的应对典范。
产品名称：BenQE510数码相机
制造商：明基公司
undefined
分析：该款相机的一个亮点是采用了“宾得镜头”。“宾得”拥有独特的滑动式镜头设计，伸缩镜头的优点是成像有保证，崎变相对来说也较小。在不损失成像质量的情况下有效减小机身厚度由于使用了滑动镜头技术，所以镜头缩回机身之后的厚度明显减小。镜头伸出后的长度，超出了机身的厚度。
产品名称：“Criket”塑料瓶子压扁器
设计师：朱丽安.布朗（英国）
制造商：RexiteS.p.A.，Cusago（MI），Italy
分析：这是一款高科技下制作的低技术工具。塑料瓶子压扁器基本上由两个部分（顶部和基座）组成的。用法是把空塑料瓶子放在基座上，用脚向下踩压扁器上部的滑块，使其沿着钢管向下滑动，并且靠金属管顶部的塑料把手稳住自己。瓶子压扁后，垃圾容量可以大大减少。很明显，这又是一个应用滑动连接结构的优秀设计。简洁的外形设计，使用的简单，滑动连接结构的巧妙运用，使得我们为自己是一位设计师而骄傲。
产品名称：“受伤的锡盖”可调节桌
设计师：朱纳斯.林德沃尔（瑞典）
分析：此款桌子选材简单——金属与木材。座在桌旁的人用膝盖即可通过一个螺钉结构使桌面旋转为一个需要的高度。很像有的办公室里的可调节座椅。桌子的支撑杆以螺纹式移动轨道实现桌面和支撑角的连接并起到调节高度的作用。
产品名称：“Loto”落地灯和台灯
设计师：古利艾尔莫.伯奇西（意大利）
分析：由两种不同的卵形聚碳酸酯塑料片与上下两个塑料套环相连接，构成一个灯罩。灯罩的形态可以随着塑料套环在灯杆中的上下移动而改变。这种可变的结构。市传统落地灯的结构与富于想象力的灯罩的有机结合。移动导轨的功能除了使灯具的高低变化之外，还可以使灯罩的外形也随之改变，这真是有趣之极。这也是各种连接结构综合应用的结果。
3.1.2铰接
种类：转动连接结构
原理：一般来说，用铰链把两个物体连接起来叫铰接。这是一种常用的机械工业结合方式。常用于连接转动的装置。以使门、盖或其它摆动部件可以借以转动。传统的铰链由两个或多个移动的金属片构成。现代的铰链由可以重复弯曲的单一塑料片制成。
侧重点：转动轴的相关结构设计。
应用范围：汽车门的铰链、大铁门、脚蹬子车轮等等
设计实例分析：
产品名称：“苍鹭”台灯
设计师：IsaoHosoe（日本）
制造商：LuxoItalianaS.p.A..,Presezzo（Bergamo），Italy
分析：这款仿生设计从1994年投产到现在一直很受人喜欢。实在难能可贵。大家对这个设计已经十分熟悉了，现在从连接结构的角度分析这款灯具。它的成功是设计师和工厂的技术人员一起努力的成果。这盏灯最为独特的特点就是虽然高度发生变化，但灯头始终和桌面平行，而这一点恰恰就是因为应用了平行四边形机构。如果产品设计师对这些基本的机构概不了解或者没有铰链连结结构，这些优秀的作品恐怕就不会产生。
产品名称：索爱SO505i手机
制造商：索尼爱立信移动通信公司
分析：由索尼爱立信移动通信公司生产的SO505i手机配置130万有效像素。采用了不同于原折叠式手机的独特旋转结构——侧旋式设计。不再像过去那样把液晶部分折叠过来，而是以飞梭旋钮部位为轴，通过将电话按键部分自右向左旋转180度，把机身收起来。即使在折叠状态下，液晶显示屏也显露在外面，最适于欣赏待机画面。另外，由于配备了包括飞梭旋钮在内的基本操作按钮，因此在折叠状态下也能够阅读邮件，或者通话。
产品名称：“斯开朗迪罗”桌/多层搁架
产品结构设计理论范文2
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。
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。
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［11］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。
2、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。
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。
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。
4、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。
5、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。
产品结构设计理论范文3
【关键词】 机械产品 现代设计 计算机
1 现代设计理念概述
所谓设计就是根据一定的设计目的和产品应用要求，借助一定媒体将软性思维转化为相关产品信息、产品模型的过程。因此，机械产品的设计必须具有目的性、结构性和严谨性，而现代设计是基于提高设计速度和设计水平为出发点，将智能化和自动化充分运用于产品设计与研发当中的一种设计方法。因此，机械产品现代设计理念的特点就是智能化和自动化。在上世纪80年代以前，我国在设计领域中的一些设计技术、设计方法、设计理念相比国际上相对落后，对于一些先进科学技术的应用知之甚少，而为了强调设计技术的变革，通常把我国过去常用的设计称为传统设计，而把国际上兴起的新兴设计技术称为现代设计。经济的快速发展必然要求生产效率的提高，而生产效率的提高必须要将新兴科学技术充分运用于生产领域中，因此机械产品功能的多样性、机械产品结构的复杂性、机械产品使用寿命的长期性必然会给机械设计提出时代课题。随着科学技术的高速发展，在产品设计绘图、加工制造等方面的研究已经取得了一定的成果，但计算机在产品初期设计中的应用却少之又少，因此计算机在设计中的应用是机械产品现代设计方法的必然选择。
2 机械产品现代设计方法类型
2.1 系统化设计方法
所谓系统就是整体与部分之间相互联系、密不可分的一种构成方式。同时，每个组成部分又具有独立性，每个组成部分发挥的作用也不尽相同，这些不同的作用对于整体而言又是必不可少的，正是由于不同元素之间的相互作用，才维持了整体作用的持续发挥。系统化设计方法正是对系统原理的充分体现，系统化设计方法理论源于德国学者Pahl和Beitz教授，我国多学着在设计实践中充分借鉴西方国家设计理念，同时根据我国实际情况对系统化设计理论不断进行深化，一是从产品开发过程的宏观性为出发点，根据用户需求，利用质量功能布置法，以产品开发阶段技术要求为目标，系统地将客户需求转化为实际产品功能。二是借助生命系统理论将产品视作为层次分明的生命系统，在产品设计过程中进行层次上的划分，以达到产品功能结构的系统性。设计就本质来说是产品要求和设计者自身思想的有效结合，因此不同设计者对待同一产品会有不同的角度和思路，总的来说，具有代表性的系统化设计方法主要包括设计元素法、图形建模法、“构思”―“设计”法、矩阵设计法、键合图法等等。
2.2 结构模块化设计方法
结构模块化设计方法是从规划产品的角度出发而提出的，而这种方法的设计任务又是以产品结构为基础，利用产品通用零部件来确定设计任务，同时在分解设计任务时就要充分考虑好不同零部件之间存在的作用冲突，解决好矛盾，同时还要及早预测生产能力和费用，由此来提高设计效率，从而降低产品研发成本。设计任务的功能化产品结构共分为四层：产品―功能组成―主要功能组件―功能元件。为了更好地评价专用机械设计和更有效地规避制造风险，在专用机械设计中采用功能化的产品结构将充分发挥优势作用。
2.3 基于产品特征知识的设计方法
利用计算机的语言识别功能来描述产品特征及相关专家的知识经验是基于产品特征知识设计方法的主要特点，这种方法实际上是利用知识库和推理机及已储存领域知识来实现计算机辅助产品的方案设计。产品特征是机械系统方案设计的主要依据，而设计领域相关专家的知识和经验又是对机械系统特征的规律性把握，基于产品特征知识的设计就是利用这两个方面来进行推量和决策，从而来完成机构的型、数综合。而知识的自动获取、表达、集成、协调管理和使用，又是实现这一阶段计算机辅助设计的必然前提。综观国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化获取的研究，采用的方法主要包括：编码法、知识的混合型表达法、利用基于知识的开发工具、设计目录法、基于实例的方法这五种。
2.4 智能化设计方法
根据设计方法学理论，借助三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体工具来进行产品开发设计是智能化设计方法的主要特点。数学系统理论和系统工程理论是智能化设计方法的理论支柱，在利用这两个理论时，充分利用产品设计技术和系统开发方法学研制出与产品设计初期相适应的多媒体开发系统软件是智能化设计方法的基本原理。
3 结语
机械产品的系统化设计方法、结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、智能化设计方法是机械现代化设计的主要内容，而这四者之间又有着密切的联系。在信息化的时代背景下，科学技术飞速发展带来了机械产品功能与结构的深刻变革，但机械产品功能与结构的变革与机械设计的发展却并不同步，机械产品方案的设计手段显得力不从心，跟不上时展的需要。由于这四者之间密切的联系，要想有效的实现机械化设计的现代化，还必须对这四种方法进行综合运用。而计算机辅助功能在机械设计领域的运用也必然会带来新技术、新方法、原理的大量涌现。因此，在机械现代化设计中必须将计算机功能充分运用其中，因为计算机的运用本身就是信息化、智能化的一个重要标志，计算机在机械设计中的应用也必然会在很大程度上提高设计水水平、加快设计速度。所以机械现代化设计是机械设计的必然发展趋势。机械产品作为生产领域的重要生产工具，它的变革往往会带来整个生产领域的变革，从而带动经济的发展，而机械设计已经从传统走向了现代，这是思想变革和技术变革的有效结合，为了实现我国机械设计的现代化，必须完善创新机制，加大科研投资力度，培养机械设计人才队伍，只有通过技术创新才能够保证我国机械设计能够步入世界先进行列。
参考文献：
产品结构设计理论范文4
关键词：产品创新 产品设计 产业结构升级
产业结构是指一个国家国民经济系统中各个产业之间比例关系和相互联系的形式，而所谓产业结构的升级则是指三次产业之间和每次产业内部从既有的均衡与协调出发通过技术进步、产业和产品创新，形成从量到质的突破，从而实现新的均衡与协调。探讨现阶段产品创新发展如何推进产业结构升级，借鉴有益经验，因势利导地加快我国产业结构的调整和升级，有效地提升我国产业结构的级次与整体素质，可为实现经济目标打下坚实的物质基础。
产品创新和产品设计创新
产品创新指的是将新产品的构思或生产程序首先作为商业用途。产品创新的角度，其主要的目的自然希望借由创新带来有形的价值。一方面培植自己的发展实力，另一方面又有丰富的利润，以维持事业本身的营运。本文中所谓的产品是包含产品的创新、实现至使用的整个概念，也即经济学所谓狭义商品的定义。
产品设计创新是基于现代设计理论和方法，应用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和款式（造型色彩）、提高产品的功能、缩短产品开发周期为目的的一切设计技术的总称。产品创新理论、方法与工具技术研究的宗旨是从产品的工作特性和功能目标出发，在特定技术、经济和社会等具体条件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使其在技术及经济上达到最佳水平。该技术鼓励设计人员，从原来固有的常规设计模式中跳出来，用新观点、新原理、新方法来设计新产品。在发明了新产品后，在技术领先的有利条件下，将该技术领域扩展，并形成此方面的技术优势。换句话说，设计的目的在于增进产品在技术上新的操作功能及整体品质。整体品质包含产品外观、表面处理、信赖度等，它融入在整个产品创新的程序中。这说明了产品创新也等于技术创新，也是设计创新。
产品创新设计不是形而上学的空谈设计，也不应该是盲目的改造或创新，它是要真正解决问题，满足用户需求和期望值的创造。设计创新需要依赖于设计者高瞻远瞩的眼光，通过运用独特的思维和集体智慧，独具慧眼，分析潜在需求，科学地预测未来市场需求和趋势，充分发挥设计者的创新能力，以前瞻性和独创性的产品，创造和开发新的市场空间。
产品创新发展对产业结构升级的作用机制
产业结构升级（如图1）主要是指产业结构的改善和产业素质与效率的提高；同时也是产业由低层次向高层次的转换过程。产业结构升级不但包括产业总量的增长，而且包括产业结构向高层次、合理化方向发展。
伴随着经济全球化的发展，世界产业结构调整的加快，各国都积极地进行产业结构调整，力争占据有利地位。产业结构的优化升级就是要通过产业结构的调整，改造劳动密集型产业，扩张和强化资本或技术密集型产业，发展知识密集型产业。具体来说，就是要求企业重视产品创新发展，包括产品技术创新和产品设计创新，从而提高产业素质和效率，进而达到推动产业升级的目的。企业应该增强设计开发新产品的能力，同时积极进行品牌建设，提高产品的技术含量和附加值，提高产品差异性，实现从量的扩张向质的提高的转变，以企业的产品创新来带动有层次差异的产业结构的形成。
产品创新是企业领先的重要保证，我国企业只有创新才能在世界领域占有一席之地。创新实际上就是个性化的体现，是差别化设计的过程。只有提高创新能力，在技术上取得重大突破，保有自己的核心技术优势；生产、制造出别的国家所没有的产品，并且是别人难以模仿的产品，提高核心竞争力，企业才能永葆生机，产业结构才能优化升级。
产品创新主要通过刺激社会需求，改变劳动力分工结构，造成市场贸易格局差别化等方面，从而促使产业结构改变、升级（如图2）。
（一）社会需求
产业存在的基础是社会需求，而需求结构却受到产品创新的影响和制约。产品创新和社会需求结构之间也存在着很强的互动关系，需求结构的变化也对产品创新的进一步发展起到一定程度的反作用。日本新力的新产品开发研究指出，一个新产品研发的成功可以归因于市场需求与技术发展的密切配合。有了需求，产业发展才有方向和目标。可是如果没有技术创新作支撑，没有设计创新作先导，需求结构对产业结构的影响将是极其缓慢的。
人们对产品的期望是无穷尽的，然而能否实现这些产品就是企业发展的优势所在。设计创新提供了无限的创意，技术创新将这些概念一实现；而且一旦科学技术上有重大突破，就会极大刺激新需求。可见，产品创新发展直接促使技术水平的提高。产品创新通过降低成本，扩大市场，推动需求来促进产业结构升级。产品创新还将带来投资需求结构的改变，促进产业结构变动，优化资源配置。
（二）劳动就业
劳动力就业结构是产业结构的一种表现形式，就业结构也是技术创新和产品创新作用于产业结构的一个媒介和传导。产品创新是劳动就业结构改变的前提条件之一。因为技术创新带来科学的进步，技术的成熟，促进劳动分工不断细化和生产专业化，脑力和体力劳动的比例也发生了变化，劳动生产率得到大幅度提高。分工细化能够使员工最大限度地发挥自己的才能，劳动力的科学合理配置直接促进了企业管理水平的发展。产品创新发展正是通过改变劳动就业结构和产业结构，优化生产要素的组合，改善企业运作效率，从而促使产业结构得到升级。
（三）市场贸易
技术差距理论和产品生命周期理论从不同的角度阐明了技术进步的作用。技术的差异造成市场贸易的差异，这也成为比较各国、各地区优势的决定性因素。因此，市场贸易的差异归根结底还是技术和结构的差异，通过对贸易结构的改善可以提高产业结构升级的进度。
产品创新通过增强企业竞争力，进而影响市场贸易结构。市场竞争力一般取决于成本、品质、附加值和品牌等几个因素，技术直接影响产品成本的高低与品质的优劣，设计则对产品附加值和品牌起着重要作用。这些因素中的任何一个都离不开产品创新，并体现了产品创新的能力。市场贸易的竞争核心很大程度上取决于技术竞争，技术竞争的高标准、高要求推动着技术创新，而技术存在和发展的前提就是必须优先保证产品质量。
产品创新发展通过社会需求、劳动就业和市场贸易这三个方面，直接或间接地作用于产业素质和效率，优化生产要素的组合，提高技术水平、管理水平和产品质量；进而促使产业结构调整，社会资源的有效利用与优化配置，最终达到产业结构升级。
产品结构设计理论范文5
关键词:创新设计;设计方法;产品设计
创新设计是 现代 产品设计理论的重要内容之一｡随着知识 经济 时代的到来,社会的进步与经济的发展更加依赖于人类的创新实践活动｡开展创新设计的研究对于建设创新型国家有重要意义｡
1 创新的内涵
20世纪初,全球社会生产力的发展中只有5%是依靠技术创新取得的,而现在发达国家中的40%是依靠技术创新取得的｡
美籍奥裔经济学家熊彼特(joseph a. schumpeter)于1912年在其著作《经济发展理论》中将“创新”作为一个经济学概念首次提出｡
熊彼特认为创新是发明的第一次商品化,也就是说,把发明引入生产体系并为商业化生产服务的过程就是创新,它意味着建立新的生产函数或供应函数,是在生产体系中引进一种生产要素和生产条件的新的组合｡
而发明实际上就是一个产品创新的过程,其关键是设计的创新,设计创新是实现产品创新的根本基础｡因此,创新设计的重要性就显而易见了｡
创新设计是一种创造性的智力活动,是设计者充分发挥自己的创造力,利用人类已有的 科学 技术成果,进行创新构思,应用新技术､新原理､新方法进行产品分析和设计的过程｡
2 创新方法的发展
创新是一个及其复杂的过程,人类对创新本质的认识与研究还远远达不到科学的层次｡但是众多创新学者,经数十年的研究发现,科学技术的发明创造有一定的 规律 可循,他们大多是以原则､诀窍､思路形式指导人们克服心理和思维的障碍,改善思维的灵活性的过程｡
自20世纪30年代至80年代,世界上出现了300多种创新技法,10多种创造原理｡这些创新技法,各自从不同的角度､在一定程度上突破了制约创新的相关因素的限制｡
所谓创新技法就是在创造心理､创造性思维方法和认识规律基础上的技巧｡这些创新技法不存在科学的逻辑关系,大多数目前在理论上处于“初生期”,还远远未达到纯粹的科学水平｡
从思维的角度,创新是人类驾驭形象思维与逻辑思维､发散思维与收敛思维的过程｡
经过数十年的发展,在掌握已有创新技法的基础上,结合认知科学､人工智能､设计方法学､科学技术 哲学 等前沿学科,创新设计方法已成为一门独立且有待于开发的新的设计技术和方法｡
创新设计方法的发展历程如图1所示｡
最初的创新研究侧重于人的创造性思维,总结出一些具有指导意义的规律,形成各种创新技法,如:头脑风暴法､联想法､类比法､侧向思考､仿生法等｡
后来,创新方法的研究开始注重以知识(专利)为基础,通过对专利的分析与研究,总结创造活动所遵循的创新原理,该阶段的典型创新方法是triz理论｡
随着 计算 机技术的发展,创新方法的研究也出现新的趋势,在现阶段,各种成熟的创新设计方法开始集成化研究与应用,并与计算机(包括 网络 )技术相结合,形成计算机辅助创新(cai: computer aided innovation)技术,如:qfd､可靠性设计､网络协同创新技术､有限元分析等各种成熟的技术和方法开始融入到创新设计过程中｡
3 机械产品创新设计的研究
机械产品创新设计的研究对于提高机械产品的设计水平､提高产品的竞争力有着重大的意义,受到世界各个国家的普遍重视｡
机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类己有的相关 科学 技术成果(含理论､方法､技术原理等),进行创新构思,应用新技术､新原理､新方法进行产品的分析和设计,设计出具有新颖性､创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动｡
一般来说,创新设计包括全新设计和适应型创新设计两类｡
需要指出的是,创新设计和概念设计并不是同一个概念,概念设计的核心是进行设计创新,而创新设计并不尽限于概念设计阶段｡在产品设计的各个阶段均有创新设计的问题,但是最主要的是在概念设计阶段进行创新｡
国内外学者针对机械产品创新设计,分别从设计的本质､设计的过程以及设计的方法等不同方面,做了大量的研究工作｡
创新设计理论和方法的研究现状见表1｡
4 机械产品创新设计存在的问题及展望
通过上述 文献 的研究可以看出,尽管人们从不同角度对创新设计进行了数十年的研究,取得了一些成果,但是产品创新设计过程中还有一些问题仍没有解决,成为今后研究的重点｡
(1)创新设计本质过程的研究这实际上也是对设计的创新本质的认识｡尽管人们从思维方法､设计手段等多方面对创新问题进行探索,现在对创新的实质过程仍没有一个统一的､深层次的认识,无法形成一个完整的理论去指导创新实践｡在这方面我们仍需要做大量的工作｡
(2)创新设计中知识的表达与应用首先,产品创新过程涉及多学科､多种技术,如何将设计知识组织管理,满足设计主体对知识的需求是今后的研究重点｡其次,为创新设计过程建立科学的产品模型,结合 现代 cad技术,支持创新方案的快速表达,对于提高设计效率有重要意义｡
(3)设计理论研究与设计工具开发存在严重脱节人们对于设计理论及创新问题进行了大量研究,但是理论研究与设计工具,特别是产品的结构设计工具存在严重的脱节｡一方面某些机械结构设计理论和方法的研究较少考虑 计算 机实现的问题;另一方面设计工具开发时,又没有适合计算机进行的结构设计自动化和智能化理论｡需要深入研究机械产品设计中功——构映射的本质 规律 ｡
(4)创新设计过程的集成化技术研究创新设计过程的集成化技术的重点在于概念设计的集成化实现,主要是指产品的原理方案创新与结构方案创新的集成｡现有的设计理论或设计工具多是从不同的角度,考虑某阶段的创新实现问题,如:techoptimizer可以辅助实现产品原理方案的创新,但需要其他cad系统完成结构的设计工作;一些大型的cad/cae/cam商品化软件,如:ug､pro/e等均开发出了支持概念设计的 工业 设计模块或草图设计模块,但是这些模块基本上仍是计算机辅助绘图的工具,几乎不支持原理方案的创新｡缺乏统一的创新设计理论指导创新设计过程,是造成原理方案创新与结构方案创新的集成度低的主要原因｡
产品结构设计理论范文6
130504产品设计专业：招收60名
本专业培养适应我国当前及未来社会发展需要，具有扎实的设计学基础理论及产品造型能力、良好的职业技能和素质、深厚的设计文化素养及宽广的设计技术基础，能在企事业单位、专业设计公司从事以产品创新、创意为重点的设计、管理、科研或教学工作，也能从事与产品设计相关的视觉传达设计、信息设计、环境设施设计或展示设计工作，成为基础理论实、专业口径宽、工程能力强、综合素质高，具有国际视野和创新精神的应用型高级专门人才。
根据产品设计专业的学科特征，本专业的培养要求主要体现在以下在三个层面上：
1、在能力结构方面，要求学生应具有一定的设计创新思维意识，初步具备综合运用所学知识，分析和解决工业产品造型设计过程中遇到的研究、开发、设计等方面问题的能力；要求学生具有准确、清晰、形象表达设计思想和设计意图的技能，能熟练操作各种设计表现技法和计算机图像及三维成型技术等；要求学生熟悉产品设计程序与方法，能综合把握产品的功能、材料、结构、外观、加工工艺、内部机构、市场需求等诸要素，在此基础上进行合理的产品改进性设计和开放性设计。
2、在素质结构方面，要求具有良好的政治素质、思想素质、道德品质，以及法制意识、诚信意识、团体合作意识；在文化素质上具有较好的中国传统文化素养、文学艺术修养，并具有现代意识、人际交往意识；身心健康。
3、在知识结构方面，要求除本专业确定的学科基础知识和专业能力外，同时具有一定的外语、计算机及信息技术应用、文献检索、论文写作等方面的工具性知识，以及文学艺术、历史、哲学、心理学等方面的人文社科知识。
核心课程：设计素描、平面构成、色彩构成、立体构成、设计表现、工艺美术史工艺美术史工艺、美学与艺术欣赏、工业设计史论、计算机辅助设计、产品结构设计、产品造型设计、产品设计方法学、产品设计调查与策划、人机工程设计、产品语义设计、产品创新设计、产品包装装潢设计、产品模型制作、生产实习、毕业设计等。
修业年限：四年。
学位授予：艺术学学士。
就业去向：学生毕业主要在产品制造企业、文化事业单位、产品开发研究单位、专业设计公司从事以产品创新设计和产品造型设计为重点的设计、管理、科研或教学工作、也能从事与产品创意设计相关的视觉传达设计、信息设计、礼品纪念品设计、环境设施设计或展示设计等工作。
130502视觉传达设计专业：招收60名
本专业培养适应我国经济社会发展需要，德、智、体、美全面发展，具有视觉传达设计学科的基本理论、基本知识、基本的设计方法以及专业表达技能，掌握传统平面(印刷)媒体和现代数字媒体设计的基本能力，成为基础理论实、专业口径宽、工程能力强、综合素质高，具有国际视野和创新精神的应用型高级专门人才。
核心课程：设计基础、形态构成、设计概论、图案与装饰、图形创意、计算机辅助设计、文字与标志设计、版式设计、包装装潢设计、书籍装帧设计、企业形象设计、广告招贴设计、展示与陈设设计、数字媒体设计与制作等。
本专业总体实践教学体系是将专业核心课程与实践教学内容密切地联系在一起，一是课程理论教学和设计实践相结合，二是应用性专业课结合社会、企业的实际项目课题进行实践训练。
修业年限：四年。
授予学位：艺术学学士。
就业去向：视觉传达设计专业的学生毕业后主要从事包装装潢设计、书籍装帧设计、企业形象设计、多媒体艺术设计、展示设计、装饰艺术设计等领域的实践和教学工作，也可以进一步攻读相关专业的硕士学位。
130503环境设计专业：招生30名
本专业培养适应我国社会主义经济建设的发展需要，掌握专业基础理论、相关学科领域理论知识与专业技能，并具有创新设计实践能力，能在教育机构从事环境设计及教学、研究工作，在环境设计机构从事公共建筑室内设计、居住空间室内设计、城市环境景观与社区环境景观设计、园林设计，并具备项目策划与经营管理、教学与科研工作能力，成为基础理论实、专业口径宽、工程能力强、综合素质高，具有国际视野和创新精神的应用型高级专门人才。
核心课程：素描、色彩、形态构成、环境设计效果图表现技法、计算机辅助设计（二维、三维）、环境设计制图、建筑模型制作与工艺、中外建筑史、室内空间设计、人机工程学、家具设计、展示设计、室内设计、景观设计等。
修业年限：四年。
授予学位：艺术学学士。
就业去向：在教育机构从事环境设计及教学、研究工作，在环境设计机构从事公共建筑室内设计、居住空间室内设计、城市环境景观与社区环境景观设计、园林设计等相关设计及项目策划与经营管理，也可以进一步攻读相关专业的硕士学位。
二、报名
1、考生凡符合所在省招生办规定的报名条件要求，凭本人身份证及身份证复印件，均可报名。
2、考生报名时由本人填写《专业考试报考登记表》，经审查符合报考条件者发给专业《考试证》。
3、报名时须交省物价部门批准的专业考试费180元/人。
三、招生计划及考试科目
专业代码
专业名称
层次
学制
招生科类
计划招生人数
考试科目
130502
视觉传达设计
本科
四年
艺术(文、理)
60
素描、色彩
130504
产品设计
本科
四年
艺术(文、理)
60
素描、色彩
130503
环境设计
本科
四年
艺术(文、理)
