产品结构设计要求范文1
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 时代 发展的需要。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。
产品结构设计要求范文2
论文摘要：产品设计是工业设计的核心内容，随着社会的发展和进步，产品设计所需考虑的因素已不再仅仅局限于外观造型设计和功能设计，更多的需要考虑消费者的使用体验和感受。本文比较全面的阐述了产品设计的外观造型设计、功能设计，并在此基础上分析了消费者体验设计在产品设计中的作用及影响。
产品设计包括各种构成产品的要素的设计，其中一些要素可被消费者通过视觉、触觉等方式感知，如材料、色彩、形状等外观造型；另一些可通过消费者对产品的使用感知到，如产品的功能是否完备、结构设计是否合理、使用是否方便、舒适等功能、使用体验。下面从产品设计的外观造型设计、功能设计以及消费者的使用体验设计三个方面对工业设计中的产品设计进行分析阐述，并说明其对产品设计的作用和影响。
1 产品设计的功能设计和外观造型设计
1.1 产品的功能设计
产品的功能是产品的决定因素, 它决定着产品的造型。但产品的功能又不是决定产品造型的唯一因素, 而且产品的功能与造型也不是一一对应的关系。产品的造型根据具体的使用环境和状况有其自身独特的实现方法和手段, 如对同一功能的产品,可以通过多种造型形态实现其功能。 但是, 产品设计的最基本原则是产品的造型设计不能与产品的功能设计相矛盾, 不能以造型为基本出发点，必须考虑产品所担负的最基本的使命，即完成消费者的功能需求。
产品设计的基本任务是通过产品造型体现产品的一定功能和特性,并通过造型设计表达出该产品的使用方式和操作方法，或能通过造型的肌理方向和表面质地、色彩来表达该产品的使用方式。产品造型特征还能表现产品的象征性, 其主要体现在产品本身的档次、性质和趣味性等方面。
由于产品设计要兼顾产品的使用功能和表现形式，其中功能是基础，形式实现的装饰功能，使设计与实用、情感、舒适等各方面达到完美的统一。在满足消费者功能需求的前提下，产品以美观的外形结构和丰富的色彩以及材质向消费者传播审美的信息，以满足消费者对审美的需要，并促成消费的实现。
1.2 产品的外观造型设计
随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，人们的生活物质逐渐丰富，人们对产品的需求已不再仅仅是满足使用功能，产品形态的完美与否以及产品对消费者的心理造成的影响已经成为决定产品成败的关键因素。产品的造型由形状、色彩、结构、材料、质感等因素构成，但主要强调以上元素整合后产品的整体造型的形象意义。
产品的色彩设计是产品外观造型设计的重要组成部分，因为色彩具有主动的、引人入胜的感染力，能先于造型而影响人们情绪和心理的变化。一件色彩搭配良好的产品可以打动人心，让产品更加好用好卖。因此，在商品竞争日益激烈的当下，工业产品的色彩设计对增强产品的市场竞争能力有着重要的现实意义。
产品的结构是产品外观造型设计的重要部分之一，合理的结构设计，尤其是力学、人机工程学、空气动力学等学科领域的技术在产品结构设计中的合理运用，能够在很大程度上改善产品的使用性能、优化产品的外观形状，以给人新颖、独特的视觉感受和操作使用上的便利。
1.3 功能设计和外观造型设计的关系
产品的功能与结构形式的统一体现在结构体现功能，即通过产品结构形式的合理设计，集中体现或附加产品的功能，这些功能可以是产品原本所具有的基本功能，也可以是通过结构技术设计所实现的新功能，新的材质的出现与成型工艺的发展，能在产品设计与开发中引起技术革命。
产品的基本使用功能决定产品的外在表现形式,产品的外形要附合产品的结构,因此产品的外形设计要与结构设计相结合。因为只有在附合产品功能及结构的基础上造型才有意义，内部结构的合理设计要尽量满足产品外形的需要,使外形与结构的完美配合为产品的后续设计提供良好的开端。
2 产品设计的体验设计
任何产品的产生和存在都是为了满足消费者的某种需求，由人类社会不断进步和发展的过来开看，可将产品设计的发展阶段依次分为生存需求设计、舒适需求设计、情感需求设计三个过程。产品设计的侧重点应根据消费者的不同需求层面做出调整，所谓的侧重点就是基于不同需求层面的消费者对产品设计的诉求。生存需求设计领域的侧重点是产品的功能，即产品设计应满足消费者对该产品最基本的功能诉求；舒适需求设计领域的侧重点是产品的实用性，即产品设计在满足消费者功能需求的前提下，还应使产品具有易操作、少故障、易维修等实用性诉求；而情感需求设计领域的侧重点是消费者体验，即使用户在使用或参与产品设计过程中获得愉悦感和满足感。以上分析是根据消费者的阶梯形需求发展而来的，其中功能性在最底部，实用性在中间，而消费者的情感体验在顶部。随着社会的进步和发展，将消费者体验理念融入产品设计能够更全面的满足消费者对产品各方面的需求。
基于消费者体验的产品设计，就是以消费者为中心，让消费者的体验结果为产品设计指引方向，让产品设计真正的做到以人为本。在消费者体验设计中，体验要先于设计，即强调设计要尽可能多的为人着想。任何产品的开发和设计，最终目标就是满足人的使用和操作需求，而不能仅凭借设计师的不切实际的灵感来完成设计方案。只有在产品中尽量多的融入人性化的元素，才能使其最终成为成功的、为消费者所接受的产品。相反的，若一开始就忽略了实际情况，忽略了消费者的真正需求，忽略了消费者在产品设计中所占的主导位置，就会使产品的设计工作朝着错误的方向发展，而成为不能满足消费者需求的产品。
体验设计的意义在于，在充分全面的考虑消费者使用体验的前提下，对产品的设计方案进行凋整和修改，确保消费者在使用了该产品之后，能产生更多的令人愉悦的体验感受而不是令人反感的体验感受，从而使消费者对产品建立起更多的信任感而不是失望感。
3 总结
产品设计是工业设计的核心内容，随着社会的发展和进步，产品设计所需考虑的因素已不再仅仅局限于外观造型设计和功能设计，更多的需要考虑消费者的使用体验和感受。本文比较全面的阐述了产品设计的外观造型设计、功能设计，并在此基础上分析了消费者体验设计在产品设计中的作用及影响。消费者体验设计的引入，真正做到了以人为本、从消费者的实际需求和体验出发，让消费者参与到产品设计中，让消费者的意见和体验成为设计师设计产品的出发点和着重点。
参考文献：
[1]吕伟.产品设计：不仅仅是外观造型设计[j].科技资讯，2009(31).
产品结构设计要求范文3
关键词：机械产品；布局设计；建模
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2009）03-0264-02
1 设计约束
产品设计是一个有限约束的综合过程，其中一系列相关约束共同构成设计环境的约束系统，是支撑产品生命周期中各个视图的问题解空间。约束C是表示设计变量和设计域的一种关系。它作用于设计过程，并最终影响设计结果。设计约束可以表示为C={X，A}，其中X是与设计相关联的约束变量，具有和设计参数相同的属性和功效，是约束系统和设计之间联系的桥梁；A表示约束的属性，包括约束范围、作用、大小和类型等。约束可分为系统约束与环境约束两类，其中系统约束分为功能约束和结构约束，是贯穿整个设计过程的主要约束路线，而环境约束是指在产品设计过程中所采用的设计手段，方法与设计规则。根据约束所起的作用及其内部属性，又可将约束分为：功能约束、结构约束、关系约束和选择约束。将其形式化表达为如下四元组：C=［Cfn，Cs，Crs，Co］T，其中，Cf表示功能约束类的变量及其约束；Cs表示结构类的变量及其约束；Cr表示关系类的变量及其约束；Co表示选择类的变量及其约束。在设计信息和约束的抽象中，由于设计信息的多样性和复杂性，需要将约束进一步细化。
Cf={Af，Ff}；Cs={Es,Ss};Cr={Fr,Sr};Co={Lo,So}。
其中，Af表示与功能属性相关的约束，表明产品实现的功能；Ff表示与功能行为相关的约束，表明产品具体能实现的行为。Es表示与产品相关配套设施构成的环境结构形式；Ss表示产品本身的详细形状结构约束形式。Fr表示从功能到结构的关系约束；Sr表示从结构到功能变量之间的约束关系。Lo表示逻辑类约束；So表示选择类型约束。具有多种约束变量的约束系统较为复杂，为了便于约束管理和约束运算，将其进行层次划分，约束分层表达将约束分为上层、中间层和下层，这是一种自顶向下的设计思想。其中，上层约束由产品设计过程的前两个阶段需求分析和概念设计中相关信息导出；下层约束表示的是后续定位在零件结构的详细设计视图中的相关信息；而中间层约束主要表达布局设计信息。
2 基本概念
根据布局设计过程中联接与定位的先后关系，将布局方法归纳为如下三种：（1）先定位后联接。先布置各个设计单元，即先将参与布局的设计单元大致位置固定。然后，再根据产品需求分析视图和概念设计视图中所得到的要求，进一步细化定出较为具体的设计单元之间的联接方式，例如，圆柱旋转副、棱柱移动副、球体旋转副等。（2）先联接后定位。先确定设计单元之间的联接方式，然后再考虑其相互位置关系。（3）联接定位。这种方式将定位和联接先后顺序模糊化，即介于上述两种方法之间。联接方式先不严格固定，同时兼顾设计单元之间的相互位置关系，继而最终确定出布局联接定位关系，得到设计单元的布置方式。
3 求解方法
传统的优化求解方法，如罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。然而，随着问题规模和复杂程度的逐渐增大，传统优化方法易出现局部最优解等的局限性，为此许多研究人员提出了新的算法。目前研究较多的有专家系统技术，人工神经网络方法以及各种智能启发式算法，例如遗传算法、模拟退火算法和禁忌搜索法等。
4 设计要求
通常布局设计有一定的布局目标和要求，用DR表示。布局设计要求属于产品设计约束中的环境约束，它包括产品空间体积最小，布局密度尽可能大，产品的重心尽可能低，产品装配性好，装配路径的花费经济以及布局设计中的其它限定要求和描述等。
5 布局设计模型
在详尽分析了布局设计所涉及的各种因素的基础上，本文用布局设计模型来描述装配设计阶段的布局设计过程，简称布局模型，并将其形式化表示为如下的四元组：LDM=［DU，LC，LS，DR］T。其中，DU为设计单元；LC为布局约束；LS为求解方法；DR为设计要求。
6 产品多层次表达
从产品发展的全生命周期过程来看，可以得到产品的多层次表达。如下图所示，产品从需求分析阶段到后期行为阶段是一个特征演化过程。同时，诸多特征在各阶段相应视图的层次变化中都具有继承性和不完备性，并且将随着设计过程的细化和推进而逐步趋于完备。其中，由于产品的形态结构可塑性强，用户消费心理、产品的美观性、宜人性等因素在设计中摆在相当突出的地位，因而需求分析阶段的相关特征不容忽视。而功能特征、设计要求则是设计过程进化的动力所在。设计过程的特征演化主要表现在概念设计、布局设计和详细设计阶段特征的产生、继承、变异、抽象、派生、映射以及后期行为阶段的消亡等几个方面。设计方案的选择和循环往复主要发生在这些特征之间。
概括起来，多视图特征在设计过程中主要表现出下列特点：
①分类层次性。设计过程中的特征多视角性主要涉及三个方面，即功能需求、结构特性和制造特点。每类特征又可根据设计过程不同环节的需求进一步细化，形成分类层次结构，最底层即为实际工程应用中面向不同环节的基本元素。
②相互依赖性。在产品的概念设计阶段基本确定产品的功能需求；在具体化设计阶段，根据产品的功能要求，确定产品的结构特性；在详细设计（工艺设计或可制造性分析）阶段则根据产品的结构及功能，产品的批量、技术经济要求及现有的生产条件、包括人员素质，管理方式，制造环境和经验习惯等，确定产品的制造特点。同时，结构设计必须顾及产品的功能性和工艺性，这表现为特征间的反馈性。设计过程的循环反复，正是因果性和反馈性之间协调和统一的具体表现。
③关联多重性。同一功能可以由不同的结构来实现。同一结构又可以表现为不同的功能。如―个外回转面，既可能是一个支承面，也可能是一个导向面，同样，―个导向功能既可由圆柱结构，也可以用槽结构来实现。此外，同一结构特征可以用不同的工艺加工方法来形成；反之，不同的工艺方法可以实现相同的产品功能和结构。这一特点要求设计，制造过程中不断对功能、结构和制造间进行协调和优化。
④表达同一性。尽管特征有功能、结构和制造的多方面含义。其属性类型及其值域也多种多样，但其基本的作用对象都是构成特定形状结构的几何形体，任何的特性归根到底都可具体化为形状的特性以及相应的几何生成方法。
参考文献
［1］郭万林.机械产品全生命周期设计［J］.中国机械工程，2002，（7）.
产品结构设计要求范文4
关键词：产品创新设计;概念;程序
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。
3.产品结构设计。结构设计是对最终构思方案的实用功能和形态进行技术规划和科学(教学案例，试卷，课件，教案)验证的过程。如果说方案设计是处理产品系统与外部要素关系的过程，那么产品结构设计就是处理产品系统内部要素关系的过程。产品实用功能和形态已经确定，结构设计须实现其实用功能，并充分体现其方案艺术设计的成果(除非方案被证实有违技术规范)。由于工程技术的可选择性，产品内部结构、机构和用材都不是唯一的，可以通过有限元等现代机械设计原则进行规划。该过程须绘制产品总装图、部件图和零件图设计，并对产品外观形状进行理性分析和微观调整。这部分工作在工业设计师的参与下，由结构工程师全面负责完成。
产品结构设计要求范文5
关键词 创新；机械设计；穿心途径
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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产品结构设计要求范文6
工业设计在现代企业在生产制造过程中占据重要地位，其设计质量高低直接影响到后续企业产品生产质量。相较于国外的工业设计研究，我国起步较晚，无论是在理论层面还是技术方面，均存在很大的不足和劣势，尤其是在工业设计中产品概念设计，代表性的科研成果仍然缺少。由此看来，加强工业设计中产品的概念设计是十分有必要的，有助于赋予产品更为新鲜的元素，提升企业市场竞争力。本文主要就工业设计中产品概念设计进行分析，客观阐述工业设计中产品概念设计要素以及设计方法，以求为后续理论研究和实践工作开展提供参考价值。
关键词：
工业设计；产品概念设计；设计方法；色彩因素；形态因素
现代科学技术的快速发展，大量先进技术逐渐广泛应用在各个行业领域，对于工业产品设计而言，在一定程度上促使产品结构出现了根本性的变革。总的说来，工业产品设计主要是人们通过现代科学技术和理论知识，有意识地构思产品设计流程，其中包括人类活动的众多领域内容。可以说，工业设计水平高低直接影响到一个地区或者国家市场竞争能力大小，具有较为深远的意义。工业产品设计中产品概念设计需要设计师具备较高的专业素质以及设计经验，能够结合实际设计需求，将更多新鲜元素融入其中，设计出一个总体框架，在这个框架基础上，运用专业知识以及加工工艺，赋予工业产品更深次的内涵和性能，以求更好地满足消费者的个性化需求。
一、工业设计中产品概念设计概述
产品概念设计主要是指在明确任务目标后，通过一系列抽象化的功能结构，寻求适合的作用原理，寻求最为合理的设计方案，这一过程称为概念设计[1]。而工业设计中产品概念设计是指从产品缺口到建立模型的过程中，不断进行分析和整合，对模型进行创造性的评价。总的说来，工业设计中一方面包含了大量数值计算性的工作，诸如计算分析、绘图以及填写表格等，另一方面是概念设计工作，主要是创造产品设计具体方案。概念设计贯穿于产品设计的各个环节，从市场缺口、到产品定位的模糊前期再到结构设计以及功能设计。在产品设计早期阶段，根据社会条件形成的市场需要和经济技术条件确定产品的模糊前期（SET因素），形成产品开发的模糊概念和定性分析，根据前期定位将产品功能需求和设计思路进行细化和求解，将内容展现为大致的设计框架，组成框架的模块和组件，来完成产品的设计方案。而设计师的概念设计贯穿整个过程，并对初步设计完成的设计方案进行造型构思，最后结合实际条件需求形成最终的设计方案。随后，将设计完成的方案分配到具体设计中，对方案中具体细节进行推敲，在这个过程中，需要充分考虑设计者的创造能力，自身学科知识储备以及设计经验的丰富，以及是否能够结合资料数据进行推理和决策，这样才能创造出更符合消费者个性化的设计需求[2]。概念设计并非是简单的传统意义上的方案设计，其内涵更为广泛、有深度，根据产品生命周期对产品功能进行创造、分解以及结构设计，是一个设计创造过程，同时也是一个实验求解过程，从而满足各项设计需求和指标，从多项设计方案中选择最为合理的设计方案。概念设计过程中，设计人员需要具备较高的专业知识和设计经验，能够与时俱进采用更为先进的设计方法和商用运作知识，才能更为全面地应对消费者个性化的设计需求[3]。
二、工业设计中产品概念设计特性
其一，创新性。无论是工业产品设计还是其他产品设计，最突出的特点就是追求创新性，作为设计的核心要素，只有不断地进行创新才能得到性能优良，更富有竞争力的工业产品，从多种设计方案中选择一种最为合理的设计方案，吸收其他方案的优点，形成一种创新型设计方案[4]。其二，多样性。工业设计中产品概念设计的多样性特点主要表现在设计结果的多样化，以及设计思路多样化。根据设计事理学方法论，同一产品因其人、事、物、场的不同会形成不同的功能需求，因此在概念设计时会产生完全不同的设计思路，选择的设计方法同样存在明显差异。诸如在椅子的设计中，室内椅、室外椅、交通工具座椅、咖啡馆椅的设计概念会因椅子所处的环境和使用者的不同形成不同的解决思路。其三，层次性。对工业设计中的产品概念设计主要反映在功能、载体结构方面，产品的功能定义和功能分解反映在功能层，结构修改和变异作用在结构层，将两种层面连接起来，从而形成产品的设计层次[5]。无论是功能层还是结构层，自身具有一定的层次关系，层层递进，不同层次功能对应不同的层次结构。
三工业设计中产品概念设计的一般方法和设计因素
（一）工业设计中产品概念设计的一般方法产品概念设计时选择合理的设计方法，对于设计价值提升有着较为突出的作用，同时也能够体现出设计师自身的综合设计能力。一般情况下，工业设计中产品概念设计方法主要包括以下几个方面：其一，联想法，在工业产品开发过程中，可以在原有产品性能以及技术基础上进行联想，构思新产品的功能和形态，从而完成工业产品设计，同样可以在其他领域产品基础上进行联想，为工业产品设计提供构思基础；其二，仿生学法，通过对自然界的感悟来寻求设计灵感，观察某一种生物的结构和形态，将此类元素融入到工业产品设计中；其三，缩小和扩大法，将工业产品的局部设计点；其四，逆向思维法，设计师在设计过程中，主要是采用传统设计思维，可以通过对逆向思考产品原有的顺序或者设计方法，来获得设计灵感；其五，类比法，就某种产品而言，一经推出，市场可能会出现众多类似产品，通过对产品的设计比较，能够发现其他产品中创新的思维和方法，完善自身，设计出更为新颖的工业产品[6]。
（二）工业设计中产品概念设计需要考虑的因素功能因素。工业产品概念设计时需要充分考虑到产品的功能，只有功能得到创新才能吸引更多的消费者。功能是产品的实质性要求，消费者购买的并非是产品本身，而是产品所提供的功能。所以，在产品设计时以产品功能因素为核心，进行优化设计，提供可行的功能设计方案。构成因素。产品概念设计需要考虑到产品构成要素，对这些构成要素进行分解和组合，取得最为优秀的产品，将其称之为优化过程。设计师在对各种元素进行优化组合，结合实际工业产品设计需求，形成最为合理的设计方案。由此看来，对产品构成要素进行设计有助于实现产品的优化。形态因素。工业设计中产品概念设计过程中需要运用多种学科理论，涉及层面较广，结合实际设计需求进行设计，总的说来，设计师在产品概念设计过程中需要协调不同形态因素之间的关系，合理配置形态因素和知识，实现产品形态最优。色彩因素[7]。作为产品构成中不可或缺的组成部分，色彩因素的合理搭配往往能够带给人们更为强烈的视觉冲击，无形中影响着人们对于工业产品的客观评价。在工业设计中产品概念设计时，充分考量色彩因素，结合实际设计需求进行配置，有助于借助色彩来刺激消费者内心感知，感悟工业产品设计中的内涵，同设计师产生灵魂的共鸣，直观地感受到设计师想要通过工业产品来传递的思想和内容，为产品带来附加值，激发消费者购买欲望，赢得消费者的青睐，提升产品经济效益。
四、工业设计中产品概念设计
（一）概念设计阶段工业设计中产品概念设计主要可以分为三个阶段，其一是概念产生阶段、选择阶段以及实现阶段，其中概念的产生阶段主要是指通过分析趋势、创新技术、经济条件等调研获得产品开发方向，形成模糊的产品设计方向，将所有设计思路梳理清楚，明确有待解决的问题，合适的设计方法。对于其中存在的问题有针对性的提出解决方案，在众多解决方案中选择最优的解决方案，即概念设计方案。其二，概念选择阶段，确立评判标准，从众多概念中选择切实可行的方案，其主要选择方式有外部决策、多数表决以及辩论等，在实际应用中较为切实有效[8]。其三。概念实现阶段，将选择出来的概念设计方案制作出模型或者实际产品，实现概念设计。
（二）概念设计关键点创造性思维。工业设计中产品概念设计中融入创造性思维是必不可少的，同时也是设计的灵魂关键，需要设计人员进行创造性思考，获得创新。所以，应注重强化培养设计人员创造性思维能力，不断完善自身专业设计能力和工作经验，将逻辑思维和形象思维巧妙结合在一起，创造出更为新颖独特的工业产品[9]。技术创新。在工业设计中产品概念设计中，技术创新具有至关重要的作用，其本质就是挖掘新鲜事物，提出更为新颖的设计理念，但是在多数情况下设计的产品无法满足人们日益增长的需求。技术创新是知识的积累和灵感的勃发，单一的技术创新并不具备实际应用价值，只有将创新技术实际应用在产品设计中，这种技术突破性创新才富有实际意义，提升产品经济效益。应用虚拟现实技术。虚拟现实技术应用在工业产品概念设计中，有助于概念设计更好而满足市场需求，趋于市场化发展。为了能够更好地满足市场需求，虚拟现实技术能够为工业产品概念设计带来更大优势，当消费者面对一种虚拟的富有故事情境的产品，能够带给消费者一种直观的互动感受，加强设计师同消费者之间的共鸣，带来别样的感受。此外，这样的产品设计能够大大降低市场风险，为企业决策人提供更好的发展依据，提升市场竞争力。
五、结论
工业设计中产品概念设计并非是针对某一种产品的创新和完善，旨在将全新的生活方式和诉求带给消费者，吸收更多新鲜元素融入其中，促使工业产品更为贴近人们的日常生活。所以，工业产品设计师应敢于创新，借助巧妙的设计方法，更好的迎合市场需要，提升企业市场竞争力，谋求更长远的发展。
参考文献
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