产品的结构设计原则篇1

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）

产品的结构设计原则篇2

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

产品的结构设计原则篇3

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）06-0161-01

一、结构主义的特征

结构主义起源于法国，后扩展至整个欧洲大陆。但“结构主义不是一个统一的哲学派别，而是由结构主义方法联系起来的一种广泛的哲学思潮”;其观点“大多与一定的专门的学科有联系。”例如，在哲学和社会学中的阿尔都塞结构主义，在历史哲学中的富科的结构主义，在美学和文学评论的德里达、巴尔特结构主义，在心理分析中的拉康结构主义等等。这些结构主义大家们虽然在理论、思想上有共同之处，但差异性也是存在的。如此自然给回答什么是结构主义这一问题带来很大的困难。文学结构主义大师之一的库勒曾悲观地说，“以考察这术语怎样地被使用去为结构主义下定义是不可能的;（其结果）只能导致绝望。”尽管如此，对结构主义有独到研究的纪本崧在考察诸种结构主义者的研究实践所表现的特征之后，认为注重结构、强调对结构的分析是所有结构主义者共同具有的最基本的原则。

二、结构主义方法论的基本要素

结构主义在创始时受到几个方面的影响，如语言学家索绪尔的理论;心理学的格式塔（或形式）理论;文化人类学的结构功能主义等。然而，学者们又一致认为，语言学家索绪尔对结构主义创立之影响则是最主要的。然而，不管是哪个学科的结构主义，在方法、理论和思想上都具有两个共同原则：整体原则;关系原则。

1.整体原则。结构主义注重整体，认为事物的部分或因子仅是通向研究事物本质的要素。单独的部分之所以有其自身的意义、功能，有其自身的确定性，是因为它的所有的一切，都归属于整体，都只有参照“整体”才能够表现出来。换句话说，脱离了整体，任何部分就无意义可言。整体不等于部分机械地相加之和，对于部分而言，整体具有逻辑上的优先权。

2.关系原则。结构主义认为，现实的本质并不单独地存在于某种时空中，而总是表现于此物与它物间的关系之中。关系不仅紧密相关某研究对象的整体与部分，而且统摄宇宙万物间的各种系统。对事物本质的认识不在于对组成事物诸要素本身的认识而在于对各要素之间复杂关系的认识。

结构主义哲学的整体观和关系的观点具有系统论的雏形。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性。在设计中应用整体、系统和联系的观点，正是现代设计思想的一个重要内容。

三、结构主义对产品设计的影响

关于结构主义哲学影响下对产品的功能性、情感性、社会性的更深层面认识，即由符号学语言学研究衍生出产品语意学，并将产品语意的传达划分为三个层面，功能语意传达层面、情感层面和意识形态层面。首先，产品语意学的研究对象不仅仅只着眼于产品本身，而是将“产品――人――环境”看作是一个整体，研究的重点也不仅仅是这三者中的某一个方面，而是将重点放在“产品――人”、“产品――环境（自然环境、人类社会）”以及“人（作为产品的创造者和使用者）――环境（自然环境、人类社会）”这三者之间的关系上。

在结构主义影响下的产品设计研究中，我们必须用新的眼光来审视“人”作为产品的创造者和使用者的地位问题。在一些结构主义学家的理论体系当中，结构主义原则还包括“消解主体”原则。即应用整体和关系的观点来考察“人”的地位。在这一原则下，人失去了万物中心的地位，人不再是创造者和支配着，而是作为结构或系统中的一个因子而存在。结构主义者认为，在各种门类的社会科学中，所谓对人的研究，如何探索人的本质等，其途径不是直接地研究人自身，而是要研究那种与人类有种种关系总和的整体。因此，个体之存在的意义就必然让位于社会的整体。在这种原则下，人的意义并不在于本身，而在于在整体或系统中人与人、人与各要素、人与整体之间关系的总和。

以往的产品设计，将人作为设计的中心，产品设计以满足人的需求为中心，这种对人的需求的满足是功能性意义上的满足，很少考虑到人的心理性需求，人与环境、产品与环境之间的关系被割裂开来，这一点在产业革命之后直到现代主义产生后的几十年里尤为突出，所造成的结果是产品设计外表生硬，浪费严重，破坏自然环境。

结构主义出现之后，产品设计的中心仍然是“人”，但是这种中心地位却发生了内涵性的变化。在结构主义影响下的设计中，把人的地位消解为人与产品、人与环境（社会）等各种关系的总和，为人的产品设计中体现的不仅仅是对功能性的满足，更注入了情感因素、社会责任和价值观念等等要素，因为这些要素本身即隐含在人与产品、人与环境（社会）等各种关系之中。

在创作理念上，设计师们在强调功能和情感的同时比以往更加提倡设计社会责任，一方面从自然的形态中寻找设计灵感，借鉴各种有机形态、曲面风格、历史的装饰等来达到高情感化设计;另一方面，将可再生、循环利用、环境保护、节约资源等理念融入到设计当中，以期望达到人与自然的和谐相处。

产品的结构设计原则篇4

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。

产品的结构设计原则篇5

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。

产品的结构设计原则篇6

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。

转贴于

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。

产品的结构设计原则篇7

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。

产品的结构设计原则篇8

二、创意家具设计验证

笔者对家具产品的解构分析完成后，将分析所得的构想、线形、造型、材质、色彩及风格六个面向家具创作设计进行思考，并应用创意思考的奔驰法（SCAMPER）进行分析，对产品作不同层面的改变，以创新思考的方式创造新的造型形态，再由创意草图过渡至草图定案。

1.设计理念

笔者从解构家具元素的转换解析中，以创作设计呈现解构概念，并保留HansJ.Wegner所运用的明式圈椅概念及曲线转换。

2.创意草图构想

发展笔者从家具设计创意法理念出发，为创意草图构想发展的思路，将解构主义的精神表征运用在设计创作上，并将文献分析的设计元素，如交错、破碎、延伸、变形、扭曲、迭合、散乱、多变、倾斜、解体及分裂等方式，运用在创意设计的构思中。解构分析所撷取的元素，进行创意草图的构想，将所定案草图进行3D模型建构，以修整造型比例外观与色彩材质的呈现，以利于后续制作作品时能体现完整尺寸与比例大小。3.3D模型建构家具模型建构是以3D产品开发软件Pro/ENGINEER2.0进行的，此模型整合零件设计、产品组立、模具发开、NC加工、逆向工程、造型设计等功能，以利于后续进行样品生产与模具设计。3D模型建构后将以Cinema4D贴附家具材质。Cinema4D是德国公司研发一款集三维渲染、动画、特效等于一体的绘图软件，可运用于材质贴附及灯光功能进行绘制模拟。

三、综合讨论

本研究经由家具产品形态分析、家具产品解构分析及家具产品元素转换解析进行探究与讨论，从分析结果中可以发现不同的家具产品可因解构项目元素的不同而产生不同的保留元素与改变元素。可以针对这些变项进行家具设计创意构想，进而模拟3D家具材质、色彩及比例，并进行评估、检视。本研究运用解构主义理论结合形态分析法做图像外观各独立的零件资料库系统分析，并以设计风格及造型形态的组合，作为元素截取的依据，将运用解构分析进行解析思考并运用奔驰法进行创意构想，从而能较容易地检视出作品的缺陷且将便于表格操作，以利于建构解构主义设计分析表。在解构主义设计分析表中，通过产品的解构分析可知不同的部位与面向经过创意思考可产生多元化的创意构想机制。在解构分析所保留与改变的结果后，可辨别出产品的差异化，将其分析结果进行家具创意构想。经由解构主义理论原则可导出解构主义设计分析自变数有六大项，从解构主义理论原则可拟订出构想、线形、造型、材质、色彩及风格六个面向进行解构分析，从六个面项解构可得出作品所包含的视觉意涵及外观造型。HansJ.Wegner的家具作品将东方文化的概念运用于不同设计中，使不同的作品具有相同的造型演化形式，如弧形扶手结合北欧传统技术及材料的使用，将明式圈椅的精神融入其中，以精细的榫卯结合与柔顺曲线造型姿态，显现出北欧与东方相结合的特色。笔者通过解构主义理论的解析，建构出家具解构主义的创新设计模式。利用文献整理归纳与设计案例的解析，结合解构主义设计原则规范，建构出解构主义的家具创新设计模式，以利于后续相关研究者与设计师参考。

产品的结构设计原则篇9

1 引言

钦州坭兴陶古朴典雅、历史悠久，深具地方特色，被誉为中国“四大名陶”之一，其茶具产品更是深受普通消费者和收藏者的喜爱和欢迎。从茶具作为消费性产品的这一特性而言，其包装结构设计的重要性凸显，坭兴陶茶具包装相对之前的简易包装虽已有所改观，但远未达到消费者对现代产品营销的包装诉求。由于坭兴陶茶具脆值较大，在运输搬迁的过程中极易损坏，所以其包装的安全性就显得尤为重要。本文针对目前坭兴陶茶具产品包装所存在的安全性能差、泡沫材质不环保、包装结构形态传统单一与同质化等一系列问题进行了兼具安全性、便利性、科学性、美观性与低碳性的纸包装结构设计创新，以期对坭兴陶茶具包装结构的未来发展趋势提供可能性依据和新的思考方向。

2 坭兴陶茶具包装现状及结构设计不足

坭兴陶茶具历经千年，随着时代变迁而不断改革，以适应不同时代的需求。但其包装结构设计仍不尽如人意，导致产品运输破损率高、销售滞后等负面影响，归其原因在于包装材料的选用和包装结构的设计等方面缺乏科学的创新设计理念。传统的设计理念与飞速发展的时代经济、日益变化的审美需求的脱节造成了现阶段坭兴陶茶具包装的陈旧与平庸，其产品包装结构设计在保护产品安全和提高产品附加值方面并未起到相应的作用。

目前，钦州坭兴陶茶具生产与销售企业仍习惯性地使用传统的简易包装为主，也有部分企业主包装意识增强，开始关注产品包装结构设计的方便性和重要性。较之以前，钦州坭兴陶茶具包装已有所改观，但远未达到现代产品营销的包装诉求。一方面。由于在包装结构形态和自然材料选择方面，都缺少明确的认识和系统的运用，造成运输过程中破损率高，以及美观性不足等问题；另一方面，未将现代包装设计与传统的民族特色、地域特色相结合，造成其包装设计思想陈旧，结构形态单一，导致坭兴陶茶具在货架陈列的群体环境中，无法脱颖而出，吸引消费者眼球，给人以耳目一新的视觉效果，降低了消费者对坭兴陶茶具的兴趣和购买欲。

科技的进步和市场经济的发展为现代包装设计的多样性提供了无限的可能性，坭兴陶茶具产品的多样化和特色化对其包装设计提出了更高的要求。然而，作为兼具保护功能和促销作用的“外衣”，坭兴陶茶具包装却无法满足人们不断提升的意识形态、审美取向和精神上的愉悦要求，包装结构设计的滞后性已经影响到了坭兴陶茶具的市场拓展。据笔者调查，坭兴陶茶具目前所采用的简易包装已造成“一等产品、二等包装、三等价格”等负面影响，并与当今的绿色包装趋势相违背，已不能满足市场真正的需求。究其原因，政府和企业层面对包装行业的不够了解和重视，以及专业包装设计人才的匮乏，使得坭兴陶茶具包装呈现出结构形态设计单一、与同类商品的包装造型雷同的现状，其设计元素无法体现产品的本体特色、地域特色和民族特色。

3 纸包装材料及其特性

包装结构设计，是为了实现被包装物在销售过程中的安全性、稳定性而进行的设计，包装结构设计与材料的选择相互依存、相互制约。材料如同特殊的保护外衣，将坭兴陶茶具包裹起来，经过长途运输成为货架上的商品。坭兴陶茶具包装结构设计要充分利用所选材料的特性，以塑造其包装的造型美观、结构合理，达到保护产品、凸显产品特色、提升产品附加值的作用。目前，运用最广泛的陶瓷产品包装材料主要有木材、纸张、塑料、复合材料等。纸包装因具有质地轻巧柔韧、易于加工、造型结构多样、成本低廉、便于印刷、商品展示、运输、储存、环保及回收等优点，成为符合坭兴陶茶具产品的首选包装材料。我们认为。常用的适合坭兴陶茶具包装的纸质材料主要有白卡纸、铜版纸、牛皮纸、玻璃纸、艺术纸、再生纸、瓦楞纸板和蜂窝纸板等。例如：纸质坚挺、洁白、平滑的白卡纸，可用于坭兴陶茶杯的缓冲内衬，可应用于茶具的高档礼品包装：适用于印刷礼品盒与出口产品包装及吊牌的铜版纸，可用于印刷制作坭兴陶茶具纸包装盒，提升外包装的光泽度和防水性能；牛皮纸的灰色调，价格低廉、经济实惠、朴实憨厚的特点，可用于坭兴陶茶具的包装盒面与包装袋，即使是单色印刷，也能表现出坭兴陶茶具的独特魅力：可作为缓冲材料的艺术纸，用来降低茶具在运输过程中因产生碰撞而导致的产品破损；瓦楞纸较为坚固、经济、轻巧，能载重耐压，还可防震、防潮，是目前较为适用、安全、经济的茶具茶品包装材料，实用性很强：蜂窝纸板具有不易变形、重量轻、强度高、缓冲性好、韧性高、抗压抗击、防震、承载能力大、压缩性能好等特点，易于加工成各种所需形状和尺寸，同时与其他材料有很好的相容性，可回收利用，利于产品缓冲包装结构的设计，可达到有效提升坭兴陶茶具包装安全性的需求。

4 坭兴陶茶具纸包装结构创新设计

4.1 坭兴陶茶具纸包装结构设计原则

产品的结构设计原则篇10

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.267

在机械制作行业快速发展背景下，对机械产品可靠性研究不断深入，并取得了一定效果，但是因为机械产品可靠性涉及内容较多，以及缺失基础性数据，很大程度上限制了机械产品可靠性设计成果。为进一步提高机械产品可靠性设计效果，需要在原有经验下进行创新，遵循专业原则，做好每个节点控制。

1 机械产品可靠性设计特点

1.1 预计难度大

机械产品结构复杂度高，相应的其失效机理在分析上难度也比较大，再加上没有准确完整的数据作为支持，很难准确预计机械零部件的可靠性。并且，对于机械产品来说，可靠性建模难度高，对于只能根据系统可靠性建模预计可靠性的方法并不m用，导致机械产品可靠性预计无法正常进行。

1.2 故障模式多

机械产品故障模式受多种因素影响，包括材料、载荷性质、产品结构以及结构大小等，并且不同故障模式之间还存在密切联系，想要有效解决要面临较大难度。想要实现某项功能时，因为所选结构形式不同，机械产品零部件应力状态也存在较大差异。其中，规定功能失去原因包括结构损坏、失调、老化、渗漏、堵塞、松脱等，或者是各种组合的多种表现形式，并且同一故障模式在不同部位表现不同，使得产品故障模式分析难度大[1]。

1.3 故障类型多

机械产品故障同时包括偶然性故障与耗损性故障，这样无疑是增加了产品可靠性分析设计的难度，各项因素的控制与管理难度更大。其中，损耗性故障主要是因为零部件磨损、腐蚀、疲劳、老化等，具有渐变性特点，故障率为时间的函数，可以利用极限状态准则来判断渐变性失效性[2]。与偶然性故障有着明确区别，选择应用故障率为常数的数学模型描述也存在较大限制。为提高机械产品可靠性，在设计时还需要加强对耐久性的设计，延长产品零部件寿命。

2 机械产品可靠性设计原则

2.1 设计方法相结合

将传统设计与可靠性设计进行有效结合，与可靠性设计相比，虽然传统安全系数法存在诸多不足，但是在实际应用中具有简单、直观、设计工作量小等优点，大部分情况下可以保证机械零部件具有较高可靠性，可以满足专业设计要求。并且，部分情况下机械产品可靠性设计难度较大，因此仍需要做好安全系数法的应用研究。将传统设计方法与可靠性设计方法进行结合分析，即利用概率设计法来对安全系数法进行完善和改进，对部分条件成熟以及精度要求高的零部件来进行可靠性概率设计[3]。其中，在应用可靠性定量设计方法时，机械零部件所有结构与尺寸确定难度大，便可以先通过传统设计方法来确定零部件结构与尺寸，然后通过相应模型来完成可靠性定量计算。对于无法按满足可靠性要求的零部件，则应进一步对结构、尺寸等进行调整，通过校核试验后，确定且达到设计标准。

2.2 定性定量相结合

采用定性与定量相互结合的设计方法，需要先根据产品与零部件设计需求，确定可靠性定性与定量要求，遵循可靠性设计准则，对可靠性数据进行积累和收集，作为产品可靠性设计依据，结合产品设计需要与可能，来逐步完成可靠性定量设计。在针对机械产品进行可靠性设计时，应先完成FTA、FMECA等分析，确定重要件与关键件，以及产品与零部件重要故障模式与故障机理，然后根据不同故障模式和机理来按成不同零部件的定量与定性设计。

3 机械产品可靠性试验改进

3.1 关键件试验改进

设计图样完全可以反映出机械产品与各零部件设计结果，对于常规零部件来说，基本上只需要根据设计图样来进行检查即可，但是对于新设计的零部件则需要按照规范对其进行试验，尤其是关键件更是要进行试验，并根据结果对各参数进行调整，改进设计效果。其中，零部件试验包括新设计密封结构、高速轴静平衡/动平衡试验等；组件试验包括可靠性试验与性能试验，且均在台架上进行，且要根据产品运行工作环境，来对载荷、温度等工况参数进行如实模拟。经过试验后确定产品设计存在的缺陷，确定原因后进行改进。

3.2 产品试验改进

机械产品在设计完成后，也需要对其进行试验，并根据结果来进行调整改进，保证可以达到设计要求。主要包括产品台架试验与使用试验，其架试验又包括可靠性试验、性能试验以及耐久性试验等；使用试验包括性能试验、耐久性试验和可靠性试验。对于试验改进环节来说，为机械产品可靠性设计基本流程，在实际设计中，可以根据需求来对流程进行剪裁，保证可以满足产品可靠性设计要求。

4 结束语

机械产品可靠性设计涉及到的内容众多，并且结构故障模式与机理复杂度高，在分析研究时具有很大难度。基于其设计特点，可以采取传统设计方法与可靠性设计方法的有效结合，以及定量与定性设计结合方式，做好各零部件设计优化，通过试验后确定所存不足并改进，保证设计结果可以满足专业要求。

参考文献：

产品的结构设计原则篇11

2我国竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建

2.1基本框架的构建原则

任何框架体系的构建都需要遵循一定的构建标准和要求，竹质结构工程材料的标准体系的构建也不例外。文章根据1991年颁布实施的部级标准———《标准体系表编制原则和要求》来进行竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建。因此，就需要遵循以下四个方面的基本原则：一是遵循全面性原则。通过对竹质结构工程材料标准化的现状进行充分研究基础上，得出一个能够使产品各产业环节均有标可依且有规可循的标准体系是我国构建竹质工程材料标准体系的努力方向。因此，构建竹质工程材料标准体系应本着产品所有环节能够有标可依且有规可循的全面性原则。二是讲究协调性原则。体系内上下层次、标准之间相互统一且体系之间能够保持协调关系的体系即可称之为是一套合理的标准体系。因此，竹质结构工程材料标准体系基本框架的构建不仅要注重体系内的统一，而且也应考虑与我国竹子技术标准体系间的衔接性。三是注重可操作性原则。可操作性即是衡量一套标准体系有效性的标准之一。如果建立的标准体系不具有可操作性，则毫无价值科研。四是致力于发展性原则。任何事物只有与时俱进，不断更新发展着，才具有可持续性。因此，标准体系的构建不仅要考虑近期发展急需，同时也要注重长远发展的需求，使所构建的标准体系能够与时俱进，具有可持续性。

2.2基本框架的构建思路

如上所述，竹质结构工程材料标准体系的基本框架包含竹质结构工程材料产品和竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术两个基本要素和作为连接点的竹质结构工程材料被应用或流转到诸如建筑工程、林产化工、植物科学等领域时所处的生产加工、设计开发、检验检疫等产业环节。因此，竹质结构工程材料标准体系的基本框架的构建思路需要分别从两个要素和一个连接点的划分入手。针对竹质结构工程材料产品而言，综合考虑竹质结构工程材料产品的用途和结构形式，按照竹质结构工程材料产品在所构建的标准体系中的功能划分，将竹质结构工程材料产品分为结构工程竹产品、连接产品和连接主体框架的组件产品。其中，结构工程竹产品是指具有规定范围内的承载能力的竹材及其相应的人造板制品，如竹胶合板、竹塑复合材料等。连接产品，顾名思义，即是能够用作将竹结构连接起来的胶黏剂、构架连接件等产品。组件产品则是在将竹质工程材料或一些辅材料经过特殊设计而制造出来的产品。针对竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术和标准体系的连接点，主要基于竹质结构工程材料从原材料竹到竹质结构工程材料产成品形成的整个产业链条所经历的阶段或程序划分。因为，竹质结构工程材料产品的最终形成过程首先从采集原材料竹开始，通过生产加工，形成竹质结构工程材料产成品，产成品在最终运输到施工工程之前，要经过检验检疫和设计包装。因此，竹质结构工程材料产品的形成一般要经过原材料的采收、竹质结构工程材料的生产、加工以及外观和功能结构的设计与新产品的开发、设备质量控制、材料的检验检疫等程序，所涉及到植物科学、建筑工程科学、材料科学等领域的标准或专业技术。3.3基本框架的内容综上所述，文章将竹质结构工程材料标准体系基本框架的具体内容总结如下：竹质结构工程材料产品：结构工程竹产品、连接产品和连接主体框架的组件产品。竹质结构工程材料使用或流转范围内的标准或技术：植物科学、材料科学、建筑工程、林产化工及其他科学技术。连接点———竹质结构工程材料被应用或流转到植物科学、材料科学、建筑工程、林产化工及其他科学领域时所处的原材料采收、外观和功能结构的设计与新产品的开发、设备质量控制、材料的检验检疫等产业环节。

产品的结构设计原则篇12

机械制造，要求产品具有较低的开发成本和使用费用。从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要，从强调专业化分工向模糊分工，一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥。从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节，从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量，从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变，机械制造技术的发展趋势可以概括为：机械制造自动化；精密工程。

一、我国机械制造业趋势与前景

先进制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。虽然这个名词没有确定的定义，但目前公认的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质，高效，低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。

的发展

二、机械制造业工艺优良原则，指设计能够且容易通过生产过程实现，它包括：利用现有设备能够制造出满足精度等要求的零件，且制造成本低，效率高，可制造性；零件能够装配成满足装配精度要求的部件和整机，且装配成本低、效率高，可装配性；指产品能够且容易通过适当方式进行有关测试，以评估设计、制造和装配，可测试性。

三、社会使用原则，考虑产品投放市场后的表现行为，安全性。保证不对人的生命财产造成破坏。可安装性。保证产品使用前安装容易、可靠，且安装费用最小；可拆卸性；考虑产品的材料回收和零组件的重新使用；可回收性。考虑产品报废及回收方式。环境友好性；保证产品产生尽可能少的废水、废气、噪声、射线等，符合环保法规，对生态环境破坏最小；环境适应性。适应使用环境的湿度、温度、载荷、震动等特殊条件；人机友好性。满足使用者生理、心理等方面要求，使产品外形美观，色彩宜人，操作简单、方便、舒适；可维修性；使产品能够且易于维修，维修的停机时间、费用、复杂性、人员要求和差错尽可能最小；

机械可以将能量（或者力）从一个地方转移到另外一个地方。在我们的生活中有数以

百计的机械包围着我们，为我们做各种各样的工作。从小小的楔子和螺丝钉；到人类的身体；

到最智能化的计算机控制的遗传设备；机械在生活的许多方面承担着重要的工作。要发展工业，就必须有新的动力。所以对我们日后学习工作皆有帮助。

四、努力学好工具学科如何研究现代机械，学科耦合，产生新的理论与方法；更为深入地认识各个学科在理论和方法上的发展，用系统的观点考查其依赖与渗透；用信息流的观点观察机械各部分之间的关系；用动态的观点研究机械性能（全寿命周期的要求）。现代设计原则，设计原则是为设计产品应满足的条件，也是对设计行为的约束。使设计理论具体化和实用化的条件：能反映设计对象有关本质方面并能定量描述，有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实验验证了的选择方法，能用试验测定与设计准则有关的指标，设计结果有实用价值，有良好的再现性。

五、参加活动，展才练志。受设计水平、观念、体制等限制，传统设计所考虑的原则着眼于产品的功能和技术范畴，而设计的影响贯穿产品整个生命周期，所以设计原则必须面向生命周期内的各个阶段。现代设计原则是传统设计原则的扩充和完善，两者并无本质区别。可归纳为以下几类。

第一 功能满足原则，产品设计的目的是构造能够实现规定功能的产品。如果产品不具备要求的功能，设计就失去价值。因此满足功能是各类产品设计的必要原则。

第二、质量保障原则，保证质量是产品设计的重要原则。产品质量主要由性能和可靠性决定，计算机辅助设计的过程，首先进行功能设计，选择合适的科学原理或构造原理，然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计；从总图派生出零件，对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计，对零件进行有限元分析，使其结构及尺寸与应力状态相适应；对零件进行加工模拟，对其性能做出评价、分析和优化，最终完成零件的工作图；虚拟设计能实现在产品加工制造之前，建立产品的功能、结构模型，并能对其进行修改和评审，以满足不同客户的要求。它不仅继承了传统CAD设计的优点也具备了仿真技术可视化的特点，更能支持协同工作和并行设计，从而缩短了产品开发周期并通过各先进技术的利用和补充，使产品保持技术上的优势。性能指标；可靠性；强度原则，要求产品零件具有抵抗整体断裂、塑性变形和某些表面损伤的能力。刚度原则。要求在外载作用下产品变形在规定的弹性变形之内；稳定性；指产品在外载作用下能够恢复其平衡的特性；抗磨损性；要求零件在规定时间内材料的磨损量在规定值以内；抗腐蚀性；要求产品在恶劣环境下不被周围介质侵蚀的特征；抗蠕变性；要求高温环境工作的产品不发生蠕变或蠕变变形在规定值以内；动态特性；指在动载荷作用下产品具有良好的抗振特性，以保证产品的平稳和低噪声运行；平衡特性；指旋转产品具有良好的静平衡和动平衡特性；热特性；保证产品具有要求的温度大小、温度分布和热流状态，以及热应力、热变形在规定值以内。

综合上述，现代机械设计的发展趋势可概括为以下三个方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。现代机械设计的优势，在于它吸收了各相关学科之长，且综合运用各学科知识并加以整体优化。随着计算机技术、网络技术、检测技术、控制技术等学科的飞速发展，现代机械设计的内涵将更加丰富。设计出的产品将更加符合科学原理、结构更加新颖、更加富有实用价值。

参考文献：