時間：2023-07-28 17:32:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
本課程作為工業(yè)工程專業(yè)的一門實踐性強(qiáng)的專業(yè)核心課程，其主要任務(wù)是學(xué)習(xí)產(chǎn)品功能的設(shè)定、常用材料的種類和特性以及加工工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則以及與產(chǎn)品造型有關(guān)的通用結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，使學(xué)生掌握與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的基本知識，具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本技能，能夠完成簡單產(chǎn)品設(shè)計中從功能定義到材料選擇以及最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
1.1本課程的知識模塊包括：①產(chǎn)品材料與表面處理工藝常識；②塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則；③鈑金類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則；④模具基礎(chǔ)知識；⑤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局設(shè)計；⑥產(chǎn)品典型結(jié)構(gòu)。其目的是使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的三維空間想象能力，在實際應(yīng)用中養(yǎng)學(xué)生的新產(chǎn)品開發(fā)以及應(yīng)用計算機(jī)繪圖的能力。
1.2課程的重點內(nèi)容包括：①常用塑膠材料基本知識；②常用金屬材料基本知識；③常用表面處理知識；④產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計總原則；⑤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系分析與結(jié)構(gòu)繪圖的基本要求。
2《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程的教學(xué)思路
2.1選用教材。目前還沒有適合工業(yè)工程專業(yè)使用的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計》教材，所以國內(nèi)普遍做法是選用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計方面教材，暫定的教材是黎恢來編寫的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計實例教程》。該教材將作者十幾年的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)而成，系統(tǒng)、精細(xì)、全面地介紹了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計知識及設(shè)計全過程，明確了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念和崗位職責(zé)，并通過講解一款電子產(chǎn)品的全套產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程，幫助學(xué)生融會貫通，更加高效地學(xué)習(xí)和掌握實用技巧。
2.2教學(xué)內(nèi)容。依據(jù)工業(yè)工程專業(yè)的整體人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的具體要求，將《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計》分為六大模塊，每個模塊里面包括若干的章節(jié)，各章節(jié)之間既自成體系，又互相有銜接，條理清晰，通俗易懂。
①“產(chǎn)品材料與表面處理工藝常識”模塊，主要介紹注塑工藝?yán)碚?、常用塑膠材料和金屬材料基本知識，以及注塑件、鈑金件表面處理方法。塑膠的定義及分類方面，介紹ABS、PS、PP、PVC等的應(yīng)用范圍、注塑模工藝條件和化學(xué)和物理特性，重點是使學(xué)生了解注塑件的常見問題分析及解決，比如縮水、飛邊、熔接痕、頂白、塑膠變形等。金屬材料方面，介紹一些金屬的特性和應(yīng)用范圍，比如不銹鋼、鋁、銅、鎳和鋅合金。常用表面處理知識方面，主要涉及塑料二次加工的基本知識，學(xué)生需要了解絲印、移印、燙印、超聲波焊接、噴涂、電鍍和模內(nèi)覆膜等表面處理工藝。
②“塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”模塊，重點介紹塑料件在設(shè)計和修改階段需掌握的通用設(shè)計規(guī)范，比如塑料件的料厚、脫模斜度、圓角設(shè)計，能夠分析塑料件的加強(qiáng)筋、孔、支撐面的使用范圍。在細(xì)節(jié)部分，應(yīng)了解塑料件文字、圖案、螺紋和嵌件設(shè)計。
③“鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”模塊，介紹鈑金類產(chǎn)品設(shè)計的工藝要求，包括沖裁、折彎、拉伸、成形工藝，并且讓學(xué)生了解壓鑄類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝要求。在此模塊的教學(xué)中，應(yīng)引入企業(yè)實際產(chǎn)品案例進(jìn)行講解，以便于學(xué)生更好地掌握鈑金件的設(shè)計規(guī)范。
④“塑料模和鈑金模基礎(chǔ)知識”模塊，介紹塑料模和鈑金模的基本類型及典型結(jié)構(gòu)，包括模具概述，模具的分類、注塑機(jī)介紹等，重點講解的是注塑模結(jié)構(gòu)里面的澆注系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和行位與斜頂，以及二板模和三板模之間的區(qū)別和應(yīng)用，以“實用、夠用”為度，學(xué)生只需了解典型的模具結(jié)構(gòu)，不需要進(jìn)行后期的模具設(shè)計。
⑤“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局設(shè)計”模塊，主要介紹殼體形狀結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、卡扣結(jié)構(gòu)、螺釘柱結(jié)構(gòu)、螺紋連接結(jié)構(gòu)和嵌件連接結(jié)構(gòu)等知識，以及各個特征的定義、作用和設(shè)計原則，特別是特征在使用時的相互配合關(guān)系。拓展知識方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通過孔設(shè)計規(guī)則，以及模具設(shè)計與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的聯(lián)系。
⑥“典型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”模塊，重點介紹目前國內(nèi)普遍使用的三大產(chǎn)品（電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品和電動產(chǎn)品）的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計知識。每類產(chǎn)品選取一款經(jīng)典的已批量的產(chǎn)品作為藍(lán)本，深入解剖結(jié)構(gòu)知識在產(chǎn)品設(shè)計的運用。比如電子產(chǎn)品選手機(jī)為代表產(chǎn)品，講解手機(jī)產(chǎn)品各零部件的結(jié)構(gòu)、前殼與底殼的止口設(shè)計、LCD屏限位結(jié)構(gòu)設(shè)計和電池固定結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及內(nèi)藏攝像頭結(jié)構(gòu)設(shè)計。家電產(chǎn)品則以電吹風(fēng)為例，學(xué)生要掌握電吹風(fēng)的功能、材料、結(jié)構(gòu)工藝性等，了解CAD軟件在電吹風(fēng)設(shè)計中的應(yīng)用，能對產(chǎn)品塑料件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在此過程中，還要掌握項目管理方面的知識。
2.3教學(xué)方法。在教學(xué)中，提倡基于工作過程為導(dǎo)向的項目化教學(xué)，理論教學(xué)與實踐練習(xí)相結(jié)合，增加實踐課時的比例，培養(yǎng)產(chǎn)品設(shè)計的實踐能力。教師引導(dǎo)學(xué)生建立實用合理的知識結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化學(xué)生的自覺體驗和掌握知識的遷移能力，淡化理論和實踐的界限。在基礎(chǔ)知識夠用的前提下，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、項目教學(xué)法，通過在具備多媒體教學(xué)設(shè)施的校內(nèi)實訓(xùn)基地開展新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)工作，使學(xué)生體會具體產(chǎn)品的外觀造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實際應(yīng)用能力。
3《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計》在工業(yè)工程專業(yè)總體實訓(xùn)的具體應(yīng)用
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式越來越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應(yīng)企業(yè)在新時期面對國內(nèi)外競爭環(huán)境的各項要求。這時，變型設(shè)計理念的出現(xiàn)就顯得不足為奇，而且很好的適應(yīng)了企業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營策略。變型設(shè)計理念的核心就是要對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計或系列產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速設(shè)計和迅速推向市場。目前的變型設(shè)計主要是通過產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型來實現(xiàn)的，而對變型設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計、過程設(shè)計和變型修改等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)不夠重視，不利于變型設(shè)計理論的長遠(yuǎn)發(fā)展。本文結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的特點，將對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與變型設(shè)計等相關(guān)問題進(jìn)行分析和探討，以求進(jìn)一步驗證變型設(shè)計的有效性和實用性。
1變型設(shè)計概述
1.1變型設(shè)計的基本概念簡單的說，變型設(shè)計就是一種設(shè)計方法，是一個設(shè)計過程，它的基本思想是通過改進(jìn)已有的系列產(chǎn)品或設(shè)計實例來適應(yīng)新的設(shè)計需求，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設(shè)計就是運用一定的規(guī)則將整個產(chǎn)品的設(shè)計歸結(jié)為對其中各個部件、零件等功能模塊的設(shè)計。因此在進(jìn)行變型設(shè)計時建立一個合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型是實現(xiàn)產(chǎn)品快速變型的關(guān)鍵。
1.2方法體系
機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個系統(tǒng)、復(fù)雜、循序漸進(jìn)的過程，無論是用戶新的需求，還是機(jī)械產(chǎn)品在功能上的細(xì)小變化，都有可能引起很大改變，即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的細(xì)小變動都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計上的重大變動，這在機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計中表現(xiàn)的尤為明顯。有時企業(yè)為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優(yōu)勢。筆者認(rèn)為，對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型設(shè)計的關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確找到變型設(shè)計的根源，建立科學(xué)合理的方法體系，進(jìn)而保證變型設(shè)計和快速設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)。本文所要介紹的方法體系，是以變型規(guī)則為基礎(chǔ)，通過事物特性表技術(shù)的合理運用來構(gòu)建合理的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，該模型能夠?qū)χС肿冃驮O(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品及其構(gòu)配件之間的關(guān)系和條件進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。事物特性表技術(shù)實現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過二維表結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、規(guī)范化的組織，這對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變型設(shè)計無疑是非常有幫助的。
2事物特性表的應(yīng)用
事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠?qū)κ挛锏幕緦傩赃M(jìn)行登記，還能對構(gòu)配件的一些特性進(jìn)行針對性的描述。在國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，它被當(dāng)作一種信息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能對事物的特性進(jìn)行描述，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求進(jìn)行記錄、存儲和顯現(xiàn)。表格形式如表1所示。正是因為事物特性表能夠詳細(xì)、有效的對事物的性能、特征、工藝特殊性等進(jìn)行描述，尤其是產(chǎn)品在開展與尺寸變型相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，事物特性表更有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從類到實例的轉(zhuǎn)變，這對變型設(shè)計和相關(guān)檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)外徑、長度等特性進(jìn)行描述，我們就可以得到一類產(chǎn)品，而我們對以上特性參數(shù)化之后就得到了某種產(chǎn)品的實例，最后將所有特性參數(shù)進(jìn)行組合后，我們就得到了該產(chǎn)品的事物特性表。事物特性表的應(yīng)用不僅如此，我們還可以結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品變型設(shè)計的具體實際進(jìn)行靈活擴(kuò)展，盡量將事物特性表的作用最大化。
3機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型分析
從某種意義上說，我們可以把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型看成是能夠適應(yīng)應(yīng)有的的約束配置的構(gòu)件的實例化集合。在具體應(yīng)用過程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)立足于市場及用戶的各種需求，從企業(yè)原有的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而派生出更多的有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析和構(gòu)建時，我們首先應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點、功能有個全面的把握和了解，并按照相關(guān)設(shè)計原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法將所要進(jìn)行設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行分解，進(jìn)而獲得相應(yīng)的產(chǎn)品類或零部件類，最終得到科學(xué)、有效的產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的原理如圖1所示，其主要包含產(chǎn)品變型與約束規(guī)則、參數(shù)傳遞結(jié)構(gòu)和構(gòu)建集合等內(nèi)容。而為了更好的對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們首先要對產(chǎn)品以及組成產(chǎn)品的零配件關(guān)系進(jìn)行描述，即構(gòu)建產(chǎn)品裝配拓?fù)錁洹?/p>
3.1產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建
對于產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞拿枋鰜碚f，我們可以把它看作是一種類結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。在裝配拓?fù)錁渲?，基本模塊是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中必不可少的，必選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中指定一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中；可選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中選擇一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中。O2表示在組成部件BNode2時必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個零件構(gòu)件，并且以該構(gòu)件與CNode2的關(guān)系裝配到BNode2中。R1表示在組成產(chǎn)品族CNode1時，可以根據(jù)一定的規(guī)則在Anode4和Anode5中選擇一個零件。將構(gòu)件（Node）的概念引入到裝配拓?fù)錁渲?，主要是為了更好的表達(dá)產(chǎn)品對象以及零部件等子對象，而構(gòu)件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產(chǎn)品對象或其零部件子對象的唯一標(biāo)識號；Sel表示該構(gòu)件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構(gòu)件是可選構(gòu)件，Inc=1表示該構(gòu)件是必選構(gòu)件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數(shù)目；Des表示構(gòu)件的屬性描述信息，Type表示該構(gòu)件的類型。At-tr_name表示該構(gòu)件的一個屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。
3.2PSMTree類的構(gòu)造
在完成裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建后，能夠從結(jié)構(gòu)上很好地支持產(chǎn)品對象的變異性。然后采用面向?qū)ο蟮姆椒▽τ蒔SMTree描述的產(chǎn)品原型進(jìn)行建模，在建模時采用事物特性表技術(shù)來構(gòu)造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產(chǎn)品的類。在對類進(jìn)行構(gòu)造時，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個類來分別描述PSMtree中的產(chǎn)品及其零部件構(gòu)件。提取3個類的標(biāo)識碼ID、名稱NAME、變型規(guī)則等共同屬性構(gòu)造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構(gòu)成分類結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。
3.3機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計規(guī)則
從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程來看，變型設(shè)計離不開以知識表達(dá)為基礎(chǔ)的變型規(guī)則，規(guī)則表達(dá)的規(guī)范與好壞在很大程度上決定了產(chǎn)品的變型設(shè)計的質(zhì)量，對此我們可以從兩個方面進(jìn)行研究。首先，對于變型規(guī)則，我們是針對產(chǎn)品模塊內(nèi)來說的，變性規(guī)則大體可以分為三種形式，即條件表達(dá)式、邏輯關(guān)系式和數(shù)學(xué)關(guān)系式。其中，邏輯關(guān)系式主要是為了判斷產(chǎn)品中具體零件的必要性和可行性，進(jìn)而決定零部件的增加或取消，條件表達(dá)式主要是用在產(chǎn)品構(gòu)配件的更換或構(gòu)配件數(shù)目的更改，通常表現(xiàn)出一定的因果聯(lián)系，規(guī)則的具體形式可以表述為：<規(guī)則>：：＝<規(guī)則ID><規(guī)則名稱><事件><條件><動作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件規(guī)則><條件>：：＝<表達(dá)式><事實><動作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產(chǎn)品族模塊間相互約束規(guī)則通常只會出現(xiàn)在部件或產(chǎn)品中，其對應(yīng)的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計人員可以充分利用模塊間相互約束的規(guī)則，對產(chǎn)品組合的各種模塊進(jìn)行靈活的選擇，進(jìn)而實現(xiàn)對主要系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型的目的。其中，主要的約束關(guān)系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現(xiàn)、組成、選擇等，產(chǎn)品設(shè)計人員可以更加產(chǎn)品變型設(shè)計的實際，立足于滿足用戶的基本需求以及產(chǎn)品功能的豐富進(jìn)行靈活選擇。
自我國改革開放以來，機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展迅速，同時在我國的工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了越來越重要的地位。近年來，隨著科學(xué)信息技術(shù)的深入普及，各行各業(yè)都開始廣泛地運用計算機(jī)技術(shù)，特別是在機(jī)械制造行業(yè)中，通過與計算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使機(jī)械制造趨于自動化，且其工業(yè)產(chǎn)品制造的完成也越來越安全與快速，使機(jī)械制造行業(yè)更加快速的發(fā)展，現(xiàn)在機(jī)械制造與自動化的顯著特點就是高安全性與高效率生產(chǎn)。同時因為機(jī)械制造技術(shù)與自動化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使得我國的機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展也越來越快，并且近年來，國內(nèi)的一些機(jī)械制造企業(yè)還開始嘗試與國際接軌，通過建立跨國公司使國際交流有效加強(qiáng)，通過這一舉措，國內(nèi)許多機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)發(fā)展得到了有效的促進(jìn)，其規(guī)模開始不斷擴(kuò)大，也逐漸提高了其機(jī)械制造的自動化程度，從而競爭力不斷提高，并促進(jìn)企業(yè)的快速發(fā)展［1］。隨著能源能耗的增加與我國對節(jié)能減排的大力倡導(dǎo)，機(jī)械制造與自動化行業(yè)對節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展的關(guān)注度也越來越高，且對于機(jī)械制造與自動化行業(yè)的發(fā)展而言，有效地引入節(jié)能設(shè)計理念非常必要。在現(xiàn)代工業(yè)中，機(jī)械制造與自動化行業(yè)發(fā)展的一項重要技術(shù)就是節(jié)能環(huán)保技術(shù)，通過對機(jī)械制造中各個環(huán)節(jié)的嚴(yán)格把控，有效地對節(jié)能設(shè)計理念進(jìn)行應(yīng)用，從而對機(jī)械制造與自動化行業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展提供有效保障。
2機(jī)械制造與自動化中節(jié)能設(shè)計理念的有效應(yīng)用途徑
2．1改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
在機(jī)械制造與自動化中應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念時，貫徹節(jié)能設(shè)計理念的第一步就是改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，只有使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計真正做到節(jié)能環(huán)保，才能有效地保證整個機(jī)械制造設(shè)計做到節(jié)能環(huán)保。在改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用途徑主要可以體現(xiàn)在以下幾個方面。
1）選用低污染、低公害的發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)作為機(jī)械工程系統(tǒng)中最大且最關(guān)鍵的部件，其所排放出的噪音和氣體會極大程度地影響到外部環(huán)境。因此，使用環(huán)保型的發(fā)動機(jī)不僅可以有效減少噪音與氣體污染，還能使油耗與排量降到最低，同時有效提高加工效率，提升機(jī)械系統(tǒng)的動力，并極大程度上緩解了機(jī)械對于外部環(huán)境造成的污染壓力［2］。
2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計要堅持節(jié)能原則。機(jī)械工程中的液壓系統(tǒng)會極大程度影響到整個機(jī)械工程的運行，要想使液壓系統(tǒng)的高效傳動得到有效保證，就要有效保證液壓系統(tǒng)的清潔度，這不僅要求嚴(yán)格把控油料的選擇，設(shè)計師在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，也要將油液中的磨損物與微塵垃圾雜質(zhì)進(jìn)行徹底清除，從而使液壓系統(tǒng)的清潔得到有效保證，并極大程度延長換油的時間間隔，使液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率有效降低，同時大大降低配件的更新率，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，對液壓系統(tǒng)的污染進(jìn)行嚴(yán)格的控制。所以在對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改良設(shè)計時，應(yīng)該要選擇耐腐蝕性強(qiáng)、防老化能力突出及密封優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)液壓管，軟管盡量用硬管代替，從而使軟管的廢棄量與損壞量有效降低，并因管道破裂而引起的環(huán)境污染問題減少。
3）改良機(jī)械工程駕駛室的設(shè)計。駕駛室是大型機(jī)械工程中操控機(jī)械工程最主要的控制室，在對機(jī)械工程駕駛室的設(shè)計進(jìn)行改良時，可以采用防紫外線輻射玻璃、經(jīng)減震降噪處理的全密封整體式“安全環(huán)保型”駕駛室，可將環(huán)保無氟型冷暖空調(diào)配備在駕駛室內(nèi)，對人體工程學(xué)設(shè)計原理進(jìn)行充分運用，設(shè)計一個基于FOPS與POPS技術(shù)的安全駕駛室，并將多元化美觀合理的色調(diào)搭配有效地融入到設(shè)計過程中，在保障駕駛員安全的同時，也有效緩解視覺上的疲勞，有效改善其工作環(huán)境的同時，也使作業(yè)效率得到提高［3］。
2．2采用節(jié)能環(huán)保材料
1）機(jī)械工程系統(tǒng)設(shè)計時盡量選用可回收、可再生的材料。機(jī)械制造與自動化的材料選擇應(yīng)該嚴(yán)格遵循可回收、可再生及易分解的基本原則，在生產(chǎn)加工過程中就不會有大量的有毒有害物質(zhì)排放出來，也可以有效減小對環(huán)境的危害。特別是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該盡量選用可拆卸、可回收且無毒的材料，從而使機(jī)械材料的再生率有效提高，并使機(jī)械工程材料的浪費情況有效減少。
2）機(jī)械工程系統(tǒng)設(shè)計時要遵守長壽命、低能耗與輕重量原則。一般情況下，有效延長產(chǎn)品的使用壽命就是使機(jī)械產(chǎn)品的報廢率降低，同時也意味著減少了機(jī)械的產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)械產(chǎn)品的能耗降低也能減少污染，提高環(huán)保效率。從材料能耗降低的角度，將機(jī)械產(chǎn)品的重量適量減輕，并從環(huán)境的負(fù)荷對于機(jī)械的要求方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)于環(huán)境通用標(biāo)準(zhǔn)相符合，從而保證機(jī)械構(gòu)件的通用性有效實現(xiàn)。
3）機(jī)械工程系統(tǒng)設(shè)計時盡量選擇綜合成本與污染最小的機(jī)械材料。在進(jìn)行機(jī)械制造與自動化設(shè)計時，一些企業(yè)常常會忽視機(jī)械材料報廢以后的污染處理問題，為滿足節(jié)能要求的同時也使材料的綜合成本有效降低，應(yīng)積極采用一些綜合成本最小化與低環(huán)保負(fù)荷的機(jī)械材料，并盡量避免使用樹脂、石棉、氟利昂以及含氯橡膠等類型的機(jī)械材料。
2．3優(yōu)化制作工藝
在設(shè)計機(jī)械制造與自動化系統(tǒng)時，結(jié)構(gòu)與材料的設(shè)計是非常重要的內(nèi)容，但是為了能夠使設(shè)計階段全過程的節(jié)能目標(biāo)有效實現(xiàn)，制作工藝的優(yōu)化也十分重要。
1）優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。眾所周知，機(jī)械制造與自動化系統(tǒng)中，設(shè)計零件越少且機(jī)械結(jié)構(gòu)越簡單，在進(jìn)行制造時所需的能源就會越低。除此之外，在制造過程中所需的能耗也會受到機(jī)械設(shè)計中零件形狀的影響。因此，在機(jī)械制造與自動化系統(tǒng)設(shè)計時，不僅要使產(chǎn)品的基本性能得到保證，還要使其零件盡可能簡化，使零件數(shù)量與機(jī)械體積減少，并優(yōu)化其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
2）合理安排工藝工序。因為不同加工工藝產(chǎn)生的能耗不同，因而在進(jìn)行產(chǎn)品加工時要合理安排加工工藝工序，對加工工藝進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，讓機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備一直保持一個滿負(fù)荷運行的狀態(tài)，從而使生產(chǎn)設(shè)備的使用效率得到有效提高，并有效降低能源的浪費。
3結(jié)語
工業(yè)設(shè)計是一門涉及技術(shù)、藝術(shù)、人文與社會的綜合性、交叉性學(xué)科，相應(yīng)地，工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)也應(yīng)由社會構(gòu)成、藝術(shù)構(gòu)成和技術(shù)構(gòu)成3方面組成，其中社會構(gòu)成是基礎(chǔ)，藝術(shù)構(gòu)成是特色，技術(shù)構(gòu)成是核心。按照太原科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格，基于本科畢業(yè)生應(yīng)具備的能力界定，遵循課程群建設(shè)的相關(guān)性、獨立性、創(chuàng)新性和綜合性原則，并兼顧課程建設(shè)、課程群建設(shè)與課程體系建設(shè)3者之間的關(guān)系以及課程群建設(shè)與專業(yè)建設(shè)的關(guān)系，將核心課程群劃分為產(chǎn)品造型設(shè)計課程群、產(chǎn)品人因設(shè)計課程群、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計課程群和產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)課程群等4組。產(chǎn)品造型設(shè)計課程群教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生分析產(chǎn)品成型條件和規(guī)律，運用設(shè)計思維和創(chuàng)意方法進(jìn)行產(chǎn)品造型的能力。從對人造物造型美的認(rèn)識到產(chǎn)品造型的自由塑造，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程需經(jīng)過認(rèn)識到模仿到創(chuàng)新的多個階段?！靶螒B(tài)設(shè)計基礎(chǔ)”、“產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)”和“產(chǎn)品造型設(shè)計”等3門課程循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生形態(tài)塑造與創(chuàng)新的基本能力。產(chǎn)品人因設(shè)計課程群是工業(yè)設(shè)計核心課程群中的核心，主要培養(yǎng)學(xué)生生活方式的創(chuàng)造能力。具體的設(shè)計過程是以設(shè)計心理學(xué)為體驗設(shè)計的依據(jù)，通過對人的身、心、精神以及生活形態(tài)的調(diào)查、分析或測量，以產(chǎn)品為載體來推動生活方式的改變。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計課程群重點培養(yǎng)學(xué)生的材料使用和制造技術(shù)方面的知識，更重要的是工程設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)之間的銜接過程，通過將不同的制造技術(shù)與材料特性整合進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計中，設(shè)計才能成為真正的創(chuàng)新，否則只能算是構(gòu)想。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計課程群內(nèi)容涉及到材料、機(jī)械、電氣以及制造等知識。產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)課程群是以上3個課程群知識的綜合運用環(huán)節(jié)，其中“產(chǎn)品設(shè)計Ⅰ”也就是“產(chǎn)品造型設(shè)計”，“產(chǎn)品設(shè)計Ⅱ”是“產(chǎn)品人因設(shè)計”。該課程群以具體類別的產(chǎn)品設(shè)計為對象，“產(chǎn)品設(shè)計Ⅰ”和“產(chǎn)品設(shè)計Ⅱ”均以學(xué)生能經(jīng)常接觸到的生活類產(chǎn)品為設(shè)計對象，便于設(shè)計調(diào)查和用戶研究的深入開展?！爱a(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)Ⅰ”和“產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)Ⅱ”以太原科技大學(xué)側(cè)重的專業(yè)特色產(chǎn)品為對象，包括文化產(chǎn)品和重型機(jī)械產(chǎn)品，注重創(chuàng)意或創(chuàng)新思維的提升，同時注重產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。
二、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化
課程群建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，其建設(shè)策略應(yīng)以群內(nèi)某門中心課程為基礎(chǔ)，以課程間內(nèi)容整合為重點，理清課程間邏輯關(guān)系，劃清課程的知識界限，刪除課程間重復(fù)內(nèi)容，構(gòu)建起課程間的系統(tǒng)性。依此原則，針對核心課程群的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化提出以下幾點教改思路:
1．提升“設(shè)計思維”課程的重要性，更新其知識體系，并將其貫穿于所有設(shè)計基礎(chǔ)和綜合設(shè)計類課程
設(shè)計思維過程是工業(yè)設(shè)計實踐中最有價值的環(huán)節(jié)，工業(yè)設(shè)計問題解決過程實際就是設(shè)計思維過程，因此設(shè)計思維的重要性不言而喻。繼工業(yè)時代后信息時代的社會變化，工業(yè)設(shè)計知識的更新日新月異，其中設(shè)計思維作為工業(yè)設(shè)計知識的核心表現(xiàn)得更為明顯，而且其蘊含著大量的隱性知識，很難顯性表達(dá)。因此，“設(shè)計思維”課程的內(nèi)容更新非常值得重視。為了提高學(xué)生設(shè)計能力，設(shè)計思維課程必須貫穿到所有設(shè)計基礎(chǔ)和綜合設(shè)計類課程，使得學(xué)生基本的專業(yè)素質(zhì)得以提升。
2．深化“形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)”的內(nèi)容提煉
在基礎(chǔ)形態(tài)設(shè)計能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)工業(yè)產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)的課時量和教學(xué)深度，將工業(yè)產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容作為產(chǎn)品造型設(shè)計課程群的中心課程。工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生相比產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學(xué)生的藝術(shù)造型基礎(chǔ)比較薄弱，要想短時間內(nèi)提升到自由造型能力不太現(xiàn)實，再者工業(yè)設(shè)計造型有其自身規(guī)律，即形體具有工業(yè)加工特點?？梢哉f，工業(yè)設(shè)計造型可以相對脫離純視覺藝術(shù)造型母體，具有其自身的成型條件和造型規(guī)律，因此從形體成型的理性層面進(jìn)行“形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容提煉很有必要。
3．加強(qiáng)以用戶為中心的設(shè)計思想與能力以及用戶參與式設(shè)計思想與能力
IDEO(美國著名工業(yè)設(shè)計公司)為優(yōu)秀的設(shè)計重新作了定義———優(yōu)秀的設(shè)計創(chuàng)造的是美妙的體驗，而不僅僅是產(chǎn)品。IDEO通過大量設(shè)計實踐所探索出的設(shè)計思想和實踐形式正改變著企業(yè)創(chuàng)新的方法，高校應(yīng)緊跟國際設(shè)計前沿，傳授前沿知識。重點對產(chǎn)品人因設(shè)計課程群引入行業(yè)內(nèi)最新研究成果，包括先進(jìn)的簡單有趣的設(shè)計方法、輕松自然的用戶研究實踐形式等等。
4．加強(qiáng)手動建模思考能力，推進(jìn)設(shè)計思維的設(shè)計實踐方式
設(shè)計過程中通過手來思考是設(shè)計思維發(fā)展的重要手段，通過草模來推動想法是其重要一環(huán)。筆者主張課程體系中的所有設(shè)計實踐環(huán)節(jié)都應(yīng)該加強(qiáng)草模制作過程，以此來反復(fù)推敲設(shè)計想法，真正提升學(xué)生的設(shè)計能力。手動建模方式有很多種，包括平面形式的剪貼、拼接等，還包括三維形式的快速原型，將其運用到以上4類核心課程群每門課程中，能起到充分刺激創(chuàng)意創(chuàng)新思維的作用。在課程群知識的歸屬方面，可以將其列為課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，而且是輔質(zhì)的作業(yè)手段，將不會影響到知識界限的劃分問題。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)；OPGW光纜；結(jié)構(gòu)設(shè)計；功能模塊；輸出設(shè)計
中圖分類號：TN818 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2013） 09-0000-03
隨著國內(nèi)OPGW的廣泛應(yīng)用，光纜制造技術(shù)的不斷提高，OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越成熟。但OPGW設(shè)計相對于其它光電纜來講，設(shè)計參數(shù)多，設(shè)計過程復(fù)雜，同一個環(huán)境條件下不同人員設(shè)計的結(jié)構(gòu)很可能就不一樣，成本也會有一定的差異，在實際的設(shè)計過程中，很多公司采用EXCEL計算，但由于不同規(guī)格的鋁包鋼和鋁合金線參數(shù)不同，在不斷調(diào)整的過程很容易出錯；同時由于每根OPGW需要單獨設(shè)計，財務(wù)在計算成本的過程中也容易出現(xiàn)錯誤。怎樣快捷、有效地設(shè)計出滿足用戶要求的光纜結(jié)構(gòu)，在設(shè)計出結(jié)構(gòu)后，材料成本、價格能一步到位，成為我們急需解決的問題。
針對OPGW光纜設(shè)計與使用過程中出現(xiàn)的種種問題，結(jié)合公司的實際情況，根據(jù)公司現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的運行情況，結(jié)合我們自身編程的能力，決定對OPGW光纜設(shè)計實現(xiàn)同一界面的操作，簡化設(shè)計過程，在選擇材料的同時自動計算各種參數(shù)和相對應(yīng)的價格，從而減少工作量，優(yōu)先選用具有運行效率高、代碼資源豐富的Delphi為程序開發(fā)軟件，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER 2000，用于存放各種鋁包鋼、鋁合金及其它材料的各種參數(shù)，這樣在實際設(shè)計過程當(dāng)中保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。該軟件設(shè)計必須與現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)連接，能被設(shè)計者共享使用并保存。
1 設(shè)計原則
該OPGW光纜設(shè)計的總原則是不僅要滿足OPGW設(shè)計需要，同時滿足局域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)系使用，同時，留出ADSS光纜程序接口，以便以后ADSS光纜程序設(shè)計的直接接入。結(jié)構(gòu)設(shè)計操作須簡便，結(jié)果輸出時即自成WORD文檔，并可根據(jù)需要直接包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品圖型、設(shè)計參數(shù)及價格。
2 界面設(shè)計
整個界面主要分為三大塊：光纜結(jié)構(gòu)、圖型、計算參數(shù)輸出。
目前國內(nèi)流行的OPGW光纜一般由光單元（以下簡稱OP單元）、承力及載流單元組成。按其結(jié)構(gòu)可分為中心管式和層絞式。在光纜結(jié)構(gòu)布局設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到該兩種結(jié)構(gòu)不同的設(shè)計方式。界面左側(cè)為光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為中心層、第一層、第二層、第三層及第四層。第四層的設(shè)置，主要考慮大跨越所需抗拉能力較大時采用。在中心層右側(cè)為光纖類型及光纖芯數(shù)。根據(jù)光纜結(jié)構(gòu)及材料的選擇，自動計算出的光纜結(jié)構(gòu)圖形顯示于界面右上方，右下方則設(shè)計要求參數(shù)及輸出參數(shù)值，并且自動判斷所設(shè)計的光纜參數(shù)是否滿足設(shè)計要求。
3 功能性模塊設(shè)計
3.1 光單元（以下簡稱OP單元）
一般OP單元由不繡鋼管內(nèi)包含光纖及油膏組成。當(dāng)中心層為OP單元時，在其余1-4層不可以輸入OP單元，否則程序進(jìn)行報警。當(dāng)中心層為承力單元時，第二層可以放置1-2個OP單元，最外層不考慮OP單元的設(shè)置。光纖芯數(shù)及類別可選擇為G.652及G.655光纖。在編程時，應(yīng)當(dāng)考慮OP單元放置光纖的極限值，通過與不銹鋼管直徑、容納的光纖芯數(shù)結(jié)合光結(jié)余長控制，自動判斷該OP管是否能生產(chǎn)，如不能滿足生產(chǎn)要求，則跳出對話框報警，需重新調(diào)整OP管直徑或者光纖芯數(shù)。
3.2 承力、載流單元
承力單元和載流單元并非絕對分開的，而是相輔相成的。所謂的承力單元同時也能承受一定的載流量；載流單元也能承受一定的力，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮承力與載流的配比。在滿足用戶要求的情況下，所用單絲型號或規(guī)格應(yīng)盡量統(tǒng)一。每層單絲排序規(guī)則，應(yīng)遵循選擇內(nèi)部抗拉強(qiáng)度較高的鋁包鋼、外部選擇過載能力較強(qiáng)的鋁包鋼或鋁合金等材料，材料的選用以最終滿足用戶參數(shù)要求為準(zhǔn)。在本軟件設(shè)計時，每層根據(jù)實際設(shè)計要求，不同層的單絲直徑不一定完全相同，這就需要判斷不同層容納的單絲根數(shù)是否合理，過疏過密均不符合設(shè)計要求。在程序設(shè)計上，同樣對每一層的根數(shù)進(jìn)行判斷，如超出范圍，則跳出對話框予以警示并要求重新調(diào)整，同時在界面上可以直觀顯示每層放置不同直徑單絲的數(shù)量，這為設(shè)計帶來極大的方便。
3.3 圖形設(shè)計
本軟件開發(fā)中，對圖形進(jìn)行了重點設(shè)計。根據(jù)要求，在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就要求將圖形顯示出來，從圖形上可以給設(shè)計者一個直觀形象。在此過程中，重點考慮在同一層中，如有兩種或三種以上不同單絲時（當(dāng)然有三種不同單絲的情況較少，在設(shè)計中應(yīng)避免），如何排列單絲組合？
每層中如有兩種單絲：
考慮到受力均勻的原則，如單絲數(shù)量相等，則不同單絲自動選取間隔排列。如單絲數(shù)量不等，需通過一步步的計算，逐步計算出該放置的根數(shù)。將單絲數(shù)量多的除以單絲數(shù)量少的，取整數(shù)部分為X，按X（數(shù)量多的單絲）：1（數(shù)量少的單絲）的比例進(jìn)行排列。后分別減去已排列根數(shù)，再將單絲數(shù)量多的除以單絲數(shù)量少的，同樣取整數(shù)部分排列，以此類推直至全部排列完成。
舉例：如有一層絞式OPGW光纜，內(nèi)層為1+6結(jié)構(gòu)，最外層有兩種單絲，分別是鋁包鋼7根和鋁合金5根。
計算一：7÷5=1.4，X=1，按間隔1根排列；如圖1所示；
計算二：6÷4=1.5，X=1，再按間隔1根排列；如圖2所示；
計算三：5÷3=1.7，X=1，同樣按間隔1根排列，如圖3所示；
計算四：4÷2=2，X=2，按鋁包鋼2根，鋁合金1根排列，如圖4所示；
計算五：2÷1=2，X=2，最后將剩余2根鋁包鋼及1根鋁合金排列完，如圖5所示。
至此，圖形計算設(shè)計完成。當(dāng)然我們在真正設(shè)計中應(yīng)盡量避免這種不對稱結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計；企業(yè)；成本
隨著中國加入WTO，中國經(jīng)濟(jì)步入國際軌道，加快了中國經(jīng)濟(jì)與國際經(jīng)濟(jì)的交融，這是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。隨著國內(nèi)外企業(yè)日益發(fā)展和壯大，企業(yè)間競爭也愈演愈烈。企業(yè)需要生存和發(fā)展，這就要企業(yè)在不斷尋求發(fā)展的同時，如何凸顯自身的優(yōu)勢！
毫無疑問在其他條件相同的情況下，一個產(chǎn)品的成本越低，那么它在市場上越有立足的資本。
不過一切都有前提，降低成本也不外如是。作為一名設(shè)計師，需恪守產(chǎn)品設(shè)計的最基本原則。那就是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計不能脫離模具可成型的原理；產(chǎn)品的設(shè)計不能脫離產(chǎn)品的基本功能。
簡單點說就是設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要能實現(xiàn)模具的成型和產(chǎn)品脫模，能適應(yīng)大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，否則再好的設(shè)計也不過是電腦臆想的奢侈品；同是也要符合產(chǎn)品設(shè)計的初衷——功能的體現(xiàn)，否則也不過是架子的花瓶，徒具美感罷了！
如何降低生產(chǎn)成本，這一直是企業(yè)與設(shè)計師孜孜不倦的話題。小到一顆螺絲釘、一片小紙片，當(dāng)訂單成千上萬的飛來，這省去的一點點微不足道的配件，就會積累成一筆不可忽視的財富。
所以說，在產(chǎn)品開發(fā)完成前期，產(chǎn)品設(shè)計成了企業(yè)隱形的第一桶金。優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計不僅能縮短生產(chǎn)周期，還能降低生產(chǎn)成本，使企業(yè)在同類產(chǎn)品的市場競爭中鶴立雞群，拔得頭籌。
在產(chǎn)品設(shè)計之初，設(shè)計師必須對自己所要設(shè)計的產(chǎn)品有一個定位，這很重要，因為設(shè)計師必須考慮產(chǎn)品所負(fù)擔(dān)的最基本使命，即完成消費者對產(chǎn)品的外觀審美和使用需求[1]。切不可盲目地陷入閉門造車的漩渦中去，一切以消費者的眼光看待問題，才能迎合消費者的口胃，避免不必要的設(shè)計浪費。
比如，有個切身的例子，一名產(chǎn)品設(shè)計師因沒有考慮一款水平尺的市場定位，忽略了產(chǎn)品是針對歐美市場開發(fā)的，結(jié)果在設(shè)計握手圈時，設(shè)定尺寸只是參照了國人手掌的尺寸，卻忽略了歐美人的人均手掌大于國人。最終，這款產(chǎn)品無法銷售海外，開發(fā)出的產(chǎn)品設(shè)計失敗，造成設(shè)計浪費和資源浪費。
知已知彼，方能百戰(zhàn)不殆，所以在設(shè)計前，每個設(shè)計師都應(yīng)先全方位地了解產(chǎn)品信息：如消費對象、市場定位、產(chǎn)品特色、客戶反饋等，只有你把所有的信息匯集起來，才能更好地設(shè)計產(chǎn)品；才能在不變動客戶大致要求的情況下，賦予產(chǎn)品更親和，更厚重，更富性價比的屬性。
產(chǎn)品設(shè)計涉及三個方面，分別是外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計。
首先，在外觀設(shè)計上，因不同客戶需求，個性化特色、外觀審美等不同，此處無法贅說，但是有一點是必須的，設(shè)計好的產(chǎn)品外觀面與面間盡量做到光滑順暢，沒有一點突兀，在三維軟件中，操作者可將外觀模式調(diào)整到不帶線條的上色模式，以便檢查表面質(zhì)量。如無特殊要求，配件與配件應(yīng)特色統(tǒng)一，視覺親和，給予消費者視覺上舒適。
接著，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，零配件的壁厚選擇是一大重點，首先從該配件功能作用出發(fā)，考慮塑件在使用和裝配過程中，可能受到的各種沖壓扭磨等各種外來的力，以此選擇合適的壁厚，在兩壁間距較大或支撐柱較高的情況下，還要適當(dāng)增加一些加強(qiáng)筋，來增加配件的強(qiáng)度。塑件的壁厚一般為1～4mm [2]，過大的壁厚，不僅增加無謂的成本，也影響注塑成型時間，增加了生產(chǎn)周期。如果該塑件為外露件，也會造成塑件外表面收縮，影響外觀。所以從性價比考慮，原則是：在滿足塑件使用和裝配的前提下，壁厚越薄越好。
還有一點很重要，那就是設(shè)計時留有余量。這是為后續(xù)模具制作留下的伏筆，因為模具去材料容易增材料難，反映到塑件上就是塑料多一塊容易減一塊難，所以在產(chǎn)品設(shè)計時，如果對產(chǎn)品的尺寸沒有完全的把握，不妨保守一點，是孔的偏大一點，是柱子的偏小一點。即使有問題，后續(xù)的修模也會相對容易些。
最后，工藝方面就談選材和裝配，從四點說明。
一、在產(chǎn)品配件選擇上，盡量做到零件標(biāo)準(zhǔn)化，取材就地化。比如產(chǎn)品中用到螺絲，盡可能地選用可以隨處買到的標(biāo)準(zhǔn)件，而非特殊加工非標(biāo)件。當(dāng)然能借用的不僅是這些，一些本公司生產(chǎn)的其它產(chǎn)品如果有什么可以借用來的配件，大可照搬全抄，我想老板會很高心你幫他剩下一筆不菲的模具費。
二、在材料的認(rèn)知上，設(shè)計師要做到心里有底，選料有素。比如ABS，它有一定的強(qiáng)度和硬度，可以用于外殼和不怎么受力的零件上；PVC韌度強(qiáng)，有彈性，可以用于防震和吸震的地方；POM堅硬耐磨，但材質(zhì)較脆弱，可以承受大扭力或應(yīng)力，但沖擊力較小的地方，比如齒輪或滑輪。諸如此類等等……
三、在材料的選擇上，設(shè)計師要在企業(yè)與消費者間尋求平衡點。當(dāng)配件的選擇出現(xiàn)多元化時，設(shè)計師首先考慮消費者這個大方向，就拿都是防震的材料PVC和TPR來說，兩者在很多時候可以通用。但歐美客戶很看重材料對環(huán)境的影響，因此很多客戶在訂單中都要求材料環(huán)保，因此，在選材時，設(shè)計師就不會用到PVC。如果客戶沒有對此作出要求，那么從公司利益出發(fā)， PVC會是首選。
四、在裝配工藝上，需合理化、簡單化、效率化。一件成熟的產(chǎn)品是由多種配件裝配組合而成，故此設(shè)計師對于生產(chǎn)工藝絕不能陌生，一個合理的裝配工藝流程，不僅可以加快車間生產(chǎn)效率，還可以避免不必要的返工和報廢。裝配的工藝必須是可以實現(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上，尋求最簡單、最有效率的方法。
效率決定時間，時間決定效益，這攢下的效益便會化為公司源源不斷的資源。所以，行內(nèi)都有一句話：“就是笨蛋都能做的工藝就是最好的工藝?！?/p>
任何事物都不可能一蹴而就，產(chǎn)品設(shè)計也是如此。成熟的生產(chǎn)工藝是設(shè)計師先行的老師，在基層實踐打拼，了解現(xiàn)行產(chǎn)品的工藝，借鑒生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的種種問題，并解決優(yōu)化。正是通過在車間實踐基礎(chǔ)，才能奠定設(shè)計師跨出設(shè)計之路的第一步。
如此，設(shè)計師才能在實踐中豐富自我的設(shè)計意識，并為以后設(shè)計產(chǎn)品中融入成熟的工藝，積攢下筆筆隱形的一桶金。
總之，細(xì)節(jié)決定成敗，不管從外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計上，設(shè)計師都應(yīng)秉持“細(xì)節(jié)求精”的精神，為客戶提供滿意的設(shè)計產(chǎn)品，為公司省下隱形的成本，使之立于中國經(jīng)濟(jì)之林，乃至世界之林貢獻(xiàn)自己微博的綿力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：綠色橋梁 橋梁設(shè)計 探討
中圖分類號： TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
1、綠色設(shè)計的概念及設(shè)計原則
1.1、綠色設(shè)計的概念
綠色設(shè)計(Green Design)，也稱生態(tài)設(shè)計(Ecological Design)、可持續(xù)設(shè)計(Sustainable Design)、產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(Product Life Cycle Design)等。是指在產(chǎn)品及其壽命周期全過程的設(shè)計中，要充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小，產(chǎn)品的各項指標(biāo)符合綠色環(huán)保要求的一種系統(tǒng)設(shè)計方法。相似于抗震設(shè)計，綠色設(shè)計是一種概念設(shè)計。綠色設(shè)計要對整個生產(chǎn)、生活系統(tǒng)物質(zhì)能量的充分利用進(jìn)行綜合分析,形成良性的生產(chǎn)循環(huán),它具有減量（Reduce）、重復(fù)利用（Reuse）、和循環(huán)（Recycle）的特點。其中減量是指節(jié)約資源、降低能耗,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。重復(fù)利用是指在減少消耗的同時注重產(chǎn)品的再利用性,以最大程度的發(fā)揮產(chǎn)品的價值。循環(huán)指合理回收再利用廢棄物中有用成分以開發(fā)二次資源。
1.2、綠色設(shè)計的原則
綠色設(shè)計要遵從六項基本原則,即①產(chǎn)品全壽命周期閉環(huán)設(shè)計原則。從產(chǎn)品全生命周期出發(fā)，考慮產(chǎn)品的生命周期內(nèi)各個階段對周圍環(huán)境的影響；②資源最佳利用原則。盡可能選用通過簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實現(xiàn)可回收再利用性的可再生資源,并在產(chǎn)品的整個生命周期中最大限度的利用選用的資源的設(shè)計原則；③能源最佳利用原則。在產(chǎn)品整個生命周期循環(huán)中實現(xiàn)能耗最少，并盡可能的利用可再生能源；④污染極小化原則。在設(shè)計過程中就消除污染源,從根本上防止污染；⑤技術(shù)先進(jìn)原則。應(yīng)用最先進(jìn)的技術(shù)來獲得最佳的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益；⑥功能先進(jìn)實用原則。綠色設(shè)計的最終目標(biāo)是向用戶和社會提供功能先進(jìn)實用的綠色產(chǎn)品。
2、橋梁結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)品特殊性
橋梁結(jié)構(gòu)物具有極其特殊的特點,主要表現(xiàn)在:一是橋梁的建造在造價上和原材料的價格及設(shè)計、施工方案等相關(guān),與市場的需要關(guān)系不大,基本是由政府部門根據(jù)社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r來確定實施的；二是橋梁的建設(shè)規(guī)模導(dǎo)致橋梁設(shè)計對社會效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益影響巨大；三是橋梁設(shè)計的使用年限決定了其對社會、環(huán)境影響的深遠(yuǎn)性；四是橋梁在其壽命范圍內(nèi)的使用過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的垃圾但在超期服役后就變成了難以處理的廢棄物；五是橋梁需要具有抗侵蝕和抵御不利環(huán)境因素的能力。
3、綠色橋梁設(shè)計的思想
3.1、橋梁體系的選用
橋梁體系中的各種體系均有一定的適用范圍,在設(shè)計中要根據(jù)實際情況,對梁、拱、剛架、吊與組合體系進(jìn)行合理的選用,避免提高造價和為建成后的養(yǎng)護(hù)造成困難。在橋梁設(shè)計中如若只一味地追求景觀效應(yīng),采用大量不同的體系進(jìn)行設(shè)計,會出現(xiàn)很多弊端。首先會造成施工工藝復(fù)雜,需要使用大量不同的各種模板和機(jī)械設(shè)備。且使用構(gòu)件的尺寸不能滿足受力要求；其次是對于一些不適用于上跨橋橋梁體系會造成視覺上的側(cè)向壓縮感使人感到壓抑。再次是由于索結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的橋梁對防腐的要求高,會造成建成后的養(yǎng)護(hù)工作繁雜,使投入加大,并且隨著交通的急速發(fā)展，上跨橋可能會改建，而復(fù)雜體系的橋梁改建難度非常大。以上這些弊端都不符合綠色設(shè)計的基本原則。所以在橋梁設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合建設(shè)地周圍地理條件、采用相對簡潔、統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體系。并充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)體系日后維護(hù)、改建的可行、便利。當(dāng)然，復(fù)雜體系橋梁的景觀效果不能否定，只是不能過多。
3.2、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)綠色設(shè)計的原則中的六項基本原則,在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,要結(jié)合具體的實際情況,以橋梁的適用性 (serviceability)、安全性(safety)、經(jīng)濟(jì)性(economy)和美觀性(aesthetics)為最終目標(biāo)，進(jìn)行技術(shù)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
在設(shè)計中要準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)受力, 充分考慮橋梁在其生命周期內(nèi)所面臨的各種荷載、各種不利的環(huán)境因素以及自身承載能力的退化,通過全面精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)計算、科學(xué)合理的施工方案、綠色可循環(huán)的原料等方法在保證橋梁使用過程中的安全適用的前提下，減少材料能耗并降低環(huán)境污染。以最小的費用，實現(xiàn)最大的效益。在設(shè)計過程中還可以采用模塊化設(shè)計方法。模塊化的構(gòu)件具有方便更換、拆除的優(yōu)點,而且拆除后的構(gòu)件仍然具有較大的利用空間。
3.3、橋梁附屬設(shè)備的設(shè)計
伸縮縫、支座、排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等都是橋梁的附屬設(shè)備,他們雖然在工程造價中占用的比例不高,但也對整個橋梁的設(shè)計和應(yīng)用起著重要的作用。目前大多數(shù)橋梁的排水系統(tǒng)設(shè)計比較簡單,不合理,使得大量的橋面污水肆意流淌直接擊打著地面,這種情況的形成正是當(dāng)初在橋梁設(shè)計時未全面考慮環(huán)保因素而造成的。通過綠色設(shè)計可以實現(xiàn)對橋梁原有缺點的優(yōu)化,使設(shè)計更為合理和實用。通過選擇性能更優(yōu)越的PVC管等排水系統(tǒng)的材料可以使排水設(shè)備更輕質(zhì)、節(jié)能、抗腐蝕。在設(shè)計中要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓闆r進(jìn)行水力計算來準(zhǔn)確設(shè)置足夠數(shù)量的排水系統(tǒng)。通過設(shè)計合理的排水管數(shù)量使橋面排水更順暢。在通過排水系統(tǒng)將水引離橋面后,還要考慮如何對水流進(jìn)行疏導(dǎo)。例如可以直接將水流引至排水溝，以減少其對地面的二次污染。同時可以采用連接管將多個橋面排水管連通后再接入同一套疏導(dǎo)系統(tǒng)的方法來達(dá)到使整個橋梁更美觀簡潔、更低能耗的目的。
3.4、橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計
橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是橋梁設(shè)計中的重要考慮環(huán)節(jié),它決定著橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。使用壽命過短會造成資源的極大浪費,加大初期投資的成本和后期養(yǎng)護(hù)及維修費用成本,降低效益,違背了綠色設(shè)計的基本原則。在橋梁建設(shè)的初期設(shè)計中要根據(jù)其結(jié)構(gòu)的用途對耐久性做出具體設(shè)計要求,對橋梁使用的材料、施工的便利性、橋梁的后期使用和維護(hù)以及功能過時和壽命期費用等因素都要在設(shè)計中進(jìn)行充分考慮和關(guān)注。還要采取各種措施使橋梁結(jié)構(gòu)在漫長的服役期內(nèi),能夠適應(yīng)各種變化,從而能夠更好的為交通服務(wù)。要實現(xiàn)這個目標(biāo)就需要在橋梁的設(shè)計階段對橋梁結(jié)構(gòu)的可檢性、可修性、可換性、可強(qiáng)性、可控性及可持續(xù)性等因素進(jìn)行充分的分析研究,要對傳統(tǒng)的設(shè)計理念提出挑戰(zhàn),如果橋梁建成后其各個部件無法順利實現(xiàn)檢查、更換、及時修復(fù),且不能得到有效控制、加強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展,就會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)在內(nèi)、外因復(fù)合作用下,逃不出破損,倒塌的命運。工程師在對橋梁設(shè)計時,要認(rèn)識到橋梁整體結(jié)構(gòu)和各組成部件的壽命是不同的,例如:拉索的使用年限一般為10年至40年；橡膠支座的使用期限要小于20年；橋體鋼結(jié)構(gòu)的油漆保護(hù)年限最佳狀況為20年；而拉索護(hù)套的使用年限不到20年等等。在設(shè)計中,設(shè)計師要充分考慮這些自身壽命期低于結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命期的部件,要實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的變形在構(gòu)造上達(dá)到“可控”的目的,同時在構(gòu)造上保證其建成后可查、可修、可換、可加強(qiáng),只有這樣才能在日后的運營階段對橋梁進(jìn)行有效的維修、加固,達(dá)到保證橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的目的。
3.5、達(dá)到設(shè)計使用年限后的橋梁的處理
對橋梁進(jìn)行的綠色設(shè)計,須遍及整個橋梁的生命周期,這樣設(shè)計出的橋梁與傳統(tǒng)理念下設(shè)計的橋梁相比校更具優(yōu)越性。在注重綠色設(shè)計的同時對達(dá)到設(shè)計使用年限的橋梁的處理也要同樣給予重視。橋梁工程具有造價昂貴且不易回收再利用的特點,所以要以盡量延長其使用壽命為原則,對達(dá)己經(jīng)到設(shè)計使用年限的橋梁,通過健康檢測來確定其承載能力,根據(jù)具體結(jié)果對可繼續(xù)使用的橋梁采用重新設(shè)定使用年限的方法處理,對于承載能力己經(jīng)不能滿足使用條件的橋梁,可以采用降低等級或改作人行橋等方法來進(jìn)行繼續(xù)使用。不得已需要拆除的情況下，要預(yù)先計劃好拆除產(chǎn)生的廢料綠色處理問題，這也是為什么橋梁設(shè)計中盡量采用綠色材料的重要原因。
4、結(jié)束語
總之，綠色是目前設(shè)計領(lǐng)域提出的一種全新的概念,在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中,從形成概念到生產(chǎn)制造等各個階段,都以綠色理念為基礎(chǔ),在設(shè)計制造中節(jié)約資源和能源,設(shè)法防止產(chǎn)品及工藝對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)作用,使設(shè)計出的產(chǎn)品更滿足綠色產(chǎn)品的要求,并從根本上防止污染。綠色橋梁是符合資源節(jié)約，可持續(xù)發(fā)展和綠色設(shè)計的主題思想、是橋梁工程全生命周期分析方法的體現(xiàn)，是橋梁工程設(shè)計創(chuàng)新發(fā)展的一個重要方向，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，應(yīng)當(dāng)大力提倡。
參考文獻(xiàn)
[1]錢煒,肖玉德.綠色橋梁設(shè)計[J].工程與建設(shè),2006,06:750-752.
[2]錢煒,肖玉德.綠色橋梁設(shè)計探討[J].華東公路,2005,04:18-21.
關(guān)鍵詞：高壓隔膜片；注塑模具；隔膜模具；模具設(shè)計；生產(chǎn)制造設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
中圖分類號：TQ320 文章編號：1009-2374（2017）07-0009-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.004
S著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展對于高壓壓濾機(jī)膜片的使用量和需求量越來越大，在這種情況下，普通采用壓縮模具的生產(chǎn)膜片的方法，已經(jīng)不能滿足市場的需求，故如何提高產(chǎn)量、優(yōu)化和創(chuàng)新隔膜片生產(chǎn)成為關(guān)鍵，提高隔膜片產(chǎn)量成為我司及同行的發(fā)展重點。本文主要對能夠提高隔膜片生產(chǎn)量和高壓隔膜片質(zhì)量的注塑模具設(shè)計進(jìn)行簡要的分析。
1 高壓隔膜片注塑模具基本概型設(shè)計
隔膜屬于薄壁淺腔或者是片狀零件，所需要的鎖模力和成型面積都很大，但最后的開模行程、注塑量和容模厚度卻需要的很少，甚至經(jīng)常不到設(shè)備總行程的20%，例如一件隔膜片直徑1200mm其厚度只用25mm，其所要的脫模行程是很短的。隔膜片模具設(shè)計時，必須考慮采用熱流道以及多個澆口布置，使得入料均衡。分型面必須設(shè)計在背面平整的位置。采用單層型腔模具設(shè)計，若條件允許也可采用雙層型腔模具那樣在相同設(shè)備、壓力條件下效率提高1倍。
2 高壓隔膜片注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過以上分析了解到，腔隔膜片注塑模具設(shè)計中需要嚴(yán)格遵循相關(guān)原則，并根據(jù)隔膜片產(chǎn)品的實際要求來制定相應(yīng)的注塑模具設(shè)計方案以及注塑方案，才能保證隔膜片生產(chǎn)的合理性，因此首要考慮隔膜片產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)而去思考注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以下主要從幾方結(jié)構(gòu)設(shè)計展開分析：產(chǎn)品特點分析、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，每一項技術(shù)是否合理是直接影響到隔膜片注塑件的質(zhì)量，具體分析研究如下。
2.1 產(chǎn)品特點分析
產(chǎn)品外形如圖1和圖2所示：
通過三維建模，分析該零件重量10kg，面積大，且結(jié)構(gòu)有一定的復(fù)雜性，溝槽多，厚度不均性大，對平面度要求極高，表面粗糙度要求高。故而在模具設(shè)計時對于收縮率控制嚴(yán)格，應(yīng)該在模具設(shè)計時考慮收縮對精度的影響，特別在冷卻和保溫系統(tǒng)做到均勻收縮。
2.2 澆注系統(tǒng)
普通注塑模具的澆注系統(tǒng)在運行時，不僅需要對模具進(jìn)行澆口流道分布等設(shè)計，而且對設(shè)計人員設(shè)計經(jīng)驗要求高，在運行投產(chǎn)時更需要大量的脫流道凝料，故而本設(shè)計采用開放式熱流道的澆注系統(tǒng)，不僅節(jié)約了大量的脫流道凝料，還大大提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、成品率，確保模具高效運作，為我司節(jié)省大筆資金。除此開放式熱流道之外還考慮了針閥式熱流道，雖然針閥式在此產(chǎn)品應(yīng)用上有更好的效果，但是考慮到后者價格貴是前者價格的5倍，綜合產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，最終選定前者作為本模具的澆注系統(tǒng)。
根據(jù)產(chǎn)品特點澆口成星型布置，使得產(chǎn)品融合好，收縮時能夠很好的補料，在噴嘴的選擇上考慮內(nèi)熱式和外熱式兩種噴嘴，最終選擇外熱式，這種對壓降損失小，特別是注塑后期補壓時能夠較好地進(jìn)行補壓。
注意，外熱式噴嘴的噴嘴運作效果會受到外界因素的干擾，一旦擾，便會出現(xiàn)澆注不順利的問題，進(jìn)而出現(xiàn)眾多制件的殘廢品，有甚者出現(xiàn)澆注系統(tǒng)損壞的情況，造成原料的浪費。因此，在模具澆注系統(tǒng)運作和制件成型時，都要確保熱噴嘴處于半絕熱的狀態(tài)，避免受到外界的干擾和影響，確保澆注系統(tǒng)的注塑順利。
2.3 冷卻系統(tǒng)
高壓隔膜片注塑模具設(shè)計需要考慮到冷卻系統(tǒng)設(shè)計，冷卻系統(tǒng)設(shè)計得是否合理直接影響到隔膜片的生產(chǎn)效益，甚至?xí)绊懙缴a(chǎn)機(jī)械的散熱而引發(fā)故障等，因此在高壓隔膜片注塑模具設(shè)計的過程中，必須要注重冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計完澆注系統(tǒng)后，便是隔膜片模具成型冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。一般的單層中小型注塑模具或原來生產(chǎn)隔膜的壓縮模具并不需要特別的冷卻系統(tǒng)，因此多采用自然冷卻。但是，此零件較為大型且薄厚嚴(yán)重分布不均，且根據(jù)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所設(shè)計出來的注塑模具所具有特點是模具板面多、板厚、冷卻效果差，所以在該模具的型芯和型腔板等多處位置都設(shè)計了冷卻回路，不僅確保了模具的均勻冷卻，還提高了冷卻系統(tǒng)運作的
效率。
此外，在冷卻回路的設(shè)計中，先是在型芯上開設(shè)環(huán)形冷卻溝槽，為避免液體露出，溝槽間還要設(shè)置環(huán)形密封圈，讓冷卻水從冷卻回路中最內(nèi)圈的溝槽緩慢通入，最后從最外圈流出，而在底型芯上設(shè)計螺旋形循環(huán)水道；為方便生產(chǎn)加工制作多以直通式的冷卻水道，但要注意水道要有一定寬度，若是水道寬度過窄，不僅會影響冷水在整體冷卻回路中的水流速度，還會由于制件溫度過高而造成水道內(nèi)蒸汽過滿、壓力過大，進(jìn)而影響機(jī)械設(shè)備的運作。
2.4 脫模機(jī)構(gòu)和分型機(jī)構(gòu)的設(shè)計
脫模機(jī)構(gòu)和順序分型機(jī)構(gòu)是高壓的隔膜片注塑模具設(shè)計中機(jī)械聯(lián)合性動作較強(qiáng)的部分，面積大，在脫模時需要使得產(chǎn)品受力均勻的脫出，否則在產(chǎn)品脫出時將會損壞產(chǎn)品的密封面以及產(chǎn)品外觀，此機(jī)構(gòu)也是決定隔膜片最后成型的關(guān)鍵。
（1）脫模機(jī)構(gòu)，為了塑件脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)，所以將公模跟產(chǎn)品接觸的是一個平面，那么首先需要將產(chǎn)品留在公模上面，然后采用平行的多組頂桿將產(chǎn)品頂出；（2）分型面的設(shè)計是至關(guān)重要的，本著分型面應(yīng)盡可能選擇在不影響外觀的部位，并使其產(chǎn)生的溢料邊易于消除或修整的原則，此產(chǎn)品的分型面放在平面處，分型面的排氣至關(guān)重要，設(shè)置多組排氣，并且將排氣位置設(shè)計在料的終端，否則如此大的零件又在快速注塑的條件下，排氣不暢通勢必會造成廢品，輕則影響產(chǎn)品各個方面的質(zhì)量。
2.5 模具總裝圖
模具總裝圖如下：
3 高壓隔膜片注塑模具的工作流程設(shè)計
簡單的說，工作流程就是高壓隔膜片注塑模具的注塑生產(chǎn)工藝，由于產(chǎn)品形狀、結(jié)構(gòu)的不同，因此工作流程也有著一定的差異，而且高壓隔膜片注塑模具生產(chǎn)方式與其他隔膜片模具生產(chǎn)方式也有著很大的差異，因此，需要結(jié)合高壓隔膜片注塑模具的具體施工條件以及施工要求進(jìn)行工作流程的設(shè)計。
3.1 模具工作流程
依據(jù)上文高壓的隔膜片注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，下面將模具的工作流程設(shè)計分為兩部分：（1）第一步，包括澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)兩部分，首先是啟動冷卻系統(tǒng)，引入冷水從型芯、型腔板二個位置的內(nèi)部水道進(jìn)入，充滿直到螺旋式循環(huán)冷卻回路都有冷水流動為止；等待冷水充滿冷卻回路后，啟動澆注系統(tǒng)，外熱式噴嘴調(diào)制半絕熱狀態(tài)，進(jìn)行初期的制件澆制，并運向冷卻回路，使得初期制件基本成型，注塑完畢后進(jìn)行一定時間的保壓；（2）第二步。在第一步完成制件的成型，第二步是制件的“出模”。模具開啟，靠分型機(jī)構(gòu)的作用，使得模具先拉出零件將零件留在動模上進(jìn)行有效分型，等待達(dá)到預(yù)定距離后，注射機(jī)頂桿頂動出板，進(jìn)而將隔膜頂離型芯，幾十個均勻分布的頂出桿頂出，使得制品脫離型芯，至此，制件的完成品被完全脫離。
3.2 工作流程設(shè)計中應(yīng)注意的問題
（1）澆注系統(tǒng)。在高壓注塑模具中，澆注系統(tǒng)運用的是外熱式噴嘴，且結(jié)合熱流道技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點，使得使用外熱式噴嘴時，不僅要考慮外熱式噴嘴運行的半絕熱狀態(tài)，還要考慮熱流道的溫度控制，這也是熱流道技術(shù)運用的難點之一，是工作流程設(shè)計最應(yīng)當(dāng)注意的問題。對物料配方確定后經(jīng)過反復(fù)試模記錄下最好的控制溫度，模具選用閉環(huán)控制的熱流道系統(tǒng)，此外，若改變了制件的物料配方，還要根據(jù)制件的塑料性能、成型溫度和制品要求，重新設(shè)定適合的溫控數(shù)值和精度。（2）冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)是一個承接系統(tǒng)，其不僅決定著澆注系統(tǒng)最后的成品，還影響著后續(xù)脫模機(jī)構(gòu)及順序分型機(jī)構(gòu)是否能夠繼續(xù)運作。然而，冷卻系統(tǒng)很容易受到外界和內(nèi)部的影響和干擾。例如：冷卻系統(tǒng)需要大量的冷水，一般廠家會選擇循環(huán)水系統(tǒng)，然而一旦循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞等現(xiàn)象，冷水供應(yīng)不足，便會造成初品冷卻失敗，有甚者，冷卻水管開裂，則如何確保冷卻系統(tǒng)的冷水回路正常流通應(yīng)當(dāng)成為在模具設(shè)計中重點關(guān)注的問題。
4 結(jié)語
高壓的隔膜片注塑模具和現(xiàn)有的壓縮模具相比，產(chǎn)品生產(chǎn)效率提高了一倍，在資源有限的情況下，能夠直接降低公司制件的生產(chǎn)成本，M足節(jié)能減排的發(fā)展要求。并且，注塑件比壓縮件產(chǎn)品致密度更高，大大提高了制件的壽命，真正地做到了節(jié)約投資、科技環(huán)保和提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了商家的經(jīng)濟(jì)實力，實現(xiàn)了真正服務(wù)于客戶，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：價值工程；產(chǎn)品成本；直接材料成本
0前言
我們知道，設(shè)計階段決定了產(chǎn)品成本80%。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種機(jī)器加工方法越來越先進(jìn)，原來的材料，人工，制造費用三分天下的情況已經(jīng)慢慢地變成了原料和制造費用為主的結(jié)構(gòu)，人工成本已經(jīng)大大的降低。直接材料成本是產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成部分，一般來說，傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品的直接材料成本占產(chǎn)品總成本的60%-80%，占銷售額的40%-70%，隨著自動化程度的提高，材料成本的比重有不斷加大的趨勢。本文應(yīng)用價值工程圍繞以設(shè)計階段降低產(chǎn)品的直接材料成本為中心展開。價值工程是在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段即進(jìn)行的價值與成本分析活動，它力求以用最低的產(chǎn)品壽命周期成本可靠地實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能。價值工程更是在開發(fā)設(shè)計階段提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本的利器。
1價值工程的理論基礎(chǔ)
價值工程的基本原理是：價值V=功能F/成本C。這里所說的功能是產(chǎn)品功能，是指產(chǎn)品的用途和作用；成本為產(chǎn)品壽命周期成本，是指從產(chǎn)品研發(fā)、制造、使用、維修直至最后報廢為止的全過程中所發(fā)生的各種費用的總和（如下圖示）。價值工程將產(chǎn)品價值、功能和成本作為一個整體同時考慮。也就是說價值工程是在確保產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)成本和使用成本，兼顧生產(chǎn)者和用戶的利益。從價值基本原理即價值V=功能F/成本C可以看出，提高產(chǎn)品價值的有多種途徑，比如：（1）提高功能值，降低成本，大幅度提高價值：即F↑C↓=V↑↑；（2）功能值不變，成本降低，提高價值：即F→C↓=V↑；（3）功能值有所提高，成本保持不變，從而提高價值：即F↑C→=V↑；…不論通過哪種途徑，價值工程都能有效幫助企業(yè)降低成本。有效運用價值工程技術(shù)全面降低成本，使產(chǎn)品生命周期成本最低，已成為企業(yè)提高成本能力必不可少的途徑。
2在產(chǎn)品設(shè)計階段導(dǎo)入價值工程收效更好
在產(chǎn)品生命周期的不同階段導(dǎo)入價值工程活動，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益各有不同。但是在產(chǎn)品研發(fā)階段推廣價值工程活動取得的效果都更為顯著，主要因為是在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計上進(jìn)行修改、優(yōu)化和革新，使之合理化，涉及面不大、所需費用較低。因此，越來越多的企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計階段引入價值工程的理念。
3直接材料成本組成
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化的程度的提高，直接材料成本成為產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成部分，一般來說，傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品的直接材料成本占產(chǎn)品總成本的60%-80%，而且占比由擴(kuò)大的趨勢。因此，直接材料成本在設(shè)計階段成本關(guān)注重點之一。首先，直接材料成本由直接材料消耗量和直接材料采購價格兩者共同決定，其中，直接材料消耗量又分為凈用量和額外損耗兩部分。具體如下：
4降低直接材料成本的途徑
由直接材料成本構(gòu)成，可以降低材料消耗量和降低材料采購價格兩方面入手，通過各部門分工配合，跨部門協(xié)同來開展降低直接材料成本的活動。途徑1：減少直接材料消耗量a)減少凈用量。凈用量是設(shè)計直接決定的，因此，優(yōu)化設(shè)計可以從源頭減少產(chǎn)品的材料消耗。b)減少額外損耗。工藝性損耗很難根除，卻可以通過工藝優(yōu)化改進(jìn)而使之最小化，如改進(jìn)模具設(shè)計、優(yōu)化工藝排布可以大幅度減少沖壓邊角料；通過加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理和現(xiàn)場質(zhì)量提升，提高質(zhì)量保證能力，使質(zhì)量成本最小化，可以大幅降低質(zhì)量損耗；加強(qiáng)物流管理，減少賬面和實物的差異、變質(zhì)、破損等損耗，可以有效控制物流損耗。途徑2：降低直接材料的采購價格（1）變更材質(zhì)。在滿足功能要求、保證質(zhì)量和壽命前提下，使用更充足、價格更便宜的材料來代替現(xiàn)有材料，這是降低直接材料采購成本的有效方法。這種方法需要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)的技術(shù)保障措施，必要時需要獲得客戶或技術(shù)設(shè)計部門的認(rèn)可，因此實施周期比較長，也需要一定的技術(shù)投入。（2）供應(yīng)商降價。（3）多家采購。
5研發(fā)設(shè)計階段中的具體應(yīng)用
A）優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計是降低成本活動的重中之重。我們知道，產(chǎn)品設(shè)計是成本的源頭，設(shè)計階段決定了產(chǎn)品的材料使用量，資源消耗及標(biāo)準(zhǔn)成本。從產(chǎn)品策劃和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段抓起，通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，通過技術(shù)性措施從源頭控制成本，是降低成本活動的重中之重。優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計是指圍繞產(chǎn)品實現(xiàn)的功能，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以滿足功能，降低成本為目標(biāo)，找出其中不合理之處進(jìn)行改進(jìn)。如何做到優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，這里有三種方法推薦：（1）運用ESCR（取消合并簡化重排）原則是改進(jìn)的最重要方法之一，在作業(yè)改善和流程改善中被廣泛運用。將之運用于產(chǎn)品的設(shè)計改進(jìn)，同樣有很強(qiáng)的導(dǎo)向作用，常常有出其不意的效果。在推行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，運用ESCR原則可以幫助我們發(fā)現(xiàn)改進(jìn)空間，即通過功能分析對比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，看看那些結(jié)構(gòu)是不必要的，是可以取消的（E),哪些細(xì)小結(jié)構(gòu)是可以合并的（C),哪些結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜而可以簡化（S)，整體結(jié)構(gòu)是否可以重排（R)以便更加緊湊。ESCR原則的核心是價值分析，用最簡單的方式、最低的成本實現(xiàn)功能，滿足客戶的需要，從而價值最大化。（2）運用比照法。比照法也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最重要方法之一，通過對競爭對手，行業(yè)排名靠前的產(chǎn)品的解剖和比較，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)越之處，取他人之長，為己所用。利用比照法，直接學(xué)習(xí)競爭對手或行業(yè)頂尖水平的長處，系統(tǒng)地找到優(yōu)化設(shè)計、降低成本的具體項目，由跨部門項目小組全面推進(jìn)，最終達(dá)到降低總成本、領(lǐng)先競爭對手的目標(biāo)。（3）產(chǎn)品小型化。隨著人類社會的發(fā)展，產(chǎn)品小型化成為明顯的趨勢：一是源于客戶或消費對產(chǎn)品便利性、舒適性的需求，二是源于資源稀缺和環(huán)保意識提升帶來的節(jié)源環(huán)保的需要。小型化是價值工程在節(jié)省產(chǎn)品直接材料方面的重要方法，通過系統(tǒng)分析和必要的技術(shù)論證，在確保實現(xiàn)相同功能，保證產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的前提下，通過使產(chǎn)品更短、更小、更輕、更薄，從而減少產(chǎn)品材料消耗，所以也可稱為短小輕薄化。需要注意的是，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)常要考慮到生產(chǎn)工藝/設(shè)備/模具/工裝夾具/工序作業(yè)等相關(guān)內(nèi)容，需要一定的硬件投入，并需要一定的改造成本或投資成本。這就需要我們進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，考慮行業(yè)趨勢、技術(shù)發(fā)展方向，從中長期的角度計算產(chǎn)出投入比和降低成本效益。同時，還要看到，現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化將為新產(chǎn)品的開發(fā)帶來直接的經(jīng)驗，前期投入會在后續(xù)新產(chǎn)品的生產(chǎn)中獲得很大的回報。所以產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新是項面向未來的工作，不可不做，不可遲做。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低總成本是一個長期的過程，與工藝技術(shù)、管理水平密切相關(guān)，只要堅持不懈、系統(tǒng)推進(jìn)，一定能提高企業(yè)的成本競爭力。B)材質(zhì)優(yōu)化選擇變更。資源的稀缺性決定了資源的價值，不同的材料因此也不同。如果能以滿足功能為前提，根據(jù)市場供求狀況和價格水平，通過設(shè)計更改和工藝優(yōu)化，采用市場供應(yīng)更充足、價格更為經(jīng)濟(jì)的材料進(jìn)行代替，則可以有效降低直接材料成本。（1）材質(zhì)優(yōu)化變更的功能考慮：a)用高強(qiáng)度材料代替低強(qiáng)度材料，如用不銹鋼材料代替黃銅材料，其強(qiáng)度提高了，而材料的用量大幅度減少，總成本更低。b)用高性能材料代替低性能材料。c)用便宜材料代替貴的本材料，在相同的使用量（一般情況下為體積或重量）的情況下，使用便宜的材料代替昂貴的材料，并通過短小輕薄化降低總成本。d)新材料的應(yīng)用。以滿足功能為前提，利用材料的物理性能、化學(xué)性能或價格優(yōu)勢，經(jīng)過綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，通過材質(zhì)變更可以達(dá)到總成本最低的目標(biāo)。（2）材質(zhì)優(yōu)化變更的工藝考慮：工藝技術(shù)是產(chǎn)品的實現(xiàn)途徑，材質(zhì)變更需要工藝的支持。工藝先進(jìn)也是一種節(jié)約，它能減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，確保產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。隨著工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，運用新技術(shù)、新方法職稱材料變更的實現(xiàn)，是降低材料成本的重要保證；同事，新材料的采用又能簡化工藝、降低加工成本，二者相互作用、相輔相成。引進(jìn)、消化高科技設(shè)備和工藝服務(wù)于生產(chǎn)，走生產(chǎn)、研究、開發(fā)并舉的道路。企業(yè)要想不被市場淘汰，必須在科技創(chuàng)新上下功夫，既要投入巨資增添新設(shè)備、新工藝，更要用好新設(shè)備、新工藝。材質(zhì)變更的實現(xiàn)除了需要考慮功能的因素，還要考慮工藝方法的可行性和硬件投資的產(chǎn)出投入比。所以，一定要進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)分析，同時綜合比較內(nèi)部制造和外部采購的優(yōu)勢，以總成本最低為目標(biāo)進(jìn)行決策。C)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計注意提高材料的利用率。材料利用率是工藝損耗高低的直接反映。提高材料的利用率的基本途徑是通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計、提高工藝能力和質(zhì)量水平，最大限度的減少損耗。（1）優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。對某種加工工藝來說，零件的形狀、尺寸和精度直接影響其材料利用率，因此，根據(jù)工藝特點優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計是提高材料利用率的重要途徑。（2）工藝革新。用新工藝取代舊工藝，工藝改革往往帶來突破性的降低成本效果。因此，借助工藝部門的技術(shù)力量，生產(chǎn)部門的大力參與，集思廣益，不斷將新工藝導(dǎo)入企業(yè)而取代原有工藝，是提高材料利用率的重要途徑。（3工藝優(yōu)化。工藝優(yōu)化是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實際情況，通過比較性試驗找出更適合、更有效的方法，來提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低材料消耗。
6結(jié)論
隨著科技的進(jìn)步，自動化程度越來越高，產(chǎn)品直接材料成本占比也越來越高。本文應(yīng)用價值工程的理論，旨在幫助產(chǎn)品設(shè)計者，在設(shè)計階段降低產(chǎn)品成本提供些建議參考。
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關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計；綠色材料選擇；回收性設(shè)計；可拆卸性設(shè)計；生命周期評價
收稿日期：2009-03-03
作者簡介：景華榮（1969―），男，江蘇江都人，江都職業(yè)教育中心校教師，揚州大學(xué)2007級工程碩士研究生，主要研究方向為機(jī)械設(shè)計理論與教學(xué)。
中圖分類號：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)03-0048-03
1 綠色設(shè)計概念及特點
1.1 概 念
綠色設(shè)計(GD：Green Design)，也稱為生態(tài)設(shè)計(ED：Ecological Design)、環(huán)境設(shè)計(DFE：Design for Environment)、生命周期設(shè)計(LCD：Life Cycle Design)。
綠色設(shè)計不同于傳統(tǒng)設(shè)計，綠色設(shè)計包含產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個階段，即涉及產(chǎn)品整個生命周期，是從搖籃到再現(xiàn)的過程。也就是說，要從根本上防止環(huán)境污染，節(jié)約資源和能源，首先決定于設(shè)計，要在設(shè)計過程中考慮到產(chǎn)品及工藝對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)作用，并將其控制在最小范圍之內(nèi)或最終消除，這就是綠色設(shè)計的基本思想。
圖1為一種基于層次的綠色產(chǎn)品設(shè)計體系。該體系包含目標(biāo)層、設(shè)計內(nèi)容層、主要階段層、設(shè)計因素層4個層次［1］。
綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的根本區(qū)別在于，綠色設(shè)計要求設(shè)計人員在設(shè)計構(gòu)思階段，就要把降低能
耗、易于拆卸、再生利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、壽命、成本的要求列為同等的設(shè)計目標(biāo)，并保證在生產(chǎn)過程中能夠順利實施。
綠色設(shè)計是生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的保障，在實施綠色制造過程中，綠色設(shè)計是關(guān)鍵。研究表明：產(chǎn)品性能的70%～80%是由設(shè)計階段決定的，而設(shè)計本身的成本僅為產(chǎn)品總成本的10%［2］。因此，只有在設(shè)計階段按照綠色產(chǎn)品的特點進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計，即進(jìn)行綠色產(chǎn)品設(shè)計，才能保證產(chǎn)品最終的綠色特性。
1.2 特 點
由綠色設(shè)計的定義可以看出，綠色設(shè)計的主要特點包括以下幾個方面：
①擴(kuò)大了產(chǎn)品的生命周期；②綠色設(shè)計從源頭上減少了廢棄物的產(chǎn)生，有利于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡；③綠色設(shè)計可以防止地球上礦物資源財富的枯竭；④綠色設(shè)計將減少廢棄物的數(shù)量及其處理的棘手問題，避免通常垃圾處理采用的填埋、焚燒法所造成的二次污染。
1.3 方法及工具開發(fā)
綠色設(shè)計是一種綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、并行工程、壽命周期設(shè)計的一種發(fā)展中的系統(tǒng)設(shè)計方法，是集產(chǎn)品的質(zhì)量、功能和環(huán)境為一體的設(shè)計系統(tǒng)。綠色設(shè)計的方法主要有：生命周期設(shè)計法、并行工程法、模塊化設(shè)計法。
綠色設(shè)計工具的開發(fā)研究是綠色設(shè)計的重要內(nèi)容，國內(nèi)外的研究部門和企業(yè)都進(jìn)行了很多研究，主要側(cè)重于材料選擇、拆卸分析、環(huán)境影響評價等方面，目前已開發(fā)或正在開發(fā)的典型綠色設(shè)計工具有：Boustead數(shù)據(jù)庫、DFA/DFD（計算機(jī)輔助拆卸分析）、Ecomanager、LCAiT、Simapro5、Green Assessent、Cummpan、CALA等［3］。
2綠色設(shè)計的材料選擇
2.1 綠色材料的概念
綠色材料(Green Material：GM)，又稱環(huán)境協(xié)調(diào)性材料 (Envionmental Conscious Materials：ECM)或生態(tài)材料(Ecomaterials)，是指那些具有良好使用性能或功能，并對資源和能源消耗少，對生態(tài)與環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在制備、使用、廢棄直至再生循環(huán)利用的整個過程中，與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的一大類材料。
綠色材料是綠色設(shè)計的基礎(chǔ)，綠色材料對綠色產(chǎn)品的綠色程度有著重要作用。因此，綠色設(shè)計的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎(chǔ)之上。綠色材料不僅包括直接具有凈化環(huán)境、修復(fù)等功能的高新技術(shù)材料的開發(fā)，也包括對使用量大而面廣的傳統(tǒng)材料及其產(chǎn)品的改造。隨著產(chǎn)品對環(huán)境性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計中材料選擇有明顯不足之處。主要表現(xiàn)在：
(1)所用材料種類繁多；
(2)選材很少考慮材料的加工過程及其環(huán)境的影響；
(3)所用材料很少考慮報廢后的回收處理問題；
(4)沒有考慮所用材料本身的生產(chǎn)過程。
由此可見，傳統(tǒng)的材料選擇方法已不能適應(yīng)綠色產(chǎn)品及綠色設(shè)計的要求，必須從更廣泛的角度考慮材料的選擇，不僅應(yīng)考慮基本性能要求，更應(yīng)著重考慮材料的環(huán)境屬性。
2.2 綠色設(shè)計材料選擇的準(zhǔn)則
綠色產(chǎn)品設(shè)計首先應(yīng)要求構(gòu)成產(chǎn)品的材料具有綠色特性，具體來說，在材料選擇時，應(yīng)符合以下要求：
（1）具有良好的使用性能。
（2）所用材料應(yīng)是低能耗、低成本、少污染的材料。
（3）盡量不用或少用短缺的或能耗大的原材料，多用廢料或再生循環(huán)材料作為原料。
（4）盡量不用或少用有毒有害的原材料。
（5）所用材料應(yīng)是易回收、易處理、可降解材料，且具有最大的再生利用率。
（6）所用材料應(yīng)是易加工且加工中無污染或污染最小。
（7）材料在整個生命周期的全過程對生態(tài)環(huán)境無副作用，而不僅是某一生產(chǎn)過程具有低的環(huán)境負(fù)荷值。
2.3 綠色材料的評價
產(chǎn)品設(shè)計中所選材料的綠色程度有多大，所選材料是否是綠色材料，這對材料比較和選擇具有重要作用。這種材料的選擇決策也就是綠色材料評價。開展對材料、產(chǎn)品及其生產(chǎn)、使用直至廢棄全生命周期或某個環(huán)節(jié)的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價研究，是綠色設(shè)計評價的基礎(chǔ)性工作。
3 產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計
3.1 拆卸設(shè)計的概念
所謂拆卸就是從產(chǎn)品或部件上有規(guī)律地拆下可用零部件的過程，同時保證不因拆卸過程而造成該零部件的損傷。面向拆卸的設(shè)計（Design for Disassembly，DFD）是一種使產(chǎn)品最容易拆卸并能從材料回收和零件重新使用中獲得最高利潤的設(shè)計方法學(xué)，它研究如何設(shè)計產(chǎn)品才能高效率、低成本地進(jìn)行組件、零件的拆卸以及材料的分類拆卸，以便重新使用及回收。產(chǎn)品的可拆卸性是產(chǎn)品回收再生的前提，直接影響產(chǎn)品的可回收再生性［3］。
3.2 拆卸設(shè)計準(zhǔn)則
可拆卸性要求在產(chǎn)品設(shè)計的初期就將可拆卸性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個評價準(zhǔn)則，使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)易于拆卸，維護(hù)方便，并可在產(chǎn)品報廢后可重用部分能充分有效地回收和重用，以達(dá)到節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境的目的。拆卸設(shè)計應(yīng)遵循以下基本準(zhǔn)則：①拆卸工作量最少準(zhǔn)則；②易于拆卸準(zhǔn)則；③易于分離準(zhǔn)則；④產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可預(yù)測性準(zhǔn)則。
3.3 拆卸設(shè)計評價
拆卸評價是對設(shè)計方案進(jìn)行評價―修改―再評價―再修改直至滿足設(shè)計要求的動態(tài)過程。評價的內(nèi)容、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)是評價的關(guān)鍵。提出一套完整的拆卸性評價指標(biāo)體系，建立嚴(yán)格的評價標(biāo)準(zhǔn)是評價系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
4 產(chǎn)品的可回收性設(shè)計
4.1 回收設(shè)計的基本概念
回收設(shè)計（Design for Recycling，DFR）就是在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計初期，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與可回收有關(guān)的一系列問題，以達(dá)到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，并在回收過程中對環(huán)境污染為最小的一種設(shè)計思想和方法。
產(chǎn)品可回收性設(shè)計的內(nèi)容包括產(chǎn)品零部件的回收性能分析、可回收材料及其標(biāo)志、回收工藝與方法、回收性經(jīng)濟(jì)評價、可回收性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性等幾個方面。
4.2 回收設(shè)計的特點及經(jīng)濟(jì)性分析
從回收設(shè)計的定義可以看出，回收設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計有很大的不同?；厥赵O(shè)計在產(chǎn)品的設(shè)計初期就考慮消除或減少廢棄物的產(chǎn)生，并在產(chǎn)品廢棄淘汰時，對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的回收或使廢舊產(chǎn)品的零部件得到重用、移用?；厥赵O(shè)計主要有以下特點：
(1)回收設(shè)計可使材料資源得到最大限度地利用；
(2)回收設(shè)計可減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；
(3)回收設(shè)計有利于持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施；
(4)物流的閉合性。
對回收經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品類型、生產(chǎn)方式、材料種類等，收集整理各有關(guān)數(shù)據(jù)資料并參考現(xiàn)行的成本預(yù)算方法，目前所采用的參數(shù)通常為回收的費用收益比和凈收益兩種，其表達(dá)式為：
費用收益比=總回收收益/總回收費用
凈收益=總回收收益－總回收費用
4.3 產(chǎn)品回收的基本原則
回收設(shè)計是產(chǎn)品在使用壽命終結(jié)時獲得重新利用的基礎(chǔ)，從廢舊產(chǎn)品中不斷的拆卸與回收零部件，其回收價值如圖2所示。圖中的極值點是經(jīng)濟(jì)回收的極限點，在高價值零部件優(yōu)先回收的前提下，該點表示拆卸的過程或步驟開始進(jìn)入負(fù)價值拆卸。在這種情況下，就限制了產(chǎn)品的進(jìn)一步拆卸與回收，因此，在廢舊產(chǎn)品的回收過程中，主要有以下基本原則可供遵循：
（1）若零件的回收價值加上不回收該零件所需的處理費用大于拆卸費用，則回收該零件；
（2）若零件的回收價值小于拆卸費用，而兩者之差又小于處理該零件的費用，則回收該零件；
（3）若零件的回收價值小于拆卸費用，而兩者之差又大于處理該零件的費用，則不回收該零件，除非為了獲得剩余部分中其他更有價值的零件材料而必須拆卸；
（4）對所有不予回收的零件都需進(jìn)行處理。
回收的零件及材料的價值應(yīng)從高到低，當(dāng)回收效益為零或負(fù)值時，則停止拆卸。
4.4 回收設(shè)計準(zhǔn)則
在回收設(shè)計中，應(yīng)遵循以下設(shè)計準(zhǔn)則：
①設(shè)計的結(jié)構(gòu)易于拆卸，減少拆卸的工作量；②可重用零部件材料要易于識別分類；③結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)有利于維修調(diào)整；④限制材料種類，采用系列化、模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；⑤盡可能利用回收零部件或材料；⑥應(yīng)便于分離拆卸不同的材料組合；⑦采用相容性好的材料。
5 綠色設(shè)計評價
5.1 概 述
綠色產(chǎn)品設(shè)計的最重要的環(huán)節(jié)就是研究開發(fā)對產(chǎn)品整個生命周期進(jìn)行評價的方法和工具。綠色設(shè)計評價可以利用各種工具，以支持生命周期各個階段設(shè)計過程的進(jìn)行，其中最為有效的方法為生命周期評價。
5.2 生命周期評價的概念
生命周期評價(LCA：Life Cycle Assessment)，或稱“環(huán)境協(xié)調(diào)性評價”。LCA是對產(chǎn)品系統(tǒng)在整個生命周期中的環(huán)境影響、物質(zhì)和能源的投入產(chǎn)出和潛在的環(huán)境影響進(jìn)行定量分析和評價的一種方法，是對綠色產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證的最有效方法。
5.3 LCA的技術(shù)框架
根據(jù)1997年的ISO14040標(biāo)準(zhǔn)的定義，LCA技術(shù)框架如圖3所示，它包含了目標(biāo)和范圍定義、編目分析、環(huán)境影響評估、環(huán)境解釋4個組成部分。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 張崢嶸，袁清珂.21世紀(jì)制造業(yè)的特點及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.機(jī)械工程師,1999(1)：1~3.
［2］ 劉飛.21世紀(jì)制造的綠色變革與創(chuàng)新［J］.機(jī)械工程學(xué)報,2000(1)：7~13.
1.1概念設(shè)計知識分類與表達(dá)
概念設(shè)計是對設(shè)計問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設(shè)計階段[7].概念設(shè)計從不同的角度有多種定義[8].一般認(rèn)為,概念設(shè)計是指以設(shè)計要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個由功能向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過程。
圖1描述了一般概念設(shè)計的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據(jù)設(shè)計要求,運用各種分析、設(shè)計方法推理而生成的多個方案,是個發(fā)散過程；評價則從方案集中擇出最優(yōu),是個收斂過程。概念設(shè)計是將所設(shè)計的產(chǎn)品看成一個系統(tǒng),運用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計。具體說,概念設(shè)計就是將設(shè)計對象的總功能分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過這樣逐層分解,直至對應(yīng)的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實現(xiàn)的技術(shù)原理解。概念設(shè)計的主要任務(wù)是功能到結(jié)構(gòu)的映射,概念設(shè)計過程主要包括：功能創(chuàng)新、功能分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構(gòu)思和決策。
根據(jù)概念設(shè)計的過程及人在設(shè)計時的認(rèn)知特點將概念設(shè)計知識分為元知識和實例知識（其分類如圖2所示）。元知識中主要包括功能知識、技術(shù)原理解知識、結(jié)構(gòu)知識等。實例知識中主要包括方案設(shè)計實例、技術(shù)原理解實例、產(chǎn)品實例等知識。
（1）功能知識。主要描述產(chǎn)品完成的任務(wù),描述產(chǎn)品的功能及功能子項。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內(nèi)容、實現(xiàn)參數(shù)、性能指標(biāo)等；
（2）技術(shù)原理解知識。描述產(chǎn)品功能及功能子項的原理解答。它的表達(dá)要復(fù)雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達(dá)它的說明、解答參數(shù),另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答；
（3）結(jié)構(gòu)知識。描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況,是對原理域知識的細(xì)化和擴(kuò)充,是求解原理解的結(jié)構(gòu)載體,可描述產(chǎn)品關(guān)鍵部分的形狀、尺寸和參數(shù)。產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的映射（簡稱為功構(gòu)映射）就是對產(chǎn)品的功能模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實現(xiàn)這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關(guān)系的零部件描述。在這里功能是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抽象,是結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的目的；而結(jié)構(gòu)則為實現(xiàn)某功能而選用的一組構(gòu)件或元件。功能結(jié)構(gòu)間的關(guān)系一般而言是多對多的映射關(guān)系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實現(xiàn),而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能；
（4）實例知識。已成功或失敗的設(shè)計范例,包括方案設(shè)計實例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識實例、技術(shù)原理解實例等。它包含了更多的實際因素,是類比設(shè)計和基于實例推理設(shè)計的基礎(chǔ)。
以工程機(jī)械中某型滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細(xì)分為滑模作業(yè)、控制作業(yè)等功能,滑模作業(yè)功能又可細(xì)分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個功能的實現(xiàn)可能會由幾個結(jié)構(gòu)組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機(jī)滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個結(jié)構(gòu)一起才能實現(xiàn)。圖3為該水泥攤鋪機(jī)的功能層次定義和功能分解結(jié)構(gòu)舉例。該產(chǎn)品所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業(yè)功能的技術(shù)原理解簡圖、技術(shù)原理解的評價、參考產(chǎn)品,以及實現(xiàn)該功能的說明等相關(guān)的知識。
如何利用計算機(jī)技術(shù)對概念設(shè)計予以支持,對概念設(shè)計知識進(jìn)行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統(tǒng),最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯等。專家系統(tǒng)的知識建模主要側(cè)重符號層的系統(tǒng)實現(xiàn),很少考慮動態(tài)的,非結(jié)構(gòu)化的知識,造成專家系統(tǒng)解決問題的局限性,使得專家系統(tǒng)不能解決大型復(fù)雜問題。
本體作為“對概念化顯式的詳細(xì)說明”[9,10],研究領(lǐng)域內(nèi)的對象、概念和其他實體,以及它們之間的關(guān)系,可以很好地解決概念設(shè)計知識的表達(dá)、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設(shè)計知識可以支持細(xì)粒度的產(chǎn)品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領(lǐng)域的知識,如概念、事實、規(guī)則等；支持語義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進(jìn)行語義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過程描述
本體是某一領(lǐng)域的概念化描述,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,它包括兩個基本的要素：概念和概念之間的關(guān)系。本體的構(gòu)建必須滿足以下的要求：對目標(biāo)領(lǐng)域的清晰描述；概念或概念之間關(guān)系的明確定義；一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語言形式和XML文檔形式等。
基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計知識建模過程包括3個階段：
（1）產(chǎn)品概念設(shè)計知識目標(biāo)確定。產(chǎn)品概念設(shè)計知識定位,概念設(shè)計知識的定位決定本體構(gòu)造的功能需求及最終用戶。
（2）產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體分析與建立。根據(jù)需求分析,確定該領(lǐng)域的相關(guān)概念及概念屬性,并用XML語言進(jìn)行形式化描述。這個階段是建立概念設(shè)計知識本體的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響到整個本體的生成質(zhì)量,同時也是工作量最大的階段。
（3）產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體評價。對所創(chuàng)建的本體進(jìn)行一致性及完備性評價。一致性是指術(shù)語之間的關(guān)系邏輯上應(yīng)保持一致；完備性是指本體中概念及關(guān)系應(yīng)是完善的。我們稱該3階段的組合為產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體建模的一個生命周期（見圖6）。
1.3概念設(shè)計知識的本體表示
在此我們以工程機(jī)械中滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,結(jié)合圖3～圖5中的實際知識,從概念實體、概念屬性及概念間關(guān)系等方面來說明產(chǎn)品知識、功能知識、技術(shù)原理解知識、技術(shù)原理解實例等概念設(shè)計知識的本體表示,通過概念蘊涵、屬性關(guān)聯(lián)、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質(zhì)聯(lián)系,形成一個語義關(guān)系清晰的產(chǎn)品概念設(shè)計知識模型。建模采用目前最新的OWL語言描述。
表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機(jī)繼承了一個產(chǎn)品的所有屬性,此外還具備了關(guān)系屬性：攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制：只能應(yīng)用于滑模式水泥攤鋪機(jī)領(lǐng)域,且取值變化只能在攤鋪寬度中（省略了關(guān)于滑模式水泥攤鋪機(jī)類似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。
（3）功能知識類
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表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關(guān)產(chǎn)品（省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。
（4）功能技術(shù)原理解類
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表述的語義為一個功能技術(shù)原理解具有對應(yīng)的功能名稱,相關(guān)的技術(shù)原理解簡圖（省略了技術(shù)原理解類似屬性的定義,如評價、參考產(chǎn)品、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。
上述描述中,使用類公理（subclassof）描述了兩個類（概念）之間的繼承關(guān)系,如滑模式水泥攤鋪機(jī)類是產(chǎn)品類的子類。在描述類屬性時,使用關(guān)系屬性（objectproperty）描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關(guān)系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機(jī)類的一個屬性,同時也表達(dá)了和攤鋪寬度類之間的對應(yīng)關(guān)系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應(yīng)用領(lǐng)域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機(jī)類,且它的取值只能是攤鋪寬度數(shù)據(jù)集。
1.4基于本體的概念設(shè)計知識管理的特點和優(yōu)勢
基于本體的概念設(shè)計知識管理可以讓設(shè)計人員更好地重用已有的概念設(shè)計知識,基于本體的概念設(shè)計知識管理具有以下的一些特點或優(yōu)勢：
（1）支持用戶定制知識類別。產(chǎn)品概念設(shè)計過程中,需要運用多種類型的知識,如：功能類、功能技術(shù)原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點,不能用相同的描述框架來處理?；诒倔w的設(shè)計知識建模允許用戶對設(shè)計中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設(shè)計中多來源多類型知識的表示問題。
（2）支持概念共享的知識庫構(gòu)建。概念設(shè)計知識本體的構(gòu)造澄清了概念設(shè)計領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu),為概念設(shè)計知識的表示打好了基礎(chǔ),而本體中統(tǒng)一的術(shù)語和概念也使概念設(shè)計知識更好地共享成為可能?；诒倔w的概念設(shè)計知識表示在區(qū)分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯(lián)系。通過概念間的共享機(jī)制,避免了設(shè)計知識庫的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統(tǒng)計處理。
（3）多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應(yīng)用系統(tǒng)中一般采用基于關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫查詢方法,由于其數(shù)據(jù)庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關(guān)系、事實和實例的領(lǐng)域模型的基礎(chǔ)上,因此無法實現(xiàn)智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構(gòu)性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統(tǒng)得不到意義相同但用詞（語法）不同的內(nèi)容。當(dāng)需要對多個數(shù)據(jù)源進(jìn)行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關(guān)的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本體的概念設(shè)計知識管理中由于具有統(tǒng)一的術(shù)語和概念,知識庫建立在本體的基礎(chǔ)上,使得基于知識的設(shè)計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉(zhuǎn)換器按照本體把各種檢索請求轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合,解決了語義異構(gòu)的問題。
從人在設(shè)計時的認(rèn)知特點出發(fā),可以采用基于功能分解樹的功能設(shè)計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)計知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實現(xiàn)基于知識檢索的設(shè)計意圖的匹配。
2、基于本體的概念設(shè)計知識管理
2.1概念設(shè)計知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
結(jié)合工程機(jī)械行業(yè)的實際,本文提出了圖7所示的基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)按照知識產(chǎn)生、獲取和利用的流程來構(gòu)建,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括概念設(shè)計知識管理工具、數(shù)據(jù)接口程序以及基于本體的概念設(shè)計知識庫,具體由4個部分構(gòu)成。
（1）概念設(shè)計知識獲取。概念設(shè)計知識的獲取包括從概念設(shè)計知識本體定義、本體之間關(guān)系定義、本體知識庫生成到概念設(shè)計知識獲取整個過程。
（2）概念設(shè)計知識維護(hù)。主要包括從概念設(shè)計知識本體維護(hù)、本體關(guān)系維護(hù)、知識庫重新生成到概念設(shè)計知識維護(hù)的過程,實現(xiàn)對本體的屬性修改,各類知識之間的關(guān)系維護(hù),以及知識庫的更新等。
（3）概念設(shè)計知識檢索重用。系統(tǒng)中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設(shè)計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)計知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統(tǒng)提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實現(xiàn)同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術(shù)語表示相同的設(shè)計信息的人可以得到相同的知識幫助。
（4）概念設(shè)計知識庫的構(gòu)建。要實現(xiàn)基于本體的,支持客戶自定義的概念設(shè)計知識管理,系統(tǒng)必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統(tǒng)基石的知識庫的構(gòu)建就不能采用完全預(yù)先定義的方式,在系統(tǒng)中我們采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫加上在此基礎(chǔ)上經(jīng)過本體定義工具動態(tài)生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實現(xiàn)。
2.2概念設(shè)計知識管理關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)
關(guān)鍵詞：汽車沖壓件；沖壓工藝；設(shè)計；材料消耗
中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
近年來隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車覆蓋件的開發(fā)技術(shù)也逐漸成為研究的熱門。汽車覆蓋件既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件，它包括汽車外覆蓋件和汽車內(nèi)覆蓋件及骨架件，汽車外覆蓋件主要是指人們能夠直觀看到的汽車車身外部零件；汽車內(nèi)覆蓋件主要是汽車內(nèi)部零件被一些外部裝飾或者其他零件遮擋覆蓋，造成稱身內(nèi)部零件無法被觀察到。汽車覆蓋件主要作為汽車的裝飾性零件，但其不僅僅是起裝飾功能，還起到一些其他功能作用。汽車的市場定位以及車身造型都取決于汽車的外覆蓋件的設(shè)計。除此之外，汽車外覆蓋件也具有很多功能作用，對于汽車的防噪音效果、汽車的碰撞安全程度都取決于汽車的外覆蓋件的安裝，其在汽車生產(chǎn)過程中的總成本計算中也占據(jù)著很大的比例。汽車沖壓件材料的消耗對于汽車生產(chǎn)企業(yè)有著很大的影響，因此，需要從汽車沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方法等方面進(jìn)行重新設(shè)計優(yōu)化，才能夠很好的降低汽車沖壓件的材料消耗。
一、汽車沖壓件的優(yōu)化設(shè)計
（一）汽車沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
1、簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計水平：設(shè)計尺寸主要決定著產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，也決定著產(chǎn)品在使用過程中的材料消耗與質(zhì)量。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要根據(jù)材料的性能，合適的減小尺寸，不僅節(jié)省了工藝流程，也降低了材料的消耗。要想降低沖壓件的損耗，就必須對材料的質(zhì)量進(jìn)行提升，在車身設(shè)計中，如果在各項條件都充足的情況下，為了降低材料的生產(chǎn)成本，應(yīng)該簡化材料的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減少材料的焊接量，縮短裝配線長度，簡化裝焊工具及設(shè)備，能夠?qū)φ麄€車身的質(zhì)量減輕，更有利于自動化的實現(xiàn)。對于各處載荷不一致的載貨車架而言，應(yīng)對車架載荷采取有限元法進(jìn)行模擬分析，合理的選取材料的厚度，更好的降低材料消耗。
2、減少總成數(shù)量：在汽車鉚接件與車身的沖壓件總成之間一般都有重疊處；對于一些無重疊的焊接結(jié)構(gòu)件間，各分件的修邊廢料之和或落料搭邊值比整體拉延件多，其次還使得焊條材料消耗增加。因此，在所有條件允許的情況下，如生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)材料允許情況下，應(yīng)盡量采取以沖代焊。
3、降低工裝難度：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在滿足功能和焊接匹配要求的情況下，從沖壓工藝分析的角度出發(fā)，避免結(jié)構(gòu)復(fù)雜，避免增加模具復(fù)雜程度。以圖一為例，按沖壓工藝分析，產(chǎn)品中虛線圈定的部分為：立面1與沖壓方向的垂直夾角為0。，立面2為1.5。。由于拉延角度過小，制件回彈不易控制，同時若按照這個制件角度修邊時需要斜楔修邊工藝。斜楔修邊實現(xiàn)困難，工裝開發(fā)費用、使用費用和維護(hù)費用都很高，工裝難度大。通過沖壓工藝審核，改進(jìn)方式如圖二：以沖壓方向為準(zhǔn)，兩個立面與沖壓方向各自為6。，修邊模具結(jié)構(gòu)大大簡化，制造成本降低，方便調(diào)試。由于制件拉延深度較深將近250mm，原設(shè)計的料厚為1.5mm，拉延工裝生產(chǎn)使用易拉毛，工裝使用的穩(wěn)定性不易保證，維護(hù)費用高。經(jīng)過沖壓工藝分析及強(qiáng)度校核，采用降低產(chǎn)品料厚的方法，在最大程度保證產(chǎn)品功能的條件下，將料厚降到1.2mm。實際生產(chǎn)表明，通過該方法可以降低產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)費用，制件質(zhì)量、模具質(zhì)量容易得到控制。
圖一 左前輪罩板
圖二 改進(jìn)的左前輪罩板
（二）汽車沖壓件的工藝優(yōu)化設(shè)計
沖壓工藝性是指覆蓋件沖壓制造的可行性及方便性，沖壓工藝性涉及覆蓋件材料特性、幾何特性、工藝成形方法等，拉延是汽車覆蓋件沖壓成形中最關(guān)鍵的工序，因此汽車覆蓋件的工藝分析主要是指拉延成形性分析。由于在覆蓋件設(shè)計階段的沖壓性能分析往往是使用逆算法，其結(jié)果精度較低，因此，在沖壓工藝設(shè)計階段，成形性能分析需要做的更為詳細(xì)和具體，包括選擇沖壓方向選擇、設(shè)計壓料面及工藝補充面、設(shè)計拉延筋以及選擇合理的壓邊力等。由于工藝方案設(shè)計的內(nèi)容以及需要考慮的因素較多，不能進(jìn)行定量的計算，因此，在實際過程中主要憑借的是經(jīng)驗設(shè)計。
1、沖壓方向設(shè)計：合理的沖壓方向設(shè)計有利于防止破裂起皺等沖壓缺陷的產(chǎn)生，因此設(shè)計需要考慮的原則有：首先，保證凸模能夠全部進(jìn)入凹模，是零件的全部空間形狀能夠一次拉深成形出來。如圖三所示，選用沖壓方向B，凸模能夠全部進(jìn)入凹模，這個零件形狀才能夠順利成形。
圖三 沖壓方向設(shè)計圖
2、下料的選用：選用定尺料，就是向鋼材生產(chǎn)廠家直接訂購和零件坯料一樣尺寸板料，在進(jìn)場后可直接用于沖壓生產(chǎn)，無須對這種板材進(jìn)行下料，所以其下料得使用率為100%。通常用定尺料的零件，其坯料尺寸一般都比較大(寬度和長度幾乎都比1000mm大)、年需求量也較大、且尺寸不規(guī)格。通常汽車的一部分批量較大的內(nèi)覆蓋件和大部分外覆蓋件的用料都采用的是定尺料，對沖壓件的材料利用率大大的提高。同時定尺料不僅可保證外觀件的表面品質(zhì)，也可減少再次下料為材料表面帶來的滑痕。在下料的選擇中，需要制定經(jīng)濟(jì)的工藝方法來省料，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，應(yīng)采取這些省料的下料工藝。工藝設(shè)計時，首先應(yīng)注意避免減少重復(fù)的修邊廢料。許多工藝設(shè)計，往往是先落料，成形后又修邊，造成了額外的廢料，應(yīng)根據(jù)零件尺寸精度要求來合理確定工藝。其次，可以采用拉延工藝進(jìn)行省料，可根據(jù)變形趨勢試驗落料樣板，減少廢料損失，其中，在保證剛性和表面質(zhì)量的情況下，需要對薄板拉延件，需要兼顧下料尺寸和壓邊力，合理的確定下料尺寸。
（三）汽車沖壓件的工藝方法
1、進(jìn)行排樣優(yōu)化：通過排樣減少落料過程廢料產(chǎn)生量。詳細(xì)改進(jìn)方法如圖四。
圖四 改善前后對比圖
2、完善產(chǎn)品標(biāo)注：產(chǎn)品標(biāo)注如果出現(xiàn)差異，不僅會影響沖壓工藝出現(xiàn)差異，也會影響材料的最終材料消耗。標(biāo)注改進(jìn)一些橫梁的尺寸，可以降低下料的尺寸，供料寬度才可能降到標(biāo)準(zhǔn)檔次；對于產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)注，例如，在產(chǎn)品容易發(fā)生褶皺的地方進(jìn)行標(biāo)注，像褶皺對汽車裝配沒影響，則可以降低材料的材料消耗。
二、對汽車沖壓件材料的生產(chǎn)進(jìn)行管理
1、需要降低生產(chǎn)成本：對于坯料進(jìn)行選擇，滿足制件性能要求為前提，選擇滿足沖壓件成形最低性能參數(shù)或最易采購的材料主要從以下幾點進(jìn)行考慮：①材料牌號選擇合適性；②左右件材質(zhì)和料厚相同；③材料的采購難易度；④可實現(xiàn)套裁生產(chǎn)件的材質(zhì)；⑤規(guī)格卷料的采購。
2、對材料規(guī)格進(jìn)行簡化，節(jié)約資金：產(chǎn)品在一定情況下，一個廠的工藝水平取決于整車的材料消耗的定額，在采用低材料消耗的沖壓工藝基礎(chǔ)上，這種定額才能起到?jīng)Q定作用。同時，對材料規(guī)格進(jìn)行簡化。從而縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，節(jié)省了資金，更加方便訂貨。
3、在現(xiàn)生產(chǎn)中，為降低汽車成本，有時要采用一些質(zhì)量相當(dāng)、采購價較低的材料。但由于各鋼廠的條件不同，推薦經(jīng)濟(jì)規(guī)格也不一致。因此，若考慮不周全，將會由于規(guī)格變化，造成混亂。因此，如牌號、規(guī)格相同時采用低成本材料，低成本材料也盡量并成幾種規(guī)格等。
4、在工藝編排時要考慮廢料的回收和利用，尤其是汽車覆蓋件中各種窗框制件的工藝廢料要充分利用。首先對窗框余料進(jìn)行分類，設(shè)計制造落料模進(jìn)行落料，使該部分工藝余料用作中小沖壓件的生產(chǎn)，大大提高了材料利用率。
5、不規(guī)格料的使用過程中，應(yīng)強(qiáng)化由供應(yīng)部門辦理的材料代用手續(xù)，以保證材料管理信息系統(tǒng)的暢通。為保證統(tǒng)籌利廢，應(yīng)劃分好沖壓車間同供應(yīng)部門的經(jīng)濟(jì)責(zé)任，由工藝部門統(tǒng)籌利用廢(余)料，并減少因規(guī)格代用而產(chǎn)生的浪費。
結(jié)束語：
汽車沖壓件是汽車生產(chǎn)過程中最重要的組成部分，汽車沖壓件材料的材料消耗對于汽車生產(chǎn)企業(yè)有著很大的影響，因此，需要從汽車沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方法等方面進(jìn)行重新設(shè)計優(yōu)化，才能夠很好的降低汽車沖壓件的材料材料消耗。
參考文獻(xiàn)：
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