淺談工程機械產品設計

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淺談工程機械產品設計:環保節能工程機械產品設計與趨勢

摘要： 隨著國內外各大中城市對城市環境保護的日益重視，對機動車輛尾氣排放用煙度、噪聲等指標的限制愈來愈嚴格；特別是隨著裝載機等數量大的工程機械產品在市政建設中的使用量不斷加大以及人們日益增強的環保意識，可以預見開發研制環保節能型產品是今后工程機械發展的趨勢。

關鍵詞：環保節能；工程機械；產品設計與趨勢

為保護人類十分寶貴且有限的資源，實現全球可持續發展，提高操作人員的安全性及工作舒適性，努力達到人、機和環境的親和，可以預見開發研制環保節能的綠色工程機械產品將是今后工程機械發展趨勢的主流。目前國際上對中國工程機械出口提出更高要求，首先保證售后服務及時到位，其次就是實施再制造。嚴酷的國際市場逼迫我們必須對工程機械產品實施全生命周期管理，對用戶實施保姆式的全程服務。因此，研制綠色工程機械產品以及實施產品再制造，是關乎企業生死存亡、穩定發展的大事。

綠色工程機械產品符合可持續發展的要求，是社會進步的標志，也是科技發展的必然趨勢。實踐證明，誰起步早、實施快，誰就能把握產品研發的主動權。發展綠色工程機械產品必須使工程技術人員，特別是企業決策者，應充分認識到綠色設計的必要性和緊迫性。從發展的戰略角度看，綠色工程機械產品將會給企業及其產品樹立良好形象，并最終帶來不可估量的社會和經濟效益。

1、環保型材料的利用

1）盡量采用能再生利用的材料和資源

在各系統及部件設計中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環境無害的材料，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。

2）長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則

通常來說，延長產品壽命就等于減少了機械的生產量和降低其報廢量，降低產品能耗可減少對環境的污染，而減輕產品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環境負荷的角度盡可以考慮各系列產品同類零部件的互換性和通用性。為此應在保持主機各項性能參數前提下，盡量減少主機和附屬作業裝置或機具的體積和重量，提高動力傳動系統零部件的強度和耐久性能，實現液壓系統的輕量化和高效率。

3）盡量采用低環境負荷材料

工程機械零部件設計中應盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機駕駛室和內飾上使用難以自然分解且對環境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費和環境污染；在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產中，應盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機設計中一些附屬零部件選用新型環保型材料很重要。

4）廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優化

工程機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。

2、環保型工程機械產品設計

1）選用低公害發動機

發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型水冷增壓柴油機能大大降低對環境的負荷。目前歐美發達國家正在通過采用一系列新的技術手段、措施或應用新型的環保燃料來進一步降低排放、噪聲等，努力適應第三次排放法規要求。

2）降低整機振動與噪聲

減振與降噪應該是產品設計中最需關注的焦點問題。例如在裝載機設計中，動力裝置采用雙向減振懸掛系統就能克服整機動力傳動系統與車架之間的共振、噪聲及對動力系統的疲勞破壞；后橋設計成中心擺動結構能使后橋擺動中心與動力輸入中心重合，很好地減少附加力矩對傳動系統不停沖擊所產生的振動與噪音，避免在崎嶇不平道路上整機各部件相互沖擊所產生的噪聲。除選擇低噪聲的發動機外，主機的結構布置或系統的結構設計也可以進行某些針對性的改進。如冷卻風扇可不再由發動機直接驅動，而可單獨由液壓馬達帶動，這便于將風扇與發動機隔開并將整個發動機密封起來，從而使噪聲不能通過風扇出風口傳到外部，降低噪聲對環境的影響；通過優化液壓管路排列來降低液壓油泵振動、閥節流和油管振動產生的噪聲；可在機罩等覆蓋件處設計粘貼吸音隔音材料；可設計全密封整體式駕駛室，密封減震，隔音降噪，真正體現“以人為本”的設計宗旨。

3）液壓系統的清潔和防滲漏

保持傳動液壓油的清潔度對工程機械的液壓傳動非常重要，因此精心設計工程機械液壓系統（如采用高效高精度過濾裝置）十分必要，這樣就可去除油液中微塵垃圾、機械磨損物等雜質，減少液壓元件故障與磨損、延長常用液壓元件的使用壽命，降低液壓油的更換頻率；同時可有效避免液壓油在工作中溫度升得過高過快，延長換油間隔時間，減少對周邊作業環境的污染。另外通過采用增壓液壓油箱，可改善泵的吸油效果從而延長其使用壽命，并且能很好地防止外界灰塵和水分進入油箱，提高整個液壓系統的清潔度。液壓系統的滲漏對周圍環境的污染是目前部分工程機械產品中普遍存在的，液壓管路采用耐腐蝕、防老化、具備優良密封性能的進口優質膠管很有必要；為了減少損壞軟管的廢棄量，設計時應在可能的條件下盡量使用硬管；對設計過程中只能采用軟管并且容易破裂時油液流出而污染環境。

4）系統高效節能的設計

工程機械的高效節能也是環境保護的重要一環，減少能源消耗即意味著減少對環境的污染。故選用電控高性能長壽命節能型發動機是研制環保型機械最基本的一環；另外在設計時采用雙泵分合流技術、液壓負荷傳感技術、靜液驅動技術等都可達到節能降耗的目的。

3、工程機械產品人性化的設計

1）環保安全關懷型駕駛室的設計

如采用防紫外線輻射玻璃的全密封整體式、經減震降噪處理的“安全環保型”駕駛室，室內配置無氟環保型冷暖空調，并設計FOPS及POPS駕駛室以確保駕駛員的安全；充分運用人機工程學設計原理，如司機座椅可全方位調節、功能集成的單操縱手柄、可調式轉向驅動器、全自動換擋裝置、電子監控與故障自診斷系統，再輔以合理美觀的顏色搭配，可大大改善司機的工作環境，緩解疲勞，提高作業效率。

2）自動加脂裝置或集中潤滑系統的配置

傳統的手動加注潤滑脂費時費力，而且通常有多余的油液溢出來污染周邊環境。因此研制環保型工程機械就能自動定時加注潤滑脂的設備，如集中潤滑系統就能自動定時給各鉸銷加注黃油，其加油量經過仔細計算后設定，可很好地保證各銷軸得到足夠的潤滑而又沒有多余的油溢出，既環保又方便。另外對于小型機械，鑒于降低設計成本，可采用密封的銷軸或使用新型材料的特殊軸套、或設計二級防塵結構等防止外部異物的進入和內部油脂的排出，從而延長加注潤滑油的間隔，減少對環境的污染。

3）外觀美學設計

傳統的工程機械產品一直是外形粗放、笨重的形象，環保型產品更應注重外觀美學和車身的流線型設計，達到機器的環境的諧和，給人以視覺上的美感。如發動機機罩就可進行造型別致美觀的流線型設計，整機的標識標牌應精心布置、設計，良好地體現環保特色。

4）人性化設計

工程機械控制技術的電子化代表了當今技術的發展趨勢，采用微機控制技術，實現了各種工況下自動判斷、挖掘機器發動機的功率輸出，達到發動機的最佳功率匹配，減少發動機的燃油消耗，并自動診斷機器狀態，使機器使始終能保持良好狀態，因此控制和操縱的人性化能大大提高作業的安全性和舒適性。

5）系統可靠性設計

盡量運用高可靠性的成熟技術和借用經市場考驗后的成熟系列零部件可延長各關鍵系統或零件的使用壽命，減少更換次數。例如降低制動元件的更換頻率就相當于減輕了對周圍環境的破壞與污染。

淺談工程機械產品設計:解析現代設計方法在工程機械產品設計中的應用

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，我國機械行業在發展過程中面臨著新的挑戰?，F代設計方法在工程機械產品設計中的應用，改變了以往工程機械產品在設計這一環節中老套模式，使工程機械產品的設計更加的新穎，能夠滿足工程機械市場中對于產品設計的標準與要求，對于工程機械產品的設計與發展有著非常重要的作用。

關鍵詞：現代設計方法；工程機械產品；設計；應用

工程機械產品的設計，是工程機械產品在生產過程中一個非常重要的環節。工程機械產品設計中的傳統設計方法，已經無法滿足工程機械在發展中的需求，不能適應工程機械市場的變化，現代設計方法在工程機械產品設計中的應用，有效的解決了傳統設計方法應用于工程機械產品設計中存在的問題，提高了工程機械產品設計的水平與質量。

1.現代設計方法的概述

隨著我國科學技術的深入發展，計算機技術在我國各個行業中的應用非常廣泛，現代設計方法這一門新興的學科應用而生，它是一個決策、尋優、綜合的過程，以對產品進行設計為總的方向，主要的內容有：虛擬設計、相似性設計、三次設計、反求工程設計、價值工程、疲勞設計、人機工程、人工神經元計算方法、工業藝術造型設計、計算機輔助設計、動態仿真設計、有限元分析、優化設計、模塊設計、可靠性設計等。工程機械產品在設計過程中應用現代設計方法的時候，通常都是利用計算機進行相關設計中的計算、分析以及決策。

現代設計方法具有以下幾個特點：

1、現代設計方法在設計理論中進行了延伸，設計思維的出現了變化，設計的范疇也得到了有效的擴展。

2、現代設計方法中，綜合了多元化的設計理論、設計方法、設計技術。

3、現代設計方法中，設計手段逐漸的虛擬化、并行化、計算機化、自動化、精確化、智能化。

2.現代設計方法在工程機械產品設計中的應用步驟

工程機械產品在設計過程中，對于現代設計方法的應用，必須經過幾個的階段，以下幾個階段是現代設計方法在工程機械產品設計中的應用步驟。

1、三維實體造型

工程機械產品設計中，應用現代設計方法完成全部階段的前期，必須要完成工程機械產品設計中的原方案，這樣能夠有效的確定工程機械產品中所有零部件的結構與形狀。在這一基礎之上，利用三維實體造型軟件對工程機械產品中零件的三維模型進行構建，構建出來的零件三維模型能夠有效的將設計人員的思想展現出來，還要對工程機械產品采取針對性的力學實驗研究，對工程機械產品中每一個零件的所具備的力學特性進行確定。

2、有限元結構分析

工程機械產品的三維實體造型構建好之后，要對工程機械產品中每一個零部件的應變性能與動態性能進行分析，如果分析出來的結果無法滿足相關規定中對于零部件的標準與要求，就必須修改零部件的三維實體造型。工程機械產品設計中的有限元結構分析這一階段，主要的作用就是提升工程機械產品在設計過程中的精確度，防止工程機械產量的設計出現問題。

3、優化設計

在對同一類型的工程機械產品進行生產的過程中，可以采取很多種設計方案對工程機械產品進行設計，不同的設計方案在工程機械產品設計中資源消耗的程度也不相同，所以必須對工程機械產品設計中的設計方案進行優化設計，選擇最合理的設計方案，節省工程機械產品在設計中所花費的時間與資金成本，同時確保優良的設計效果。

4、動態仿真設計

在工程機械產品的設計中，一直使用動態設計或者是靜態設計，都會在一定程度上增大工程機械產品設計實驗的風險，這一形勢下的設計成本也相對的比較高。動態仿真設計利用計算機網絡技術，對工程機械產品中的結構在各種情況下所能夠承受的負載，隨著時間變化而變化的這一種情況進行模擬，還對工程機械產品中的位移、速度等一系列事項，采取幅域、時域的統計分析方式。所以，工程機械產品在設計過程中，對于動態仿真設計的應用非常重要。

5、零部件的詳細設計

工程機械產品設計在經過上述四個階段之后，工程機械產品的三維實體模型已經基本上完成了，下一個階段的主要工作就是利用已經完成的三維實體模型，對其進行二維工程圖設計，然后完成工程機械產品設計中的整體設計圖。工程機械產品中的每一個零部件都非常的重要，任何一個零部件在設計環節中出現問題，都會導致工程機械產品出現相應的問題，所以在完成三維實體模型之后還要對工程機械產品中的零部件進行詳細的設計，確保每一個零部件的設計質量，這對于工程機械產品的運用有著十分重要的作用。

3.現代設計方法在工程機械產品結構強度進行設計時的應用

1、強度的計算

以某一個工程機械車架為例子，車架中的鋼板材料為9Cr最佳，許用應力為180MPa，車架材料所能承受的負載極限是340MPa，安全系數則為1.9，在這一條件之下，計算截面如圖1所示。

然后進行應力的計算，計算出來的結果，如表1所示。

根據表一中的信息數據，可以推斷出工程機械車架中的架高應力區，處于I-I、II-II、III-III這三個位置的截面處，但是一些主要荷載力都作用于這三個位置的截面處，這就造成I-I、II-II、III-III截面處發生應力集中的現象，導致這三個位置的截面處存在的應力最高，三個截面處的強度卻降低了。由此可知，選擇的工程機械材料中的許用應力值要高于最高截面處的應力，所以應該加強工程機械車架中外側的板鉸，對于車架其他部位硬度的設計，應該適當的為較低。

結語：

現代設計方法在工程機械產品設計中的有效應用，有利于工程機械產品在設計過程中保持精確性、安全性、穩定性，解決了傳統設計方法在工程機械產品設計的應用中存在的一些問題，對于工程機械產品的設計有著十分重要的意義。

淺談工程機械產品設計:工程機械產品設計中的節能與環保

[摘 要]隨著我國基礎建設力度的不斷加大，工程機械種類和數量不斷增加，工程機械所消耗的資源和排出的污染物對環境的影響越來越大，從源頭入手，高效地利用資源、能源，保護環境是我國社會發展對機械工業的必然要求。本文首先分析了我國工程機械產品節能環保設計的現狀，然后詳細闡述了工程機械產品設計中的節能與環保要點。

[關鍵詞]工程機械；節能；環保；環保型材料；發動機

一、我國工程機械產品節能環保設計的現狀

我國工程機械經過了幾十年的發展，已在世界工程機械市場占有一席之地，涌現出三一重工、徐工、柳工等一些知名的企業。但是我國節能環保型工程機械起步較晚，還缺乏相應的技術法規和標準，有關環境、安全、人機等方面的指標過低，阻礙了我國綠色工程機械的發展。例如國產機械噪聲大、尾氣排放不達標的情況一直沒有得到較好地解決。隨著工程機械種類和數量的不斷增加，大量工程機械所消耗的資源、排放的污染物以及施工中產生的噪聲、粉塵等對環境產生了巨大的負荷。

再者，國內極少有企業能夠生產出各種具有節能效果的多路閥和液壓泵，難以實現液壓泵與發動機的功率匹配。因此，我國的中高端工程機械產品的液壓元件基本選用進口產品。此外，對于中型以上的工程機械產品，國產的柴油機的綜合性能指標滿足不了要求，且要比國外的扭矩儲備低、可靠性差。由此可見，“兩低一高”―――低油耗、低排放和高可靠性已是當今國內工程機械發展的重點攻關內容。

二、工程機械產品設計中的節能與環保

（一）環保型材料的應用

1、盡量采用能再生利用的材料和資源

在各系統及部件設計中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環境無害的材料，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。

2、長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則

通常來說，延長產品壽命就等于減少了機械的生產量和降低其報廢量，降低產品能耗可減少對環境的污染，而減輕產品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環境負荷的角度盡可以考慮各系列產品同類零部件的互換性和通用性。為此應在保持主機各項性能參數前提下，盡量減少主機和附屬作業裝置或機具的體積和重量，提高動力傳動系統零部件的強度和耐久性能，實現液壓系統的輕量化和高效率。

3、盡量采用低環境負荷材料和廢棄零部件處理

工程機械零部件設計中應盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機駕駛室和內飾上使用難以自然分解且對環境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費和環境污染；在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產中，應盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機設計中一些附屬零部件選用新型環保型材料很重要。工程機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。

（二）選用低公害發動機

發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型水冷增壓柴油機能大大降低對環境的負荷。

1、選用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型水冷增壓柴油機，能大大降低對環境的負荷。

2、選擇具有高壓共軌噴油系統的發動機。發動機工作中噴油系統響應靈敏，噴油量精度較高，噴射壓力的提高（目前應用160兆帕，可達180兆帕），改善了霧化效果，使燃油與空氣充分混合，使燃油得到充分燃燒。不僅節省燃油，還可大大降低有害氣體的排放，降低了噪音，節能減排效果較好。

3、盡可能選擇具有廢氣再循環技術（EGR）的發動機。在進氣處理技術中，它是最有環保前景的技術，該技術是通過將部分冷卻后的發動機廢氣，由電子EGR閥系統控制流量，再次送回燃燒室中燃燒，有效減少有害氣體的排放。

（三）降低整機振動與噪聲

減振與降噪應該是產品設計中最需關注的焦點問題。除選擇低噪聲的發動機外，主機的結構布置或系統的結構設計也可以進行某些針對性的改進。如冷卻風扇可不再由發動機直接驅動，而可單獨由液壓馬達帶動，這便于將風扇與發動機隔開并將整個發動機密封起來，從而使噪聲不能通過風扇出風口傳到外部，降低噪聲對環境的影響；通過優化液壓管路排列來降低液壓油泵振動、閥節流和油管振動產生的噪聲；可在機罩等覆蓋件處設計粘貼吸音隔音材料；可設計全密封整體式駕駛室，密封減震，隔音降噪，真正體現“以人為本”的設計宗旨。

（四）液壓系統的設計

液壓系統的清潔和防滲漏與系統高效節能的設計，保持傳動液壓油的清潔度對工程機械的液壓傳動非常重要，因此精心設計工程機械液壓系統（如采用高效高精度過濾裝置）十分必要，這樣就可去除油液中微塵垃圾、機械磨損物等雜質，減少液壓元件故障與磨損、延長常用液壓元件的使用壽命，降低液壓油的更換頻率；同時可有效避免液壓油在工作中溫度升得過高過快，延長換油間隔時間，減少對周邊作業環境的污染。

另外通過采用增壓液壓油箱，可改善泵的吸油效果從而延長其使用壽命，并且能很好地防止外界灰塵和水分進入油箱，提高整個液壓系統的清潔度。液壓系統的滲漏對周圍環境的污染是目前部分工程機械產品中普遍存在的，液壓管路采用耐腐蝕、防老化、具備優良密封性能的進口優質膠管很有必要；為了減少損壞軟管的廢棄量，設計時應在可能的條件下盡量使用硬管；對設計過程中只能采用軟管并且容易破裂時油液流出而污染環境。

（五）采用新型傳動裝置

采用先進的成套化、信息化技術，將其安裝在裝載機上代替傳統的傳動系統，在完成相同作業量時，可減少油耗20，提高生產率40，減少發動機有害污染物的排放，而且操作舒適、可靠性高、使用壽命長。該系統節能降耗的關鍵技術之一是智能化控制模 塊，它能根據液力變矩器的工況控制變速箱，進而控制發動機的轉速，使發動機始終處于經濟、節油的高效區內，從而達到有效地利用發動機功率，在確保液力變矩器輸出功率的前提下節油。

（六）改進熱管理系統

1、減輕部件重量

采用質優輕型的水箱、風扇、水泵等部件代替傳統部件以減輕部件重量，從而減輕整機重量，有利于節油。如美國 R idge 國家實驗室開發出一種熱導率達 40W/（m?K ）、比鋁泡沫高10 倍的石墨泡沫材料，用該材料制成的散熱器，傳熱性能優良。用該材料制成的尺寸為22.9 ×17.78 ×15.27cm 的散熱器，與傳統的 68.6×48.3 ×7.6cm 的散熱器散熱量相當，從而減少了散熱器的體積和重量。

2、精準控制

挖掘機、裝載機等工程機械工作油的油溫在30～60℃的范圍內比較合適，傳統的冷卻系統的風扇都是恒速運轉，無法精準控制轉速來實現精準調溫，因此必須使用智能化控制元件調控風扇轉速，減少能耗?？ㄌ乇死展镜腍系列裝載機和D系列挖掘機配置了電子控制的液壓驅動變速風扇，能按照發動機冷卻需要自動改變風扇轉速，節約輸入動力。另外用電子式節溫器取代傳統節溫器可以精準控制發動機的運行水溫。

淺談工程機械產品設計:互聯網時代下的工程機械車聯網產品設計和研發運營體系建設

摘 要：文中介紹了工程機械車聯網在互聯網時代下的發展路線及趨勢，重點針對產品設計和運營體系進行了詳細的介紹，并對其技術現狀及發展趨勢進行了分析，為車聯網在工程機械行業的發展提供了參考依據。

關鍵詞：互聯網；工程機械；車聯網；產品設計；運營體系

0 引 言

這是一個什么時代？這是一個互聯網時代。

這個時代要求我們必須按照互聯網時代的思維去思考和生活，按照互聯網時代的要求和標準去開展產品設計和研發運營體系建設。

車聯網（Telematics）作為近幾年非常熱門的技術廣泛應用于工程機械行業中，經過近幾年的發展，目前已經非常成熟，其主要原理是通過具有環境感知能力的各類終端和GPS獲取車輛各類數據，包括傳感信號、位置信息和工況數據等，通過通信技術對數據進行采集、分發、解析和存儲，應用主要包括構建信息管控平臺、設備監控平臺等。

但隨著互聯網技術的發展，工程機械車聯網正經歷一個從粗放到精益、從傳統到現代的過程，以互聯網為主的一整套信息技術（包括互聯網、移動互聯網、云計算、大數據等），在經濟、社會、生活等環節中擴散、應用，互聯網領域中的產品是滿足互聯網用戶需求和欲望的無形載體，是滿足用戶需求而創建的用于運營的功能及服務，是產品功能與服務的集成。互聯網時代的到來，要求工程機械車聯網必須按照互聯網思維去打造產品，按照互聯網市場規則去研發和運營產品，因此，工程機械車聯網的產品設計、研發、運營必須突破原有思維，不拘泥于以往的模式，重新構建思維體系，打造時代的產品，構建時代的研發運營體系，才能保證其一直佇立在時代前沿，不被淘汰。

本文正是基于此，結合了互聯網時代的產品設計和研發運營的特點，希望對工程機械車聯網行業的發展有所裨益?；ヂ摼W時代的車聯網總體示意圖如圖1所示。

1 工程機械車聯網生態圈產品設計

1.1 總體介紹

工程機械車聯網的產品設計遵循互聯網行業產品規劃設計原則，提供包括軟件、硬件產品的設計，結合傳感器、GPS、數據中心、云平臺、Docker等技術，倡導平臺產品的平臺化、微服務化，為不同層次、不同領域的客戶提供PaaS/Saas產品，基于Web、iOS、Android等平臺的移動式產品，以及定制和非定制化的車載終端、硬件設備和大數據應用等服務，致力于打造工程機械行業車聯網生態圈。

工程機械車聯網生態圈的產品設計，按照環狀結構，由外而內層層深化，由內而外層層開放，層與層之間相互依賴，互為支撐和擴展，每一層均可為特定用戶提供核心產品，既自成體系又具有高內聚低耦合特性，保證了每層核心功能的獨立性和不可替代性，也為產品的打造提供了真實有效的體系支撐。工程機械車聯網生態圈示意圖如圖2所示。

1.2 數據中心

數據中心作為整個車聯網體系的核心架構，既針對底層進行數據采集、分析、優化和存儲，又為各數據層提供快速有效的實時支撐。數據中心的網關平臺架構如圖3所示。

數據中心采用云計算平臺、分布式架構和模塊化設計，具有可配置性、擴展性、兼容性和持續升級能力，能夠適應用戶規模性增長、新應用配置和新業務需求的不斷變化。

該架構的技術優勢是系統平臺將數據處理和業務處理做了分離，數據的處理放在了PaaS層，業務的處理放在了SaaS層，此架構的設計充分保證了數據安全，提高了平臺的可靠性和穩定性，降低了業務系統的開發/定制成本，多級負載均衡的體系提高了平臺海量數據處理的能力和可伸縮性。

圖4介紹了最新的基于Mongo+Hadoop技術的數據湖，即剛才提到的數據池應用的數據中心建設方案。

1.3 Docker+微服務化

用Docker+微服務化做為架設本層生態圈的主要技術，其主要目的是為真正的互聯網化的服務提供數據支撐接口，不論以何種形式實現（接口、API、PaaS、SaaS化等）。

本層的目的是利用數據中心各種類型的數據為上層提供透明式服務，既要求上層調用方便、快速、有效，又要求具備平臺可移植性、快速響應、容器化以及交互公正、明確、無疑，Docker+微服務化的設計是最合適的。

首先，Docker已經為企業和開發者提供了極大地便利。例如，降低系統部署復雜度，使系統維護更加容易，減少不必要的系統開銷，加快企業對業務的反應速度。

其次，微服務是一種架構類型，屬于輕量級的面向服務體系架構，這些服務都專注于嚴格執行同一件事并把它做好，在產品設計中，可以將底層功能設計成由單個微服務來實現。每個微服務都有單獨的運行線程，并且可以獨立于其他微服務進行部署。同樣每個微服務都有自己的專用數據庫，盡管每個微服務都會與其他微服務協作與溝通。分布式微服務設計模式如圖5所示。

Docker的設計和應用可依托分布式開源管理框架進行設計，包括kubernetes、Mesos、OpenStack等。目前行業主流的Docker云平臺大部分都是基于開源平臺進行的二次開發。

此外，使用微服務作為主要架構類型的系統是一個擁有大量協調微服務的分布式系統，每個微服務分管自己的進程。由于微服務之間緊密協作，每個微服務只提供拼圖的一小塊，而系統作為完整的作品存在。協作時，各服務彼此通過一個不綁定具體平臺的輕量級媒介進行溝通。

1.4 客戶化應用

在數據中心的基礎上，對于已經完成微服務的系統架構來說，下一步的工作就是盡可能的開展客戶化應用，針對不同的領域、對象、種類、范圍進行產品功能設計，但針對不同的應用對象不應該打造同質化的產品，要有針對性的設計和開發?？蛻艋瘧媒Y構展示如圖6所示。

客戶化應用平臺按照服務對象類型的不同，將整個系統劃分為主機廠應用服務平臺、大客戶應用服務平臺以及真正的互聯網移動客戶端。

1.4.1 主機廠應用服務平臺

基于車聯網系統的建立，為主機廠的科研機構和營銷機構提供車輛生產過程、運輸、銷售、使用等全生命周期的實時跟蹤監控和數據統計。包括位置監控、軌跡回放、工況參數監控、工作時間統計、報警分析、故障統計等。主機廠應用服務平臺功能模塊如圖7所示。

1.4.2 大客戶應用服務平臺

為工程機械主機廠的終端客戶定制化實施應用服務平臺。為終端客戶企業實時提供所購車輛的車輛位置和工況數據，為企業的生產調度提供數據服務及支撐其ERP等企業信息化系統。大客戶應用服務平臺功能模塊如圖8所示。

1.4.3 真正的互聯網移動客戶端

致力于打造一個真正的互聯網式的移動客戶端App，推出iOS、Android和微信版，為工程機械行業內的各個工作群體提供及時有效的服務，不再局限于車倆本身的監控，更要擴展到各個領域，包括電商、位置服務、社區/社交、金融、新聞和后市場等，此平臺秉承工程機械行業，借助互聯網的產品思維和運營模式，旨在打造一個行業內真正的車聯網移動客戶端。互聯網移動客戶端功能模塊如圖9所示。

真正的互聯網移動客戶端涉及到工程機械行業的諸多方面，是一個真正的互聯網化工具，著力于打造這樣一款產品，是順應行業發展，適應互聯網生態環境的必然要求。

1.5 用戶行為分析及大數據應用

在互聯網時代，要求我們必須盡可能正確、快速、有效地獲取用戶使用信息，對有關數據進行統計、分析，從中發現用戶使用產品的規律，并將這些規律與產品策略等相結合，從而發現目前所使用的產品中可能存在的問題，并為進一步修正或重新制定產品策略提供依據，同時也為客戶提供及時的預知服務和信息推送以及活動預判。

一切用戶行為分析都離不開場景，只有制定出詳盡的用戶使用場景，才能達到以上目的，包括收集客戶位置、購買習慣、個人喜好、訪問周期以及用戶群體和消費習慣等，這個信息的獲取非常重要。

針對大數據應用，按照用戶類型，幾大平臺的大數據應用各有不同，需要打造商業智能分析服務，具體包括出廠車輛在各地區的分布情況（車輛分布）、車輛在各地區的總工作時間統計（熱點工作區域）、故障反饋統計等。最終達到輔助主機廠科研機構提高科研質量，幫助營銷部門管理銷售車輛，從而達到加強主機廠企業競爭力、降低管理成本的目的。此外，應該收集大客戶生產經營活動中的各類重要數據，比如生產資料信息、實驗室數據、車隊管理日志等，一方面可以作為存儲備用，另一方面也可以預判大客戶的行為，從而為銷售提供依據（如客戶數據顯示缺少某材料或者設備，銷售人員就可以開始銷售行為）。

1.6 智能化設備

工程機械車聯網的實現離不開相關智能化硬件，這些智能化硬件如GPS設備、行車記錄儀，或是針對某一工業領域的傳感器，可以起到采集車輛位置信息、工況信息和傳感器數據的作用，通過移動通信網絡（GPRS/GSM）等方式傳輸至后臺，在這個過程中，智能設備是基礎設備，其耐受性、安全性和抗干擾性等特性非常重要，一般使用工業級產品。下面介紹幾款常用的工業級智能化設備。

1.6.1 通用型無接線隱藏式GPS終端

此設備的特點十分突出，安裝、調試和維護非常容易，只定位和上傳數據，電池一般可用三年，可通過終端上配置的唯一二維碼，結合車輛編號、車牌號、發動機編號進行綁定入網，且非常適合搭配移動App，打造真正的互聯網化產品。通用型無接線隱藏式GPS終端如圖10所示。

1.6.2 接入型CAN/串口GPS終端及配件

此設備通過與車輛底盤發動機或控制器對接（CAN/串口），獲取工況數據，通過GPRS網絡傳輸到數據中心，主要用于車輛定位和獲取工況。接入型CAN/串口GPS終端及配件如圖11所示。

1.6.3 雙模雙協議雙存儲行車記錄儀

目前國家要求所有貨運車輛必須安裝行車記錄儀，但許多主機廠也有物聯網/車聯網管控的需求，許多主機廠的解決方案就是在設備上安裝GPS與行車記錄儀，此設備可以完成這些功能并達到要求，實現了雙模雙協議雙存儲空間，實現了降低成本，優化高效的目的。雙模雙協議雙存儲行車記錄儀如圖12所示。

1.6.4 工程機械車載屏

車載屏作為車聯網重要的設備，承載了數據傳輸、信息交互的作用，功能清單展示如圖13所示。

1.6.5 其他相關智能化傳感器

其他傳感器作為與整車相關的傳感器，將其安裝于車輛上來獲取車輛的傳感信號，并通過智能終端設備傳輸至數據中心，下面介紹幾款常見的傳感器。相關智能化傳感器展示如圖14所示。

2 工程機械車聯網生態圈研發運營體系建設

2.1 總體介紹

互聯網時代下的研發運營體系是一個非常重要的課題，如何正確、快速和高效地搭建研發運營體系，并適應這個時代的需求，是產品能否快速響應、能否快速適應市場的關鍵所在。

傳統的軟件組織將開發、IT運營和質量保障設為各自分離的部門。在這種環境下如何采用新的開發方法（例如敏捷軟件開發），這是一個重要的課題。按照從前的工作方式，開發和部署不需要IT支持或者QA深入的、跨部門的支持，但卻需要極其緊密的多部門協作。

因此，在互聯網時代，我們倡導開發運營一體化，DevOps技術是必然的選擇。DevOps結構展示如圖15所示。

DevOps是Develop與Operations的縮寫，它是企業內開發、技術運營和質量保障的融合，用于促進開發、技術運營和質保部門之間的溝通、協作與整合。有研究顯示，在那些引入了DevOps概念的企業中，開發與運營人員在設計、構建、測試工作中共同在內部應用上進行協作之后，可以將產品開發的效率提升20%。

DevOps實施路線如下：

（1）明確DevOps的定義，調動開發和運營部門之間的協作，鼓勵運營人員采納軟件開發方法，并利用云計算基礎設施來完成真實的測試和代碼部署。

（2）在軟件開發、測試、質量保證（QA）、集成、預生產和生產部署等方面的任何舊小團隊必須打散，因為每個小團隊都可能拖延開發周期并且帶來不可預料的問題。

上述策略能更好地整合開發和運營，通過整合團隊成員來產生效益。

2.2 研發體系建設

產品是否適應市場的變化，是否能夠滿足客戶的需求，是否能夠快速響應等，這些都是考驗研發體系的標準，因此需要構建一套適用于互聯網時代需求的產品研發體系。產品設計結構圖如圖16所示。

2.2.1 設計原則及規劃

完整的流程應分層次設計，自下而上去完成。

（1）策略層：定義產品使命、價值、目標人群；

（2）愿景/功能層：定義核心場景、功能列表；

（3）結構層：做流程圖、信息架構，確定主導航、主菜單；

（4）框架層：梳理每一個主界面的內容、布局；

（5）表現層：視覺設計，涉及圖標、配色及切圖。

2.2.2 設計研發流程

設計研發流程遵循一般互聯網公司產品設計流程，其整體結構非常適合打造互聯網式的工程機械車聯網相關產品。產品設計研發流程如表1所示。

2.2.3 敏捷開發

敏捷開發（Agile Development）是一種以人為核心，迭代、循序漸進的開發方法。

眾所周知，瀑布開發模型以文檔為驅動，究其原因，是因為在瀑布的整個開發過程中，要寫大量的文檔，把需求文檔寫出來后，開發人員都根據文檔進行開發，一切以文檔為依據；而敏捷開發只寫有必要的文檔，或盡量少寫文檔，其注重的是人與人之間面對面的交流，所以它強調以人為核心。敏捷開發模型如圖17所示。敏捷開發任務看板如圖18所示。

敏捷開發方法強調以人為本，專注于交付對客戶有價值的軟件。在高度協作的開發環境中，使用迭代方式進行增量開發，經常使用反饋進行思考、反省和總結，不停地進行自我調整和完善。

2.3 運營體系建設

運營體系的建立離不開數據中心的運維和產品的運維，其中數據中心的運維遵循一般性云平臺的運維思路，提供包括數據中心、客戶、IaaS、PaaS、SaaS等運維，為上層產品應用化提供必要支持。產品運營-改變-創新模型如圖19所示。

2.3.1 運營思路

世界上的任何物體，若發生相互之間的傳遞、轉化時，一定會導致損耗，換言之，投入的資源不可能完全轉化為想要得到的東西。產品設計也一樣，再先進的產品也不可能達到100%的轉化率。

漏斗模型普遍適用于互聯網產品，如網站、App、客戶端，用戶從剛進入到完成產品經理設計的產品目標，中間步驟肯定會發生很大的損耗。比如，用戶進入一家電商網站，從瀏覽商品，到把商品放入購物車，直至最后支付，每一個環節都有很多的用戶流失損耗，沒有哪樣產品能夠做到100%的轉化。漏斗模型如圖20所示。

因此，產品運營人員要對用戶群體進行有目的的組織和管理，增加用戶粘性、用戶貢獻和用戶忠誠度，有針對性地開展用戶活動，增加用戶的積極性并提高參與度，配合市場運營需要策劃活動方案。對產品和市場數據進行分析，并以此為依據推進產品改進，始終保持敏銳的用戶感覺。

2.3.2 運營方法與運營手段

產品運營方法劃分示意圖如圖21所示。其運營手段可分為以下幾點：

（1）拉新：即為產品帶來新用戶。

（2）留存：即通過各種運營手段確保用戶被拉到指定的產品和站點上之后，最終愿意留下來使用該產品。

（3）促活：即“促進用戶活躍”，讓用戶愿意更頻繁、更開心、更長時間的使用該產品。

運營方法還可細分為如下幾點：

（1）發現用戶。為用戶畫像，開展調查、需求分析等工作，需要深刻理解自己的產品，并能夠找到相應產品的用戶群。

（2）以合理的成本發展用戶，讓其使用自己的產品?？梢酝ㄟ^開展市場投放、渠道拓展、商務合作、內容編輯、社會化媒體策劃等活動來發展，也可以找專業的第三方機構去推廣和運營。

（3）保持用戶持續使用自己的產品?？砷_展用戶運營、社交運營、社區運營等。

（4）保持用戶在不用產品時的聯系?？砷_展產品召回、微博微信運營，持續關注反饋，并且與別的產品展開商務合作等活動。

3 結 語

互聯網時代如何進行產品設計和研發運營體系建設，是一個歷久彌新的課題，對于身處傳統工程機械行業之中的我們更需要好好研究，工程機械車聯網秉承“互聯網+”的東風正逐漸成為行業的關注焦點，基于互聯網時代的工程機械車聯網的產品設計和研發運營體系建設將具有重要的研究價值。

本文介紹了在互聯時代下用互聯網的思路和方法設計工程機械車聯網產品，并就時展和行業特點開展研發運營體系建設的討論和研究，希望對工程機械物聯網和車聯網行業的發展有所裨益。

淺談工程機械產品設計:環保節能工程機械產品設計論文

隨著工程機械品種和數量的不斷增加，大量工程機械所消耗的資源、排放的污染物對環境產生了難以估計的負荷。為保護人類十分寶貴且有限的地球資源，實現全球可持續發展，提高操作人員的安全性及工作舒適性，努力達到人、機和環境的親和，很有必要按照汽車行業的環保標準來設計工程機械產品。盡管目前工程機械尚未歸并入限制排放的機動車行列，但隨著國內外各大中城市對城市環境保護的日益重視，對機動車輛尾氣排放用煙度、噪聲等指標的限制愈來愈嚴格；特別是隨著裝載機等數量大的工程機械產品在市政建設中的使用量不斷加大以及人們日益增強的環保意識，可以預見開發研制環保節能型產品是今后工程機械發展的趨勢。鑒于此，徐工科技在裝載機行業中率先推出了ZL40G環保型輪式裝載機。

本文以ZL40G環保型輪式裝載機為例，就機械材料的選用與設計、所要遵循的要點和所需考慮問題，提出幾點建議和設想。

1、環保型材料的利用

1）盡量采用能再生利用的材料和資源

在各系統及部件設計中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環境無害的材料，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。

2）長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則

通常來說，延長產品壽命就等于減少了機械的生產量和降低其報廢量，降低產品能耗可減少對環境的污染，而減輕產品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環境負荷的角度盡可以考慮各系列產品同類零部件的互換性和通用性。為此應在保持主機各項性能參數前提下，盡量減少主機和附屬作業裝置或機具的體積和重量，提高動力傳動系統零部件的強度和耐久性能，實現液壓系統的輕量化和高效率。

3）盡量采用低環境負荷材料

工程機械零部件設計中應盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機駕駛室和內飾上使用難以自然分解且對環境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費和環境污染；在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產中，應盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機設計中一些附屬零部件選用新型環保型材料很重要。

4）廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優化

工程機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。

2、環保型工程機械產品設計

1）選用低公害發動機

發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型水冷增壓柴油機能大大降低對環境的負荷。目前歐美發達國家正在通過采用一系列新的技術手段、措施或應用新型的環保燃料來進一步降低排放、噪聲等，努力適應第三次排放法規要求。

2）降低整機振動與噪聲

減振與降噪應該是產品設計中最需關注的焦點問題。例如在裝載機設計中，動力裝置采用雙向減振懸掛系統就能克服整機動力傳動系統與車架之間的共振、噪聲及對動力系統的疲勞破壞；后橋設計成中心擺動結構能使后橋擺動中心與動力輸入中心重合，很好地減少附加力矩對傳動系統不停沖擊所產生的振動與噪音，避免在崎嶇不平道路上整機各部件相互沖擊所產生的噪聲。除選擇低噪聲的發動機外，主機的結構布置或系統的結構設計也可以進行某些針對性的改進。如冷卻風扇可不再由發動機直接驅動，而可單獨由液壓馬達帶動，這便于將風扇與發動機隔開并將整個發動機密封起來，從而使噪聲不能通過風扇出風口傳到外部，降低噪聲對環境的影響；通過優化液壓管路排列來降低液壓油泵振動、閥節流和油管振動產生的噪聲；可在機罩等覆蓋件處設計粘貼吸音隔音材料；可設計全密封整體式駕駛室，密封減震，隔音降噪，真正體現“以人為本”的設計宗旨。

3）液壓系統的清潔和防滲漏

保持傳動液壓油的清潔度對工程機械的液壓傳動非常重要，因此精心設計工程機械液壓系統（如采用高效高精度過濾裝置）十分必要，這樣就可去除油液中微塵垃圾、機械磨損物等雜質，減少液壓元件故障與磨損、延長常用液壓元件的使用壽命，降低液壓油的更換頻率；同時可有效避免液壓油在工作中溫度升得過高過快，延長換油間隔時間，減少對周邊作業環境的污染。另外通過采用增壓液壓油箱，可改善泵的吸油效果從而延長其使用壽命，并且能很好地防止外界灰塵和水分進入油箱，提高整個液壓系統的清潔度。液壓系統的滲漏對周圍環境的污染是目前部分工程機械產品中普遍存在的，液壓管路采用耐腐蝕、防老化、具備優良密封性能的進口優質膠管很有必要；為了減少損壞軟管的廢棄量，設計時應在可能的條件下盡量使用硬管；對設計過程中只能采用軟管并且容易破裂時油液流出而污染環境。

4）系統高效節能的設計

工程機械的高效節能也是環境保護的重要一環，減少能源消耗即意味著減少對環境的污染。故選用電控高性能長壽命節能型發動機是研制環保型機械最基本的一環；另外在設計時采用雙泵分合流技術、液壓負荷傳感技術、靜液驅動技術等都可達到節能降耗的目的。

3、工程機械產品人性化的設計

1）環保安全關懷型駕駛室的設計

如采用防紫外線輻射玻璃的全密封整體式、經減震降噪處理的“安全環保型”駕駛室，室內配置無氟環保型冷暖空調，并設計FOPS及POPS駕駛室以確保駕駛員的安全；充分運用人機工程學設計原理，如司機座椅可全方位調節、功能集成的單操縱手柄、可調式轉向驅動器、全自動換擋裝置、電子監控與故障自診斷系統，再輔以合理美觀的顏色搭配，可大大改善司機的工作環境，緩解疲勞，提高作業效率。

2）自動加脂裝置或集中潤滑系統的配置

傳統的手動加注潤滑脂費時費力，而且通常有多余的油液溢出來污染周邊環境。因此研制環保型工程機械就能自動定時加注潤滑脂的設備，如集中潤滑系統就能自動定時給各鉸銷加注黃油，其加油量經過仔細計算后設定，可很好地保證各銷軸得到足夠的潤滑而又沒有多余的油溢出，既環保又方便。另外對于小型機械，鑒于降低設計成本，可采用密封的銷軸或使用新型材料的特殊軸套、或設計二級防塵結構等防止外部異物的進入和內部油脂的排出，從而延長加注潤滑油的間隔，減少對環境的污染。

3）外觀美學設計

傳統的工程機械產品一直是外形粗放、笨重的形象，環保型產品更應注重外觀美學和車身的流線型設計，達到機器的環境的諧和，給人以視覺上的美感。如發動機機罩就可進行造型別致美觀的流線型設計，整機的標識標牌應精心布置、設計，良好地體現環保特色。

4）人性化設計

工程機械控制技術的電子化代表了當今技術的發展趨勢，采用微機控制技術，實現了各種工況下自動判斷、挖掘機器發動機的功率輸出，達到發動機的最佳功率匹配，減少發動機的燃油消耗，并自動診斷機器狀態，使機器使始終能保持良好狀態，因此控制和操縱的人性化能大大提高作業的安全性和舒適性。

5）系統可靠性設計

盡量運用高可靠性的成熟技術和借用經市場考驗后的成熟系列零部件可延長各關鍵系統或零件的使用壽命，減少更換次數。例如降低制動元件的更換頻率就相當于減輕了對周圍環境的破壞與污染。