產品結構設計理論精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇產品結構設計理論范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

隨著高等教育從“精英教育”轉向“大眾教育”，人才的培養也朝著“厚基礎、寬口徑”的方向發展，在課程體系與學時數的設置上，更是將學時數進行了大幅度的壓縮，而總課程數基本保持不變或略有刪減。基于此，課程群建設首先通過融合和規劃相關課程群體性的信息,可以在有效的時間內使學生獲得最大化理論和實踐知識，以此為基礎構建起來的平臺使整個課程體系更加有機靈活，學生可以通過一個個課程群實現不同知識結構的累計，并利用較之過去更加豐富的實踐環節來進行鍛煉與檢驗，使學生的素質、水平和實際動手能力躍上一個新的臺階。其次，通過課程群的建設，將各個課程的授課教師緊密聯系在一起開展教改研究，強化課程群地位，豐富其理論、教學內容和教學手段，完善課程群體系，在此平臺上帶動整體教學水平進一步提高。而在課程群的建設內容上，則主要包含課程內容的整合、門數的歸并、課時的調整、順序的安排、教師的選派、設備的使用、經費的分配等繁雜的工作。這些龐雜的工作需要全體任課教師的共同參與，當然也需分工明確、主次有序，使課程群負責人、骨干教師、其他任課教師各司其責、各盡所能；如負責人主要承擔課程群建設的總體規劃、人員調配、經費使用等宏觀工作，與骨干教師一起擬定每門課程的建設任務，一般任課教師應了解課程群內的所有課程，并能勝任一到兩門課程的教學。

二、因地制宜建設有特色的課程群及課程體系

課程群建設甚至整個專業的課程體系應結合自身特色來進行，尤其鼓勵跨學科、跨專業課程群的建設，在課程群建設多元化的同時，更好地完善大學生的認知結構。如清華大學美術學院在合校之后，工業設計系根據自身特色，與清華大學汽車系共建交通工具造型設計專業，使得該專業在國內首屈一指。與美院其它相關專業和清華大學相關學科單位合作建立的信息設計專業方向，則培養橫跨工業設計、傳播學、數字媒體等學科的專門設計人材。我系工業設計在教學體系設置上，經過幾次大的調整與改革，本著“教會學生發現問題、分析問題、以條件允許的方式組織資源，并以恰當的方法解決問題”的工業設計教育的本質思想，基本形成了以“工業設計造型基礎”、“工業設計表現”、“工業設計工程”和“工業設計理論”、“產品設計模塊”等五大課程群。并結合我系自身的特色，處于機械學科大類招生的背景之下，以及市場對工業設計人員的需求層次考慮，我系還設立了產品結構設計專業方向，經過統一的基礎課程訓練之后從大三開始選擇不同的專業方向進行學習。具體課程群設置如下所示：

1、工業設計造型基礎課程群其目的是訓練學生的基礎造型能力和解決造型觀念問題。處理從平面形式到三維形態，綜合考慮形態、色彩、材料、功能等因素的相互關系。2、工業設計表現課程群其目的是使學生掌握基本表達技能和學會如何利用資源為表達目的服務。

3、工業設計理論課程群其目的是使學生了解設計的根源和發展脈絡，并能從相關理論和交叉理論上找到解決問題的根本。

4、工業設計工程課程群其目的是解決基本科學原理和制造技術基礎知識的問題。尤其在工科背景下，這一課程群顯得尤為重要。

5、產品設計課程群其目的為不同階段的課程提供實踐機會，采用課題教學為主的多種教學方式，每門課程解決不同層次的設計問題，使得整個課程體系形成由淺入深、由低級到高級的課程環。

6、產品結構設計課程群針對不同的市場需求并結合自身特色而設置的新專業方向，加強了結構、制造技術方面的理論。

7、產品造型設計課程群傳統的專業方向，強調了設計管理方面的理論，也是對該方向課程的一些補充。

三、結語

篇(2)

關鍵詞 產品設計；系統化；程序

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）78-0186-02

現代社會作為一個物質相對豐富的商業化社會，產品設計不斷的更新，以求通過層出不窮的產品來滿足人們日常生活需要。與日益成熟的產品設計相適應的是設計理論的成熟。從最初的產品美化或者產品結構設計為主的初級產品設計理論，到以產品功能形態結合以人為本觀念的設計理論，再到產品系統化的設計理論，不同的設計方法所產生的最終設計結果有本質的區別。如何更好的運用設計理論方法指導設計實踐活動，獲得高效高質的設計結果是我們所要面臨的最終課題。

1 產品系統化設計概述

盡管系統一詞頻繁出現在社會生活和學術領域中，但不同的人在不同的場合往往賦予它不同的含義。長期以來，系統概念的定義和其特征的描述尚無統一規范的定論。一般我們采用如下的定義：為實現規定功能以達到某一目標而構成的相互關聯的一個集合體或裝置（部件）。

2 系統化設計產品的特點分析

由上方的文字我們可以分析得出產品系統化設計的特點：1）有條理；有順序；有重疊；有循環；2）由各種設計要素組成的有機整體。要素相互依存相互轉化，一系統相對較高一級系統時是一個要素（或子系統），而該要素通常又是較低一級的系統。系統最基本的特性是整體性，其功能是各組成要素在孤立狀態時所沒有的。系統是由不同結構不同性質不同功能等要素，能協調統一到一起，有聯系有區分有上下左右結構層次區別的，能夠互相轉換互相循環，有主有次有前沿有源頭。

同樣產品系統化設計也類同于這樣一個系統，各個設計要素組成一個復雜龐大卻調理清晰的整體。由于這些特點產品系統化設計結構形態類似于樹狀結構，它的結構是由許多相互關聯又相互作用的部分所組成的不可分割的整體，較復雜的系統可進一步劃分成更小、更簡單的下級系統，許多系統可組織成更復雜的超系統。另一方面產品系統化設計又與樹狀結構不太相同，區別在于樹狀結構至始至終都是前進的、單向的、不可逆的。而系統化設計的各個要素之間是可以循環并重疊的。

可以預計如果我們正確的使用設計系統來進行產品設計，有利于設計者更完整，更全面，更具目標性和方向性，更明確，更正確進行某產品或是產品系列化設計，更有可能進行整個品牌產品的定位與設計。因為系統化就意味著全面、全局、理性、整體、嚴謹等等。這樣的系統無論是在設計命題下達之初還是在解決問題之中，又或是在獲得成果之后對設計工作都具有指導檢驗作用。

3 產品系統化設計的程序

3.1產品系統化設計總理念：以人為本

人作為產品的管理者、設計者、消費者、使用者以及經營者對產品的存在與否起著決定性作用。人這一決定因素至始至終伴隨著產品從無到有再到最終丟棄。

從產品設計的過程來看，每個環節也是與人密不可分的。所有的設計過程從最開始的咨詢、策劃、著手、稽核，到后來的產品銷售推廣定位均因人的參與而成型，因人的參與而成敗。

3.2產品系統化設計具體程序

產品系統化設計包涵四大部分內容，分別是從系統化設計流程、設計參與者（一切參與到產品中的人）、設計理念、以及設計的管理方法。這四部分的內容相互重疊相互依存相互推進，，并且通過它們的下一級子系統進而深入工作，形成一個真正意義上的完整的產品設計系統。

3.2.1順序設計

順序設計首先是設計概念提出，接著是技術支持，然后是細節修訂，最后是生產完善。因此這種方法被表述為“隔墻傳遞”，原因是從設計過程上講，每一步完成之后才能進行到下一個程序。因此它的不足也比較突出。1傳遞到最后可以選擇的方案少2設計程序太長導致設計時間太長3溝通不方便不順暢容易引起差錯。但是它的優勢是可以解決大型復雜設計工程，達到正確、易于執行、嚴謹的效果。

3.2.2并列設計

并列設計是設計、生產、調研同時進行的設計方法。它們在同一時間同時分方向進有，利于縮短產品的上市時間和總成本，是一種比較有效率的設計方法，但是它對組織者掌控能力的要求較高，投入的成本較大，同時還必須具備交流和協調的能力。

3.2.3交叉設計

交叉設計是結合并列設計的優點以便減少資源節省投資成本的一種設計方式。它不要求所有的設計階段同時進行，但是卻必須加強個體的聯系交流，以便減少和重復工作而達到最佳狀態。

4設計管理與人

設計管理的主體是人，研究的對象也是人，所以針對人的研究是十分必要的。

首先要針對使用者進行設計前期咨詢。產品銷售成功從短期來看體現在產品銷售數量上，但是從長遠來看使用者對產品的滿意與否才是最終決定產品生命力的因素。對于使用者的深度調研是不應該忽視的因素。

其次是有具體對象的設計策略。絕大部分的消費者是以產品的外觀造型、材質、顏色、品牌等因素來直覺感性判斷產品，甚少懂得產品的內在情況，所以產品的設計策略的把握尤為必要。為達到吸引消費者的目的有兩種方式，一是提出新的新概念以便開拓市場；二是完善現有產品不足以便搶占市場份額。

再次是設計組織與管理者。設計組織作為一個復雜的團體包涵多種人群（設計師、使用者、營銷人員、消費者、技術人員等），這些多樣的人群如何聯系、交流、傳達指令、處理信息、協調等等一系列問題是管理者必須思考的問題。

另外在產品系統設計中還有一個關于設計稽核的問題。是否完成了設計計劃的目標；完成的結果如何；過程是否按計劃進行、大眾是否接受；在設計過程是否隨時調整。當然造成產品成功與否的原因還有很多種比如企業經營情況、技術情況、市場變化等等因素，但是還是有一部分的產品成敗取決于設計。

綜上所述一個完善的高效的產品系統化設計可以為我們的設計節省資源、資金、人力使我們的設計更接近市場的需要。并且在設計進行的過程中更加高效、有序、全面、嚴謹、節約，也可以隨時應對人員變動或是設計策略的調整，保證設計成果最終完成。

參考文獻

篇(3)

[關鍵詞]廚房；小家電；體驗性設計；內涵；方法

中圖分類號：TU758.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0264-01

廚房小家電產品一方面在人們現代生活當中扮演重要角色，并且普及程度越來越高，廚房小家電生產企業也不斷增多，導致行業競爭日益激烈。廚房小家電的產品種類越來越豐富，并且功能日益完善，在這一形勢下，通過改善產品設計，提高小家電產品的體驗，才能夠幫助企業提高廚房小家電產品的市場競爭力。

一、體驗性設計概述

體驗設計在西方發達國家已經得到廣泛的應用，很多著名設計公司例如美國IDEO以及ZIBA公司等，都高度重視產品體驗設計。通過運用體驗設計方法，可以拉近使用者以及產品間的關系[1]。一方面產品的優越性能可以輔助人們進行各項工作，從而成為人們工作生活當中的重要組成部分，另一方面在使用產品過程當中，容易得到優秀的體驗，從而拉近產品與人之間的距離，這也是產品體驗設計最為主要的目的。

體驗設計主要有以下幾個方面的特點。第一是人性化的特點[2]。體驗設計將用戶作為中心，特別突出產品的使用體驗，關注用戶身體感覺，進一步推動人性化設計的發展。人性化設計在體驗設計當中表現在以下方面，例如更加重視產品的趣味性以及產品的精神文化需求，更強調產品造型形式要適合人體結構。第二是互動參與性的特點[3]。任何體驗都是人與產品之間互動的結果，完美的產品體驗一方面來自設計人員，另一方面也需要滿足使用者要求才可以實現。體驗設計可以說是設計人員同消費者之間的良性互動。第三是高科技性的特點。體驗設計可以說是伴隨技術發展而出現的，高度發達的技術以及網絡為產品體驗設計的出現以及快速發展提供條件。

二、廚房小家電產品體驗性設計的內涵

第一，功能體驗。廚房小家電有著各種各樣的用途，作為實用性的生活產品，要想發揮生活助手的價值，首先就需要具備合理完善的功能以及結構，并且通過優良的結構設計以及功能設計給用戶帶來理想的操作體驗。例如小家電產品的界面設計應當清晰易懂[4]，并且在每項操作結束之后要為用戶提供明確及時的反饋信息，從而幫助用戶順利完成操作，用戶從這樣的小家電產品當中可以體會到操控產品以及同產品互動的樂趣，從而帶來積極的功能體驗。

第二，感受體驗。廚房小家電同大家電比較而言有著更多的形式自由度，因此在日常生活當中，用戶對小家電的外觀形態往往有著更高要求，尤其是青年群體更加重視小家電產品外觀形態[5]。很多消費者通常會通過小家電產品的外觀形態所表達的象征意義感受理解產品，從而獲得相關聯想并領會產品設計。例如飛利浦公司在設計octopus烤肉架的過程當中，就使用UFO特征形態，從而讓用戶在使用的過程當中可以得到更加新奇的感受[6]。

第三，參與體驗。廚房小家電作為人們生活的重要助手，用戶在使用的過程當中才能實現產品的設計價值，同時能借小家電產品的使用獲得美好體驗。廚房小家電的參與體驗來自以下兩方面。一方面是用戶操控廚房小家電完成烹飪以及食品加工活動，從而獲得相應的成果，并且帶來成就感方面的體驗。另一方面是廚房小家電通過靈活設計，讓不同用戶在使用過程當中得到不同的體驗，從而讓用戶從小家電產品的使用過程當中可以得到更高層次參與體驗，而非純粹的常規操作，這種主動參與的使用體驗更能夠吸引用戶的興趣。

三、廚房小家電產品體驗性設計的方法

第一，事理分析設計法。事理分析設計方法強調廚房小家電產品在使用過程當中的設計，讓設計的使用流程可以滿足用戶的需要，并且各個元素間的關系要協調。例如設計電磁爐的過程當中，要是在設計的時候設計人員只是從市場上已有的各種電磁爐的功能結構、外觀造型以及內部原理等方面考慮，就無法在設計環節實現突破，而設計人員從設計烹飪的角度去思考問題進行設計，思考不同用戶群體以及不同用戶群體的廚房環境、生活狀況、烹飪目的以及飲食習慣，甚至想象觀察這些用戶群體烹飪過程當中的動作細節，都可以觸發設計人員的靈感，讓設計人員可以獲得更豐富的設計思路，有利于設計出更加富有針對性并且用戶體驗更好的產品，甚至設計出新型的烹飪方式。因此在廚房小家電的產品設計前需要設計人員全方面調查產品的用戶、行為方式、廚房環境以及使用過程當中可能出現的感受等等，并且根據調查結果來做出系統的設計構思，進而為小家電產品的設計細節來提供原則指導。

第二，情境分析設計法。情境分析設計方法的目的是用故事的方式虛擬用戶與廚房小家電產品的互動場景，從而分析用戶群體在廚房這一使用環境當中的需求，或者是暢想未來的廚房環境當中可能出現的小家電產品種類。情境設定能夠讓設計人員更好理解小家電產品特征，同時可以輔助完成小家電產品的細節推敲以及市場策劃。通過使用情境分析的設計方法可以讓廚房小家電產品設計人員擁有更多想象和思考的空間。情境分析的方法可以作為產品設計構思的入手點，有利于設計人員打開思路并且理清設計的步驟，掌握小家電產品體驗性設計的方向，引導他們從抽象階段逐漸走向具體的細節設計。情境分析設計方法自身無法作為單獨的設計理論，而是需要建立在已有工業設計的方法上，綜合使用形態組構、系統設計以及信息設計等方法體系來完成廚房小家電產品的體驗性設計。

第三，智能化設計法。廚房小家電產品即將進入到智能化以及網絡化的時代。智能小家電的設計需要將計算機技術以及信息技術等應用到產品功能設計的過程當中，從而提高小家電產品的使用體驗。網絡化時代背景下，廚房小家電能夠基于物聯網來組建智能家居系統，用戶通過家庭物聯網能夠完成對家庭當中廚房小家電產品的遠程控制功能。小家電產品借助于物聯網實現整合設計，從而成為五聯網的一個子系統，其中的各個產品能夠實現信息交互，例如在白領下班之前，能夠通過網絡進入物聯網，從而遠程控制電燉鍋以及電飯煲等產品，并且根據冰箱識別的食品儲存決定采購內容，同時電磁爐可以智能下載菜譜，便于用戶烹飪過程當中查閱，烹飪的過程當中也可以根據參數來智能調整火力。除此之外，小家電產品還能夠為用戶提供交互界面，升級擴展硬件功能，從而提高產品使用的體驗。

綜上所述，目前廚房小家電在產品設計方面存在著嚴重的雷同問題，要想保證廚房小家電可以滿足消費者精神需求，就需要高度重視體驗設計，并將體驗設計理論真正運用到產品設計過程當中，在設計過程當中突出用戶核心位置，從而提高產品的用戶體驗，增強廚房小家電產品的市場競爭力。

參考文獻

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[2] 斯丹法諾?馬扎諾.設計創造價值――飛利浦設計思想[M].蔡軍，宋煜，徐海生譯.北京：北京理工大學出版社，2014：123-125.

[3] 唐林濤.工業設計方法[M].北京：中國建筑工業出版社，2014：369-372.

[4] 趙江洪.設計藝術的含義[M].長沙：湖南大學出版社，2014：163-165.

[5] 簡召全.工業設計方法學[M].北京：北京理工大學出版社，2014：412-415.

篇(4)

關鍵詞：快速設計方法；參數化模型；優化設計；軟件集成技術；塔式起重機

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A

文章編號：1674-2974（2016）02-0048-08

21世紀市場需求多樣化、個性化和快速變化的特點使得產品投放市場的時間及質量日益成為贏得客戶的關鍵因素，有力地促進了以縮短開發周期、提高設計質量為特色的產品快速設計技術發展[1].因此，適應市場需求，采用有效的快速設計方法，構建集成化的產品快速設計平臺，對于提升企業市場競爭力具有重要意義.

近年來，產品快速設計方法和軟件技術的研究取得了明顯進展.如陳永亮等[2]提出了模塊化的機械產品快速設計體系結構，側重于設計過程分析，對設計數據的完備性及數據共享問題則較少討論；Liu等[3]研究用建立信息本體模型（Ontology Model）的方法解決機械產品設計過程中復雜的數據表述和存儲問題，理論意義明顯，實用技術需要進一步完善；Penoyer等[4]提出了一種基于知識工程（KBE）的產品快速設計理論，在對產品研發提供良好設計規則支持的同時，構建知識庫的要求也就更高；劉子建等[5-6]提出用多層多體方式構建產品統一信息模型，并用包含語義、數據、時序和行為四元素的全設計流程理論驅動設計流程.然而，上述研究較少涉及與產品快速設計密切相關的流程驅動方法、以產品模型為載體的數據快速處理技術的具體實現方法，致使用于產品研發實際的CAx多軟件平臺快速集成方法仍然沒有形成完善的方案，企業中信息化單元技術和設計人才相對豐富，卻無法形成高效實用的快速設計能力的現象依舊十分普遍，制約了企業核心競爭力的提升.

本文基于文獻[5-6]提出的產品全設計流程理論，針對全設計流程的語義、數據、時序、行為四大要素，以及一致性產品信息建模的原理，結合機械產品設計的基本流程（規范計算結構設計優化分析三維建模工程圖設計） [7]，討論了CAx多平臺環境下一致性產品參數化快速建模方法、模型規劃和數據傳遞技術、軟件架構和平臺集成技術，并以塔式起重機快速優化設計平臺為實例，驗證了基于統一信息建模和全設計流程原理構建產品多平臺快速設計方法的可行性.

1基于多平臺的產品快速設計方法

基于多平臺的產品快速設計方法是借助于現代設計方法、CAx和數據庫等先進信息技術，以產品一致性結構參數化模型為信息載體，以全設計流程為驅動機制，以縮短產品開發周期為目的的新型多平臺集成設計方法.

1.1參數化建模與結構設計

基于商用CAD/CAM軟件系統的參數化設計技術主要有3種實現途徑，其一是通過編程語言建立設計對象的數學模型；其二是利用系統提供的特征設計表達式驅動結構建模；其三是使用骨架模型（Pro/E）等技術實現產品的Top-Down參數化設計建模.骨架模型可較好地支持設計流程和傳遞設計數據，便于維持結構信息模型的一致性.

基于骨架模型的Top-Down參數化建模的關鍵在于設計對象的模塊化分解及設計參數的層次化定義，即由產品到部件到零件再到特征逐層分解設計對象，分級建立骨架模型，再從頂部骨架模型傳遞數據給底部零件模型，從而保證設計數據的一致性.用Pro/E等軟件系統實現上述過程的主要步驟包括：定義產品各層級的骨架參數―建立描述產品整體性能和部件性能的約束條件―構建部件、零件的各類基準―確定零部件結構定形和定位尺寸的關系―選擇Sweep或CSG等方法生成三維模型.上述每一步驟均可根據需要設置參數，并通過骨架關系和幾何等功能在各層級模型間傳遞和共享數據.

遵循Top-Down思想的參數化建模最終生成的是具備柔性特征的一族模型，用戶可以通過變更參數來修改設計意圖.參數化模型使得產品在設計初期（此時，零部件的形狀尺寸均具有一定模糊性）即可規劃零部件之間的位置關系及形狀特征，根據設計流程的推進，通過控制參數快速有效地完成尺寸、基準等設計要素的修改，以幾乎是全自動的形式完成三維模型的生成，與此同時還能夠保持設計數據的一致性.顯然，Top-Down參數化設計建模方法具有傳統設計方法無法比擬的靈活性、高效率，以及設計數據和模型修改的一致性.

1.2多平臺軟件無縫集成

Top-Down參數化設計建模的意義在于提供了結構設計快速表達方法，形成了設計信息的載體.復雜機械產品要求的性能設計優化、復雜數據計算和管理等，則需要利用模型載體，集成多個軟件平臺共同完成，因而產品快速設計實現的關鍵在于多平臺軟件的高效集成.下面針對圖1所示的流程驅動需求，討論圍繞產品研發目標，使用Matlab， Ansys， Pro/E及Access等常用軟件系統完成產品規范計算、分析優化、結構建模、數據存儲和管理等功能的多平臺集成原理，以及接口實現等關鍵技術，從而將快速設計不可或缺的快速流程驅動、自動計算、參數化優化分析、Top-Down快速建模、設計數據規范管理融為一體，構建高效實用的多平臺快速設計方法和軟件系統.

1.2.1規范計算

規范計算的主要任務是獲取初步正確的產品設計參數，滿足工程理論和規范意義上的基本設計要求.不同產品的規范計算必須嚴格按照對應的技術標準和計算規范進行，如GB/T 3811―2008（《塔式起重機設計規范》）就是工程機械中塔機規范計算的依據之一.

規范計算通常使用的Matlab以工具箱形式提供功能豐富的計算函數庫，使得產品開發人員無需研究具體的算法結構以及求解機理，通過簡單的程序語句就可以調用函數，完成指定的工程計算[8]，或借助于API（應用程序接口）與其他應用程序建立客戶/服務器（C/S）關系.

VC++與Matlab混合編程主要有如下幾種方式：1）通過Matlab Engine方式；2）調用Matlab的C/C++函數庫；3）用Matlab自帶的Compiler編譯器；4）使用Matlab的Combuilder工具；5）使用Matcom工具等[9].下面以Compiler工具為例討論C/S結構的實現方法，如圖2所示.

如圖2所示，以Matlab或MCRInstaller作為服務端， 由VC++開發的應用程序作為客戶端，通過Matlab提供的Compiler工具將規范計算函數編譯為.dll，.lib，.h等文件（使用mcc命令），供客戶端程序調用.通常是先依據產品技術要求將規范計算分為若干模塊，定義模塊的接口參數作為規范計算函數的調用參數，形成滿足產品規范計算要求的專業計算函數庫，供客戶端程序根據快速設計要求隨時調用.

1.2.2分析優化

在規范計算基礎之上進一步進行產品關鍵參數的分析優化，是提高產品設計質量、降低成本的關鍵途徑，已經成為現代機械產品研發必不可少的步驟.基于數值計算發展起來的分析優化方法和軟件技術是機械產品快速優化設計的基礎.

ANSYS提供的二次開發途徑有參數化設計語言APDL（Ansys Parametric Design Language）、用戶圖形界面設計語言UIDL（User Interface Design Language）、用戶可編程特征UPFS（User Programmable Features）等[10].其中，APDL是一種通用性強、功能強大的參數化有限元建模和分析語言，APDL模型可以讀取規范計算的結果生成參數化有限元模型，并完成有限元分析和參數優化，還可以向骨架模型傳遞數據，驅動結構模型自動生成，是特別適用于產品快速設計的產品一致性建模、分析和流程驅動的工具.

依據產品規范計算所得結構參數快速建立參數化有限元模型的第一步是實現兩者之間的數據傳遞.鑒于ANSYS沒有提供C++程序接口和API函數，圖3給出了基于VC++開發的Win32應用程序與ANSYS集成通信的解決方案.具體做法， 其一是建立以規范計算結果為輸入，以關鍵結構參數為分析對象的APDL參數化有限元優化模型；其二是在VC++中創建進程，后臺運行ANSYS系統，實現內存共享；其三是以APDL模型文件及.opt優化結果文件等為操作對象，將進程創建、文件讀寫等操作以類成員函數的形式進行封裝，實現優化參數的傳遞和設計數據的交換.

1.2.3參數化模型驅動

利用分析優化所得結果快速生成設計對象三維模型的關鍵在于結構優化參數對CAD/CAM參數化模型的直接驅動，如果后者是一致性Top-Down參數化模型，將獲得最佳的建模效率和質量.

Pro/E異步模式下的二次開發技術無需前臺運行系統即可以參數驅動骨架模型的重建，從而大大提高設計效率[11-12].下面以Pro/Toolkit開發技術為例講述參數化結構模型驅動過程.基于.NET和VS2010平臺的Pro/E異步開發模式的基本流程如圖4所示.

1.2.4設計數據存儲

設計數據存儲面向全設計流程的設計語義及設計數據，是數據流在設計過程中產生中間數據文件或結果數據文件的過程.數據流代表系統中流動的數據，數據存儲則反映系統中相對靜止的數據.數據存儲機制的選擇與數據的讀寫效率、數據與工程語義的一致性、數據可重用性等密切相關，是產品快速設計必須解決的關鍵問題之一.

大型機械產品結構復雜，設計參數眾多且相互關聯，采用數據庫尤其是關系型數據庫存儲數據是較好的選擇.以Access數據庫為例討論相關技術.

常用的數據庫接口技術有ODBC（Open Database Connectivity，開放數據庫互聯）、DAO（Data Access Object，數據訪問對象）、RDO（Remote Data Objects，遠程數據對象）、OLE DB（Object Linking and Embedding， Database，對象連接嵌入數據庫）、ADO（ActiveX Data Object，活動數據對象）等.其中ADO是基于OLE DB數據訪問模式的高層接口，是ODBC， DAO， RDO三種方式的擴展，因其簡單易用、運行效率高、可擴展性好等優勢而備受青睞.

ADO是Microsoft提供的面向對象的數據訪問接口，主要由3個對象成員Connection，Command，Recordset，以及Properties，Errors，Fields，Parameters等集合對象組成.圖5描述了VC++利用ADO模型對象的智能指針訪問Access數據庫的基本方法，具體包含如下步驟：

1）初始化COM環境，導入ADO庫；

2）創建ADO對象并連接數據庫；

3）利用ADO對象執行SQL命令；

4）關閉連接并釋放對象.

在實際應用中，可根據產品具體的數據類型、數據表、數據視圖等對ADO對象的底層操作進行封裝，屏蔽實現細節，精簡代碼，以方便快速調用.

1.3數據模型規劃

所謂數據模型規劃是通過對現實世界的事與物主要特征的分析、抽象，為信息系統的實施提供數據存取的數據結構以及相應的操作[13].數據模型規劃的合理與否，關系到數據冗余度大小、一致性高低及傳遞效率等，是快速設計技術的重要環節.

數據模型的規劃方法如下：

1） 將對象抽象為實體，確定實體屬性及關系，建立概念模型；

2） 依據范式理論等標準化數據，將概念模型轉化為邏輯模型；

3）將邏輯模型轉化為物理模型.

設計過程中產生的數據大致可分為3類，即標準數據、過程數據、結果數據.型材數據屬于標準數據，如規劃方鋼的型材數據模型可以首先將方鋼抽象為一個材料實體，根據機械設計手冊，方鋼包含邊長、壁厚、理論重量、截面面積、慣性矩、慣性半徑等屬性，其概念模型可采用圖6所示的E-R圖描述.

由于材料與設計過程相對獨立，材料實體與其他實體間不存在“關系”，所以方鋼的實體屬性即為邏輯模型屬性：

方鋼（邊長，壁厚，慣性矩，慣性半徑，理論重量，截面面積），下劃線表示方鋼邏輯模型的主鍵.

最后確定數據庫存儲的記錄結構，將邏輯模型轉化為物理模型：

1.4快速設計平臺軟件架構

以規范計算、分析優化、參數化模型驅動、數據存儲四大模塊為服務端，以VC++應用程序模塊為客戶端構成的產品快速設計平臺Client/Server軟件架構如圖7所示.

設計數據、設計語義存儲于服務端，設計行為由人機用戶界面、各類接口配合數據存儲方法控制.

產品快速設計的基礎在于構建規范計算、分析優化、參數化結構設計等模型，核心在于規劃一致性產品數據模型和數據處理方法，關鍵在于多平臺集成技術.通過合理的數據模型規劃、面向對象的接口設計以及高效可靠的軟件平臺集成，使各個部分統一協調運行，有效驅動快速設計流程，高質量、高效率地完成產品研發.

2塔式起重機快速優化設計

塔式起重機（簡稱塔機）是一種應用廣泛的大型建筑施工機械.塔機工作空域廣，運行環境和工況復雜，對安全性、穩定性和可靠性要求都很高，是一種結構復雜的大型機電一體化產品.設計過程復雜、開發周期長、難以獲得技術性和經濟性均佳的產品設計方案是塔機研發面臨的主要問題，因此，特別需要一種專業化的塔機快速設計方法和軟件平臺.本文遵照塔機設計規范要求，以降低成本為目標，以安全性、穩定性和可靠性為約束條件，以塔機關鍵結構參數為設計變量，以一致性產品信息模型和全設計流程原理和前述快速設計方法為基礎，開發了如圖8所示集規范計算、分析優化、一致性骨架模型驅動三維建模及二維圖紙生成于一體的塔機快速設計平臺，并成功應用于企業產品設計實際.

2.1塔機規范計算

塔機快速設計的初始參數是用戶的QR曲線、起重臂和平衡臂長度、臂尖吊重、最大吊重、噸米級等基本參數，通過如圖9所示界面輸入.圖中按鈕1～5對應于起重臂、平衡臂、塔帽（包括回轉塔身、回轉總成）、爬升套架、塔身的規范計算.

如起重臂重量規范計算步驟如下：

1）根據GB/T 3811―2008編寫起重臂重量計算的Matlab函數BoomWeight.m，輸入參數為各臂節長度及型材規格，如圖10所示；

2）編譯，運行mcc-W cpplib： libBoomWeight-T link：libBoomWeight.m命令，生成對應的libBoomWeight.h， libBoomWeight.lib和libBoomWeight.dll等文件，保存在產品工程目錄下；

3）對BoomWeight原函數進行封裝.需注意，調用DLL中的封裝函數之前需先調用libBoomWeight Initialize進行初始化，封裝完成后要調用libBoom WeightTerminate終止進程.

塔機規范計算模塊的輸出包含初始設計參數及計算結果.如由圖9和圖10等界面輸入的設計參數，以及如表1所示的各類設計數據，均以規定的格式寫入塔機規范計算說明書，并傳遞給接口類中定義的數據模型變量，作為下一步分析優化的輸入.

2.2塔機分析優化

以規范計算模塊的輸出數據作為塔機APDL參數化有限元模型的輸入參數，進一步進行塔機的優化設計.如塔機的輕量化設計步驟如下：

其一是確定最危險的3種工況：臂尖承受額定吊重、跨中承受額定吊重、最大額定吊重的最大幅度處的最大吊重，以及自重、起升載荷、回轉起動慣性載荷以及風載荷等.其二是用APDL命令流建立塔機參數化有限元分析模型：鋼結構采用BEAM188梁單元模擬；拉桿采用LINK8桿單元模擬；平衡臂、回轉機構、起升機構、變幅機構等集中質量，通過在相應位置處施加MASS21質量單元進行模擬，并與梁單元進行耦合；塔身基礎節與混凝土基礎連接的4個約束點處采用固定約束[14].整機APDL模型總共生成節點577個，單元1 273個，建立的塔機參數化有限元模型如圖11所示.

然后針對3種危險工況下的載荷、約束及邊界條件分別構建APDL分析優化程序（如以等強度設計為目標，調用ANSYS提供的XXXX優化算法，求取型材的最佳橫截面等），并對設計變量進行合理分組以保證計算結果收斂 [15].最后根據參數分組及規范計算的輸出自動修改分析文件，并以ANSYS安裝目錄下的Ansys121.exe（ANSYS 12.1版本）為參數調用函數CreateProcess，創建Ansys進程，運行對應的APDL文件，最終將結果數據傳遞給接口類中對應的數據模型變量.

2.3塔機參數化骨架建模及二維圖紙生成

塔機快速設計平臺采用一致性參數化建模技術建立了塔機各部分的骨架模型，并測試了這些模型的準確性、設計數據可傳遞性和模型可再生性等性能，確?？梢詫崿F塔機的Top-Down參數化建模.進一步以ANSYS優化所得結構參數作為輸入，調用Pro/E命令驅動塔機骨架模型自動生成三維模型及二維圖紙.實現步驟如下（以起重臂拉桿為例）：

1）OpenSkeletonModelFile（“E：＼＼＼＼Model ＼＼＼＼QZB_LG.prt”）；//將此模型（含路徑）載入內存.

2）ModifyParameter（ d， "QZB_LG_ D"）；//修改模型對應參數（d為尺寸值，QZB_LG_D為對應參數化模型變量）.

3）RefreshParameter（“E：＼＼＼＼Model＼＼＼＼ QZB_LG.prt”）；//驅動模型再生.

4）SaveSkeletonModelFile（）；//保存再生后模型.

此處，為方便用戶調用，已將Pro/E底層函數進行封裝，使得用戶在不了解函數細節的情況下也可完成模型更改和再生.

二維工程圖生成模塊采用批量轉換技術，解決塔機零部件數量多、轉換工作量大的問題.調用ProDrawingFromTmpltCreate等函數，將參數化骨架模型生成對應的二維圖模板，得到優化數據驅動的與三維模型一一對應的二維工程圖，設置模板還可以完成對工程圖的標注.

2.4快速設計結果分析

以市場公認成功設計的某款60噸米級在用塔機產品作為測試驗證對象，運用上述快速設計平成同款塔機的設計，采用測試和理論分析相結合的方法對技術指標逐項進行對比分析.結果表明，采用快速設計方法大幅縮短了設計時間，塔機結構尺寸和材料分布得到了全面優化，總重量降低了7%左右，在保證安全性、穩定性、可靠性的前提下，實現了產品的輕量化設計，見表2.

上述測試分析結果表明，快速設計方法大幅縮短了塔機的設計周期，提高了設計質量，與傳統設計方法相比具有明顯的優越性，受到塔機生產企業的好評.

3結論

本文針對機械產品設計的主要環節，提出了以一致性產品信息模型和全設計流程原理為基礎，以參數化結構設計模型和有限元分析模型為數據載體，以集成化軟件平臺和接口技術為途徑的產品多平臺快速設計的新方法.該方法包括產品規范計算、APDL參數化有限元分析優化、Top-Down參數化快速建模等步驟，以及數據模型規劃與存儲、設計數據傳遞和共享、軟件架構和接口技術等，構成了完整的多平臺快速設計軟件集成技術.最后，將本文研究的方法應用于塔式起重機的研發中，研制了塔機快速優化設計平臺，并通過設計實例驗證了本文提出的多平臺產品快速設計方法的優越性.

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篇(5)

中國是世界上人口最多的國家，這樣就造成了我國的人均資源擁有量相對過小。我國在這樣一個人口與資源的巨大壓力之下要想國富民強，只有“可持續發展”這一條道路可以選擇。設計是制造能有效改善環境的產品的關鍵所在 。本文從思考分析高等藝術設計教育與可持續發展關系的入手，為高等藝術設計教育應該如何更好的促進中國的可持續發展提供了一些意見和建議。

［關鍵詞］

藝術設計 教育 綠色設計 可持續發展

可持續發展是在全球面臨著經濟、社會、環境三大問題的情況下，人類對自身的生產、生活行為的反思以及對現實與未來憂患的覺醒而提出的全新的人類發展觀。目前中國高校系統內的設計專業無論是工業設計、環境藝術設計、還是服裝設計、裝飾設計，都因其專業特點而有可能站在可持續發展的觀念與技術的前沿。產品設計是產品生產的第一環節，因此可以說設計的理念直接決定了生產的理念。如何在高等藝術設計教育貫穿可持續發展理念和秉持綠色設計原則，將關系到培養出來的設計師如何將這些理念融入運用到以后的實際產品設計生產之中。高等藝術設計教育對于可持續發展有著舉足輕重的意義。

一、高等藝術設計教育應建立在可持續發展觀念的基礎之上

在以可持續發展為基礎的新經濟觀念中，所有的生產模式都應該遵循 “3R原則 ”，即減量化、再使用、再循環。減量化原則（reduce）要求產品生產過程中將原料與能耗降至最低；再使用原則（reuse）要求產品的成品形式可以重復使用，例如可用作餐具的包裝設計，盡量減少一次性用品的泛濫造成的垃圾污染。再循環原則（recycle）要求產品在完成使用功能后可以重新成為原料而非不可降解的垃圾。上述原則應該成為我們現時藝術設計教育的基本原則，即以最低的消耗謀取最高的價值；以最簡單的方式滿足盡可能多的功能。然而，通觀我國當今的高校設計教育，幾乎沒有在大綱中把可持續發展作為基本觀念制定其中，更逞論專門的課程設置。在這種觀念缺失的情況下，藝術設計學科的學生在受教育的過程中失去了在奠定專業基礎的同時接受先進觀念的寶貴機會。這是教育者的嚴重失誤，社會的重大損失。在當今大力提倡素質教育的氛圍中，具有什么樣的生態觀、對環境問題持什么態度、行為方式如何、是基本素質問題，是價值觀的問題。高校設計教育則是直接培養設計師的場所，影響的不僅僅是在校的學生，更影響到整個消費市場，影響今后的幾代人，其重要性不言而喻。當今，我國的環境問題已到了十分嚴峻和危險的程度，可持續發展作為國策已被提到議事日程上，作為可持續發展基礎問題的環境保護問題也已日益被人們認識。作為培養設計人才的高等藝術設計教育必須肩負起這一重大歷史使命，將可持續發展觀和環境保護意識化分散滲透到相關的課程環節之中灌輸給學生，讓這些觀念與專業知識緊密結合。使他們今后能夠擔負起促進經濟發展、推動社會發展和生態環境發展的重責，并且在今后的設計工作中時刻將追求經濟效益同追求社會效益和環境效益統一起來，不斷的推動我國的產業升級和可持續發展。

二、 我國高等藝術設計教育應大力提倡和發展綠色設計

2.1 綠色設計的含義

綠色設計（Green Design）也稱生態設計（Ecological Design），環境設計（Design for Environment），環境意識設計（Environment Conscious Design）。在產品整個生命周期內，著重考慮產品環境屬性（可拆卸性，可回收性、可維護性、可重復利用性等）并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的功能、使用壽命、質量等要求。綠色設計的原則被公認為“3R”的原則，即Reduce，Reuse，Recycle，減少環境污染、減小能源消耗，產品和零部件的回收再生循環或者重新利用。（如圖1所示）

綠色設計作為以節約資源和保護環境為產品設計理念，強調人與自然的和諧共存，受到越來越多制造企業的重視。設計師在設計方面除了要考慮產品的外觀和功能，也要從綠色環保入手，要從對社會負責任的角度去理解一個綠色環保、安全節能的設計對于整個社會的影響。我國要堅持走可持續發展的道路，必然要充實綠色設計理論、完善綠色設計體系、順應綠色設計的發展趨勢。

2.2 綠色設計的實現

實現綠色設計，歸結起來就是使新產品的整個生命周期做到3R原則。對與這些需要有細節的解決方案，要求設計師將設計的重點放在用一種更為簡潔、經典、大方的產品造型樣式使產品盡可能地延長使用壽命，綠色設計強調盡量減少無謂的原料消耗，重視再生材料使用的原則對產品設計外觀也產生了重大影響。實現綠色設計要依賴以下幾個環節。（如圖2所示）

從圖2中，我們不難發現，要實現綠色設計，設計師們需對產品的材料、包裝、結構、能耗和設計過程各個環節進行通盤考慮。設計師們必須在產品設計制造的每一個環節都要將綠色、環保的概念融入其中。綠色材料設計就是指在滿足一般功能要求的前提下，使用良好的環境兼容性的材料。盡量使用綠色環保性材料，避免選用有毒、有害和有輻射特性的材料；簡化產品設計的表面工藝；盡量使用單一的材料類型；使用的材料要盡可能的具有可回收性，易于再利用、回收、再制造或易于降解。而綠色結構設計在綠色設計中占有著極重要的地位，直接關系到產品的長壽命及可回收利用性。綠色結構設計除滿足普通產品的基本要求外，主要考慮的是結構的易拆卸性與可回收性。綠色能耗設計就是設計合理的產品結構、功能、工藝或利用新技術、新理論使產品在使用過程中消耗能量最少，能量損失最少。工業產品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?，F在，越來越多的人都在關注產品的使用過程中所消耗的資源及其給環境帶來的負擔。因此，在產品的設計階段，對其使用造成的能源消耗問題應給予足夠的重視。綠色包裝是指符合環保要求的包裝。所以綠色包裝設計首先要求用料要節約資源，力求減少廢棄物量，用后易于回收、重復使用或再生為其他有用之材。其次是焚燒時可回收熱能，不會產生毒害性氣體，填埋時少占用土地并能自然降解。綠色制造過程設計是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的影響最小，資源利用率最高，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。綜上所述，綠色設計的實現有賴于設計師在產品開發過程中，由以前的一味地關心產品的創意和造型轉變為重視環境意識，考慮產品本身是否對環境造成污染和危害，成本能否十足的低廉等等。從長遠的角度看，綠色設計的實現對整個人類社會的貢獻和影響都將是不可估量的。

2.3 我國高等藝術設計教育如何幫助實現綠色設計

要實現綠色設計，毫無疑問對藝術設計提出了更高的要求，藝術設計不但是要關注那些直接與人的個性、 需求和興趣相關的因素，還必須考慮生產技術、制造要求、市場信息等以及社會、環境的現實要求。因此，我們高等藝術設計教育必須要開設與之相關的更多課程來引導和傳授學生們這方面的觀念、知識和技能。

筆者以為，首先應該在我國高校藝術設計教育中開設關于綠色設計的理論課程。以生動、豐富的案例貫穿于學習當中，甚至還可以把那些對經濟社會造成極大浪費和視覺污染的不良設計作品作為反面案例給學生看，讓學生可以深刻了解綠色設計的重要性，將“綠色意識”深深的植入他們腦中。

其次，開設關于介紹綠色貿易壁壘，諸如國際和區域性的環保公約、國別環保法規和標準、檢驗和檢疫要求、綠色包裝與標簽要求、ISO14000環境管理體系和環境標志等自愿性措施、生產和加工方法及環境成本內在化要求等相關政策措施和法律知識的相關課程。讓學生們可以了解國際上對綠色產品的標準和要求，進而在以后的學習和工作中，設計制造出符合國際標準的優質綠色產品，而不至于使得我們的產品在國際的綠色壁壘面前無所適從，屢屢碰壁。

最后，還應增設大量與材料、造型、能耗、工藝、制造等相關的交叉學科的理論課程和實踐課程。使學生可以通過對這些方面和環節的了解和研究，掌握必要的科技知識，真正理解外觀符合功能的設計的意義，在將來設計出既美觀和實用又節能和環保的優質產品。

三、 小結

藝術設計對設計的民族化與國際化、在傳承民族文化與創新發展等一系列問題上的思考，都使得藝術設計教育面臨挑戰與機遇，人文精神的熏陶、 商業意識的培養、 技術層面的支持、創新思維的塑造與多學科知識的交叉將作為新時代藝術設計人才培養的目標，我們才能夠兼顧資源、環境等因素的同時，以實現設計的可持續發展要求，促進良性生產及消費，調節人與自然、人與社會、人與人之間關系，實現社會發展的活力和持久生命力。

參考文獻：

篇(6)

[關鍵詞] 機械系統 人機界面 優化設計

人機界面的內容較多，研究人機界面對體統運作功效和操作人員身心健康的影響存在一定的難度。到目前為止，國內外人機界面優化方法仍不完善。由于人機界面設計中個元部件幾何未知的布置非常重要。所以優化設計機械系統人機界面至關重要。

一、機械系統人機界面概述

機械系統的人機界面值得是操作人員和機器之間相互作用的區域，是人機之間傳送信息的媒介。他主要包括三部分，機器顯示器與人的信息通道的界面，機上操作器與人的運動器官的的界面，人機系統與環境之間的界面。機器的構成有其自身的規律，操作環境或生活環境也會因個各種因素在空間和時間上受到某種限制，如經濟上的可行性，技術上的可能性，機器本身性能要求的條件，以及使用機器時的外界環境條件等。為了適應這些情況，就要求對人的因素予以限制和訓練，盡量發揮人的因素有一定可塑性的特點，讓人去適應機器的要求，以保證人機系統具有最佳效果。其實人機界面除上述硬件設備外，還應該包括操作規程，維護手冊的等。也有人將上述人機界面稱為硬件，而將人與計算機組成的人機界面稱為軟件人機界面。

二、機械系統人機界面構成要素

機械系統人機界面設計包含多重因素。根據人機工程學得基本原理和機械系統人機界面設計原則，借鑒一般機械系統人機界面的特點和設計要求，可以認為機械系統人機界面的構成要素主要包括，人體、工作臺、視覺元件、受控操縱元件、腳控操作元件、工作座椅等。

人機功能：人機功能分配是人機系統設計的重要一環，其目的是根據系統工作要求，使人機系統可靠、有效的發揮作用，達到人與機器的最佳配合。人機功能分配，必須參照人和機器各自的功能特點。但是，功能分配的基本策略則應根據實際情況把系統的操作看作一個整體，同時也應注意為操作人員創造一個有意義、有激勵、富有挑戰性的工作情景。

人機界面：人與機器發生作用的交界面稱為人機界面。對它的研究是人機系統研究的核心內容。人機界面通?？梢苑殖蓹C器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間，以及人的效應器官（手、足等）和機器控制器之間兩種界面。人與機之間的信息溝通是在人機界面上實現的（見圖）。人的感覺器官接收已轉換成某種標志或圖像形式的機器加工過程，或被控對象狀態的信息，并傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進行加工、解釋,轉化為實際狀態的信息,并把它與預期的結果進行比較、分析、作出決策,發出指令信息。根據這些指令,效應器官作用于機器控制器,將人的輸出信息轉換成機器的輸入信息。機器對輸入信息進行加工，并通過顯示器將機器加工過的信息作用于人。這樣，操作人員就可以不斷地對機器工作狀態加以調整、控制，最終完成一定的系統功能。

顯示器：顯示器是人機界面的重要組成部分，其功能是向人提供各種有關的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器。

控制器：控制器是人機界面中另一個重要組成部分，其功能是將人的有關控制信息傳遞給機器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。

三、機械系統人機界面優化方法

人機工程學的研究廣泛采用了人體科學和生命科學等相關科學的研究方法及手段，也采取了系統工程、控制理論、統計學等其它學科的一些研究方法，而且本學科的研究也建立了一些獨特的新方法，以探討人、機、環境要素間復雜的關系問題。這些方法中包括：測量人體各部分靜態和動態數據：調查、詢問或直接觀察人在作業時的行為和反應特征：對時間和動作的分析研究；測量人在作業前后以及作業過程中的心理狀態和各種生理指標的動態變化；觀察和分析作業過程和工藝流程中存在的問題；分析差錯和意外事故的原因：進行模型實驗或用計算機進行模擬實驗：運用數字和統計學的方法找出各變數之間的相互關系，以便從中得出正確的結論或發展成有關理論。

目前常育的研究方法有：

a觀察法：為研究系統中人機的工作狀態，常采用備種各樣的觀察方法，如工人操作動作的分析、功能分析和工藝流程分析等大都采用觀察法。

實測法：是一種借助于機器設備進行實際測量的方法。例如對人體靜態和動態參數的測量對系統參數及作業環境參數的測量等。

b實驗法：它是當實測法受到限制時采用的一種研究方法，一般在實驗室進行．但也可以在作業現場進行，如為了獲得人對各種不同顯示儀表的認讀速度和差錯率的數據時，一股在實驗室進行。

c模擬和模型實驗法：由于機器系統一般比較復雜，因而在進行人機系統研究時常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術和裝置的模擬，如操作訓練模擬器、機器模型以及各種人體模型等。

d計算機數值仿真法：由于人機系統中的操作者是具有主觀意志的生命體，模擬和模型方法研究人機系統，往往不能完全反映系統中生命體的特征，其結果與實際相比必有一定誤差。數值仿真是在計算機上利用系統的數學模型進行仿真性實驗研究，如人體動作分析仿真等。在電子計算機的推動下，最優化理論與方法在經濟計劃、工程設計、生產管理、交通運輸等方面得到了廣泛應用，成為一門十分活躍的學科。將優化設計理論和方法應用于機械產品結構設計的范疇來說，大致可分為結構參數優化、形狀優化和拓撲優化。產品設計首先要解決的是參數優化，也是最早引入機械設計中的內容之一。通過尋找最佳參數可以直接得到好的設計，它是在已定結構方案、零部件結構形狀和選擇材料下完成參數設計的優化。形狀優化是在結構類型、材料和布局已定條件下，對結構幾何形狀進行優化，包括二維和三維的形狀優化及與形狀有關的參數優化，這是優化設計的深化。而拓撲優化是對結構中的構件布局和節點的聯接關系進行優化，即在外部設計要求下首先要從結構方案、類型、布局等方面去尋優，這是更高層次的優化也是更富有創新的概念設計。從目前研究和應用的成熟程度來看，形狀優化的提出盡管已經歷了近20多年，還處在研究和應用探索階段。

e分析法：它是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數據后采用的一種研究方法。目前人機工程學研究采用的分析法包括瞬間分析法、知覺與運動信息分析法、動作負荷分析 法、頻率分析法、危象分析法和相關分析法。

f調查研究法：人機工程學專家采用各種調查研究方法來抽樣分析操作者或使用者的意見和建議。

參 考 文 獻

篇(7)

什么是綠色設計

“綠色設計”是20世紀80年代末開始出現的一股國際設計潮流，社會的可持續發展的要求預示著“綠色設計”依然將是21世紀工業設計的熱點之一?？偟膩碚f，綠色設計是以綠色技術為原則所進行的產品設計，考慮對資源和環境的影響，即在產品及其生命周期全過程的設計中，著重考慮產品的環境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，優化各有關設計因素，使得產品及其制造過程對環境的總體影響和資源消耗減到最小。在滿足環境要求的同時，保證應有的功能、使用壽命和質量等。綠色設計產生的背景主要是為了滿足綠色消費的需求，同時也是可持續發展的必然選擇，以及產品應對日益激烈的市場競爭的需求。

簡單來說，綠色設計就是在質量合格的前提下，產品高效節能而且在使用過程中不對人體和周圍環境造成傷害，在報廢后還可以回收利用。譬如，環保冰箱是指無CFC、節能和低噪聲達標的產品，彩電要求輻射低于0.07毫倫/小時，空調和洗衣機要節能和低噪聲，環保微波爐的指標主要是指在距離微波爐外表面5cm和5cm以外的任何點，微波功率密度不得超過10W/m3。

國際經濟專家認為，幾年后，所有的產品都將進入綠色設計家族，可回收、易拆卸，部件或整機可翻新和循環利用，綠色產品有可能成為世界主要商品市場的主導產品，而綠色產品的設計也將成為工業生產行為的規范，如不實行綠色設計，產品進入國際市場的資格將被取消。

綠色設計的要求

設計師是連接產品與消費者之間的紐帶。他們能引導并改變人們使用產品的方式，同時對這些產品和服務負有責任。綠色設計需要設計人員將產品設計與環境保護融為一體，使產品從功能、材料上滿足環保要求，并與包裝材料的視覺效果及保護功能等方面結合起來。

而僅有這些又遠遠不夠，開發人員在設計新產品的過程中，還必須把產品回收方面的相關要求納入考慮之中，包括采用易于回收的材料及元器件、有利于產品拆解的組裝方式以及對所用的塑料部件加入塑料分類標志等。

綠色設計的步驟往往十分繁復，業內人士指出，綠色設計是門綜合的科學?！跋胍谠O計階段就考慮生態設計，設計工程師們不但需要具備電子知識，而且在材料科學、構造設計、化學和環境方面也要知識廣泛，大部分的設計師需要適應新的思維方式，開始考慮為什么事情會這樣，并創造超越當前的或占主導地位的設計方案，改進、改革和創新技術以獲得持續發展?！?/p>

事實上，綠色設計很重要的一點就是要注重環境的可持續性，設計對環境的可持續性是非常重要的。設計人員要承擔起這個責任，建立起最美好的世界。 “目前，環境可持續性是一個很熱門的話題，同時也是設計師終身的挑戰，設計界正在積極迎接這個挑戰?！?諾基亞首席設計師AlastairCurtis指出，“讓今天的產品更環保，有助于保持環境的可持續性，也是我們在設計新產品中最重視的一個原則?！?/p>

環境的可持續性就是指產品設計要讓產品容易回收，“譬如我們銷售了幾億部手機，如何能更好地回收就是非常重要的問題，作為設計者也需要考慮這個問題。我們現在做的就是圍繞這樣的設計概念提出一系列的問題。我們要讓手機能夠回收、重新再使用、使它能夠升級，我們要把產品用不同的方法進行設計?！?AlastairCurtis說，這里要考慮的還有生態材料的應用，要考慮可回收的手機要如何設計。除了回收的問題，還要讓人們的手機能夠長久使用，讓人們的手機不僅使用兩年、三年，還要能使用五年、六年。同時，還要考慮讓手機隨時成為每個人個性化的物品?！半S著產品不斷地發展，我們應該從這個角度來觀察和看待設計，這樣，我們的設計團隊需要不斷延伸設計思維，幫助推動和改進環境可持續性的設計。比如說，在今后五年或十年的設計中融合這些概念?！?/p>

怎樣進行綠色設計

要使設計真正成為綠色設計，并不是一件容易的事，除了需要注意產品的各項功能外，還需要設計師具有多方面的產品設計知識。

綠色設計的第一步是材料選擇，綠色材料是指在滿足一般功能要求的前提下，具有良好的環境兼容性的材料。綠色材料在制備、使用以及用后處置等生命周期的各階段，具有最大的資源利用率和最小的環境影響?！耙话闱闆r下，我們會優先選用可再生材料及回收材料，并且盡量選用低能耗、少污染的材料，環境兼容性好也是綠色材料需要注意的地方，有毒、有害和有輻射性的材料必須避免，所用材料應易于再利用、回收、再制造或易于降解?！睘榱吮阌诋a品的有效回收，還應該盡量減少產品中的材料種類，還必須考慮材料之間的相容性。材料之間的相容性好，意味著這些材料可一起回收，能大大減少拆卸分類的工作量。

除了材料的選擇外，設計中還要應用到人機工程學的原理，讓使用者感到舒適、方便、心情愉快，無壓抑感；同時也要避免電磁輻射、噪聲、有毒氣體、有刺激性的氣體和液體對人的危害。同時，還要考慮到產品的環境性能設計，將環境性能作為設計目標是綠色設計區別于傳統設計的主要特點之一。由于不同產品有不同的環境性能，設計時應根據產品特點、使用環境與要求等分別予以滿足。加長產品的使用壽命也可以起到環保的作用，設計師在對產品功能和經濟性進行分析的基礎上，采用各種先進的設計理論和工具，使設計出的產品能滿足當前和將來相當長一段時間內的市場需求。最大限度地減少產品過時，也就減少了報廢處理和過時產品的數量，當然也就節約了能源和資源，減輕了環境的壓力。

綠色設計中很重要的一點是節能降耗的設計，減少能源需求，可以通過減少實際應用能源消耗和減少待機能源消耗來實現。設計師需要合理的設計產品結構、功能、工藝或利用新技術、新理論，使產品在使用過程中消耗能量最少、能量損失最少。因此，在產品的設計階段，對其使用造成的能源消耗問題應給予足夠的重視。

“除了在使用中需要考慮到綠色設計，我們還要關注產品在使用之外的問題?！睒I內人士指出，可拆卸性設計也是需要考慮的問題，產品在設計時應該充分考慮到產品報廢后較多的零部件拆卸方便，便于回收與再利用，從而達到節省成本、減少污染、保護環境的目的，這將作為產品性能和結構設計的一項重要評價指標?！艾F在許多產品已經注意到了這些問題，譬如現在不少電子產品都開始采用簡單結構和外型，減少零部件種類，采用易于拆卸或破壞的連接方法，減少卸部位的緊固件數量，盡量避免零件表面的二次加工，減少產品中所用材料的種類并在模具上模壓出材料的代號標識等，這些都是綠色設計取得的成績?！?/p>

在設計初期，還要考慮到該產品報廢后回收和再利用的問題，廣泛采用標準化、模塊化的零部件有利于報廢時的回收利用。使產品報廢后，容易拆卸和分解，并可以加以回收或再生將是21世紀綠色工業產品的一項重要指標。業內人士指出，資源回收和再利用是回收設計的主要目標，其途徑一般有兩種，即原材料的再循環和零部件的再利用。鑒于材料再循環的困難和高昂的成本，目前較為合理的資源回收方式是零部件的再利用。

包裝作為產品的最后一個環節，也與綠色設計密不可分。綠色包裝技術是從環境保護的角度優化產品包裝方案，使得資源消耗和廢棄物產生最少。目前這方面的研究很廣泛，大致可以分為包裝材料、包裝結構和包裝廢棄物回收處理3個方面。當今世界主要工業國都要求包裝應做到“4R1D”（Reduce減量化、Reuse回收重用、Recycle循環再生、Recover能量再生和Degrad-able可降解）原則。

“無論是材料、工藝、結構還是包裝設計，都是與綠色密不可分的。綠色設計可以是選擇環保材料，也可以是在設計過程中盡量不浪費材料并使材料能保證被回收。其實綠色設計并不像很多人想像的那么復雜，很多時候我們可以從小處做起，有時候小的設計也可能帶來大的改變?！睎|道設計公司產品設計中心總監廖捷指出，“譬如我們在設計過程中可以減少多余的設計，少用一個盒子，少用一條不易回收的尼龍繩或是金屬邊，使設計作品的色彩不過于繁復，這都能減少設計帶來的環境問題。甚至我們在產品包裝上不使用過多的裝飾和說明，節約消費者閱讀的時間，這也是一種環保，而節約了消費者的購買時間，從某種意義上來說，對企業本身也是一種環保。這些都是綠色設計的范圍?！?/p>

綠色設計任重道遠

歐盟曾在其《官方公報》上公布了《報廢電子電氣設備指令》和《關于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質指令》，前一個指令特別強調了生產商的收集責任，這必將增加制造商的回收處理費用；而后一個指令則說明自2006年7月1日起，投入于市場的新電子和電氣設備不包含鉛、汞、鎘、六價鉻、聚溴二苯醚和聚省聯苯等6種有害物質。而我國在這方面的相關法律法規也相繼出臺。

“綠色設計的話題其實非常重要，” 清華美院工業設計系主任蔡軍說，在中國現階段是非常缺少綠色設計意識，這是一個新的問題。社會可持續發展的要求預示著“綠色設計”將成為21世紀工業設計的熱點之一。為了減少環境問題，設計師要對產品進行環保性能的改進，要對環境問題和其影響有很好的了解;這就得要比以往對科學和技術有更多的了解，同時需要創造性、新思維和富于想象力。而目前工業設計的商業價值日益受到眾多廠家的認同和重視，設計師在不少公司的研發部門被委以重任，這一切使得設計師有機會展示他們對環保問題處理的能力。“實際上我覺得中國產業結構的發展已經走到了這樣的階段――必須在環保方面做重新的調整，這實際上是產業結構的升級和環境意識強化的問題。這也是和我們提倡的可持續設計相通的。在社會層面，在大學層面，真正的可持續設計做得比較少。尤其對中國來講，企業關注的是生產低成本、大批量的產品，要達到這樣的市場情況，在環保上必須要付出。這是一個很大的問題?！?/p>

“綠色設計”給工業設計帶來了更多的挑戰，也帶來了更多的機會。一場“綠色革命”已經來到，在環保成為世界發展趨勢的情況下，綠色設計正起著前所未有的重要作用。

評論

綠色設計應運而生

如果問當下哪個詞最熱門，當屬“綠色節能”。2007年，綠色節能引起了全社會的共同關注――生存的環境日益惡化，可利用的資源日趨枯竭，經濟的進一步發展愛到了嚴重制約，這些問題甚至直接影響到人類文明的繁衍，令人們再也無法忽視。制造業企業不斷消耗自然資源，不斷開發新產品，淘汰舊產品，產生大量廢棄物，污染環境。為此人們不得不改變傳統的生產模式，實行可持續發展模式，即合理地利用資源，最大限度地減少對環境的破壞和污染，使人類和環境協調地發展。相關的法規也開始逐步被制訂出來，2006年7月1日，歐盟《電氣、電子設備中限制使用某些有害物質》(RoHS)指令正式生效，這將對全球的電子制造廠商進行約束。

另一方面，在產品同質化越來越明顯的當下，設計被奉為產品競爭中求得差異化的法寶，財富創造的主要源泉已經不僅僅來源于工業化生產，越來越多的生產廠商以創造流行為己任，誘導人們購買更新、更in（流行）的商品。這種趨勢之下，每款產品的壽命越來越短，更新換代頻率大大加快，許多完好的商品迅速被更時尚的產品所取代，而回收環節的缺失使得大量過時產品被廢棄，導致了危及地球環境的許多問題。

節能降耗也是人們關注的熱點之一，現在，越來越多的人都在關注產品的使用過程中所消耗的資源及其給環境帶來的負擔。美國能源部估計，美國每年要為關機的電視機和錄像機支付約10億美元的電費。待機功耗已經引起了社會的廣泛重視。

愈加嚴厲的環保標準以及公眾對環保的關注為供應商帶來了新的壓力：如何保證自己的產品具有獨樹一幟的時尚氣質，又能延長產品的生命周期，在相對長的時間內不至于被流行趨勢淘汰，降低自己的回收壓力？解決這個問題，只有通過工業設計，也惟有通過工業設計。這些都對工業設計提出了更高要求。

此時，作為產品生命周期第一環節的IT設計更加任重道遠，除了為廠商帶來更大利益以外，將綠色環保納入設計理念之中，無論是對于產業，還是對于廠商自身，都顯得尤為重要。