产品结构设计理论大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇产品结构设计理论范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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下面以产品设计中解决高顶盖凹陷强度低的实例来说明39个通用技术参数、40个发明原理、矛盾矩阵的综合应用步骤和求解过程。

1.1问题描述公司生产的海狮高顶盖车身，外观尺寸大（3400mm×1970mm×470mm）、拉延深度高（约470mm）、外观质量要求高，零件主要缺陷为拉延刚性不足，有裂纹、暗伤等，产品不良率高。系统主要工艺为冲压和焊接。零件焊接后顶盖侧面产生的失稳凹陷不平，严重时需刮腻子进行修补缺陷，影响生产效率，顾客不满意。

1.2原因分析

1.2.1设计结构原因提取现有产品高顶盖进行结构分析，发现问题的关键在于高顶盖产品的结构上，对现有车型高顶盖系统进行分析，两侧焊接止口根部尺寸R值较大（为R5~6.5mm），零件拉延后零件塌陷。顶盖两侧表面平直设计，没有形成一定弧度；靠近R根部无台阶设计；与水槽焊接止口平直，没有形成一定的锐角，对产品的结构有一定的影响。侧面结构如图2所示。

1.2.2模具制造原因目前高顶盖加工工艺采用拉延切边、冲孔整形的工艺。在拉延工艺中直接形成R5根部尺寸和侧部形状尺寸，零件的整体刚性靠材料的充分塑性形实现。

1.2.3目前问题的解决方法和影响1）侧面凹陷是通过顶盖侧面增加补强板解决侧面强度不足的问题。带来的影响增加车身重量，增加制造成本，还影响使用功能。2）通过增加零件拉延力参数提高侧面的强度，带来的影响是零件产生暗伤或裂纹，造成废品率提高，提高检测成本。

1.2.4提取技术矛盾产品外形结构简单，对模具精度要求不高。但会带来产品强度降低的风险。

1.3提取技术参数

根据2.2.4提取的矛盾是：产品结构简单，两侧面强度不能降低。根据TRIZ技术系统通用技术参数中的定义，选择“参数14——系统的强度”，作为改善的参数。在改善“系统的强度”这个参数的同时，零件加工提出更高的要求，即要求零件工作过程中，必须相应地增加设备的压力，提高工装的精度，提高材料的可加工性级别，以避免物体有害因素的的恶化。在加工过程中恶化的参数时可加工性。根据通用技术参数中的定义，选择“参数32——可制造性”，以此作为被恶化的参数。

1.4查找TRIZ矛盾矩阵

提高系统的强度为欲改善的参数：选参数14——强度。设备精度提高为被恶化的参数：选参数32——制造性。查找TRIZ矛盾矩阵，从矩阵表查找参数14和参数32对应的方格，得到方格中推荐的发明原理序号共4个，分别是：11、3、10、32。与发明原理序号对应，得到这4条发明原理依次是：11预先防范原理；3局部性质原则；10预先作用原理；32变色原理。

1.5发明原理分析

原理11为预先防范。分析：图1零件结构，侧面平直，R根部没有加强台阶，可以考虑在产品设计时事先防范，将零件平直型面预先进行弧度设计。该原理对优化设计有一定的作用。原理3局部性质原则。分析：表现在从物体或外部介质（外部作用）的一致结构过渡到不一致结构。侧面强度不足，在侧面增加台阶过度到R根部。中间采用圆弧过渡，负面内容，会对零件的拉延性有影响。原理10预先作用。分析：原顶盖焊接时侧面凹陷，侧面焊接止口边上翘1.5°，通过预先角度使零件与水槽焊接时，通过力的传递提高顶盖侧面刚度。负面内容，会对水槽焊接焊点质量有影响。原理32为变色原则，对方案贡献不大。

2求解后的产品结构设计与优化方案

根据TRIZ理论给出的创新原理的启示和现实情况分析，利用产品结构局部改善和预先在产品结构上预留一定的角度可以方便有效解决高顶盖强度低造成凹陷的缺陷，保证高顶盖系统的强度。求解后的顶盖侧面设计如图3所示。改进后设计，通过止口的反翘设计，在焊接加工中起到通过焊接力的传递到R根部，通过水槽的反作用力传递到顶盖侧面，使顶盖侧面刚度提高，此设计降低拉延模具的制造难度，拉延时R值可放大，通过后续整形实现止口反翘并将R值整小。通过TRIZ预先的求解，快速找到解决问题的方法，提高工作效率和准确率，为新产品结构优化提供理论依据。新设计的高顶盖产品零件加工仍采用拉延切边、冲孔整形的工艺，与原工艺一致，不同的是在整形工位将根部R5整形到R3，这对零件的强度起到重要的作用。

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二、因地制宜建设有特色的课程群及课程体系

课程群建设甚至整个专业的课程体系应结合自身特色来进行，尤其鼓励跨学科、跨专业课程群的建设，在课程群建设多元化的同时，更好地完善大学生的认知结构。如清华大学美术学院在合校之后，工业设计系根据自身特色，与清华大学汽车系共建交通工具造型设计专业，使得该专业在国内首屈一指。与美院其它相关专业和清华大学相关学科单位合作建立的信息设计专业方向，则培养横跨工业设计、传播学、数字媒体等学科的专门设计人材。我系工业设计在教学体系设置上，经过几次大的调整与改革，本着“教会学生发现问题、分析问题、以条件允许的方式组织资源，并以恰当的方法解决问题”的工业设计教育的本质思想，基本形成了以“工业设计造型基础”、“工业设计表现”、“工业设计工程”和“工业设计理论”、“产品设计模块”等五大课程群。并结合我系自身的特色，处于机械学科大类招生的背景之下，以及市场对工业设计人员的需求层次考虑，我系还设立了产品结构设计专业方向，经过统一的基础课程训练之后从大三开始选择不同的专业方向进行学习。具体课程群设置如下所示：

1、工业设计造型基础课程群其目的是训练学生的基础造型能力和解决造型观念问题。处理从平面形式到三维形态，综合考虑形态、色彩、材料、功能等因素的相互关系。2、工业设计表现课程群其目的是使学生掌握基本表达技能和学会如何利用资源为表达目的服务。

3、工业设计理论课程群其目的是使学生了解设计的根源和发展脉络，并能从相关理论和交叉理论上找到解决问题的根本。

4、工业设计工程课程群其目的是解决基本科学原理和制造技术基础知识的问题。尤其在工科背景下，这一课程群显得尤为重要。

5、产品设计课程群其目的为不同阶段的课程提供实践机会，采用课题教学为主的多种教学方式，每门课程解决不同层次的设计问题，使得整个课程体系形成由浅入深、由低级到高级的课程环。

6、产品结构设计课程群针对不同的市场需求并结合自身特色而设置的新专业方向，加强了结构、制造技术方面的理论。

7、产品造型设计课程群传统的专业方向，强调了设计管理方面的理论，也是对该方向课程的一些补充。

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1变型设计概述

1.1变型设计的基本概念简单的说，变型设计就是一种设计方法，是一个设计过程，它的基本思想是通过改进已有的系列产品或设计实例来适应新的设计需求，实现产品的快速设计和新产品的快速试制定型。就整体而言，变型设计就是运用一定的规则将整个产品的设计归结为对其中各个部件、零件等功能模块的设计。因此在进行变型设计时建立一个合理的产品结构模型是实现产品快速变型的关键。

1.2方法体系

机械产品结构设计是一个系统、复杂、循序渐进的过程，无论是用户新的需求，还是机械产品在功能上的细小变化，都有可能引起很大改变，即在产品结构上的细小变动都有可能导致产品结构设计上的重大变动，这在机械产品的变型设计中表现的尤为明显。有时企业为了更好的满足各种用户的不同需求，不得不对原有的产品结构进行重新设计，以期获得更多的收益，奠定自身的竞争优势。笔者认为，对机械产品结构进行变型设计的关键就是要准确找到变型设计的根源，建立科学合理的方法体系，进而保证变型设计和快速设计目标的实现。本文所要介绍的方法体系，是以变型规则为基础，通过事物特性表技术的合理运用来构建合理的机械产品结构模型，该模型能够对支持变型设计的机械产品及其构配件之间的关系和条件进行准确的描述。事物特性表技术实现了机械产品结构数据通过二维表结构进行标准化、科学化、规范化的组织，这对机械产品结构的变型设计无疑是非常有帮助的。

2事物特性表的应用

事物特性表是一种ASCII文件，它的格式是保持不变的，不仅能够对事物的基本属性进行登记，还能对构配件的一些特性进行针对性的描述。在国家的相关标准中，它被当作一种信息标准进行应用，不仅能对事物的特性进行描述，并严格按照相关规范和要求进行记录、存储和显现。表格形式如表1所示。正是因为事物特性表能够详细、有效的对事物的性能、特征、工艺特殊性等进行描述，尤其是产品在开展与尺寸变型相关的结构设计时，事物特性表更有利于产品结构从类到实例的转变，这对变型设计和相关检索显然是非常有帮助的。例如，我们可以对某种机械产品的内外径、长度等特性进行描述，我们就可以得到一类产品，而我们对以上特性参数化之后就得到了某种产品的实例，最后将所有特性参数进行组合后，我们就得到了该产品的事物特性表。事物特性表的应用不仅如此，我们还可以结合机械产品变型设计的具体实际进行灵活扩展，尽量将事物特性表的作用最大化。

3机械产品结构模型分析

从某种意义上说，我们可以把产品结构模型看成是能够适应应有的的约束配置的构件的实例化集合。在具体应用过程中，企业应当立足于市场及用户的各种需求，从企业原有的系列产品结构中进行改进和创新，进而派生出更多的有效的产品结构。在对产品结构模型进行分析和构建时，我们首先应当对产品的结构、特点、功能有个全面的把握和了解，并按照相关设计原则和理念把产品模块化，然后通过面向对象的设计方法将所要进行设计的产品进行分解，进而获得相应的产品类或零部件类，最终得到科学、有效的产品模块结构。产品结构模型的原理如图1所示，其主要包含产品变型与约束规则、参数传递结构和构建集合等内容。而为了更好的对产品结构及其结构进行分析，我们首先要对产品以及组成产品的零配件关系进行描述，即构建产品装配拓扑树。

3.1产品装配拓扑树的构建

对于产品装配拓扑树的描述来说，我们可以把它看作是一种类结构，具体如图2所示。在装配拓扑树中，基本模块是产品结构设计中必不可少的，必选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中指定一定数量的模块加入到产品中；可选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中选择一定数量的模块加入到产品中。O2表示在组成部件BNode2时必须且只能在Anode6和Anode7中选择一个零件构件，并且以该构件与CNode2的关系装配到BNode2中。R1表示在组成产品族CNode1时，可以根据一定的规则在Anode4和Anode5中选择一个零件。将构件（Node）的概念引入到装配拓扑树中，主要是为了更好的表达产品对象以及零部件等子对象，而构件不能完全等同于具体的零部件，我们可以把它看成是零部件的抽象，是拥有一定共同特性的的集合，我们可以将其表述为一个四元组：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示产品对象或其零部件子对象的唯一标识号；Sel表示该构件的选择特性，Inc的取值为0，1。Inc=0表示该构件是可选构件，Inc=1表示该构件是必选构件。Num表示零部件在产品中的配置数目；Des表示构件的属性描述信息，Type表示该构件的类型。At-tr_name表示该构件的一个属性名称；Data_Type表示属性的取值类型，如浮点型（float）、整型（int）、字符型（char）、布尔型（bool）等；In_cons表示属性的取值限定约束。

3.2PSMTree类的构造

在完成装配拓扑树的构建后，能够从结构上很好地支持产品对象的变异性。然后采用面向对象的方法对由PSMTree描述的产品原型进行建模，在建模时采用事物特性表技术来构造描述PSMTree的类属性，从而通过类的继承得到描述产品的类。在对类进行构造时，我们可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel这3个类来分别描述PSMtree中的产品及其零部件构件。提取3个类的标识码ID、名称NAME、变型规则等共同属性构造基类O_Base，O_Base与O_Asm、O_Par和O_Sel构成分类结构，具体如图3所示。

3.3机械产品的变型设计规则

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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1、绿色设计的设计原则

在现代社会高速发展的同时，相关人员对桥梁建设中的绿色设计识越来重视。绿色设计要遵从五项基本原则，即闭环设计原则、资源最佳利用原则、能源消耗最小原则、零污染原则、技术先进原则。闭环设计原则体现的是产品全生命周期并行；资源最佳利用原则是指尽可能选用通过简化产品结构实现可回收再利用性的可再生资源，并在产品的整个生命周期中最大限度的利用选用的资源的设计原则。能源消耗最小原则是指产品整个生命周期循环中实现能耗最少。零污染原则是指设计时消除污染源，从根本上防止污染。技术先进原则是指创造性的应用最先进的技术来获得最佳的生态经济效益。

2、桥梁结构物的产品特殊性

桥梁结构物具有极其特殊的特点，主要表现在：一是桥梁的建造在造价上和原材料的价格及设计、施工方案等相关，与市场的需要关系不大，基本是由政府部门根据社会、经济的发展状况来确定实施的；二是桥梁的建设规模导致桥梁设计对社会效益、经济效益及生态效益影响巨大；三是桥梁设计的使用年限决定了其对社会、环境影响的深远性；四是桥梁在其寿命范围内的使用过程中不会产生对环境有害的垃圾但在超期服役后就变成了难以处理的废弃物；五是桥梁需要具有抗侵蚀和抵御不利环境因素的能力。

3、绿色桥梁设计的思想

1）桥梁体系的选用。桥梁体系中的各种体系均有一定的适用范围，在设计中要根据实际情况，对梁、拱、刚架、吊与组合体系进行合理的选用，避免提高造价和为建成后的养护造成困难。

2） 桥梁结构设计。①根据绿色设计的原则中闭环设计原则，在对桥梁结构进行设计时，要充分以桥梁在其生命周期内所面临的各种荷载、各种不利的环境因素以及自身承载能力的退化为设计前提，通过全面精准的结构计算来保证桥梁过程使用中的安全性。对于架构在海上的桥梁，要对其承受风荷载、海水及湿热空气能力在设计中予以充分考虑。对于钢结构桥梁要全面考虑防腐措施的设计。②根据绿色设计的原则中最佳利用原则，需要在桥梁设计中采用模块化设计方法。模块化的构件具有方便更换、拆除的优点，而且拆除后的构件仍然具有较大的利用空间。③根据绿色设计原则中能源消耗最小原则和零污染原则，在设计中要准确分析结构受力，并合理的设计桥梁结构尺寸和配筋及结点。充分考虑结构安全的同时，以最小的材料消耗实现最大的效益。通过设计合理的施工方案并活用各种结构体系来提高桥梁质量，减少材料能耗并降低环境污染。④根据绿色设计的原则中的技术先进原则，在对桥梁结构进行设计时，要结合具体的实际情况，进行技术先进的结构形式设计。总之，运用绿色设计的理论和观念进行桥梁结构设计，要比传统的桥梁设计更具备美观、安全性及经济适用性，对环境的影响也会更小，更有可持续发展的价值。

3）桥梁附属设备的设计。伸缩缝、支座、排水系统、照明系统等都是桥梁的附属设备，他们虽然在工程造价中占用的比例不高，但也对整个桥梁的设计和应用起着重要的作用。目前大多数桥梁的排水系统设计比较简单，不合理，使得大量的桥面污水肆意流淌直接击打着地面，这种情况的形成正是当初在桥梁设计时未全面考虑环保因素而造成的。通过绿色设计可以实现对桥梁原有缺点的优化，使设计更为合理和实用。通过选择性能更优越的 PVC 管等排水系统的材料可以使排水设备更轻质、节能、抗腐蚀。在设计中要根据当地的降水情况进行水力计算来准确设置足够数量的排水系统。通过设合理的计排水系统的数量使桥面排水更顺畅。在通过排水系统将水引离桥面后，在设计中还要考虑如何对水流进行疏导。

同时可以采用通过连接管将多个桥面排水管连通后再接入同一套疏导系统的方法来达到使整个桥梁更美观简洁、更低能耗的目的。在设计中还要注重把引到地表的水引入地表排水沟的设计，以最大程度的减少污染。

4）桥梁结构的耐久性设计。桥梁结构的耐久性是桥梁设计中的重要考虑环节，它决定着桥梁结构的使用寿命。使用寿命过短会造成资源的极大浪费，加大初期投资的成本和后期养护及维修费用成本，降低效益，违背了绿色设计的基本原则。在桥梁建设的初期设计中要根据其结构的用途对耐久性做出具体设计要求，对桥梁使用的材料、施工的便利性、桥梁的后期使用和维护以及功能过时和寿命期费用等因素都要在设计中进行充分考虑和关注。还要采取各种措施使桥梁结构在漫长的服役期内，能够适应各种变化，从而能够更好的为交通服务。要实现这个目标就需要在桥梁的设计阶段对桥梁结构的可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性等因素进行充分的分析研究，要对传统的设计理念提出挑战，如果桥梁建成后其各个部件无法顺利实现检查、更换、及时修复，且不能得到有效控制、加强和可持续发展，就会导致桥梁结构在内、外因复合作用下，逃不出破损，倒塌的命运。工程师在对桥梁设计时，要认识到桥梁整体结构和各组成部件的寿命是不周的，例如：拉索的使用年限一般为 10 年至 40 年；橡胶支座的使用期限要小于 20 年；桥体钢结构的油漆保护年限最佳状况为 20 年；而拉索护套的使用年限不到 20 年等等。在设计中，设计师要充分考虑这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件，要实现对桥梁结构设计的变形在构造上达到“可控”的目的，同时在构造上保证其建成后可查、可修、可换、可加强，只有这样才能在日后的运营阶段对桥梁进行有效的维修、加固，达到保证桥梁结构耐久性的目的。

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中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）78-0186-02

现代社会作为一个物质相对丰富的商业化社会，产品设计不断的更新，以求通过层出不穷的产品来满足人们日常生活需要。与日益成熟的产品设计相适应的是设计理论的成熟。从最初的产品美化或者产品结构设计为主的初级产品设计理论，到以产品功能形态结合以人为本观念的设计理论，再到产品系统化的设计理论，不同的设计方法所产生的最终设计结果有本质的区别。如何更好的运用设计理论方法指导设计实践活动，获得高效高质的设计结果是我们所要面临的最终课题。

1 产品系统化设计概述

尽管系统一词频繁出现在社会生活和学术领域中，但不同的人在不同的场合往往赋予它不同的含义。长期以来，系统概念的定义和其特征的描述尚无统一规范的定论。一般我们采用如下的定义：为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互关联的一个集合体或装置（部件）。

2 系统化设计产品的特点分析

由上方的文字我们可以分析得出产品系统化设计的特点：1）有条理；有顺序；有重叠；有循环；2）由各种设计要素组成的有机整体。要素相互依存相互转化，一系统相对较高一级系统时是一个要素（或子系统），而该要素通常又是较低一级的系统。系统最基本的特性是整体性，其功能是各组成要素在孤立状态时所没有的。系统是由不同结构不同性质不同功能等要素，能协调统一到一起，有联系有区分有上下左右结构层次区别的，能够互相转换互相循环，有主有次有前沿有源头。

同样产品系统化设计也类同于这样一个系统，各个设计要素组成一个复杂庞大却调理清晰的整体。由于这些特点产品系统化设计结构形态类似于树状结构，它的结构是由许多相互关联又相互作用的部分所组成的不可分割的整体，较复杂的系统可进一步划分成更小、更简单的下级系统，许多系统可组织成更复杂的超系统。另一方面产品系统化设计又与树状结构不太相同，区别在于树状结构至始至终都是前进的、单向的、不可逆的。而系统化设计的各个要素之间是可以循环并重叠的。

可以预计如果我们正确的使用设计系统来进行产品设计，有利于设计者更完整，更全面，更具目标性和方向性，更明确，更正确进行某产品或是产品系列化设计，更有可能进行整个品牌产品的定位与设计。因为系统化就意味着全面、全局、理性、整体、严谨等等。这样的系统无论是在设计命题下达之初还是在解决问题之中，又或是在获得成果之后对设计工作都具有指导检验作用。

3 产品系统化设计的程序

3.1产品系统化设计总理念：以人为本

人作为产品的管理者、设计者、消费者、使用者以及经营者对产品的存在与否起着决定性作用。人这一决定因素至始至终伴随着产品从无到有再到最终丢弃。

从产品设计的过程来看，每个环节也是与人密不可分的。所有的设计过程从最开始的咨询、策划、着手、稽核，到后来的产品销售推广定位均因人的参与而成型，因人的参与而成败。

3.2产品系统化设计具体程序

产品系统化设计包涵四大部分内容，分别是从系统化设计流程、设计参与者（一切参与到产品中的人）、设计理念、以及设计的管理方法。这四部分的内容相互重叠相互依存相互推进，，并且通过它们的下一级子系统进而深入工作，形成一个真正意义上的完整的产品设计系统。

3.2.1顺序设计

顺序设计首先是设计概念提出，接着是技术支持，然后是细节修订，最后是生产完善。因此这种方法被表述为“隔墙传递”，原因是从设计过程上讲，每一步完成之后才能进行到下一个程序。因此它的不足也比较突出。1传递到最后可以选择的方案少2设计程序太长导致设计时间太长3沟通不方便不顺畅容易引起差错。但是它的优势是可以解决大型复杂设计工程，达到正确、易于执行、严谨的效果。

3.2.2并列设计

并列设计是设计、生产、调研同时进行的设计方法。它们在同一时间同时分方向进有，利于缩短产品的上市时间和总成本，是一种比较有效率的设计方法，但是它对组织者掌控能力的要求较高，投入的成本较大，同时还必须具备交流和协调的能力。

3.2.3交叉设计

交叉设计是结合并列设计的优点以便减少资源节省投资成本的一种设计方式。它不要求所有的设计阶段同时进行，但是却必须加强个体的联系交流，以便减少和重复工作而达到最佳状态。

4设计管理与人

设计管理的主体是人，研究的对象也是人，所以针对人的研究是十分必要的。

首先要针对使用者进行设计前期咨询。产品销售成功从短期来看体现在产品销售数量上，但是从长远来看使用者对产品的满意与否才是最终决定产品生命力的因素。对于使用者的深度调研是不应该忽视的因素。

其次是有具体对象的设计策略。绝大部分的消费者是以产品的外观造型、材质、颜色、品牌等因素来直觉感性判断产品，甚少懂得产品的内在情况，所以产品的设计策略的把握尤为必要。为达到吸引消费者的目的有两种方式，一是提出新的新概念以便开拓市场；二是完善现有产品不足以便抢占市场份额。

再次是设计组织与管理者。设计组织作为一个复杂的团体包涵多种人群（设计师、使用者、营销人员、消费者、技术人员等），这些多样的人群如何联系、交流、传达指令、处理信息、协调等等一系列问题是管理者必须思考的问题。

另外在产品系统设计中还有一个关于设计稽核的问题。是否完成了设计计划的目标；完成的结果如何；过程是否按计划进行、大众是否接受；在设计过程是否随时调整。当然造成产品成功与否的原因还有很多种比如企业经营情况、技术情况、市场变化等等因素，但是还是有一部分的产品成败取决于设计。

综上所述一个完善的高效的产品系统化设计可以为我们的设计节省资源、资金、人力使我们的设计更接近市场的需要。并且在设计进行的过程中更加高效、有序、全面、严谨、节约，也可以随时应对人员变动或是设计策略的调整，保证设计成果最终完成。

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火电厂的阀门作为一类通用的机械产品，其产品设计知识具有一般机械设计知识的特点，同时，火电厂阀门产品在结构和设计上又有不同于一般机械产品的特殊之处。因此，针对火电厂阀门产品的结构特点和设计过程，确定其产品设计的领域知识构成，构建火电厂阀门产品集成知识模型，实现火电厂阀门设计领域知识的合理表示是知识支持机制研究的前提。

1、 火电厂阀门的设计理论

火电厂的阀门为密封和副密封，一般采用密封副两平整光滑密封面相互挤压

来阻止介质通过。从理论上讲，用先进加工技术，把密封副两密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕迹非常细平，然后两密封面相互接触成为密封副，当给密封副加上外载时，在相互挤压作用下，两密封面之间细小加工痕迹被压平，两密封面之间完全接触。于是阻止介质从密封副两密封面之间通过，密封副达到密封。在现实中，无论什么先进加工技术，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕迹非常细平。因此，在实际密封面上，总是存在着因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同样用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，两密封面相互接触不可能完全面面接触。当两密封面相互接触时，首先因两密封面平面度原因，使得两密封面接触不是内边缘接触外边缘不接触，就是内边缘不接触外边缘接触，然后，在接触部分中，凸峰与凸峰接触，凹槽与凹槽形成沟槽通道。当给密封副加外载时，其作用是相互接触的凸峰产生弹性变形或塑性变形，扩大两密封面接触面积，减小沟槽通道直径，但不可能达到沟槽通道消失或两接触面完全面面接触，因为两密封面存在平面度问题和外载大小受限制问题，两密封面之间因加工精度引起的沟槽通道中，有部分沟槽通道是畅通一段距离后被凸峰阻死的，有部分沟槽通道是截面积变化大，流道小，长度长，一端接通外腔，另一端接通内腔畅通通道，那些被凸峰阻死的沟槽通道，虽然存在，但已被阻死，已达到密封效果，那些两端畅通的沟槽通道，是密封副密封与否的关键，当畅通沟槽通道直径很小，其最小直径小于介质分子直径时，密封副达到密封，此密封称绝对密封。当畅通沟槽通道有部分直径大，其最小直径大于介质分子直径时，介质可以通过这部分畅通沟槽通道由外腔流向内腔或由内腔流向外腔，但这部分畅通通道截面积变化大，流道方向变化，介质若从一端流向另一端是非常难的，其通过流量非常细小。当整个密封副畅通沟槽通道流量全部汇加起来，在规定时间内总流量小于一滴或一个气泡时，也可认为密封副已达到密封，此密封称为相对密封。

2、火电厂阀门的产品结构与设计

火电厂阀门的总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性，以及操作、制造、安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。这些要求反映在阀门设计的基础技术数据上，即所谓的“设计输入”，主要包括阀门的用途或种类、介质的工作压力、介质的工作温度、介质的理化性能等，同时对于火电厂阀门与管道的连接形式以及阀门的驱动方式也有很高的设计要求，根据使用要求和相关设计标准，确定阀门产品的总体设计要求。总体设计数据作为阀门主要结构和性能参数，导航和影响了整个产品的详细结构设计过程，决定了产品各结构参数的组成、选择和驱动。因此，可将上述参数定义为产品实例的索引属性，作为产品级实例检索与重用的依据。

3、火电厂阀门产品设计领域知识构成

阀门产品作为一类通用的机械产品，其产品设计具有一般机械产品设计的特点，同时，又必须遵循阀门行业和各自生产企业所特有的设计规范，阀门产品设计中涉及相关的工业标准、设计准则、设计经验、设计实例等多方面的设计知识。

3.1火电厂阀门产品设计的标准

火电厂阀门产品设计必须在相关的标准规范下进行，阀门产品所采用的设计标准，从标准级别来讲，可以分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标准。另外，阀门产品设计的相关标准有不同的适用范围，有些标准是适用于各类阀门产品的，如阀门的公称通径标准系列和公称压力标准系列等；有些标准是针对具体的阀门品种的，如蝶阀阀座最小流道通径标准、法兰连接蝶阀结构长度系列等。

3.2火电厂阀门产品设计经验知识

针对火电厂阀门企业而言，在长期的阀门产品设计、生产过程中，会积累大量的经验知识，这些经验知识主要体现在阀门产品的一些关键设计参数的取值，经验设计算法，具体阀门产品的典型结构和外协外购零件的供货信息等方面，经验知识有些存在于设计人员的脑海中，有些存在于已完成的产品设计实例中，往往不够集中，不够明显。火电厂阀门产品设计中的经验知识主要包括以下几个方面。其一，关键设计参数经验值在火电厂阀门产品的结构设计中，有一些关键的设计参数，如阀体壁厚、阀板厚度、蝶阀阀杆直径、蝶阀偏心尺寸等，这些参数作为阀门产品设计的重要结构参数，直接影响阀门产品的设计质量，对这些参数的设计计算，在相关标准和手册有些提供有计算公式，但很多公式也属于经验公式，由于阀门产品设计工作情况复杂，需要考虑的问题是多方面的，很难用精确的物理模型或力学模型进行描述，例如，阀体壁厚的计算是按强度进行考虑的，但对大口径的常、低压阀门，刚度成为设计的首要问题，在刚度计算模型不够精确的前提下，经验数据往往具有更大的参考价值。其二，经验设计算法在阀门产品设计时 ，一些重要零部件的关键参数需要进行设计计算或校核，在相关的阀门设计手册中，提供了相关的经验算法，另外具体的阀门生产企业在长期的实践中，也总结了特有的经验算法，如双偏心蝶阀密封锥角的计算，三偏心蝶阀锥偏角和密封锥角的确定等，在实际产品设计中发挥着重要作用，是领域设计知识的重要组成部分。其三，在典型结构阀门产品的设计长期设计经验中，企业对有些零部件积累了丰富的可选设计结构，如双偏心蝶阀的密封结构，根据密封形式的不同，可选择不同的密封结构，分别对应着不同的阀板和阀座结构。

3.3阀门产品设计知识表示

在明确火电厂阀门产品设计领域知识构成的前提下，依据阀门产品结构和设计特点，结合具体阀门产品的结构构成和设计流程，构建阀门产品设计的集成知识模型，实现设计知识的全面综合表达，是实现知识驱动的阀门产品设计的基础和前提。在产品族本体模型之下，针对特定的火电厂阀门品种，可以进一步构建详细的产品本体模型，通过对阀门产品总体结构和设计过程的研究分析发现，阀门产品设计在总体设计参数定义之下，按照设计过程确定的零部件生成顺序，零部件间在结构和尺寸参数方面具有很强的继承性和设计关联性，产品上级构件的结构形式与尺寸参数，定义或导航了下级结构构件的生成。因此，按照零部件间的装配和设计关联关系，基于设计单元构建特定阀门产品的本体模型。

4、结语：

结合火电厂阀门产品的结构特点与设计流程，明确了阀门产品设计领域知识的构成和分类，运用本体论和面向对象的思想和方法，完成了基于设计单元的火电厂阀门产品本体模型的构建，在此基础上构建了火电厂阀门产品设计的集成知识模型，实现了火电厂阀门产品领域设计知识的分层次综合表达。

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前言

火力发电厂阀门作为一种通用机械产品，产品设计的特点，同时具有机械设计知识的一般知识，火电厂的阀门产品有不同的特点，从结构和设计的通用机械产品。因此，针对火电厂阀门产品的结构特点和设计过程，确定其产品设计的领域知识构成，构建火电厂阀门产品集成知识模型，实现火电厂阀门设计领域知识的合理表示是知识支持机制研究的前提。

1 火电厂阀门的设计理论探讨

火电厂的阀门为密封和副密封，一般采用密封副两平整光滑密封面相互挤压 来阻止介质通过。从理论上讲，用先进加工技术，把密封副两密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕迹非常细平，然后两密封面相互接触成为密封副，当给密封副加上外载时，在相互挤压作用下，两密封面之间细小加工痕迹被压平，两密封面之间完全接触。于是阻止介质从密封副两密封面之间通过，密封副达到密封。在现实中，无论什么先进加工技术，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕迹非常细平。因此，在实际密封面上，总是存在着因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同样用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，两密封面相互接触不可能完全面面接触。当两密封面相互接触时，首先因两密封面平面度原因，使得两密封面接触不是内边缘接触外边缘不接触，就是内边缘不接触外边缘接触，然后，在接触部分中，凸峰与凸峰接触，凹槽与凹槽形成沟槽通道。当给密封副加外载时，其作用是相互接触的凸峰产生弹性变形或塑性变形，扩大两密封面接触面积，减小沟槽通道直径，但不可能达到沟槽通道消失或两接触面完全面面接触，因为两密封面存在平面度问题和外载大小受限制问题，两密封面之间因加工精度引起的沟槽通道中，有部分沟槽通道是畅通一段距离后被凸峰阻死的，有部分沟槽通道是截面积变化大，流道小，长度长，一端接通外腔，另一端接通内腔畅通通道，那些被凸峰阻死的沟槽通道，虽然存在，但已被阻死，已达到密封效果，那些两端畅通的沟槽通道，是密封副密封与否的关键，当畅通沟槽通道直径很小，其最小直径小于介质分子直径时，密封副达到密封，此密封称绝对密封。当畅通沟槽通道有部分直径大，其最小直径大于介质分子直径时，介质可以通过这部分畅通沟槽通道由外腔流向内腔或由内腔流向外腔，但这部分畅通通道截面积变化大，流道方向变化，介质若从一端流向另一端是非常难的，其通过流量非常细小。当整个密封副畅通沟槽通道流量全部汇加起来，在规定时间内总流量小于一滴或一个气泡时，也可认为密封副已达到密封，此密封称为相对密封。

2 火电厂阀门的产品结构与设计

火电厂阀门的总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性，以及操作、制造、安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。这些要求反映在阀门设计的基础技术数据上，即所谓的“设计输入”，主要包括阀门的用途或种类、介质的工作压力、介质的工作温度、介质的理化性能等，同时对于火电厂阀门与管道的连接形式以及阀门的驱动方式也有很高的设计要求，根据使用要求和相关设计标准，确定阀门产品的总体设计要求。总体设计数据作为阀门主要结构和性能参数，导航和影响了整个产品的详细结构设计过程，决定了产品各结构参数的组成、选择和驱动。因此，可将上述参数定义为产品实例的索引属性，作为产品级实例检索与重用的依据。

3 火电厂阀门产品设计领域知识构成

阀门产品作为一类通用的机械产品，其产品设计具有一般机械产品设计的特点，同时，又必须遵循阀门行业和各自生产企业所特有的设计规范，阀门产品设计中涉及相关的工业标准、设计准则、设计经验、设计实例等多方面的设计知识。

3.1 火电厂阀门产品设计的标准

火电厂阀门产品设计必须在相关的标准规范下进行，阀门产品所采用的设计标准，从标准级别来讲，可以分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标准。另外，阀门产品设计的相关标准有不同的适用范围，有些标准是适用于各类阀门产品的，如阀门的公称通径标准系列和公称压力标准系列等；有些标准是针对具体的阀门品种的，如蝶阀阀座最小流道通径标准、法兰连接蝶阀结构长度系列等。

3.2 火电厂阀门产品设计经验知识

针对火电厂阀门企业而言，在长期的阀门产品设计、生产过程中，会积累大量的经验知识，这些经验知识主要体现在阀门产品的一些关键设计参数的取值，经验设计算法，具体阀门产品的典型结构和外协外购零件的供货信息等方面，经验知识有些存在于设计人员的脑海中，有些存在于已完成的产品设计实例中，往往不够集中，不够明显。火电厂阀门产品设计中的经验知识主要包括以下几个方面。其一，关键设计参数经验值在火电厂阀门产品的结构设计中，有一些关键的设计参数，如阀体壁厚、阀板厚度、蝶阀阀杆直径、蝶阀偏心尺寸等，这些参数作为阀门产品设计的重要结构参数，直接影响阀门产品的设计质量，对这些参数的设计计算，在相关标准和手册有些提供有计算公式，但很多公式也属于经验公式，由于阀门产品设计工作情况复杂，需要考虑的问题是多方面的，很难用精确的物理模型或力学模型进行描述，例如，阀体壁厚的计算是按强度进行考虑的，但对大口径的常、低压阀门，刚度成为设计的首要问题，在刚度计算模型不够精确的前提下，经验数据往往具有更大的参考价值。其二，经验设计算法在阀门产品设计时 ，一些重要零部件的关键参数需要进行设计计算或校核，在相关的阀门设计手册中，提供了相关的经验算法，另外具体的阀门生产企业在长期的实践中，也总结了特有的经验算法，如双偏心蝶阀密封锥角的计算，三偏心蝶阀锥偏角和密封锥角的确定等，在实际产品设计中发挥着重要作用，是领域设计知识的重要组成部分。其三，在典型结构阀门产品的设计长期设计经验中，企业对有些零部件积累了丰富的可选设计结构，如双偏心蝶阀的密封结构，根据密封形式的不同，可选择不同的密封结构，分别对应着不同的阀板和阀座结构。

3.3 阀门产品设计知识表示

在明确火电厂阀门产品设计领域知识构成的前提下，依据阀门产品结构和设计特点，结合具体阀门产品的结构构成和设计流程，构建阀门产品设计的集成知识模型，实现设计知识的全面综合表达，是实现知识驱动的阀门产品设计的基础和前提。在产品族本体模型之下，针对特定的火电厂阀门品种，可以进一步构建详细的产品本体模型，通过对阀门产品总体结构和设计过程的研究分析发现，阀门产品设计在总体设计参数定义之下，按照设计过程确定的零部件生成顺序，零部件间在结构和尺寸参数方面具有很强的继承性和设计关联性，产品上级构件的结构形式与尺寸参数，定义或导航了下级结构构件的生成。因此，按照零部件间的装配和设计关联关系，基于设计单元构建特定阀门产品的本体模型。

4 结束语

根据结构特点和火力发电厂的阀门产品设计过程中，组成和阀门产品设计知识的分类，使用本体和面向对象的思想和方法，完成了基于设计单元的火电厂阀门产品本体模型的构建，在此基础上构建了火电厂阀门产品设计的集成知识模型，实现了火电厂阀门产品领域设计知识的分层次综合表达。

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中图分类号：TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0264-01

厨房小家电产品一方面在人们现代生活当中扮演重要角色，并且普及程度越来越高，厨房小家电生产企业也不断增多，导致行业竞争日益激烈。厨房小家电的产品种类越来越丰富，并且功能日益完善，在这一形势下，通过改善产品设计，提高小家电产品的体验，才能够帮助企业提高厨房小家电产品的市场竞争力。

一、体验性设计概述

体验设计在西方发达国家已经得到广泛的应用，很多著名设计公司例如美国IDEO以及ZIBA公司等，都高度重视产品体验设计。通过运用体验设计方法，可以拉近使用者以及产品间的关系[1]。一方面产品的优越性能可以辅助人们进行各项工作，从而成为人们工作生活当中的重要组成部分，另一方面在使用产品过程当中，容易得到优秀的体验，从而拉近产品与人之间的距离，这也是产品体验设计最为主要的目的。

体验设计主要有以下几个方面的特点。第一是人性化的特点[2]。体验设计将用户作为中心，特别突出产品的使用体验，关注用户身体感觉，进一步推动人性化设计的发展。人性化设计在体验设计当中表现在以下方面，例如更加重视产品的趣味性以及产品的精神文化需求，更强调产品造型形式要适合人体结构。第二是互动参与性的特点[3]。任何体验都是人与产品之间互动的结果，完美的产品体验一方面来自设计人员，另一方面也需要满足使用者要求才可以实现。体验设计可以说是设计人员同消费者之间的良性互动。第三是高科技性的特点。体验设计可以说是伴随技术发展而出现的，高度发达的技术以及网络为产品体验设计的出现以及快速发展提供条件。

二、厨房小家电产品体验性设计的内涵

第一，功能体验。厨房小家电有着各种各样的用途，作为实用性的生活产品，要想发挥生活助手的价值，首先就需要具备合理完善的功能以及结构，并且通过优良的结构设计以及功能设计给用户带来理想的操作体验。例如小家电产品的界面设计应当清晰易懂[4]，并且在每项操作结束之后要为用户提供明确及时的反馈信息，从而帮助用户顺利完成操作，用户从这样的小家电产品当中可以体会到操控产品以及同产品互动的乐趣，从而带来积极的功能体验。

第二，感受体验。厨房小家电同大家电比较而言有着更多的形式自由度，因此在日常生活当中，用户对小家电的外观形态往往有着更高要求，尤其是青年群体更加重视小家电产品外观形态[5]。很多消费者通常会通过小家电产品的外观形态所表达的象征意义感受理解产品，从而获得相关联想并领会产品设计。例如飞利浦公司在设计octopus烤肉架的过程当中，就使用UFO特征形态，从而让用户在使用的过程当中可以得到更加新奇的感受[6]。

第三，参与体验。厨房小家电作为人们生活的重要助手，用户在使用的过程当中才能实现产品的设计价值，同时能借小家电产品的使用获得美好体验。厨房小家电的参与体验来自以下两方面。一方面是用户操控厨房小家电完成烹饪以及食品加工活动，从而获得相应的成果，并且带来成就感方面的体验。另一方面是厨房小家电通过灵活设计，让不同用户在使用过程当中得到不同的体验，从而让用户从小家电产品的使用过程当中可以得到更高层次参与体验，而非纯粹的常规操作，这种主动参与的使用体验更能够吸引用户的兴趣。

三、厨房小家电产品体验性设计的方法

第一，事理分析设计法。事理分析设计方法强调厨房小家电产品在使用过程当中的设计，让设计的使用流程可以满足用户的需要，并且各个元素间的关系要协调。例如设计电磁炉的过程当中，要是在设计的时候设计人员只是从市场上已有的各种电磁炉的功能结构、外观造型以及内部原理等方面考虑，就无法在设计环节实现突破，而设计人员从设计烹饪的角度去思考问题进行设计，思考不同用户群体以及不同用户群体的厨房环境、生活状况、烹饪目的以及饮食习惯，甚至想象观察这些用户群体烹饪过程当中的动作细节，都可以触发设计人员的灵感，让设计人员可以获得更丰富的设计思路，有利于设计出更加富有针对性并且用户体验更好的产品，甚至设计出新型的烹饪方式。因此在厨房小家电的产品设计前需要设计人员全方面调查产品的用户、行为方式、厨房环境以及使用过程当中可能出现的感受等等，并且根据调查结果来做出系统的设计构思，进而为小家电产品的设计细节来提供原则指导。

第二，情境分析设计法。情境分析设计方法的目的是用故事的方式虚拟用户与厨房小家电产品的互动场景，从而分析用户群体在厨房这一使用环境当中的需求，或者是畅想未来的厨房环境当中可能出现的小家电产品种类。情境设定能够让设计人员更好理解小家电产品特征，同时可以辅助完成小家电产品的细节推敲以及市场策划。通过使用情境分析的设计方法可以让厨房小家电产品设计人员拥有更多想象和思考的空间。情境分析的方法可以作为产品设计构思的入手点，有利于设计人员打开思路并且理清设计的步骤，掌握小家电产品体验性设计的方向，引导他们从抽象阶段逐渐走向具体的细节设计。情境分析设计方法自身无法作为单独的设计理论，而是需要建立在已有工业设计的方法上，综合使用形态组构、系统设计以及信息设计等方法体系来完成厨房小家电产品的体验性设计。

第三，智能化设计法。厨房小家电产品即将进入到智能化以及网络化的时代。智能小家电的设计需要将计算机技术以及信息技术等应用到产品功能设计的过程当中，从而提高小家电产品的使用体验。网络化时代背景下，厨房小家电能够基于物联网来组建智能家居系统，用户通过家庭物联网能够完成对家庭当中厨房小家电产品的远程控制功能。小家电产品借助于物联网实现整合设计，从而成为五联网的一个子系统，其中的各个产品能够实现信息交互，例如在白领下班之前，能够通过网络进入物联网，从而远程控制电炖锅以及电饭煲等产品，并且根据冰箱识别的食品储存决定采购内容，同时电磁炉可以智能下载菜谱，便于用户烹饪过程当中查阅，烹饪的过程当中也可以根据参数来智能调整火力。除此之外，小家电产品还能够为用户提供交互界面，升级扩展硬件功能，从而提高产品使用的体验。

综上所述，目前厨房小家电在产品设计方面存在着严重的雷同问题，要想保证厨房小家电可以满足消费者精神需求，就需要高度重视体验设计，并将体验设计理论真正运用到产品设计过程当中，在设计过程当中突出用户核心位置，从而提高产品的用户体验，增强厨房小家电产品的市场竞争力。

参考文献

[1] 滕守尧，聂振斌.知识经济时代的美学与设计[M].南京：南京出版社，2014：136-139.

[2] 斯丹法诺・马扎诺.设计创造价值――飞利浦设计思想[M].蔡军，宋煜，徐海生译.北京：北京理工大学出版社，2014：123-125.

[3] 唐林涛.工业设计方法[M].北京：中国建筑工业出版社，2014：369-372.

[4] 赵江洪.设计艺术的含义[M].长沙：湖南大学出版社，2014：163-165.

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机械技术是机电控制系统最重要的基础技术。近些年来，各种新兴技术快速发展，传统机械技术也受到严峻挑战，它的主要支柱，如机械设计、制造工艺等出现了重大的变化，这些为机电控制系统的运用创造条件。

1、机械设计与制造工艺

1.1 机械设计

机械设计技术主要包括产品结构设计、工艺设计、材料选用及设计理论和方法等。目前，传统的机械设计技术和方法，已不能满足现代生产实践的需要。例如，汽轮机叶片结构设计、数控机床设计、高效节能电机设计等，一般的机械设计技术已很难实现设计要求。如高度自动化的数控机床，在生产加工中不能实施人工补偿和调整，应在设计上采用新结构、新材料，保证机床结构及工艺中的高精度、高刚度、微少热变形和良好的精度保持性。现在，设计方法已由直觉设计、经验设计发展到现代设计。设计方法是在设计的各个阶段应用先进理论和有效方法，解决设计中遇到的各类问题。现代设计涉及系统工程、仿真技术、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计(CAD）、动态载荷和模态分析等内容。它是应用现代信息技术，进行科学思维，有效利用设计方法。提高了设计的水平、设计质量和设计效率，促进了机械设计技术的高速发展。

1.2 制造工艺

（1）高效率。这是现代制造技术的一个重要特征。制造工艺的高效可缩短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工艺，一般采用三种方法：①提高切削速度。因涂层刀具、TiC硬质合金刀具、陶瓷刀具和金刚石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的线速度可达10m/s以上。②采用新的加工工艺。对一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工艺，比如在振动和加温过程中进行切削；应用激光、电火花、化学腐蚀等方法进行加工。③实行集中加工方法。加工中心等设备集各类加工于一体，在计算机控制条件下，完成对工件的各种切削加工，缩短了加工周转时间和辅助时间。

（2）高精度。精度对计算机科学、国防、航空航天、核工业、制造产业等技术领域的发展做出的贡献重大。

（3）高柔性。加工的柔性化是机械技术发展的重要方向。加工柔性化是加工品种的多样性，加工的灵活性和多适应性。各类程控、数控机床和工业机器人等高度自动化设备的出现，使柔性制造系统成为现实。柔性制造系统分为柔性制造单元、柔性制造自动线和柔性制造系统，它们都是以数控设备为基础的，以自动运储系统连接，由计算机控制的能加工多品种零部件的自动化生产系统。它的出现有力推动了机械制造工艺的发展。

制造工艺对高精度的要求，使得传统机械技术与新兴技术相结合，形成了现代机械技术的重要发展方向，即精密机械技术，包括精密加工技术和微机械技术。

2、精密加工技术与微机械技术

2.1 精密加工技术

（1）精密切削技术。目前，直接用切削方法获得高精度仍然是一种常用方法。但是，要用切削方法获得高精度和高水平的表面粗糙度，必须排除机床、刀具、工件和外界等因素的影响。比如，为了提高机床的加工精度，要求机床具有高的刚度，小的热变形和良好的抗振性能。这就要求采用更先进的技术，如空气静压轴承、精密陶瓷导轨、微驱动和微进给技术、精密定位技术、精密控制技术及其他先进技术。当然，提高机床主铀的转速也是行之有效的办法。现在超精密加工机床的转速已从每分钟几千转提高到几万转。

（2）模具成型技术。据相关资料显示，汽车、飞机、电机、仪表及家电产品的1/3以上零部件是用模具加工出来的，预计近几年产品粗加工的3/4和精加工的1/4将由模具来完成。模具成型的关键是如何提高模具本身的加工精度。它已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。电解加工工艺可以使模具达到微米级精度，并能有效地解决工件的表面质量问题。数控电火花成型机床能可靠地解决电极自动更换相重复定位精度间题，有利于复杂型腔的加工。

（3）超精密研磨技术。用于集成电路基板的硅片，其表面粗糙度要求达到1~2mm，需要进行原子级的研磨抛光。用传统的磨削、研磨和抛光等方法已很难满足。为此，采用各种新原理、新方法的超精密研磨就应运而生。比如，包括弹性发射加工和流体动压型悬浮研磨的非接触研磨；利用机械加工液，促进化学反应的机械化学研磨。这些新的研磨原理和方法，将为超精密研磨做出贡献。

（4）微细加工技术。为了满足电子元器件体积越来越小，运行频率越来越高，能量消耗越来越小的要求。日本利用超微细离子技术，在半导体上的加工精度达到了几百个埃的水平。

（5）纳米技术。它是一个多学科交叉的学科，是现代物理和先进工程技术结合的产品。纳米机械技术发展十分迅速。它能在硅片上刻写几个纳米宽的线，这表明信息存储的数据密度能提高几个数量级。

2.2 微机械技术

目前，微细加工技术已从一维、二维的平面结构发展到三维立体结构，这为微机械制作打下了良好的基础。

（1）微机械驱动技术。微机械技术能不能进入更广泛的应用范围，驱动技术是个关键。现在一般运用静电力学原理的静电动机和压电元件制成的微驱动器，其动作响应快、精度较高、易于操作。

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关键词：绿色；机械产品；创新设计

Key words: green；mechinary products；innovation design

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0263-02

1绿色机械创新设计

1.1 绿色设计绿色设计是指借助产品生命周期中与产品相关的技术信息、环境协调性信息、经济信息等，利用并行设计等各种先进的设计理论，使设计出的产品具有先进的技术性、良好的环境协调性以及合理的经济性的一种系统设计方法。绿色设计要求产品具有以下属性：节能、可拆卸和可维修性、产品报废后的可回收和可再利用、不含有害物质、废弃物的处理过程经济或不会对环境、安全和身体健康造成危害等。

1.2 创新设计创新设计，要求设计者充分发挥创造性思维，吸收最新科技成果，运用现代设计理论和方法，设计出更具竞争力的新颖产品。机械产品创新设计类型可分为三种：原创设计、变异设计和反求设计。现代公司必须致力于开发新产品，必须学习如何有效的创新，从产品概念到投放市场，都必须融合新的“设计”。产品设计可以看成是一种以解决问题为直接目标的活动，需要一系列复杂而系统的努力，包括：提出拓展设计概念，修改细节，评价合理的解决方案等。

1.3 绿色创新设计绿色创新设计是绿色设计与创新设计互相交合后产生的一种具有绿色特点的创新设计。目前产品开发中，有的绿色设计是创新设计，有的绿色设计不是创新设计；绿色设计与创新设计不应互为排斥，而要互相交合，形成绿色设计中有创新设计，创新设计中有绿色设计，构成绿色创新设计。绿色创新设计是综合考虑环境影响和资源效率，应用创造性思维，进行创新设计的一种方法。

2绿色创新设计原则

2.1 生态效益最好原则绿色设计强调不论是在产品制造过程中，还是在产品使用过程中，都要求产品对周围环境“零污染”。这就要求在设计过程中尽量选择低污染的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料；设计能源消耗少的产品，减少对材料和资源的需求，保护地球的矿物资源。噪声也是一种环境污染，影响到人体健康。随着环保意识的增强，人们对环境要求越来越苛刻，低噪声设计日趋重要。从设计上就考虑产品的生态平衡性，应用绿色设计理念，是一种从源头上控制污染的有效策略。

2.2 经济效益最好原则设计的机械零件既要功能满足客户要求，又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。设计上保证合理的原理方案，选用正确的材料；制造上考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。

2.3 安全可靠原则安全可靠是机械产品品质的保证，必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。对于重型机械，一般要求有自锁装置和保险装置，以确保操作员人身安全。

2.4 人机工程学原则绿色设计倡导“以人为本”，进行人性化设计，实现对人体的良好保护。通过研究组成人机系统的人和机器的相互关系，以提高整个系统的工作效率，并使“人一机器一环境”相互协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造高效、舒适、安全的劳动条件。机器外观造型应比例协调、大方，给人以时代感和美感，色彩要和产品功能相适应。如医疗器械要用浅色，给人以卫生、安静感；冰箱、制冷器要用冷色，给人以清凉感。绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。绿色设计综合考虑环境因素和资源利用率等。

3绿色创新设计的特点

3.1 体现绿色设计理念基于绿色原型的创新设计所依赖的设计实施技术方法群是建立在绿色设计的理论基础上，设计者充分利用创造原理，发挥创新性思维，以寻找产品设计的创新点。其重点表达产品在制造、使用和回收利用的过程中可能造成的对环境的污染及资源的过分消耗。

3.2 面向产品全生命周期进行设计传统设计方法局限于考虑产品在使用过程中具有的功能属性(使用功能)，设计者缺乏环境保护意识。在基于绿色原型的创新设计中，强度方案设计是基于产品全寿命周期，通过分析产品在设计、生产、使用和再利用整个过程可能造成的对人和周围环境的影响。

3.3 强调创造原理与程序化思考创造性活动的开展和完成，不仅依赖于创新性思维，更需要应用创造原理。当逻辑思维、直觉思维、抽象思维等创新思维不能满足产品设计要求时，通过建立设计方案形态学矩阵，进行系统的搜索，把创新变成程序化的思考过程，能够克服经验总结设计的不足，促使创造性成果的生成。

3.4 超前性、综合性与先进性特征①超前性。绿色创新设计体现了未来新产品开发的趋势，将有助于缩短新产品开发周期，如快新产品开发，使开发的新产品更能符合满足未来社会的需要，具有超前性。②综合性。绿色创新设计综合了绿色设计和创新设计的概念、方法、特点、技术等各种因素，形成新的设计方法或设计思路。从创新设计的角度看，绿色创新设计是绿色设计与创新设计的有机联系与综合。③先进性。绿色创新设计是对绿色设计和创新设计各种因素的优化组合，增加了新产品的价值，是面前市场，具有竞争优势的设计。

4绿色创新设计的方法

4.1 逆向设计法逆向设计是相对正向设计而言，其基础是应用逆向思维，利用事物的对立面。如对立、对立并存、对立综合等，从原理逆向、大小逆向和属性逆向等方面进行绿色创新设计。①简化。简化产品结构。如减少部件的数量，以便于装备、拆卸、减少紧固件数量等；简化拆卸过程。如结构设计时，采用易于拆卸的连接方式，减少紧固件数量等；简化回收工艺：废旧产品的回收工艺技术应简单可行。②极小化。朝极小化方向思考：如产品的轻、薄、短、小化。③极大化。朝极大化方向思考：如采用新技术、新原理、新材料等构思功能极大化的结构简单、材料少、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长的产品。④废旧产品的回收利用。利用新构思、新技术、回收利用废旧产品。回收资源、减少环境污染，如对全塑汽车的回收利用。

4.2 组合法将两个或两个以上的技术要素通过巧妙的组合，获得创新绿色产品的方法。①材料组合。如A绿色材料+B绿色材料C绿色材料。②工艺组合。如标卖内喷涂绦子激光处理新工艺。③技术组合。如以无污染、资源广泛的纯水作为液压传动的工作介质，加快研制适用于纯水的液压元件与系统。④模块组合。不同功能模块的有机组合，构成不同的产品，如集成罚。模块组合有利于产品的更新换代，维修、废弃产品的拆卸回收。

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中图分类号：TH122 文献标识码：A

文章编号：1674-2974（2016）02-0048-08

21世纪市场需求多样化、个性化和快速变化的特点使得产品投放市场的时间及质量日益成为赢得客户的关键因素，有力地促进了以缩短开发周期、提高设计质量为特色的产品快速设计技术发展[1].因此，适应市场需求，采用有效的快速设计方法，构建集成化的产品快速设计平台，对于提升企业市场竞争力具有重要意义.

近年来，产品快速设计方法和软件技术的研究取得了明显进展.如陈永亮等[2]提出了模块化的机械产品快速设计体系结构，侧重于设计过程分析，对设计数据的完备性及数据共享问题则较少讨论；Liu等[3]研究用建立信息本体模型（Ontology Model）的方法解决机械产品设计过程中复杂的数据表述和存储问题，理论意义明显，实用技术需要进一步完善；Penoyer等[4]提出了一种基于知识工程（KBE）的产品快速设计理论，在对产品研发提供良好设计规则支持的同时，构建知识库的要求也就更高；刘子建等[5-6]提出用多层多体方式构建产品统一信息模型，并用包含语义、数据、时序和行为四元素的全设计流程理论驱动设计流程.然而，上述研究较少涉及与产品快速设计密切相关的流程驱动方法、以产品模型为载体的数据快速处理技术的具体实现方法，致使用于产品研发实际的CAx多软件平台快速集成方法仍然没有形成完善的方案，企业中信息化单元技术和设计人才相对丰富，却无法形成高效实用的快速设计能力的现象依旧十分普遍，制约了企业核心竞争力的提升.

本文基于文献[5-6]提出的产品全设计流程理论，针对全设计流程的语义、数据、时序、行为四大要素，以及一致性产品信息建模的原理，结合机械产品设计的基本流程（规范计算结构设计优化分析三维建模工程图设计） [7]，讨论了CAx多平台环境下一致性产品参数化快速建模方法、模型规划和数据传递技术、软件架构和平台集成技术，并以塔式起重机快速优化设计平台为实例，验证了基于统一信息建模和全设计流程原理构建产品多平台快速设计方法的可行性.

1基于多平台的产品快速设计方法

基于多平台的产品快速设计方法是借助于现代设计方法、CAx和数据库等先进信息技术，以产品一致性结构参数化模型为信息载体，以全设计流程为驱动机制，以缩短产品开发周期为目的的新型多平台集成设计方法.

1.1参数化建模与结构设计

基于商用CAD/CAM软件系统的参数化设计技术主要有3种实现途径，其一是通过编程语言建立设计对象的数学模型；其二是利用系统提供的特征设计表达式驱动结构建模；其三是使用骨架模型（Pro/E）等技术实现产品的Top-Down参数化设计建模.骨架模型可较好地支持设计流程和传递设计数据，便于维持结构信息模型的一致性.

基于骨架模型的Top-Down参数化建模的关键在于设计对象的模块化分解及设计参数的层次化定义，即由产品到部件到零件再到特征逐层分解设计对象，分级建立骨架模型，再从顶部骨架模型传递数据给底部零件模型，从而保证设计数据的一致性.用Pro/E等软件系统实现上述过程的主要步骤包括：定义产品各层级的骨架参数―建立描述产品整体性能和部件性能的约束条件―构建部件、零件的各类基准―确定零部件结构定形和定位尺寸的关系―选择Sweep或CSG等方法生成三维模型.上述每一步骤均可根据需要设置参数，并通过骨架关系和几何等功能在各层级模型间传递和共享数据.

遵循Top-Down思想的参数化建模最终生成的是具备柔性特征的一族模型，用户可以通过变更参数来修改设计意图.参数化模型使得产品在设计初期（此时，零部件的形状尺寸均具有一定模糊性）即可规划零部件之间的位置关系及形状特征，根据设计流程的推进，通过控制参数快速有效地完成尺寸、基准等设计要素的修改，以几乎是全自动的形式完成三维模型的生成，与此同时还能够保持设计数据的一致性.显然，Top-Down参数化设计建模方法具有传统设计方法无法比拟的灵活性、高效率，以及设计数据和模型修改的一致性.

1.2多平台软件无缝集成

Top-Down参数化设计建模的意义在于提供了结构设计快速表达方法，形成了设计信息的载体.复杂机械产品要求的性能设计优化、复杂数据计算和管理等，则需要利用模型载体，集成多个软件平台共同完成，因而产品快速设计实现的关键在于多平台软件的高效集成.下面针对图1所示的流程驱动需求，讨论围绕产品研发目标，使用Matlab， Ansys， Pro/E及Access等常用软件系统完成产品规范计算、分析优化、结构建模、数据存储和管理等功能的多平台集成原理，以及接口实现等关键技术，从而将快速设计不可或缺的快速流程驱动、自动计算、参数化优化分析、Top-Down快速建模、设计数据规范管理融为一体，构建高效实用的多平台快速设计方法和软件系统.

1.2.1规范计算

规范计算的主要任务是获取初步正确的产品设计参数，满足工程理论和规范意义上的基本设计要求.不同产品的规范计算必须严格按照对应的技术标准和计算规范进行，如GB/T 3811―2008（《塔式起重机设计规范》）就是工程机械中塔机规范计算的依据之一.

规范计算通常使用的Matlab以工具箱形式提供功能丰富的计算函数库，使得产品开发人员无需研究具体的算法结构以及求解机理，通过简单的程序语句就可以调用函数，完成指定的工程计算[8]，或借助于API（应用程序接口）与其他应用程序建立客户/服务器（C/S）关系.

VC++与Matlab混合编程主要有如下几种方式：1）通过Matlab Engine方式；2）调用Matlab的C/C++函数库；3）用Matlab自带的Compiler编译器；4）使用Matlab的Combuilder工具；5）使用Matcom工具等[9].下面以Compiler工具为例讨论C/S结构的实现方法，如图2所示.

如图2所示，以Matlab或MCRInstaller作为服务端， 由VC++开发的应用程序作为客户端，通过Matlab提供的Compiler工具将规范计算函数编译为.dll，.lib，.h等文件（使用mcc命令），供客户端程序调用.通常是先依据产品技术要求将规范计算分为若干模块，定义模块的接口参数作为规范计算函数的调用参数，形成满足产品规范计算要求的专业计算函数库，供客户端程序根据快速设计要求随时调用.

1.2.2分析优化

在规范计算基础之上进一步进行产品关键参数的分析优化，是提高产品设计质量、降低成本的关键途径，已经成为现代机械产品研发必不可少的步骤.基于数值计算发展起来的分析优化方法和软件技术是机械产品快速优化设计的基础.

ANSYS提供的二次开发途径有参数化设计语言APDL（Ansys Parametric Design Language）、用户图形界面设计语言UIDL（User Interface Design Language）、用户可编程特征UPFS（User Programmable Features）等[10].其中，APDL是一种通用性强、功能强大的参数化有限元建模和分析语言，APDL模型可以读取规范计算的结果生成参数化有限元模型，并完成有限元分析和参数优化，还可以向骨架模型传递数据，驱动结构模型自动生成，是特别适用于产品快速设计的产品一致性建模、分析和流程驱动的工具.

依据产品规范计算所得结构参数快速建立参数化有限元模型的第一步是实现两者之间的数据传递.鉴于ANSYS没有提供C++程序接口和API函数，图3给出了基于VC++开发的Win32应用程序与ANSYS集成通信的解决方案.具体做法， 其一是建立以规范计算结果为输入，以关键结构参数为分析对象的APDL参数化有限元优化模型；其二是在VC++中创建进程，后台运行ANSYS系统，实现内存共享；其三是以APDL模型文件及.opt优化结果文件等为操作对象，将进程创建、文件读写等操作以类成员函数的形式进行封装，实现优化参数的传递和设计数据的交换.

1.2.3参数化模型驱动

利用分析优化所得结果快速生成设计对象三维模型的关键在于结构优化参数对CAD/CAM参数化模型的直接驱动，如果后者是一致性Top-Down参数化模型，将获得最佳的建模效率和质量.

Pro/E异步模式下的二次开发技术无需前台运行系统即可以参数驱动骨架模型的重建，从而大大提高设计效率[11-12].下面以Pro/Toolkit开发技术为例讲述参数化结构模型驱动过程.基于.NET和VS2010平台的Pro/E异步开发模式的基本流程如图4所示.

1.2.4设计数据存储

设计数据存储面向全设计流程的设计语义及设计数据，是数据流在设计过程中产生中间数据文件或结果数据文件的过程.数据流代表系统中流动的数据，数据存储则反映系统中相对静止的数据.数据存储机制的选择与数据的读写效率、数据与工程语义的一致性、数据可重用性等密切相关，是产品快速设计必须解决的关键问题之一.

大型机械产品结构复杂，设计参数众多且相互关联，采用数据库尤其是关系型数据库存储数据是较好的选择.以Access数据库为例讨论相关技术.

常用的数据库接口技术有ODBC（Open Database Connectivity，开放数据库互联）、DAO（Data Access Object，数据访问对象）、RDO（Remote Data Objects，远程数据对象）、OLE DB（Object Linking and Embedding， Database，对象连接嵌入数据库）、ADO（ActiveX Data Object，活动数据对象）等.其中ADO是基于OLE DB数据访问模式的高层接口，是ODBC， DAO， RDO三种方式的扩展，因其简单易用、运行效率高、可扩展性好等优势而备受青睐.

ADO是Microsoft提供的面向对象的数据访问接口，主要由3个对象成员Connection，Command，Recordset，以及Properties，Errors，Fields，Parameters等集合对象组成.图5描述了VC++利用ADO模型对象的智能指针访问Access数据库的基本方法，具体包含如下步骤：

1）初始化COM环境，导入ADO库；

2）创建ADO对象并连接数据库；

3）利用ADO对象执行SQL命令；

4）关闭连接并释放对象.

在实际应用中，可根据产品具体的数据类型、数据表、数据视图等对ADO对象的底层操作进行封装，屏蔽实现细节，精简代码，以方便快速调用.

1.3数据模型规划

所谓数据模型规划是通过对现实世界的事与物主要特征的分析、抽象，为信息系统的实施提供数据存取的数据结构以及相应的操作[13].数据模型规划的合理与否，关系到数据冗余度大小、一致性高低及传递效率等，是快速设计技术的重要环节.

数据模型的规划方法如下：

1） 将对象抽象为实体，确定实体属性及关系，建立概念模型；

2） 依据范式理论等标准化数据，将概念模型转化为逻辑模型；

3）将逻辑模型转化为物理模型.

设计过程中产生的数据大致可分为3类，即标准数据、过程数据、结果数据.型材数据属于标准数据，如规划方钢的型材数据模型可以首先将方钢抽象为一个材料实体，根据机械设计手册，方钢包含边长、壁厚、理论重量、截面面积、惯性矩、惯性半径等属性，其概念模型可采用图6所示的E-R图描述.

由于材料与设计过程相对独立，材料实体与其他实体间不存在“关系”，所以方钢的实体属性即为逻辑模型属性：

方钢（边长，壁厚，惯性矩，惯性半径，理论重量，截面面积），下划线表示方钢逻辑模型的主键.

最后确定数据库存储的记录结构，将逻辑模型转化为物理模型：

1.4快速设计平台软件架构

以规范计算、分析优化、参数化模型驱动、数据存储四大模块为服务端，以VC++应用程序模块为客户端构成的产品快速设计平台Client/Server软件架构如图7所示.

设计数据、设计语义存储于服务端，设计行为由人机用户界面、各类接口配合数据存储方法控制.

产品快速设计的基础在于构建规范计算、分析优化、参数化结构设计等模型，核心在于规划一致性产品数据模型和数据处理方法，关键在于多平台集成技术.通过合理的数据模型规划、面向对象的接口设计以及高效可靠的软件平台集成，使各个部分统一协调运行，有效驱动快速设计流程，高质量、高效率地完成产品研发.

2塔式起重机快速优化设计

塔式起重机（简称塔机）是一种应用广泛的大型建筑施工机械.塔机工作空域广，运行环境和工况复杂，对安全性、稳定性和可靠性要求都很高，是一种结构复杂的大型机电一体化产品.设计过程复杂、开发周期长、难以获得技术性和经济性均佳的产品设计方案是塔机研发面临的主要问题，因此，特别需要一种专业化的塔机快速设计方法和软件平台.本文遵照塔机设计规范要求，以降低成本为目标，以安全性、稳定性和可靠性为约束条件，以塔机关键结构参数为设计变量，以一致性产品信息模型和全设计流程原理和前述快速设计方法为基础，开发了如图8所示集规范计算、分析优化、一致性骨架模型驱动三维建模及二维图纸生成于一体的塔机快速设计平台，并成功应用于企业产品设计实际.

2.1塔机规范计算

塔机快速设计的初始参数是用户的QR曲线、起重臂和平衡臂长度、臂尖吊重、最大吊重、吨米级等基本参数，通过如图9所示界面输入.图中按钮1～5对应于起重臂、平衡臂、塔帽（包括回转塔身、回转总成）、爬升套架、塔身的规范计算.

如起重臂重量规范计算步骤如下：

1）根据GB/T 3811―2008编写起重臂重量计算的Matlab函数BoomWeight.m，输入参数为各臂节长度及型材规格，如图10所示；

2）编译，运行mcc-W cpplib： libBoomWeight-T link：libBoomWeight.m命令，生成对应的libBoomWeight.h， libBoomWeight.lib和libBoomWeight.dll等文件，保存在产品工程目录下；

3）对BoomWeight原函数进行封装.需注意，调用DLL中的封装函数之前需先调用libBoomWeight Initialize进行初始化，封装完成后要调用libBoom WeightTerminate终止进程.

塔机规范计算模块的输出包含初始设计参数及计算结果.如由图9和图10等界面输入的设计参数，以及如表1所示的各类设计数据，均以规定的格式写入塔机规范计算说明书，并传递给接口类中定义的数据模型变量，作为下一步分析优化的输入.

2.2塔机分析优化

以规范计算模块的输出数据作为塔机APDL参数化有限元模型的输入参数，进一步进行塔机的优化设计.如塔机的轻量化设计步骤如下：

其一是确定最危险的3种工况：臂尖承受额定吊重、跨中承受额定吊重、最大额定吊重的最大幅度处的最大吊重，以及自重、起升载荷、回转起动惯性载荷以及风载荷等.其二是用APDL命令流建立塔机参数化有限元分析模型：钢结构采用BEAM188梁单元模拟；拉杆采用LINK8杆单元模拟；平衡臂、回转机构、起升机构、变幅机构等集中质量，通过在相应位置处施加MASS21质量单元进行模拟，并与梁单元进行耦合；塔身基础节与混凝土基础连接的4个约束点处采用固定约束[14].整机APDL模型总共生成节点577个，单元1 273个，建立的塔机参数化有限元模型如图11所示.

然后针对3种危险工况下的载荷、约束及边界条件分别构建APDL分析优化程序（如以等强度设计为目标，调用ANSYS提供的XXXX优化算法，求取型材的最佳横截面等），并对设计变量进行合理分组以保证计算结果收敛 [15].最后根据参数分组及规范计算的输出自动修改分析文件，并以ANSYS安装目录下的Ansys121.exe（ANSYS 12.1版本）为参数调用函数CreateProcess，创建Ansys进程，运行对应的APDL文件，最终将结果数据传递给接口类中对应的数据模型变量.

2.3塔机参数化骨架建模及二维图纸生成

塔机快速设计平台采用一致性参数化建模技术建立了塔机各部分的骨架模型，并测试了这些模型的准确性、设计数据可传递性和模型可再生性等性能，确保可以实现塔机的Top-Down参数化建模.进一步以ANSYS优化所得结构参数作为输入，调用Pro/E命令驱动塔机骨架模型自动生成三维模型及二维图纸.实现步骤如下（以起重臂拉杆为例）：

1）OpenSkeletonModelFile（“E：＼＼＼＼Model ＼＼＼＼QZB_LG.prt”）；//将此模型（含路径）载入内存.

2）ModifyParameter（ d， "QZB_LG_ D"）；//修改模型对应参数（d为尺寸值，QZB_LG_D为对应参数化模型变量）.

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

4）SaveSkeletonModelFile（）；//保存再生后模型.

此处，为方便用户调用，已将Pro/E底层函数进行封装，使得用户在不了解函数细节的情况下也可完成模型更改和再生.

二维工程图生成模块采用批量转换技术，解决塔机零部件数量多、转换工作量大的问题.调用ProDrawingFromTmpltCreate等函数，将参数化骨架模型生成对应的二维图模板，得到优化数据驱动的与三维模型一一对应的二维工程图，设置模板还可以完成对工程图的标注.

2.4快速设计结果分析

以市场公认成功设计的某款60吨米级在用塔机产品作为测试验证对象，运用上述快速设计平成同款塔机的设计，采用测试和理论分析相结合的方法对技术指标逐项进行对比分析.结果表明，采用快速设计方法大幅缩短了设计时间，塔机结构尺寸和材料分布得到了全面优化，总重量降低了7%左右，在保证安全性、稳定性、可靠性的前提下，实现了产品的轻量化设计，见表2.

上述测试分析结果表明，快速设计方法大幅缩短了塔机的设计周期，提高了设计质量，与传统设计方法相比具有明显的优越性，受到塔机生产企业的好评.

3结论

本文针对机械产品设计的主要环节，提出了以一致性产品信息模型和全设计流程原理为基础，以参数化结构设计模型和有限元分析模型为数据载体，以集成化软件平台和接口技术为途径的产品多平台快速设计的新方法.该方法包括产品规范计算、APDL参数化有限元分析优化、Top-Down参数化快速建模等步骤，以及数据模型规划与存储、设计数据传递和共享、软件架构和接口技术等，构成了完整的多平台快速设计软件集成技术.最后，将本文研究的方法应用于塔式起重机的研发中，研制了塔机快速优化设计平台，并通过设计实例验证了本文提出的多平台产品快速设计方法的优越性.

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