产品结构设计理论精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇产品结构设计理论范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

随着高等教育从“精英教育”转向“大众教育”，人才的培养也朝着“厚基础、宽口径”的方向发展，在课程体系与学时数的设置上，更是将学时数进行了大幅度的压缩，而总课程数基本保持不变或略有删减。基于此，课程群建设首先通过融合和规划相关课程群体性的信息,可以在有效的时间内使学生获得最大化理论和实践知识，以此为基础构建起来的平台使整个课程体系更加有机灵活，学生可以通过一个个课程群实现不同知识结构的累计，并利用较之过去更加丰富的实践环节来进行锻炼与检验，使学生的素质、水平和实际动手能力跃上一个新的台阶。其次，通过课程群的建设，将各个课程的授课教师紧密联系在一起开展教改研究，强化课程群地位，丰富其理论、教学内容和教学手段，完善课程群体系，在此平台上带动整体教学水平进一步提高。而在课程群的建设内容上，则主要包含课程内容的整合、门数的归并、课时的调整、顺序的安排、教师的选派、设备的使用、经费的分配等繁杂的工作。这些庞杂的工作需要全体任课教师的共同参与，当然也需分工明确、主次有序，使课程群负责人、骨干教师、其他任课教师各司其责、各尽所能；如负责人主要承担课程群建设的总体规划、人员调配、经费使用等宏观工作，与骨干教师一起拟定每门课程的建设任务，一般任课教师应了解课程群内的所有课程，并能胜任一到两门课程的教学。

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。

三、结语

篇(2)

关键词 产品设计；系统化；程序

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。

参考文献

篇(3)

[关键词]厨房；小家电；体验性设计；内涵；方法

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.

[5] 简召全.工业设计方法学[M].北京：北京理工大学出版社，2014：412-415.

篇(4)

关键词：快速设计方法；参数化模型；优化设计；软件集成技术；塔式起重机

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.

参考文献

[1].适应市场条件的机械产品快速设计技术探讨[J].中国市场， 2007（1）： 81-82.

WANG Yang. Study on rapid design technology of mechanical products to adapt to market conditions[J]. China Market， 2007（1）： 81-82.（In Chinese）

[2]陈永亮，徐燕申，齐尔麦.机械产品快速设计平台的研究与开发[J].天津大学学报：自然科学版，2002，35（6）：680-684.

CHEN Yong-liang， XU Yan-shen， QI Er-mai. Research and development of rapid design platform for mechanical products[J]. Journal of Tianjin University： Science and Technology， 2002， 35（6）：680-684. （In Chinese）

[3]LIU Wei-wei， SHAO Wen-da. Research on the knowledge acquirement of rapid design for mechanical products[J]. IERI Procedia， 2014， 7：96-101.

[4]PENOYER J A， BURNETT G， FAWCETT D J， et al. Knowledge based product life cycle systems： principles of integration of KBE and C3P[J]. Computer Aided Design， 2000， 32（S5/6）：311-320.

[5]刘子建，王平，艾彦迪.面向过程的产品信息虚拟装配建模技术研究[J].中国机械工程，2011，22（1）：60-64.

LIU Zi-jian， WANG Ping， AI Yan-di. Research on process-oriented virtual assembly modeling technology for product information[J]. China Mechanical Engineering， 2011， 22（1）：60-64. （In Chinese）

[6]刘子建，董思科，王平，等.设计行为意义上的数字化设计系统特性评价[J].湖南大学学报：自然科学版， 2011， 38（11）： 47-53.

LIU Zi-jian， DONG Si-ke， WANG Ping， et al. Characteristic evaluation of the sense of design behavior for digital design system[J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2011， 38（11）：47-53. （In Chinese）

[7]陈祝权，梁晓合，林粤科，等.六自由度串联机器人结构设计及有限元分析优化[J].机床与液压，2013（23）：97-101.

CHEN Zhu-quan， LIANG Xiao-he， LIN Yue-ke， et al. Structural design and optimization of 6 axes serial robot[J]. Machine Tool & Hydraulics， 2013（23）：97-101. （In Chinese）

[8]牟清，王汝霖，李国新.MATLAB与VC接口技术的研究[J].微计算机信息，2006，22（21）：275-277.

MU Yu-qing， WANG Ru-lin， LI Guo-xin. The research of the interface technology between MATLAB and VC[J]. Control & Automation， 2006， 22（21）：275-277. （In Chinese）

[9]杨文臣，张轮，何兆成，等.Matlab与VC++混合编程及其在交通信号两级模糊控制中的应用[J].公路交通科技，2012，29（9）：123-128.

YANG Wen-chen， ZHANG Lun， HE Zhao-cheng， et al. Matlab & VC++ hybrid programming and its application in two-stage fuzzy control for urban traffic signals[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development， 2012， 29（9）：123-128. （In Chinese）

[10]林能辉，彭凌云，刘杰. ANSYS二次开发技术及其在土木工程中的应用[J].计算机应用与软件，2012，29（8）：34-37.

LIN Neng-hui， PENG Ling-yun， LIU Jie. The secondary-development of ANSYS and its application in civil engineering[J]. Computer Applications and Software， 2012， 29（8）：34-37. （In Chinese）

[11]沈斌，陈骁，姚秀卿.产品参数化在Pro/E二次开发中的应用[J].机电一体化，2012，18（6）：73-76.

SHEN Bin， CHEN Xiao， YAO Xiu-qing. The application of product parameterization in Pro/E secondary development[J]. Mechatronics， 2012， 18（6）：73-76. （In Chinese）

[12]缪燕平， 何柏林. Pro/TOOLKIT对Pro/E二次开发参数化设计系统研究[J]. 机械设计与制造， 2008（9）： 185-187.

MIAO Yan-ping， HE Bo-lin. Study on parametric design system based on secondary development of Pro/Toolkit[J]. Machinery Design & Manufacture， 2008（9）：185-187. （In Chinese）

[13]苗德成，奚建清，苏锦钿.一种数据模型的范畴论建模方法[J].计算机应用研究，2013，30（9）：2744-2747.

MIAO De-cheng， XI Jian-qing， SU Jin-dian. Categorical approach for making model of data model[J]. Application Research of Computers， 2013， 30（9）：2744-2747. （In Chinese）

[14]苗明，高原.起重机伸缩臂的ANSYS二次开发[J].起重运输机械， 2011（3）：53-55.

篇(5)

中国是世界上人口最多的国家，这样就造成了我国的人均资源拥有量相对过小。我国在这样一个人口与资源的巨大压力之下要想国富民强，只有“可持续发展”这一条道路可以选择。设计是制造能有效改善环境的产品的关键所在 。本文从思考分析高等艺术设计教育与可持续发展关系的入手，为高等艺术设计教育应该如何更好的促进中国的可持续发展提供了一些意见和建议。

［关键词］

艺术设计 教育 绿色设计 可持续发展

可持续发展是在全球面临着经济、社会、环境三大问题的情况下，人类对自身的生产、生活行为的反思以及对现实与未来忧患的觉醒而提出的全新的人类发展观。目前中国高校系统内的设计专业无论是工业设计、环境艺术设计、还是服装设计、装饰设计，都因其专业特点而有可能站在可持续发展的观念与技术的前沿。产品设计是产品生产的第一环节，因此可以说设计的理念直接决定了生产的理念。如何在高等艺术设计教育贯穿可持续发展理念和秉持绿色设计原则，将关系到培养出来的设计师如何将这些理念融入运用到以后的实际产品设计生产之中。高等艺术设计教育对于可持续发展有着举足轻重的意义。

一、高等艺术设计教育应建立在可持续发展观念的基础之上

在以可持续发展为基础的新经济观念中，所有的生产模式都应该遵循 “3R原则 ”，即减量化、再使用、再循环。减量化原则（reduce）要求产品生产过程中将原料与能耗降至最低；再使用原则（reuse）要求产品的成品形式可以重复使用，例如可用作餐具的包装设计，尽量减少一次性用品的泛滥造成的垃圾污染。再循环原则（recycle）要求产品在完成使用功能后可以重新成为原料而非不可降解的垃圾。上述原则应该成为我们现时艺术设计教育的基本原则，即以最低的消耗谋取最高的价值；以最简单的方式满足尽可能多的功能。然而，通观我国当今的高校设计教育，几乎没有在大纲中把可持续发展作为基本观念制定其中，更逞论专门的课程设置。在这种观念缺失的情况下，艺术设计学科的学生在受教育的过程中失去了在奠定专业基础的同时接受先进观念的宝贵机会。这是教育者的严重失误，社会的重大损失。在当今大力提倡素质教育的氛围中，具有什么样的生态观、对环境问题持什么态度、行为方式如何、是基本素质问题，是价值观的问题。高校设计教育则是直接培养设计师的场所，影响的不仅仅是在校的学生，更影响到整个消费市场，影响今后的几代人，其重要性不言而喻。当今，我国的环境问题已到了十分严峻和危险的程度，可持续发展作为国策已被提到议事日程上，作为可持续发展基础问题的环境保护问题也已日益被人们认识。作为培养设计人才的高等艺术设计教育必须肩负起这一重大历史使命，将可持续发展观和环境保护意识化分散渗透到相关的课程环节之中灌输给学生，让这些观念与专业知识紧密结合。使他们今后能够担负起促进经济发展、推动社会发展和生态环境发展的重责，并且在今后的设计工作中时刻将追求经济效益同追求社会效益和环境效益统一起来，不断的推动我国的产业升级和可持续发展。

二、 我国高等艺术设计教育应大力提倡和发展绿色设计

2.1 绿色设计的含义

绿色设计（Green Design）也称生态设计（Ecological Design），环境设计（Design for Environment），环境意识设计（Environment Conscious Design）。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。绿色设计的原则被公认为“3R”的原则，即Reduce，Reuse，Recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。（如图1所示）

绿色设计作为以节约资源和保护环境为产品设计理念，强调人与自然的和谐共存，受到越来越多制造企业的重视。设计师在设计方面除了要考虑产品的外观和功能，也要从绿色环保入手，要从对社会负责任的角度去理解一个绿色环保、安全节能的设计对于整个社会的影响。我国要坚持走可持续发展的道路，必然要充实绿色设计理论、完善绿色设计体系、顺应绿色设计的发展趋势。

2.2 绿色设计的实现

实现绿色设计，归结起来就是使新产品的整个生命周期做到3R原则。对与这些需要有细节的解决方案，要求设计师将设计的重点放在用一种更为简洁、经典、大方的产品造型样式使产品尽可能地延长使用寿命，绿色设计强调尽量减少无谓的原料消耗，重视再生材料使用的原则对产品设计外观也产生了重大影响。实现绿色设计要依赖以下几个环节。（如图2所示）

从图2中，我们不难发现，要实现绿色设计，设计师们需对产品的材料、包装、结构、能耗和设计过程各个环节进行通盘考虑。设计师们必须在产品设计制造的每一个环节都要将绿色、环保的概念融入其中。绿色材料设计就是指在满足一般功能要求的前提下，使用良好的环境兼容性的材料。尽量使用绿色环保性材料，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料；简化产品设计的表面工艺；尽量使用单一的材料类型；使用的材料要尽可能的具有可回收性，易于再利用、回收、再制造或易于降解。而绿色结构设计在绿色设计中占有着极重要的地位，直接关系到产品的长寿命及可回收利用性。绿色结构设计除满足普通产品的基本要求外，主要考虑的是结构的易拆卸性与可回收性。绿色能耗设计就是设计合理的产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论使产品在使用过程中消耗能量最少，能量损失最少。工业产品的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源，消耗即意味着减少对环境的污染。现在，越来越多的人都在关注产品的使用过程中所消耗的资源及其给环境带来的负担。因此，在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。绿色包装是指符合环保要求的包装。所以绿色包装设计首先要求用料要节约资源，力求减少废弃物量，用后易于回收、重复使用或再生为其他有用之材。其次是焚烧时可回收热能，不会产生毒害性气体，填埋时少占用土地并能自然降解。绿色制造过程设计是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。综上所述，绿色设计的实现有赖于设计师在产品开发过程中，由以前的一味地关心产品的创意和造型转变为重视环境意识，考虑产品本身是否对环境造成污染和危害，成本能否十足的低廉等等。从长远的角度看，绿色设计的实现对整个人类社会的贡献和影响都将是不可估量的。

2.3 我国高等艺术设计教育如何帮助实现绿色设计

要实现绿色设计，毫无疑问对艺术设计提出了更高的要求，艺术设计不但是要关注那些直接与人的个性、 需求和兴趣相关的因素，还必须考虑生产技术、制造要求、市场信息等以及社会、环境的现实要求。因此，我们高等艺术设计教育必须要开设与之相关的更多课程来引导和传授学生们这方面的观念、知识和技能。

笔者以为，首先应该在我国高校艺术设计教育中开设关于绿色设计的理论课程。以生动、丰富的案例贯穿于学习当中，甚至还可以把那些对经济社会造成极大浪费和视觉污染的不良设计作品作为反面案例给学生看，让学生可以深刻了解绿色设计的重要性，将“绿色意识”深深的植入他们脑中。

其次，开设关于介绍绿色贸易壁垒，诸如国际和区域性的环保公约、国别环保法规和标准、检验和检疫要求、绿色包装与标签要求、ISO14000环境管理体系和环境标志等自愿性措施、生产和加工方法及环境成本内在化要求等相关政策措施和法律知识的相关课程。让学生们可以了解国际上对绿色产品的标准和要求，进而在以后的学习和工作中，设计制造出符合国际标准的优质绿色产品，而不至于使得我们的产品在国际的绿色壁垒面前无所适从，屡屡碰壁。

最后，还应增设大量与材料、造型、能耗、工艺、制造等相关的交叉学科的理论课程和实践课程。使学生可以通过对这些方面和环节的了解和研究，掌握必要的科技知识，真正理解外观符合功能的设计的意义，在将来设计出既美观和实用又节能和环保的优质产品。

三、 小结

艺术设计对设计的民族化与国际化、在传承民族文化与创新发展等一系列问题上的思考，都使得艺术设计教育面临挑战与机遇，人文精神的熏陶、 商业意识的培养、 技术层面的支持、创新思维的塑造与多学科知识的交叉将作为新时代艺术设计人才培养的目标，我们才能够兼顾资源、环境等因素的同时，以实现设计的可持续发展要求，促进良性生产及消费，调节人与自然、人与社会、人与人之间关系，实现社会发展的活力和持久生命力。

参考文献：

篇(6)

[关键词] 机械系统 人机界面 优化设计

人机界面的内容较多，研究人机界面对体统运作功效和操作人员身心健康的影响存在一定的难度。到目前为止，国内外人机界面优化方法仍不完善。由于人机界面设计中个元部件几何未知的布置非常重要。所以优化设计机械系统人机界面至关重要。

一、机械系统人机界面概述

机械系统的人机界面值得是操作人员和机器之间相互作用的区域，是人机之间传送信息的媒介。他主要包括三部分，机器显示器与人的信息通道的界面，机上操作器与人的运动器官的的界面，人机系统与环境之间的界面。机器的构成有其自身的规律，操作环境或生活环境也会因个各种因素在空间和时间上受到某种限制，如经济上的可行性，技术上的可能性，机器本身性能要求的条件，以及使用机器时的外界环境条件等。为了适应这些情况，就要求对人的因素予以限制和训练，尽量发挥人的因素有一定可塑性的特点，让人去适应机器的要求，以保证人机系统具有最佳效果。其实人机界面除上述硬件设备外，还应该包括操作规程，维护手册的等。也有人将上述人机界面称为硬件，而将人与计算机组成的人机界面称为软件人机界面。

二、机械系统人机界面构成要素

机械系统人机界面设计包含多重因素。根据人机工程学得基本原理和机械系统人机界面设计原则，借鉴一般机械系统人机界面的特点和设计要求，可以认为机械系统人机界面的构成要素主要包括，人体、工作台、视觉元件、受控操纵元件、脚控操作元件、工作座椅等。

人机功能：人机功能分配是人机系统设计的重要一环，其目的是根据系统工作要求，使人机系统可靠、有效的发挥作用，达到人与机器的最佳配合。人机功能分配，必须参照人和机器各自的功能特点。但是，功能分配的基本策略则应根据实际情况把系统的操作看作一个整体，同时也应注意为操作人员创造一个有意义、有激励、富有挑战性的工作情景。

人机界面：人与机器发生作用的交界面称为人机界面。对它的研究是人机系统研究的核心内容。人机界面通常可以分成机器显示器和人的感觉器官(眼、耳、鼻等)之间，以及人的效应器官（手、足等）和机器控制器之间两种界面。人与机之间的信息沟通是在人机界面上实现的（见图）。人的感觉器官接收已转换成某种标志或图像形式的机器加工过程，或被控对象状态的信息，并传递到大脑。大脑对已感知到的各种信息进行加工、解释,转化为实际状态的信息,并把它与预期的结果进行比较、分析、作出决策,发出指令信息。根据这些指令,效应器官作用于机器控制器,将人的输出信息转换成机器的输入信息。机器对输入信息进行加工，并通过显示器将机器加工过的信息作用于人。这样，操作人员就可以不断地对机器工作状态加以调整、控制，最终完成一定的系统功能。

显示器：显示器是人机界面的重要组成部分，其功能是向人提供各种有关的信息。显示器一般可分为视觉、听觉、触觉和嗅觉等显示器。

控制器：控制器是人机界面中另一个重要组成部分，其功能是将人的有关控制信息传递给机器。最常见的控制器是手、足控制器和言语控制器。

三、机械系统人机界面优化方法

人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生命科学等相关科学的研究方法及手段，也采取了系统工程、控制理论、统计学等其它学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。这些方法中包括：测量人体各部分静态和动态数据：调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征：对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因：进行模型实验或用计算机进行模拟实验：运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

目前常育的研究方法有：

a观察法：为研究系统中人机的工作状态，常采用备种各样的观察方法，如工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。

实测法：是一种借助于机器设备进行实际测量的方法。例如对人体静态和动态参数的测量对系统参数及作业环境参数的测量等。

b实验法：它是当实测法受到限制时采用的一种研究方法，一般在实验室进行．但也可以在作业现场进行，如为了获得人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一股在实验室进行。

c模拟和模型实验法：由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机器模型以及各种人体模型等。

d计算机数值仿真法：由于人机系统中的操作者是具有主观意志的生命体，模拟和模型方法研究人机系统，往往不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究，如人体动作分析仿真等。在电子计算机的推动下，最优化理论与方法在经济计划、工程设计、生产管理、交通运输等方面得到了广泛应用，成为一门十分活跃的学科。将优化设计理论和方法应用于机械产品结构设计的范畴来说，大致可分为结构参数优化、形状优化和拓扑优化。产品设计首先要解决的是参数优化，也是最早引入机械设计中的内容之一。通过寻找最佳参数可以直接得到好的设计，它是在已定结构方案、零部件结构形状和选择材料下完成参数设计的优化。形状优化是在结构类型、材料和布局已定条件下，对结构几何形状进行优化，包括二维和三维的形状优化及与形状有关的参数优化，这是优化设计的深化。而拓扑优化是对结构中的构件布局和节点的联接关系进行优化，即在外部设计要求下首先要从结构方案、类型、布局等方面去寻优，这是更高层次的优化也是更富有创新的概念设计。从目前研究和应用的成熟程度来看，形状优化的提出尽管已经历了近20多年，还处在研究和应用探索阶段。

e分析法：它是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前人机工程学研究采用的分析法包括瞬间分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析 法、频率分析法、危象分析法和相关分析法。

f调查研究法：人机工程学专家采用各种调查研究方法来抽样分析操作者或使用者的意见和建议。

参 考 文 献

篇(7)

什么是绿色设计

“绿色设计”是20世纪80年代末开始出现的一股国际设计潮流，社会的可持续发展的要求预示着“绿色设计”依然将是21世纪工业设计的热点之一。总的来说，绿色设计是以绿色技术为原则所进行的产品设计，考虑对资源和环境的影响，即在产品及其生命周期全过程的设计中，着重考虑产品的环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。在满足环境要求的同时，保证应有的功能、使用寿命和质量等。绿色设计产生的背景主要是为了满足绿色消费的需求，同时也是可持续发展的必然选择，以及产品应对日益激烈的市场竞争的需求。

简单来说，绿色设计就是在质量合格的前提下，产品高效节能而且在使用过程中不对人体和周围环境造成伤害，在报废后还可以回收利用。譬如，环保冰箱是指无CFC、节能和低噪声达标的产品，彩电要求辐射低于0.07毫伦/小时，空调和洗衣机要节能和低噪声，环保微波炉的指标主要是指在距离微波炉外表面5cm和5cm以外的任何点，微波功率密度不得超过10W/m3。

国际经济专家认为，几年后，所有的产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸，部件或整机可翻新和循环利用，绿色产品有可能成为世界主要商品市场的主导产品，而绿色产品的设计也将成为工业生产行为的规范，如不实行绿色设计，产品进入国际市场的资格将被取消。

绿色设计的要求

设计师是连接产品与消费者之间的纽带。他们能引导并改变人们使用产品的方式，同时对这些产品和服务负有责任。绿色设计需要设计人员将产品设计与环境保护融为一体，使产品从功能、材料上满足环保要求，并与包装材料的视觉效果及保护功能等方面结合起来。

而仅有这些又远远不够，开发人员在设计新产品的过程中，还必须把产品回收方面的相关要求纳入考虑之中，包括采用易于回收的材料及元器件、有利于产品拆解的组装方式以及对所用的塑料部件加入塑料分类标志等。

绿色设计的步骤往往十分繁复，业内人士指出，绿色设计是门综合的科学。“想要在设计阶段就考虑生态设计，设计工程师们不但需要具备电子知识，而且在材料科学、构造设计、化学和环境方面也要知识广泛，大部分的设计师需要适应新的思维方式，开始考虑为什么事情会这样，并创造超越当前的或占主导地位的设计方案，改进、改革和创新技术以获得持续发展。”

事实上，绿色设计很重要的一点就是要注重环境的可持续性，设计对环境的可持续性是非常重要的。设计人员要承担起这个责任，建立起最美好的世界。 “目前，环境可持续性是一个很热门的话题，同时也是设计师终身的挑战，设计界正在积极迎接这个挑战。” 诺基亚首席设计师AlastairCurtis指出，“让今天的产品更环保，有助于保持环境的可持续性，也是我们在设计新产品中最重视的一个原则。”

环境的可持续性就是指产品设计要让产品容易回收，“譬如我们销售了几亿部手机，如何能更好地回收就是非常重要的问题，作为设计者也需要考虑这个问题。我们现在做的就是围绕这样的设计概念提出一系列的问题。我们要让手机能够回收、重新再使用、使它能够升级，我们要把产品用不同的方法进行设计。” AlastairCurtis说，这里要考虑的还有生态材料的应用，要考虑可回收的手机要如何设计。除了回收的问题，还要让人们的手机能够长久使用，让人们的手机不仅使用两年、三年，还要能使用五年、六年。同时，还要考虑让手机随时成为每个人个性化的物品。“随着产品不断地发展，我们应该从这个角度来观察和看待设计，这样，我们的设计团队需要不断延伸设计思维，帮助推动和改进环境可持续性的设计。比如说，在今后五年或十年的设计中融合这些概念。”

怎样进行绿色设计

要使设计真正成为绿色设计，并不是一件容易的事，除了需要注意产品的各项功能外，还需要设计师具有多方面的产品设计知识。

绿色设计的第一步是材料选择，绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的环境影响。“一般情况下，我们会优先选用可再生材料及回收材料，并且尽量选用低能耗、少污染的材料，环境兼容性好也是绿色材料需要注意的地方，有毒、有害和有辐射性的材料必须避免，所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。”为了便于产品的有效回收，还应该尽量减少产品中的材料种类，还必须考虑材料之间的相容性。材料之间的相容性好，意味着这些材料可一起回收，能大大减少拆卸分类的工作量。

除了材料的选择外，设计中还要应用到人机工程学的原理，让使用者感到舒适、方便、心情愉快，无压抑感；同时也要避免电磁辐射、噪声、有毒气体、有刺激性的气体和液体对人的危害。同时，还要考虑到产品的环境性能设计，将环境性能作为设计目标是绿色设计区别于传统设计的主要特点之一。由于不同产品有不同的环境性能，设计时应根据产品特点、使用环境与要求等分别予以满足。加长产品的使用寿命也可以起到环保的作用，设计师在对产品功能和经济性进行分析的基础上，采用各种先进的设计理论和工具，使设计出的产品能满足当前和将来相当长一段时间内的市场需求。最大限度地减少产品过时，也就减少了报废处理和过时产品的数量，当然也就节约了能源和资源，减轻了环境的压力。

绿色设计中很重要的一点是节能降耗的设计，减少能源需求，可以通过减少实际应用能源消耗和减少待机能源消耗来实现。设计师需要合理的设计产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论，使产品在使用过程中消耗能量最少、能量损失最少。因此，在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。

“除了在使用中需要考虑到绿色设计，我们还要关注产品在使用之外的问题。”业内人士指出，可拆卸性设计也是需要考虑的问题，产品在设计时应该充分考虑到产品报废后较多的零部件拆卸方便，便于回收与再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的，这将作为产品性能和结构设计的一项重要评价指标。“现在许多产品已经注意到了这些问题，譬如现在不少电子产品都开始采用简单结构和外型，减少零部件种类，采用易于拆卸或破坏的连接方法，减少卸部位的紧固件数量，尽量避免零件表面的二次加工，减少产品中所用材料的种类并在模具上模压出材料的代号标识等，这些都是绿色设计取得的成绩。”

在设计初期，还要考虑到该产品报废后回收和再利用的问题，广泛采用标准化、模块化的零部件有利于报废时的回收利用。使产品报废后，容易拆卸和分解，并可以加以回收或再生将是21世纪绿色工业产品的一项重要指标。业内人士指出，资源回收和再利用是回收设计的主要目标，其途径一般有两种，即原材料的再循环和零部件的再利用。鉴于材料再循环的困难和高昂的成本，目前较为合理的资源回收方式是零部件的再利用。

包装作为产品的最后一个环节，也与绿色设计密不可分。绿色包装技术是从环境保护的角度优化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最少。目前这方面的研究很广泛，大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。当今世界主要工业国都要求包装应做到“4R1D”（Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生、Recover能量再生和Degrad-able可降解）原则。

“无论是材料、工艺、结构还是包装设计，都是与绿色密不可分的。绿色设计可以是选择环保材料，也可以是在设计过程中尽量不浪费材料并使材料能保证被回收。其实绿色设计并不像很多人想像的那么复杂，很多时候我们可以从小处做起，有时候小的设计也可能带来大的改变。”东道设计公司产品设计中心总监廖捷指出，“譬如我们在设计过程中可以减少多余的设计，少用一个盒子，少用一条不易回收的尼龙绳或是金属边，使设计作品的色彩不过于繁复，这都能减少设计带来的环境问题。甚至我们在产品包装上不使用过多的装饰和说明，节约消费者阅读的时间，这也是一种环保，而节约了消费者的购买时间，从某种意义上来说，对企业本身也是一种环保。这些都是绿色设计的范围。”

绿色设计任重道远

欧盟曾在其《官方公报》上公布了《报废电子电气设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》，前一个指令特别强调了生产商的收集责任，这必将增加制造商的回收处理费用；而后一个指令则说明自2006年7月1日起，投入于市场的新电子和电气设备不包含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚省联苯等6种有害物质。而我国在这方面的相关法律法规也相继出台。

“绿色设计的话题其实非常重要，” 清华美院工业设计系主任蔡军说，在中国现阶段是非常缺少绿色设计意识，这是一个新的问题。社会可持续发展的要求预示着“绿色设计”将成为21世纪工业设计的热点之一。为了减少环境问题，设计师要对产品进行环保性能的改进，要对环境问题和其影响有很好的了解;这就得要比以往对科学和技术有更多的了解，同时需要创造性、新思维和富于想象力。而目前工业设计的商业价值日益受到众多厂家的认同和重视，设计师在不少公司的研发部门被委以重任，这一切使得设计师有机会展示他们对环保问题处理的能力。“实际上我觉得中国产业结构的发展已经走到了这样的阶段――必须在环保方面做重新的调整，这实际上是产业结构的升级和环境意识强化的问题。这也是和我们提倡的可持续设计相通的。在社会层面，在大学层面，真正的可持续设计做得比较少。尤其对中国来讲，企业关注的是生产低成本、大批量的产品，要达到这样的市场情况，在环保上必须要付出。这是一个很大的问题。”

“绿色设计”给工业设计带来了更多的挑战，也带来了更多的机会。一场“绿色革命”已经来到，在环保成为世界发展趋势的情况下，绿色设计正起着前所未有的重要作用。

评论

绿色设计应运而生

如果问当下哪个词最热门，当属“绿色节能”。2007年，绿色节能引起了全社会的共同关注――生存的环境日益恶化，可利用的资源日趋枯竭，经济的进一步发展爱到了严重制约，这些问题甚至直接影响到人类文明的繁衍，令人们再也无法忽视。制造业企业不断消耗自然资源，不断开发新产品，淘汰旧产品，产生大量废弃物，污染环境。为此人们不得不改变传统的生产模式，实行可持续发展模式，即合理地利用资源，最大限度地减少对环境的破坏和污染，使人类和环境协调地发展。相关的法规也开始逐步被制订出来，2006年7月1日，欧盟《电气、电子设备中限制使用某些有害物质》(RoHS)指令正式生效，这将对全球的电子制造厂商进行约束。

另一方面，在产品同质化越来越明显的当下，设计被奉为产品竞争中求得差异化的法宝，财富创造的主要源泉已经不仅仅来源于工业化生产，越来越多的生产厂商以创造流行为己任，诱导人们购买更新、更in（流行）的商品。这种趋势之下，每款产品的寿命越来越短，更新换代频率大大加快，许多完好的商品迅速被更时尚的产品所取代，而回收环节的缺失使得大量过时产品被废弃，导致了危及地球环境的许多问题。

节能降耗也是人们关注的热点之一，现在，越来越多的人都在关注产品的使用过程中所消耗的资源及其给环境带来的负担。美国能源部估计，美国每年要为关机的电视机和录像机支付约10亿美元的电费。待机功耗已经引起了社会的广泛重视。

愈加严厉的环保标准以及公众对环保的关注为供应商带来了新的压力：如何保证自己的产品具有独树一帜的时尚气质，又能延长产品的生命周期，在相对长的时间内不至于被流行趋势淘汰，降低自己的回收压力？解决这个问题，只有通过工业设计，也惟有通过工业设计。这些都对工业设计提出了更高要求。

此时，作为产品生命周期第一环节的IT设计更加任重道远，除了为厂商带来更大利益以外，将绿色环保纳入设计理念之中，无论是对于产业，还是对于厂商自身，都显得尤为重要。