机电产品创新设计

机电产品创新设计（精选十篇）

机电产品创新设计 篇1

随着经济全球化和知识信息化的飞速发展,产品的市场竞争日益加剧。企业要在激烈的市场竞争环境下得以生存,必须在技术和产品上进行创新。创新成了企业市场竞争的武器,而创新能力为企业拥有竞争力起到了决定性的因素[1]。胡锦涛总书记在十七大报告中曾指出,要把我国建设成为一个创新型的国家,而科技创新是实现这一目标的途径之一。如何以最快、最短的时间提高创新能力来增加科技创新,一直是众多科技工作者研究的热点。“自主创新,方法先行”,因此应该先从方法上解决创新的问题。国内外关于技术创新的方法大约有300多种,而发明问题解决理论(TR IZ)是众多创新理论中的一员[2]。TR IZ是解决发明创造问题强有力的方法学,是一套有科学依据、行之有效的解决发明创造问题的工具[3]。利用TRIZ理论进行机电产品的创新设计,能为企业开发新产品、提升竞争力提供一种有力工具。

2 基于TRIZ的产品创新设计模型

2.1 发明问题解决理论(TR IZ)[4]

(1)TR IZ的理论基础

TR IZ(Theory of Inventive Problem Solving)是“发明问题解决理论”俄文首字母的缩写,20世纪60年代由前苏联学者A ltshuller(G enrich Saulovich A ltshuler,1926～1998)所提出。被前苏联尊为“国术”,“点金术”、“最高国家机密”等等。由于A ltshulle长期工作在前苏联的专利审查机构,在他对250余万件的专利进行了分析和研究后,发现不同领域的各种创新发明问题,普遍地存在着共同的基本问题及解决问题的方法。他便整理成了各种不同的问题模型,进而提出发明创新的流程和解题的方法途径。并于1946年开始发展这一套系统地解决技术冲突问题的方法。前苏联解体后,TR IZ才开始被传播到世界各地。经过60多年的发展,这门理论不断地得到丰富和完善。

(2)TR IZ的基本内容

TR IZ的基本内容主要包括TR IZ的技术系统进化法则、最终理想解、技术冲突、40个发明原理、39个工程参数及阿奇舒勒冲突矩阵、物理冲突和四大分离原理、物—场模型与标准解、H ow To模型与知识库、发明问题的解决算法(A R IZ)等。TR IZ是基于知识的方法学,它利用从专利数据库中整理出来的关于问题解决方式的知识,与采用自然科学与工程中效应的基本知识相结合,来启发设计者面临问题时的解题方向,其整体系统如图1所示:

其中,A R IZ是TR IZ理论中专门用于解决复杂、困难问题的系统化方法,它是TR IZ中最强有力的工具,集成了TR IZ的大多数观点和工具。它通过对问题的不断描述,不断的程序化,来找出问题的基本冲突。

技术系统进化法则是TR IZ的核心思想,即技术系统进化过程不是随机的,而是有客观规律可以遵循的,并且这种规律在不同领域中反复出现。因此利用技术系统进化法则可以预测各类产品的未来的发展趋势。

最终理想解就是产品处于理想状态的解成为最终理想的系统,在保持有用功能正常运作的同时,能够自行消除有害的、不足的、过度的作用。

技术冲突属于技术系统的参数属性,它是两个参数之间的冲突,即改善某一参数的同时,必然导致另一参数的恶化,传统的解决方案是采用折中的方法来解决此冲突问题。而在TR IZ理论中,把各种技术冲突问题转化为TR IZ的标准问题,然后再用TR IZ工具进行解决,即把冲突的一般问题用39通用工程技术参数进行描述,再查找冲突矩阵,找到相应的发明原理,最后结合工程实践,得到建议方案。

物理冲突也属于技术系统的参数属性,它主要是对同一技术参数有正反两方面的要求。对于物理冲突TR IZ理论用分离原理来进行解决。技术系统的技术冲突和物理冲突之间可以相互转化。

物-场模型描述为一个技术系统的最小功能模型必须包含两个物质和一个场,否则此技术系统将无法满足其基本的功能要求,它属于技术系统的结构属性。依据此模型的完整性和搭建模型时出现的各种问题A ltshuller提出了5类问题的76个标准解,来解决物场之间的问题。

H ow to模型与知识库也是TR IZ理论中一种常见的解决工程问题的方法,且是TR IZ理论当中最容易定义的一种问题模型,属于技术系统的资源属性,应用H ow to模型与知识库解题时也遵循TR IZ理论解题的基本流程。通过用标准化的语句描述相应的技术问题,并查找知识库,找出其它领域解决相似问题的解,再结合实际工程情况得出相应的建议方案。

2.2 TR IZ创新设计过程模型

在利用TR IZ进行创新设计过程中,设计者先把待解决的创新问题进行深入细致的描述和分析;接着再把相应的问题进行分类,即参数、结构、资源和系统综合问题;然后再把分类后的问题转化为TR IZ的标准问题模型(如技术冲突模型、物理冲突模型、H ow To模型和物-场模型),再通过中间工具(如冲突矩阵、分离方法、效应库与知识库和标准解系统)找到相应的标准解(如创新原理、分离原理、库中方案和标准解法),最后通过结合工程实际情况和工程实践经验得到相应的创新设计方案,其创新设计过程模型如图2所示。[2]

3 TRIZ理论在电源插头创新设计中的应用

3.1 问题分析

电源插头是家用电器中不可或缺的一部分,在一般的电源插头与插座之间的设计上,由于电源线本身有一定的长度与重量,使用者希望两者之间的配合能够紧密。若是配合太松弛,则会有插头铜片外露的现象,容易发生触电的危险,甚至有时接触不良会产生跳火的现象;但是,如果二者的紧度过大,会造成插头不好脱离,此种情况在实际使用的过程中,使用者无法以正确的方法拔除插头(图3为插头的正确拔法),或有些使用者因为畏惧触电的心理,常以拉扯电线的方式拔除插头(如图4所示),此种行为会导致电线加速受损,因而会存在安全隐患。

另一方面插座的排列设计容易造成插头的不方便使用,重叠的电源线在拔除下方的插头时,也常常影响到上方不该掉落的电源线插头被拔除掉,如图5所示。因此,针对这些使用缺点进行电源线插头的创新设计。

电源插头的创新设计主要包括在保证操作方便的基础上确保电源插头的有用功能。一般情况下电源插头使用时,插头的插刃会被插座的电源簧片有效的夹持而不脱落,因此电源插头要脱离插座时,必须提供有效的脱离力。另外使用时应避免插头的电源重叠,造成不该掉落的电源线插头被拔除掉的误操作。

因此,综上所述,电源插头创新设计的限制条件为:有效的脱离力与无干扰的操作方式。

3.2 电源插头的创新方案

由上述问题分析可知,电源插头的创新问题属于参数问题。由于它属于两个参数之间的冲突,所以应该用技术冲突和发明原理来解决电源插头的创新设计问题。

用39个工程参数把此问题描述为TR IZ的标准问题,为了能达到插头脱离插座的有效力,该力的传导方式受限于插头的使用空间,故恶化的工程参数为#19移动物体所需的能量;另一方面,我们希望可以进行较方便的操作方式,因此欲改善的工程参数为#33易用性。

利用恶化的参数和改善的参数查找TR IZ冲突矩阵[5](如表1所示),对应的发明原理为1,13,24,其发明原理对应的内容如表2所示[5]。

通过对以上技术冲突的分析,并综合考虑实际情况,初步选用24号中介原理来完成电源插头的创新设计。中介原理就是采用中介物质传递某一物体或中间过程,因此,需要采用弹簧或弹片这种中介物来完成电源插头的脱离动作。查找相关电源插头和插座的国家标准及行业规范,设计出了如图6、7所示的簧片结构[6]。

将簧片与电源插头结合完成了电源插头的创新设计,其操作方式为:当插头插入插座时,簧片会被插头插入动作所压缩,并且簧片的卡定点会发生作用,将簧片卡定,能量被储存下来,待解除卡定后才会释放;当想要将插头拔除时只需将凸出于插头本体上的簧片往上推离,解除簧片卡定,簧片即可释放被储存的弹力,使插头脱离插座的夹持。如图8为新设计不使用时的状态,图9为新设计使用时的状态。

3.3 方案评价

本方案所设计的新型电源插头,除了外形具有不占空间的扁平特色外,更具有方便操作的特性。使用时,将插头插入插座的同时,就已经储存了将插头推离插座的动力;另外拔除插座时,只要释放储力簧片,即可利用预先储存的能量将插头推离插座。此设计比原有技术更加简单和便利,并改善了现有插头的使用缺陷。

4 结论

TR IZ理论可以让设计者迅速准确的找到问题的解决方案,将其引入到机电产品的创新设计中,利用TR IZ的创新设计过程模型,得到机电产品的创新方案。本过程模型对产品的创新设计具有重要的指导性意义。

摘要：通过对创新问题的分析研究,阐述了TRIZ对解决创新问题所起到的作用,归纳了TRIZ的理论基础及基本内容,介绍了TRIZ的创新设计过程模型,并将其应用到电源插头的创新设计中。电源插头创新方案的提出验证了TRIZ创新设计过程模型的正确性及可行性。

关键词：TRIZ,机电产品,创新设计,电源插头

参考文献

[1]赵新军,侯明曦,李爱.以TRIZ进化理论为基础的产品技术预测支持系统研究[J].工程设计学报,2005,12(6):321～324.

[2]赵敏,史晓凌,段海波等.TRIZ入门及实践[M].北京:科学出版社.2009.33～69.

[3]赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京:化学出版社,2004.132～175.

[4]檀润华.发明问题解决理论[M].北京:科学出版社.2004.180～206.

[5]曹福全.创新思维与方法概论:TRIZ理论与应用[M].哈尔滨:黑龙江教育出版社,2009.371-373.

机电产品创新设计 篇2

茫茫间冬载将逝，春日即来。我们即将迎来新的征程，开启新的篇章，我们作为青春的代言者、新世纪的接班人，在冬末春季之初，正是我们蓄势勃发，实践创新，发散思维之时！机电学院团委、实验中心、学生会承办，机电学院未来工程师协会协办的“机电之光”第七届大学生机电产品创新设计大赛即将拉开帷幕：

一、活动主题

科技引领未来 创新成就梦想。

二、活动时间

20xx年1月14日——20xx年5月20日

三、承办单位与指导老师

此次大赛机械与电子工程学院团委、实验中心、学生会承办，机电学院未来工程师协会协办；由承办方、协办方成立大赛组委会，办公室设在机电学院团委（8号楼218;TEL：8242921）。

四、活动内容

“开拓思路，锐意进取，大胆创新”设计参赛产品，设计制作的产品应与生活生产应用相结合，与所学专业知识相结合，与未来的发展趋势相靠拢，比赛共分为以下八大类：

A类：智能车类。分为摄像头组、电磁组、光电组、创意组，参考全国大学生“恩智浦杯”智能车竞赛规则。

B类：足类机器人。本组作品包括各类机器人，实现行走，爬行的各种步态的基本动作；鼓励在此进行进一步拓展，例如添加语音，及压力、红外避障等各类传感器。

C类：彩灯、飞行器及机器鱼等特殊机器人类。要求尽量实现自主制作，关键在于突破创新，实现基本功能。

D类：“家用电器设备研发及控制”。本组作品分为两类：设备研发及设备控制。前者包括：智能垃圾桶研发、智能吸尘器研发等；后者包括智能家居、语音控制等。

E类：机械传动与实用产品创新发展。例如对某一项产品的部分结构的.进一步研发、改进、创新等。

F类：机械产品数字化比赛：

1.比赛题目是转运机器人。要求能将货物有效进行转运（1货物为长方体纸箱，重量不超过5kg（尺寸与重量可设定）；2货物原始状态为自由堆放（堆放状态可设定）；3机械手臂可有效依次抓取一个纸箱进行转运（移动距离可自定））；

2.提交作品要求（1）完整的设计说明书(电子文档)；（2）作品的三维模型（建议：以规划设计的思维进行项目设计，在设计的前期用草图进行机构简图的拟及分析，然后再进行详细设计）；（3）转运、整理机器人的仿真动画或视频录像（3 分钟之内）。

3.作品提交以团队为单位建立文件夹，文件夹中包含三维图、设计说明书、视频。

4.答辩形式以ppt汇报方式进行答辩，答辩时间控制在5分钟之内。

G类：电源类（比赛规则参考全国电子设计大赛A题）、倒立摆类、FPGA类、通信类、物联网类、飞行器类（比赛规则参考20全国电子设计大赛C题）等。

H类:自由发展项。要求产品基于机电产品，具有实用性与创新性。

五、团队报名及创建。

1．参赛对象：以机电学院级本科生为主，其它学院、年级在校学生均可参与。

2. 参赛条件与方式：

1）参赛条件：以团队的方式报名参加,每个参赛队伍由4至5名同学组成，每人限报一组。

2）参赛方式：填写统一格式报名表参与比赛（报名表详见附件1）；

3．团队组成：大二参赛的每只队伍必须吸纳一名机电学院大一学生。

六、活动流程

活动共分为八个阶段（比赛具体执行时间以飞信及群通知为准）：

第一阶段：宣传报名阶段（1月15日——3月13日）

1.宣传：将于1月15日对活动进行宣传，宣传方式：在各宿舍楼道宣传栏进行张贴宣传海报，并且由各班班长对各个班级用飞信通知到每个人，同时将活动方案发到学院的公共邮箱及机电学院实创群（群号：455876979），做到宣传到每位同学。

2.报名：到机电学院公邮（sdaujdxygy@163.com，密码woaidajidian）或者机电学院实创群（群号：455876979）群文件中下载报名表，于开学第一周周日晚（3月13日）交报名表，北校区的同学于3月13日晚7点至10点交至机电学院团委（8号楼218），东校区的同学于3月13日晚7点到9点交至机电团委（教学楼208），并于13日晚9点前将报名表电子报发至sdaujdxyswq@foxmail.com。报名负责人：北校区：孙文强13651046127，东校区：甄宗霖18853853956。

第二阶段：申报筛选阶段（3月14日——3月16日）

1.审批：报名之后，由团委对参赛队伍设计方案是否符合活动主题，是否具有研究的意义与价值进行初步筛选，确定参赛名单。

2.公示：通过筛选后的参赛队伍名单以机电之光组委会名义在机电学院宣传栏、各公寓楼张贴公示、在机电学院公邮（sdaujdxygy@163.com，密码woaidajidian）、机电学院实创群（群号：455876979）上传公示，并将通过审批的团队负责人加飞信通知，按照参赛内容由实验中心统一安排实验室。

第三阶段：作品制作阶段（3月16日——5月6日）

此阶段为本次活动的核心，参赛队在前期资料充分准备的基础上或手工制作或在实验室由老师指导完成参赛作品，参赛队员必须按照参赛内容要求接受指导老师的指导，严格遵守实验室的规章制度，并服从实验中心老师的管理。主要材料由主办方统一提供，个别材料也可自己准备，最后向主办方提交花费明细，统一给予报销。工程师协会及时了解活动进行的情况，并与指导老师交流。

第四阶段：中期例会检查

考察各参赛作品完成情况，参赛队伍实行动态淘汰制，由电子中心、机械中心三周举行一次例会，对参赛队伍阶段性工作进行监督管理，确定淘汰队伍名单。

参加例会评委有电子中心、机械中心老师及往届参加科技创新获奖的同学等6-7人。

第五阶段：产品初审阶段（5月11日）

学院将聘请老师组成评委小组现场对各个小组的答辩、产品功能演示、制作工艺、产品创新点给予鉴评，确定进入最终决赛的产品。进入决赛参赛队伍名单以机电之光组委会名义在机电学院宣传栏、各公寓楼张贴公示、在机电学院公邮（sdaujdxygy@163.com，密码woaidajidian）、机电学院实创群（群号：455876979）上传公示。

第六阶段：准备决赛阶段（5月12日——5月19日）

进入决赛的各组，由组委会召开决赛安排会议，各决赛组根据安排，认真、积极准备参加决赛内容。

第七阶段：决赛阶段（5月20日）

小组间进行决赛，进行现场演示以及PPT的答辩，邀请老师对产品进行评比，并颁发证书，同时邀请校领导莅临、指导。

第八阶段：作品回收以及获奖作品报销。

七、比赛要求

1.参赛队学生按大赛主题和内容的要求进行准备，完成作品的设计与制作，并向主办方提交产品。

2.产品特别鼓励要求进行一定的创新，不要局限于固有传统产品模式，在以往的产品进行深化开发，增添更多的传感器等模块，实现新的功能，评分对创新有一定倾斜。

3.作品提交形式：要求参赛队在规定时间携所制作的产品到规定地点进行决赛答辩，主办方将统一组织评委老师对作品进行评议，产生各类奖项。评比完成后由主办方统一回收参赛作品，进行校区展览宣传。

4.说明：

1）根据学生作品申报的材料、作品筛选情况，作品完成后提供相关资金使用明细。此外，主办方将联系相关实验室为参赛组提供环境及设备支持。

2）作品可以为原创或对已有产品做改进，必须为团队成员协作完成。

3）参赛时须提交：①完整的设计说明书（注意附上参赛者姓名、学号、联系方式及作品名）；②作品的实物样机或实物模型。

5.参赛作品不准购买、抄袭，制作材料及相关注意事项必须严格按照要求执行，对于不符合规格的作品，将取消其参赛资格。

注：各团队在购买材料时务必备好发票，用来赛后报销。

八、经费报销

一等奖上限：元

二等奖上限：1500元

三等奖上限：800元

优秀奖上限：200元

九、奖项设置

大赛将视报名情况决定获奖组数，初步定为一等奖3名、二等奖5名，三等奖7名，及优秀参与奖若干。

对于报销的获奖作品，学院将会进行统一回收。

注意：1.其他未尽事宜，请大家及时关注机电学院实创群；2.以后参加省级及以上比赛时的参赛人员将以本次比赛为参考，望各位同学积极参加！预祝各位同学在本次机电之光比赛中获得好成绩！

机电产品创新设计 篇3

关键词:机电产品;绿色设计

中图分类号:TH12 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)06-0103-01

1引言

日益严重的生态环境危机要求世界各国加强环境保护,确保人类的生活质量和经济的可持续发展。目前全球的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势,这就是向资源利用合理化、废弃物生产少量化、对环境无污染、少污染的方向发展。

2绿色设计的定义

绿色产品是指在其生命周期全过程中(包括原材料制备、设计、制造、包装、运输、使用、回收再用或再生),能经济性地实现节约资源和能源,对生态环境无害或危害极小,并且对劳动者(生产者和使用者)具有良好保护性的产品。绿色设计是一种综合了面向对象技术、寿命周期设计等的一种发展中的设计方法,包含了产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、再用及处理的各个阶段。

3绿色设计的原则

绿色设计与传统设计相比较,应遵循以下几个原则:

3.1资源最佳利用原则

资源最佳利用原则包括两个方面的内容。一是在选用资源时,应从可持续发展的观念出发,考虑资源的再生能力和跨时段配置问题,不能因资源的不合理使用而加剧枯竭危机,应尽可能使用可再生资源。二是在设计时应尽可能保证所选用的资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用。

3.2能量消耗最少原则

能量消耗最少原则包括两个方面的内容。一是在选用能源类型时,应尽可能选用太阳能、风能等清洁型可再生的一次能源;二是从设计上力求产品整个生命周期循环中能源消耗最少。

3.3“零污染”原则

绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染,后处理”的末端治理环境的方式,而要实施“预防为主,治理为辅”的环境保护策略。因此,设计时就必须充分考虑如何消除污染源,从根本上防止污染。

3.4“零损害”原则

绿色设计应该确保产品在生命周期内对劳动者(生产者和使用者)具有良好的保护功能。

4绿色设计的关键技术分析

4.1绿色设计的材料选择

材料选择是绿色设计不可缺少的组成部分,是产品开发过程中的最早最重要的设计决策,同时又是一种重要手段,它可以使产品对环境的影响达到最小。

4.2产品绿色包装设计

绿色包装设计应符合4R1D的标准,再填充、再利用、循环再造、减少包装浪费、再降解,既在设计上无害于人体健康、废弃物不污染环境,且便于回收再用或再循环产品包装。

4.3产品的可回收性设计

产品的可回收性设计指在进行产品设计时充分考虑产品的各种材料组分的回收再用的可能性、回收处理方法(再生、降解等)、回收费用等与产品回收有关的一系列问题,从而达到节约材料、减少浪费,并对环境污染为最小的设计方法。

4.4产品可拆卸性设计

绿色设计要求把可拆卸性作为产品结构设计的一项评价准则,使产品在报废以后其零部件能够高效地不加破坏地拆卸下来,从而有利于零部件的重新利用或进行材料循环再生,达到既节省又保护环境的目的。

5结束语

绿色机电产品设计作为一种新的设计方法,理论上还不是很成熟,还有很多工作要做。因此,机电产品制造企业无论从自身的发展角度,还是从人类可持续发展战略出发,都应摒弃传统的设计方法,大力加强绿色设计的研究与应用。

The study and summarization of pivotal technology used in

electromechanical products with environmental design

Song Xiaolu,Bao Jun,Liu Xiaohui

Abstract:The thesis defined the method of environmental design, discussed the principles of environmental design, rounded analysised the pivotal technology of this design. Took a long view of influence to human survival and development by this design.

机电产品创新设计 篇4

关键词：机电产品,工业设计,创新

工业设计是综合性的应用型专业, 牵涉到多方面的专业知识, 需要有一个长期学习和实践积累的过程, 如何建设符合工业设计教育特征的实践教学体系就尤为重要。此外, 制造业已逐步成为我国国民经济增长的重要拉动力量, 近年来机电类产品进入高速发展期。在国内外机电产品的技术性能越来越趋于同质化的情况下, 运用工业设计的方法改进其外型就成为提高产品附加值与竞争力的重要手段。因此, 针对大中型机电产品工业设计人才的实践能力的培养模式殛待研究与探讨。

一、工业设计教育的特征

1. 实践性

工业设计本身是一门实践性很强的学科, 工业设计教育的体系中必须体现出实践性的特征。早在包豪斯的教学体系中就明确提出了“干中学”的教学方法, 通过实践活动来培养学生发现和解决问题的能力。

2. 综合性

工业设计是一门综合性的边缘学科, 与艺术、工程技术、社会学、市场、管理、心理学、环境保护等学科有密切的联系, 这就使得工业设计教育也具有了综合性、跨学科的特征。如何在工业设计教育体系中将各种相互渗透和交叉的知识融会贯通并传授给学生, 使学生具有高度的综合能力, 对设计教育工作者来说, 是一个巨大的挑战。

3. 多样性

我国设计教育的发展是极为不平衡的, 难以制定一个国家标准和统一的模式。各个地区的社会经济环境不尽相同, 各个学校的历史和条件有较大的差别, 各类市场对设计人员的需求各有侧重, 这样就形成了设计教育体系非统一化的趋势。设计教育界已就此取得了共识:多样性是设计教育发展的方向, 设计教育只能因地制宜, 因不同情况设立, 因市场需求而发展。

二、工业设计教育加速发展及薄弱环节的凸现

自20世纪70年代工业设计的概念进入我国后, 工业设计专业也如雨后春笋般在全国各高校涌现。据不完全统计, 到2000年约有100所学校有此专业 (到2005年仅工科院校就有230所学校设立工业设计专业) 。

1. 理论教学的不足

首先, 各高校的教学模式都停留在传统的理论教学层次, 无法传授给学生诸如设计分析预算、人机互动关系、材料工艺、工程技术等一系列与实际产品开发流程紧密联系的知识。设计实践教学, 一直是设计教育最薄弱的环节。学生的设计基本是假设的课题, 不了解企业的真正需求;设计的作品无法加工, 仅仅流于空泛的概念。这其中, 材料与生产工艺、多学科交流、概念模型制作及设计分析与趋势研究正是工业设计学生最缺乏的几项知识与能力, 而传统的理论教学体系也无法传授和锻炼学生相关的知识与能力。

2.“三段式”的缺点

其次, 各校工业设计专业课程的设置情况, 基本仍停留在典型的“三段式”教学层次, 即以造型基础、设计基础、专业设计三部分为主的教学方式。“三段式”在造型基础、设计基础、专业设计各段中又设计了若干自成体系的课程, 具有相当的完整性。但这种完整性又是以割裂设计学科的有机综合性为代价的。“三段式”实质上只是艺术与技术的简单叠加, 虽然设置了若干艺术类和工程类的课程, 但这些课程之间缺乏贯通与衔接。此类教学模式下, 教师往往只能沿袭陈规, 教学过程与社会需求和行业需求间没有必然的联系。

三、架构市场需求与教育标准相符合的实验课程体系

当社会经济发展和实际的市场需求要求高校培养综合性设计人才时, “三段式”的教育已难以实现这样的教学目的。前文的论述中也提及, 设计教育应该因地制宜, 因不同情况设立, 因市场需求而发展。面对机电行业对于工业设计人才需求量逐年加大的现状, 如何培养对口型的应用型设计人才就成为迫在眉睫要考虑的问题。此外, 工业设计专业具有综合性的特征决定其各门专业课程之间也存在着交叉和融合。因此, 首当其冲要改变的就是专业课程的重新整合与架构。本研究拟提出以下针对大中型机电产品工业设计人才的实践能力培养的课程体系, 采用模块式的整合方法, 将相互关联的课程组合成三个教学模块, 模块之间是从基础到综合、从初级到高级的递进过程。

1. 机电产品模型拆装实验课程

通过该实验课程的学习, 学生能了解以机电产品为主的产品的整体结构、内部结构、电路组成、色彩调配、表面处理、材料工艺等知识, 从而能全面的认识机电产品, 对机电产品设计方法的内涵加深理解。通过对各大主要机电产品等比例缩放模型或者样机的分解、拆装、组合, 分析其各个功能部件和主要的产品构架方法, 了解机电产品区别于其他类产品的主要造型特征, 初步掌握与机电产品相关的工业设计趋势的研究方法, 包括形态语意、色彩应用、表面处理、材料工艺等, 为进一步学习机电产品设计打下良好的基础, 同时又能构建出与后续各专业课程之间的良好接口。

2. 主题模型制作实验课程

为了实现产品的开发、设计和应用, 需要定量或定性地分析和掌握产品的功能与特性, 进行必要的人机关系分析与测试, 模型是开展这项工作的有效工具。

通过主题工业设计项目的实践使模型制作实验课程充分体现典型案例示范的特征。主题设计案例均以机电产品的造型设计为中心, 建议分为以下几类:

(1) 以机电产品造型设计为主题的模型制作。具有各种功能及用途的机电产品的模型制作, 在设计和制作实践中, 逐步掌握机电产品的造型方法、人机关系的研究、材料工艺的应用等, 并初步了解现代控制理论和先进制造技术的方方面面。

(2) 以展示机电产品为主的展示设计模型制作。实践项目要求掌握各种材料的合理使用和组合技巧等, 尤其是针对机电产品的展览与展示设计方法。对整个展示设计进行细部分解, 包括标志设计、展板设计、布局设计, 侧重研究点在于如何通过各种设计手段衬托展示的主体——机电产品。

3. 材料工艺与色彩趋势研究实验课程

在有关色彩知识的教学上, 目前一般都侧重在色彩基本原理方面, 以及运用色彩的基本技巧;材料知识的学习则通过材料工艺课, 围绕材料的特性及实现不同材料加工的生产工艺方法。这些课程帮助学生建立了色彩与材料的基本知识概念体系, 但是缺乏后续的课程衔接。需要一套方法才能够被学生根据不同的设计目标转化为可应用、可生产的色彩与材料计划, 并懂得用色彩与材料思考设计问题。这就需要依靠以机电产品设计为核心的材料工艺与色彩趋势研究实验课程的支撑。

主要通过如下两种应用型方法完成色彩与材料的设定与选取:

(1) 风格趋势先导法。在时装界每年都会推出这一季的流行色以及预测下一季将要流行的风格, 并针对特定的风格, 推出相应的色彩与材料计划。同样, 在大中型机电产品的造型设计中, 也存在这样的主流风格, 只不过相对于时装设计, 它的风格更新替代的周期要长。因此, 首先确定不同大类机电产品的风格、主题或趋势的定性与定量分析, 然后寻找能体现这样风格和主题的不同色彩系列与材料工艺系列, 从而完成整个色彩与材料计划。在这种方法里, 最重要的是选择与目标产品符合的风格或趋势主题。

(2) 用户环境先导法。通过结合用户分析与产品实际使用的环境分析来完成整个色彩与材料计划。

从目标产品针对的用户群出发, 并对其具体的使用及工作环境进行人机关系的分析, 确定针对不同使用者和使用环境的机电产品的造型特性, 最终找与之相符合的材料特点与色彩特征, 完成色彩与材料计划。

四、结语

通过以上相关主题的实践与实验课程的学习, 深入浅出的掌握一些实践性强、多学科交叉的知识体系, 诸如人机工程、材料工艺、色彩趋势、工程技术等, 具备以大型机电产品为核心的工业设计意识与方法、技巧与能力。

工业设计是紧随时代发展的应用型学科, 因此, 社会与市场的需求就是教学的任务和目标。本文通过建立与市场需求相适应的、科学规范的实验课程体系, 形成一套行之有效的针对大中型机电产品工业设计人才的实践能力的培养模式, 最终适应市场与行业的发展与需求。

参考文献

[1]工业设计专业教学指导分委员会.工业设计专业发展战略研究[EB/OL].中国教育和科研计算机网, 2005.8

[2]吴国强.工业设计综合化教学模式的理论与实践[J].装饰, 2006.9:94～95

[3]张慧姝:工业设计专业实践类课程的改革与实施[J].北京联合大学学报 (教育教学研究专辑) , 2006.9:58～60

[4]肖立峰:具有创造特征的模型制作实验室的建设与实践[J].实验室研究与探索, 2001.4, 20 (2) :31～33

[5]段丽莎:色彩与材料计划课教学研究[J].美术学报, 2006.3:

《机电产品可靠性设计》教案 篇5

（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计 授课学时：32 授课班级：2010级 任课教师：朱顺鹏 教师职称：讲师

教师所在学院：机械电子工程学院 电子科技大学教务处 课程名称

机电产品可靠性设计

授课专业

机械设计制造及其自动化

班级

2010

课程编号

08084025

修课人数

164

课程类型

必修

公共基础课（）；学科基础课（）；专业核心课（选修)

专业选修(√)；任选课（）；公选课（）；

理论课(√)；实践课（）

授课方式

课堂讲授为主（√）；实验为主（）； 自学为主（）；专题讨论为主（）； 其他：

是否采用 多媒体授课

是

考核方式及成绩构成

考试(√)考查（）成绩构成及比例：考试80%+平时成绩20%

是否采用 双语教学

否

学时分配

讲授32学时；实验学时；上机学时；习题学时；课程设计学时

教材

名称

作者

出版社及出版时间

机电产品可靠性设计

凌丹

自编讲义，2012

参考书目

1.机械可靠性设计 2.机械可靠性设计

3.机械零件的可靠性设计 4.系统可靠性设计与分析

5.Reliability in Automotive and

Mechanical Engineering.6.电子元器件可靠性工程

孟宪铎 刘惟信 卢玉明 宋保维 Bertsche B.孙青, 庄奕琪

冶金工业出版社, 2008 清华大学出版社, 2000 高等教育出版社, 1987 西北工业大学出版社, 2008 Springer, 2008 电子工业出版社, 2002

授课时间

第 1 周——第 16 周第一章可靠性设计概论 4学时

一、教学内容及要求 教学内容共4学时

可靠性基本概念 2学时 可靠性的内涵

可靠性工程发展现状 可靠性特征量

可靠性数学基础 2学时 数理统计基本概念 可靠性常用概率分布

随机变量均值与方差的近似计算 教学要求

了解可靠性学科发展历程 掌握可靠性学科研究的内容 了解我国可靠性研究的发展现状

了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战 掌握可靠性的定义

掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义

掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用

掌握随机变量均值与方差的近似计算方法

二、教学重点、难点 教学重点 可靠性的定义

可靠性特征量定义及相互关系 常用概率分布的统计特征量 教学难点 失效率的定义

威布尔分布的相关概念及应用

三、教学设计

列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。

正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

1.盛骤, 谢式千, 潘承毅.概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,2010 2.刘惟信.机械可靠性设计.北京:清华大学出版社, 2000

六、教学后记

第二章系统可靠性设计 8学时

一、教学内容及要求 教学内容共8学时 系统可靠性框图 2学时

串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统 可靠性分配 2学时

可靠性分配的目的和原则

可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计 1学时 可靠性预计的目的

可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时 FMECA的定义及分类 FMECA的一般过程

风险优先数和危害性矩阵 故障树分析FTA 2学时 故障树的各种符号 故障树建树步骤

常用故障树分析方法介绍 教学要求

了解系统可靠性设计的任务； 掌握系统可靠性建模方法； 了解可靠性分配与预计的目的； 掌握可靠性分配与预计的常用方法。了解FMECA的步骤；

掌握故障影响严酷度、发生度、探测度的基本概念； 掌握风险优先数和危害性矩阵图的计算。掌握故障树分析常用的术语与逻辑门； 掌握故障树定性、定量分析方法。

二、教学重点、难点 教学重点

常用可靠性框图及其可靠性指标计算方法 FMECA分析的过程

FMECA中风险优先数计算及危害度矩阵图的绘制 FTA的常用事件符号和逻辑门符号 割集与最小割集的概念及确定方法 路集与最小路集的概念及确定方法 故障树的定量分析 教学难点

表决系统的可靠度计算 旁联系统的可靠度计算

利用最小割集进行故障树的定量分析 底事件重要度的计算

三、教学设计

系统的可靠性不仅取决于其组成单元的可靠性，而且与各单元的连接方式有关。系统可靠性框图不同于系统的功能框图，针对不同失效模式可以绘制不同的可靠性框图，以滤油器为例讲解。讲解各种典型可靠性框图（串联、并联、混联、表决、旁联）的可靠度计算方法时，要给出工程实例。以美国“挑战者”号（1986）、“哥伦比亚”号（2003）航天飞机坠毁事故、切尔诺贝利核反应堆事故、美国F22隐形战机坠毁事故引出FMECA工作的重要意义。以某型军用飞机升降舵系统FMECA为例介绍分析过程。

介绍故障树的发展历史，以泰坦尼克沉船为顶事件，介绍故障树的常用符号和建树过程，并给出一些故障树分析实例，如剪草机发动机不启动、柴油发动机燃油泄漏为顶事件的故障树。故障树定性分析，割集与最小割集的上行法与下行法，课堂练习。故障树定性分析，路集与最小路集的成功树法，课堂练习。故障树定量分析是本章的难点，在教学过程中强调数据积累的重要性，可靠性数学如何应用于故障树分析；强调底事件重要度对于改进设计和设备维修的重要意义。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

(挪)劳沙德著.郭强, 王秋芳, 刘树林译.系统可靠性理论：模型、统计方法及应用.国防工业出版社, 2010 梅启智, 廖炯生, 孙志中.系统可靠性工程基础.科学出版社, 1992 周海京, 遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析.航空工业出版社, 2003

六、教学后记

第三章机械可靠性设计原理 6学时

一、教学内容及要求 教学内容共6学时 概述 1学时

机械产品可靠性设计的任务

传统机械设计与可靠性设计的区别 机械可靠性设计的步骤

应力强度干涉模型及可靠度计算 4学时 应力-强度模型的基本思想

用应力-强度干涉模型求可靠度的计算方法 几种常用分布的可靠度计算 应力分布类型及其参数的确定 强度分布类型及参数的确定 机构运动可靠性概述 1学时 教学要求

了解机械产品可靠性设计与传统设计的区别； 了解机械可靠性设计的过程；

掌握应力强度干涉模型的基本理论及可靠度计算方法； 掌握应力、强度分布的确定方法； 了解机构运动可靠性基本概况。

二、教学重点、难点 教学重点

传统机械设计与可靠性设计的区别 应力-强度模型的基本思想

用应力-强度干涉模型求可靠度的计算方法 几种常用分布的可靠度计算 教学难点

应力分布类型及其参数的确定 强度分布类型及参数的确定 机构运动可靠性分析方法

三、教学设计

机械可靠性设计中，概率设计是一种主要的方法，以传统的机械可靠性设计方法为基础，将设计变量视为随机变量，运动概率运算方法，计算零件的可靠度或在给定可靠度时进行零件主要尺寸的设计。讲解传统设计与可靠性设计的区别与联系。以简单拉杆设计为例，分析设计过程中的不确定性，分析安全系数法的优缺点。

应力-强度干涉理论是机械可靠性设计的基本理论。通过狭义应力与强度的概念引出广义应力与强度的概念。利用第一章中的随机变量的概率密度曲线，绘制应力-强度干涉曲线。详细讲解利用干涉计算可靠度的方法，重点讲解应力和强度均服从正态分布时可靠度的计算，并列举例题。

应力和强度分布参数的确定是应用应力-强度干涉理论的前提，要求学生了解各种设计手册的使用方法，理解工程中一些实用计算方法。

以飞机起落架为例介绍研究机构运动可靠性分析的意义，列举机构可靠性常用的分析方法，介绍机构可靠性的研究现状与发展趋势。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

卢玉明, 机械零件的可靠性设计, 北京:高等教育出版社, 1989 徐灏.机械强度的可靠性设计.北京:机械工业出版社, 1984 孟宪铎, 机械可靠性设计.北京:冶金工业出版社, 2008 王超, 王金.机械可靠性工程.北京:冶金工业出版社, 1992

六、教学后记

第四章疲劳可靠性设计 4学时

一、教学内容及要求 教学内容共4学时

疲劳失效及材料的疲劳曲线1学时 材料的疲劳曲线 全概率P-S-N曲线

呈分布状态的疲劳极限应力图 零件疲劳极限的分布1学时 疲劳可靠度计算 2学时

稳定变应力下疲劳强度的可靠度计算 不稳定变应力下的疲劳强度的可靠度计算 教学要求

掌握呈分布状态的S-N曲线和疲劳极限应力图； 掌握稳定变应力下的疲劳可靠度计算； 了解疲劳累积损伤理论；

了解非稳定变应力下的疲劳可靠度计算。

二、教学重点、难点 教学重点

全概率P-S-N曲线 呈分布状态的疲劳极限应力图

稳定变应力下疲劳强度的可靠度计算 教学难点

零件疲劳极限分布的确定

不稳定变应力下的疲劳强度的可靠度计算

三、教学设计

疲劳是机械零件的主要失效形式。列举实例说明疲劳失效的危害。疲劳寿命曲线和疲劳极限曲线是机械设计课程中学生已经掌握的内容，教学中应强调设计过程中存在的不确定性和全概率P-S-N曲线的重要意义，简单介绍全概率P-S-N曲线的获得方法。在多个不同应力循环特性的全概率P-S-N曲线的基础上，能够获得呈分布状态的疲劳极限应力图。

建议学生查阅资料，自学疲劳应力载荷谱的处理方法； 结合机械设计手册讲解零件疲劳极限分布参数的确定方法，注意强调零件疲劳极限与材料疲劳极限的区别。

稳定循环变应力下进行疲劳可靠性设计的主要是根据全概率P-S-N曲线或呈分布状态的疲劳极限应力图。讲解基本方法，并列举例题。

简要介绍疲劳累积损伤理论及不稳定变应力下进行疲劳可靠性设计的方法。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

卢玉明, 机械零件的可靠性设计, 北京:高等教育出版社, 1989 徐灏.机械强度的可靠性设计.北京:机械工业出版社, 1984 孟宪铎, 机械可靠性设计.北京:冶金工业出版社, 2008 王超, 王金.机械可靠性工程.北京:冶金工业出版社, 1992

六、教学后记

第五章机械零件可靠性设计 4学时

一、教学内容及要求 教学内容共4学时

轴的静强度可靠性设计 1学时 传动轴的静强度可靠性设计 转轴的静强度可靠性设计

圆柱齿轮轮齿强度的可靠性设计 1学时 齿面接触疲劳强度可靠性设计 齿根弯曲疲劳强度可靠性设计 滚动轴承的可靠性设计 1学时 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的可靠性模型

机械零件的可靠性优化设计 1学时 可靠性优化设计的意义

以可靠度最大为目标的可靠性优化设计 以可靠度为约束条件的可靠性优化设计 教学要求

掌握轴的可靠性设计方法； 掌握齿轮的可靠性设计方法； 掌握滚动轴承的可靠性设计方法； 了解机械可靠性优化设计的基本思想。

二、教学重点、难点 教学重点

圆柱齿轮轮齿强度的可靠性设计 教学难点 无

三、教学设计

本章介绍几种常用机械零件的可靠性设计方法，对于轴仅讲解其静强度可靠性设计方法，轴的疲劳可靠性计算过程较为复杂，建议学有余力的学生自学。齿轮则介绍其接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度可靠度计算和零件设计。对于滚动轴承，主要讲解疲劳寿命可靠性建模及计算方法，滚动轴承的疲劳寿命服从威布尔分布。

紧密结合第三章的应力强度干涉模型，按照可靠性设计流程，针对不同零件，依次讲解确定应力分布类型和参数的方法及确定强度分布类型和参数，建立连接方程求解可靠度或进行给定可靠度下的零件几何尺寸计算。列举例题。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

卢玉明, 机械零件的可靠性设计.高等教育出版社, 1989 徐灏.机械强度的可靠性设计.机械工业出版社, 1984 孟宪铎, 机械可靠性设计.冶金工业出版社, 2008 王超, 王金.机械可靠性工程.冶金工业出版社, 1992

六、教学后记

第六章电子产品可靠性设计 4学时

一、教学内容及要求 教学要求共4学时

电子元器件的选用与控制 1学时 电子元器件的质量等级 电子元器件的选用 电子元器件的控制

电子元器件的可靠性管理

电子元器件的失效分析 1学时 电子元器件失效模式与失效机理 电子元器件失效分析的目的和内容 电子元器件失效分析方法

电子元器件可靠性设计方法 2学时 元器件的降额设计 冗余设计 热设计

电磁兼容设计

容差和参数漂移设计 教学要求

了解电子产品可靠性的特点； 了解电子产品可靠性设计的一般程序;了解电子元器件选用与控制原则； 了解电子元器件失效分析方法；

掌握电子产品可靠性设计的常用方法（降额设计、冗余设计、热设计、电磁兼容设计、容差设计）。

二、教学重点、难点 教学重点

电子元器件的质量等级划分

电子元器件失效模式与失效机理的定义 电子产品可靠性设计方法 教学难点 无

三、教学设计（如何讲授本章内容，尤其是重点、难点内容的设计、构思）

电子元器件是元件和器件的总称。电子元器件是电子、电气系统的基础产品，是能够完成预定功能而不能再分割的电路基本单元，其可靠性影响整机的可靠性水平。航天工业电子元器件可靠性在国、内外的研究状况。

列举因为电子元器件失效造成的事故，如欧洲航空局的Ariane火箭、1998年8月至1999年5月美国火箭发射的6次失利；高可靠性非常成功的例子-俄罗斯的和平号空间站。电子产品的可靠性试验方法较为成熟，已有很多适用于电子产品可靠性的标准。介绍国标及国军标中的各项标准及其应用。列举统计数据，说明近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选择不当或使用有误。引入电子元器件选用规则和依据。概要介绍元器件常用可靠性设计方法。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

曹白杨.电子产品设计原理与应用.电子工业出版社, 2010 王蕴辉, 于宗光.电子元器件可靠性设计.科学出版社, 2007 卢昆祥.电子设备系统可靠性设计与试验技术指南.天津大学出版社, 2011

六、教学后记

第七章可靠性试验 2学时

一、教学内容及要求 教学内容共2学时

可靠性试验的目的和分类 环境应力筛选 可靠性增长试验

可靠性鉴定和验收试验 可靠性寿命试验 教学要求

了解可靠性试验的目的和分类；

掌握环境应力筛选试验的目的和种类；

了解可靠性增长过程及常用的可靠性增长数学模型； 了解可靠性鉴定和验收试验的目的； 了解寿命试验的过程和方法。

二、教学重点、难点 教学重点

环境应力筛选试验的目的和种类 教学难点

可靠性增长试验的数学模型及其应用

三、教学设计

可靠性试验是可靠性工程的重要环节。首先介绍可靠性试验的分类，从不同角度可以将可靠性试验分成不同的种类，介绍每一种试验的目的和应用范围。可靠性增长试验的数学模型是本章的难点，在教学中应讲清楚使用数学模型的意义，分析常用的两种数学模型的不同用途。

可靠性鉴定和验收试验统称为可靠性统计试验，两种试验的目的不同。以汽车产品、航天电子产品、滚动轴承为例，介绍各种试验的应用。

四、作业

通过课程网站发布。

五、参考资料

梅文华.可靠性增长试验.北京:国防工业出版社.2005 何国瑞, 陈浩华.可靠性试验.北京:人民邮电出版社, 1993

机械产品创新设计研究 篇6

【关键词】 机械;创新;制造业

一、机械产品创新设计的原则

(一)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。

(二)生态效益最好原则

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。

(三)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。

二、机械产品创新设计方法研究

(一)创新技术主题的确定与分类

搜集的专利可以分为发明专利、实用新型专利和外观设计专利。发明和实用新型专利的说明书提供了发明或实用新型的技术特征,清楚、简要地表述请求专利保护的范围。外观设计专利提供了该外观设计的图片或照片,必要时会作一定的简要说明。在专利局专利分类方法的基础上,结合一般产品的特点,提出了一般产品创新技术主题的确定与分类方法。创新技术主题的确定应当以权利要求书为主,并适当结合说明书(包括说明书附图)。以权利要求书为主确定技术主题,应当完整地掌握权利要求中所记载的技术内容,如以独立权利要求来确定技术主题时,则应当将其前序部分记载的技术特征和特征部分记载的技术特征结合起来确定。下面以钻夹头为例,确定创新技术主题的方法有:

(1)对于发明专利和实用新型专利,一般情况下以独立权利要求中的前序部分记载的技术特征为主,将特征部分记载的技术特征看作是对前序部分的限定。例:一种新型锁紧式钻夹头,其特征在于:空心钻体的前端开有一截面为三角形的环形沟槽,所述前套的前端与该沟槽卡接。创新技术主题:以前套与丝母套之间的沟槽卡接为特征的锁紧式钻夹头。

(2)对于发明专利和实用新型专利的特殊情况,即独立权利要求中前序部分所描述的对象在分类表中没有确切位置的,以特征部分记载的技术特征为主,将前序部分记载的技术特征看作是对特征部分的限定。例:一种钻夹头,包括有一前套、一后套、一空心钻体和一丝母,在所述空心钻体中部台阶面与所述丝母后端面之间安装有一组滚珠,其特征在于:所述丝母为一整体结构件。创新技术主题:钻夹头的丝母为一整体结构件。

(二)基于专利的产品创新设计过程

创新的途径很多但它们都需要大量的已有知识和经验的支持。实践证明,除了基本的科学技术知识外,专利信息已经成为实现创新的最有效的知识来源之一。作为前人创新成果的结晶,相对其他知识,专利更富有创新性,技术含量高,可用性强因此,基于专利实现创新,就像站在前人的肩膀上实现创新,使创新开始就处于一个较高的基础上,大大提高创新效率和创新质量。通过将创新设计系统与制造行业PDM的集成,提出了基于专利和PDM的创新设计方法,其创新设计过程(如图1所示)。

产品配置是产品创新设计中的一项重点工作,根据制造企业的实际需求,采用三个层次的机械产品配置设计方法,分别是:基于零部件数据库的交互设计、基于历史的产品嫁接设计、基于规则的产品配置设计。

经过对相关制造企业的深入调查和分析,提出了基于专利技术和PDM的产品创新设计方法。该方法支持一般产品的开发创新和快速变型设计,提高零部件和生产过程标准化。通过将基于专利的产品创新设计方法和生产管理技术引入企业,必将增强企业的产品创新能力、有助于企业快速响应客户需求、提升管理水平,提高企业在市场中的综合竞争能力。

参考文献

[1]高常青.机械产品快速创新设计及其关键技术的研究[D].山东大学.2008

数字技术对机电产品设计的影响 篇7

一、机电产品设计趋于数字化与智能化

在数字化时代背景下, 计算机辅助设计促使机电产品设计从传统的二维空间拓展到虚拟的三维空间, 数字化的机电产品设计流程, 从理论上讲已经脱离了各种各样的尺、规、笔、纸等传统草图绘制工具, 同时在数字化技术支撑下, 数字化设计平台可以提供概念设计的虚拟空间, 将设计师从传统繁琐的手绘设计过程中解放出来, 将机电产品设计引入数字化空间, 这主要表现在数字化技术为机电产品设计提供了多种多样的数字化技术平台, 其中影响比较大的主要有计算机辅助造型技术、虚拟现实技术、3D技术以及数字化感性技术同时, 数字化技术促使机电产品设计朝着智能化的方向发展, 以信息技术为特征的产品的智能化, 构成了人、机 (产品) 界面符号认知系统的新语境, 使人对产品的认识和操作改变了以往人与产品硬件的密切接触, 从而使劳动强度、工作效率、环境安全得到了根本改善。比如:人对数控产品的操作, 只须按相应的指令输入设计数据便可完成产品的加工过程, 所具有的人性特点更加符合人的情感交流方式, 而使人和产品的关系变得亲和与融洽。

二、革新机电产品设计理念

在数字化时代, 计算机及网络已经从改变人们的日常生活习惯深化到影响人们的意识观念, 在计算机技术及网络的普及下, 人们对计算机的依赖和信息交流中互联网所表现出来的信息魅力, 导致人们对客观世界的认识和交流有相当大一部分是以网络为中介的交流方式, 于是机电产品设计师的设计理念也不得不随之改变, 数字化对机电产品设计理念的影响:一是以环保为中心的绿色设计理念。二是时尚的个性化设计理念。

三、数字化技术提高了机电产品设计效率与质量

在数字化时代, 以计算机为主导的设计工具和系统承担起了设计过程的大部分事务性、重复性的工作, 只是把机器难以做到的事情——思维和创造留给机电产品设计师, 从根本上改变了技术密集型的机电产品设计师从事劳动密集型工作的状况, 同时由于有了计算机辅助设计, 设计师可以将更多的精力放在机电产品设计的分析、创意等方面, 在现代机电产品设计趋向多种学科集合的趋势中, 工程师、设计师以及经济师需要紧密合作起来, 把整个设计项目的策划、设计、工艺、施工预算等活动体系整合起来, 极大的缩短了机电产品设计周期, 提高了工作效率。设计知识的积累和再利用可以大大提高设计效率、缩短设计周期、提高设计质量、节约设计费用, 并可以使以往机电产品设计师独享的知识变成一个团体乃至所有团体的共有资源。

数字化技术可以消除设计交流的屏障、距离和时间的限制, 使得机电产品设计师之间的交流及协同工作更为顺畅。数字化的设计可以充分利用计算机网络及互联网资源, 极大方便了设计组内设计人员之间与不同设计组之间以及不同设计专家之间的交流, 不管是在什么地方, 什么时间, 都可以对产品进行协同设计、评价及沟通, 进行集体设计, 从而加快了设计进程, 减少了设计费用。数字化系统还可以将机电产品设计的初期规划、方案设计直至末期的视觉传达设计等各个设计过程有机地结合起来, 使它们之间的衔接更为准确, 更为平滑, 各个阶段的设计成果可以为其后的设计过程所直接作用, 可以直接将机电产品设计师的设计方案转化为生产或施工图纸, 甚至可以直接与计算机辅助设计系统相联结, 这不仅可以缩短整个设计的施工或生产周期, 减少模型转换的偏差, 而且可以帮助设计师从设计到生产等多个方面上对设计方案进行整体的考虑, 从而大大减少各个阶段间可能出现的误差与矛盾, 最大限度地加快各个设计阶段的设计进度、提高设计质量, 并且可以大大节约各个阶段的人力、物力、财力的投入。同时, 随着数字化技术的不断发展和提高, 在今天, 计算机、扫描仪、数码相机、打印机和先进的绘图软件是设计师必不可少的设计工具。计算机辅助设计可以帮助设计师快速有效的对设计图进行修改和调整;在数字化技术的帮助下, 设计师不仅可以通过三维效果图了解产品完成后的虚拟效果, 而且还可以通过快速成型机制作模型, 展现设计的真实效果。绘图软件的制造商们已经宣称“只要你想得出, 我们就可以做得到”, 计算机辅助设计已经大大的在加快机电产品设计速度的同时提高了机电产品设计质量。

总之, 数字化技术对机电产品设计的影响涉及到方方面面, 从技术层面到机电产品设计的理念层面, 现代的机电产品设计都无法脱离数字化技术的影响。随着数字化技术的进一步发展, 机电产品设计在技术支撑手段以及机电产品设计理念上也要与时俱进, 以数字化技术进步来推动机电产品设计技术与理念的创新, 实现机电产品设计的跨越式发展。

参考文献

[1]朱宏轩.数字化时代的中国机电产品设计[J].青岛理工大学学报200 (76)

[2]胡国堂.信息社会条件下的机电产品设计价值转化[J].商业时代, 200 (97)

机电产品创新设计 篇8

‘泰汽新能源杯’第八届山东省大学生机电产品创新设计竞赛”是由山东省教育厅主办、山东高校机械工程教学协作组、潍坊科技学院承办、山东泰汽投资控股有限公司协办的面向全省大学生的群众性科技创新活动。

“竞赛”目的在于激励广大师生勇于实践、大胆创新、互相交流、团结协作、共同提高。鼓励广大师生在创新实践活动中, 密切结合社会和企业发展的需求, 校企协作, 全面提升理工科大学生的创新能力、实践能力、创业能力以及综合素质, 为我省的经济文化和“创新性强省”的建设培育创新型人才。

本次竞赛活动鼓励广大师生围绕“节能、低碳、绿色、健康”的主题, 结合国家和省的产业政策与山东泰汽投资控股有限公司、山东五征集团有限公司等的发展需求, 本着“创新承载梦想、实践成就未来”的精神进行创新实践活动。

今年参赛的学校达到73所, 同比增长了37.7%;参加预赛的作品由去年的1600件增加到2563项, 同比增长了60.1%;共有13000余名师生报名参加竞赛, 作品内容涉及机械、农业装备、车辆、新能源、轻工、自动化等领域。经过各高校预赛, 482件作品和43件山东华创SolidWorks三维创新设计分赛作品参加今年的决赛。纵观参赛作品, 内容广泛、选题新颖、设计合理, 参赛形式多样化, 创新性强、实用性好。

大型机电产品造型设计的主要流程 篇9

1 方案初期阶段

1.1 建立统一的认知平台

1.1.1 认知平台的建立

产品设计统一认知平台的建立是设计管理的重要组成部分, 有利于提高交流效率, 这个交流不单单指设计师内部的交流, 还指设计与外界的交流, 主要是与客户之间的交流[2]。一个好的认知平台的建立, 有助于形成自己的团队风格特点, 通过对作品的展示, 增强其产品印象, 形成一种气势, 提高产品设计的通过率。一个好的认知平台的建立, 有助于提高工作效率, 让新手能快速融入到设计中。一个好的认知平台一般由设计总监或设计部长亲自建立。 (如图1 所示)

1.1.2 认识平台的视角选择

经过大量的市场和用户调查, 发现视角的选择要符合两个基本原则, 一个是要符合美观的要求, 另一个要符合最大限度展示产品的要求。对大型产品, 由于产品人机界面分散, 不同视角表现出的产品造型构思, 不能很好地综合评价方案的优劣。因此, 在设计大型产品时, 必须选择统一的视角。一般情况下, 会选择30°~ 60°或45°的视角来展示设计方案。当设计产品高度和宽度接近时, 利用30°~ 60°的视角, 可避免图形呆板。如果要表现物体的一个主要面时, 用这个方法也不错;当设计的产品宽度大于高度时, 适合用45°的视角来展示, 它能为两个立面提供较好的展示视角而不显得单调。为了更加形象生动地展示其效果, 一般选择仰角。另外, 透视的准确性与否相当重要, 它是视角选择的基础与前提。

1.2 利用素色进行初期方案表现

人眼在刚开始接触产品时, 前20 秒内看到更多的是色彩, 到20 秒后才会渐渐地由色彩转向造型。大型机电产品体积硕大, 占据人眼的视线较大, 色彩对人的刺激更为明显。初期产品方案设计以点、线、面造型为主, 肌理、色彩为辅。因此, 在方案设计初期, 利用素色进行方案设计, 避开色彩进行造型。

1.3 利用主体色与基调色进行体块分割与穿插

目前, 大型机电产品往往在色彩上采用冷灰色与小面积明度较高的纯色组合设计, 层次分明, 不但符合国际要求, 而且更具有现代感, 让人视觉更加舒适, 心理更加平静, 给人一种安全感。一般大型机电产品色彩设计有三个层次。第一, 标志色, 是企业形象的集中表现。一般设计在产品的视觉中心位置, 代表整个企业形象, 面积较小, 视觉冲击力较强。第二, 主体色, 是体现产品个性的必要手段, 是产品色彩的主要反映。一般它由面积较大的部件面和通惯产品的色带组成, 其色彩纯度和明度较高, 必须把握其与标志色、基调色的协调。第三, 基调色, 是产品最大面积的基础颜色, 其色相与主体色相近, 色彩纯度较低, 以灰色为主, 多用于大型机电产品的中下端, 给人一种安全感。

在统一认知平台的基础上, 利用头脑风暴法对产品体块进行大量分割与穿插。分割与穿插是相互依存的, 如果只进行分割而不穿插, 那设计的产品就会显得呆板无神;如果只进行穿插而不分割, 那设计的产品会显得凌乱无序。在进行体块分割与穿插前提下的方案具有更强的整体性与视觉冲击力。 (如图2 所示)

1.4 选定初步方案

对每个人的方案进行编号, 方案图上不允许留下设计师的姓名, 避免因人而选。将所有方案统一放在某个平台上, 邀请工作人员包括其他岗位的人员对方案进行选择与评价, 选择自己认为比较好的方案, 每个人可以选择三个方案。挑选所有方案中被选定的方案进行汇总与分析。

2 方案中期阶段

2.1 把握实用功能与精神功能的关系

大型机电产品整体造型应以实用功能为出发点, 满足人们最基本的需求。任何产品最终的服务对象都是人, 而实用功能是满足人需求的基本元素。造型应从实用入手, 以服务人为宗旨。尤其是一些重工业产品, 更应考虑便于安装、操作和拆卸。

由于大型机电产品批量小, 材料以金属板材、型材等为主, 加工工艺以铸、锻、焊、铆、折、弯、剪切等冷热工种为主, 造型不像模具成型的塑料制品那么灵活自如。因此, 工业设计师应在此基础上对产品的比例、面积、色彩上进行组合与分解。对产品进行组合有助于增强产品的整体感, 对产品进行分解有助于增加产品的生动性。

2.2 协调细节设计与整体的关系

大型机电产品的人机界面是人关注的焦点, 是产品造型设计的重要部位。一般对操作者使用较为频繁的地方进行设计优化, 最终得到甲方认可的可能性较大。在大型机电产品中, 人机界面的设计一直是甲方关注的重点之一。人机界面细节设计必须在整体造型风格控制的范围内, 保持与整体的协调性[3]。设计中, 需不断调整细节与整体关系。

2.3 选定中期方案

对每个人的方案进行编号, 方案图上不允许留下设计师的姓名, 将所有方案统一放在某个平台上, 邀请设计师、结构工程师、操作人员等对方案进行选择与评价, 选择自己认为比较好的方案, 每个人可以选择三个方案。挑选所有方案中被选定的方案进行汇总与分析, 邀请设计部长将设计方案分为三个方向, 分别为复古、中庸和前卫, 以提高方案的成功率。

3 方案后期阶段

3.1 降低感性提升理性

对一个设计而言, 最后收官阶段尤为重要, 一步松懈则会满盘皆输。产品设计师只是产品制造中的一个环节, 要想使方案得到认可, 就要尽可能地与上下部门做好交接。因此, 该阶段须对选定的方案进行细致分析, 利用机械制图的方法绘制各个视图, 保证大小比例一致, 按实际比例修改造型方案, 最终确定方案是否仍具有造型的优势。如果经实际比例修整已不具备造型优势, 就停止该方案的造型设计[4]。明确外观材料的色彩和肌理, 及时了解该厂的加工水平, 确保产品能实现实用功能, 外观能包容内部结构。

3.2 选择市场已有零件

大型机电产品以集成创新为主。在方案设计后期, 尽可能地将市场上已有的零件运用到产品设计中来, 尽可能地减少零部件原创。从而大大降低产品的生产成本, 缩短产品的制造周期, 增强产品在市场上的竞争力。

3.3 选定后期方案

对每个人的方案进行编号, 方案图上不允许留下设计师的姓名, 将所有方案统一放在某个平台上, 邀请设计总监、设计部长前来与一线设计师一同选定最终方案, 代表整个公司去甲方单位进行提案。所选方案要有层次, 好中差都要有, 这样有助于提高提案的成功率。

4 结语

大型机电产品批量小, 虽然目前重视产品的造型设计, 但由于没有一个较为有效的设计流程, 往往出现投入大量人力、物力、财力到最后方案无法实施的现象。大型机电产品的方案设计流程, 将成为我国未来工业设计研究的重要内容。

摘要：根据大型机电产品造型设计的特征和社会需求, 制定一套行之有效的造型设计流程成为当前关注的重点。通过建立统一的认知平台、利用主体色与基调色进行体块分割与穿插、把握实用功能与精神功能的关系、降低感性提升理性等, 设计出来的大型机电产品具有更强的整体性与视觉冲击力, 大大提高了方案的成功率。

关键词：造型设计,大型机电产品,认知平台,体块分割与穿插

参考文献

[1]陆燕荪.中国制造业的现状与未来发展[J].经济研究参考, 2005, (1) .

[2]吴琼.工业设计技巧与禁忌[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[3]潘荣, 李娟.设计·触摸·体验——产品设计模型制作基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

机电产品的安全稳定性设计分析 篇10

1 安全稳定性设计的概念

安全稳定性是产品在规定条件下和规定时间内, 完成规定功能的能力。所以, 安全稳定性是产品质量的时间指标, 是产品性能能否在实际使用中得到充分发挥的关键之一。安全稳定性设计必须与机电产品的功能设计同步进行, 设计人员必须明确可靠性设计的目的并掌握可靠性设计的方法。

2 元器件的选择对机电产品安全稳定性的影响

元器件的选择是机电产品可靠性的基础之一, 很多机电产品的失效是由于元器件的性能和质量问题造成的。元器件的选用原则元器件的选用要遵循下述原则:

(1) 根据产品要实现的功能要求和环境条件, 选用相应种类、型号规格质量等级的元器件;

(2) 根据元器件使用时的应力情况, 确定元器件的极限值, 按降额设计技术选用元器件;

(3) 根据产品要求的可靠性等级, 选用与其适应的并通过国家质量认证合格单位生产的元器件;

(4) 尽量选用标准的、系列化的元器件, 重要的关键件应选用军用级以上元器件;

(5) 对非标准的元器件要进行严格的验证, 使用时要经过批准;

(6) 根据国家或本单位的元器件优选手册选用。

3 三防设计

任何机电产品都是在一定的环境下工作的, 而潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度, 引起漏电, 从而导致故障。因此, 必须采取防止或减少环境条件对机电产品安全稳定性影响的各种方法, 以保证机电产品工作中的性能。

3.1 防潮设计的原则

(1) 采用吸湿性小的元器件和材料;

(2) 采用喷涂、浸渍、灌封、憎水等处理;

(3) 局部采用密封结构;

(4) 改善整机使用环境, 如采用空调、安装加热去湿装置。

3.2 防霉设计防霉设计的原则

(1) 采用抗霉材料, 例如无机矿物质材料;

(2) 采用防霉剂进行处理;

(3) 控制环境条件来抑制霉菌生长, 例如采用防潮、通风、降温等措施。

3.3 防盐雾设计防盐雾设计的原则

(1) 采用防潮和防腐能力强的材料;

(2) 采用密封结构;

(3) 岸上设备应当远离海岸。

4 抗震设计

任何机电产品都要经过从厂家到用户的装运过程, 特别是在振动场合下应用的机电产品, 必须采取防止或减少振动环境条件对机电产品可靠性影响的各种方法, 以保证机电产品工作中的性能。为此应当充分注意以下几个方面:

(1) 印制板上各元器件引脚线长应当尽量短, 以增加抗振动能力;

(2) 印制板应当竖放并进行加固;

(3) 较重的器件应当进行加固;

(4) 悬空的引线不宜拉的过紧, 以防振动时断裂;

(5) 运输机电产品时, 应当加强防震措施;

(6) 振动场合应用的机电产品, 应当采用防震措施。

5 电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作, 甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此, 对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作, 又要注意电子设备本身不对周围其他设备产生电磁骚扰, 影响其他设备正常运行。电磁兼容性控制计划应包括以下几个方面:

(1) 落实电磁兼容性管理机构的职责、权限和实施计划;

(2) 电磁兼容性的预测和分析;

(3) 制定项目的电磁兼容性标准;

(4) 进行项目的频谱管理;

(5) 制定电源、结构、工艺、布局等电磁兼容性的要求;

(6) 拟制电磁兼容性试验大纲。

6 机电产品使用与定期维护

正确使用与定期维护也是提高机电产品可靠性的重要内容。使用机电产品时, 首先应当了解它的工作原理, 其次应当严格遵循它的使用程序, 最后应当对其进行定期维护, 这样才能提高机电产品的可靠性。

6.1 移动机电产品的电源是油机和蓄电池, 它们的性能好坏是整个机电产品稳定工作的前提。为此, 应当对油机和蓄电池正确使用与定期维护。

6.2 电器是供电系统中的重要元器件。电器触头的烧蚀和绝缘性能的下降, 往往导致重大事故。为此, 应当对电器进行定期维护。

6.3 活动连接件在振动场合下使用的机电产品, 其活动连接件易松动, 特别是导电的活动连接件松动时, 会导致事故的发生。为此, 应当对活动连接件进行定期维护。

6.4 供电线缆是电能传递的路径, 电能的主要参数是电流和电压。电流在供电线缆中流动时会发热, 发热将导致供电线缆绝缘强度降低, 严重的会引起供电线缆火灾。电压对供电线缆的绝缘形成应力, 应用中的供电线缆绝缘性能在不断下降, 一旦电压的应力超过绝缘的承受能力, 会造成绝缘击穿而发生故障。应对位于金属走线槽口处的线缆应当增加保护套, 以防长期磨损而可能发生对地短路的故障。

7 结束语

随着科学技术的迅猛发展, 机电产品越来越广泛地应用于社会各个领域, 其使用条件也越来越苛刻, 对机电产品的安全稳定性要求越来越高。明确规范和细化机电产品安全稳定性设计其最终目的在于提高机电产品的质量, 增加机电产品的社会效益和经济效益。

摘要：本文主要介绍了机电产品的安全稳定性设计, 包括设计的目的、元器件的选择、三防设计、抗震设计、电磁兼容性设计、安全性设计和使用与定期维护等。其目的在于提高机电产品的质量。

关键词：机电产品,安全稳定性,设计

参考文献

[1]本书编委会, 机械设计师手册, 机械工业出版, 2003.6

[2]丁彬.新编机械设计知识百科, 中国科技文化出版社, 2005

[3]贺建民、黄英, 机电产品可靠性技术, 重庆大学出版社, 1998.12