時間：2023-07-28 17:32:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇產品結構設計原則，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
本課程作為工業工程專業的一門實踐性強的專業核心課程，其主要任務是學習產品功能的設定、常用材料的種類和特性以及加工工藝、產品結構設計的原則以及與產品造型有關的通用結構設計知識，使學生掌握與產品設計相關的基本知識，具有產品結構設計的基本技能，能夠完成簡單產品設計中從功能定義到材料選擇以及最終的結構設計。
1.1本課程的知識模塊包括：①產品材料與表面處理工藝常識；②塑料件結構設計的基本原則；③鈑金類產品結構設計基本原則；④模具基礎知識；⑤產品結構布局設計；⑥產品典型結構。其目的是使學生掌握結構設計的基礎知識，培養學生的三維空間想象能力，在實際應用中養學生的新產品開發以及應用計算機繪圖的能力。
1.2課程的重點內容包括：①常用塑膠材料基本知識；②常用金屬材料基本知識；③常用表面處理知識；④產品結構設計總原則；⑤產品結構關系分析與結構繪圖的基本要求。
2《產品結構設計》課程的教學思路
2.1選用教材。目前還沒有適合工業工程專業使用的《產品結構設計》教材，所以國內普遍做法是選用產品結構設計方面教材，暫定的教材是黎恢來編寫的《產品結構設計實例教程》。該教材將作者十幾年的產品結構設計經驗總結而成，系統、精細、全面地介紹了產品結構設計知識及設計全過程，明確了產品結構設計的概念和崗位職責，并通過講解一款電子產品的全套產品結構設計的整個過程，幫助學生融會貫通，更加高效地學習和掌握實用技巧。
2.2教學內容。依據工業工程專業的整體人才培養方案和教學大綱的具體要求，將《產品結構設計》分為六大模塊，每個模塊里面包括若干的章節，各章節之間既自成體系，又互相有銜接，條理清晰，通俗易懂。
①“產品材料與表面處理工藝常識”模塊，主要介紹注塑工藝理論、常用塑膠材料和金屬材料基本知識，以及注塑件、鈑金件表面處理方法。塑膠的定義及分類方面，介紹ABS、PS、PP、PVC等的應用范圍、注塑模工藝條件和化學和物理特性，重點是使學生了解注塑件的常見問題分析及解決，比如縮水、飛邊、熔接痕、頂白、塑膠變形等。金屬材料方面，介紹一些金屬的特性和應用范圍，比如不銹鋼、鋁、銅、鎳和鋅合金。常用表面處理知識方面，主要涉及塑料二次加工的基本知識，學生需要了解絲印、移印、燙印、超聲波焊接、噴涂、電鍍和模內覆膜等表面處理工藝。
②“塑料件結構設計規范”模塊，重點介紹塑料件在設計和修改階段需掌握的通用設計規范，比如塑料件的料厚、脫模斜度、圓角設計，能夠分析塑料件的加強筋、孔、支撐面的使用范圍。在細節部分，應了解塑料件文字、圖案、螺紋和嵌件設計。
③“鈑金件結構設計規范”模塊，介紹鈑金類產品設計的工藝要求，包括沖裁、折彎、拉伸、成形工藝，并且讓學生了解壓鑄類產品結構設計的工藝要求。在此模塊的教學中，應引入企業實際產品案例進行講解，以便于學生更好地掌握鈑金件的設計規范。
④“塑料模和鈑金模基礎知識”模塊，介紹塑料模和鈑金模的基本類型及典型結構，包括模具概述，模具的分類、注塑機介紹等，重點講解的是注塑模結構里面的澆注系統、頂出系統、排氣系統和行位與斜頂，以及二板模和三板模之間的區別和應用，以“實用、夠用”為度，學生只需了解典型的模具結構，不需要進行后期的模具設計。
⑤“產品結構布局設計”模塊，主要介紹殼體形狀結構、密封結構、卡扣結構、螺釘柱結構、螺紋連接結構和嵌件連接結構等知識，以及各個特征的定義、作用和設計原則，特別是特征在使用時的相互配合關系。拓展知識方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通過孔設計規則，以及模具設計與產品結構設計之間的聯系。
⑥“典型產品結構”模塊，重點介紹目前國內普遍使用的三大產品（電子產品、家電產品和電動產品）的典型結構設計知識。每類產品選取一款經典的已批量的產品作為藍本，深入解剖結構知識在產品設計的運用。比如電子產品選手機為代表產品，講解手機產品各零部件的結構、前殼與底殼的止口設計、LCD屏限位結構設計和電池固定結構設計，以及內藏攝像頭結構設計。家電產品則以電吹風為例，學生要掌握電吹風的功能、材料、結構工藝性等，了解CAD軟件在電吹風設計中的應用，能對產品塑料件進行結構分析。在此過程中，還要掌握項目管理方面的知識。
2.3教學方法。在教學中，提倡基于工作過程為導向的項目化教學，理論教學與實踐練習相結合，增加實踐課時的比例，培養產品設計的實踐能力。教師引導學生建立實用合理的知識結構，強化學生的自覺體驗和掌握知識的遷移能力，淡化理論和實踐的界限。在基礎知識夠用的前提下，采用任務驅動教學法、項目教學法，通過在具備多媒體教學設施的校內實訓基地開展新產品和新工藝的開發工作，使學生體會具體產品的外觀造型和結構設計過程，提高學生的綜合應用能力和實際應用能力。
3《產品結構設計》在工業工程專業總體實訓的具體應用
隨著社會經濟的發展，制造業的生產經營模式越來越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應企業在新時期面對國內外競爭環境的各項要求。這時，變型設計理念的出現就顯得不足為奇，而且很好的適應了企業當前的生產經營策略。變型設計理念的核心就是要對原有的產品結構設計或系列產品進行改進和創新，實現新產品的快速設計和迅速推向市場。目前的變型設計主要是通過產品的有效配置和產品結構模型來實現的，而對變型設計中的創新設計、過程設計和變型修改等幾個關鍵環節不夠重視，不利于變型設計理論的長遠發展。本文結合機械產品的特點，將對產品結構與變型設計等相關問題進行分析和探討，以求進一步驗證變型設計的有效性和實用性。
1變型設計概述
1.1變型設計的基本概念簡單的說，變型設計就是一種設計方法，是一個設計過程，它的基本思想是通過改進已有的系列產品或設計實例來適應新的設計需求，實現產品的快速設計和新產品的快速試制定型。就整體而言，變型設計就是運用一定的規則將整個產品的設計歸結為對其中各個部件、零件等功能模塊的設計。因此在進行變型設計時建立一個合理的產品結構模型是實現產品快速變型的關鍵。
1.2方法體系
機械產品結構設計是一個系統、復雜、循序漸進的過程，無論是用戶新的需求，還是機械產品在功能上的細小變化，都有可能引起很大改變，即在產品結構上的細小變動都有可能導致產品結構設計上的重大變動，這在機械產品的變型設計中表現的尤為明顯。有時企業為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對原有的產品結構進行重新設計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優勢。筆者認為，對機械產品結構進行變型設計的關鍵就是要準確找到變型設計的根源，建立科學合理的方法體系，進而保證變型設計和快速設計目標的實現。本文所要介紹的方法體系，是以變型規則為基礎，通過事物特性表技術的合理運用來構建合理的機械產品結構模型，該模型能夠對支持變型設計的機械產品及其構配件之間的關系和條件進行準確的描述。事物特性表技術實現了機械產品結構數據通過二維表結構進行標準化、科學化、規范化的組織，這對機械產品結構的變型設計無疑是非常有幫助的。
2事物特性表的應用
事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠對事物的基本屬性進行登記，還能對構配件的一些特性進行針對性的描述。在國家的相關標準中，它被當作一種信息標準進行應用，不僅能對事物的特性進行描述，并嚴格按照相關規范和要求進行記錄、存儲和顯現。表格形式如表1所示。正是因為事物特性表能夠詳細、有效的對事物的性能、特征、工藝特殊性等進行描述，尤其是產品在開展與尺寸變型相關的結構設計時，事物特性表更有利于產品結構從類到實例的轉變，這對變型設計和相關檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機械產品的內外徑、長度等特性進行描述，我們就可以得到一類產品，而我們對以上特性參數化之后就得到了某種產品的實例，最后將所有特性參數進行組合后，我們就得到了該產品的事物特性表。事物特性表的應用不僅如此，我們還可以結合機械產品變型設計的具體實際進行靈活擴展，盡量將事物特性表的作用最大化。
3機械產品結構模型分析
從某種意義上說，我們可以把產品結構模型看成是能夠適應應有的的約束配置的構件的實例化集合。在具體應用過程中，企業應當立足于市場及用戶的各種需求，從企業原有的系列產品結構中進行改進和創新，進而派生出更多的有效的產品結構。在對產品結構模型進行分析和構建時，我們首先應當對產品的結構、特點、功能有個全面的把握和了解，并按照相關設計原則和理念把產品模塊化，然后通過面向對象的設計方法將所要進行設計的產品進行分解，進而獲得相應的產品類或零部件類，最終得到科學、有效的產品模塊結構。產品結構模型的原理如圖1所示，其主要包含產品變型與約束規則、參數傳遞結構和構建集合等內容。而為了更好的對產品結構及其結構進行分析，我們首先要對產品以及組成產品的零配件關系進行描述，即構建產品裝配拓撲樹。
3.1產品裝配拓撲樹的構建
對于產品裝配拓撲樹的描述來說，我們可以把它看作是一種類結構，具體如圖2所示。在裝配拓撲樹中，基本模塊是產品結構設計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中指定一定數量的模塊加入到產品中；可選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中選擇一定數量的模塊加入到產品中。O2表示在組成部件BNode2時必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個零件構件，并且以該構件與CNode2的關系裝配到BNode2中。R1表示在組成產品族CNode1時，可以根據一定的規則在Anode4和Anode5中選擇一個零件。將構件（Node）的概念引入到裝配拓撲樹中，主要是為了更好的表達產品對象以及零部件等子對象，而構件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產品對象或其零部件子對象的唯一標識號；Sel表示該構件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構件是可選構件，Inc=1表示該構件是必選構件。Num表示零部件在產品中的配置數目；Des表示構件的屬性描述信息，Type表示該構件的類型。At-tr_name表示該構件的一個屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。
3.2PSMTree類的構造
在完成裝配拓撲樹的構建后，能夠從結構上很好地支持產品對象的變異性。然后采用面向對象的方法對由PSMTree描述的產品原型進行建模，在建模時采用事物特性表技術來構造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產品的類。在對類進行構造時，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個類來分別描述PSMtree中的產品及其零部件構件。提取3個類的標識碼ID、名稱NAME、變型規則等共同屬性構造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構成分類結構，具體如圖3所示。
3.3機械產品的變型設計規則
從產品結構模型的構建過程來看，變型設計離不開以知識表達為基礎的變型規則，規則表達的規范與好壞在很大程度上決定了產品的變型設計的質量，對此我們可以從兩個方面進行研究。首先，對于變型規則，我們是針對產品模塊內來說的，變性規則大體可以分為三種形式，即條件表達式、邏輯關系式和數學關系式。其中，邏輯關系式主要是為了判斷產品中具體零件的必要性和可行性，進而決定零部件的增加或取消，條件表達式主要是用在產品構配件的更換或構配件數目的更改，通常表現出一定的因果聯系，規則的具體形式可以表述為：<規則>：：＝<規則ID><規則名稱><事件><條件><動作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件規則><條件>：：＝<表達式><事實><動作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產品族模塊間相互約束規則通常只會出現在部件或產品中，其對應的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機械產品的設計人員可以充分利用模塊間相互約束的規則，對產品組合的各種模塊進行靈活的選擇，進而實現對主要系列產品結構進行變型的目的。其中，主要的約束關系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現、組成、選擇等，產品設計人員可以更加產品變型設計的實際，立足于滿足用戶的基本需求以及產品功能的豐富進行靈活選擇。
自我國改革開放以來，機械制造技術發展迅速，同時在我國的工業生產中占據了越來越重要的地位。近年來，隨著科學信息技術的深入普及，各行各業都開始廣泛地運用計算機技術，特別是在機械制造行業中，通過與計算機技術的有機結合，使機械制造趨于自動化，且其工業產品制造的完成也越來越安全與快速，使機械制造行業更加快速的發展，現在機械制造與自動化的顯著特點就是高安全性與高效率生產。同時因為機械制造技術與自動化技術的有機結合，使得我國的機械制造技術的發展也越來越快，并且近年來，國內的一些機械制造企業還開始嘗試與國際接軌，通過建立跨國公司使國際交流有效加強，通過這一舉措，國內許多機械制造行業的技術發展得到了有效的促進，其規模開始不斷擴大，也逐漸提高了其機械制造的自動化程度，從而競爭力不斷提高，并促進企業的快速發展［1］。隨著能源能耗的增加與我國對節能減排的大力倡導，機械制造與自動化行業對節能環保技術發展的關注度也越來越高，且對于機械制造與自動化行業的發展而言，有效地引入節能設計理念非常必要。在現代工業中，機械制造與自動化行業發展的一項重要技術就是節能環保技術，通過對機械制造中各個環節的嚴格把控，有效地對節能設計理念進行應用，從而對機械制造與自動化行業持續健康的發展提供有效保障。
2機械制造與自動化中節能設計理念的有效應用途徑
2．1改進機械結構設計
在機械制造與自動化中應用節能設計理念時，貫徹節能設計理念的第一步就是改進機械結構設計，只有使機械結構設計真正做到節能環保，才能有效地保證整個機械制造設計做到節能環保。在改進機械結構設計時，節能設計理念的應用途徑主要可以體現在以下幾個方面。
1）選用低污染、低公害的發動機。發動機作為機械工程系統中最大且最關鍵的部件，其所排放出的噪音和氣體會極大程度地影響到外部環境。因此，使用環保型的發動機不僅可以有效減少噪音與氣體污染，還能使油耗與排量降到最低，同時有效提高加工效率，提升機械系統的動力，并極大程度上緩解了機械對于外部環境造成的污染壓力［2］。
2）液壓系統的設計要堅持節能原則。機械工程中的液壓系統會極大程度影響到整個機械工程的運行，要想使液壓系統的高效傳動得到有效保證，就要有效保證液壓系統的清潔度，這不僅要求嚴格把控油料的選擇，設計師在設計液壓系統時，也要將油液中的磨損物與微塵垃圾雜質進行徹底清除，從而使液壓系統的清潔得到有效保證，并極大程度延長換油的時間間隔，使液壓系統的故障發生率有效降低，同時大大降低配件的更新率，延長機械設備的使用壽命，對液壓系統的污染進行嚴格的控制。所以在對液壓系統進行改良設計時，應該要選擇耐腐蝕性強、防老化能力突出及密封優良的優質液壓管，軟管盡量用硬管代替，從而使軟管的廢棄量與損壞量有效降低，并因管道破裂而引起的環境污染問題減少。
3）改良機械工程駕駛室的設計。駕駛室是大型機械工程中操控機械工程最主要的控制室，在對機械工程駕駛室的設計進行改良時，可以采用防紫外線輻射玻璃、經減震降噪處理的全密封整體式“安全環保型”駕駛室，可將環保無氟型冷暖空調配備在駕駛室內，對人體工程學設計原理進行充分運用，設計一個基于FOPS與POPS技術的安全駕駛室，并將多元化美觀合理的色調搭配有效地融入到設計過程中，在保障駕駛員安全的同時，也有效緩解視覺上的疲勞，有效改善其工作環境的同時，也使作業效率得到提高［3］。
2．2采用節能環保材料
1）機械工程系統設計時盡量選用可回收、可再生的材料。機械制造與自動化的材料選擇應該嚴格遵循可回收、可再生及易分解的基本原則，在生產加工過程中就不會有大量的有毒有害物質排放出來，也可以有效減小對環境的危害。特別是在進行結構設計時應該盡量選用可拆卸、可回收且無毒的材料，從而使機械材料的再生率有效提高，并使機械工程材料的浪費情況有效減少。
2）機械工程系統設計時要遵守長壽命、低能耗與輕重量原則。一般情況下，有效延長產品的使用壽命就是使機械產品的報廢率降低，同時也意味著減少了機械的產品產量。機械產品的能耗降低也能減少污染，提高環保效率。從材料能耗降低的角度，將機械產品的重量適量減輕，并從環境的負荷對于機械的要求方面進行優化設計，產品設計應于環境通用標準相符合，從而保證機械構件的通用性有效實現。
3）機械工程系統設計時盡量選擇綜合成本與污染最小的機械材料。在進行機械制造與自動化設計時，一些企業常常會忽視機械材料報廢以后的污染處理問題，為滿足節能要求的同時也使材料的綜合成本有效降低，應積極采用一些綜合成本最小化與低環保負荷的機械材料，并盡量避免使用樹脂、石棉、氟利昂以及含氯橡膠等類型的機械材料。
2．3優化制作工藝
在設計機械制造與自動化系統時，結構與材料的設計是非常重要的內容，但是為了能夠使設計階段全過程的節能目標有效實現，制作工藝的優化也十分重要。
1）優化現有產品結構。眾所周知，機械制造與自動化系統中，設計零件越少且機械結構越簡單，在進行制造時所需的能源就會越低。除此之外，在制造過程中所需的能耗也會受到機械設計中零件形狀的影響。因此，在機械制造與自動化系統設計時，不僅要使產品的基本性能得到保證，還要使其零件盡可能簡化，使零件數量與機械體積減少，并優化其產品結構。
2）合理安排工藝工序。因為不同加工工藝產生的能耗不同，因而在進行產品加工時要合理安排加工工藝工序，對加工工藝進行節能設計，讓機械生產設備一直保持一個滿負荷運行的狀態，從而使生產設備的使用效率得到有效提高，并有效降低能源的浪費。
3結語
工業設計是一門涉及技術、藝術、人文與社會的綜合性、交叉性學科，相應地，工業設計專業學生知識結構也應由社會構成、藝術構成和技術構成3方面組成，其中社會構成是基礎，藝術構成是特色，技術構成是核心。按照太原科技大學工業設計專業的人才培養目標和培養規格，基于本科畢業生應具備的能力界定，遵循課程群建設的相關性、獨立性、創新性和綜合性原則，并兼顧課程建設、課程群建設與課程體系建設3者之間的關系以及課程群建設與專業建設的關系，將核心課程群劃分為產品造型設計課程群、產品人因設計課程群、產品結構設計課程群和產品設計與開發課程群等4組。產品造型設計課程群教學的主要目的是培養學生分析產品成型條件和規律，運用設計思維和創意方法進行產品造型的能力。從對人造物造型美的認識到產品造型的自由塑造，學生的學習過程需經過認識到模仿到創新的多個階段。“形態設計基礎”、“產品形態設計基礎”和“產品造型設計”等3門課程循序漸進地培養學生形態塑造與創新的基本能力。產品人因設計課程群是工業設計核心課程群中的核心，主要培養學生生活方式的創造能力。具體的設計過程是以設計心理學為體驗設計的依據，通過對人的身、心、精神以及生活形態的調查、分析或測量，以產品為載體來推動生活方式的改變。產品結構設計課程群重點培養學生的材料使用和制造技術方面的知識，更重要的是工程設計與產品設計環節之間的銜接過程，通過將不同的制造技術與材料特性整合進產品設計中，設計才能成為真正的創新，否則只能算是構想。產品結構設計課程群內容涉及到材料、機械、電氣以及制造等知識。產品設計與開發課程群是以上3個課程群知識的綜合運用環節，其中“產品設計Ⅰ”也就是“產品造型設計”，“產品設計Ⅱ”是“產品人因設計”。該課程群以具體類別的產品設計為對象，“產品設計Ⅰ”和“產品設計Ⅱ”均以學生能經常接觸到的生活類產品為設計對象，便于設計調查和用戶研究的深入開展。“產品設計與開發Ⅰ”和“產品設計與開發Ⅱ”以太原科技大學側重的專業特色產品為對象，包括文化產品和重型機械產品，注重創意或創新思維的提升，同時注重產品功能和結構的實現。
二、教學內容優化
課程群建設是一個系統工程，其建設策略應以群內某門中心課程為基礎，以課程間內容整合為重點，理清課程間邏輯關系，劃清課程的知識界限，刪除課程間重復內容，構建起課程間的系統性。依此原則，針對核心課程群的教學內容優化提出以下幾點教改思路:
1．提升“設計思維”課程的重要性，更新其知識體系，并將其貫穿于所有設計基礎和綜合設計類課程
設計思維過程是工業設計實踐中最有價值的環節，工業設計問題解決過程實際就是設計思維過程，因此設計思維的重要性不言而喻。繼工業時代后信息時代的社會變化，工業設計知識的更新日新月異，其中設計思維作為工業設計知識的核心表現得更為明顯，而且其蘊含著大量的隱性知識，很難顯性表達。因此，“設計思維”課程的內容更新非常值得重視。為了提高學生設計能力，設計思維課程必須貫穿到所有設計基礎和綜合設計類課程，使得學生基本的專業素質得以提升。
2．深化“形態設計基礎”的內容提煉
在基礎形態設計能力培養的基礎上，加強工業產品形態設計基礎的課時量和教學深度，將工業產品形態設計基礎內容作為產品造型設計課程群的中心課程。工業設計專業學生相比產品設計專業學生的藝術造型基礎比較薄弱，要想短時間內提升到自由造型能力不太現實，再者工業設計造型有其自身規律，即形體具有工業加工特點。可以說，工業設計造型可以相對脫離純視覺藝術造型母體，具有其自身的成型條件和造型規律，因此從形體成型的理性層面進行“形態設計基礎”課程的內容提煉很有必要。
3．加強以用戶為中心的設計思想與能力以及用戶參與式設計思想與能力
IDEO(美國著名工業設計公司)為優秀的設計重新作了定義———優秀的設計創造的是美妙的體驗，而不僅僅是產品。IDEO通過大量設計實踐所探索出的設計思想和實踐形式正改變著企業創新的方法，高校應緊跟國際設計前沿，傳授前沿知識。重點對產品人因設計課程群引入行業內最新研究成果，包括先進的簡單有趣的設計方法、輕松自然的用戶研究實踐形式等等。
4．加強手動建模思考能力，推進設計思維的設計實踐方式
設計過程中通過手來思考是設計思維發展的重要手段，通過草模來推動想法是其重要一環。筆者主張課程體系中的所有設計實踐環節都應該加強草模制作過程，以此來反復推敲設計想法，真正提升學生的設計能力。手動建模方式有很多種，包括平面形式的剪貼、拼接等，還包括三維形式的快速原型，將其運用到以上4類核心課程群每門課程中，能起到充分刺激創意創新思維的作用。在課程群知識的歸屬方面，可以將其列為課內實踐環節，而且是輔質的作業手段，將不會影響到知識界限的劃分問題。
三、結語
關鍵詞：局域網；OPGW光纜；結構設計；功能模塊；輸出設計
中圖分類號：TN818 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2013） 09-0000-03
隨著國內OPGW的廣泛應用，光纜制造技術的不斷提高，OPGW結構設計也越來越成熟。但OPGW設計相對于其它光電纜來講，設計參數多，設計過程復雜，同一個環境條件下不同人員設計的結構很可能就不一樣，成本也會有一定的差異，在實際的設計過程中，很多公司采用EXCEL計算，但由于不同規格的鋁包鋼和鋁合金線參數不同，在不斷調整的過程很容易出錯；同時由于每根OPGW需要單獨設計，財務在計算成本的過程中也容易出現錯誤。怎樣快捷、有效地設計出滿足用戶要求的光纜結構，在設計出結構后，材料成本、價格能一步到位，成為我們急需解決的問題。
針對OPGW光纜設計與使用過程中出現的種種問題，結合公司的實際情況，根據公司現有內網數據庫的運行情況，結合我們自身編程的能力，決定對OPGW光纜設計實現同一界面的操作，簡化設計過程，在選擇材料的同時自動計算各種參數和相對應的價格，從而減少工作量，優先選用具有運行效率高、代碼資源豐富的Delphi為程序開發軟件，后臺數據庫采用SQL SERVER 2000，用于存放各種鋁包鋼、鋁合金及其它材料的各種參數，這樣在實際設計過程當中保證數據的統一性。該軟件設計必須與現有內網連接，能被設計者共享使用并保存。
1 設計原則
該OPGW光纜設計的總原則是不僅要滿足OPGW設計需要，同時滿足局域網內聯系使用，同時，留出ADSS光纜程序接口，以便以后ADSS光纜程序設計的直接接入。結構設計操作須簡便，結果輸出時即自成WORD文檔，并可根據需要直接包含產品結構、產品圖型、設計參數及價格。
2 界面設計
整個界面主要分為三大塊：光纜結構、圖型、計算參數輸出。
目前國內流行的OPGW光纜一般由光單元（以下簡稱OP單元）、承力及載流單元組成。按其結構可分為中心管式和層絞式。在光纜結構布局設計時應當考慮到該兩種結構不同的設計方式。界面左側為光纜結構設計，分為中心層、第一層、第二層、第三層及第四層。第四層的設置，主要考慮大跨越所需抗拉能力較大時采用。在中心層右側為光纖類型及光纖芯數。根據光纜結構及材料的選擇，自動計算出的光纜結構圖形顯示于界面右上方，右下方則設計要求參數及輸出參數值，并且自動判斷所設計的光纜參數是否滿足設計要求。
3 功能性模塊設計
3.1 光單元（以下簡稱OP單元）
一般OP單元由不繡鋼管內包含光纖及油膏組成。當中心層為OP單元時，在其余1-4層不可以輸入OP單元，否則程序進行報警。當中心層為承力單元時，第二層可以放置1-2個OP單元，最外層不考慮OP單元的設置。光纖芯數及類別可選擇為G.652及G.655光纖。在編程時，應當考慮OP單元放置光纖的極限值，通過與不銹鋼管直徑、容納的光纖芯數結合光結余長控制，自動判斷該OP管是否能生產，如不能滿足生產要求，則跳出對話框報警，需重新調整OP管直徑或者光纖芯數。
3.2 承力、載流單元
承力單元和載流單元并非絕對分開的，而是相輔相成的。所謂的承力單元同時也能承受一定的載流量；載流單元也能承受一定的力，在設計時應充分考慮承力與載流的配比。在滿足用戶要求的情況下，所用單絲型號或規格應盡量統一。每層單絲排序規則，應遵循選擇內部抗拉強度較高的鋁包鋼、外部選擇過載能力較強的鋁包鋼或鋁合金等材料，材料的選用以最終滿足用戶參數要求為準。在本軟件設計時，每層根據實際設計要求，不同層的單絲直徑不一定完全相同，這就需要判斷不同層容納的單絲根數是否合理，過疏過密均不符合設計要求。在程序設計上，同樣對每一層的根數進行判斷，如超出范圍，則跳出對話框予以警示并要求重新調整，同時在界面上可以直觀顯示每層放置不同直徑單絲的數量，這為設計帶來極大的方便。
3.3 圖形設計
本軟件開發中，對圖形進行了重點設計。根據要求，在完成結構設計時，就要求將圖形顯示出來，從圖形上可以給設計者一個直觀形象。在此過程中，重點考慮在同一層中，如有兩種或三種以上不同單絲時（當然有三種不同單絲的情況較少，在設計中應避免），如何排列單絲組合？
每層中如有兩種單絲：
考慮到受力均勻的原則，如單絲數量相等，則不同單絲自動選取間隔排列。如單絲數量不等，需通過一步步的計算，逐步計算出該放置的根數。將單絲數量多的除以單絲數量少的，取整數部分為X，按X（數量多的單絲）：1（數量少的單絲）的比例進行排列。后分別減去已排列根數，再將單絲數量多的除以單絲數量少的，同樣取整數部分排列，以此類推直至全部排列完成。
舉例：如有一層絞式OPGW光纜，內層為1+6結構，最外層有兩種單絲，分別是鋁包鋼7根和鋁合金5根。
計算一：7÷5=1.4，X=1，按間隔1根排列；如圖1所示；
計算二：6÷4=1.5，X=1，再按間隔1根排列；如圖2所示；
計算三：5÷3=1.7，X=1，同樣按間隔1根排列，如圖3所示；
計算四：4÷2=2，X=2，按鋁包鋼2根，鋁合金1根排列，如圖4所示；
計算五：2÷1=2，X=2，最后將剩余2根鋁包鋼及1根鋁合金排列完，如圖5所示。
至此，圖形計算設計完成。當然我們在真正設計中應盡量避免這種不對稱結構的出現。
關鍵詞：產品設計；企業；成本
隨著中國加入WTO，中國經濟步入國際軌道，加快了中國經濟與國際經濟的交融，這是機遇也是挑戰。隨著國內外企業日益發展和壯大，企業間競爭也愈演愈烈。企業需要生存和發展，這就要企業在不斷尋求發展的同時，如何凸顯自身的優勢！
毫無疑問在其他條件相同的情況下，一個產品的成本越低，那么它在市場上越有立足的資本。
不過一切都有前提，降低成本也不外如是。作為一名設計師，需恪守產品設計的最基本原則。那就是產品的結構設計不能脫離模具可成型的原理；產品的設計不能脫離產品的基本功能。
簡單點說就是設計的產品結構要能實現模具的成型和產品脫模，能適應大批量的產品生產，否則再好的設計也不過是電腦臆想的奢侈品；同是也要符合產品設計的初衷——功能的體現，否則也不過是架子的花瓶，徒具美感罷了！
如何降低生產成本，這一直是企業與設計師孜孜不倦的話題。小到一顆螺絲釘、一片小紙片，當訂單成千上萬的飛來，這省去的一點點微不足道的配件，就會積累成一筆不可忽視的財富。
所以說，在產品開發完成前期，產品設計成了企業隱形的第一桶金。優化的產品設計不僅能縮短生產周期，還能降低生產成本，使企業在同類產品的市場競爭中鶴立雞群，拔得頭籌。
在產品設計之初，設計師必須對自己所要設計的產品有一個定位，這很重要，因為設計師必須考慮產品所負擔的最基本使命，即完成消費者對產品的外觀審美和使用需求[1]。切不可盲目地陷入閉門造車的漩渦中去，一切以消費者的眼光看待問題，才能迎合消費者的口胃，避免不必要的設計浪費。
比如，有個切身的例子，一名產品設計師因沒有考慮一款水平尺的市場定位，忽略了產品是針對歐美市場開發的，結果在設計握手圈時，設定尺寸只是參照了國人手掌的尺寸，卻忽略了歐美人的人均手掌大于國人。最終，這款產品無法銷售海外，開發出的產品設計失敗，造成設計浪費和資源浪費。
知已知彼，方能百戰不殆，所以在設計前，每個設計師都應先全方位地了解產品信息：如消費對象、市場定位、產品特色、客戶反饋等，只有你把所有的信息匯集起來，才能更好地設計產品；才能在不變動客戶大致要求的情況下，賦予產品更親和，更厚重，更富性價比的屬性。
產品設計涉及三個方面，分別是外觀設計、結構設計、工藝設計。
首先，在外觀設計上，因不同客戶需求，個性化特色、外觀審美等不同，此處無法贅說，但是有一點是必須的，設計好的產品外觀面與面間盡量做到光滑順暢，沒有一點突兀，在三維軟件中，操作者可將外觀模式調整到不帶線條的上色模式，以便檢查表面質量。如無特殊要求，配件與配件應特色統一，視覺親和，給予消費者視覺上舒適。
接著，在結構設計上，零配件的壁厚選擇是一大重點，首先從該配件功能作用出發，考慮塑件在使用和裝配過程中，可能受到的各種沖壓扭磨等各種外來的力，以此選擇合適的壁厚，在兩壁間距較大或支撐柱較高的情況下，還要適當增加一些加強筋，來增加配件的強度。塑件的壁厚一般為1～4mm [2]，過大的壁厚，不僅增加無謂的成本，也影響注塑成型時間，增加了生產周期。如果該塑件為外露件，也會造成塑件外表面收縮，影響外觀。所以從性價比考慮，原則是：在滿足塑件使用和裝配的前提下，壁厚越薄越好。
還有一點很重要，那就是設計時留有余量。這是為后續模具制作留下的伏筆，因為模具去材料容易增材料難，反映到塑件上就是塑料多一塊容易減一塊難，所以在產品設計時，如果對產品的尺寸沒有完全的把握，不妨保守一點，是孔的偏大一點，是柱子的偏小一點。即使有問題，后續的修模也會相對容易些。
最后，工藝方面就談選材和裝配，從四點說明。
一、在產品配件選擇上，盡量做到零件標準化，取材就地化。比如產品中用到螺絲，盡可能地選用可以隨處買到的標準件，而非特殊加工非標件。當然能借用的不僅是這些，一些本公司生產的其它產品如果有什么可以借用來的配件，大可照搬全抄，我想老板會很高心你幫他剩下一筆不菲的模具費。
二、在材料的認知上，設計師要做到心里有底，選料有素。比如ABS，它有一定的強度和硬度，可以用于外殼和不怎么受力的零件上；PVC韌度強，有彈性，可以用于防震和吸震的地方；POM堅硬耐磨，但材質較脆弱，可以承受大扭力或應力，但沖擊力較小的地方，比如齒輪或滑輪。諸如此類等等……
三、在材料的選擇上，設計師要在企業與消費者間尋求平衡點。當配件的選擇出現多元化時，設計師首先考慮消費者這個大方向，就拿都是防震的材料PVC和TPR來說，兩者在很多時候可以通用。但歐美客戶很看重材料對環境的影響，因此很多客戶在訂單中都要求材料環保，因此，在選材時，設計師就不會用到PVC。如果客戶沒有對此作出要求，那么從公司利益出發， PVC會是首選。
四、在裝配工藝上，需合理化、簡單化、效率化。一件成熟的產品是由多種配件裝配組合而成，故此設計師對于生產工藝絕不能陌生，一個合理的裝配工藝流程，不僅可以加快車間生產效率，還可以避免不必要的返工和報廢。裝配的工藝必須是可以實現的，在此基礎上，尋求最簡單、最有效率的方法。
效率決定時間，時間決定效益，這攢下的效益便會化為公司源源不斷的資源。所以，行內都有一句話：“就是笨蛋都能做的工藝就是最好的工藝。”
任何事物都不可能一蹴而就，產品設計也是如此。成熟的生產工藝是設計師先行的老師，在基層實踐打拼，了解現行產品的工藝，借鑒生產過程中出現的種種問題，并解決優化。正是通過在車間實踐基礎，才能奠定設計師跨出設計之路的第一步。
如此，設計師才能在實踐中豐富自我的設計意識，并為以后設計產品中融入成熟的工藝，積攢下筆筆隱形的一桶金。
總之，細節決定成敗，不管從外觀設計、結構設計、工藝設計上，設計師都應秉持“細節求精”的精神，為客戶提供滿意的設計產品，為公司省下隱形的成本，使之立于中國經濟之林，乃至世界之林貢獻自己微博的綿力。
參考文獻
關鍵詞：綠色橋梁 橋梁設計 探討
中圖分類號： TU997 文獻標識碼： A
1、綠色設計的概念及設計原則
1.1、綠色設計的概念
綠色設計(Green Design)，也稱生態設計(Ecological Design)、可持續設計(Sustainable Design)、產品全生命周期設計(Product Life Cycle Design)等。是指在產品及其壽命周期全過程的設計中，要充分考慮對資源和環境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，更要優化各種相關因素，使產品及其制造過程中對環境的總體負影響減到最小，產品的各項指標符合綠色環保要求的一種系統設計方法。相似于抗震設計，綠色設計是一種概念設計。綠色設計要對整個生產、生活系統物質能量的充分利用進行綜合分析,形成良性的生產循環,它具有減量（Reduce）、重復利用（Reuse）、和循環（Recycle）的特點。其中減量是指節約資源、降低能耗,實現可持續發展。重復利用是指在減少消耗的同時注重產品的再利用性,以最大程度的發揮產品的價值。循環指合理回收再利用廢棄物中有用成分以開發二次資源。
1.2、綠色設計的原則
綠色設計要遵從六項基本原則,即①產品全壽命周期閉環設計原則。從產品全生命周期出發，考慮產品的生命周期內各個階段對周圍環境的影響；②資源最佳利用原則。盡可能選用通過簡化產品結構實現可回收再利用性的可再生資源,并在產品的整個生命周期中最大限度的利用選用的資源的設計原則；③能源最佳利用原則。在產品整個生命周期循環中實現能耗最少，并盡可能的利用可再生能源；④污染極小化原則。在設計過程中就消除污染源,從根本上防止污染；⑤技術先進原則。應用最先進的技術來獲得最佳的生態經濟效益；⑥功能先進實用原則。綠色設計的最終目標是向用戶和社會提供功能先進實用的綠色產品。
2、橋梁結構物的產品特殊性
橋梁結構物具有極其特殊的特點,主要表現在:一是橋梁的建造在造價上和原材料的價格及設計、施工方案等相關,與市場的需要關系不大,基本是由政府部門根據社會、經濟的發展狀況來確定實施的；二是橋梁的建設規模導致橋梁設計對社會效益、經濟效益及生態效益影響巨大；三是橋梁設計的使用年限決定了其對社會、環境影響的深遠性；四是橋梁在其壽命范圍內的使用過程中不會產生對環境有害的垃圾但在超期服役后就變成了難以處理的廢棄物；五是橋梁需要具有抗侵蝕和抵御不利環境因素的能力。
3、綠色橋梁設計的思想
3.1、橋梁體系的選用
橋梁體系中的各種體系均有一定的適用范圍,在設計中要根據實際情況,對梁、拱、剛架、吊與組合體系進行合理的選用,避免提高造價和為建成后的養護造成困難。在橋梁設計中如若只一味地追求景觀效應,采用大量不同的體系進行設計,會出現很多弊端。首先會造成施工工藝復雜,需要使用大量不同的各種模板和機械設備。且使用構件的尺寸不能滿足受力要求；其次是對于一些不適用于上跨橋橋梁體系會造成視覺上的側向壓縮感使人感到壓抑。再次是由于索結構和鋼結構的橋梁對防腐的要求高,會造成建成后的養護工作繁雜,使投入加大,并且隨著交通的急速發展，上跨橋可能會改建，而復雜體系的橋梁改建難度非常大。以上這些弊端都不符合綠色設計的基本原則。所以在橋梁設計過程中應結合建設地周圍地理條件、采用相對簡潔、統一的結構體系。并充分考慮橋梁結構體系日后維護、改建的可行、便利。當然，復雜體系橋梁的景觀效果不能否定，只是不能過多。
3.2、橋梁結構設計
根據綠色設計的原則中的六項基本原則,在對橋梁結構進行設計時,要結合具體的實際情況,以橋梁的適用性 (serviceability)、安全性(safety)、經濟性(economy)和美觀性(aesthetics)為最終目標，進行技術先進的結構設計。
在設計中要準確分析結構受力, 充分考慮橋梁在其生命周期內所面臨的各種荷載、各種不利的環境因素以及自身承載能力的退化,通過全面精準的結構計算、科學合理的施工方案、綠色可循環的原料等方法在保證橋梁使用過程中的安全適用的前提下，減少材料能耗并降低環境污染。以最小的費用，實現最大的效益。在設計過程中還可以采用模塊化設計方法。模塊化的構件具有方便更換、拆除的優點,而且拆除后的構件仍然具有較大的利用空間。
3.3、橋梁附屬設備的設計
伸縮縫、支座、排水系統、照明系統等都是橋梁的附屬設備,他們雖然在工程造價中占用的比例不高,但也對整個橋梁的設計和應用起著重要的作用。目前大多數橋梁的排水系統設計比較簡單,不合理,使得大量的橋面污水肆意流淌直接擊打著地面,這種情況的形成正是當初在橋梁設計時未全面考慮環保因素而造成的。通過綠色設計可以實現對橋梁原有缺點的優化,使設計更為合理和實用。通過選擇性能更優越的PVC管等排水系統的材料可以使排水設備更輕質、節能、抗腐蝕。在設計中要根據當地的降水情況進行水力計算來準確設置足夠數量的排水系統。通過設計合理的排水管數量使橋面排水更順暢。在通過排水系統將水引離橋面后,還要考慮如何對水流進行疏導。例如可以直接將水流引至排水溝，以減少其對地面的二次污染。同時可以采用連接管將多個橋面排水管連通后再接入同一套疏導系統的方法來達到使整個橋梁更美觀簡潔、更低能耗的目的。
3.4、橋梁結構的耐久性設計
橋梁結構的耐久性是橋梁設計中的重要考慮環節,它決定著橋梁結構的使用壽命。使用壽命過短會造成資源的極大浪費,加大初期投資的成本和后期養護及維修費用成本,降低效益,違背了綠色設計的基本原則。在橋梁建設的初期設計中要根據其結構的用途對耐久性做出具體設計要求,對橋梁使用的材料、施工的便利性、橋梁的后期使用和維護以及功能過時和壽命期費用等因素都要在設計中進行充分考慮和關注。還要采取各種措施使橋梁結構在漫長的服役期內,能夠適應各種變化,從而能夠更好的為交通服務。要實現這個目標就需要在橋梁的設計階段對橋梁結構的可檢性、可修性、可換性、可強性、可控性及可持續性等因素進行充分的分析研究,要對傳統的設計理念提出挑戰,如果橋梁建成后其各個部件無法順利實現檢查、更換、及時修復,且不能得到有效控制、加強和可持續發展,就會導致橋梁結構在內、外因復合作用下,逃不出破損,倒塌的命運。工程師在對橋梁設計時,要認識到橋梁整體結構和各組成部件的壽命是不同的,例如:拉索的使用年限一般為10年至40年；橡膠支座的使用期限要小于20年；橋體鋼結構的油漆保護年限最佳狀況為20年；而拉索護套的使用年限不到20年等等。在設計中,設計師要充分考慮這些自身壽命期低于結構設計壽命期的部件,要實現對橋梁結構設計的變形在構造上達到“可控”的目的,同時在構造上保證其建成后可查、可修、可換、可加強,只有這樣才能在日后的運營階段對橋梁進行有效的維修、加固,達到保證橋梁結構耐久性的目的。
3.5、達到設計使用年限后的橋梁的處理
對橋梁進行的綠色設計,須遍及整個橋梁的生命周期,這樣設計出的橋梁與傳統理念下設計的橋梁相比校更具優越性。在注重綠色設計的同時對達到設計使用年限的橋梁的處理也要同樣給予重視。橋梁工程具有造價昂貴且不易回收再利用的特點,所以要以盡量延長其使用壽命為原則,對達己經到設計使用年限的橋梁,通過健康檢測來確定其承載能力,根據具體結果對可繼續使用的橋梁采用重新設定使用年限的方法處理,對于承載能力己經不能滿足使用條件的橋梁,可以采用降低等級或改作人行橋等方法來進行繼續使用。不得已需要拆除的情況下，要預先計劃好拆除產生的廢料綠色處理問題，這也是為什么橋梁設計中盡量采用綠色材料的重要原因。
4、結束語
總之，綠色是目前設計領域提出的一種全新的概念,在產品設計制造過程中,從形成概念到生產制造等各個階段,都以綠色理念為基礎,在設計制造中節約資源和能源,設法防止產品及工藝對環境產生的負作用,使設計出的產品更滿足綠色產品的要求,并從根本上防止污染。綠色橋梁是符合資源節約，可持續發展和綠色設計的主題思想、是橋梁工程全生命周期分析方法的體現，是橋梁工程設計創新發展的一個重要方向，是可持續發展戰略的一部分，應當大力提倡。
參考文獻
[1]錢煒,肖玉德.綠色橋梁設計[J].工程與建設,2006,06:750-752.
[2]錢煒,肖玉德.綠色橋梁設計探討[J].華東公路,2005,04:18-21.
關鍵詞：高壓隔膜片；注塑模具；隔膜模具；模具設計；生產制造設備 文獻標識碼：A
中圖分類號：TQ320 文章編號：1009-2374（2017）07-0009-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.004
S著社會經濟的快速發展，環保科技的發展對于高壓壓濾機膜片的使用量和需求量越來越大，在這種情況下，普通采用壓縮模具的生產膜片的方法，已經不能滿足市場的需求，故如何提高產量、優化和創新隔膜片生產成為關鍵，提高隔膜片產量成為我司及同行的發展重點。本文主要對能夠提高隔膜片生產量和高壓隔膜片質量的注塑模具設計進行簡要的分析。
1 高壓隔膜片注塑模具基本概型設計
隔膜屬于薄壁淺腔或者是片狀零件，所需要的鎖模力和成型面積都很大，但最后的開模行程、注塑量和容模厚度卻需要的很少，甚至經常不到設備總行程的20%，例如一件隔膜片直徑1200mm其厚度只用25mm，其所要的脫模行程是很短的。隔膜片模具設計時，必須考慮采用熱流道以及多個澆口布置，使得入料均衡。分型面必須設計在背面平整的位置。采用單層型腔模具設計，若條件允許也可采用雙層型腔模具那樣在相同設備、壓力條件下效率提高1倍。
2 高壓隔膜片注塑模具結構設計
通過以上分析了解到，腔隔膜片注塑模具設計中需要嚴格遵循相關原則，并根據隔膜片產品的實際要求來制定相應的注塑模具設計方案以及注塑方案，才能保證隔膜片生產的合理性，因此首要考慮隔膜片產品的結構特點進而去思考注塑模具的結構設計，以下主要從幾方結構設計展開分析：產品特點分析、澆注系統、冷卻系統等，每一項技術是否合理是直接影響到隔膜片注塑件的質量，具體分析研究如下。
2.1 產品特點分析
產品外形如圖1和圖2所示：
通過三維建模，分析該零件重量10kg，面積大，且結構有一定的復雜性，溝槽多，厚度不均性大，對平面度要求極高，表面粗糙度要求高。故而在模具設計時對于收縮率控制嚴格，應該在模具設計時考慮收縮對精度的影響，特別在冷卻和保溫系統做到均勻收縮。
2.2 澆注系統
普通注塑模具的澆注系統在運行時，不僅需要對模具進行澆口流道分布等設計，而且對設計人員設計經驗要求高，在運行投產時更需要大量的脫流道凝料，故而本設計采用開放式熱流道的澆注系統，不僅節約了大量的脫流道凝料，還大大提高產品的穩定性、成品率，確保模具高效運作，為我司節省大筆資金。除此開放式熱流道之外還考慮了針閥式熱流道，雖然針閥式在此產品應用上有更好的效果，但是考慮到后者價格貴是前者價格的5倍，綜合產品生產的經濟性，最終選定前者作為本模具的澆注系統。
根據產品特點澆口成星型布置，使得產品融合好，收縮時能夠很好的補料，在噴嘴的選擇上考慮內熱式和外熱式兩種噴嘴，最終選擇外熱式，這種對壓降損失小，特別是注塑后期補壓時能夠較好地進行補壓。
注意，外熱式噴嘴的噴嘴運作效果會受到外界因素的干擾，一旦擾，便會出現澆注不順利的問題，進而出現眾多制件的殘廢品，有甚者出現澆注系統損壞的情況，造成原料的浪費。因此，在模具澆注系統運作和制件成型時，都要確保熱噴嘴處于半絕熱的狀態，避免受到外界的干擾和影響，確保澆注系統的注塑順利。
2.3 冷卻系統
高壓隔膜片注塑模具設計需要考慮到冷卻系統設計，冷卻系統設計得是否合理直接影響到隔膜片的生產效益，甚至會影響到生產機械的散熱而引發故障等，因此在高壓隔膜片注塑模具設計的過程中，必須要注重冷卻系統的設計。在設計完澆注系統后，便是隔膜片模具成型冷卻系統的設計。一般的單層中小型注塑模具或原來生產隔膜的壓縮模具并不需要特別的冷卻系統，因此多采用自然冷卻。但是，此零件較為大型且薄厚嚴重分布不均，且根據該產品結構所設計出來的注塑模具所具有特點是模具板面多、板厚、冷卻效果差，所以在該模具的型芯和型腔板等多處位置都設計了冷卻回路，不僅確保了模具的均勻冷卻，還提高了冷卻系統運作的
效率。
此外，在冷卻回路的設計中，先是在型芯上開設環形冷卻溝槽，為避免液體露出，溝槽間還要設置環形密封圈，讓冷卻水從冷卻回路中最內圈的溝槽緩慢通入，最后從最外圈流出，而在底型芯上設計螺旋形循環水道；為方便生產加工制作多以直通式的冷卻水道，但要注意水道要有一定寬度，若是水道寬度過窄，不僅會影響冷水在整體冷卻回路中的水流速度，還會由于制件溫度過高而造成水道內蒸汽過滿、壓力過大，進而影響機械設備的運作。
2.4 脫模機構和分型機構的設計
脫模機構和順序分型機構是高壓的隔膜片注塑模具設計中機械聯合性動作較強的部分，面積大，在脫模時需要使得產品受力均勻的脫出，否則在產品脫出時將會損壞產品的密封面以及產品外觀，此機構也是決定隔膜片最后成型的關鍵。
（1）脫模機構，為了塑件脫模和簡化模具結構，所以將公模跟產品接觸的是一個平面，那么首先需要將產品留在公模上面，然后采用平行的多組頂桿將產品頂出；（2）分型面的設計是至關重要的，本著分型面應盡可能選擇在不影響外觀的部位，并使其產生的溢料邊易于消除或修整的原則，此產品的分型面放在平面處，分型面的排氣至關重要，設置多組排氣，并且將排氣位置設計在料的終端，否則如此大的零件又在快速注塑的條件下，排氣不暢通勢必會造成廢品，輕則影響產品各個方面的質量。
2.5 模具總裝圖
模具總裝圖如下：
3 高壓隔膜片注塑模具的工作流程設計
簡單的說，工作流程就是高壓隔膜片注塑模具的注塑生產工藝，由于產品形狀、結構的不同，因此工作流程也有著一定的差異，而且高壓隔膜片注塑模具生產方式與其他隔膜片模具生產方式也有著很大的差異，因此，需要結合高壓隔膜片注塑模具的具體施工條件以及施工要求進行工作流程的設計。
3.1 模具工作流程
依據上文高壓的隔膜片注塑模具的結構設計，下面將模具的工作流程設計分為兩部分：（1）第一步，包括澆注系統和冷卻系統兩部分，首先是啟動冷卻系統，引入冷水從型芯、型腔板二個位置的內部水道進入，充滿直到螺旋式循環冷卻回路都有冷水流動為止；等待冷水充滿冷卻回路后，啟動澆注系統，外熱式噴嘴調制半絕熱狀態，進行初期的制件澆制，并運向冷卻回路，使得初期制件基本成型，注塑完畢后進行一定時間的保壓；（2）第二步。在第一步完成制件的成型，第二步是制件的“出模”。模具開啟，靠分型機構的作用，使得模具先拉出零件將零件留在動模上進行有效分型，等待達到預定距離后，注射機頂桿頂動出板，進而將隔膜頂離型芯，幾十個均勻分布的頂出桿頂出，使得制品脫離型芯，至此，制件的完成品被完全脫離。
3.2 工作流程設計中應注意的問題
（1）澆注系統。在高壓注塑模具中，澆注系統運用的是外熱式噴嘴，且結合熱流道技術的結構特點，使得使用外熱式噴嘴時，不僅要考慮外熱式噴嘴運行的半絕熱狀態，還要考慮熱流道的溫度控制，這也是熱流道技術運用的難點之一，是工作流程設計最應當注意的問題。對物料配方確定后經過反復試模記錄下最好的控制溫度，模具選用閉環控制的熱流道系統，此外，若改變了制件的物料配方，還要根據制件的塑料性能、成型溫度和制品要求，重新設定適合的溫控數值和精度。（2）冷卻系統。冷卻系統是一個承接系統，其不僅決定著澆注系統最后的成品，還影響著后續脫模機構及順序分型機構是否能夠繼續運作。然而，冷卻系統很容易受到外界和內部的影響和干擾。例如：冷卻系統需要大量的冷水，一般廠家會選擇循環水系統，然而一旦循環系統出現阻塞等現象，冷水供應不足，便會造成初品冷卻失敗，有甚者，冷卻水管開裂，則如何確保冷卻系統的冷水回路正常流通應當成為在模具設計中重點關注的問題。
4 結語
高壓的隔膜片注塑模具和現有的壓縮模具相比，產品生產效率提高了一倍，在資源有限的情況下，能夠直接降低公司制件的生產成本，M足節能減排的發展要求。并且，注塑件比壓縮件產品致密度更高，大大提高了制件的壽命，真正地做到了節約投資、科技環保和提高生產效率，增強了商家的經濟實力，實現了真正服務于客戶，促進了國民經濟的進一步發展。
參考文獻
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關鍵詞：價值工程；產品成本；直接材料成本
0前言
我們知道，設計階段決定了產品成本80%。隨著科學技術的發展,各種機器加工方法越來越先進，原來的材料，人工，制造費用三分天下的情況已經慢慢地變成了原料和制造費用為主的結構，人工成本已經大大的降低。直接材料成本是產品成本的主要構成部分，一般來說，傳統工業產品的直接材料成本占產品總成本的60%-80%，占銷售額的40%-70%，隨著自動化程度的提高，材料成本的比重有不斷加大的趨勢。本文應用價值工程圍繞以設計階段降低產品的直接材料成本為中心展開。價值工程是在產品開發設計階段即進行的價值與成本分析活動，它力求以用最低的產品壽命周期成本可靠地實現產品的必要功能。價值工程更是在開發設計階段提高產品質量,降低成本的利器。
1價值工程的理論基礎
價值工程的基本原理是：價值V=功能F/成本C。這里所說的功能是產品功能，是指產品的用途和作用；成本為產品壽命周期成本，是指從產品研發、制造、使用、維修直至最后報廢為止的全過程中所發生的各種費用的總和（如下圖示）。價值工程將產品價值、功能和成本作為一個整體同時考慮。也就是說價值工程是在確保產品功能的基礎上綜合考慮生產成本和使用成本，兼顧生產者和用戶的利益。從價值基本原理即價值V=功能F/成本C可以看出，提高產品價值的有多種途徑，比如：（1）提高功能值，降低成本，大幅度提高價值：即F↑C↓=V↑↑；（2）功能值不變，成本降低，提高價值：即F→C↓=V↑；（3）功能值有所提高，成本保持不變，從而提高價值：即F↑C→=V↑；…不論通過哪種途徑，價值工程都能有效幫助企業降低成本。有效運用價值工程技術全面降低成本，使產品生命周期成本最低，已成為企業提高成本能力必不可少的途徑。
2在產品設計階段導入價值工程收效更好
在產品生命周期的不同階段導入價值工程活動，創造的經濟效益各有不同。但是在產品研發階段推廣價值工程活動取得的效果都更為顯著，主要因為是在產品設計、工藝設計、工裝設計上進行修改、優化和革新，使之合理化，涉及面不大、所需費用較低。因此，越來越多的企業在產品研發設計階段引入價值工程的理念。
3直接材料成本組成
隨著科學技術的發展，自動化的程度的提高，直接材料成本成為產品成本的主要構成部分，一般來說，傳統工業產品的直接材料成本占產品總成本的60%-80%，而且占比由擴大的趨勢。因此，直接材料成本在設計階段成本關注重點之一。首先，直接材料成本由直接材料消耗量和直接材料采購價格兩者共同決定，其中，直接材料消耗量又分為凈用量和額外損耗兩部分。具體如下：
4降低直接材料成本的途徑
由直接材料成本構成，可以降低材料消耗量和降低材料采購價格兩方面入手，通過各部門分工配合，跨部門協同來開展降低直接材料成本的活動。途徑1：減少直接材料消耗量a)減少凈用量。凈用量是設計直接決定的，因此，優化設計可以從源頭減少產品的材料消耗。b)減少額外損耗。工藝性損耗很難根除，卻可以通過工藝優化改進而使之最小化，如改進模具設計、優化工藝排布可以大幅度減少沖壓邊角料；通過加強標準化作業管理和現場質量提升，提高質量保證能力，使質量成本最小化，可以大幅降低質量損耗；加強物流管理，減少賬面和實物的差異、變質、破損等損耗，可以有效控制物流損耗。途徑2：降低直接材料的采購價格（1）變更材質。在滿足功能要求、保證質量和壽命前提下，使用更充足、價格更便宜的材料來代替現有材料，這是降低直接材料采購成本的有效方法。這種方法需要經過嚴謹、系統的技術保障措施，必要時需要獲得客戶或技術設計部門的認可，因此實施周期比較長，也需要一定的技術投入。（2）供應商降價。（3）多家采購。
5研發設計階段中的具體應用
A）優化產品設計是降低成本活動的重中之重。我們知道，產品設計是成本的源頭，設計階段決定了產品的材料使用量，資源消耗及標準成本。從產品策劃和產品開發設計階段抓起，通過優化產品設計，通過技術性措施從源頭控制成本，是降低成本活動的重中之重。優化產品設計是指圍繞產品實現的功能，對現有產品進行結構分析，以滿足功能，降低成本為目標，找出其中不合理之處進行改進。如何做到優化產品結構設計，這里有三種方法推薦：（1）運用ESCR（取消合并簡化重排）原則是改進的最重要方法之一，在作業改善和流程改善中被廣泛運用。將之運用于產品的設計改進，同樣有很強的導向作用，常常有出其不意的效果。在推行產品結構優化的過程中，運用ESCR原則可以幫助我們發現改進空間，即通過功能分析對比現有結構，看看那些結構是不必要的，是可以取消的（E),哪些細小結構是可以合并的（C),哪些結構太過復雜而可以簡化（S)，整體結構是否可以重排（R)以便更加緊湊。ESCR原則的核心是價值分析，用最簡單的方式、最低的成本實現功能，滿足客戶的需要，從而價值最大化。（2）運用比照法。比照法也是產品結構優化的最重要方法之一，通過對競爭對手，行業排名靠前的產品的解剖和比較，發現其優越之處，取他人之長，為己所用。利用比照法，直接學習競爭對手或行業頂尖水平的長處，系統地找到優化設計、降低成本的具體項目，由跨部門項目小組全面推進，最終達到降低總成本、領先競爭對手的目標。（3）產品小型化。隨著人類社會的發展，產品小型化成為明顯的趨勢：一是源于客戶或消費對產品便利性、舒適性的需求，二是源于資源稀缺和環保意識提升帶來的節源環保的需要。小型化是價值工程在節省產品直接材料方面的重要方法，通過系統分析和必要的技術論證，在確保實現相同功能，保證產品質量和壽命的前提下，通過使產品更短、更小、更輕、更薄，從而減少產品材料消耗，所以也可稱為短小輕薄化。需要注意的是，對現有產品進行結構優化，經常要考慮到生產工藝/設備/模具/工裝夾具/工序作業等相關內容，需要一定的硬件投入，并需要一定的改造成本或投資成本。這就需要我們進行經濟分析，考慮行業趨勢、技術發展方向，從中長期的角度計算產出投入比和降低成本效益。同時，還要看到，現有產品的結構優化將為新產品的開發帶來直接的經驗，前期投入會在后續新產品的生產中獲得很大的回報。所以產品的技術創新是項面向未來的工作，不可不做，不可遲做。優化結構設計、降低總成本是一個長期的過程，與工藝技術、管理水平密切相關，只要堅持不懈、系統推進，一定能提高企業的成本競爭力。B)材質優化選擇變更。資源的稀缺性決定了資源的價值，不同的材料因此也不同。如果能以滿足功能為前提，根據市場供求狀況和價格水平，通過設計更改和工藝優化，采用市場供應更充足、價格更為經濟的材料進行代替，則可以有效降低直接材料成本。（1）材質優化變更的功能考慮：a)用高強度材料代替低強度材料，如用不銹鋼材料代替黃銅材料，其強度提高了，而材料的用量大幅度減少，總成本更低。b)用高性能材料代替低性能材料。c)用便宜材料代替貴的本材料，在相同的使用量（一般情況下為體積或重量）的情況下，使用便宜的材料代替昂貴的材料，并通過短小輕薄化降低總成本。d)新材料的應用。以滿足功能為前提，利用材料的物理性能、化學性能或價格優勢，經過綜合經濟技術分析，通過材質變更可以達到總成本最低的目標。（2）材質優化變更的工藝考慮：工藝技術是產品的實現途徑，材質變更需要工藝的支持。工藝先進也是一種節約，它能減少生產環節，確保產品質量、降低生產成本。隨著工藝技術的不斷進步，運用新技術、新方法職稱材料變更的實現，是降低材料成本的重要保證；同事，新材料的采用又能簡化工藝、降低加工成本，二者相互作用、相輔相成。引進、消化高科技設備和工藝服務于生產，走生產、研究、開發并舉的道路。企業要想不被市場淘汰，必須在科技創新上下功夫，既要投入巨資增添新設備、新工藝，更要用好新設備、新工藝。材質變更的實現除了需要考慮功能的因素，還要考慮工藝方法的可行性和硬件投資的產出投入比。所以，一定要進行全面的經濟分析，同時綜合比較內部制造和外部采購的優勢，以總成本最低為目標進行決策。C)優化產品設計注意提高材料的利用率。材料利用率是工藝損耗高低的直接反映。提高材料的利用率的基本途徑是通過優化產品設計和工藝設計、提高工藝能力和質量水平，最大限度的減少損耗。（1）優化產品設計。對某種加工工藝來說，零件的形狀、尺寸和精度直接影響其材料利用率，因此，根據工藝特點優化產品設計是提高材料利用率的重要途徑。（2）工藝革新。用新工藝取代舊工藝，工藝改革往往帶來突破性的降低成本效果。因此，借助工藝部門的技術力量，生產部門的大力參與，集思廣益，不斷將新工藝導入企業而取代原有工藝，是提高材料利用率的重要途徑。（3工藝優化。工藝優化是在現有工藝基礎上，結合生產實際情況，通過比較性試驗找出更適合、更有效的方法，來提高產品質量、降低材料消耗。
6結論
隨著科技的進步，自動化程度越來越高，產品直接材料成本占比也越來越高。本文應用價值工程的理論，旨在幫助產品設計者，在設計階段降低產品成本提供些建議參考。
參考文獻：
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[4]溫香芹.結合企業實際.降低采購成本[J]管理薈萃,2007(01).
關鍵詞：綠色設計；綠色材料選擇；回收性設計；可拆卸性設計；生命周期評價
收稿日期：2009-03-03
作者簡介：景華榮（1969―），男，江蘇江都人，江都職業教育中心校教師，揚州大學2007級工程碩士研究生，主要研究方向為機械設計理論與教學。
中圖分類號：TU201 文獻標識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)03-0048-03
1 綠色設計概念及特點
1.1 概 念
綠色設計(GD：Green Design)，也稱為生態設計(ED：Ecological Design)、環境設計(DFE：Design for Environment)、生命周期設計(LCD：Life Cycle Design)。
綠色設計不同于傳統設計，綠色設計包含產品從概念形成到生產制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個階段，即涉及產品整個生命周期，是從搖籃到再現的過程。也就是說，要從根本上防止環境污染，節約資源和能源，首先決定于設計，要在設計過程中考慮到產品及工藝對環境產生的負作用，并將其控制在最小范圍之內或最終消除，這就是綠色設計的基本思想。
圖1為一種基于層次的綠色產品設計體系。該體系包含目標層、設計內容層、主要階段層、設計因素層4個層次［1］。
綠色設計與傳統設計的根本區別在于，綠色設計要求設計人員在設計構思階段，就要把降低能
耗、易于拆卸、再生利用和保護生態環境與保證產品的性能、質量、壽命、成本的要求列為同等的設計目標，并保證在生產過程中能夠順利實施。
綠色設計是生產綠色產品的保障，在實施綠色制造過程中，綠色設計是關鍵。研究表明：產品性能的70%～80%是由設計階段決定的，而設計本身的成本僅為產品總成本的10%［2］。因此，只有在設計階段按照綠色產品的特點進行規劃、設計，即進行綠色產品設計，才能保證產品最終的綠色特性。
1.2 特 點
由綠色設計的定義可以看出，綠色設計的主要特點包括以下幾個方面：
①擴大了產品的生命周期；②綠色設計從源頭上減少了廢棄物的產生，有利于保護環境，維護生態系統平衡；③綠色設計可以防止地球上礦物資源財富的枯竭；④綠色設計將減少廢棄物的數量及其處理的棘手問題，避免通常垃圾處理采用的填埋、焚燒法所造成的二次污染。
1.3 方法及工具開發
綠色設計是一種綜合了面向對象技術、并行工程、壽命周期設計的一種發展中的系統設計方法，是集產品的質量、功能和環境為一體的設計系統。綠色設計的方法主要有：生命周期設計法、并行工程法、模塊化設計法。
綠色設計工具的開發研究是綠色設計的重要內容，國內外的研究部門和企業都進行了很多研究，主要側重于材料選擇、拆卸分析、環境影響評價等方面，目前已開發或正在開發的典型綠色設計工具有：Boustead數據庫、DFA/DFD（計算機輔助拆卸分析）、Ecomanager、LCAiT、Simapro5、Green Assessent、Cummpan、CALA等［3］。
2綠色設計的材料選擇
2.1 綠色材料的概念
綠色材料(Green Material：GM)，又稱環境協調性材料 (Envionmental Conscious Materials：ECM)或生態材料(Ecomaterials)，是指那些具有良好使用性能或功能，并對資源和能源消耗少，對生態與環境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環利用，在制備、使用、廢棄直至再生循環利用的整個過程中，與環境協調共存的一大類材料。
綠色材料是綠色設計的基礎，綠色材料對綠色產品的綠色程度有著重要作用。因此，綠色設計的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎之上。綠色材料不僅包括直接具有凈化環境、修復等功能的高新技術材料的開發，也包括對使用量大而面廣的傳統材料及其產品的改造。隨著產品對環境性能要求的不斷提高，傳統產品設計中材料選擇有明顯不足之處。主要表現在：
(1)所用材料種類繁多；
(2)選材很少考慮材料的加工過程及其環境的影響；
(3)所用材料很少考慮報廢后的回收處理問題；
(4)沒有考慮所用材料本身的生產過程。
由此可見，傳統的材料選擇方法已不能適應綠色產品及綠色設計的要求，必須從更廣泛的角度考慮材料的選擇，不僅應考慮基本性能要求，更應著重考慮材料的環境屬性。
2.2 綠色設計材料選擇的準則
綠色產品設計首先應要求構成產品的材料具有綠色特性，具體來說，在材料選擇時，應符合以下要求：
（1）具有良好的使用性能。
（2）所用材料應是低能耗、低成本、少污染的材料。
（3）盡量不用或少用短缺的或能耗大的原材料，多用廢料或再生循環材料作為原料。
（4）盡量不用或少用有毒有害的原材料。
（5）所用材料應是易回收、易處理、可降解材料，且具有最大的再生利用率。
（6）所用材料應是易加工且加工中無污染或污染最小。
（7）材料在整個生命周期的全過程對生態環境無副作用，而不僅是某一生產過程具有低的環境負荷值。
2.3 綠色材料的評價
產品設計中所選材料的綠色程度有多大，所選材料是否是綠色材料，這對材料比較和選擇具有重要作用。這種材料的選擇決策也就是綠色材料評價。開展對材料、產品及其生產、使用直至廢棄全生命周期或某個環節的環境協調性評價研究，是綠色設計評價的基礎性工作。
3 產品的可拆卸性設計
3.1 拆卸設計的概念
所謂拆卸就是從產品或部件上有規律地拆下可用零部件的過程，同時保證不因拆卸過程而造成該零部件的損傷。面向拆卸的設計（Design for Disassembly，DFD）是一種使產品最容易拆卸并能從材料回收和零件重新使用中獲得最高利潤的設計方法學，它研究如何設計產品才能高效率、低成本地進行組件、零件的拆卸以及材料的分類拆卸，以便重新使用及回收。產品的可拆卸性是產品回收再生的前提，直接影響產品的可回收再生性［3］。
3.2 拆卸設計準則
可拆卸性要求在產品設計的初期就將可拆卸性作為結構設計的一個評價準則，使所設計的結構易于拆卸，維護方便，并可在產品報廢后可重用部分能充分有效地回收和重用，以達到節約資源和能源、保護環境的目的。拆卸設計應遵循以下基本準則：①拆卸工作量最少準則；②易于拆卸準則；③易于分離準則；④產品結構的可預測性準則。
3.3 拆卸設計評價
拆卸評價是對設計方案進行評價―修改―再評價―再修改直至滿足設計要求的動態過程。評價的內容、指標、標準是評價的關鍵。提出一套完整的拆卸性評價指標體系，建立嚴格的評價標準是評價系統的基礎。
4 產品的可回收性設計
4.1 回收設計的基本概念
回收設計（Design for Recycling，DFR）就是在進行產品設計初期，充分考慮產品零部件及材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結構工藝性等與可回收有關的一系列問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，并在回收過程中對環境污染為最小的一種設計思想和方法。
產品可回收性設計的內容包括產品零部件的回收性能分析、可回收材料及其標志、回收工藝與方法、回收性經濟評價、可回收性產品結構工藝性等幾個方面。
4.2 回收設計的特點及經濟性分析
從回收設計的定義可以看出，回收設計與傳統設計有很大的不同。回收設計在產品的設計初期就考慮消除或減少廢棄物的產生，并在產品廢棄淘汰時，對其進行經濟有效的回收或使廢舊產品的零部件得到重用、移用。回收設計主要有以下特點：
(1)回收設計可使材料資源得到最大限度地利用；
(2)回收設計可減少環境污染，保護生態環境；
(3)回收設計有利于持續發展戰略的實施；
(4)物流的閉合性。
對回收經濟性進行分析應根據產品類型、生產方式、材料種類等，收集整理各有關數據資料并參考現行的成本預算方法，目前所采用的參數通常為回收的費用收益比和凈收益兩種，其表達式為：
費用收益比=總回收收益/總回收費用
凈收益=總回收收益－總回收費用
4.3 產品回收的基本原則
回收設計是產品在使用壽命終結時獲得重新利用的基礎，從廢舊產品中不斷的拆卸與回收零部件，其回收價值如圖2所示。圖中的極值點是經濟回收的極限點，在高價值零部件優先回收的前提下，該點表示拆卸的過程或步驟開始進入負價值拆卸。在這種情況下，就限制了產品的進一步拆卸與回收，因此，在廢舊產品的回收過程中，主要有以下基本原則可供遵循：
（1）若零件的回收價值加上不回收該零件所需的處理費用大于拆卸費用，則回收該零件；
（2）若零件的回收價值小于拆卸費用，而兩者之差又小于處理該零件的費用，則回收該零件；
（3）若零件的回收價值小于拆卸費用，而兩者之差又大于處理該零件的費用，則不回收該零件，除非為了獲得剩余部分中其他更有價值的零件材料而必須拆卸；
（4）對所有不予回收的零件都需進行處理。
回收的零件及材料的價值應從高到低，當回收效益為零或負值時，則停止拆卸。
4.4 回收設計準則
在回收設計中，應遵循以下設計準則：
①設計的結構易于拆卸，減少拆卸的工作量；②可重用零部件材料要易于識別分類；③結構設計應有利于維修調整；④限制材料種類，采用系列化、模塊化的產品結構；⑤盡可能利用回收零部件或材料；⑥應便于分離拆卸不同的材料組合；⑦采用相容性好的材料。
5 綠色設計評價
5.1 概 述
綠色產品設計的最重要的環節就是研究開發對產品整個生命周期進行評價的方法和工具。綠色設計評價可以利用各種工具，以支持生命周期各個階段設計過程的進行，其中最為有效的方法為生命周期評價。
5.2 生命周期評價的概念
生命周期評價(LCA：Life Cycle Assessment)，或稱“環境協調性評價”。LCA是對產品系統在整個生命周期中的環境影響、物質和能源的投入產出和潛在的環境影響進行定量分析和評價的一種方法，是對綠色產品進行認證的最有效方法。
5.3 LCA的技術框架
根據1997年的ISO14040標準的定義，LCA技術框架如圖3所示，它包含了目標和范圍定義、編目分析、環境影響評估、環境解釋4個組成部分。
參考文獻：
［1］ 張崢嶸，袁清珂.21世紀制造業的特點及其關鍵技術［J］.機械工程師,1999(1)：1~3.
［2］ 劉飛.21世紀制造的綠色變革與創新［J］.機械工程學報,2000(1)：7~13.
1.1概念設計知識分類與表達
概念設計是對設計問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設計階段[7].概念設計從不同的角度有多種定義[8].一般認為,概念設計是指以設計要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統所包含的工作流程,是一個由功能向結構的轉換過程。
圖1描述了一般概念設計的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據設計要求,運用各種分析、設計方法推理而生成的多個方案,是個發散過程；評價則從方案集中擇出最優,是個收斂過程。概念設計是將所設計的產品看成一個系統,運用系統工程的方法去分析和設計。具體說,概念設計就是將設計對象的總功能分解成相互有機聯系的若干功能單元,并以功能單元為子系統進行再次分解,生成更低一級的功能單元,經過這樣逐層分解,直至對應的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實現的技術原理解。概念設計的主要任務是功能到結構的映射,概念設計過程主要包括：功能創新、功能分析和功能結構設計、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構思和決策。
根據概念設計的過程及人在設計時的認知特點將概念設計知識分為元知識和實例知識（其分類如圖2所示）。元知識中主要包括功能知識、技術原理解知識、結構知識等。實例知識中主要包括方案設計實例、技術原理解實例、產品實例等知識。
（1）功能知識。主要描述產品完成的任務,描述產品的功能及功能子項。描述產品要完成的功能,包括功能內容、實現參數、性能指標等；
（2）技術原理解知識。描述產品功能及功能子項的原理解答。它的表達要復雜些,一方面可用文字、數字表達它的說明、解答參數,另一方面,要有圖形支持產品原理解答；
（3）結構知識。描述產品的結構設計狀況,是對原理域知識的細化和擴充,是求解原理解的結構載體,可描述產品關鍵部分的形狀、尺寸和參數。產品功能結構的映射（簡稱為功構映射）就是對產品的功能模型進行結構實現的求解,是將產品功能性的描述轉化為能實現這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關系的零部件描述。在這里功能是產品結構的抽象,是結構實現的目的；而結構則為實現某功能而選用的一組構件或元件。功能結構間的關系一般而言是多對多的映射關系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實現,而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能；
（4）實例知識。已成功或失敗的設計范例,包括方案設計實例,產品結構知識實例、技術原理解實例等。它包含了更多的實際因素,是類比設計和基于實例推理設計的基礎。
以工程機械中某型滑模式水泥攤鋪機為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細分為滑模作業、控制作業等功能,滑模作業功能又可細分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個功能的實現可能會由幾個結構組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機滑模作業功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個結構一起才能實現。圖3為該水泥攤鋪機的功能層次定義和功能分解結構舉例。該產品所對應的結構分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業功能的技術原理解簡圖、技術原理解的評價、參考產品,以及實現該功能的說明等相關的知識。
如何利用計算機技術對概念設計予以支持,對概念設計知識進行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統,最常用的知識模型包括框架、產生式規則、語義網絡、謂詞邏輯等。專家系統的知識建模主要側重符號層的系統實現,很少考慮動態的,非結構化的知識,造成專家系統解決問題的局限性,使得專家系統不能解決大型復雜問題。
本體作為“對概念化顯式的詳細說明”[9,10],研究領域內的對象、概念和其他實體,以及它們之間的關系,可以很好地解決概念設計知識的表達、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設計知識可以支持細粒度的產品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領域的知識,如概念、事實、規則等；支持語義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進行語義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過程描述
本體是某一領域的概念化描述,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,它包括兩個基本的要素：概念和概念之間的關系。本體的構建必須滿足以下的要求：對目標領域的清晰描述；概念或概念之間關系的明確定義；一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語言形式和XML文檔形式等。
基于本體的產品概念設計知識建模過程包括3個階段：
（1）產品概念設計知識目標確定。產品概念設計知識定位,概念設計知識的定位決定本體構造的功能需求及最終用戶。
（2）產品概念設計知識本體分析與建立。根據需求分析,確定該領域的相關概念及概念屬性,并用XML語言進行形式化描述。這個階段是建立概念設計知識本體的關鍵環節,直接影響到整個本體的生成質量,同時也是工作量最大的階段。
（3）產品概念設計知識本體評價。對所創建的本體進行一致性及完備性評價。一致性是指術語之間的關系邏輯上應保持一致；完備性是指本體中概念及關系應是完善的。我們稱該3階段的組合為產品概念設計知識本體建模的一個生命周期（見圖6）。
1.3概念設計知識的本體表示
在此我們以工程機械中滑模式水泥攤鋪機為例,結合圖3～圖5中的實際知識,從概念實體、概念屬性及概念間關系等方面來說明產品知識、功能知識、技術原理解知識、技術原理解實例等概念設計知識的本體表示,通過概念蘊涵、屬性關聯、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質聯系,形成一個語義關系清晰的產品概念設計知識模型。建模采用目前最新的OWL語言描述。
表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機繼承了一個產品的所有屬性,此外還具備了關系屬性：攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制：只能應用于滑模式水泥攤鋪機領域,且取值變化只能在攤鋪寬度中（省略了關于滑模式水泥攤鋪機類似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。
（3）功能知識類
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表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關產品（省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創建人、創建時間、存儲位置等）。
（4）功能技術原理解類
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表述的語義為一個功能技術原理解具有對應的功能名稱,相關的技術原理解簡圖（省略了技術原理解類似屬性的定義,如評價、參考產品、創建人、創建時間、存儲位置等）。
上述描述中,使用類公理（subclassof）描述了兩個類（概念）之間的繼承關系,如滑模式水泥攤鋪機類是產品類的子類。在描述類屬性時,使用關系屬性（objectproperty）描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機類的一個屬性,同時也表達了和攤鋪寬度類之間的對應關系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應用領域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機類,且它的取值只能是攤鋪寬度數據集。
1.4基于本體的概念設計知識管理的特點和優勢
基于本體的概念設計知識管理可以讓設計人員更好地重用已有的概念設計知識,基于本體的概念設計知識管理具有以下的一些特點或優勢：
（1）支持用戶定制知識類別。產品概念設計過程中,需要運用多種類型的知識,如：功能類、功能技術原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點,不能用相同的描述框架來處理。基于本體的設計知識建模允許用戶對設計中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設計中多來源多類型知識的表示問題。
（2）支持概念共享的知識庫構建。概念設計知識本體的構造澄清了概念設計領域知識的結構,為概念設計知識的表示打好了基礎,而本體中統一的術語和概念也使概念設計知識更好地共享成為可能。基于本體的概念設計知識表示在區分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯系。通過概念間的共享機制,避免了設計知識庫的數據冗余和數據不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統計處理。
（3）多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應用系統中一般采用基于關鍵字的數據庫查詢方法,由于其數據庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關系、事實和實例的領域模型的基礎上,因此無法實現智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統得不到意義相同但用詞（語法）不同的內容。當需要對多個數據源進行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本體的概念設計知識管理中由于具有統一的術語和概念,知識庫建立在本體的基礎上,使得基于知識的設計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉換器按照本體把各種檢索請求轉換成對應的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數據集合,解決了語義異構的問題。
從人在設計時的認知特點出發,可以采用基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實現基于知識檢索的設計意圖的匹配。
2、基于本體的概念設計知識管理
2.1概念設計知識管理系統結構
結合工程機械行業的實際,本文提出了圖7所示的基于本體的產品概念設計知識管理系統結構,系統按照知識產生、獲取和利用的流程來構建,系統結構主要包括概念設計知識管理工具、數據接口程序以及基于本體的概念設計知識庫,具體由4個部分構成。
（1）概念設計知識獲取。概念設計知識的獲取包括從概念設計知識本體定義、本體之間關系定義、本體知識庫生成到概念設計知識獲取整個過程。
（2）概念設計知識維護。主要包括從概念設計知識本體維護、本體關系維護、知識庫重新生成到概念設計知識維護的過程,實現對本體的屬性修改,各類知識之間的關系維護,以及知識庫的更新等。
（3）概念設計知識檢索重用。系統中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實現同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術語表示相同的設計信息的人可以得到相同的知識幫助。
（4）概念設計知識庫的構建。要實現基于本體的,支持客戶自定義的概念設計知識管理,系統必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統基石的知識庫的構建就不能采用完全預先定義的方式,在系統中我們采用基礎數據庫加上在此基礎上經過本體定義工具動態生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實現。
2.2概念設計知識管理關鍵技術及實現
關鍵詞：汽車沖壓件；沖壓工藝；設計；材料消耗
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A
近年來隨著汽車工業的快速發展，汽車覆蓋件的開發技術也逐漸成為研究的熱門。汽車覆蓋件既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件，它包括汽車外覆蓋件和汽車內覆蓋件及骨架件，汽車外覆蓋件主要是指人們能夠直觀看到的汽車車身外部零件；汽車內覆蓋件主要是汽車內部零件被一些外部裝飾或者其他零件遮擋覆蓋，造成稱身內部零件無法被觀察到。汽車覆蓋件主要作為汽車的裝飾性零件，但其不僅僅是起裝飾功能，還起到一些其他功能作用。汽車的市場定位以及車身造型都取決于汽車的外覆蓋件的設計。除此之外，汽車外覆蓋件也具有很多功能作用，對于汽車的防噪音效果、汽車的碰撞安全程度都取決于汽車的外覆蓋件的安裝，其在汽車生產過程中的總成本計算中也占據著很大的比例。汽車沖壓件材料的消耗對于汽車生產企業有著很大的影響，因此，需要從汽車沖壓件的結構設計、工藝方法等方面進行重新設計優化，才能夠很好的降低汽車沖壓件的材料消耗。
一、汽車沖壓件的優化設計
（一）汽車沖壓件的結構設計優化
1、簡化設計結構，提高設計水平：設計尺寸主要決定著產品的結構，也決定著產品在使用過程中的材料消耗與質量。因此，在結構設計過程中，需要根據材料的性能，合適的減小尺寸，不僅節省了工藝流程，也降低了材料的消耗。要想降低沖壓件的損耗，就必須對材料的質量進行提升，在車身設計中，如果在各項條件都充足的情況下，為了降低材料的生產成本，應該簡化材料的生產結構，減少材料的焊接量，縮短裝配線長度，簡化裝焊工具及設備，能夠對整個車身的質量減輕，更有利于自動化的實現。對于各處載荷不一致的載貨車架而言，應對車架載荷采取有限元法進行模擬分析，合理的選取材料的厚度，更好的降低材料消耗。
2、減少總成數量：在汽車鉚接件與車身的沖壓件總成之間一般都有重疊處；對于一些無重疊的焊接結構件間，各分件的修邊廢料之和或落料搭邊值比整體拉延件多，其次還使得焊條材料消耗增加。因此，在所有條件允許的情況下，如生產工藝以及生產材料允許情況下，應盡量采取以沖代焊。
3、降低工裝難度：產品結構在滿足功能和焊接匹配要求的情況下，從沖壓工藝分析的角度出發，避免結構復雜，避免增加模具復雜程度。以圖一為例，按沖壓工藝分析，產品中虛線圈定的部分為：立面1與沖壓方向的垂直夾角為0。，立面2為1.5。。由于拉延角度過小，制件回彈不易控制，同時若按照這個制件角度修邊時需要斜楔修邊工藝。斜楔修邊實現困難，工裝開發費用、使用費用和維護費用都很高，工裝難度大。通過沖壓工藝審核，改進方式如圖二：以沖壓方向為準，兩個立面與沖壓方向各自為6。，修邊模具結構大大簡化，制造成本降低，方便調試。由于制件拉延深度較深將近250mm，原設計的料厚為1.5mm，拉延工裝生產使用易拉毛，工裝使用的穩定性不易保證，維護費用高。經過沖壓工藝分析及強度校核，采用降低產品料厚的方法，在最大程度保證產品功能的條件下，將料厚降到1.2mm。實際生產表明，通過該方法可以降低產品開發和生產費用，制件質量、模具質量容易得到控制。
圖一 左前輪罩板
圖二 改進的左前輪罩板
（二）汽車沖壓件的工藝優化設計
沖壓工藝性是指覆蓋件沖壓制造的可行性及方便性，沖壓工藝性涉及覆蓋件材料特性、幾何特性、工藝成形方法等，拉延是汽車覆蓋件沖壓成形中最關鍵的工序，因此汽車覆蓋件的工藝分析主要是指拉延成形性分析。由于在覆蓋件設計階段的沖壓性能分析往往是使用逆算法，其結果精度較低，因此，在沖壓工藝設計階段，成形性能分析需要做的更為詳細和具體，包括選擇沖壓方向選擇、設計壓料面及工藝補充面、設計拉延筋以及選擇合理的壓邊力等。由于工藝方案設計的內容以及需要考慮的因素較多，不能進行定量的計算，因此，在實際過程中主要憑借的是經驗設計。
1、沖壓方向設計：合理的沖壓方向設計有利于防止破裂起皺等沖壓缺陷的產生，因此設計需要考慮的原則有：首先，保證凸模能夠全部進入凹模，是零件的全部空間形狀能夠一次拉深成形出來。如圖三所示，選用沖壓方向B，凸模能夠全部進入凹模，這個零件形狀才能夠順利成形。
圖三 沖壓方向設計圖
2、下料的選用：選用定尺料，就是向鋼材生產廠家直接訂購和零件坯料一樣尺寸板料，在進場后可直接用于沖壓生產，無須對這種板材進行下料，所以其下料得使用率為100%。通常用定尺料的零件，其坯料尺寸一般都比較大(寬度和長度幾乎都比1000mm大)、年需求量也較大、且尺寸不規格。通常汽車的一部分批量較大的內覆蓋件和大部分外覆蓋件的用料都采用的是定尺料，對沖壓件的材料利用率大大的提高。同時定尺料不僅可保證外觀件的表面品質，也可減少再次下料為材料表面帶來的滑痕。在下料的選擇中，需要制定經濟的工藝方法來省料，在滿足產品質量的情況下，應采取這些省料的下料工藝。工藝設計時，首先應注意避免減少重復的修邊廢料。許多工藝設計，往往是先落料，成形后又修邊，造成了額外的廢料，應根據零件尺寸精度要求來合理確定工藝。其次，可以采用拉延工藝進行省料，可根據變形趨勢試驗落料樣板，減少廢料損失，其中，在保證剛性和表面質量的情況下，需要對薄板拉延件，需要兼顧下料尺寸和壓邊力，合理的確定下料尺寸。
（三）汽車沖壓件的工藝方法
1、進行排樣優化：通過排樣減少落料過程廢料產生量。詳細改進方法如圖四。
圖四 改善前后對比圖
2、完善產品標注：產品標注如果出現差異，不僅會影響沖壓工藝出現差異，也會影響材料的最終材料消耗。標注改進一些橫梁的尺寸，可以降低下料的尺寸，供料寬度才可能降到標準檔次；對于產品進行標注，例如，在產品容易發生褶皺的地方進行標注，像褶皺對汽車裝配沒影響，則可以降低材料的材料消耗。
二、對汽車沖壓件材料的生產進行管理
1、需要降低生產成本：對于坯料進行選擇，滿足制件性能要求為前提，選擇滿足沖壓件成形最低性能參數或最易采購的材料主要從以下幾點進行考慮：①材料牌號選擇合適性；②左右件材質和料厚相同；③材料的采購難易度；④可實現套裁生產件的材質；⑤規格卷料的采購。
2、對材料規格進行簡化，節約資金：產品在一定情況下，一個廠的工藝水平取決于整車的材料消耗的定額，在采用低材料消耗的沖壓工藝基礎上，這種定額才能起到決定作用。同時，對材料規格進行簡化。從而縮短了產品生產周期，節省了資金，更加方便訂貨。
3、在現生產中，為降低汽車成本，有時要采用一些質量相當、采購價較低的材料。但由于各鋼廠的條件不同，推薦經濟規格也不一致。因此，若考慮不周全，將會由于規格變化，造成混亂。因此，如牌號、規格相同時采用低成本材料，低成本材料也盡量并成幾種規格等。
4、在工藝編排時要考慮廢料的回收和利用，尤其是汽車覆蓋件中各種窗框制件的工藝廢料要充分利用。首先對窗框余料進行分類，設計制造落料模進行落料，使該部分工藝余料用作中小沖壓件的生產，大大提高了材料利用率。
5、不規格料的使用過程中，應強化由供應部門辦理的材料代用手續，以保證材料管理信息系統的暢通。為保證統籌利廢，應劃分好沖壓車間同供應部門的經濟責任，由工藝部門統籌利用廢(余)料，并減少因規格代用而產生的浪費。
結束語：
汽車沖壓件是汽車生產過程中最重要的組成部分，汽車沖壓件材料的材料消耗對于汽車生產企業有著很大的影響，因此，需要從汽車沖壓件的結構設計、工藝方法等方面進行重新設計優化，才能夠很好的降低汽車沖壓件的材料材料消耗。
參考文獻：
[1]翁其金.冷沖壓技術[M].北京：機械工業出版社，2006.
[2]曹立文．新編實用沖壓模具設計手冊［M］.北京：人民郵電出版社，2007．
