產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論精選(九篇)

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第1篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

【關(guān)鍵詞】 結(jié)構(gòu)；動(dòng)態(tài)特性；試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析；有限元

1 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的研究對(duì)象

機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是正在發(fā)展中的一項(xiàng)新技術(shù)，它涉及到現(xiàn)代動(dòng)態(tài)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法學(xué)等眾多學(xué)科范圍，目前還沒有形成完整的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論、方法和體系，許多問題尚需進(jìn)行深入廣泛的研究。以下結(jié)合文獻(xiàn)[1～4]的論述，對(duì)機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)發(fā)展與現(xiàn)狀作簡要評(píng)述。

目前,國外在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究十分活躍，特別是美國、西歐等一些發(fā)達(dá)國家，十分重視關(guān)于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)問題的研究，并將其列為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面：①建立一個(gè)切合實(shí)際的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型；②選擇有效的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法[1]。機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的一般大體過程是：對(duì)滿足工作性能要求的產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)圖樣，或就需要改進(jìn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)物進(jìn)行實(shí)體建模，并作動(dòng)態(tài)特性分析。然后，根據(jù)工程實(shí)際情況，給出其動(dòng)態(tài)特性的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)特性目標(biāo)，再按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)“逆問題”方法直接求解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，或按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)“正問題”分析方法，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改與修改后結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)，其結(jié)構(gòu)的修改與預(yù)測(cè)往往需要反復(fù)多次，直到滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求為止，從而得到一個(gè)具有良好靜、動(dòng)態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的建模

2.1 有限單元法。結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的建模問題是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，目前建模的一種常用的方法是采用有限元法，這種方法首先將連續(xù)的彈性體離散化，然后從能量原理出發(fā)建立起整體控制方程，利用數(shù)值方法求解，得到結(jié)構(gòu)的參數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)知產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能，預(yù)估振動(dòng)、噪聲的強(qiáng)度和其它動(dòng)態(tài)問題，并可在圖紙階段改變結(jié)構(gòu)形狀以消除或抑制這些問題。該方法是一種近似解法，但就其計(jì)算精度來看，基本能夠滿足使用者的要求。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這是一種較為有效的分析方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，建立在有限元原理上的結(jié)構(gòu)分析軟件已經(jīng)相當(dāng)成熟（如：IDEAS、ADINA、NASTRAN、SAP、ANSYS等），它們已卓有成效地應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車和機(jī)床等工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析。

然而，對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)而言，由于材料物理參數(shù)的不確定性，邊界條件的近似處理、接頭及連接處的連接參數(shù)估計(jì)不準(zhǔn)確，以及缺乏阻尼參數(shù)等原因，要想直接依據(jù)圖樣資料建立一個(gè)能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的有限元模型是比較困難的，其計(jì)算精度也難以保證。

2.2 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法。近10多年來，由于動(dòng)態(tài)測(cè)試、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)等技術(shù)的迅速提高，試驗(yàn)建模技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，因此結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的另一種有效的方法是試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法。該方法是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的確定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一種更為有效的方法。它是在結(jié)構(gòu)上選擇有限個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在一點(diǎn)或多點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)，在所有點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和處理，建立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)離散的數(shù)學(xué)模型。

這種模型能較準(zhǔn)確的描述實(shí)際系統(tǒng)，分析結(jié)果也較可靠，但該法客觀上要求有一個(gè)實(shí)際模型，因而提高了建模成本，同時(shí)由于實(shí)測(cè)信息的不完整，導(dǎo)致模型的不完備，往往只能反映真實(shí)系統(tǒng)的低階模態(tài)特性，難以適應(yīng)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

2.3 基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有限元模型修正法。鑒于上述兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)代的發(fā)展趨勢(shì)是把有限元方法和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，用有限元方法建立先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，而用?shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過不同方法對(duì)其先驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行修正，利用修正后的有限元模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和響應(yīng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1,5]。目前，一些較復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析和動(dòng)態(tài)特性有限元分析在國內(nèi)外都已取得了一定的成果[5]。用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果修正機(jī)體有限元模型的方法，在機(jī)體有限元建模上已得到實(shí)際應(yīng)用，從而為進(jìn)行機(jī)體動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)有限元模型修正，近30年來國內(nèi)外學(xué)者提出了大量的修正方法，這些方法從修正的對(duì)象來說，大體上可分為矩陣型與設(shè)計(jì)參數(shù)型兩大類。矩陣型方法的基本思想是：根據(jù)一定的準(zhǔn)則和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)關(guān)系來修正有限元模型的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，使修正后的有限元模型計(jì)算的模態(tài)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這類方法首先由Berman等人于1971年提出，而由Caesar（1986）、Kaba（1985）和張（1988）等設(shè)法改進(jìn)。雖然在數(shù)學(xué)上該方法可達(dá)到由修正后的有限元模型計(jì)算的模態(tài)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的目的，但其修正后的質(zhì)量與剛度矩陣已失去了明確的物理意義，因此修正后的模型很難用于結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；而設(shè)計(jì)參數(shù)型直接對(duì)結(jié)構(gòu)的材料、截面形狀和幾何尺寸等參數(shù)進(jìn)行修正，該類方法可直接應(yīng)用于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，例如Colluins(1974年)、曾（1991）、陳（1994年，1996年）等人曾用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，Ewins（1990年）、Link（1992年）等人曾用頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別。該方法屬于基于“逆問題”直接求解的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。關(guān)于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的“正問題”，即結(jié)構(gòu)修改與修改結(jié)構(gòu)的重分析，是目前較為廣泛的一類動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。例如：有關(guān)結(jié)構(gòu)修改的靈敏度分析（Fox1968年提出），修改結(jié)構(gòu)重分析中用到的基于小參數(shù)的矩陣攝動(dòng)法（Rayleigh為先驅(qū)）等等都得到了廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析在工程領(lǐng)域的應(yīng)用

目前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)用較為廣泛的是利用有限元的方法，建立模型后，在對(duì)結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模態(tài)分析、沖擊載荷作用下的結(jié)構(gòu)分析等等。這種分析方法已成功地應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車和機(jī)床等工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

關(guān)鍵詞：自然散熱；外殼設(shè)計(jì)；壓鑄；鋁合金；鋅合金

隨著三網(wǎng)融合的推進(jìn)，在廣電傳媒領(lǐng)域，數(shù)字化的新媒體帶來了一場(chǎng)深刻的革命[1]。有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化數(shù)字化改造是廣電業(yè)占領(lǐng)新的信息產(chǎn)業(yè)版圖的重要實(shí)施舉措。有線帶寬的提高、高清視頻、IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)播等的開展，對(duì)有線電視傳輸設(shè)備提出了更高的要求，熱問題在產(chǎn)品的研發(fā)過程中越來越突出，特別是傳輸干路和支路上的野外型和室外型設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)。這類設(shè)備以自然散熱為主要散熱途徑，使用環(huán)境復(fù)雜多變，所在的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)歷史較長，各地運(yùn)營商對(duì)設(shè)備的要求和標(biāo)準(zhǔn)也參差不齊，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面可變的設(shè)計(jì)條件也有限，所有這些限制因素都增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，提出了更高的要求。本文以有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊（簡稱DOCSIS 模塊）的設(shè)計(jì)為例，探討了以自然散熱為主的設(shè)備的外殼熱設(shè)計(jì)要素和方法。

1.挑戰(zhàn)和機(jī)遇

DOCSIS模塊是配合DOCSIS網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的新模塊，是代替現(xiàn)有HMS應(yīng)答器的產(chǎn)品。該模塊普遍應(yīng)用于CATV傳輸網(wǎng)絡(luò)的光站和放大器設(shè)備中，這些設(shè)備基本都是野外型或是室外型。由于HMS模塊已經(jīng)應(yīng)用在諸多的光站和放大器平臺(tái)中，因此，DOCSIS模塊的外形尺寸和連接器位置都不能改變。但由于DOCSIS模塊功能的極大提升、新的集成芯片的使用，模塊的功耗有成倍的增長。在有限的空間范圍內(nèi)，模塊熱設(shè)計(jì)遇到了極大的挑戰(zhàn)。

近十年，傳統(tǒng)的鋅、鎂、鋁合金的加工技術(shù)有較快的發(fā)展，導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率有很大的提升，有限元熱設(shè)計(jì)分析工具更是被廣泛應(yīng)用，這給外殼熱設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

2.熱設(shè)計(jì)理論分析

為了達(dá)到理想的散熱效率，將主要發(fā)熱芯片與產(chǎn)品外殼通過導(dǎo)熱材料相連，從而有效降低從芯片結(jié)到外部空氣的傳熱熱阻。將產(chǎn)品的導(dǎo)熱簡化成下圖，在此僅討論穩(wěn)態(tài)場(chǎng)產(chǎn)品的散熱：

其中t_j為芯片的結(jié)溫，t_c為芯片的表面溫度，γ是導(dǎo)熱材料的厚度，t_TIM是導(dǎo)熱材料的溫度，δ是外殼設(shè)計(jì)厚度，t_h是外殼的溫度，t_a是模塊工作的外部環(huán)境溫度，h是機(jī)殼表面自然對(duì)流換熱系數(shù)。

穩(wěn)態(tài)場(chǎng)指產(chǎn)品達(dá)到熱平衡時(shí)，各部件的溫度幾乎不變的熱場(chǎng)分布。穩(wěn)態(tài)場(chǎng)性能反應(yīng)了電子產(chǎn)品正常工作情況下的熱學(xué)性能。

t_a為恒定外界溫度，自然散熱條件下表面換熱系數(shù)h為小于10的某一數(shù)值。由（2.4）式，芯片的選型，外殼材料的特性、厚度和表面積的設(shè)計(jì)，導(dǎo)熱介質(zhì)的材料選型、厚度和接觸面設(shè)計(jì)都決定了t_j的值。因此，選用耐溫高、內(nèi)部熱阻低的芯片，選用熱導(dǎo)率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，選用熱導(dǎo)率高、厚度薄的導(dǎo)熱材料做介質(zhì)，設(shè)計(jì)合理的接觸面，能有效避免產(chǎn)品過熱問題。

輻射換熱效率與自然散熱產(chǎn)品效率相當(dāng)[6]，可以增加表面處理（如噴漆、氧化）來強(qiáng)化輻射效果，增強(qiáng)自然散熱能力。

3.DOCSIS模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較

模塊的外形尺寸限制為 長×寬×高=78mm ×38mm ×12mm，F(xiàn)PGA芯片大小為長×寬=23mm ×23mm 。

下表為模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選項(xiàng)：

設(shè)計(jì)選項(xiàng)1和設(shè)計(jì)選項(xiàng)2比較了不同合金材料的選擇對(duì)產(chǎn)品熱性能的影響；設(shè)計(jì)選項(xiàng)2和設(shè)計(jì)選項(xiàng)3比較了發(fā)熱芯片接觸面積和導(dǎo)熱介質(zhì)對(duì)產(chǎn)品熱性能的影響；設(shè)計(jì)選項(xiàng)3和設(shè)計(jì)選項(xiàng)4比較散熱面積和表面輻射效果對(duì)產(chǎn)品熱性能的影響。

下圖為設(shè)計(jì)選項(xiàng)1和設(shè)計(jì)選項(xiàng)4的設(shè)計(jì)效果圖：

4.仿真結(jié)果比較

使用Flotherm軟件進(jìn)行仿真比較。設(shè)置外部環(huán)境溫度為85°C，模塊總功耗為1.7w，F(xiàn)PGA芯片功耗為0.8w。按下表設(shè)置鋁合金和鋅合金材料的基本參數(shù)。

下表是各條件的仿真結(jié)果。

其中，t_j和t_h與章節(jié)2中對(duì)應(yīng)的芯片結(jié)溫和殼體外表溫度意義一致。

比較設(shè)計(jì)選項(xiàng)1和設(shè)計(jì)選項(xiàng)2的結(jié)果，選用鋁合金比選用鋅合金，F(xiàn)PGA結(jié)溫下降0.23°C，殼體溫度下降0.25°C。結(jié)果顯示，Zmark3和A413散熱能力相當(dāng)。因?yàn)殇\合金比鋁合金具有更好的鑄造性能，能鑄造出更薄的殼體，在PCB布板空間緊張、對(duì)模塊重量不敏感的情況下，選用鋅合金比鋁合金更有優(yōu)勢(shì)。

比較設(shè)計(jì)選項(xiàng)2和設(shè)計(jì)選項(xiàng)3的結(jié)果，增大導(dǎo)熱介質(zhì)和FPGA芯片的接觸面接、選用導(dǎo)熱率更高、更薄的導(dǎo)熱材料，使得FPGA結(jié)溫下降了0.69°C，殼體溫度下降了2.57°C。結(jié)果表明，導(dǎo)熱介質(zhì)的優(yōu)化可以帶來一定程度的溫度降低。但是熱導(dǎo)率為5w/m.k的導(dǎo)熱介質(zhì)成本是2.5w/m.k的一倍以上，且越薄的導(dǎo)熱介質(zhì)對(duì)產(chǎn)品的加工精度要求更高。因此，在成本和公差允許的情況下，選用更大、更薄、導(dǎo)熱率更高的材料能有效降低芯片結(jié)溫。

比較設(shè)計(jì)選項(xiàng)3和設(shè)計(jì)選項(xiàng)4的結(jié)果，增大表面積和輻射率，使得FPGA結(jié)溫下降了3.08°C，殼體溫度下降了2.01°C。結(jié)果表明，增大表面積和表面輻射率是自然散熱條件下最為有效的降低溫度的方法。而表面涂鍍是增加表面輻射率的有效途徑，它既增加了產(chǎn)品美觀性，又增強(qiáng)了表面耐腐蝕性，缺點(diǎn)是增加了成本。因此，在產(chǎn)品尺寸大小不敏感，成本壓力小，表面要求高的情況下，加強(qiáng)表面處理是解決散熱問題的有效途徑。

綜上所述，導(dǎo)熱率相當(dāng)?shù)匿X合金和鋅合金合金材料對(duì)模塊溫度的影響不大；增大芯片與導(dǎo)熱介質(zhì)的接觸面積，增大導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率、降低其厚度可以有效降低溫度；增加表面散熱面積，加強(qiáng)表面處理是最有效的提高散熱效率的方法。

5.結(jié)論

自然散熱的電子產(chǎn)品外殼設(shè)計(jì)中，選用耐溫高、內(nèi)部熱阻低的芯片，選用熱導(dǎo)率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，增強(qiáng)表面輻射強(qiáng)度，選用熱導(dǎo)率高、厚度薄的導(dǎo)熱材料做介質(zhì)，設(shè)計(jì)合理的接觸面，能有效避免產(chǎn)品過熱問題。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

關(guān)鍵詞：再制造 產(chǎn)品的再制造性 綠色模塊化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：F27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673－291X（2011）26－0270－03

一、面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

20世紀(jì)80年代以來，一種更加順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求的廢舊產(chǎn)品處理方式――綠色再制造（Green Remanufacturing）引起了全社會(huì)的廣泛重視。綠色再制造是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)，以廢舊產(chǎn)品性能提升為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，來修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。再制造產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)十分明顯，其性能可達(dá)到或超過原型機(jī)新品，而成本僅為新品的50%左右，節(jié)能60%，節(jié)材70%以上，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益突出。

各大率先進(jìn)行廢舊產(chǎn)品回收和再制造加工的企業(yè)在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，如果早在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品使用壽命到期后的回收和再制造階段的相關(guān)要求，融入新產(chǎn)品的可再制造性的設(shè)計(jì)理念，就可以顯著地提高再制造的效益，更好地實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)（Design for Remanufacturing），是指按照再制造的目的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品的再制造性進(jìn)行充分考慮，并提出再制造性指標(biāo)和要求，使得產(chǎn)品到達(dá)壽命末端時(shí)具有良好的再制造能力。

（一）LCA在面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的使用

LCA，Life Cycle Assessment，簡稱生命周期評(píng)價(jià)。國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）給出的LCA是：匯總和評(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)體系在整個(gè)壽命周期所有投入與產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的和潛在的影響的方法?？梢姡芷谠u(píng)價(jià)主要用于評(píng)估產(chǎn)品在它的生產(chǎn)、使用到回收整個(gè)過程中，對(duì)環(huán)境造成的影響。包括所耗費(fèi)的原材料、能源以及所產(chǎn)生的排放。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品服役周期結(jié)束后需要進(jìn)行拆解和回收利用，運(yùn)用LCA的方法對(duì)產(chǎn)品從原材料的選擇、設(shè)計(jì)加工、銷售運(yùn)輸、回收清潔、拆解檢測(cè)、再制造加工、再制造成品組裝等各個(gè)環(huán)節(jié)充分考慮對(duì)資源的消耗和對(duì)環(huán)境的影響，盡量提高產(chǎn)品的再制造性。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成了由傳統(tǒng)的“被動(dòng)解決問題”向“主動(dòng)預(yù)防問題產(chǎn)生”的方向的轉(zhuǎn)變，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想的一次創(chuàng)新和變革，大大節(jié)約了資源和能源，并將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（二）設(shè)計(jì)重點(diǎn)是提高產(chǎn)品的再制造性

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是提高產(chǎn)品的再制造性。再制造性（Remanufacturability）也稱為可再制造性，是產(chǎn)品本身的一種屬性，是決定廢舊產(chǎn)品進(jìn)行再制造的前提，是面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。其定義可描述為：再制造性是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程賦予產(chǎn)品的一種固有屬性，是指由于各種原因產(chǎn)品退役后，綜合考慮各種因素，該產(chǎn)品經(jīng)過再制造加工后達(dá)到規(guī)定性能時(shí)，獲取原產(chǎn)品價(jià)值的能力。

再制造性評(píng)價(jià)具有明顯的階段性，主要包括新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段和廢舊產(chǎn)品再制造前的決策階段。其中，新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段十分關(guān)鍵，產(chǎn)品在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)將材料性能、各零部件的連接方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素確定了下來。廢舊產(chǎn)品的再制造性的影響因素，既包括該產(chǎn)品在新品設(shè)計(jì)階段就確定下來的那些因素，又包括產(chǎn)品服役期滿后的產(chǎn)品狀況、當(dāng)時(shí)的再制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)狀況等因素。所以，產(chǎn)品的再制造性具有動(dòng)態(tài)性、個(gè)體性、地域性和時(shí)間性等特點(diǎn)，即使同一產(chǎn)品在不同情況下的再制造性也是不同的?？梢?，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮其后期回收和再制造的需要，盡量提高產(chǎn)品的再制造性是十分必要的。

二、實(shí)施綠色模塊化設(shè)計(jì)是提高產(chǎn)品再制造性的有效途徑

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要同時(shí)解決這樣一些難題：使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初就全面考慮該產(chǎn)品在其多生命周期內(nèi)的環(huán)境屬性及零部件的重復(fù)使用性，無論是所選用材料還是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，連接方法設(shè)計(jì)都能方便其日后的維修、升級(jí)，以及產(chǎn)品廢棄后的拆解、回收和處理，同時(shí)保證與環(huán)境得有更好的協(xié)調(diào)性。顯然，原有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能滿足這些要求。面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)方法正是在這種情況下提出來的，綠色模塊化設(shè)計(jì)是提高產(chǎn)品再制造性的有效途徑。

（一）面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)的含義

綠色設(shè)計(jì)（Green Design）是指在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)優(yōu)先考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性和可充分利用性等，并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命和質(zhì)量等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就考慮其回收、拆解等需要，才能最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的回收和再制造效率。

模塊是產(chǎn)品的子結(jié)構(gòu)，它與產(chǎn)品的功能元素子集有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)，就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)原材料屬性、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，以及日后的使用功能、升級(jí)、維修，廢棄后的回收、拆卸等因素，將產(chǎn)品劃分為不同的模塊單位，把離散的零件聚合成模塊。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)，既可以在產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)大批量生產(chǎn)模塊化的半成品，降低生產(chǎn)成本，獲得規(guī)模效應(yīng)；又可以根據(jù)顧客的個(gè)性化需要，將不同功能的模塊進(jìn)行組合，提高了產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)差異化需求的響應(yīng)能力。

綠色設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)密切相關(guān)。綠色設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品易維修與升級(jí)，不易輕易淘汰；綠色設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品具有可拆解性和易回收性，經(jīng)簡單再制造加工后就能恢復(fù)或超過原品性能并能被再次利用。這些正需要模塊化設(shè)計(jì)思想來實(shí)現(xiàn)。模塊化設(shè)計(jì)方便失效模塊的簡易替換和產(chǎn)品的快速升級(jí)，延長產(chǎn)品的使用壽命，減少產(chǎn)品的丟棄和環(huán)境的破壞，與綠色設(shè)計(jì)的某些理念不謀而合。通過綠色模塊的構(gòu)建，產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品具有更好的多方面效益，產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性能同時(shí)滿足，效果十分顯著。

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)方法是將綠色設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，運(yùn)用于產(chǎn)品的再制造性設(shè)計(jì)階段中，使產(chǎn)品同時(shí)滿足易于拆解和裝配、易于修復(fù)和升級(jí)、環(huán)境友好性等再制造性的指標(biāo)和要求。在模塊化的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮產(chǎn)品的再制造性，讓產(chǎn)品在壽命末端回收之后，能容易地拆卸為不同的模塊，且盡可能減小各模塊內(nèi)的可再制造性的差異，則可提高產(chǎn)廢舊產(chǎn)品回收利用率。這種設(shè)計(jì)方法是一種順應(yīng)時(shí)展的嶄新的設(shè)計(jì)方法，有助于實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（二）面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1．能有效提高產(chǎn)品的易拆解和裝配性

再制造加工過程包括前期對(duì)回收產(chǎn)品的拆解環(huán)節(jié)，和后期將再制造后的零部件裝配為再制造成品的環(huán)節(jié)。所以，面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一定要考慮零部件的易拆解和裝配性，這既影響再制造過程的效率，又影響再制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

再制造的拆解不同于再循環(huán)，需要確保拆解過程中盡可能少地?fù)p壞零部件。因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，連接件的數(shù)量和類型，以及拆解深度的選擇成為面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致不同的拆解方法和拆解難度。常見的拆解方法有兩種：有損拆解和無損拆解。常見的有損拆解是機(jī)械裂解或粉碎。機(jī)械產(chǎn)品中常見的連接方式有四種：可拆解連接、活動(dòng)連接、半永久性連接和永久性連接。前三種連接一般都可以拆解，第四種則只能采用有損拆解的方法。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)改變傳統(tǒng)的連接方式，零部件之間盡量不采用焊接或粘接的連接方式，代之以易于拆解的連接方式?？蹓汉吐葆?shù)姆绞奖阌诓鸾?，前者較后者又更容易拆解、更省時(shí)。連接件方面，卡式接頭和插入式接頭更容易拆解和裝配，已經(jīng)有越來越多的企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就采取了這些類型的連接方式。尤其是一些易損零件，由于更換次數(shù)較多，在設(shè)計(jì)其安裝結(jié)構(gòu)時(shí)就考慮其易拆性，較多采用插入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化插口設(shè)計(jì)等。如計(jì)算機(jī)主板上的插槽與上面插裝線路板的連接方式。

采用綠色模塊化設(shè)計(jì)既能明顯簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，又能大量減少連接件的數(shù)量和類型，大大提高產(chǎn)品的易拆解和裝配性，并減少產(chǎn)品的破損率，提高產(chǎn)品的拆卸和裝配效率。

2．有助于提升產(chǎn)品的易分類性

同一部機(jī)器上往往有鋼、鐵、鋁、銅、塑料、木材等不同的材料，它們的表面常常有油漆覆蓋，不易區(qū)分，應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)識(shí)，便于拆卸和分類存放。同一材質(zhì)、不同形狀和尺寸的零部件，由于加工方式或使用機(jī)床的不同，也要進(jìn)行標(biāo)識(shí)和分類，提高總的再制造效率。

采用綠色模塊化設(shè)計(jì)有助于大量減少零部件的數(shù)量和種類，使拆解后的零部件更易于分類和識(shí)別，將使再制造生產(chǎn)加工時(shí)間大為縮短。

3．能顯著提升產(chǎn)品的易修復(fù)性和升級(jí)性

再制造工程包括再制造加工和過時(shí)產(chǎn)品的性能升級(jí)。前者主要針對(duì)報(bào)廢的產(chǎn)品，把有剩余壽命的廢舊零部件作為再制造毛坯，采用表面工程等先進(jìn)技術(shù)使其性能恢復(fù)，甚至超過新品。后者對(duì)過時(shí)的產(chǎn)品通過技術(shù)改造改善產(chǎn)品的技術(shù)性能，使原產(chǎn)品能跟上時(shí)代的要求。所以，對(duì)原制造品進(jìn)行修復(fù)和技術(shù)升級(jí)是再制造過程中的一個(gè)重要部分。

實(shí)施綠色模塊化設(shè)計(jì)，可以采用易于替換的標(biāo)準(zhǔn)化零部件和可以改造的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并預(yù)留模塊接口，以備升級(jí)之需，在必要時(shí)即可通過模塊替換或增加模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品修復(fù)或升級(jí)，減少拆解中的破損，增強(qiáng)再制造加工和產(chǎn)品升級(jí)改造的效率。

三、面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)步驟

在進(jìn)行產(chǎn)品的再制造性設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧產(chǎn)品材料的合理性、易運(yùn)輸裝卸性、易拆解和裝配性、易于分類性、易清洗性、易修復(fù)和升級(jí)性。面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)方法將綠色設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，其具體實(shí)現(xiàn)步驟歸納如下：

1．進(jìn)行用戶需求分析

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)首先從分析用戶對(duì)產(chǎn)品的需求開始。在調(diào)查、了解用戶對(duì)產(chǎn)品的功能、使用壽命、價(jià)格、需求量、升級(jí)性能等具體要求后，考慮該產(chǎn)品采用綠色模塊化設(shè)計(jì)的可行性。如果經(jīng)過分析，在滿足環(huán)境屬性的前提下用戶對(duì)該產(chǎn)品的要求均可滿足，則該產(chǎn)品的綠色模塊化設(shè)計(jì)的可行性獲得通過，面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)可以進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

2．選取合理的產(chǎn)品參數(shù)定義范圍

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的第二步，是選取合理的產(chǎn)品參數(shù)定義范圍。通常，產(chǎn)品參數(shù)分為三類，即動(dòng)力參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和尺寸參數(shù)。合理地選取產(chǎn)品的參數(shù)定義范圍十分重要。如果參數(shù)定義范圍過高，將造成能源和資源等的浪費(fèi)，有悖于綠色模塊化設(shè)計(jì)的思想；如果參數(shù)定義范圍過低，又滿足不了客戶的要求。通常的做法是先定義主參數(shù)，然后在參數(shù)滿足用戶需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)盡可能高的綠色化和模塊化。

3．確定合理的產(chǎn)品系列型譜

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的第三步，是系列型譜的制定，即合理確定綠色模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品種類和規(guī)格型號(hào)。型譜過大過小都不好。如果型譜過大，則產(chǎn)品規(guī)格眾多，市場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，環(huán)境屬性好，模塊通用程度高，但工作量也相應(yīng)增大，人力資源能耗大，成本上升，總體來說效果并不好；反之，則又會(huì)走向另一個(gè)極端，效果也不好。因此，產(chǎn)品系列型譜的制定至關(guān)重要。

4．產(chǎn)品的模塊劃分與選擇

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的第四步，是產(chǎn)品模塊的劃分與選擇，這是模塊化方法最重要的內(nèi)容。通常根據(jù)產(chǎn)品的功能，將其分為基本功能、次要功能、特殊功能和適應(yīng)功能等，然后劃分相應(yīng)的模塊。模塊的劃分使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程思路清晰，并有利于產(chǎn)品報(bào)廢退役后的零部件回收、重新利用或升級(jí)換代。

5．綠色模塊的組合

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的第五步，是模塊的組合。劃分完模塊后，將這些模塊按照直接組合、集裝式組合或改裝后組合等方法組合成系統(tǒng)。組合時(shí)要考慮今后的易拆解性、不易損壞性及產(chǎn)品的節(jié)能省時(shí)等環(huán)境友好性特征。

6．對(duì)設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品進(jìn)行分析校驗(yàn)

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的第六步，是用機(jī)械零件設(shè)計(jì)軟件包、優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包、有限元軟件包等現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具對(duì)設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品進(jìn)行分析、計(jì)算和校驗(yàn)。如果分析校驗(yàn)不合要求，就要回到模塊選擇上進(jìn)行修改、完善，重新整合模塊，直至產(chǎn)品符合要求。

7．產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綠色度與模塊度指標(biāo)評(píng)價(jià)

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計(jì)活動(dòng)的最后步驟，是采用層次分析法（AHP）及模糊綜合評(píng)價(jià)法等數(shù)學(xué)工具對(duì)產(chǎn)品再制造設(shè)計(jì)的綠色度和模塊度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算及評(píng)價(jià)，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)加以調(diào)整或進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

收稿日期：2011-07-22

作者簡介：吳小艷（1972-），女，湖北云夢(mèng)人，副教授，碩士，從事企業(yè)管理與市場(chǎng)營銷研究。

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Research on the remanufacturing products green modularization design

WU Xiao-yan

(Management college,Wuhan science and technology university,Wuhan 430070,China)

第4篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

引言

經(jīng)過多年的快速發(fā)展，我國的高等教育已經(jīng)由精英教育進(jìn)入大眾化教育的時(shí)代。隨著本科招生力度的逐年加大，本科生的整體數(shù)量在逐年增加，但整體質(zhì)量呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不再適合大眾化的高等教育，這就對(duì)高等教育學(xué)校提出了新的要求，特別是一些民辦院校，由于其辦學(xué)歷史短，招生質(zhì)量參差不齊，師資力量以中青年教師為主，如何尋找一套合適的培養(yǎng)模式顯得更為重要。

應(yīng)用型本科重在“應(yīng)用”二字，要求以體現(xiàn)時(shí)代精神和社會(huì)發(fā)展要求的人才觀、質(zhì)量觀和教育觀為先導(dǎo)，以在新的高等教育形勢(shì)下構(gòu)建滿足和適應(yīng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展需要的新的學(xué)科方向、專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和教學(xué)手段，全面提高教學(xué)水平，培養(yǎng)具有較強(qiáng)社會(huì)適應(yīng)能力和競(jìng)爭能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。應(yīng)用型本科教育對(duì)于滿足中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，對(duì)高層次應(yīng)用型人才需要以及推進(jìn)中國高等教育大眾化進(jìn)程起到了積極的促進(jìn)作用，同時(shí)也為民辦院校提供了一個(gè)新的發(fā)展方向。

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)模式存在的問題

工業(yè)設(shè)計(jì)作為一門新興的學(xué)科，是一個(gè)非常強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性的專業(yè)，學(xué)生畢業(yè)以后能不能根據(jù)客戶的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的好的產(chǎn)品是衡量學(xué)校教學(xué)效果的一個(gè)重要指標(biāo)。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)在我國的發(fā)展時(shí)間較短，還沒有形成一套完整的、適合工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)自身特點(diǎn)的培養(yǎng)模式，目前大多數(shù)院校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式基本還是延續(xù)傳統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)模式，即先學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)，然后逐步深入學(xué)習(xí)基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)，最后學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。教學(xué)模式基本上是先學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再布置課堂作業(yè)，最后以課程考試或者課程設(shè)計(jì)的方式來檢驗(yàn)教學(xué)成果，在課堂內(nèi)容當(dāng)中雖然有一定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但大都以單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，用以驗(yàn)證理論知識(shí)，并沒有很好的與實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目和設(shè)計(jì)課題相集合，對(duì)于學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力的提高作用不是特別明顯，這種人才培養(yǎng)模式會(huì)產(chǎn)生一系列的問題：

1.課堂教學(xué)目的性不明確

理論知識(shí)的學(xué)部分是比較枯燥、乏味的，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候無法引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，特別是對(duì)于民辦學(xué)校來講，生源質(zhì)量參差不齊，錄取標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)公辦院校偏低，學(xué)生整體的學(xué)習(xí)積極性偏低，再按傳統(tǒng)的授課模式來講課，勢(shì)必造型學(xué)生上課注意力不集中，不認(rèn)真聽課，睡覺、玩手機(jī)等現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終影響課程的最終教學(xué)效果。在前期的學(xué)習(xí)過程中如果不去思考理論知識(shí)的具體運(yùn)用環(huán)境，機(jī)械的接受知識(shí)，不去分析、消化，在整個(gè)課程體系學(xué)習(xí)結(jié)束之后要做課程作業(yè)的時(shí)候，很有可能就發(fā)現(xiàn)不知道如何將所學(xué)到的知識(shí)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因之一就是學(xué)習(xí)的目的性不強(qiáng)，學(xué)生在接受專業(yè)理論知識(shí)的時(shí)候沒有明確的目標(biāo)，不知道學(xué)習(xí)這些理論知識(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)活動(dòng)有什么作用，如何利用所學(xué)的理論知識(shí)來豐富設(shè)計(jì)，產(chǎn)生理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象，與“應(yīng)用型”本科的培養(yǎng)初衷相

背離。

2.課程之間的交叉不足

人才培養(yǎng)體系是一個(gè)完整的整體，每一門課程關(guān)注和解決某一個(gè)或某幾個(gè)方面的問題，人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)是通過各門課程的學(xué)習(xí)來提高學(xué)生的整體設(shè)計(jì)能力。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)所涉及的知識(shí)面比較廣泛，其課程內(nèi)容包括美學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、消費(fèi)行為學(xué)、工程學(xué)、工藝學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科內(nèi)容，橫跨藝術(shù)與科學(xué)，課程之間的跨度較大，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)由于發(fā)展的時(shí)間較短，一部分教師并不是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)科班出身，對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)專業(yè)整體了解不足，在講授一些基礎(chǔ)專業(yè)課的時(shí)候不能很好的把握課程之間的交叉關(guān)系，容易將各門課程分割肢解設(shè)計(jì)的主體，學(xué)生需要學(xué)完大部分的課程并且要花費(fèi)相當(dāng)?shù)木浹a(bǔ)各門課程之間的裂痕，才能從總體上把握設(shè)計(jì)的綜合性。

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)模式優(yōu)化改革

目前國內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)主要服務(wù)的領(lǐng)域集中在消費(fèi)分析和產(chǎn)品市場(chǎng)定位;產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì);產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)等三個(gè)主要的方面，這體現(xiàn)出了目前我國的經(jīng)濟(jì)對(duì)設(shè)計(jì)的需求水平，也是我們目前人才培養(yǎng)方案建立和優(yōu)化的依據(jù)之一。

應(yīng)用型本科強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用能力，我們提出工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的課程體系的制定應(yīng)以提高學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力為最根本前提，目前大多數(shù)高校的課程體系的設(shè)置都是先分門別類地學(xué)習(xí)和研究各門課程，每門課程完成特定的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，然后再通過課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐將之綜合，這樣的設(shè)置方式缺少對(duì)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力的鍛煉，即使有一定比例的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，學(xué)生真正做的完整的設(shè)計(jì)也不多，不利于學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的提升，在應(yīng)用型本科的背景下，必須對(duì)這種傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行改革和優(yōu)化。

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的全部課程主要包括基礎(chǔ)形態(tài)研究類課程、設(shè)計(jì)理論類課程、設(shè)計(jì)表現(xiàn)類課程、人文及商業(yè)類課程、設(shè)計(jì)邊緣類課程、與產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)的工程類課程和實(shí)習(xí)實(shí)踐類課程等七個(gè)主要部分，概括起來可以分為“怎么做設(shè)計(jì)”和“怎么做好設(shè)計(jì)”兩大類。針對(duì)應(yīng)用型本科的培養(yǎng)理念，我們對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式提出以下改革措施：

第5篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

[關(guān)鍵詞]注塑模具；模塊化設(shè)計(jì)；CAD/CAM

中圖分類號(hào)：TQ320.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）45-0083-01

1、開發(fā)和構(gòu)建注塑模具產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)的重要作用

在當(dāng)前的模具行業(yè)已經(jīng)屬于技術(shù)和資金密集型行業(yè)，其在工藝裝備制造中形成了一個(gè)重要的分支。隨著塑料材料性能的提高以及塑料用品類型的增加，注塑成型工藝得到了快速的發(fā)展。但是，由于注塑成型工藝相對(duì)復(fù)雜，在模具設(shè)計(jì)過程中需要考慮諸多的問題，不論是在模具的整體結(jié)構(gòu)布置還是在零件設(shè)計(jì)構(gòu)造過程中，都沒有一成不變的設(shè)計(jì)方法，需要根據(jù)具體的產(chǎn)品要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。而不同的設(shè)計(jì)人員根據(jù)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)因素會(huì)形成對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，存在著較大的靈活性。同時(shí)，注塑模具多采用訂單式生產(chǎn)方式，具有品種類型多、批量小、工期短等特點(diǎn)，所以在注塑模具設(shè)計(jì)過程中急需一種自動(dòng)化程度高的集成設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)平臺(tái)。而當(dāng)前國內(nèi)外廣泛采用的是智能化、集成化程度較高的設(shè)計(jì)技術(shù)和方法來提高模具設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。面向注塑產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源共享，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的統(tǒng)一集成管理，最終構(gòu)建一個(gè)成熟而通用程度高的模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需要，從而提高模具涉及企業(yè)的競(jìng)爭能力。

2、模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的基本組成

通常，一個(gè)具體的模塊化產(chǎn)品平臺(tái)是針對(duì)具有共性特點(diǎn)的產(chǎn)品族而開發(fā)設(shè)計(jì)的，通過將既有的模塊化設(shè)計(jì)理論作為根據(jù)，構(gòu)建一個(gè)具有較好通用性能的的大型設(shè)計(jì)平臺(tái)，其基本原理如圖1所示。

一個(gè)完整的模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)包括零件、部件以及接口等部分，其具有較好的通用性，其對(duì)應(yīng)的模塊能夠進(jìn)行組合和更換。同時(shí)，各個(gè)模塊之間又具有對(duì)應(yīng)的獨(dú)立性，其有多個(gè)零件構(gòu)成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部件，通過標(biāo)準(zhǔn)接口與其他的部件相互連接，具備對(duì)應(yīng)的互換性。因此，可以將模塊化產(chǎn)品平臺(tái)定義為：以提高設(shè)計(jì)效率為目的，將模塊作為基本單元，面向具體的具有通用性的產(chǎn)品族，基于模塊化設(shè)計(jì)的基本理念，并使用多種設(shè)計(jì)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，在CAD系統(tǒng)支持下構(gòu)件完成的一個(gè)綜合性設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

3、模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的構(gòu)建的基本方法

采取模塊化思想進(jìn)行產(chǎn)品平臺(tái)的設(shè)計(jì)過程中，模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的構(gòu)建方法是基本內(nèi)容。一個(gè)科學(xué)合理的產(chǎn)品平臺(tái)構(gòu)建方法不但影響到與之相連接的專門模塊的具體功能劃分和設(shè)計(jì)，還與整個(gè)產(chǎn)品族是否能夠滿足市場(chǎng)的需要以及后續(xù)的更新和改進(jìn)潛能直接相關(guān)。通常，采取由頂向下和由底向上兩種方法構(gòu)建產(chǎn)品平臺(tái)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本文在此基礎(chǔ)上，基于由底向上方法提出一種基于功能分析的模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)建方法，將產(chǎn)品的功能按照對(duì)應(yīng)的單元進(jìn)行布置和具體排列，然后從分析得到的功能映射到具體的零部件，然后在零部件之間進(jìn)行連接、耦合。在整個(gè)過程中需要解決的關(guān)鍵問題在于產(chǎn)品族中選擇合理的結(jié)構(gòu)作為產(chǎn)品模塊基礎(chǔ)，那些特征可以提取出作為個(gè)性模塊。通過這種設(shè)計(jì)方法能夠?qū)Ξa(chǎn)品族的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提取出可以作為產(chǎn)品平臺(tái)的通用性模塊，從而滿足市場(chǎng)中不同類型的個(gè)性化產(chǎn)品需要。

在具體的設(shè)計(jì)過程中，就是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及功能分析的基礎(chǔ)上，形成完整的產(chǎn)品功能圖，采取模塊劃分的方式得到具有模塊屬性的矩陣，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建產(chǎn)品平臺(tái)。整個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)分為通用部分和可調(diào)節(jié)個(gè)性部分。對(duì)于注塑模具設(shè)計(jì)人員而言，可以根據(jù)訂單的實(shí)際需求對(duì)其中的可調(diào)節(jié)個(gè)性部分進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修改，通過添加對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品個(gè)性特點(diǎn)快速得到不同類型的注塑模具產(chǎn)品。

4、基于Pro/e的注塑模具產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)建與開發(fā)

4.1 注塑模具產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)建與開發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前，針對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)多維通用機(jī)械設(shè)計(jì)與制造軟件，包括常見的Pro/e、CATIA、UG等軟件。其都沒有針對(duì)注塑模具的設(shè)計(jì)和開發(fā)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，所以直接使用這些既有的軟件進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)將導(dǎo)致涉及效率較低、人機(jī)界面不友好等問題。因此，需要對(duì)這些軟件進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)注塑模具設(shè)計(jì)的實(shí)際需要開發(fā)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展功能，形成一個(gè)專門的注塑模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使得注塑模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度以及設(shè)計(jì)效率得到顯著提高。

4.2 設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)的總體架構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

注塑模具通常包括成型零部件、澆注系統(tǒng)、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)分型抽芯機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣結(jié)構(gòu)、支承零部件等幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)。從這個(gè)角度來看，注塑模具的設(shè)計(jì)工作涉及的零部件類型較多，而且重復(fù)性較強(qiáng)，因此需要將模具設(shè)計(jì)人員從大量的重復(fù)勞動(dòng)中解脫出來。因此，設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)模具結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的查詢、計(jì)算、修改、圖像顯示以及圖形繪制等功能。為了實(shí)現(xiàn)上述基本功能，必須建立對(duì)應(yīng)的注塑模具三維零件庫，設(shè)計(jì)人員只需要在界面輸入對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)之后，通過主程序運(yùn)行就能夠得到具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后使用Pro/TOOLKIT程序直接驅(qū)動(dòng)Pro/e生成得到新的零件模型。

基于上述分析，一個(gè)完整的注塑模具CAD系統(tǒng)應(yīng)該包括這樣三個(gè)主要的構(gòu)成部分：參數(shù)化零件模型庫、用戶管理界面以及系統(tǒng)主程序。其中，參數(shù)化零部件模型庫使用Pro/e的特征建模與族表功能予以實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)主程序基于VC++的Pro/TOOLKIT進(jìn)行編程得到；用戶設(shè)計(jì)與管理界面則分別使用Pro/TOOLKIT以及MFC類進(jìn)行具體構(gòu)造。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)零件庫的開發(fā)

標(biāo)準(zhǔn)零件庫的開發(fā)是注塑模具產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，因此本文單獨(dú)進(jìn)行論述。其主要功能在于設(shè)計(jì)定位元件、復(fù)位元件、導(dǎo)套等重復(fù)性較強(qiáng)的零部件，在設(shè)計(jì)過程中只需要選擇對(duì)應(yīng)的零部件插入即可，其基本原理如圖2所示。

為了實(shí)現(xiàn)注塑模具中標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品庫的生成，采用族表方法進(jìn)行零件模型標(biāo)準(zhǔn)庫的建模。其中，族表使用Pro/e軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的設(shè)計(jì)，基于相類似的結(jié)構(gòu)和特征尺寸開發(fā)和構(gòu)建一個(gè)通用的模型，然后將不同系列的尺寸以數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)表中，而在數(shù)據(jù)表中只需要針對(duì)對(duì)應(yīng)的零件重新驅(qū)動(dòng)、更新即可，不需要重新建模。最終實(shí)現(xiàn)了注塑模具的模塊化設(shè)計(jì)，提高模具的設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)

第6篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

關(guān)鍵詞：城市客車；輕量化；有限元分析；優(yōu)化設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.198

汽車排放已成為我國大城市空氣污染的主要來源。汽車直接排放的顆粒物，以及排放的氮氧化物和碳?xì)浠衔锓磻?yīng)形成的二次顆粒物，均是環(huán)境空氣中PM2.5的組成部分。隨著汽車保有量的上升，機(jī)動(dòng)車各類污染物排放分擔(dān)率每年上升1至2個(gè)百分點(diǎn)。

國際各大汽車生產(chǎn)商都投入大量的科研經(jīng)費(fèi)來尋求車身輕量化設(shè)計(jì)的有效措施，車身輕量化已成為汽車發(fā)展行業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。然而，我國很多中小型客車企業(yè)常常采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行客車車身骨架的設(shè)計(jì)，比如采用經(jīng)驗(yàn)或者類比的方法，，可是這些方法缺乏建立在力學(xué)特性如強(qiáng)度、剛度等分析基礎(chǔ)上的依據(jù)，使材料得不到充分利用。

1 輕量化

1.1 輕量化與環(huán)保

隨著汽車保有量的迅速增加，汽車在帶給人們方便和快捷的同時(shí)，也帶來了許多負(fù)面的影響，如交通事故、噪聲和有害氣體排放等。其中汽車尾氣是一種流動(dòng)分散污染源，在建筑物比較密集的居民集居地和繁華地帶，不能得到及時(shí)的稀釋和擴(kuò)散，另外，由于汽車尾氣的排放高度在地面附近，正處在人的呼吸區(qū)域，因此人類生活空間及呼吸層會(huì)受到嚴(yán)重污染。為了減少汽車排放對(duì)環(huán)境的污染。

無論是從國家政策還是從企業(yè)對(duì)環(huán)境與社會(huì)的責(zé)任方面考慮，汽車工業(yè)要想發(fā)展就必須想辦法解決汽車尾氣問題。降低排放有多種途徑，但是最根本的方法是釜底抽薪，即減少石油的石油，汽車輕量化可以達(dá)到降低油耗的目的，可以有效地減少排放量。并且，汽車質(zhì)量輕了，便減少了對(duì)道路的沖擊載荷，緩解對(duì)道路的破壞。

1.2 輕量化與整車性能

近年來隨著人民生活水平的提高，汽車越來越高檔次，為提高舒適性，許多客車已經(jīng)安裝了空調(diào)、車載電視等，使客車質(zhì)量增大，導(dǎo)致客車的碰撞慣性增加、重心高度提高和油耗增加等?？蛙囕p量化與整車性能改善的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，輕量化可以提高客車的比功率，在客車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不變的情況下，降低客車的整車質(zhì)量，必將增加單位質(zhì)量的輸出功率，從而使客車的后備功率和加速能力得到提高；第二，輕量化可以改善汽車的操縱穩(wěn)定性，客車的質(zhì)心高度降低，行駛更加舒適，汽車的抗側(cè)傾能力也將得到提高[1]。

2 有限元分析

2.1 有限元概述

有限元法又稱為有限單元法，是結(jié)構(gòu)工程師和應(yīng)用數(shù)學(xué)研究人員共同智慧的結(jié)晶。有限元法是將物體即連續(xù)的求解域離散成有限個(gè)簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題簡化成離散的有限自由度問題。

20世紀(jì)40年代有限元法起源于航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析，其基本思想和原理是“簡單”又“樸素的”。發(fā)展初期，許多學(xué)術(shù)權(quán)威都不承認(rèn)這種方法的學(xué)術(shù)價(jià)值，國際著名刊物Journal of Applied Mechanics 許多年來都拒絕刊登關(guān)于有限元的任何文章，認(rèn)為其沒有新的科學(xué)實(shí)質(zhì)，然而經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，有限元法研究范圍已經(jīng)由桿件問題擴(kuò)展到彈性力學(xué)乃至塑性力學(xué)問題，由平面問題擴(kuò)展到空間問題，由靜力學(xué)擴(kuò)展到動(dòng)力學(xué)，由固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、熱力學(xué)和電磁學(xué)。目前，CAE技術(shù)作為有限元法的代表，已被廣泛運(yùn)用到現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的過程中。

2.2 有限元方法的一般過程

有限元分析是模擬物理現(xiàn)象，近似真是情況的數(shù)值，將分析對(duì)象劃分網(wǎng)格并且求解通過求解有限個(gè)數(shù)值來近似模擬真實(shí)環(huán)境地未知量。其分析過程包含了建立模型、加載求解、查看分析結(jié)果三個(gè)主要過程。

（1）建立模型：根據(jù)實(shí)際情況建立有限元分析的計(jì)算模型。其中心任務(wù)是離散即劃分網(wǎng)格，其它相關(guān)工作包括創(chuàng)建或讀入幾何模型、材料屬性定義、單元質(zhì)量檢查、單元特性定義、編號(hào)順序優(yōu)化以及模型邊界條件模擬等。

（2）加載計(jì)算：完成與有限元方法有關(guān)的數(shù)值計(jì)算。包括選擇分析類型并設(shè)置分析選項(xiàng)、施加載荷、設(shè)定約束條件、執(zhí)行求解。計(jì)算分析往往需要計(jì)算機(jī)具備足夠的內(nèi)存，并且需要耗費(fèi)大量時(shí)間。

（3）查看分析結(jié)果：有限元計(jì)算得出的結(jié)果必須經(jīng)過合理的處理，結(jié)果打印或顯示出來，分析計(jì)算結(jié)果，評(píng)估結(jié)構(gòu)性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

整個(gè)分析過程的關(guān)鍵是有限元模型的建立，所有實(shí)際結(jié)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)都通過有限元模型表現(xiàn)出來，模型的質(zhì)量直接影響計(jì)算結(jié)果的精度；有限元模型既能保證計(jì)算結(jié)果的精度，又不會(huì)對(duì)計(jì)算量和計(jì)算機(jī)存貯容量有太高的要求。

3 輕量化研究的基本方法

目前汽車輕量化一般有三種途徑，第一是利用輕質(zhì)材料進(jìn)行材料輕量化；第二是利用革新制造工藝實(shí)現(xiàn)輕量化；第三是從結(jié)構(gòu)入手，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行輕量化。

3.1 材料輕量化

世界汽車用材研究表明，輕質(zhì)材料是汽車輕量化的重要部分。汽車材料選擇的好，一定程度下可以提升汽車設(shè)計(jì)、品質(zhì)及競(jìng)爭力，直接影響了汽車技術(shù)的發(fā)展。目前有兩大類輕量化材料在汽車上應(yīng)用較多，一類是高強(qiáng)度材料；另一類是低密度的輕質(zhì)材料，如鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料等。

雖然汽車新材料可以在很多方面起到降低汽車自重的作用，但是由于部分新材料價(jià)格較貴，且各種應(yīng)用于車身的輕質(zhì)材料都存在著不同于目前普通低碳鋼的成型工藝問題，所以在汽車上的應(yīng)用還不是很廣泛，目前主要集中在轎車上，而在大客車領(lǐng)域則較少應(yīng)用。

3.2 新制造工藝

在利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和輕型材料進(jìn)行汽車輕量化的同時(shí)，常需要革新制造工藝，從而進(jìn)一步減少質(zhì)量，降低成本。革新制造工藝進(jìn)行輕量化的研究主要集中在以下三個(gè)方面：

（1）輕型結(jié)構(gòu)件的創(chuàng)新制造工藝：主要有管件液壓脹形新工藝和塑料中空成型工藝。德國大眾汽車公司成功開發(fā)出鋁合金液壓脹形的B5缸BMW汽車的后橋，減重效果明顯。美國福特公司在Mondco轎車上采用液壓成形技術(shù)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)支架，與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，零件個(gè)數(shù)減少了5個(gè)，制造工序減少了29道，構(gòu)件質(zhì)量減少了6kg，成本減少了10英鎊[2]。在采用塑料中空成型工藝這上面最成功的例子就是用聚乙烯塑料中空成型轎車的燃油箱，在我國已經(jīng)成功地用在捷達(dá)轎車上。另外，用輕金屬基復(fù)合材料制造殼體類零件和功能零件的壓鑄與冷鍛工藝業(yè)已取得了突破，達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化程度。

（2）輕型結(jié)構(gòu)件新的優(yōu)化連接工藝：將內(nèi)高壓成型的管件，按優(yōu)化的尺寸加工好端面并清洗后，采用激光焊接將構(gòu)件連接成輕型結(jié)構(gòu)件，有的還可采用超塑性擴(kuò)散連接新工藝[3]。

（3）產(chǎn)品開發(fā)中的集成創(chuàng)新工藝：對(duì)于汽車的某個(gè)總成件如車身或驅(qū)動(dòng)橋都應(yīng)貫徹采用輕型結(jié)構(gòu)的原則。此時(shí)的最佳產(chǎn)品設(shè)計(jì)是將選擇材料、確定核心工藝等綜合起來考慮。即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，事先就把新選定的材料與減少質(zhì)量的工藝集成到設(shè)計(jì)中去，這樣不僅可以縮短制造過程工藝鏈，還能顯著減小質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。這種方法最成功的典范就是整體無縫式汽車驅(qū)動(dòng)橋殼與轎車副車架的設(shè)計(jì)。

3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過一些現(xiàn)代化的優(yōu)化軟件，比如Ansys，對(duì)汽車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，既滿足了強(qiáng)度、剛度等各項(xiàng)性能要求，又去除了冗余材料，使車身部件中空化、薄壁化、小型化和精簡化，從而在根本上減輕整車質(zhì)量。目前，可用于客車車身結(jié)構(gòu)輕量化的研究方法主要有拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化，需要依據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)約束限制加以選擇。

拓?fù)鋬?yōu)化的原理是依賴于有限元方法，找到結(jié)構(gòu)剛度在設(shè)計(jì)空間最佳的分布形式，或者在設(shè)計(jì)域空間找到結(jié)構(gòu)最好的傳力路線，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)的某些性能或者減輕重量。

形狀優(yōu)化主要關(guān)注結(jié)構(gòu)的具體形狀，包括整體形狀和零部件形狀，設(shè)計(jì)變量一般選擇控制結(jié)構(gòu)形狀的邊界節(jié)點(diǎn)的幾何信息或者可以描述結(jié)構(gòu)邊界的基函數(shù)，工程中常選用B- Spline，NURBS曲線或者曲面中可以自由變化的參數(shù)。連續(xù)體結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，使用適當(dāng)?shù)那€、曲面方程或是一組基函數(shù)加上自由參數(shù)來描述結(jié)構(gòu)邊界形狀，其設(shè)計(jì)變量為這些自由參數(shù)，運(yùn)用數(shù)值法和解析法進(jìn)行計(jì)算，或者先用解析法將所要優(yōu)化的問題公式化，再用數(shù)值法進(jìn)行搜索尋優(yōu)。

尺寸優(yōu)化是在不改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)布局和拓?fù)潢P(guān)系的情況下進(jìn)行的優(yōu)化。將單元屬性如梁單元的橫截面積、殼單元的厚度、質(zhì)量單元的質(zhì)量和彈簧單元的剛度等作為設(shè)計(jì)變量；質(zhì)量或體積最小作為目標(biāo)函數(shù)。尺寸優(yōu)化不僅可以確定拓?fù)鋬?yōu)化后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，最重要的是可以對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，在滿足技術(shù)要求的前提下，選擇最優(yōu)的尺寸參數(shù)降低結(jié)構(gòu)重量；在利用有限元方法時(shí)，不需要改變結(jié)構(gòu)的有限元模型就可以進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，故已廣泛使用于汽車的輕量化研究項(xiàng)目中。

總之，汽車車身輕量化是一項(xiàng)有利于設(shè)計(jì)理論、工程設(shè)計(jì)、工程制造、實(shí)踐驗(yàn)證的重要手段，必將有一段努力的探索過程。經(jīng)過努力，汽車必然是清潔、強(qiáng)大、輕量的代步工具，必然引導(dǎo)新一代的潮流。

參考文獻(xiàn)：

[1]張屹林，王洪民，王海濤等.汽車輕量化與鋁合金[J].內(nèi)燃機(jī)配件，2004（05）：37-40.

第7篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論范文

作者簡介：吳智慧（1963－ ），男，漢，江蘇揚(yáng)中人，日本島根大學(xué)工學(xué)博士，南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院院長，教授，博士生導(dǎo)師，南京林業(yè)大學(xué)家具與室內(nèi)設(shè)計(jì)研究中心主任，南京林業(yè)大學(xué)林業(yè)工程博士后科研流動(dòng)站（木材科學(xué)與技術(shù)）合作導(dǎo)師，中國室內(nèi)設(shè)計(jì)師學(xué)會(huì)會(huì)刊《室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝修》id+c雜志社總編輯，日本東京大學(xué)客員教授，教育部高等學(xué)校林業(yè)工程類專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)委員，教育部高等學(xué)校木材科學(xué)與設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)科教材指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員，中國家具協(xié)會(huì)常務(wù)理事，全國工商聯(lián)家具裝飾業(yè)商會(huì)常務(wù)理事。研究方向：家具設(shè)計(jì)與工程。)

（南京林業(yè)大學(xué) 家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037）

摘 要：家具是一種豐富的信息載體與文化形態(tài)，其類型、數(shù)量、功能、形式、風(fēng)格和制作水平，以及社會(huì)家具的占有情況，反映了一個(gè)國家和地域在某一歷史時(shí)期的社會(huì)生活方式、社會(huì)物質(zhì)文明水平以及歷史文化特征，因而家具凝聚了豐富而深刻的社會(huì)性和文化性，一件或一套精品家具必然會(huì)體現(xiàn)出其具有的技術(shù)含量、藝術(shù)含量和文化含量。本文主要論述了家具的概念、家具的特性、家具文化的內(nèi)涵與意義、家具文化的特性、家具文化的功能、家具文化的構(gòu)成要素、家具文化的設(shè)計(jì)表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:家具；文化；設(shè)計(jì)；構(gòu)成要素；表現(xiàn)特征

中圖分類號(hào)：J505文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、家具的概念與特性

（一）家具的定義

家具，又稱家私、家什、砭摺h等，是家用器具之意。其英文為furniture，出自法文fourniture，即設(shè)備的意思。西語中的另一種說法來自拉丁文mobilis，即移動(dòng)的意思，如德文mbel，法文meulbe，意大利文mobile，西班牙文mueble等。綜合幾千年來世界各地對(duì)家具的描述，可以得到一個(gè)較為完整的概念，即家具是可搬移的家用器具［1］。

現(xiàn)代家具的概念已帶有廣義性，即家具不一定局限于家中使用，用于公共場(chǎng)所或戶外者也可稱之為家具；家具不一定可移動(dòng)，它也可以固定在地面或建筑物上；可移動(dòng)的家用器具不一定就是家具。因此，要完整而確切地定義家具是困難的，至今尚無嚴(yán)密的標(biāo)準(zhǔn)釋義。本書根據(jù)傳統(tǒng)意義上的家具含義及其現(xiàn)代合乎邏輯的延伸，給出了如下家具的定義［1］：

廣義地說，家具是指供人類維持正常生活、從事生產(chǎn)實(shí)踐和開展社會(huì)活動(dòng)必不可少的一類器具；狹義地說，家具是日常生活、工作或社會(huì)交往活動(dòng)中供人們坐、臥、躺，或支承與貯存物品的一類器具與設(shè)備。

隨著人們生活水平和生活質(zhì)量的改善和提高，對(duì)家具的造型、品種、款式和質(zhì)量均提出了更高的要求。家具是室內(nèi)的主要陳設(shè)，既具有使用功能，又具有裝飾功能，它與室內(nèi)環(huán)境構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的整體。因此，在設(shè)計(jì)和選用家具時(shí)，除了從人體工效學(xué)考慮在外觀尺寸上符合人體各部分的生理尺度、在款式造型上符合人的心理需求之外，還應(yīng)與室內(nèi)尺度和室內(nèi)環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（二）家具的特性

（1）使用的普遍性

在古代家具已得到了廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代社會(huì)中家具更是無所不在，無處不有。家具以其獨(dú)特的功能貫穿于現(xiàn)代生活的方方面面，與人們的衣、食、住、行等生活方式，或工作、學(xué)習(xí)、生活、交際、娛樂、休閑等活動(dòng)方式密切相關(guān)，而且隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及生活方式的變化，家具也處在發(fā)展變化之中。如我國改革開放以來發(fā)展的賓館家具、商業(yè)家具、現(xiàn)代辦公家具，以及民用家具中的音像柜、首飾柜、酒吧、廚房家具、兒童家具等，便是我國家具發(fā)展過程中產(chǎn)生的新門類，它們以不同的功能特性，不同的文化語匯，滿足了不同使用群體的不同的心理和生理需求，它充分顯示出家具使用的普遍性［1-3, 6］。

（2）功能的二重性

家具不僅是一種簡單的功能性物質(zhì)產(chǎn)品，而且是一種廣為普及的大眾藝術(shù)品，它既滿足某些特定的直接用途，又能供人觀賞，使人在接觸和使用過程中產(chǎn)生某種審美和引發(fā)豐富聯(lián)想的精神需求。它既涉及材料、工藝、設(shè)備、化工、電器、五金、塑料等技術(shù)領(lǐng)域，又與社會(huì)學(xué)、行為學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等社會(huì)科學(xué)以及造型藝術(shù)理論密切相關(guān)，所以說家具既具有物質(zhì)性，又具有精神性，這便是人們常說的家具二重性特點(diǎn)［1-3, 6］。

（3）文化的綜合性

文化是一個(gè)有著狹義和廣義之別的詞匯。狹義的文化是指人類社會(huì)意識(shí)形態(tài)及與之相適應(yīng)的制度和設(shè)施；而廣義的文化是指人類所創(chuàng)造的物質(zhì)和精神財(cái)富的總和。文化一詞是一個(gè)發(fā)展的概念，時(shí)至今日，人們多采用規(guī)范性的定義，即把文化看作是一種生活方式、樣式或行為模式。人類的一切文化都是從造物開始的。中外家具的發(fā)展史便是人類造物活動(dòng)的一個(gè)重要組成部分，也是人類文化在家具產(chǎn)品上的充分顯現(xiàn)。首先，家具是一類社會(huì)物質(zhì)產(chǎn)品，作為重要的物質(zhì)文化形態(tài)，表現(xiàn)為直接為人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)、交際和文化娛樂等活動(dòng)服務(wù)。同時(shí)，家具又是一門生活藝術(shù)，它結(jié)合環(huán)境藝術(shù)、造型藝術(shù)和裝飾藝術(shù)等，以特有的形象和符號(hào)來影響和溝通人的情感，形成特定的精神文化形態(tài)［3,6］。

二、家具文化的內(nèi)涵與特性

（一）家具文化的內(nèi)涵

家具是一種豐富的信息載體與文化形態(tài)，其類型、數(shù)量、功能、形式、風(fēng)格和制作水平，以及社會(huì)家具的占有情況，反映了一個(gè)國家和地域在某一歷史時(shí)期的社會(huì)生活方式、社會(huì)物質(zhì)文明水平以及歷史文化特征，因而家具凝聚了豐富而深刻的社會(huì)性和文化性。

家具文化是物質(zhì)文化、精神文化和藝術(shù)文化的綜合［6］。

（1）物質(zhì)文化

作為物質(zhì)文化，家具是人類社會(huì)發(fā)展、物質(zhì)生活水準(zhǔn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。家具的品類和數(shù)量反映了人類從農(nóng)業(yè)時(shí)代、工業(yè)時(shí)代到信息時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步；家具材料是人類利用大自然和改造大自然的系統(tǒng)記錄；家具的結(jié)構(gòu)科學(xué)和工藝技術(shù)反映了工業(yè)技術(shù)的進(jìn)展和科學(xué)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)；家具發(fā)展史是人類物質(zhì)文明史的一個(gè)重要組成部分。

（2）藝術(shù)文化

作為藝術(shù)文化，家具是室內(nèi)環(huán)境構(gòu)成的一項(xiàng)重要內(nèi)容。它的造型、色彩和藝術(shù)風(fēng)格與室內(nèi)空間藝術(shù)共同營造特定的藝術(shù)氛圍。家具的設(shè)計(jì)原則、文化觀念與表現(xiàn)手法是和建筑藝術(shù)以及其它造型藝術(shù)一脈相承的。

（3）精神文化

作為精神文化，家具具有教育功能、審美功能、對(duì)話功能、娛樂功能等。家具以其特有的功能形式和藝術(shù)形象長期地呈現(xiàn)在人們的生活空間，潛移默化地喚起人們的審美情趣，培養(yǎng)人們的審美情操，提高人們的審美能力。同時(shí)家具也以藝術(shù)形式直接或間接地通過隱喻或文脈思想，反映當(dāng)時(shí)的社會(huì)與宗教意識(shí)，實(shí)現(xiàn)象征功能與對(duì)話功能。

（二）家具文化的特征

從一定意義上說，家具是某一國家或地域在某一歷史時(shí)期社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的標(biāo)志，是某種生活方式的縮影，是某種文化形態(tài)的顯現(xiàn)。而且隨著社會(huì)的發(fā)展，這種文化形態(tài)或風(fēng)格形式的變化和更新浪潮，將更加迅速和頻繁，因而家具文化在發(fā)展過程中必然或多或少地反映出社會(huì)性特征、地域性特征、民族性特征、時(shí)代性特征等［6］。

（1）社會(huì)性

家具的類型、數(shù)量、功能、形式、風(fēng)格和制作水平，以及社會(huì)家具的占有情況，反映了一個(gè)國家和地域在某一歷史時(shí)期的社會(huì)生活方式、社會(huì)物質(zhì)文明水平以及歷史文化特征，因而，家具凝聚了豐富而深刻的社會(huì)性。

（2）地域性

不同地域地貌，不同的自然資源，不同的氣候條件，必然產(chǎn)生社會(huì)生產(chǎn)力水平、生活方式、文化形態(tài)、人的性格差異，并形成不同的家具特性。因而，反映出地域性。

（3）民族性

不同的民族有不同的傳統(tǒng)文化和生活習(xí)俗，從建筑造型到室內(nèi)、家具均有著自己的特征。如日本民族榻榻米席地而坐，椅子則無腿；中國地處高寒地帶，家具也是低矮型；北歐森林豐富，追求自然美，流行實(shí)木家具。

（4）時(shí)代性

與整個(gè)人類文化的發(fā)展過程一樣，家具的發(fā)展也有階段性，即不同歷史時(shí)期的家具風(fēng)格顯現(xiàn)出家具文化不同的時(shí)代特征。如古代、中世紀(jì)、文藝復(fù)興時(shí)期、浪漫時(shí)期、現(xiàn)代和后現(xiàn)代均表現(xiàn)出各自不同的風(fēng)格與個(gè)性。如英國傳統(tǒng)（安娜）式家具、法國哥特式家具、巴洛克（路易十四）式家具、洛可可（路易十五）式家具、新古典主義（路易十六）式家具、美國殖民地式（美式）家具、西班牙式家具、中國明式家具等。

三、家具文化的構(gòu)成要素

社會(huì)創(chuàng)造了家具，家具誕生于社會(huì)。任何一個(gè)時(shí)代的家具都必然受著當(dāng)時(shí)社會(huì)的制約與影響。家具與社會(huì)的政治制度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化藝術(shù)，以及人們的、生活習(xí)慣、民俗民風(fēng)、科技工藝等方面，都有密切的聯(lián)系，浸透著歷史痕跡。家具記錄了本民族特定歷史時(shí)期的價(jià)值觀念、倫理道德、思想模式、行為模式和審美情趣等。數(shù)千年來，家具伴隨著人類歷史已經(jīng)建立起自己的“獨(dú)立家族”與理論體系。數(shù)千年的人類歷史，已經(jīng)孕育了一個(gè)獨(dú)立而富有的家具文化學(xué)科。胡文彥先生在《中國家具文化》［4］一書中，已經(jīng)從家具與禮、家具與佛教、家具與民俗、家具與文人、家具與繪畫、家具與詩詞、家具與百工、家具與樂舞、家具與建筑、家具與社會(huì)等十個(gè)專題，探究家具與這些領(lǐng)域的關(guān)系，家具在這些領(lǐng)域里的作用和地位，家具本身在這些領(lǐng)域的影響下所形成的特質(zhì)，家具從中吸收的文化含量，也可以說是，是家具被社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域所賦予的文化內(nèi)涵。

（1）家具與禮制［4］

禮，是奴隸社會(huì)的政治法規(guī)、上層建筑，道德規(guī)范和行為準(zhǔn)則。禮，距今的確是十分遙遠(yuǎn)，在我們追尋古代家具的蹤跡時(shí)，幸然發(fā)現(xiàn)家具與禮有密切的、直接的關(guān)系，從而知道在古代的奴隸社會(huì)，家具具有特殊的價(jià)值與地位。禮，決定了家具的政治性和社會(huì)性。家具，體現(xiàn)了禮的核心思想――等級(jí)制度。

（2）家具與佛教［4］

中華漢土文化，在歷史發(fā)展進(jìn)程里，不斷吸收外來民族的營養(yǎng)，不斷地在融會(huì)中壯大自己。歷史證明，吸收外來文化最多、最廣，影響最大的莫過于佛教文化了。佛教文化的輸入，不僅給中華漢土的社會(huì)生活、思想觀念，文學(xué)、音樂、美術(shù)等等方面都帶來了新鮮活力。天竺佛國大量的高型家具，隨之也來到了漢地。這對(duì)漢地的生活習(xí)俗，特別是對(duì)華夏幾千年來席地而坐的起居方式是一個(gè)極大的沖擊，促進(jìn)了家具的發(fā)展。伴隨高型坐具而來的垂足而坐方式，也自然地進(jìn)入了漢地生活。

（3）家具與民俗［4］

民俗，簡之就是民族民間風(fēng)俗。民俗是隨著人類生活而誕生，又隨著社會(huì)的前進(jìn)而發(fā)展的一種文化現(xiàn)象。民俗的形成，首先受著一定歷史時(shí)期的政治、經(jīng)濟(jì)類型，以及宗教等其他方面的影響。家具在民俗（節(jié)日風(fēng)俗、家宴婚俗）事象中，處處可見家具的參與，扮演著十分重要的工具、手段――載體的角色。它投身于民俗活動(dòng)，與民俗活動(dòng)融為一體。在道器統(tǒng)一的中華傳統(tǒng)觀念里，它的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越它自身的本能，浸含著民族感情、民族心理的特質(zhì)――民俗文化的內(nèi)涵。

（4）家具與文人［4］

中國幾千年來都是以儒家思想為統(tǒng)領(lǐng)，歷來是重文輕技，尤其木工家具方面的技藝，被視為“梓人”、“工匠”。然而，中國的歷史文人，對(duì)木工家具是情有獨(dú)鐘。如南宋黃伯思的《燕幾圖》、明代戈汕的《蝶幾圖》、作者不詳?shù)摹犊飵讏D》、明朝官方的《魯班經(jīng)》、明代曹明仲的《格古要論》、屠隆的 《考盤余事》、文震亨的《長物志》、清代李漁的《閑情偶寄》等。《燕幾圖》可謂中國第一部家具設(shè)計(jì)專著，創(chuàng)造出中國家具史第一部組合家具設(shè)計(jì)圖。《蝶幾圖》也是一部組合家具設(shè)計(jì)圖。

（5）家具與繪畫［4］

家具是形象的歷史；繪畫是無字的史記。繪畫中有家具；家具中有繪畫。中國傳統(tǒng)家具和繪畫在造型語言、色彩、章法等形式上是充滿密切聯(lián)系的：中國傳統(tǒng)繪畫中的家具圖像不僅為研究家具史和家具文化帶來了便利，而且作為畫中實(shí)物，它們還為一些在斷代上有爭議的繪畫解開迷團(tuán)帶來了重要佐證；中國傳統(tǒng)家具上裝飾有不同的繪畫，這些繪畫對(duì)于傳統(tǒng)家具的美化和意蘊(yùn)的提升發(fā)揮了重要作用。

（6）家具與文學(xué)［4］

家具與文學(xué)的關(guān)系，可以說是歷史淵源。翻開中國古典文學(xué)作品（如小說、詩詞等）的歷史，處處可見家具的蹤跡。從那些與家具有關(guān)的文學(xué)作品（如小說、詩詞等）中，可以探尋家具在作者或詩人眼里的形象，在小說、詩詞中的地位，作者或詩人賦予家具的感情寄托等，從中可以探尋家具與文學(xué)的關(guān)系，家具在文學(xué)作品發(fā)展中自身所形成的文化內(nèi)涵。

（7）家具與百工［4］

從奴隸社會(huì)到封建社會(huì)，幾千年來以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，構(gòu)建了龐大的手工業(yè)隊(duì)伍――“百工”、“一百二十行”、“三百六十行”。這支隊(duì)伍由于專業(yè)的需要，形成了特殊的家具――百工家具。百工家具又因其特殊的職能而形成了自己的特點(diǎn)。現(xiàn)代家具行業(yè)已經(jīng)形成為一個(gè)包含制造、流通、零售、展覽、配套（材料、機(jī)械、配件、飾品）、教育、咨詢（設(shè)計(jì)、管理、技術(shù)、人才）等相互合作、并與國民經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)的制藥行業(yè)，其工種和職業(yè)類型已經(jīng)完全超出了傳統(tǒng)意義上的“百工”，為解決社會(huì)勞動(dòng)力就業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

（8）家具與樂舞［4］

從周公的“制禮作樂”始，中國歷史上的樂舞活動(dòng)――包括宮廷樂舞和民間樂舞，就一直貫穿于歷朝歷代。我們從現(xiàn)存的樂舞文物和樂舞史料中得知：在這些樂舞活動(dòng)中，處處可見表演道具――家具的蹤跡。樂舞中的道具――家具的使用，可探求這些道具――家具在樂舞中的地位，以及對(duì)樂舞表演的形成和發(fā)展所起的影響、作用等。

（9）家具與建筑［4］

家具與建筑始終是相伴而生，互為依靠，并攜手共同為人服務(wù)。家具與室內(nèi)空間及其它物品構(gòu)成了人類生存的室內(nèi)環(huán)境，又與建筑物、庭院、園林又構(gòu)成人類生存的室外環(huán)境。家具與建筑的關(guān)系主要表現(xiàn)在：環(huán)境、造型、材料、榫卯結(jié)構(gòu)、腿腳架柱、門窗圍子、窗格窗花、裝飾紋樣、制作與造作工藝、工具等相通與相似之處。

（10）家具與社會(huì)［4］

家具與社會(huì)及社會(huì)主體的人是緊密相連的?？梢哉f，家具是以人的需求而誕生、而變化，又以社會(huì)的前進(jìn)而發(fā)展。社會(huì)創(chuàng)造了家具，家具反映出社會(huì)。

家具設(shè)計(jì)的目的是為人類服務(wù)，是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果和美的造型法則去創(chuàng)造出人們?cè)谏睢⒐ぷ骱蜕鐣?huì)活動(dòng)中所需的特種產(chǎn)品――家具。就人而言，既屬于生物的范疇，又屬于社會(huì)的范疇。人的需求具有雙重性，作為生物的人，要求家具滿足人的生理需要和不斷發(fā)展的工作方式和生活方式的需要；作為社會(huì)的人，對(duì)家具和由家具構(gòu)成的環(huán)境的要求則是審美功能、象征功能、教育功能、娛樂功能等。

（11）家具與學(xué)科

現(xiàn)代家具產(chǎn)品再也不是一種無足輕重的簡單的生活用具，它對(duì)提高人的工作效率與休息效益，增加生活的便利和安適程度有著十分重要的作用。因此，現(xiàn)代家具的設(shè)計(jì)牽涉到許多學(xué)科的知識(shí)。在家具藝術(shù)內(nèi)涵方面：包含諸如美學(xué)、藝術(shù)學(xué)、美術(shù)學(xué)、色彩學(xué)、繪畫藝術(shù)學(xué)、造型藝術(shù)學(xué)、環(huán)境藝術(shù)學(xué)、裝飾裝潢設(shè)計(jì)學(xué)、符號(hào)學(xué)、圖學(xué)等專業(yè)學(xué)科的成分。在家具人文內(nèi)涵方面：包含諸如哲學(xué)、人類學(xué)、社會(huì)學(xué)、民族學(xué)、倫理學(xué)、歷史學(xué)、考古學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、營銷學(xué)、物流學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、人體工程學(xué)、生態(tài)學(xué)等專業(yè)學(xué)科的成分。在家具技術(shù)內(nèi)涵方面：包含諸如材料學(xué)（木材學(xué)、金屬學(xué)等）、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、高分子化學(xué)、力學(xué)、工藝學(xué)、機(jī)械學(xué)、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、建筑學(xué)、環(huán)境工程學(xué)等專業(yè)學(xué)科的成分。

（12）家具與科學(xué)技術(shù)

家具史的發(fā)展始終是融科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)與一體，隨著科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、材料的變化而不斷達(dá)到新的高度。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的變化，科技對(duì)現(xiàn)代家具的設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生了直接的影響，帶來了現(xiàn)代家具的新設(shè)計(jì)、新造型、新色彩、新結(jié)構(gòu)、新功能。近年來，隨著以工業(yè)設(shè)計(jì)理念為代表的新設(shè)計(jì)方法運(yùn)用和以信息技術(shù)為代表的新技術(shù)革命，給現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)和制造帶來了一系列重大影響，現(xiàn)代高新技術(shù)正在全面導(dǎo)入家具行業(yè)，引起了家具設(shè)計(jì)與制造管理和銷售模式劃時(shí)代的變革和進(jìn)步。目前，家具行業(yè)正在根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律和應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的材料、設(shè)備、工藝和加工手段，考慮可持續(xù)發(fā)展的原則，使家具從簡單的手工業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為一種具有高度科學(xué)性的生活和日常工作用的有效“機(jī)器”。

四、家具文化的設(shè)計(jì)表現(xiàn)

（1）家具設(shè)計(jì)的概念

家具設(shè)計(jì)是為滿足人們使用的、心理的、視覺的需要，在投產(chǎn)前所進(jìn)行的創(chuàng)造性的構(gòu)思與規(guī)劃，并通過圖紙、模型或樣品表達(dá)出來的全過程。家具是人們生活、工作、社會(huì)活動(dòng)不可缺少的用具。家具設(shè)計(jì)的任務(wù)是以家具為載體，為人類生活與工作創(chuàng)造便利、舒適的物質(zhì)條件，并在此基礎(chǔ)上滿足人們的精神需求［3］。從這一意義上來說，設(shè)計(jì)家具就是設(shè)計(jì)一種生活方式。家具是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合、物質(zhì)與精神的結(jié)合。家具設(shè)計(jì)涉及市場(chǎng)、心理、人體工學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)、工藝、美學(xué)、民俗、文化等諸多領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師需要具備專深、廣博的知識(shí)以及綜合運(yùn)用這些知識(shí)的能力，同時(shí)還必須具備傳達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思與方案的能力。

（2）家具設(shè)計(jì)的性質(zhì)

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使得家具成為藝術(shù)設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)高度發(fā)揮的結(jié)晶，藝術(shù)與工業(yè)的融合是現(xiàn)代家具的特色。所以，現(xiàn)代家具是一種工業(yè)產(chǎn)品，它是一類利用現(xiàn)代工業(yè)原材料，通過高效率、高精度的工業(yè)設(shè)備而批量生產(chǎn)出來的工業(yè)產(chǎn)品，因此家具設(shè)計(jì)屬于工業(yè)設(shè)計(jì)的范圍。現(xiàn)代家具以功能與美觀并重，在功能方面與其他消費(fèi)品一樣可以根據(jù)消費(fèi)者形態(tài)而改變機(jī)能，依照個(gè)別的需求適應(yīng)生活特點(diǎn)與個(gè)人美感的要求，使家具能適應(yīng)與發(fā)揮其室內(nèi)空間安排。在美觀方面能表現(xiàn)出自然的材料趣味，線條簡潔而富韻律，比例優(yōu)美，給人一種優(yōu)雅、新穎和真實(shí)的品質(zhì)感。這樣的家具設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代生活、人類生理心理與活動(dòng)需求的多面性［3］。

因此，家具設(shè)計(jì)研究包含以下幾個(gè)方面［3］：

1）家具設(shè)計(jì)研究的第一個(gè)方面就是設(shè)計(jì)技術(shù)

家具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)純技術(shù)工作，在人類文化發(fā)展初期雖然沒有這個(gè)名稱，但作為技術(shù)可以說潛藏于設(shè)計(jì)之中。設(shè)計(jì)技術(shù)不一定是手頭的工作，也不一定是依靠手的靈巧工作，而是靠動(dòng)腦筋進(jìn)行理智處理的成分占主要地位，不過多數(shù)還是由手和眼這些肉體器官的靈活動(dòng)作所承擔(dān)的，在這個(gè)意義上，可以把其稱作設(shè)計(jì)的技法或者實(shí)用技術(shù)。在學(xué)習(xí)搞設(shè)計(jì)的初期階段，必須在肉體的感覺活動(dòng)方面下很大的工夫，為了提高并加強(qiáng)這種感覺或判斷力的敏銳，無論如何都必須反復(fù)進(jìn)行實(shí)際技術(shù)的練習(xí)。

2）家具設(shè)計(jì)研究的第二個(gè)方面是設(shè)計(jì)理論的研究

從近代設(shè)計(jì)的本質(zhì)來看，可以說不應(yīng)考慮沒有理論保證的設(shè)計(jì)技術(shù)。理論研究最基本的領(lǐng)域是關(guān)于形和色的研究，前者應(yīng)該叫做形態(tài)的理論或形態(tài)學(xué)，后者應(yīng)該叫色彩理論或色彩學(xué)。以上兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)研究應(yīng)首先齊備。

3）家具設(shè)計(jì)研究的第三個(gè)方面則必須擴(kuò)展到歷史領(lǐng)域

因?yàn)樵谏鐣?huì)的發(fā)展中人類造型活動(dòng)是連續(xù)進(jìn)行的。對(duì)有關(guān)歷史進(jìn)程是如何進(jìn)行的就不能完全無知。縱觀歷史上的東西都是跟隨時(shí)間的演變?cè)谧儎?dòng)，這樣就要研究繼承和發(fā)展古今中外家具的形式與內(nèi)容。特別是在國際貿(mào)易、科技、文化交流比歷史上任何時(shí)期更為頻繁的今天，不論是古今的，還是中外的，為了我們今天的需要，我們應(yīng)當(dāng)吸收其中一切有益的東西，使它融化在我們民族的家具設(shè)計(jì)里，達(dá)到融會(huì)貫通，從理論和實(shí)踐的結(jié)合上掌握家具設(shè)計(jì)的基本規(guī)律，作為我們?cè)O(shè)計(jì)新家具的借鑒。

4）家具設(shè)計(jì)研究的第四個(gè)方面是制造技術(shù)

家具設(shè)計(jì)要通過研究家具語言的“群眾性”、“民族性”，家具式樣的“時(shí)代性”、“多樣性”，家具技巧的“裝飾性”、“適應(yīng)性”等特點(diǎn)，來了解家具的功能使用要求，熟悉家具生產(chǎn)的新材料、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備等，以充分發(fā)揮家具藝術(shù)的獨(dú)創(chuàng)性。

5）家具設(shè)計(jì)研究的第五個(gè)方面是消費(fèi)市場(chǎng)的研究

家具設(shè)計(jì)工作者除了掌握本專業(yè)的業(yè)務(wù)技能知識(shí)、基本的設(shè)計(jì)理論、方法、手段及其相關(guān)知識(shí)外，同樣必須深入生活，細(xì)心地去觀察、體驗(yàn)生活，了解市場(chǎng)、熟悉消費(fèi)群體，進(jìn)行消費(fèi)市場(chǎng)的調(diào)查研究，這是設(shè)計(jì)師不可缺少的態(tài)度。家具本無生命，本無感情，但人是有生命、有感情的，設(shè)計(jì)師可以通過作品傳達(dá)自己的關(guān)懷與呵護(hù)，以自己的激情來感染他人、美化環(huán)境、造福人類。

（3）家具設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

家具設(shè)計(jì)和一般工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)一樣，是對(duì)產(chǎn)品的功能、材料、構(gòu)造、藝術(shù)、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾形式、工藝、包裝以至成本等諸要素從社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)的、藝術(shù)的角度進(jìn)行全面設(shè)計(jì)和綜合處理，使之既滿足人們的物質(zhì)功能的需求，又滿足人們對(duì)環(huán)境功能與審美功能的需求。它的設(shè)計(jì)內(nèi)容是多方面的，具體包括功能設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析等［3］。

1）家具的功能設(shè)計(jì)

就是根據(jù)家具的使用功能與用途，合理地確定家具的比例與尺度。

2）家具的造型設(shè)計(jì)

是指運(yùn)用一定的手段，對(duì)家具的形態(tài)、質(zhì)感、色彩、裝飾以及構(gòu)圖等方面進(jìn)行綜合處理所構(gòu)成完美的家具形象的過程。

3）家具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

是在功能設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的要求，進(jìn)行家具材料的選用，產(chǎn)品、部件和零件尺寸的確定，接合方式的選擇，特殊零部件的力學(xué)強(qiáng)度校核計(jì)算等。

4）家具的工藝設(shè)計(jì)

是指通過一定的加工工藝路線和先進(jìn)技術(shù)手段改變材料的形狀、尺寸和表面狀態(tài)，甚至改變其性質(zhì)，使之達(dá)到設(shè)計(jì)目的，滿足設(shè)計(jì)要求的過程。

5）家具的包裝設(shè)計(jì)

是根據(jù)家具的性能，用適當(dāng)?shù)牟牧蠈?duì)產(chǎn)品采取的一種保護(hù)性措施，以保護(hù)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和使用價(jià)值，便于流通、運(yùn)輸、裝卸、存貯保管和銷售，起到宣傳和推銷的作用。

6）家具的經(jīng)濟(jì)分析

家具的生產(chǎn)成本、企業(yè)經(jīng)營管理費(fèi)用、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行合理的分析和預(yù)算，為家具的生產(chǎn)和銷售提供準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

（4）家具設(shè)計(jì)的原則

家具設(shè)計(jì)的目的是為人類服務(wù)，是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果和美的造型法則去創(chuàng)造出人們?cè)谏睢⒐ぷ骱蜕鐣?huì)活動(dòng)中所需的特種產(chǎn)品――家具。而家具與室內(nèi)空間及其它物品構(gòu)成了人類生存的室內(nèi)環(huán)境，又與建筑物、庭院、園林又構(gòu)成人類生存的室外環(huán)境。人與人、物與物、人與環(huán)境又構(gòu)成了社會(huì)。從廣泛的概念出發(fā)，家具設(shè)計(jì)的目的是使人與人、人與物、人與環(huán)境、人與社會(huì)相互協(xié)調(diào)，其核心是更好地為人類服務(wù)。就人而言，也有雙重屬性，人既屬于生物的范疇，又屬于社會(huì)的范疇。人的需求也具有雙重性，作為生物的人，要求家具滿足人的生理需要和不斷發(fā)展的工作方式和生活方式的需要；作為社會(huì)的人，對(duì)家具和由家具構(gòu)成的環(huán)境的要求則是審美功能、象征功能、教育功能、娛樂功能等。此外，家具作為一種工業(yè)產(chǎn)品和商品，必須適應(yīng)市場(chǎng)需求，遵循市場(chǎng)規(guī)律［3］。

從家具工業(yè)發(fā)展近況來看，現(xiàn)代家具正朝著材料多樣、造型新穎、結(jié)構(gòu)簡潔、品種豐富、加工方便、節(jié)省材料、易于拆裝或折疊，具有實(shí)用性、多功能性、舒適性、保健性、裝飾性的方向發(fā)展。因此，完美合理的家具設(shè)計(jì)，原則上應(yīng)兼顧使用和生產(chǎn)兩方面的要求。對(duì)使用者來說，家具必須實(shí)用、舒適、方便、安全、外形美觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、價(jià)格合理，對(duì)生產(chǎn)者來說，家具必須具有較好的工藝性，先進(jìn)的生產(chǎn)效率，合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使家具在質(zhì)量、性能、品種和規(guī)格等方面，符合使用上可靠、技術(shù)上先進(jìn)、生產(chǎn)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，現(xiàn)代家具的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循實(shí)用性、藝術(shù)性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、科學(xué)性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和資源持續(xù)利用等九項(xiàng)基本原則［3］。

1）實(shí)用性

家具的實(shí)用性體現(xiàn)了家具的使用價(jià)值。它要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品首先應(yīng)符合它的直接用途，能滿足使用者的某種特定的需要，而且堅(jiān)固耐用；并且，家具的形狀和尺度，應(yīng)符合人的形體特征，適應(yīng)人的生理?xiàng)l件，滿足人們的不同使用要求，以其必要的功能性和舒適性來最大限度地消除人的疲勞，給工作和生活創(chuàng)造便利、舒適的條件。

2）藝術(shù)性

家具的藝術(shù)性體現(xiàn)了家具的欣賞價(jià)值。它要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品除滿足上述功能使用之外，還應(yīng)使人們?cè)谟^賞和使用時(shí)得到美的享受。家具的藝術(shù)性主要表現(xiàn)在造型、裝飾和色彩等方面，造型要簡潔、流暢、端莊優(yōu)雅、體現(xiàn)時(shí)代感，裝飾要明朗樸素、美觀大方、符合潮流，色彩要均衡統(tǒng)一，和諧舒暢。因此，家具的設(shè)計(jì)要符合流行的時(shí)尚，表現(xiàn)時(shí)代的流行性特征，以便經(jīng)常地及時(shí)地推出適銷對(duì)路的產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)的需求。

3）工藝性

家具的工藝性即要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)線條簡樸、構(gòu)造簡潔、制作方便、在材料使用和加工工藝上，需滿足以下要求：

①材料多樣化（原材料與裝飾材料）；

②部件裝配化（可以拆裝或折疊）；

③產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化（零部件規(guī)格化、系列化和通用化）；

④加工連續(xù)化（實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，減少勞動(dòng)力消耗，降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率）。

4）經(jīng)濟(jì)性

家具的經(jīng)濟(jì)性要求開展市場(chǎng)調(diào)研與市場(chǎng)預(yù)測(cè)，在不斷了解國內(nèi)與國際家具生產(chǎn)的形勢(shì)和家具市場(chǎng)行情的基礎(chǔ)上，必須從產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)和加工等方面考慮所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有較低的成本和合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出適銷對(duì)路的家具產(chǎn)品，達(dá)到質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、物美、低耗、環(huán)保的要求。

5）安全性

家具的安全性既要求產(chǎn)品具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度與穩(wěn)定性，又要求產(chǎn)品具有環(huán)保性。即在滿足使用者多種需求的同時(shí)，有利于使用者的健康和安全，對(duì)人體沒有傷害與毒害的隱患。也就是說，應(yīng)按照“綠色產(chǎn)品”的要求來設(shè)計(jì)與制造家具，使其成為“綠色家具”，除了產(chǎn)品本身能夠符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)和滿足精心設(shè)計(jì)的使用功能和精神功能外，應(yīng)能通過從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期的全過程實(shí)施，使產(chǎn)品最大限度地實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化利用、減少環(huán)境污染和滿足人們需求，在其生產(chǎn)、使用、回收處理全過程中，都不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染或?qū)θ梭w健康產(chǎn)生危害。

6）科學(xué)性

家具的科學(xué)性是要深入研究和應(yīng)用生理學(xué)、心理學(xué)、人類工效學(xué)、技術(shù)美學(xué)、環(huán)境學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)學(xué)科的基本原理，根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律和應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的材料、設(shè)備、工藝和加工手段，考慮材料的可持續(xù)利用的原則，使家具從簡單的手工業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為一種具有高度科學(xué)性的生活和日常工作用的有效“機(jī)器”。

7）系統(tǒng)性

家具的系統(tǒng)性體現(xiàn)在三個(gè)方面，即：

①配套性，是指應(yīng)考慮家具與室內(nèi)環(huán)境以及其它家具或陳設(shè)制品配套使用時(shí)的協(xié)調(diào)性與互補(bǔ)性，將家具設(shè)計(jì)與整個(gè)室內(nèi)環(huán)境的整體效果和使用功能緊密結(jié)合在一起；

②綜合性，是指家具設(shè)計(jì)應(yīng)屬于工業(yè)設(shè)計(jì)范疇，家具設(shè)計(jì)工作不是只繪制出產(chǎn)品效果圖或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，它是對(duì)產(chǎn)品的功能、造型、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、包裝以至經(jīng)濟(jì)成本等進(jìn)行全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

③標(biāo)準(zhǔn)化，是以一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化零部件與家具單體構(gòu)成企業(yè)的某一類家具標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，通過其有效組合來滿足各種需求，以不變應(yīng)萬變，將非標(biāo)產(chǎn)品降到最低限度，以緩解由于產(chǎn)品品種過多、批量過小給生產(chǎn)系統(tǒng)所造成的壓力，并能把設(shè)計(jì)師從機(jī)械的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來。

8）創(chuàng)造性

家具的創(chuàng)造性是指家具新功能的拓展，新形式的構(gòu)想，新材料、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的開發(fā)都是設(shè)計(jì)者通過創(chuàng)造性思維和應(yīng)用創(chuàng)新技法的過程。一個(gè)有創(chuàng)新能力或創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)師，應(yīng)掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)科學(xué)的基本理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)工作。

9）可持續(xù)性

家具的可持續(xù)性是指在設(shè)計(jì)家具時(shí)必須考慮木材資源持續(xù)利用的原則。具體說就是要盡量利用以速生材、小徑材為原料，減少大徑木材的消耗。對(duì)于珍貴木材應(yīng)以薄木的形式覆貼在人造板上，以提高珍貴木材的利用率，對(duì)珍貴樹種應(yīng)做到有節(jié)制和有計(jì)劃的采伐，以實(shí)現(xiàn)人類生存環(huán)境的和諧發(fā)展和木材資源的持續(xù)利用。

總之，對(duì)于家具的設(shè)計(jì)，就是要做到以下主要三個(gè)方面［6］：

第一，講求功能效果，運(yùn)用人體工效學(xué)的理論和“以人為本”的理念來設(shè)計(jì)家具，不但要重視人的生理功能，而且要研究人的心理狀況，設(shè)計(jì)要滿足人的生理和心理兩方面的需求與健康；

第二，考慮合理使用多種材料，以最貼近自然的、對(duì)人體無害的、節(jié)省能源的材料，滿足產(chǎn)品功能需要，以最少的用料，實(shí)現(xiàn)最佳的效果；

第三，設(shè)計(jì)產(chǎn)品要高品位，應(yīng)有深厚文化內(nèi)涵和科技含量，高品位是沒有模式的，通常是指家具審美格調(diào)上的藝術(shù)品位。

簡單地說，家具的設(shè)計(jì)，在家具界就是這樣的三句話，即：“講求功效求其真，慎惜用材至于善，提高品位崇尚美?！保ㄘ?zé)任編輯：楚小慶）

參考文獻(xiàn)：

［1］胡景初.現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1992.

［2］胡景初、戴向東.家具設(shè)計(jì)概論［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1999.

［3］吳智慧.室內(nèi)與家具設(shè)計(jì)――家具設(shè)計(jì)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2005.

［4］胡文彥.中國家具文化［M］.石家莊：河北美術(shù)出版社，2004.

［5］張福昌.中國民俗家具［M］.杭州：浙江攝影出版社，2006.

［6］吳智慧.綠色家具技術(shù)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2006.

Component factors and design philosophy of furniture's cultural characteristics

WU Zhi－h(huán)ui

(College of Furniture and Industrial Design, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037)