时间：2023-07-28 17:32:23
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇产品结构设计原则，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
本课程作为工业工程专业的一门实践性强的专业核心课程，其主要任务是学习产品功能的设定、常用材料的种类和特性以及加工工艺、产品结构设计的原则以及与产品造型有关的通用结构设计知识，使学生掌握与产品设计相关的基本知识，具有产品结构设计的基本技能，能够完成简单产品设计中从功能定义到材料选择以及最终的结构设计。
1.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。
1.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。
2《产品结构设计》课程的教学思路
2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。
2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。
①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。
②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。
③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。
④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。
⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。
⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。
2.3教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。
3《产品结构设计》在工业工程专业总体实训的具体应用
随着社会经济的发展，制造业的生产经营模式越来越趋向于样品的多样化和小批量，以更好的适应企业在新时期面对国内外竞争环境的各项要求。这时，变型设计理念的出现就显得不足为奇，而且很好的适应了企业当前的生产经营策略。变型设计理念的核心就是要对原有的产品结构设计或系列产品进行改进和创新，实现新产品的快速设计和迅速推向市场。目前的变型设计主要是通过产品的有效配置和产品结构模型来实现的，而对变型设计中的创新设计、过程设计和变型修改等几个关键环节不够重视，不利于变型设计理论的长远发展。本文结合机械产品的特点，将对产品结构与变型设计等相关问题进行分析和探讨，以求进一步验证变型设计的有效性和实用性。
1变型设计概述
1.1变型设计的基本概念简单的说，变型设计就是一种设计方法，是一个设计过程，它的基本思想是通过改进已有的系列产品或设计实例来适应新的设计需求，实现产品的快速设计和新产品的快速试制定型。就整体而言，变型设计就是运用一定的规则将整个产品的设计归结为对其中各个部件、零件等功能模块的设计。因此在进行变型设计时建立一个合理的产品结构模型是实现产品快速变型的关键。
1.2方法体系
机械产品结构设计是一个系统、复杂、循序渐进的过程，无论是用户新的需求，还是机械产品在功能上的细小变化，都有可能引起很大改变，即在产品结构上的细小变动都有可能导致产品结构设计上的重大变动，这在机械产品的变型设计中表现的尤为明显。有时企业为了更好的满足各种用户的不同需求，不得不对原有的产品结构进行重新设计，以期获得更多的收益，奠定自身的竞争优势。笔者认为，对机械产品结构进行变型设计的关键就是要准确找到变型设计的根源，建立科学合理的方法体系，进而保证变型设计和快速设计目标的实现。本文所要介绍的方法体系，是以变型规则为基础，通过事物特性表技术的合理运用来构建合理的机械产品结构模型，该模型能够对支持变型设计的机械产品及其构配件之间的关系和条件进行准确的描述。事物特性表技术实现了机械产品结构数据通过二维表结构进行标准化、科学化、规范化的组织，这对机械产品结构的变型设计无疑是非常有帮助的。
2事物特性表的应用
事物特性表是一种ASCII文件，它的格式是保持不变的，不仅能够对事物的基本属性进行登记，还能对构配件的一些特性进行针对性的描述。在国家的相关标准中，它被当作一种信息标准进行应用，不仅能对事物的特性进行描述，并严格按照相关规范和要求进行记录、存储和显现。表格形式如表1所示。正是因为事物特性表能够详细、有效的对事物的性能、特征、工艺特殊性等进行描述，尤其是产品在开展与尺寸变型相关的结构设计时，事物特性表更有利于产品结构从类到实例的转变，这对变型设计和相关检索显然是非常有帮助的。例如，我们可以对某种机械产品的内外径、长度等特性进行描述，我们就可以得到一类产品，而我们对以上特性参数化之后就得到了某种产品的实例，最后将所有特性参数进行组合后，我们就得到了该产品的事物特性表。事物特性表的应用不仅如此，我们还可以结合机械产品变型设计的具体实际进行灵活扩展，尽量将事物特性表的作用最大化。
3机械产品结构模型分析
从某种意义上说，我们可以把产品结构模型看成是能够适应应有的的约束配置的构件的实例化集合。在具体应用过程中，企业应当立足于市场及用户的各种需求，从企业原有的系列产品结构中进行改进和创新，进而派生出更多的有效的产品结构。在对产品结构模型进行分析和构建时，我们首先应当对产品的结构、特点、功能有个全面的把握和了解，并按照相关设计原则和理念把产品模块化，然后通过面向对象的设计方法将所要进行设计的产品进行分解，进而获得相应的产品类或零部件类，最终得到科学、有效的产品模块结构。产品结构模型的原理如图1所示，其主要包含产品变型与约束规则、参数传递结构和构建集合等内容。而为了更好的对产品结构及其结构进行分析，我们首先要对产品以及组成产品的零配件关系进行描述，即构建产品装配拓扑树。
3.1产品装配拓扑树的构建
对于产品装配拓扑树的描述来说，我们可以把它看作是一种类结构，具体如图2所示。在装配拓扑树中，基本模块是产品结构设计中必不可少的，必选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中指定一定数量的模块加入到产品中；可选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中选择一定数量的模块加入到产品中。O2表示在组成部件BNode2时必须且只能在Anode6和Anode7中选择一个零件构件，并且以该构件与CNode2的关系装配到BNode2中。R1表示在组成产品族CNode1时，可以根据一定的规则在Anode4和Anode5中选择一个零件。将构件（Node）的概念引入到装配拓扑树中，主要是为了更好的表达产品对象以及零部件等子对象，而构件不能完全等同于具体的零部件，我们可以把它看成是零部件的抽象，是拥有一定共同特性的的集合，我们可以将其表述为一个四元组：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示产品对象或其零部件子对象的唯一标识号；Sel表示该构件的选择特性，Inc的取值为0，1。Inc=0表示该构件是可选构件，Inc=1表示该构件是必选构件。Num表示零部件在产品中的配置数目；Des表示构件的属性描述信息，Type表示该构件的类型。At-tr_name表示该构件的一个属性名称；Data_Type表示属性的取值类型，如浮点型（float）、整型（int）、字符型（char）、布尔型（bool）等；In_cons表示属性的取值限定约束。
3.2PSMTree类的构造
在完成装配拓扑树的构建后，能够从结构上很好地支持产品对象的变异性。然后采用面向对象的方法对由PSMTree描述的产品原型进行建模，在建模时采用事物特性表技术来构造描述PSMTree的类属性，从而通过类的继承得到描述产品的类。在对类进行构造时，我们可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel这3个类来分别描述PSMtree中的产品及其零部件构件。提取3个类的标识码ID、名称NAME、变型规则等共同属性构造基类O_Base，O_Base与O_Asm、O_Par和O_Sel构成分类结构，具体如图3所示。
3.3机械产品的变型设计规则
从产品结构模型的构建过程来看，变型设计离不开以知识表达为基础的变型规则，规则表达的规范与好坏在很大程度上决定了产品的变型设计的质量，对此我们可以从两个方面进行研究。首先，对于变型规则，我们是针对产品模块内来说的，变性规则大体可以分为三种形式，即条件表达式、逻辑关系式和数学关系式。其中，逻辑关系式主要是为了判断产品中具体零件的必要性和可行性，进而决定零部件的增加或取消，条件表达式主要是用在产品构配件的更换或构配件数目的更改，通常表现出一定的因果联系，规则的具体形式可以表述为：<规则>：：＝<规则ID><规则名称><事件><条件><动作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件规则><条件>：：＝<表达式><事实><动作>：：＝{(<陈述>|<操作>)}：其次，产品族模块间相互约束规则通常只会出现在部件或产品中，其对应的事物特性表中的信息主要是依靠指针通过配置文件的形式保存。机械产品的设计人员可以充分利用模块间相互约束的规则，对产品组合的各种模块进行灵活的选择，进而实现对主要系列产品结构进行变型的目的。其中，主要的约束关系主要包含：相互依存、相互排斥、相互继承、实现、组成、选择等，产品设计人员可以更加产品变型设计的实际，立足于满足用户的基本需求以及产品功能的丰富进行灵活选择。
自我国改革开放以来，机械制造技术发展迅速，同时在我国的工业生产中占据了越来越重要的地位。近年来，随着科学信息技术的深入普及，各行各业都开始广泛地运用计算机技术，特别是在机械制造行业中，通过与计算机技术的有机结合，使机械制造趋于自动化，且其工业产品制造的完成也越来越安全与快速，使机械制造行业更加快速的发展，现在机械制造与自动化的显著特点就是高安全性与高效率生产。同时因为机械制造技术与自动化技术的有机结合，使得我国的机械制造技术的发展也越来越快，并且近年来，国内的一些机械制造企业还开始尝试与国际接轨，通过建立跨国公司使国际交流有效加强，通过这一举措，国内许多机械制造行业的技术发展得到了有效的促进，其规模开始不断扩大，也逐渐提高了其机械制造的自动化程度，从而竞争力不断提高，并促进企业的快速发展［1］。随着能源能耗的增加与我国对节能减排的大力倡导，机械制造与自动化行业对节能环保技术发展的关注度也越来越高，且对于机械制造与自动化行业的发展而言，有效地引入节能设计理念非常必要。在现代工业中，机械制造与自动化行业发展的一项重要技术就是节能环保技术，通过对机械制造中各个环节的严格把控，有效地对节能设计理念进行应用，从而对机械制造与自动化行业持续健康的发展提供有效保障。
2机械制造与自动化中节能设计理念的有效应用途径
2．1改进机械结构设计
在机械制造与自动化中应用节能设计理念时，贯彻节能设计理念的第一步就是改进机械结构设计，只有使机械结构设计真正做到节能环保，才能有效地保证整个机械制造设计做到节能环保。在改进机械结构设计时，节能设计理念的应用途径主要可以体现在以下几个方面。
1）选用低污染、低公害的发动机。发动机作为机械工程系统中最大且最关键的部件，其所排放出的噪音和气体会极大程度地影响到外部环境。因此，使用环保型的发动机不仅可以有效减少噪音与气体污染，还能使油耗与排量降到最低，同时有效提高加工效率，提升机械系统的动力，并极大程度上缓解了机械对于外部环境造成的污染压力［2］。
2）液压系统的设计要坚持节能原则。机械工程中的液压系统会极大程度影响到整个机械工程的运行，要想使液压系统的高效传动得到有效保证，就要有效保证液压系统的清洁度，这不仅要求严格把控油料的选择，设计师在设计液压系统时，也要将油液中的磨损物与微尘垃圾杂质进行彻底清除，从而使液压系统的清洁得到有效保证，并极大程度延长换油的时间间隔，使液压系统的故障发生率有效降低，同时大大降低配件的更新率，延长机械设备的使用寿命，对液压系统的污染进行严格的控制。所以在对液压系统进行改良设计时，应该要选择耐腐蚀性强、防老化能力突出及密封优良的优质液压管，软管尽量用硬管代替，从而使软管的废弃量与损坏量有效降低，并因管道破裂而引起的环境污染问题减少。
3）改良机械工程驾驶室的设计。驾驶室是大型机械工程中操控机械工程最主要的控制室，在对机械工程驾驶室的设计进行改良时，可以采用防紫外线辐射玻璃、经减震降噪处理的全密封整体式“安全环保型”驾驶室，可将环保无氟型冷暖空调配备在驾驶室内，对人体工程学设计原理进行充分运用，设计一个基于FOPS与POPS技术的安全驾驶室，并将多元化美观合理的色调搭配有效地融入到设计过程中，在保障驾驶员安全的同时，也有效缓解视觉上的疲劳，有效改善其工作环境的同时，也使作业效率得到提高［3］。
2．2采用节能环保材料
1）机械工程系统设计时尽量选用可回收、可再生的材料。机械制造与自动化的材料选择应该严格遵循可回收、可再生及易分解的基本原则，在生产加工过程中就不会有大量的有毒有害物质排放出来，也可以有效减小对环境的危害。特别是在进行结构设计时应该尽量选用可拆卸、可回收且无毒的材料，从而使机械材料的再生率有效提高，并使机械工程材料的浪费情况有效减少。
2）机械工程系统设计时要遵守长寿命、低能耗与轻重量原则。一般情况下，有效延长产品的使用寿命就是使机械产品的报废率降低，同时也意味着减少了机械的产品产量。机械产品的能耗降低也能减少污染，提高环保效率。从材料能耗降低的角度，将机械产品的重量适量减轻，并从环境的负荷对于机械的要求方面进行优化设计，产品设计应于环境通用标准相符合，从而保证机械构件的通用性有效实现。
3）机械工程系统设计时尽量选择综合成本与污染最小的机械材料。在进行机械制造与自动化设计时，一些企业常常会忽视机械材料报废以后的污染处理问题，为满足节能要求的同时也使材料的综合成本有效降低，应积极采用一些综合成本最小化与低环保负荷的机械材料，并尽量避免使用树脂、石棉、氟利昂以及含氯橡胶等类型的机械材料。
2．3优化制作工艺
在设计机械制造与自动化系统时，结构与材料的设计是非常重要的内容，但是为了能够使设计阶段全过程的节能目标有效实现，制作工艺的优化也十分重要。
1）优化现有产品结构。众所周知，机械制造与自动化系统中，设计零件越少且机械结构越简单，在进行制造时所需的能源就会越低。除此之外，在制造过程中所需的能耗也会受到机械设计中零件形状的影响。因此，在机械制造与自动化系统设计时，不仅要使产品的基本性能得到保证，还要使其零件尽可能简化，使零件数量与机械体积减少，并优化其产品结构。
2）合理安排工艺工序。因为不同加工工艺产生的能耗不同，因而在进行产品加工时要合理安排加工工艺工序，对加工工艺进行节能设计，让机械生产设备一直保持一个满负荷运行的状态，从而使生产设备的使用效率得到有效提高，并有效降低能源的浪费。
3结语
工业设计是一门涉及技术、艺术、人文与社会的综合性、交叉性学科，相应地，工业设计专业学生知识结构也应由社会构成、艺术构成和技术构成3方面组成，其中社会构成是基础，艺术构成是特色，技术构成是核心。按照太原科技大学工业设计专业的人才培养目标和培养规格，基于本科毕业生应具备的能力界定，遵循课程群建设的相关性、独立性、创新性和综合性原则，并兼顾课程建设、课程群建设与课程体系建设3者之间的关系以及课程群建设与专业建设的关系，将核心课程群划分为产品造型设计课程群、产品人因设计课程群、产品结构设计课程群和产品设计与开发课程群等4组。产品造型设计课程群教学的主要目的是培养学生分析产品成型条件和规律，运用设计思维和创意方法进行产品造型的能力。从对人造物造型美的认识到产品造型的自由塑造，学生的学习过程需经过认识到模仿到创新的多个阶段。“形态设计基础”、“产品形态设计基础”和“产品造型设计”等3门课程循序渐进地培养学生形态塑造与创新的基本能力。产品人因设计课程群是工业设计核心课程群中的核心，主要培养学生生活方式的创造能力。具体的设计过程是以设计心理学为体验设计的依据，通过对人的身、心、精神以及生活形态的调查、分析或测量，以产品为载体来推动生活方式的改变。产品结构设计课程群重点培养学生的材料使用和制造技术方面的知识，更重要的是工程设计与产品设计环节之间的衔接过程，通过将不同的制造技术与材料特性整合进产品设计中，设计才能成为真正的创新，否则只能算是构想。产品结构设计课程群内容涉及到材料、机械、电气以及制造等知识。产品设计与开发课程群是以上3个课程群知识的综合运用环节，其中“产品设计Ⅰ”也就是“产品造型设计”，“产品设计Ⅱ”是“产品人因设计”。该课程群以具体类别的产品设计为对象，“产品设计Ⅰ”和“产品设计Ⅱ”均以学生能经常接触到的生活类产品为设计对象，便于设计调查和用户研究的深入开展。“产品设计与开发Ⅰ”和“产品设计与开发Ⅱ”以太原科技大学侧重的专业特色产品为对象，包括文化产品和重型机械产品，注重创意或创新思维的提升，同时注重产品功能和结构的实现。
二、教学内容优化
课程群建设是一个系统工程，其建设策略应以群内某门中心课程为基础，以课程间内容整合为重点，理清课程间逻辑关系，划清课程的知识界限，删除课程间重复内容，构建起课程间的系统性。依此原则，针对核心课程群的教学内容优化提出以下几点教改思路:
1．提升“设计思维”课程的重要性，更新其知识体系，并将其贯穿于所有设计基础和综合设计类课程
设计思维过程是工业设计实践中最有价值的环节，工业设计问题解决过程实际就是设计思维过程，因此设计思维的重要性不言而喻。继工业时代后信息时代的社会变化，工业设计知识的更新日新月异，其中设计思维作为工业设计知识的核心表现得更为明显，而且其蕴含着大量的隐性知识，很难显性表达。因此，“设计思维”课程的内容更新非常值得重视。为了提高学生设计能力，设计思维课程必须贯穿到所有设计基础和综合设计类课程，使得学生基本的专业素质得以提升。
2．深化“形态设计基础”的内容提炼
在基础形态设计能力培养的基础上，加强工业产品形态设计基础的课时量和教学深度，将工业产品形态设计基础内容作为产品造型设计课程群的中心课程。工业设计专业学生相比产品设计专业学生的艺术造型基础比较薄弱，要想短时间内提升到自由造型能力不太现实，再者工业设计造型有其自身规律，即形体具有工业加工特点。可以说，工业设计造型可以相对脱离纯视觉艺术造型母体，具有其自身的成型条件和造型规律，因此从形体成型的理性层面进行“形态设计基础”课程的内容提炼很有必要。
3．加强以用户为中心的设计思想与能力以及用户参与式设计思想与能力
IDEO(美国著名工业设计公司)为优秀的设计重新作了定义———优秀的设计创造的是美妙的体验，而不仅仅是产品。IDEO通过大量设计实践所探索出的设计思想和实践形式正改变着企业创新的方法，高校应紧跟国际设计前沿，传授前沿知识。重点对产品人因设计课程群引入行业内最新研究成果，包括先进的简单有趣的设计方法、轻松自然的用户研究实践形式等等。
4．加强手动建模思考能力，推进设计思维的设计实践方式
设计过程中通过手来思考是设计思维发展的重要手段，通过草模来推动想法是其重要一环。笔者主张课程体系中的所有设计实践环节都应该加强草模制作过程，以此来反复推敲设计想法，真正提升学生的设计能力。手动建模方式有很多种，包括平面形式的剪贴、拼接等，还包括三维形式的快速原型，将其运用到以上4类核心课程群每门课程中，能起到充分刺激创意创新思维的作用。在课程群知识的归属方面，可以将其列为课内实践环节，而且是辅质的作业手段，将不会影响到知识界限的划分问题。
三、结语
关键词：局域网；OPGW光缆；结构设计；功能模块；输出设计
中图分类号：TN818 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-03
随着国内OPGW的广泛应用，光缆制造技术的不断提高，OPGW结构设计也越来越成熟。但OPGW设计相对于其它光电缆来讲，设计参数多，设计过程复杂，同一个环境条件下不同人员设计的结构很可能就不一样，成本也会有一定的差异，在实际的设计过程中，很多公司采用EXCEL计算，但由于不同规格的铝包钢和铝合金线参数不同，在不断调整的过程很容易出错；同时由于每根OPGW需要单独设计，财务在计算成本的过程中也容易出现错误。怎样快捷、有效地设计出满足用户要求的光缆结构，在设计出结构后，材料成本、价格能一步到位，成为我们急需解决的问题。
针对OPGW光缆设计与使用过程中出现的种种问题，结合公司的实际情况，根据公司现有内网数据库的运行情况，结合我们自身编程的能力，决定对OPGW光缆设计实现同一界面的操作，简化设计过程，在选择材料的同时自动计算各种参数和相对应的价格，从而减少工作量，优先选用具有运行效率高、代码资源丰富的Delphi为程序开发软件，后台数据库采用SQL SERVER 2000，用于存放各种铝包钢、铝合金及其它材料的各种参数，这样在实际设计过程当中保证数据的统一性。该软件设计必须与现有内网连接，能被设计者共享使用并保存。
1 设计原则
该OPGW光缆设计的总原则是不仅要满足OPGW设计需要，同时满足局域网内联系使用，同时，留出ADSS光缆程序接口，以便以后ADSS光缆程序设计的直接接入。结构设计操作须简便，结果输出时即自成WORD文档，并可根据需要直接包含产品结构、产品图型、设计参数及价格。
2 界面设计
整个界面主要分为三大块：光缆结构、图型、计算参数输出。
目前国内流行的OPGW光缆一般由光单元（以下简称OP单元）、承力及载流单元组成。按其结构可分为中心管式和层绞式。在光缆结构布局设计时应当考虑到该两种结构不同的设计方式。界面左侧为光缆结构设计，分为中心层、第一层、第二层、第三层及第四层。第四层的设置，主要考虑大跨越所需抗拉能力较大时采用。在中心层右侧为光纤类型及光纤芯数。根据光缆结构及材料的选择，自动计算出的光缆结构图形显示于界面右上方，右下方则设计要求参数及输出参数值，并且自动判断所设计的光缆参数是否满足设计要求。
3 功能性模块设计
3.1 光单元（以下简称OP单元）
一般OP单元由不绣钢管内包含光纤及油膏组成。当中心层为OP单元时，在其余1-4层不可以输入OP单元，否则程序进行报警。当中心层为承力单元时，第二层可以放置1-2个OP单元，最外层不考虑OP单元的设置。光纤芯数及类别可选择为G.652及G.655光纤。在编程时，应当考虑OP单元放置光纤的极限值，通过与不锈钢管直径、容纳的光纤芯数结合光结余长控制，自动判断该OP管是否能生产，如不能满足生产要求，则跳出对话框报警，需重新调整OP管直径或者光纤芯数。
3.2 承力、载流单元
承力单元和载流单元并非绝对分开的，而是相辅相成的。所谓的承力单元同时也能承受一定的载流量；载流单元也能承受一定的力，在设计时应充分考虑承力与载流的配比。在满足用户要求的情况下，所用单丝型号或规格应尽量统一。每层单丝排序规则，应遵循选择内部抗拉强度较高的铝包钢、外部选择过载能力较强的铝包钢或铝合金等材料，材料的选用以最终满足用户参数要求为准。在本软件设计时，每层根据实际设计要求，不同层的单丝直径不一定完全相同，这就需要判断不同层容纳的单丝根数是否合理，过疏过密均不符合设计要求。在程序设计上，同样对每一层的根数进行判断，如超出范围，则跳出对话框予以警示并要求重新调整，同时在界面上可以直观显示每层放置不同直径单丝的数量，这为设计带来极大的方便。
3.3 图形设计
本软件开发中，对图形进行了重点设计。根据要求，在完成结构设计时，就要求将图形显示出来，从图形上可以给设计者一个直观形象。在此过程中，重点考虑在同一层中，如有两种或三种以上不同单丝时（当然有三种不同单丝的情况较少，在设计中应避免），如何排列单丝组合？
每层中如有两种单丝：
考虑到受力均匀的原则，如单丝数量相等，则不同单丝自动选取间隔排列。如单丝数量不等，需通过一步步的计算，逐步计算出该放置的根数。将单丝数量多的除以单丝数量少的，取整数部分为X，按X（数量多的单丝）：1（数量少的单丝）的比例进行排列。后分别减去已排列根数，再将单丝数量多的除以单丝数量少的，同样取整数部分排列，以此类推直至全部排列完成。
举例：如有一层绞式OPGW光缆，内层为1+6结构，最外层有两种单丝，分别是铝包钢7根和铝合金5根。
计算一：7÷5=1.4，X=1，按间隔1根排列；如图1所示；
计算二：6÷4=1.5，X=1，再按间隔1根排列；如图2所示；
计算三：5÷3=1.7，X=1，同样按间隔1根排列，如图3所示；
计算四：4÷2=2，X=2，按铝包钢2根，铝合金1根排列，如图4所示；
计算五：2÷1=2，X=2，最后将剩余2根铝包钢及1根铝合金排列完，如图5所示。
至此，图形计算设计完成。当然我们在真正设计中应尽量避免这种不对称结构的出现。
关键词：产品设计；企业；成本
随着中国加入WTO，中国经济步入国际轨道，加快了中国经济与国际经济的交融，这是机遇也是挑战。随着国内外企业日益发展和壮大，企业间竞争也愈演愈烈。企业需要生存和发展，这就要企业在不断寻求发展的同时，如何凸显自身的优势！
毫无疑问在其他条件相同的情况下，一个产品的成本越低，那么它在市场上越有立足的资本。
不过一切都有前提，降低成本也不外如是。作为一名设计师，需恪守产品设计的最基本原则。那就是产品的结构设计不能脱离模具可成型的原理；产品的设计不能脱离产品的基本功能。
简单点说就是设计的产品结构要能实现模具的成型和产品脱模，能适应大批量的产品生产，否则再好的设计也不过是电脑臆想的奢侈品；同是也要符合产品设计的初衷——功能的体现，否则也不过是架子的花瓶，徒具美感罢了！
如何降低生产成本，这一直是企业与设计师孜孜不倦的话题。小到一颗螺丝钉、一片小纸片，当订单成千上万的飞来，这省去的一点点微不足道的配件，就会积累成一笔不可忽视的财富。
所以说，在产品开发完成前期，产品设计成了企业隐形的第一桶金。优化的产品设计不仅能缩短生产周期，还能降低生产成本，使企业在同类产品的市场竞争中鹤立鸡群，拔得头筹。
在产品设计之初，设计师必须对自己所要设计的产品有一个定位，这很重要，因为设计师必须考虑产品所负担的最基本使命，即完成消费者对产品的外观审美和使用需求[1]。切不可盲目地陷入闭门造车的漩涡中去，一切以消费者的眼光看待问题，才能迎合消费者的口胃，避免不必要的设计浪费。
比如，有个切身的例子，一名产品设计师因没有考虑一款水平尺的市场定位，忽略了产品是针对欧美市场开发的，结果在设计握手圈时，设定尺寸只是参照了国人手掌的尺寸，却忽略了欧美人的人均手掌大于国人。最终，这款产品无法销售海外，开发出的产品设计失败，造成设计浪费和资源浪费。
知已知彼，方能百战不殆，所以在设计前，每个设计师都应先全方位地了解产品信息：如消费对象、市场定位、产品特色、客户反馈等，只有你把所有的信息汇集起来，才能更好地设计产品；才能在不变动客户大致要求的情况下，赋予产品更亲和，更厚重，更富性价比的属性。
产品设计涉及三个方面，分别是外观设计、结构设计、工艺设计。
首先，在外观设计上，因不同客户需求，个性化特色、外观审美等不同，此处无法赘说，但是有一点是必须的，设计好的产品外观面与面间尽量做到光滑顺畅，没有一点突兀，在三维软件中，操作者可将外观模式调整到不带线条的上色模式，以便检查表面质量。如无特殊要求，配件与配件应特色统一，视觉亲和，给予消费者视觉上舒适。
接着，在结构设计上，零配件的壁厚选择是一大重点，首先从该配件功能作用出发，考虑塑件在使用和装配过程中，可能受到的各种冲压扭磨等各种外来的力，以此选择合适的壁厚，在两壁间距较大或支撑柱较高的情况下，还要适当增加一些加强筋，来增加配件的强度。塑件的壁厚一般为1～4mm [2]，过大的壁厚，不仅增加无谓的成本，也影响注塑成型时间，增加了生产周期。如果该塑件为外露件，也会造成塑件外表面收缩，影响外观。所以从性价比考虑，原则是：在满足塑件使用和装配的前提下，壁厚越薄越好。
还有一点很重要，那就是设计时留有余量。这是为后续模具制作留下的伏笔，因为模具去材料容易增材料难，反映到塑件上就是塑料多一块容易减一块难，所以在产品设计时，如果对产品的尺寸没有完全的把握，不妨保守一点，是孔的偏大一点，是柱子的偏小一点。即使有问题，后续的修模也会相对容易些。
最后，工艺方面就谈选材和装配，从四点说明。
一、在产品配件选择上，尽量做到零件标准化，取材就地化。比如产品中用到螺丝，尽可能地选用可以随处买到的标准件，而非特殊加工非标件。当然能借用的不仅是这些，一些本公司生产的其它产品如果有什么可以借用来的配件，大可照搬全抄，我想老板会很高心你帮他剩下一笔不菲的模具费。
二、在材料的认知上，设计师要做到心里有底，选料有素。比如ABS，它有一定的强度和硬度，可以用于外壳和不怎么受力的零件上；PVC韧度强，有弹性，可以用于防震和吸震的地方；POM坚硬耐磨，但材质较脆弱，可以承受大扭力或应力，但冲击力较小的地方，比如齿轮或滑轮。诸如此类等等……
三、在材料的选择上，设计师要在企业与消费者间寻求平衡点。当配件的选择出现多元化时，设计师首先考虑消费者这个大方向，就拿都是防震的材料PVC和TPR来说，两者在很多时候可以通用。但欧美客户很看重材料对环境的影响，因此很多客户在订单中都要求材料环保，因此，在选材时，设计师就不会用到PVC。如果客户没有对此作出要求，那么从公司利益出发， PVC会是首选。
四、在装配工艺上，需合理化、简单化、效率化。一件成熟的产品是由多种配件装配组合而成，故此设计师对于生产工艺绝不能陌生，一个合理的装配工艺流程，不仅可以加快车间生产效率，还可以避免不必要的返工和报废。装配的工艺必须是可以实现的，在此基础上，寻求最简单、最有效率的方法。
效率决定时间，时间决定效益，这攒下的效益便会化为公司源源不断的资源。所以，行内都有一句话：“就是笨蛋都能做的工艺就是最好的工艺。”
任何事物都不可能一蹴而就，产品设计也是如此。成熟的生产工艺是设计师先行的老师，在基层实践打拼，了解现行产品的工艺，借鉴生产过程中出现的种种问题，并解决优化。正是通过在车间实践基础，才能奠定设计师跨出设计之路的第一步。
如此，设计师才能在实践中丰富自我的设计意识，并为以后设计产品中融入成熟的工艺，积攒下笔笔隐形的一桶金。
总之，细节决定成败，不管从外观设计、结构设计、工艺设计上，设计师都应秉持“细节求精”的精神，为客户提供满意的设计产品，为公司省下隐形的成本，使之立于中国经济之林，乃至世界之林贡献自己微博的绵力。
参考文献
关键词：绿色桥梁 桥梁设计 探讨
中图分类号： TU997 文献标识码： A
1、绿色设计的概念及设计原则
1.1、绿色设计的概念
绿色设计(Green Design)，也称生态设计(Ecological Design)、可持续设计(Sustainable Design)、产品全生命周期设计(Product Life Cycle Design)等。是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小，产品的各项指标符合绿色环保要求的一种系统设计方法。相似于抗震设计，绿色设计是一种概念设计。绿色设计要对整个生产、生活系统物质能量的充分利用进行综合分析,形成良性的生产循环,它具有减量（Reduce）、重复利用（Reuse）、和循环（Recycle）的特点。其中减量是指节约资源、降低能耗,实现可持续发展。重复利用是指在减少消耗的同时注重产品的再利用性,以最大程度的发挥产品的价值。循环指合理回收再利用废弃物中有用成分以开发二次资源。
1.2、绿色设计的原则
绿色设计要遵从六项基本原则,即①产品全寿命周期闭环设计原则。从产品全生命周期出发，考虑产品的生命周期内各个阶段对周围环境的影响；②资源最佳利用原则。尽可能选用通过简化产品结构实现可回收再利用性的可再生资源,并在产品的整个生命周期中最大限度的利用选用的资源的设计原则；③能源最佳利用原则。在产品整个生命周期循环中实现能耗最少，并尽可能的利用可再生能源；④污染极小化原则。在设计过程中就消除污染源,从根本上防止污染；⑤技术先进原则。应用最先进的技术来获得最佳的生态经济效益；⑥功能先进实用原则。绿色设计的最终目标是向用户和社会提供功能先进实用的绿色产品。
2、桥梁结构物的产品特殊性
桥梁结构物具有极其特殊的特点,主要表现在:一是桥梁的建造在造价上和原材料的价格及设计、施工方案等相关,与市场的需要关系不大,基本是由政府部门根据社会、经济的发展状况来确定实施的；二是桥梁的建设规模导致桥梁设计对社会效益、经济效益及生态效益影响巨大；三是桥梁设计的使用年限决定了其对社会、环境影响的深远性；四是桥梁在其寿命范围内的使用过程中不会产生对环境有害的垃圾但在超期服役后就变成了难以处理的废弃物；五是桥梁需要具有抗侵蚀和抵御不利环境因素的能力。
3、绿色桥梁设计的思想
3.1、桥梁体系的选用
桥梁体系中的各种体系均有一定的适用范围,在设计中要根据实际情况,对梁、拱、刚架、吊与组合体系进行合理的选用,避免提高造价和为建成后的养护造成困难。在桥梁设计中如若只一味地追求景观效应,采用大量不同的体系进行设计,会出现很多弊端。首先会造成施工工艺复杂,需要使用大量不同的各种模板和机械设备。且使用构件的尺寸不能满足受力要求；其次是对于一些不适用于上跨桥桥梁体系会造成视觉上的侧向压缩感使人感到压抑。再次是由于索结构和钢结构的桥梁对防腐的要求高,会造成建成后的养护工作繁杂,使投入加大,并且随着交通的急速发展，上跨桥可能会改建，而复杂体系的桥梁改建难度非常大。以上这些弊端都不符合绿色设计的基本原则。所以在桥梁设计过程中应结合建设地周围地理条件、采用相对简洁、统一的结构体系。并充分考虑桥梁结构体系日后维护、改建的可行、便利。当然，复杂体系桥梁的景观效果不能否定，只是不能过多。
3.2、桥梁结构设计
根据绿色设计的原则中的六项基本原则,在对桥梁结构进行设计时,要结合具体的实际情况,以桥梁的适用性 (serviceability)、安全性(safety)、经济性(economy)和美观性(aesthetics)为最终目标，进行技术先进的结构设计。
在设计中要准确分析结构受力, 充分考虑桥梁在其生命周期内所面临的各种荷载、各种不利的环境因素以及自身承载能力的退化,通过全面精准的结构计算、科学合理的施工方案、绿色可循环的原料等方法在保证桥梁使用过程中的安全适用的前提下，减少材料能耗并降低环境污染。以最小的费用，实现最大的效益。在设计过程中还可以采用模块化设计方法。模块化的构件具有方便更换、拆除的优点,而且拆除后的构件仍然具有较大的利用空间。
3.3、桥梁附属设备的设计
伸缩缝、支座、排水系统、照明系统等都是桥梁的附属设备,他们虽然在工程造价中占用的比例不高,但也对整个桥梁的设计和应用起着重要的作用。目前大多数桥梁的排水系统设计比较简单,不合理,使得大量的桥面污水肆意流淌直接击打着地面,这种情况的形成正是当初在桥梁设计时未全面考虑环保因素而造成的。通过绿色设计可以实现对桥梁原有缺点的优化,使设计更为合理和实用。通过选择性能更优越的PVC管等排水系统的材料可以使排水设备更轻质、节能、抗腐蚀。在设计中要根据当地的降水情况进行水力计算来准确设置足够数量的排水系统。通过设计合理的排水管数量使桥面排水更顺畅。在通过排水系统将水引离桥面后,还要考虑如何对水流进行疏导。例如可以直接将水流引至排水沟，以减少其对地面的二次污染。同时可以采用连接管将多个桥面排水管连通后再接入同一套疏导系统的方法来达到使整个桥梁更美观简洁、更低能耗的目的。
3.4、桥梁结构的耐久性设计
桥梁结构的耐久性是桥梁设计中的重要考虑环节,它决定着桥梁结构的使用寿命。使用寿命过短会造成资源的极大浪费,加大初期投资的成本和后期养护及维修费用成本,降低效益,违背了绿色设计的基本原则。在桥梁建设的初期设计中要根据其结构的用途对耐久性做出具体设计要求,对桥梁使用的材料、施工的便利性、桥梁的后期使用和维护以及功能过时和寿命期费用等因素都要在设计中进行充分考虑和关注。还要采取各种措施使桥梁结构在漫长的服役期内,能够适应各种变化,从而能够更好的为交通服务。要实现这个目标就需要在桥梁的设计阶段对桥梁结构的可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性等因素进行充分的分析研究,要对传统的设计理念提出挑战,如果桥梁建成后其各个部件无法顺利实现检查、更换、及时修复,且不能得到有效控制、加强和可持续发展,就会导致桥梁结构在内、外因复合作用下,逃不出破损,倒塌的命运。工程师在对桥梁设计时,要认识到桥梁整体结构和各组成部件的寿命是不同的,例如:拉索的使用年限一般为10年至40年；橡胶支座的使用期限要小于20年；桥体钢结构的油漆保护年限最佳状况为20年；而拉索护套的使用年限不到20年等等。在设计中,设计师要充分考虑这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件,要实现对桥梁结构设计的变形在构造上达到“可控”的目的,同时在构造上保证其建成后可查、可修、可换、可加强,只有这样才能在日后的运营阶段对桥梁进行有效的维修、加固,达到保证桥梁结构耐久性的目的。
3.5、达到设计使用年限后的桥梁的处理
对桥梁进行的绿色设计,须遍及整个桥梁的生命周期,这样设计出的桥梁与传统理念下设计的桥梁相比校更具优越性。在注重绿色设计的同时对达到设计使用年限的桥梁的处理也要同样给予重视。桥梁工程具有造价昂贵且不易回收再利用的特点,所以要以尽量延长其使用寿命为原则,对达己经到设计使用年限的桥梁,通过健康检测来确定其承载能力,根据具体结果对可继续使用的桥梁采用重新设定使用年限的方法处理,对于承载能力己经不能满足使用条件的桥梁,可以采用降低等级或改作人行桥等方法来进行继续使用。不得已需要拆除的情况下，要预先计划好拆除产生的废料绿色处理问题，这也是为什么桥梁设计中尽量采用绿色材料的重要原因。
4、结束语
总之，绿色是目前设计领域提出的一种全新的概念,在产品设计制造过程中,从形成概念到生产制造等各个阶段,都以绿色理念为基础,在设计制造中节约资源和能源,设法防止产品及工艺对环境产生的负作用,使设计出的产品更满足绿色产品的要求,并从根本上防止污染。绿色桥梁是符合资源节约，可持续发展和绿色设计的主题思想、是桥梁工程全生命周期分析方法的体现，是桥梁工程设计创新发展的一个重要方向，是可持续发展战略的一部分，应当大力提倡。
参考文献
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关键词：高压隔膜片；注塑模具；隔膜模具；模具设计；生产制造设备 文献标识码：A
中图分类号：TQ320 文章编号：1009-2374（2017）07-0009-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.004
S着社会经济的快速发展，环保科技的发展对于高压压滤机膜片的使用量和需求量越来越大，在这种情况下，普通采用压缩模具的生产膜片的方法，已经不能满足市场的需求，故如何提高产量、优化和创新隔膜片生产成为关键，提高隔膜片产量成为我司及同行的发展重点。本文主要对能够提高隔膜片生产量和高压隔膜片质量的注塑模具设计进行简要的分析。
1 高压隔膜片注塑模具基本概型设计
隔膜属于薄壁浅腔或者是片状零件，所需要的锁模力和成型面积都很大，但最后的开模行程、注塑量和容模厚度却需要的很少，甚至经常不到设备总行程的20%，例如一件隔膜片直径1200mm其厚度只用25mm，其所要的脱模行程是很短的。隔膜片模具设计时，必须考虑采用热流道以及多个浇口布置，使得入料均衡。分型面必须设计在背面平整的位置。采用单层型腔模具设计，若条件允许也可采用双层型腔模具那样在相同设备、压力条件下效率提高1倍。
2 高压隔膜片注塑模具结构设计
通过以上分析了解到，腔隔膜片注塑模具设计中需要严格遵循相关原则，并根据隔膜片产品的实际要求来制定相应的注塑模具设计方案以及注塑方案，才能保证隔膜片生产的合理性，因此首要考虑隔膜片产品的结构特点进而去思考注塑模具的结构设计，以下主要从几方结构设计展开分析：产品特点分析、浇注系统、冷却系统等，每一项技术是否合理是直接影响到隔膜片注塑件的质量，具体分析研究如下。
2.1 产品特点分析
产品外形如图1和图2所示：
通过三维建模，分析该零件重量10kg，面积大，且结构有一定的复杂性，沟槽多，厚度不均性大，对平面度要求极高，表面粗糙度要求高。故而在模具设计时对于收缩率控制严格，应该在模具设计时考虑收缩对精度的影响，特别在冷却和保温系统做到均匀收缩。
2.2 浇注系统
普通注塑模具的浇注系统在运行时，不仅需要对模具进行浇口流道分布等设计，而且对设计人员设计经验要求高，在运行投产时更需要大量的脱流道凝料，故而本设计采用开放式热流道的浇注系统，不仅节约了大量的脱流道凝料，还大大提高产品的稳定性、成品率，确保模具高效运作，为我司节省大笔资金。除此开放式热流道之外还考虑了针阀式热流道，虽然针阀式在此产品应用上有更好的效果，但是考虑到后者价格贵是前者价格的5倍，综合产品生产的经济性，最终选定前者作为本模具的浇注系统。
根据产品特点浇口成星型布置，使得产品融合好，收缩时能够很好的补料，在喷嘴的选择上考虑内热式和外热式两种喷嘴，最终选择外热式，这种对压降损失小，特别是注塑后期补压时能够较好地进行补压。
注意，外热式喷嘴的喷嘴运作效果会受到外界因素的干扰，一旦扰，便会出现浇注不顺利的问题，进而出现众多制件的残废品，有甚者出现浇注系统损坏的情况，造成原料的浪费。因此，在模具浇注系统运作和制件成型时，都要确保热喷嘴处于半绝热的状态，避免受到外界的干扰和影响，确保浇注系统的注塑顺利。
2.3 冷却系统
高压隔膜片注塑模具设计需要考虑到冷却系统设计，冷却系统设计得是否合理直接影响到隔膜片的生产效益，甚至会影响到生产机械的散热而引发故障等，因此在高压隔膜片注塑模具设计的过程中，必须要注重冷却系统的设计。在设计完浇注系统后，便是隔膜片模具成型冷却系统的设计。一般的单层中小型注塑模具或原来生产隔膜的压缩模具并不需要特别的冷却系统，因此多采用自然冷却。但是，此零件较为大型且薄厚严重分布不均，且根据该产品结构所设计出来的注塑模具所具有特点是模具板面多、板厚、冷却效果差，所以在该模具的型芯和型腔板等多处位置都设计了冷却回路，不仅确保了模具的均匀冷却，还提高了冷却系统运作的
效率。
此外，在冷却回路的设计中，先是在型芯上开设环形冷却沟槽，为避免液体露出，沟槽间还要设置环形密封圈，让冷却水从冷却回路中最内圈的沟槽缓慢通入，最后从最外圈流出，而在底型芯上设计螺旋形循环水道；为方便生产加工制作多以直通式的冷却水道，但要注意水道要有一定宽度，若是水道宽度过窄，不仅会影响冷水在整体冷却回路中的水流速度，还会由于制件温度过高而造成水道内蒸汽过满、压力过大，进而影响机械设备的运作。
2.4 脱模机构和分型机构的设计
脱模机构和顺序分型机构是高压的隔膜片注塑模具设计中机械联合性动作较强的部分，面积大，在脱模时需要使得产品受力均匀的脱出，否则在产品脱出时将会损坏产品的密封面以及产品外观，此机构也是决定隔膜片最后成型的关键。
（1）脱模机构，为了塑件脱模和简化模具结构，所以将公模跟产品接触的是一个平面，那么首先需要将产品留在公模上面，然后采用平行的多组顶杆将产品顶出；（2）分型面的设计是至关重要的，本着分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整的原则，此产品的分型面放在平面处，分型面的排气至关重要，设置多组排气，并且将排气位置设计在料的终端，否则如此大的零件又在快速注塑的条件下，排气不畅通势必会造成废品，轻则影响产品各个方面的质量。
2.5 模具总装图
模具总装图如下：
3 高压隔膜片注塑模具的工作流程设计
简单的说，工作流程就是高压隔膜片注塑模具的注塑生产工艺，由于产品形状、结构的不同，因此工作流程也有着一定的差异，而且高压隔膜片注塑模具生产方式与其他隔膜片模具生产方式也有着很大的差异，因此，需要结合高压隔膜片注塑模具的具体施工条件以及施工要求进行工作流程的设计。
3.1 模具工作流程
依据上文高压的隔膜片注塑模具的结构设计，下面将模具的工作流程设计分为两部分：（1）第一步，包括浇注系统和冷却系统两部分，首先是启动冷却系统，引入冷水从型芯、型腔板二个位置的内部水道进入，充满直到螺旋式循环冷却回路都有冷水流动为止；等待冷水充满冷却回路后，启动浇注系统，外热式喷嘴调制半绝热状态，进行初期的制件浇制，并运向冷却回路，使得初期制件基本成型，注塑完毕后进行一定时间的保压；（2）第二步。在第一步完成制件的成型，第二步是制件的“出模”。模具开启，靠分型机构的作用，使得模具先拉出零件将零件留在动模上进行有效分型，等待达到预定距离后，注射机顶杆顶动出板，进而将隔膜顶离型芯，几十个均匀分布的顶出杆顶出，使得制品脱离型芯，至此，制件的完成品被完全脱离。
3.2 工作流程设计中应注意的问题
（1）浇注系统。在高压注塑模具中，浇注系统运用的是外热式喷嘴，且结合热流道技术的结构特点，使得使用外热式喷嘴时，不仅要考虑外热式喷嘴运行的半绝热状态，还要考虑热流道的温度控制，这也是热流道技术运用的难点之一，是工作流程设计最应当注意的问题。对物料配方确定后经过反复试模记录下最好的控制温度，模具选用闭环控制的热流道系统，此外，若改变了制件的物料配方，还要根据制件的塑料性能、成型温度和制品要求，重新设定适合的温控数值和精度。（2）冷却系统。冷却系统是一个承接系统，其不仅决定着浇注系统最后的成品，还影响着后续脱模机构及顺序分型机构是否能够继续运作。然而，冷却系统很容易受到外界和内部的影响和干扰。例如：冷却系统需要大量的冷水，一般厂家会选择循环水系统，然而一旦循环系统出现阻塞等现象，冷水供应不足，便会造成初品冷却失败，有甚者，冷却水管开裂，则如何确保冷却系统的冷水回路正常流通应当成为在模具设计中重点关注的问题。
4 结语
高压的隔膜片注塑模具和现有的压缩模具相比，产品生产效率提高了一倍，在资源有限的情况下，能够直接降低公司制件的生产成本，M足节能减排的发展要求。并且，注塑件比压缩件产品致密度更高，大大提高了制件的寿命，真正地做到了节约投资、科技环保和提高生产效率，增强了商家的经济实力，实现了真正服务于客户，促进了国民经济的进一步发展。
参考文献
[1] 俞芙芳.塑料成形工艺与模具设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2007.
[2] 彭满华，刘斌，邹仕放.叠层式注塑模具设计与应用现状分析[J].塑料科技，2009，（11）.
关键词：价值工程；产品成本；直接材料成本
0前言
我们知道，设计阶段决定了产品成本80%。随着科学技术的发展,各种机器加工方法越来越先进，原来的材料，人工，制造费用三分天下的情况已经慢慢地变成了原料和制造费用为主的结构，人工成本已经大大的降低。直接材料成本是产品成本的主要构成部分，一般来说，传统工业产品的直接材料成本占产品总成本的60%-80%，占销售额的40%-70%，随着自动化程度的提高，材料成本的比重有不断加大的趋势。本文应用价值工程围绕以设计阶段降低产品的直接材料成本为中心展开。价值工程是在产品开发设计阶段即进行的价值与成本分析活动，它力求以用最低的产品寿命周期成本可靠地实现产品的必要功能。价值工程更是在开发设计阶段提高产品质量,降低成本的利器。
1价值工程的理论基础
价值工程的基本原理是：价值V=功能F/成本C。这里所说的功能是产品功能，是指产品的用途和作用；成本为产品寿命周期成本，是指从产品研发、制造、使用、维修直至最后报废为止的全过程中所发生的各种费用的总和（如下图示）。价值工程将产品价值、功能和成本作为一个整体同时考虑。也就是说价值工程是在确保产品功能的基础上综合考虑生产成本和使用成本，兼顾生产者和用户的利益。从价值基本原理即价值V=功能F/成本C可以看出，提高产品价值的有多种途径，比如：（1）提高功能值，降低成本，大幅度提高价值：即F↑C↓=V↑↑；（2）功能值不变，成本降低，提高价值：即F→C↓=V↑；（3）功能值有所提高，成本保持不变，从而提高价值：即F↑C→=V↑；…不论通过哪种途径，价值工程都能有效帮助企业降低成本。有效运用价值工程技术全面降低成本，使产品生命周期成本最低，已成为企业提高成本能力必不可少的途径。
2在产品设计阶段导入价值工程收效更好
在产品生命周期的不同阶段导入价值工程活动，创造的经济效益各有不同。但是在产品研发阶段推广价值工程活动取得的效果都更为显著，主要因为是在产品设计、工艺设计、工装设计上进行修改、优化和革新，使之合理化，涉及面不大、所需费用较低。因此，越来越多的企业在产品研发设计阶段引入价值工程的理念。
3直接材料成本组成
随着科学技术的发展，自动化的程度的提高，直接材料成本成为产品成本的主要构成部分，一般来说，传统工业产品的直接材料成本占产品总成本的60%-80%，而且占比由扩大的趋势。因此，直接材料成本在设计阶段成本关注重点之一。首先，直接材料成本由直接材料消耗量和直接材料采购价格两者共同决定，其中，直接材料消耗量又分为净用量和额外损耗两部分。具体如下：
4降低直接材料成本的途径
由直接材料成本构成，可以降低材料消耗量和降低材料采购价格两方面入手，通过各部门分工配合，跨部门协同来开展降低直接材料成本的活动。途径1：减少直接材料消耗量a)减少净用量。净用量是设计直接决定的，因此，优化设计可以从源头减少产品的材料消耗。b)减少额外损耗。工艺性损耗很难根除，却可以通过工艺优化改进而使之最小化，如改进模具设计、优化工艺排布可以大幅度减少冲压边角料；通过加强标准化作业管理和现场质量提升，提高质量保证能力，使质量成本最小化，可以大幅降低质量损耗；加强物流管理，减少账面和实物的差异、变质、破损等损耗，可以有效控制物流损耗。途径2：降低直接材料的采购价格（1）变更材质。在满足功能要求、保证质量和寿命前提下，使用更充足、价格更便宜的材料来代替现有材料，这是降低直接材料采购成本的有效方法。这种方法需要经过严谨、系统的技术保障措施，必要时需要获得客户或技术设计部门的认可，因此实施周期比较长，也需要一定的技术投入。（2）供应商降价。（3）多家采购。
5研发设计阶段中的具体应用
A）优化产品设计是降低成本活动的重中之重。我们知道，产品设计是成本的源头，设计阶段决定了产品的材料使用量，资源消耗及标准成本。从产品策划和产品开发设计阶段抓起，通过优化产品设计，通过技术性措施从源头控制成本，是降低成本活动的重中之重。优化产品设计是指围绕产品实现的功能，对现有产品进行结构分析，以满足功能，降低成本为目标，找出其中不合理之处进行改进。如何做到优化产品结构设计，这里有三种方法推荐：（1）运用ESCR（取消合并简化重排）原则是改进的最重要方法之一，在作业改善和流程改善中被广泛运用。将之运用于产品的设计改进，同样有很强的导向作用，常常有出其不意的效果。在推行产品结构优化的过程中，运用ESCR原则可以帮助我们发现改进空间，即通过功能分析对比现有结构，看看那些结构是不必要的，是可以取消的（E),哪些细小结构是可以合并的（C),哪些结构太过复杂而可以简化（S)，整体结构是否可以重排（R)以便更加紧凑。ESCR原则的核心是价值分析，用最简单的方式、最低的成本实现功能，满足客户的需要，从而价值最大化。（2）运用比照法。比照法也是产品结构优化的最重要方法之一，通过对竞争对手，行业排名靠前的产品的解剖和比较，发现其优越之处，取他人之长，为己所用。利用比照法，直接学习竞争对手或行业顶尖水平的长处，系统地找到优化设计、降低成本的具体项目，由跨部门项目小组全面推进，最终达到降低总成本、领先竞争对手的目标。（3）产品小型化。随着人类社会的发展，产品小型化成为明显的趋势：一是源于客户或消费对产品便利性、舒适性的需求，二是源于资源稀缺和环保意识提升带来的节源环保的需要。小型化是价值工程在节省产品直接材料方面的重要方法，通过系统分析和必要的技术论证，在确保实现相同功能，保证产品质量和寿命的前提下，通过使产品更短、更小、更轻、更薄，从而减少产品材料消耗，所以也可称为短小轻薄化。需要注意的是，对现有产品进行结构优化，经常要考虑到生产工艺/设备/模具/工装夹具/工序作业等相关内容，需要一定的硬件投入，并需要一定的改造成本或投资成本。这就需要我们进行经济分析，考虑行业趋势、技术发展方向，从中长期的角度计算产出投入比和降低成本效益。同时，还要看到，现有产品的结构优化将为新产品的开发带来直接的经验，前期投入会在后续新产品的生产中获得很大的回报。所以产品的技术创新是项面向未来的工作，不可不做，不可迟做。优化结构设计、降低总成本是一个长期的过程，与工艺技术、管理水平密切相关，只要坚持不懈、系统推进，一定能提高企业的成本竞争力。B)材质优化选择变更。资源的稀缺性决定了资源的价值，不同的材料因此也不同。如果能以满足功能为前提，根据市场供求状况和价格水平，通过设计更改和工艺优化，采用市场供应更充足、价格更为经济的材料进行代替，则可以有效降低直接材料成本。（1）材质优化变更的功能考虑：a)用高强度材料代替低强度材料，如用不锈钢材料代替黄铜材料，其强度提高了，而材料的用量大幅度减少，总成本更低。b)用高性能材料代替低性能材料。c)用便宜材料代替贵的本材料，在相同的使用量（一般情况下为体积或重量）的情况下，使用便宜的材料代替昂贵的材料，并通过短小轻薄化降低总成本。d)新材料的应用。以满足功能为前提，利用材料的物理性能、化学性能或价格优势，经过综合经济技术分析，通过材质变更可以达到总成本最低的目标。（2）材质优化变更的工艺考虑：工艺技术是产品的实现途径，材质变更需要工艺的支持。工艺先进也是一种节约，它能减少生产环节，确保产品质量、降低生产成本。随着工艺技术的不断进步，运用新技术、新方法职称材料变更的实现，是降低材料成本的重要保证；同事，新材料的采用又能简化工艺、降低加工成本，二者相互作用、相辅相成。引进、消化高科技设备和工艺服务于生产，走生产、研究、开发并举的道路。企业要想不被市场淘汰，必须在科技创新上下功夫，既要投入巨资增添新设备、新工艺，更要用好新设备、新工艺。材质变更的实现除了需要考虑功能的因素，还要考虑工艺方法的可行性和硬件投资的产出投入比。所以，一定要进行全面的经济分析，同时综合比较内部制造和外部采购的优势，以总成本最低为目标进行决策。C)优化产品设计注意提高材料的利用率。材料利用率是工艺损耗高低的直接反映。提高材料的利用率的基本途径是通过优化产品设计和工艺设计、提高工艺能力和质量水平，最大限度的减少损耗。（1）优化产品设计。对某种加工工艺来说，零件的形状、尺寸和精度直接影响其材料利用率，因此，根据工艺特点优化产品设计是提高材料利用率的重要途径。（2）工艺革新。用新工艺取代旧工艺，工艺改革往往带来突破性的降低成本效果。因此，借助工艺部门的技术力量，生产部门的大力参与，集思广益，不断将新工艺导入企业而取代原有工艺，是提高材料利用率的重要途径。（3工艺优化。工艺优化是在现有工艺基础上，结合生产实际情况，通过比较性试验找出更适合、更有效的方法，来提高产品质量、降低材料消耗。
6结论
随着科技的进步，自动化程度越来越高，产品直接材料成本占比也越来越高。本文应用价值工程的理论，旨在帮助产品设计者，在设计阶段降低产品成本提供些建议参考。
参考文献：
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[4]温香芹.结合企业实际.降低采购成本[J]管理荟萃,2007(01).
关键词：绿色设计；绿色材料选择；回收性设计；可拆卸性设计；生命周期评价
收稿日期：2009-03-03
作者简介：景华荣（1969―），男，江苏江都人，江都职业教育中心校教师，扬州大学2007级工程硕士研究生，主要研究方向为机械设计理论与教学。
中图分类号：TU201 文献标识码：A 文章编号：1005-569X(2009)03-0048-03
1 绿色设计概念及特点
1.1 概 念
绿色设计(GD：Green Design)，也称为生态设计(ED：Ecological Design)、环境设计(DFE：Design for Environment)、生命周期设计(LCD：Life Cycle Design)。
绿色设计不同于传统设计，绿色设计包含产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段，即涉及产品整个生命周期，是从摇篮到再现的过程。也就是说，要从根本上防止环境污染，节约资源和能源，首先决定于设计，要在设计过程中考虑到产品及工艺对环境产生的负作用，并将其控制在最小范围之内或最终消除，这就是绿色设计的基本思想。
图1为一种基于层次的绿色产品设计体系。该体系包含目标层、设计内容层、主要阶段层、设计因素层4个层次［1］。
绿色设计与传统设计的根本区别在于，绿色设计要求设计人员在设计构思阶段，就要把降低能
耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标，并保证在生产过程中能够顺利实施。
绿色设计是生产绿色产品的保障，在实施绿色制造过程中，绿色设计是关键。研究表明：产品性能的70%～80%是由设计阶段决定的，而设计本身的成本仅为产品总成本的10%［2］。因此，只有在设计阶段按照绿色产品的特点进行规划、设计，即进行绿色产品设计，才能保证产品最终的绿色特性。
1.2 特 点
由绿色设计的定义可以看出，绿色设计的主要特点包括以下几个方面：
①扩大了产品的生命周期；②绿色设计从源头上减少了废弃物的产生，有利于保护环境，维护生态系统平衡；③绿色设计可以防止地球上矿物资源财富的枯竭；④绿色设计将减少废弃物的数量及其处理的棘手问题，避免通常垃圾处理采用的填埋、焚烧法所造成的二次污染。
1.3 方法及工具开发
绿色设计是一种综合了面向对象技术、并行工程、寿命周期设计的一种发展中的系统设计方法，是集产品的质量、功能和环境为一体的设计系统。绿色设计的方法主要有：生命周期设计法、并行工程法、模块化设计法。
绿色设计工具的开发研究是绿色设计的重要内容，国内外的研究部门和企业都进行了很多研究，主要侧重于材料选择、拆卸分析、环境影响评价等方面，目前已开发或正在开发的典型绿色设计工具有：Boustead数据库、DFA/DFD（计算机辅助拆卸分析）、Ecomanager、LCAiT、Simapro5、Green Assessent、Cummpan、CALA等［3］。
2绿色设计的材料选择
2.1 绿色材料的概念
绿色材料(Green Material：GM)，又称环境协调性材料 (Envionmental Conscious Materials：ECM)或生态材料(Ecomaterials)，是指那些具有良好使用性能或功能，并对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，有利于人类健康，再生利用率高或可降解循环利用，在制备、使用、废弃直至再生循环利用的整个过程中，与环境协调共存的一大类材料。
绿色材料是绿色设计的基础，绿色材料对绿色产品的绿色程度有着重要作用。因此，绿色设计的材料选择必须建立在绿色材料的基础之上。绿色材料不仅包括直接具有净化环境、修复等功能的高新技术材料的开发，也包括对使用量大而面广的传统材料及其产品的改造。随着产品对环境性能要求的不断提高，传统产品设计中材料选择有明显不足之处。主要表现在：
(1)所用材料种类繁多；
(2)选材很少考虑材料的加工过程及其环境的影响；
(3)所用材料很少考虑报废后的回收处理问题；
(4)没有考虑所用材料本身的生产过程。
由此可见，传统的材料选择方法已不能适应绿色产品及绿色设计的要求，必须从更广泛的角度考虑材料的选择，不仅应考虑基本性能要求，更应着重考虑材料的环境属性。
2.2 绿色设计材料选择的准则
绿色产品设计首先应要求构成产品的材料具有绿色特性，具体来说，在材料选择时，应符合以下要求：
（1）具有良好的使用性能。
（2）所用材料应是低能耗、低成本、少污染的材料。
（3）尽量不用或少用短缺的或能耗大的原材料，多用废料或再生循环材料作为原料。
（4）尽量不用或少用有毒有害的原材料。
（5）所用材料应是易回收、易处理、可降解材料，且具有最大的再生利用率。
（6）所用材料应是易加工且加工中无污染或污染最小。
（7）材料在整个生命周期的全过程对生态环境无副作用，而不仅是某一生产过程具有低的环境负荷值。
2.3 绿色材料的评价
产品设计中所选材料的绿色程度有多大，所选材料是否是绿色材料，这对材料比较和选择具有重要作用。这种材料的选择决策也就是绿色材料评价。开展对材料、产品及其生产、使用直至废弃全生命周期或某个环节的环境协调性评价研究，是绿色设计评价的基础性工作。
3 产品的可拆卸性设计
3.1 拆卸设计的概念
所谓拆卸就是从产品或部件上有规律地拆下可用零部件的过程，同时保证不因拆卸过程而造成该零部件的损伤。面向拆卸的设计（Design for Disassembly，DFD）是一种使产品最容易拆卸并能从材料回收和零件重新使用中获得最高利润的设计方法学，它研究如何设计产品才能高效率、低成本地进行组件、零件的拆卸以及材料的分类拆卸，以便重新使用及回收。产品的可拆卸性是产品回收再生的前提，直接影响产品的可回收再生性［3］。
3.2 拆卸设计准则
可拆卸性要求在产品设计的初期就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸，维护方便，并可在产品报废后可重用部分能充分有效地回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。拆卸设计应遵循以下基本准则：①拆卸工作量最少准则；②易于拆卸准则；③易于分离准则；④产品结构的可预测性准则。
3.3 拆卸设计评价
拆卸评价是对设计方案进行评价―修改―再评价―再修改直至满足设计要求的动态过程。评价的内容、指标、标准是评价的关键。提出一套完整的拆卸性评价指标体系，建立严格的评价标准是评价系统的基础。
4 产品的可回收性设计
4.1 回收设计的基本概念
回收设计（Design for Recycling，DFR）就是在进行产品设计初期，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与可回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计思想和方法。
产品可回收性设计的内容包括产品零部件的回收性能分析、可回收材料及其标志、回收工艺与方法、回收性经济评价、可回收性产品结构工艺性等几个方面。
4.2 回收设计的特点及经济性分析
从回收设计的定义可以看出，回收设计与传统设计有很大的不同。回收设计在产品的设计初期就考虑消除或减少废弃物的产生，并在产品废弃淘汰时，对其进行经济有效的回收或使废旧产品的零部件得到重用、移用。回收设计主要有以下特点：
(1)回收设计可使材料资源得到最大限度地利用；
(2)回收设计可减少环境污染，保护生态环境；
(3)回收设计有利于持续发展战略的实施；
(4)物流的闭合性。
对回收经济性进行分析应根据产品类型、生产方式、材料种类等，收集整理各有关数据资料并参考现行的成本预算方法，目前所采用的参数通常为回收的费用收益比和净收益两种，其表达式为：
费用收益比=总回收收益/总回收费用
净收益=总回收收益－总回收费用
4.3 产品回收的基本原则
回收设计是产品在使用寿命终结时获得重新利用的基础，从废旧产品中不断的拆卸与回收零部件，其回收价值如图2所示。图中的极值点是经济回收的极限点，在高价值零部件优先回收的前提下，该点表示拆卸的过程或步骤开始进入负价值拆卸。在这种情况下，就限制了产品的进一步拆卸与回收，因此，在废旧产品的回收过程中，主要有以下基本原则可供遵循：
（1）若零件的回收价值加上不回收该零件所需的处理费用大于拆卸费用，则回收该零件；
（2）若零件的回收价值小于拆卸费用，而两者之差又小于处理该零件的费用，则回收该零件；
（3）若零件的回收价值小于拆卸费用，而两者之差又大于处理该零件的费用，则不回收该零件，除非为了获得剩余部分中其他更有价值的零件材料而必须拆卸；
（4）对所有不予回收的零件都需进行处理。
回收的零件及材料的价值应从高到低，当回收效益为零或负值时，则停止拆卸。
4.4 回收设计准则
在回收设计中，应遵循以下设计准则：
①设计的结构易于拆卸，减少拆卸的工作量；②可重用零部件材料要易于识别分类；③结构设计应有利于维修调整；④限制材料种类，采用系列化、模块化的产品结构；⑤尽可能利用回收零部件或材料；⑥应便于分离拆卸不同的材料组合；⑦采用相容性好的材料。
5 绿色设计评价
5.1 概 述
绿色产品设计的最重要的环节就是研究开发对产品整个生命周期进行评价的方法和工具。绿色设计评价可以利用各种工具，以支持生命周期各个阶段设计过程的进行，其中最为有效的方法为生命周期评价。
5.2 生命周期评价的概念
生命周期评价(LCA：Life Cycle Assessment)，或称“环境协调性评价”。LCA是对产品系统在整个生命周期中的环境影响、物质和能源的投入产出和潜在的环境影响进行定量分析和评价的一种方法，是对绿色产品进行认证的最有效方法。
5.3 LCA的技术框架
根据1997年的ISO14040标准的定义，LCA技术框架如图3所示，它包含了目标和范围定义、编目分析、环境影响评估、环境解释4个组成部分。
参考文献：
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［2］ 刘飞.21世纪制造的绿色变革与创新［J］.机械工程学报,2000(1)：7~13.
1.1概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
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表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
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表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2概念设计知识管理关键技术及实现
关键词：汽车冲压件；冲压工艺；设计；材料消耗
中图分类号： S611 文献标识码： A
近年来随着汽车工业的快速发展，汽车覆盖件的开发技术也逐渐成为研究的热门。汽车覆盖件既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件，它包括汽车外覆盖件和汽车内覆盖件及骨架件，汽车外覆盖件主要是指人们能够直观看到的汽车车身外部零件；汽车内覆盖件主要是汽车内部零件被一些外部装饰或者其他零件遮挡覆盖，造成称身内部零件无法被观察到。汽车覆盖件主要作为汽车的装饰性零件，但其不仅仅是起装饰功能，还起到一些其他功能作用。汽车的市场定位以及车身造型都取决于汽车的外覆盖件的设计。除此之外，汽车外覆盖件也具有很多功能作用，对于汽车的防噪音效果、汽车的碰撞安全程度都取决于汽车的外覆盖件的安装，其在汽车生产过程中的总成本计算中也占据着很大的比例。汽车冲压件材料的消耗对于汽车生产企业有着很大的影响，因此，需要从汽车冲压件的结构设计、工艺方法等方面进行重新设计优化，才能够很好的降低汽车冲压件的材料消耗。
一、汽车冲压件的优化设计
（一）汽车冲压件的结构设计优化
1、简化设计结构，提高设计水平：设计尺寸主要决定着产品的结构，也决定着产品在使用过程中的材料消耗与质量。因此，在结构设计过程中，需要根据材料的性能，合适的减小尺寸，不仅节省了工艺流程，也降低了材料的消耗。要想降低冲压件的损耗，就必须对材料的质量进行提升，在车身设计中，如果在各项条件都充足的情况下，为了降低材料的生产成本，应该简化材料的生产结构，减少材料的焊接量，缩短装配线长度，简化装焊工具及设备，能够对整个车身的质量减轻，更有利于自动化的实现。对于各处载荷不一致的载货车架而言，应对车架载荷采取有限元法进行模拟分析，合理的选取材料的厚度，更好的降低材料消耗。
2、减少总成数量：在汽车铆接件与车身的冲压件总成之间一般都有重叠处；对于一些无重叠的焊接结构件间，各分件的修边废料之和或落料搭边值比整体拉延件多，其次还使得焊条材料消耗增加。因此，在所有条件允许的情况下，如生产工艺以及生产材料允许情况下，应尽量采取以冲代焊。
3、降低工装难度：产品结构在满足功能和焊接匹配要求的情况下，从冲压工艺分析的角度出发，避免结构复杂，避免增加模具复杂程度。以图一为例，按冲压工艺分析，产品中虚线圈定的部分为：立面1与冲压方向的垂直夹角为0。，立面2为1.5。。由于拉延角度过小，制件回弹不易控制，同时若按照这个制件角度修边时需要斜楔修边工艺。斜楔修边实现困难，工装开发费用、使用费用和维护费用都很高，工装难度大。通过冲压工艺审核，改进方式如图二：以冲压方向为准，两个立面与冲压方向各自为6。，修边模具结构大大简化，制造成本降低，方便调试。由于制件拉延深度较深将近250mm，原设计的料厚为1.5mm，拉延工装生产使用易拉毛，工装使用的稳定性不易保证，维护费用高。经过冲压工艺分析及强度校核，采用降低产品料厚的方法，在最大程度保证产品功能的条件下，将料厚降到1.2mm。实际生产表明，通过该方法可以降低产品开发和生产费用，制件质量、模具质量容易得到控制。
图一 左前轮罩板
图二 改进的左前轮罩板
（二）汽车冲压件的工艺优化设计
冲压工艺性是指覆盖件冲压制造的可行性及方便性，冲压工艺性涉及覆盖件材料特性、几何特性、工艺成形方法等，拉延是汽车覆盖件冲压成形中最关键的工序，因此汽车覆盖件的工艺分析主要是指拉延成形性分析。由于在覆盖件设计阶段的冲压性能分析往往是使用逆算法，其结果精度较低，因此，在冲压工艺设计阶段，成形性能分析需要做的更为详细和具体，包括选择冲压方向选择、设计压料面及工艺补充面、设计拉延筋以及选择合理的压边力等。由于工艺方案设计的内容以及需要考虑的因素较多，不能进行定量的计算，因此，在实际过程中主要凭借的是经验设计。
1、冲压方向设计：合理的冲压方向设计有利于防止破裂起皱等冲压缺陷的产生，因此设计需要考虑的原则有：首先，保证凸模能够全部进入凹模，是零件的全部空间形状能够一次拉深成形出来。如图三所示，选用冲压方向B，凸模能够全部进入凹模，这个零件形状才能够顺利成形。
图三 冲压方向设计图
2、下料的选用：选用定尺料，就是向钢材生产厂家直接订购和零件坯料一样尺寸板料，在进场后可直接用于冲压生产，无须对这种板材进行下料，所以其下料得使用率为100%。通常用定尺料的零件，其坯料尺寸一般都比较大(宽度和长度几乎都比1000mm大)、年需求量也较大、且尺寸不规格。通常汽车的一部分批量较大的内覆盖件和大部分外覆盖件的用料都采用的是定尺料，对冲压件的材料利用率大大的提高。同时定尺料不仅可保证外观件的表面品质，也可减少再次下料为材料表面带来的滑痕。在下料的选择中，需要制定经济的工艺方法来省料，在满足产品质量的情况下，应采取这些省料的下料工艺。工艺设计时，首先应注意避免减少重复的修边废料。许多工艺设计，往往是先落料，成形后又修边，造成了额外的废料，应根据零件尺寸精度要求来合理确定工艺。其次，可以采用拉延工艺进行省料，可根据变形趋势试验落料样板，减少废料损失，其中，在保证刚性和表面质量的情况下，需要对薄板拉延件，需要兼顾下料尺寸和压边力，合理的确定下料尺寸。
（三）汽车冲压件的工艺方法
1、进行排样优化：通过排样减少落料过程废料产生量。详细改进方法如图四。
图四 改善前后对比图
2、完善产品标注：产品标注如果出现差异，不仅会影响冲压工艺出现差异，也会影响材料的最终材料消耗。标注改进一些横梁的尺寸，可以降低下料的尺寸，供料宽度才可能降到标准档次；对于产品进行标注，例如，在产品容易发生褶皱的地方进行标注，像褶皱对汽车装配没影响，则可以降低材料的材料消耗。
二、对汽车冲压件材料的生产进行管理
1、需要降低生产成本：对于坯料进行选择，满足制件性能要求为前提，选择满足冲压件成形最低性能参数或最易采购的材料主要从以下几点进行考虑：①材料牌号选择合适性；②左右件材质和料厚相同；③材料的采购难易度；④可实现套裁生产件的材质；⑤规格卷料的采购。
2、对材料规格进行简化，节约资金：产品在一定情况下，一个厂的工艺水平取决于整车的材料消耗的定额，在采用低材料消耗的冲压工艺基础上，这种定额才能起到决定作用。同时，对材料规格进行简化。从而缩短了产品生产周期，节省了资金，更加方便订货。
3、在现生产中，为降低汽车成本，有时要采用一些质量相当、采购价较低的材料。但由于各钢厂的条件不同，推荐经济规格也不一致。因此，若考虑不周全，将会由于规格变化，造成混乱。因此，如牌号、规格相同时采用低成本材料，低成本材料也尽量并成几种规格等。
4、在工艺编排时要考虑废料的回收和利用，尤其是汽车覆盖件中各种窗框制件的工艺废料要充分利用。首先对窗框余料进行分类，设计制造落料模进行落料，使该部分工艺余料用作中小冲压件的生产，大大提高了材料利用率。
5、不规格料的使用过程中，应强化由供应部门办理的材料代用手续，以保证材料管理信息系统的畅通。为保证统筹利废，应划分好冲压车间同供应部门的经济责任，由工艺部门统筹利用废(余)料，并减少因规格代用而产生的浪费。
结束语：
汽车冲压件是汽车生产过程中最重要的组成部分，汽车冲压件材料的材料消耗对于汽车生产企业有着很大的影响，因此，需要从汽车冲压件的结构设计、工艺方法等方面进行重新设计优化，才能够很好的降低汽车冲压件的材料材料消耗。
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