產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路精選(九篇)

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第1篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

正確的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計理念將會加快設(shè)計開發(fā)的進(jìn)度，讓設(shè)計人員有一個清晰的思路和對設(shè)計實(shí)現(xiàn)方式的準(zhǔn)確判斷，避免后續(xù)設(shè)計的人為低級的錯誤，也是成為一個優(yōu)秀結(jié)構(gòu)工程師的關(guān)鍵。以下的設(shè)計理念供大家參考和共享，每個人都需要總結(jié)自己的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，并形成自己獨(dú)有的設(shè)計風(fēng)格。

1.1 從頂端到底端的設(shè)計理念（TOP===>DOWN）

以往的設(shè)計往往從零部件開始，再把零部件組裝起來，這樣一旦產(chǎn)品出現(xiàn)方案性的錯誤，將引起整個設(shè)計較大的調(diào)整和修改。TOP=>DOWN的設(shè)計理念是根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，從產(chǎn)品的堆疊、布局和組裝關(guān)系開始設(shè)計，再逐步細(xì)化到組裝方式的實(shí)現(xiàn)和零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計，并通過適當(dāng)微調(diào)布局和組裝關(guān)系，以適應(yīng)細(xì)節(jié)設(shè)計和產(chǎn)品功能的要求。這種從整體到局部，從頂端到底端的設(shè)計方法需要設(shè)計者對產(chǎn)品具有全局性的考慮。

1.2 DFMA的設(shè)計理念

所謂DFMA，是“Design for Manufacture and Assembly”的縮寫，也就是說產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計要能滿足易于制造和方便組裝的要求，滿足產(chǎn)品制造的工藝性要求。我們知道現(xiàn)在的生產(chǎn)制造都是快速的規(guī)?；凸I(yè)化的大批量生產(chǎn)，易于制造和組裝的設(shè)計才能大大降低成本，迅速占領(lǐng)市場，這也是設(shè)計者需要與產(chǎn)品工藝工程師持續(xù)溝通的關(guān)鍵。但是這種設(shè)計理念是不能以犧牲產(chǎn)品的功能性和可靠性為前提的。

1.3 并行和協(xié)同開發(fā)的設(shè)計理念

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作涉及面廣，任何人不可能精通整個設(shè)計中的所有事項(xiàng)，因此需要在設(shè)計中不斷與市場工程師、硬件工程師、ID工程師、模具工程師、LAYOUT工程師和生產(chǎn)工藝工程師溝通交流，聽取他們的建設(shè)性的建議，不斷優(yōu)化和改善設(shè)計。不要等到設(shè)計完了，才發(fā)現(xiàn)與客戶要求不符，有電磁屏蔽和散熱問題，模具上做不了，與電子元器件有干涉，無法生產(chǎn)制造和組裝等等問題，導(dǎo)致設(shè)計的推倒重來，浪費(fèi)大量的人力物力而沒有達(dá)到設(shè)計的效果。并行和協(xié)同設(shè)計就是通過不同部門間的互動交流，結(jié)構(gòu)設(shè)計和問題解決同步進(jìn)行，避免出現(xiàn)無休止的發(fā)現(xiàn)問題并修改設(shè)計的死循環(huán)當(dāng)中，達(dá)到“設(shè)計完，問題畢”的設(shè)計效果。

1.4 綠色環(huán)保的生態(tài)設(shè)計理念

綠色環(huán)保的設(shè)計理念在結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要體現(xiàn)在環(huán)保材料的適用，ID外觀造型選擇的簡化，少零件和少后處理工序的設(shè)計，減少壁厚和節(jié)約材料的設(shè)計，可拆卸、少熱熔和少超聲的組裝方式設(shè)計等等。這種生態(tài)設(shè)計的理念能夠確保產(chǎn)品的可拆卸，可回收，可維護(hù)和可重復(fù)利用。

1.5 模塊化的產(chǎn)品設(shè)計理念

所謂產(chǎn)品設(shè)計的模塊化是根據(jù)產(chǎn)品的功能和實(shí)現(xiàn)要求，把整個產(chǎn)品分成多個獨(dú)立但又相互關(guān)聯(lián)的單元模塊，完成各個單元模塊的設(shè)計后，通過相互的關(guān)聯(lián)組裝，從而完成整個設(shè)計。這種設(shè)計方法可以把一個非常復(fù)雜的設(shè)計問題簡單化，并且設(shè)計好的各個獨(dú)立的模塊還可以應(yīng)用在其他項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計中。目前我們公司的產(chǎn)品多為上下蓋的扣合方式實(shí)現(xiàn)，相對簡單，應(yīng)用到模塊化的設(shè)計不多，其中PLC產(chǎn)品的活動插頭是一個很好的例子，但費(fèi)用比較高。

1.6 安全、可靠，滿足產(chǎn)品功能性和人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計理念

第2篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

關(guān)鍵詞：面向裝配的設(shè)計；簡化設(shè)計；虛擬裝配；模塊化設(shè)計

中圖分類號：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0094-02

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的高度集成化和小型化，以及用戶對設(shè)備的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等提出的越來越嚴(yán)格的要求，使得電子設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷提高，也使產(chǎn)品的裝配面臨越來越多的困難，導(dǎo)致出現(xiàn)裝配質(zhì)量下降、裝配效率降低等一系列問題。在這一環(huán)境下，引入面向裝配的設(shè)計（DFA）這一產(chǎn)品開發(fā)模式，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計階段即充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)以及各種相關(guān)因素的影響，采用簡化產(chǎn)品設(shè)計、減少零件數(shù)量、使用標(biāo)準(zhǔn)件、零件裝配模塊化和減少裝配過程中的調(diào)節(jié)、裝配防錯等方法，并利用分析、評價、規(guī)劃、仿真等各種技術(shù)手段，不斷地完善設(shè)計和改進(jìn)裝配性能，確保裝配工序簡單、效率高、質(zhì)量高、不良率低和成本低[1]。

1 基于SolidWorks的DFA應(yīng)用方法

將SolidWorks功能和DFA方法相結(jié)合，在SolidWorks的環(huán)境下，主要可以進(jìn)行以下三方面的應(yīng)用方法研究。

1.1 簡化設(shè)計

簡化設(shè)計就是在設(shè)計中遵循KISS原則。簡化設(shè)計過程往往是對已有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行提煉和優(yōu)化的過程，可以充分利用CAD的數(shù)據(jù)存儲和規(guī)劃優(yōu)勢，建立各種庫文件，選擇和調(diào)用成熟設(shè)計和模塊，構(gòu)建具有較高裝配性能的產(chǎn)品。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計

在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)計方法，能大幅提高裝配質(zhì)量的可靠性，使裝配問題能更早、更容易被發(fā)現(xiàn)，從而提高產(chǎn)品裝配效率和裝配質(zhì)量。

1.3 虛擬裝配

以產(chǎn)品設(shè)計為中心的虛擬裝配，是在虛擬環(huán)境下對CAD模型進(jìn)行裝配性能分析的一項(xiàng)計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)?；贒FA虛擬裝配的基本任務(wù)是尋求產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，即通過CAD模擬產(chǎn)品裝配、進(jìn)行定量或定性分析，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計中裝配性差的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行設(shè)計修改和完善的過程。

使用SolidWorks 等CAD軟件，可對產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行虛擬裝配，并利用CAD提供的分析模塊，進(jìn)行包括靜態(tài)干涉、運(yùn)動干涉分析以及裝配公差分析等裝配性能分析、判斷和改進(jìn)。

2 DFA應(yīng)用步驟

產(chǎn)品概念設(shè)計階段的主要任務(wù)是根據(jù)用戶要求、設(shè)計輸入定義產(chǎn)品的架構(gòu)，并將產(chǎn)品進(jìn)行模塊劃分；在此基礎(chǔ)上，建立產(chǎn)品裝配模型，將各類庫文件引入建模過程中，貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計理念；完成裝配模型建立之后，開始虛擬裝配，即對模型進(jìn)行裝配性能分析，運(yùn)用 DFA簡化設(shè)計等方法對裝配體及零部組件進(jìn)行簡化、合并等設(shè)計改進(jìn)，并且進(jìn)行裝配相關(guān)檢查，直到得到優(yōu)化模型。

根據(jù)DFA的應(yīng)用方法，制定出在SolidWorks環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計的流程，見圖1所示。

3 DFA裝配建模

主要需要建立兩類模型，一類是建立一系列庫模型，一類是對產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的建模，而前者是后者的基礎(chǔ)。在對產(chǎn)品建模的過程中貫徹標(biāo)準(zhǔn)化模塊化思想，為產(chǎn)品的簡化設(shè)計提供良好的土壤。

3.1 產(chǎn)品裝配建模

CAD裝配建模有自下而上和自頂向下兩種方法。自下而上設(shè)計法即首先完成零件設(shè)計建模，然后在裝配文件中逐一插入零部件，組合成裝配體模型，零部件之間無關(guān)聯(lián)；自頂向下法為在裝配文件中直接建立零部件模型，零部件之間往往存在幾何關(guān)聯(lián)以及配合限制。

綜合兩種設(shè)計方法的優(yōu)勢，在方案設(shè)計階段，采用自頂向下的設(shè)計思路，首先規(guī)劃產(chǎn)品裝配體的框架，劃分模塊類型，在此基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品主體零件在裝配圖中進(jìn)行初步建模或者將通用模塊裝入裝配體中，使產(chǎn)品具備基本的模型架構(gòu)，然后進(jìn)入自下而上的模式，對構(gòu)成裝配體的零件模型作細(xì)化處理以及建立相關(guān)的零件，將生產(chǎn)的零部件裝入裝配體中并進(jìn)行配合限制，逐步裝配形成產(chǎn)品最終的裝配模型。

3.2 庫文件建模

庫文件泛指CAD軟件可調(diào)用的所有子組件和模塊，它是構(gòu)建新研制產(chǎn)品的基礎(chǔ)，也是面向裝配的設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計原則實(shí)施的基礎(chǔ)。

庫文件建立的原則是：

（1）庫文件歸屬文件夾應(yīng)層次分明，庫文件名應(yīng)簡潔明確地表示出庫集合的特征，以方便選用；

（2）庫文件中固化的組件和模塊，如緊固件、外購件等，盡量以零件形式建模，以便存儲和調(diào)用；

（3）分析同一系列模塊的主要安裝尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和擴(kuò)充；

（4）同一系列化零件的建模盡量采用一個模型、多個配置；

（5）模塊應(yīng)盡量包含安裝基準(zhǔn)、安裝尺寸等裝配信息，有助于選用和避免裝配加工錯誤。

根據(jù)庫文件存放的位置和模塊的類型可分為兩類庫，一是存放于計算機(jī)本地的本地資源庫；另一種需要通過網(wǎng)絡(luò)管理可上傳和下載的ODM電子倉庫。

3.2.1 本地資源庫

根據(jù)電子設(shè)備的特點(diǎn)，在CAD環(huán)境中主要建立緊固件庫（螺釘、螺母等）、電子器件庫（連接器、顯示屏、鍵盤、濾波器等）、機(jī)械成品庫（風(fēng)機(jī)、減震器等）、材料庫（屏蔽材料、密封材料、鋁型材）以及通用件庫（機(jī)柜、機(jī)箱、控制臺、把手、導(dǎo)軌、走線架等）。建立各種庫后，將其存放地址添加到SolidWorks系統(tǒng)選項(xiàng)中的設(shè)計庫中，即可開始在CAD界面中直接調(diào)用設(shè)計庫文件。庫文件的設(shè)計、編輯、修改等較容易實(shí)現(xiàn)， 技術(shù)人員可以通過改變某些參數(shù)而不必改動元件設(shè)計的全過程來更新設(shè)計。

3.2.2 PDM電子倉庫

SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作組的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，可以將本地成熟產(chǎn)品的數(shù)據(jù)檢入到電子倉庫，同時也可以分享工作組內(nèi)其他成員上傳到電子倉庫并共享的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計資源的充分利用，并且能確保設(shè)計版本和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件掛接關(guān)系得到有效管理。

根據(jù)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)面向裝配的設(shè)計需要，以便于選擇和調(diào)用為建庫原則，電子倉庫可主要劃分為公用資料庫、設(shè)備資源庫和工藝資源庫等。將設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、資料放入公用資料庫中；將工藝相關(guān)規(guī)程、工具資料等放入工藝資源庫；設(shè)備資源庫可以根據(jù)電子設(shè)備使用的工作環(huán)境，如地面、車載、艦載、星載、機(jī)載等進(jìn)行分類，也可以按照結(jié)構(gòu)形式、密封性、抗沖擊振動性和電磁兼容性等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置有利于搜索的關(guān)鍵詞。

4 裝配性能分析

4.1 直觀檢查

SolidWorks軟件界面中提供了裝配統(tǒng)計、對稱性檢查、質(zhì)量特性以及間隙檢查等命令，可以很方便、直觀地對已建立的產(chǎn)品模型進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計和檢查，根據(jù)檢查結(jié)果對裝配體作進(jìn)一步簡化、合并、調(diào)整等減少裝配錯誤、提高裝配效率的設(shè)計，直觀檢查一般包含以下幾項(xiàng)：

（1）考慮把相鄰、相似、對稱的零件合并成一個零件；（2）設(shè)計多功能零件，減少零件數(shù)量；（3）合并減少緊固件的種類、數(shù)量；（4）調(diào)整裝配體及主體零件重心，避免裝配時失穩(wěn)；（5）通過間隙檢查，避免零件過約束；（6）進(jìn)行防錯設(shè)計，避免非對稱零部件具有一個以上的裝配位置。

4.2 干涉檢查

對產(chǎn)品裝配體的干涉檢查主要包括靜態(tài)干涉檢查和運(yùn)動干涉檢查兩種方式。

SolidWorks命令項(xiàng)中的干涉檢查，能夠直觀、明確、定量地給出裝配體靜態(tài)情況下干涉的零件、部位和干涉幾何尺寸，有利于對干涉的零部件定位、定向進(jìn)行設(shè)計修正。

對實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動的產(chǎn)品，采用虛擬仿真工具SolidWorks Motion插件，對虛擬裝配體進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)狀態(tài)的仿真，模擬產(chǎn)品的不同運(yùn)動狀態(tài)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的運(yùn)動性能及設(shè)計計算結(jié)果的正確性，對運(yùn)動部件進(jìn)行運(yùn)動干涉檢查，查看限位運(yùn)動的干涉情況以及裝配情況和零部件模型的精確程度，有助于在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布置的干涉和運(yùn)動機(jī)構(gòu)的碰撞等問題。

更好地完成干涉檢查的關(guān)鍵點(diǎn)是完善裝配體模型，盡量詳盡真實(shí)地建模，特別是應(yīng)注重建立自制件以外的外購件、緊固件、附件等的真實(shí)幾何模型，往往一些看似微不足道的省略處會在實(shí)際裝配時出現(xiàn)干涉問題。

4.3 公差分析

SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst兩項(xiàng)與公差相關(guān)的插件。DimXpert可以直接在3D圖形中按照標(biāo)準(zhǔn)生成標(biāo)注，還可以幫助用戶查找圖形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解決公差設(shè)計的問題。

將公差分析的結(jié)果與裝配體的簡化設(shè)計原則相結(jié)合，簡化裝配關(guān)系、減少尺寸鏈數(shù)量、減小累積公差，才能夠降低尺寸公差等級，實(shí)現(xiàn)寬松且合理的公差設(shè)計，提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

4.4 動態(tài)裝配

SolidWorks的爆炸視圖和animator插件可提供靜態(tài)和動態(tài)裝配拆分效果圖，按需要對虛擬裝配體進(jìn)行拆分、分組，通過爆炸路徑和鍵碼對動畫進(jìn)行編輯，生成各虛擬裝配體各部分的動畫和圖樣文件。可以用于電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計方案評審中，提供直觀生動的產(chǎn)品效果；也可以直接應(yīng)用于實(shí)際裝配生產(chǎn)，特別是對于復(fù)雜的產(chǎn)品的裝配具有指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

通過基于SolidWorks軟件及其插件對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)面向裝配的設(shè)計作了一些研究和嘗試，體會到無論對軟件強(qiáng)大功能的應(yīng)用，還是對先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計模式的理解和運(yùn)用，都需要更加深入地探索。新的設(shè)計方法和設(shè)計思路在不斷涌現(xiàn)，CAD軟件的功能也在與時俱進(jìn)，設(shè)計師如何將兩者更好地結(jié)合進(jìn)而提升設(shè)計水平，是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

第3篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)輔助設(shè)計 Rhino（犀牛）軟件 產(chǎn)品 造型設(shè)計

1 Rhino（犀牛）軟件簡介

Rhino是由美國Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS為主的三維建模軟件。Rhino是最先進(jìn)的專業(yè)NURBS建模軟件之一，擁有簡潔的操作界面、強(qiáng)大的功能和較低的硬件配置要求。與其它高價的3D軟件相比，毫不遜色，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模非常流暢。從設(shè)計稿、手繪到實(shí)際產(chǎn)品，或只是一個簡單的構(gòu)思，Rhino所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來作為渲染表現(xiàn)、動畫、工程圖、分析評估以及生產(chǎn)用的模型。

2 產(chǎn)品造型設(shè)計

2.1 產(chǎn)品造型設(shè)計概述

產(chǎn)品造型設(shè)計是工業(yè)設(shè)計師在遵循實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、舒適安全、綠色、文化認(rèn)同等美學(xué)原則的基礎(chǔ)上，按照產(chǎn)品定位的既定目標(biāo)對產(chǎn)品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩、材料等方面進(jìn)行全面設(shè)計的過程。它包括：產(chǎn)品造型方案設(shè)計、色彩與標(biāo)識設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品原型制作、產(chǎn)品人機(jī)分析、產(chǎn)品材料與工藝分析、產(chǎn)品價值工程分析等幾部分。

2.2 影響產(chǎn)品造型設(shè)計的主要因素

（1）品牌風(fēng)格的延續(xù)。產(chǎn)品造型設(shè)計是實(shí)現(xiàn)企業(yè)形象統(tǒng)一識別目標(biāo)的具體表現(xiàn)，以產(chǎn)品設(shè)計為核心展開的系統(tǒng)形象設(shè)計，塑造和傳播企業(yè)形象，創(chuàng)造個性品牌，贏利于激烈的市場競爭中。產(chǎn)品不僅能融合企業(yè)的文化理念，而且能夠?qū)⑦@種理念通過造型語義傳達(dá)給使用者。例如蘋果公司的產(chǎn)品造型設(shè)計堪稱精品設(shè)計，其成功因素之一就在于產(chǎn)品的造型設(shè)計延續(xù)了簡約、創(chuàng)新、科技的品牌理念，獲得了社會的認(rèn)同。（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。我們在設(shè)計中，尤其是做產(chǎn)品的外觀造型時，往往只做產(chǎn)品的外形而忽略內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)果最后出來的造型變形不符合實(shí)際需求。這就與畫素描之前要了解人的骨骼結(jié)構(gòu)是一樣的道理。一方面，結(jié)構(gòu)影響著產(chǎn)品的使用功能，即使用的舒適性和可靠性；另一方面，在很大程度上影響著生產(chǎn)工藝性。結(jié)構(gòu)設(shè)計不能理解為純工程問題而忽視內(nèi)部結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)實(shí)用功能時的人性化訴求，導(dǎo)致設(shè)計產(chǎn)品在最終人機(jī)關(guān)系方面失衡。所以，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性及重要性在產(chǎn)品造型設(shè)計中的意義是不言而喻的。（3）設(shè)計美學(xué)法則的運(yùn)用。形式美法則是人類在創(chuàng)造美的形式、美的過程中對美的形式規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和抽象概括。主要包括：對稱均衡、單純齊一、調(diào)和對比、比例、節(jié)奏韻律和多樣統(tǒng)一。掌握形式美的法則，能夠使人們更自覺地運(yùn)用形式美的法則表現(xiàn)美的內(nèi)容，達(dá)到美的形式與美的內(nèi)容高度統(tǒng)一。在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計中，要巧妙地運(yùn)用這些美學(xué)法則創(chuàng)造合乎美學(xué)的實(shí)用的產(chǎn)品造型。（4）認(rèn)知心理學(xué)維度。隨著生活水平和文化素質(zhì)的提高，人們在購買產(chǎn)品時的心理欲求占據(jù)越來越重要的地位。消費(fèi)者購買產(chǎn)品時往往受能否滿足他們的心理欲望所左右。因此，產(chǎn)品造型設(shè)計要不斷適應(yīng)人們發(fā)展著的認(rèn)知心理，產(chǎn)品造型的設(shè)計必須以符合消費(fèi)者的需求和個性心理為目標(biāo)來進(jìn)行。（5）生產(chǎn)技術(shù)工藝。工藝性是指，能否用合理的成型方法生產(chǎn)制作所需的形狀、尺寸、精度，即工藝的合理性。造型設(shè)計不合理、不合乎生產(chǎn)工藝，就不便于或難以進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)，從而增加了工時消耗、材料消耗和制造成本，降低了生產(chǎn)效率。一般來說，對稱和簡單的幾何造型，易于加工成型，過于繁雜的造型不利于生產(chǎn)制造。

3 Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計中的運(yùn)用

3.1 草圖的倒入

草圖的倒入功能使得設(shè)計人員能夠按照自己手繪的設(shè)計方案進(jìn)行造型設(shè)計，提高了建模的速度和準(zhǔn)確度。首先在二維軟件（Photoshop、Coreldraw或者Alias等）中進(jìn)行草圖的繪制，也可以在圖紙上進(jìn)行產(chǎn)品手繪，然后通過掃描儀掃描到計算機(jī)中。將掃描好的圖片導(dǎo)入犀牛軟件（如圖），將其作為造型參考進(jìn)行三維建模。

3.2 Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計中常用的功能

（1）Rhino在曲面造型功能方面非常強(qiáng)大，產(chǎn)品外觀都是以面的形式呈現(xiàn)，準(zhǔn)確快速的建立曲面是關(guān)鍵，犀牛具有單軌掃掠、雙軌掃掠、網(wǎng)格建面、放樣等十多種命令生成或編輯曲面。（2）修剪命令如刀一般分割曲面，去除掉不需要的造型曲面。切割命令可以將整體造型分割為任意部分而保留外觀曲面，便于對分割的部分進(jìn)行編輯。（3）有時為了在已完成的造型部分去除掉某一實(shí)體形狀的部分，或者將兩個實(shí)體合并為一體等，就要運(yùn)用布爾運(yùn)算命令，操作完成后得到的也是實(shí)體。（4）為了更直觀的分析生成的造型曲面品質(zhì)，曲率分析、斑馬紋、環(huán)境反射貼圖工具都可以很好地觀察到所生成曲面的連續(xù)性，方便進(jìn)一步的調(diào)整。（5）如果想要得到重復(fù)并且按照距離、角度規(guī)律排放的形狀，就要用到陣列工具，Rhino的陣列工具分為環(huán)形陣列和矩形陣列，能夠大大降低繁瑣的建模工作，提高建模速度，得到精確的造型。（6）有時所建模型繁雜，部分形體妨礙建模視線時，可以使用隱藏工具將已完成的部分隱藏，對剩余部分進(jìn)行操作，當(dāng)需要顯示時再取消隱藏，這樣可以避免許多不當(dāng)?shù)腻e誤。（7）當(dāng)造型建模到某一階段，可以根據(jù)想要得到的預(yù)覽效果來選用不同的顯示模式，常用的有線框模式、著色模式、渲染模式、半透明模式、X光模式、半透明模式、工程圖模式、藝術(shù)風(fēng)格模式、鋼筆模式。

3.3 與其他軟件的完美兼容性

犀牛軟件支持30余種輸入與輸出檔案格式，從常見的NURBS格式的標(biāo)準(zhǔn)IGES曲面檔案、STEP實(shí)體檔案、ACIS檔案、PARASOLID檔案、OBJ檔案，到POLYGON格式的3DS、LWO、STL檔案，AutoCAD標(biāo)準(zhǔn)的DWG與DXF文檔，以及點(diǎn)云資料、2D繪圖AI檔案等。其中IGES是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，應(yīng)用非常廣泛，支持的軟件數(shù)目超過40種。使用者可以針對合作方軟件來選擇要輸出的檔案格式的類型。

3.4 強(qiáng)大的插件功能

插件是Rhino很具特色的一個內(nèi)容，它是一些具有擴(kuò)展性的小程序，能幫助設(shè)計師實(shí)現(xiàn)需要花費(fèi)大量時間和精力才能完成的造型功能。常用的插件例如Tsplines能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面造型的建模，把原本強(qiáng)大的曲面建模功能提升得更加強(qiáng)大。犀牛配合Grasshopper參數(shù)化建模插件，可以快速建出曲面優(yōu)美的建筑造型。在犀牛中裝入TechGems（珠寶插件），便是一款非常之專業(yè)的珠寶首飾輔助設(shè)計軟件。

3.5 與后期生產(chǎn)的接軌

Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計中的另一強(qiáng)大功能在于能夠與后期生產(chǎn)制造接軌，而不僅僅只是提供快速的產(chǎn)品外觀建模。比如Rhino導(dǎo)出的模型格式經(jīng)過編輯后可以直接通過日趨成熟的3D打印技術(shù)進(jìn)行打樣，用來檢驗(yàn)產(chǎn)品造型的合理性。同時，Rhino具備模具設(shè)計的功能，其拔模角度分析工具能檢測能否正確脫模，對于后期生產(chǎn)制造提供更精確的數(shù)據(jù)。

結(jié)語

通過研究分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品造型設(shè)計不僅需要扎實(shí)的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和對各方面因素的綜合考慮，還需要熟練掌握Rhino軟件的操作。犀牛軟件運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計中，能夠發(fā)揮出最佳設(shè)計效果，為現(xiàn)代產(chǎn)品造型提供快速、高效和準(zhǔn)確的設(shè)計新思路和技術(shù)，為產(chǎn)品設(shè)計師設(shè)計的各種產(chǎn)品造型的實(shí)現(xiàn)提供了更多的可能。

參考文獻(xiàn)

[1]吳瓊.工業(yè)設(shè)計技巧與禁忌[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]韓勇.犀牛之舞[M].北京：人民郵電出版社，2011.

第4篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο螅?抗側(cè)滾扭桿； Abaqus； Include

中圖分類號： TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

引言

產(chǎn)品概念設(shè)計階段經(jīng)常會出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選的情況.此時需要采用CAE方法來進(jìn)行比選.盡管產(chǎn)品的功能目的一致，但其結(jié)構(gòu)存在一定的差異，因此在進(jìn)行有限元分析時，需要重復(fù)進(jìn)行大量的分析模型前處理工作.特別是對于復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，由于其中含有大量不同形式的受力結(jié)構(gòu)件（如抗側(cè)滾扭桿的連桿、橡膠球頭、橡膠套筒、扭桿和支座等），往往零件的更換會使整個產(chǎn)品重新進(jìn)行分析前處理工作.建立這類結(jié)構(gòu)件有限元模型時不同的模型簡化處理方式往往導(dǎo)致差別較大的分析結(jié)果，導(dǎo)致CAE分析過程效率低，分析結(jié)果可靠性差.[1]本文介紹的利用Include功能構(gòu)建面向?qū)ο蟮姆治鋈蝿?wù)，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計分析工作提供一種簡單、快速的建模分析工作思路.

1面向?qū)ο蠓椒?/p>

長期以來，人們一直在設(shè)法爭取使問題空間與求解空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致，也就是說，使分析、設(shè)計和研究系統(tǒng)的方法學(xué)與人們認(rèn)識客觀世界的過程盡可能一致，這也正是面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的出發(fā)點(diǎn)和追求的原則.面向?qū)ο蟮姆椒ㄕJ(rèn)為，客觀世界由許多各種各樣的對象組成，每個對象都有自己的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動規(guī)律，不同對象之間的相互作用和聯(lián)系構(gòu)成各種不同的系統(tǒng)，這與人們認(rèn)識世界的自然思維方式是一致的.

面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ且环N在分析和設(shè)計階段獨(dú)立于程序設(shè)計語言的概念化過程，它是一種程序設(shè)計技術(shù)，更重要地，它是一種新的思維方式，是一種完全不同于傳統(tǒng)功能設(shè)計的方法.

面向?qū)ο蠓治觥⒚嫦驅(qū)ο笤O(shè)計和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提供的3種主要技術(shù)手段.面向?qū)ο蠓治龌趯ο笏枷朊枋鰡栴}域和系統(tǒng)任務(wù)，而面向?qū)ο笤O(shè)計則是面向?qū)ο蠓治龅臄U(kuò)充，主要是增加各種實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)所必需的組成部分，從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計是一個逐步擴(kuò)充模型的過程.面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計遵循抽象、封裝性、多態(tài)性和繼承性的原則.[26]

2Include介紹

Abaqus中的Include功能提供一種簡單、快速地構(gòu)建有限元分析任務(wù)的思路.Include將一個或多個外部文件作為數(shù)據(jù)塊引入計算文件中，形成一個總的文件用于計算.Include不但可以在inp文件中引入外部文件數(shù)據(jù)，也能在CAE中實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)文件的引入，比如材料編輯器就可以讀入外部ASCII文件.通過它，可以指定任意外部數(shù)據(jù)文件成為分析工作的一部分，這些外部數(shù)據(jù)文件可以是模型、歷史輸出、注釋或其他參考.當(dāng)程序執(zhí)行工作文件遇到Include時，無論它在哪里，都轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部數(shù)據(jù)文件，當(dāng)外部文件執(zhí)行完后，又繼續(xù)處理原來的工作文件.這種功能的核心就是在主分析中的外部文件或數(shù)據(jù)塊指針，這具備構(gòu)建面向?qū)ο笏枷氲姆治龌A(chǔ).

3構(gòu)建面向?qū)ο蠓治?/p>

使用inp文件可以方便地描述模型參數(shù)、控制分析過程.文獻(xiàn)[7]詳細(xì)地介紹inp文件的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建.可以認(rèn)為一個inp任務(wù)主要由4種數(shù)據(jù)對象構(gòu)成：有限元模型對象（節(jié)點(diǎn)、單元集和單元屬性）、材料屬性對象或?qū)ο髮傩?、初始邊界對象（包括約束條件）、一個或多個載荷步對象（包括邊界條件、接觸條件、計算控制參數(shù)集和結(jié)果輸出等眾多對象屬性）.無論對象還是對象屬性都可以由單獨(dú)的外部文件描述，而Include可以將這些獨(dú)立外部對象文件組成一個完整的分析工作，可視Include為在主工作分析文件中這些單獨(dú)對象文件的指針.圖1可簡單示意各對象與主工作文件的關(guān)系.每一個框圖都是一個對象或?qū)ο髮傩?，每一個對象或?qū)傩詳?shù)據(jù)都可以作為一個外部文件，用Include引入.

圖 1完整的面向?qū)ο蠓治鑫募?gòu)成示意

在產(chǎn)品設(shè)計初期階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師的工作是通過計算遴選多個方案，比較、確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料.因此，對于一個既定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析工作，只有模型結(jié)構(gòu)和材料是變化的，而邊界條件、載荷、接觸、控制參數(shù)和輸出量等都是確定的，因此能將整個分析工作分隔成幾個特定功能或?qū)ο竽K.在特定的分析中，僅變動其中個別對象，而其他對象始終不變.由此可見，Include提供一種面向?qū)ο蟮臉?gòu)建分析工作的思路，而按這種思路建立的多個ASCII文件集合即是Abaqus面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù).使用ASCII文件來封裝上述的對象或?qū)ο髮傩远蔷幾g后的程序.這使得改動工作變得非常容易且迅速.改動工作不僅指特定類型產(chǎn)品分析任務(wù)的改進(jìn)，也指修改已有任務(wù)、建立新類型產(chǎn)品分析任務(wù)的工作.在Abaqus執(zhí)行文件inp內(nèi)，載荷、約束、接觸和材料屬性賦值等都通過節(jié)點(diǎn)、單元或面的集合名稱確定.inp文件按特定名稱指定的節(jié)點(diǎn)、單元和面等執(zhí)行相關(guān)計算分析，因此可方便地進(jìn)行對象屬性確認(rèn).綜上所述，把一個由特定結(jié)構(gòu)組成的產(chǎn)品的inp工作執(zhí)行文件按功能和特性分為幾個不同對象內(nèi)容，每次具體計算只改動需變化的一兩個文件就能形成完整的執(zhí)行文件inp的創(chuàng)建，可節(jié)省大量的重復(fù)勞動.這就是本文面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù)的構(gòu)建思路.由于整個面向?qū)ο蠓治龆加蒳np文件集合構(gòu)成，因此基于面向?qū)ο蟮娜蝿?wù)文件執(zhí)行基本不受Abaqus版本的限制.

下面以2個鐵路行業(yè)典型產(chǎn)品來說明Include面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù)的創(chuàng)建思路.

3.1膠墊板結(jié)構(gòu)分析

以單個組件產(chǎn)品為例，介紹Include面向?qū)ο蠓治鲈诳焖俜治鲋械膽?yīng)用.膠墊板是軌道扣件系統(tǒng)的一個重要部件.對于無碴軌道，膠墊板起減振和隔振作用，決定軌道的彈性性能，具體結(jié)構(gòu)類型介紹參見參考文獻(xiàn)[8].某膠墊板產(chǎn)品的原型結(jié)構(gòu)見圖2.產(chǎn)品施加集中力于工裝上端板，工裝下端板固定，簡化為1/4模型（見圖2）.

對于分析任務(wù)，本案例只調(diào)整膠墊板結(jié)構(gòu)以滿足強(qiáng)度和剛度的要求.因此，只有膠墊板模型對象FEA_MODEL.inp不斷變化，其他工裝模型、邊界條件、載荷條件、接觸設(shè)置、材料參數(shù)和結(jié)果輸出設(shè)置等對象或?qū)傩詣t一律不變.很明顯，由于主分析文件只包含工裝模型、材料參數(shù)以及其他引入文件命令（見圖4），因此它是不變的.載荷步對象包括載荷（位移和力）、計算參數(shù)和結(jié)果輸出等屬性定義，見圖5.這部分都可由集合名稱定義，故當(dāng)針對某一特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)品時，這個文件也是不變的.初始條件及約束對象與載荷步一樣，其內(nèi)容也是固定不變的，見圖6.因此，對于分析產(chǎn)品調(diào)整，整個分析任務(wù)中只有FEA_MODEL模型對象需要改動.如圖7所示，膠墊板產(chǎn)品模型的節(jié)點(diǎn)、單元，節(jié)點(diǎn)集和單元集等信息都存在于FEA_MODEL模型對象里.

直接在Command中執(zhí)行Main_FE_JOB.inp即可計算.本次案例計算結(jié)果的應(yīng)力云圖和剛度曲線見圖8.結(jié)果不理想，需要調(diào)整結(jié)構(gòu).有2種不同結(jié)構(gòu)的膠墊板可以嘗試計算，見圖9.以后的工作只需使用不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的模型對象FEA_MODEL.inp，其他完全不用處理.具體細(xì)節(jié)不再贅述.這里有2個關(guān)鍵細(xì)節(jié)需要注意：一是不能改動節(jié)點(diǎn)集、單元集的名稱，因?yàn)榻佑|、加載、材料賦值和結(jié)果輸出等定義全部依賴于集合的名稱；二是要注意膠墊板產(chǎn)品模型的節(jié)點(diǎn)、單元序號的范圍，不能與主文件中工裝的相關(guān)序號沖突.

圖 8原型膠墊板有限元計算結(jié)果

（a）（b）圖 9其他2種不同結(jié)構(gòu)的膠墊板設(shè)計

第5篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

關(guān) 鍵 詞：榫卯結(jié)構(gòu) 數(shù)字化仿真 有束腰凳

一、前言

傳統(tǒng)榫卯工藝是傳統(tǒng)文化中的瑰寶[1]，在現(xiàn)代家具設(shè)計中迫切需要對其進(jìn)行深入學(xué)習(xí)與研究。但是由于榫卯工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在教學(xué)中此類物理教具制作困難，不能進(jìn)行批量的機(jī)械化生產(chǎn)。并且內(nèi)部榫卯結(jié)構(gòu)不能通過物理教具直接觀察到，學(xué)習(xí)者不能直觀的理解其結(jié)構(gòu)，這造成學(xué)習(xí)榫卯結(jié)構(gòu)的過程非常困難[2]。針對榫卯工藝在研究過程中存在的此類問題，本文提出引入數(shù)字化設(shè)計中的新方法、新技術(shù)，將數(shù)字化仿真設(shè)計與榫卯工藝相結(jié)合，以“有束腰方凳”為例，進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計。利用仿真技術(shù)對榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化模型的構(gòu)建，并利用虛擬裝配技術(shù)對其進(jìn)行裝配和構(gòu)建。這樣避免了物理教具的批量制造，降低教學(xué)成本，提升了教學(xué)效率，為榫卯結(jié)構(gòu)的教學(xué)研究提供了一條新的思路，本文主要研究的是通過仿真模擬技術(shù)對傳統(tǒng)榫卯工藝進(jìn)行研究及其數(shù)據(jù)庫的建立。

二、數(shù)字化仿真構(gòu)建方法

1、數(shù)字化仿真技術(shù)含義

數(shù)字化仿真技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計過程統(tǒng)一建模，在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、加工和裝配、檢驗(yàn)、整個生命周期的模擬和仿真。這樣可以在產(chǎn)品的設(shè)計階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過程，以此來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和制造過程。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計相比，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在設(shè)計方法、設(shè)計過程、設(shè)計質(zhì)量和效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化，數(shù)字化工業(yè)設(shè)計將主要包括數(shù)字化建模，數(shù)字化裝配，數(shù)字化評價，數(shù)字化制造，以及數(shù)字化信息交換等幾方面。

2、數(shù)字化仿真設(shè)計流程

在現(xiàn)實(shí)家具榫卯工藝研究的方法是：把已有的家具進(jìn)行拆解，對拆解后的榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量、記錄與學(xué)習(xí)。而在Pro/E系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)研究榫卯結(jié)構(gòu)的方法是：首先通過對榫卯家具進(jìn)行拆解，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)測量；然后通過數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，并采用數(shù)字化樣機(jī)來代替原來的物理原型，在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行仿真分析，對原設(shè)計進(jìn)行裝配重組。這樣不需要實(shí)物原型，就可以讓更多的設(shè)計人員在不同時間不同的地點(diǎn)在計算機(jī)上進(jìn)行榫卯結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和研究。

三、數(shù)字化仿真實(shí)例

首先是建模平臺的選取，考慮到數(shù)據(jù)格式的通用性、三維模型建設(shè)的便捷性，以及數(shù)據(jù)管理方式的先進(jìn)性，最終選用了軟件Pro/E作為三維建模平臺。對結(jié)構(gòu)件和零件用軟件Pro/E進(jìn)行建模來更直觀的展示傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以此來系統(tǒng)闡述榫卯結(jié)構(gòu)制圖和模型制作的現(xiàn)代工藝流程。由于凳子是明清家具中最基本的單品，其結(jié)構(gòu)也是桌、案、幾等家具的本源。本文將具有榫卯結(jié)構(gòu)的束腰凳進(jìn)行拆解，并對拆解后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬。

1、定義初步產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計之前要對產(chǎn)品進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)分析：首先采用自頂向下設(shè)計方法規(guī)劃出束腰凳的整體造型結(jié)構(gòu)關(guān)系，即產(chǎn)品結(jié)構(gòu)包含了一系列的子裝配件，以及它們所繼承的設(shè)計意圖。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由各層次裝配和元件清單組成，在定義設(shè)計意圖時，有許多子裝配是預(yù)先確定下來的：比如對本例束腰凳進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，可以看到本例凳子一共使用了攢邊打槽裝板、抱肩榫、格肩榫這三種榫卯裝配結(jié)構(gòu)。

2、數(shù)字化樣機(jī)詳細(xì)設(shè)計

在明確了設(shè)計意圖并定義了“有束腰凳”產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和框架前提下，將圍繞設(shè)計意圖和基本框架展開零件和子裝配的詳細(xì)設(shè)計。首先是子裝配件的確定，通過對基本框架的研究分析得出產(chǎn)品共分為三個子裝配體：攢邊打槽裝板結(jié)構(gòu)子裝配體、抱肩榫結(jié)構(gòu)子裝配體、格肩榫子裝配體。當(dāng)子裝配體確定下來，設(shè)計基準(zhǔn)傳遞下去之后，可以進(jìn)行單個的零件設(shè)計。

2.1凳面榫卯結(jié)構(gòu)仿真

從拆解圖二可以看出，凳面采用的是攢邊打槽裝板連接方式。我們將攢邊打槽裝板連接方式定義為子裝配件，在子裝配件下進(jìn)行板心及邊框的詳細(xì)設(shè)計。趲邊打槽裝板的裝配結(jié)構(gòu)是首先將板心裝納在四根邊框之中，然后將裝板的邊框裝配起來[3]。這種裝配結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于邊框伸縮性不大，使得整個家具的結(jié)構(gòu)不至由于面板的脹縮而受影響，起到了穩(wěn)定堅實(shí)的作用。

趲邊打槽裝板裝配結(jié)構(gòu)定義完之后開始進(jìn)行零部件的詳細(xì)設(shè)計，由圖四可以看出此裝配零部件由凳面的帶榫頭的兩根大邊和兩條帶榫眼的抹頭組成。這四根木框兩根長而出榫的叫“大邊”，兩根短而鑿眼的叫“抹頭”。經(jīng)過以上分析，在Pro/E環(huán)境中建立這四根帶有榫卯結(jié)構(gòu)的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫結(jié)構(gòu)仿真

從圖三可以看出，凳面與腿足及其束腰采用的是抱肩榫連接方式，將抱肩榫連接方式定義為子裝配件，抱肩榫是束腰家具的腿足與束腰、牙條相結(jié)合時使用的榫卯結(jié)構(gòu)。首先通過測繪獲得各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在獲得詳細(xì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過三維仿真建模技術(shù)，對抱肩榫結(jié)構(gòu)進(jìn)行子裝配件的建立。之后在子裝配件下進(jìn)行牙條與腿足的詳細(xì)設(shè)計。通過對三維仿真模型的拆解可以看出來，抱肩榫子裝配件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是在腿足上挖出肩，將牙條插掛在上面來固定四方的框架。同時掛銷進(jìn)一步定位橫材和豎材，將面受到的壓力均勻傳遞到四足上，腿足上端的長短榫通過抹頭的插接固定了承重面。

2.3.腳檔的格肩榫模型仿真

通過下圖對束腰凳的拆解可以看出，數(shù)字化模型中腳檔與腿足的連接方式為格肩榫，將格肩榫裝配方式定義為子裝配體，然后分析其詳細(xì)零部件。本實(shí)例束腰凳的腿足是方形豎材，此家具用的是大格肩榫結(jié)構(gòu)，肩部為尖角，格肩部分和長方形的陽榫貼實(shí)在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實(shí)肩”。詳細(xì)零部件構(gòu)成為：格肩榫榫頭在中間，兩邊為榫肩，格肩部分和長方形的陽榫貼實(shí)在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實(shí)肩”。 齊頭碰在形式上有透榫。

3、數(shù)字化樣機(jī)虛擬裝配

假如在榫卯結(jié)構(gòu)的物理教具裝配演示過程中，需要將裝配的各個零部件拿到裝配現(xiàn)場進(jìn)行裝配[4]。而在Pro/E虛擬系統(tǒng)中，只需要在計算機(jī)屏幕上裝配零部件，查看和分析零件的配合情況，這樣可減少對物理樣機(jī)的依賴。

具體的虛擬裝配的方法是：首先是裝配建模體系結(jié)構(gòu)的建立，根據(jù)有束腰凳裝配給定的功能要求和設(shè)計約束，先確定產(chǎn)品的大致組成和形狀，確定各組成零部件之間的裝配關(guān)系和約束關(guān)系。然后再把束腰凳分解成若干個零部件，在總體裝配關(guān)系的約束下，同步根據(jù)裝配關(guān)系對這些零部件進(jìn)行設(shè)計。

其次是裝配體層次關(guān)系的定義，束腰凳的裝配體分解成不同層次的子裝配體，子裝配體又可分解成若干子裝配體和各個零件。通常將零件、子裝配體、裝配體之間的這種層次關(guān)系直觀地表示成裝配樹，樹的根節(jié)點(diǎn)是裝配體，子節(jié)點(diǎn)是組成裝配體的各個零件，中間節(jié)點(diǎn)則是子裝配體。裝配樹的的關(guān)系體現(xiàn)了實(shí)際形成裝配體的裝配順序，同時也表達(dá)了裝配體、子裝配體及零件之間的父、子從屬關(guān)系。圖6是有束腰凳的仿真裝配結(jié)果。

四、 結(jié)語

傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)是我國寶貴的傳統(tǒng)工藝非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，同時明式家具榫卯結(jié)構(gòu)工藝也是當(dāng)今學(xué)習(xí)榫卯結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)，所以有必要對傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維數(shù)字模型的仿真研究，使學(xué)習(xí)和掌握榫卯結(jié)構(gòu)的過程更快捷。通過三維模型的仿真研究和實(shí)踐，探索出一套學(xué)習(xí)榫卯工藝的學(xué)習(xí)方法，為當(dāng)今家具設(shè)計提供有益的參考，同時也促進(jìn)了明式家具的深入研究，有助于傳統(tǒng)文化的廣泛傳播和發(fā)展。

本文為天津市高等學(xué)校人文社會科學(xué)研究一般項(xiàng)目資助 課題號：20112303

參考文獻(xiàn)

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第6篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

在機(jī)械設(shè)計中運(yùn)用三維設(shè)計軟件，首先是對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行初步建模，做好機(jī)械設(shè)計前期的準(zhǔn)備工作，其次是對產(chǎn)品建立好的模型組裝成整體，將產(chǎn)品的整體模型進(jìn)行詳細(xì)解析，對所設(shè)計的產(chǎn)品整體有大致的了解，并且通過設(shè)計軟件特有的功能，對產(chǎn)品設(shè)計過程中存在的細(xì)節(jié)或者是一些沒有考慮到的問題進(jìn)行詳細(xì)分析，對產(chǎn)品設(shè)計的工作流程和設(shè)計的合理程度進(jìn)行檢驗(yàn)，并由給出的分析結(jié)果，可做相應(yīng)的調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計，將不正確的地方予以改正，最后設(shè)計出成品。以SolidWorks軟件為例，其設(shè)計過程我們可以分為三步來實(shí)現(xiàn)：首先是根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的各項(xiàng)要求初步建立三維模型；其次是對初步建立的三維模型進(jìn)行模擬組裝運(yùn)行；最后利用軟件對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行模擬分析及合理性檢測，從而達(dá)到最終的設(shè)計要求。它主要包括機(jī)械零件設(shè)計、裝配設(shè)計、動畫和渲染、有限元分析技術(shù)、設(shè)計優(yōu)化及鈑金制作等模塊，基本滿足各種機(jī)械設(shè)計的需求。此軟件采用參數(shù)化設(shè)計思路，各工具欄命令之間具有相應(yīng)的設(shè)計關(guān)聯(lián)性，對零件的設(shè)計修改具有快捷、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，對零件的尺寸修改和相似零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢。在零件設(shè)計模塊中所做的更改可以自動、快速、準(zhǔn)確地反映到裝配、工程圖等相應(yīng)關(guān)聯(lián)模塊中去，同樣，在裝配模型和工程圖樣中，更大程度地減少設(shè)計的出錯率，提高了設(shè)計工作的效率。目前，諸如此類的三維設(shè)計軟件在機(jī)械設(shè)計中得到了廣泛的運(yùn)用。

2三維設(shè)計軟件在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)勢

三維設(shè)計軟件具有出圖準(zhǔn)確、設(shè)計方便、效率高、功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)等眾多優(yōu)勢。設(shè)計者可自由選擇相應(yīng)的設(shè)計工具和命令，采用最合適的設(shè)計方法，直觀、方便、高效、快捷地完成設(shè)計任務(wù)。在機(jī)械設(shè)計中，三維設(shè)計軟件的有限元分析模塊是設(shè)計者最好的設(shè)計助手之一。下面簡單介紹SolidWorks軟件有限元分析模塊?；赟olidWorksCOSMOSWorks有限元分析軟件的特點(diǎn)及強(qiáng)大功能，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行靜態(tài)分析，并為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供可靠依據(jù)。COSMOSWorks是一套強(qiáng)大的有限元分析軟件，早期的有限元技術(shù)高高在上，只有一些國家的部門如宇航、軍事部門可以使用，只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機(jī)會接觸，普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOSWorks出現(xiàn)后，有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了，把高高在上的有限元技術(shù)平民化，它易學(xué)易用、簡潔直觀，能夠在普通的電腦上運(yùn)行，不需要專業(yè)的有限元經(jīng)驗(yàn)。普通的工程師都可以進(jìn)行工程分析，迅速得到分析結(jié)果，從而最大限度地縮短設(shè)計周期，降低測試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤空間。傳統(tǒng)的方法在分析裝配體時是先把零件拆散，然后一個個分別處理，耗時耗力，又存在計算結(jié)果不精確的缺點(diǎn)。COSMOSWorks提供了多場/多組件的復(fù)雜裝配分析，從而大大簡化工程師的勞動，使得分析能夠更好地模擬真實(shí)情況，結(jié)果也就更精確。

有限元分析過程中幾乎所有的設(shè)計量，如厚度、長度、半徑等幾何尺寸、材料特性、載荷位置與大小等都可以用變量參數(shù)表示，只要改變這些變量參數(shù)的賦值就能獲得不同的設(shè)計方案的分析過程。經(jīng)軟件COSMOSWorks優(yōu)化設(shè)計后，頂面加厚，底面加強(qiáng)筋加厚及加高，應(yīng)力分布均勻，離屈服點(diǎn)更遠(yuǎn)，如圖2所示，優(yōu)化后的中心底面應(yīng)力擴(kuò)散，變形量減小，均在<1mm的范圍內(nèi)，可以滿足使用要求。三維設(shè)計軟件還包含鈑金、焊接、管道設(shè)計、模具、數(shù)控編程等多個模塊，機(jī)械設(shè)計工作者通過學(xué)習(xí)使用，為機(jī)械設(shè)計帶來方便，提高了工作效率。

3結(jié)語

第7篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)改進(jìn)；優(yōu)化；折彎；焊接

2012年我公司從意大利G.D公司引進(jìn)了雙通道、超高速濾棒成型機(jī)（ZL28），此機(jī)型的外觀呈流線型，顯示出外觀設(shè)計的美觀和檔次。經(jīng)過一年多的努力，該機(jī)型樣機(jī)試制結(jié)束，通過結(jié)構(gòu)件的加工，我們發(fā)現(xiàn)外方的結(jié)構(gòu)設(shè)計因材料、設(shè)備、加工工藝、加工能力等多方面因素的差異，不太適合我們直接制作，因此我們結(jié)合前期不銹鋼加工積累的經(jīng)驗(yàn)對該機(jī)組的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，我們改進(jìn)的目的是用結(jié)構(gòu)保證精度，打造精品產(chǎn)品，把復(fù)雜留給設(shè)計，把簡單留給生產(chǎn)，在不降低精度的前提下,盡可能降低加工難度，節(jié)約成本。

如下圖所示是ZL28機(jī)組的一個護(hù)板，該工件由件1、2、3、4組成，焊接子件多，焊縫長達(dá)2.6米，如若按照圖紙直接加工，焊接成型后外表面將嚴(yán)重變形，不能修復(fù)。

因此，我們需要對該工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化。按原圖結(jié)構(gòu)加工所遇到的問題主要是焊接后變形嚴(yán)重，因此我們改進(jìn)的思路技術(shù)減少焊接。我們在保證工件外形尺寸和結(jié)構(gòu)的前提下合并子件，能折的盡可能不焊，于是我們有了加工方案一，所有子件合并成一體。但是做展開圖時發(fā)現(xiàn)展開圖有干涉，如下圖所示（陰影部分為干涉區(qū)域）。

合并子件需要考慮的有三方面：焊接最少、折彎工藝最優(yōu)以及避免展開圖的干涉，最終的結(jié)構(gòu)是在這三方面取最優(yōu)值。我們通過研究上面展開圖干涉的區(qū)域，有了加工方案二，如下圖所示。

我們把原圖中件1、2，件3大平面部分，件4中間和小平面部分合并成上圖中的件1；件3剩余部分和件4剩余部分合并成上圖中的件2。改進(jìn)后展開圖如下圖所示。

改進(jìn)后，焊接縫比改進(jìn)前減少了2.4米，減少量高達(dá)92.3%，焊接變形減少到最低，焊后基本不用修整，精飾處理時間直接減少半個工作日，外觀質(zhì)量穩(wěn)定提高?？梢娊Y(jié)構(gòu)改進(jìn)后，不但提高了加工質(zhì)量，避免工件報廢，而且縮短加工時間，大大降低了生產(chǎn)成本。

通過上述典型零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，我們發(fā)現(xiàn)在鈑金結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計中，在達(dá)到設(shè)計使用功能和保證工件外形尺寸及結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)盡可能通過折彎成型，減少焊接以避免焊后變形，增加修整工作。

通過ZL28樣機(jī)試制，我們發(fā)現(xiàn)外方結(jié)構(gòu)件零件大多是通過子件組焊成型，這樣的設(shè)計圖紙表達(dá)簡單，工人能夠快速看懂圖紙，但是對零件材料、加工設(shè)備、加工工藝、焊接水平的要求很高。我們改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)圖紙表達(dá)相對復(fù)雜，但是降低了對零件材料、加工設(shè)備、加工工藝、焊接水平的要求。通過試制可發(fā)現(xiàn)我們與外方的差距，我們需要努力，早日趕上外方水平。

參考文獻(xiàn)：

第8篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

但我公司作為一家集研發(fā)、制造為一體的國有企業(yè)，要進(jìn)一步發(fā)展和壯大，除了充分用好已有資源、努力進(jìn)行內(nèi)部挖潛、深化生產(chǎn)管理來促進(jìn)發(fā)展外，也需要進(jìn)一步吸收、深化應(yīng)用先進(jìn)的CAE研發(fā)技術(shù)，完善整車、整機(jī)CAE分析體系，以縮短產(chǎn)品研制周期、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研發(fā)成本，從而高效地研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的好產(chǎn)品、增強(qiáng)公司的核心競爭力、獲得更好的市場回報。

一、問題的提出

現(xiàn)在機(jī)車以及柴油機(jī)設(shè)計越來越趨向于安全、高速、重載、輕量化的設(shè)計要求，由于機(jī)車、柴油機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組和曲軸等本身都是結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜的產(chǎn)品，都是在動態(tài)載荷工況下服役工作，且有不少產(chǎn)品為焊接裝配件。從產(chǎn)品的專業(yè)性、特殊性而言，涉及到的CAE計算需求是多方面的，包括部件的散熱性能、運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)性能、極端載荷條件（結(jié)構(gòu)載荷、熱載荷）的強(qiáng)度/剛度性能、疲勞性能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題等，這些性能也直接與某項(xiàng)目各部件的可靠性、品質(zhì)等息息相關(guān)。

經(jīng)過多年努力和積累，機(jī)車研發(fā)部雖然很早就擁有一批相關(guān)CAE專業(yè)分析人員，但受人員變化、當(dāng)前分析工作中不斷出現(xiàn)新的復(fù)雜需求、CAE分析軟件版本低功能受限等原因影響，公司CAE人員近幾年主要是針對部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算分析（如車體、構(gòu)架、車軸、曲軸、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝架的強(qiáng)度計算）。而柴油機(jī)的傳熱分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析；機(jī)車和車輛的碰撞動力學(xué)分析；機(jī)車中司乘人員和乘客的安全和舒適性的動力學(xué)分析；電力機(jī)車受電弓網(wǎng)系統(tǒng)的動力學(xué)分析；鐵路機(jī)車運(yùn)行的動力學(xué)仿真分析；機(jī)車、與軌道的系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析；機(jī)車柴油機(jī)供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的流體動力學(xué)分析；機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的流體力學(xué)分析等則很少涉及。

整個機(jī)車及柴油機(jī)的系統(tǒng)優(yōu)化、減重、疲勞強(qiáng)度、流體動力學(xué)分析、散熱性能、運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)性能和穩(wěn)定性等CAE新問題已越來越制約著產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)一步提升。公司經(jīng)過多個整車整機(jī)的開發(fā)，也積累了一部分CAE知識點(diǎn)，如何進(jìn)一步將這些知識系統(tǒng)化，形成公司的規(guī)范體系？CAE技術(shù)如何貫徹于整個設(shè)計流程？如何建設(shè)符合公司實(shí)際情況的CAE體系，為公司產(chǎn)品開發(fā)提供安全保障，也為整車優(yōu)化提供保證？這已成為迫在眉睫的問題。

筆者認(rèn)為只有深入分析CAE在機(jī)械、裝備行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，再結(jié)合公司產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)，摸索出符合我公司特色的整車及整機(jī)的CAE體系建設(shè)之路，才能提升產(chǎn)品研發(fā)效率，提高技術(shù)性能并降低成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

二、CAE技術(shù)在國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

1.CAE技術(shù)在國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段。通過CAE與CAD、CAM等技術(shù)的結(jié)合，使企業(yè)能對現(xiàn)代市場產(chǎn)品的多樣性、復(fù)雜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等做出迅速反應(yīng)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭能力。在許多行業(yè)中，CAE分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計與制造流程中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范加以實(shí)施。如，以國外某大汽車公司為例，絕大多數(shù)的汽車零部件設(shè)計都必須經(jīng)過多方面的計算機(jī)仿真分析，否則根本通不過設(shè)計審查，更談不上試制和投入生產(chǎn)。

國內(nèi)這幾年，各方也加大了這方面的投入，逐漸從過去的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，向更高、更難的流體、流固耦合、空氣動力學(xué)、系統(tǒng)優(yōu)化、控制和疲勞等CAE方面開展深入研究。但產(chǎn)品的應(yīng)用范圍、計算項(xiàng)目的深度、CAE平臺建設(shè)的規(guī)模以及CAE計算分析的細(xì)節(jié)程度還與國外還有不小的差距。

2.CAE技術(shù)在國內(nèi)機(jī)車行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)鐵路行業(yè)的CAE技術(shù)應(yīng)用在很多企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入逐漸的普及階段，但比航空、國防和汽車行業(yè)應(yīng)用層次要低。其中長春客車廠、株洲機(jī)車車輛廠、齊齊哈爾車輛廠、北京二七機(jī)車車輛、四方股份公司、大連機(jī)車廠、大連機(jī)車研究所、株洲電力機(jī)車廠和研究所與戚墅堰廠和工藝所等的仿真分析手段基本都已涵蓋了零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、整車或列車動力學(xué)和零部件疲勞、振動噪聲等專業(yè)，取得了顯著的成果。尤其是四方股份、長江集團(tuán)、齊齊哈爾、長客和大連等實(shí)施相應(yīng)的CAE技術(shù)已經(jīng)近10年了。其CAE仿真技術(shù)已經(jīng)越來越多地被相關(guān)的廠家接受。另外，為了保證實(shí)施CAE仿真技術(shù)的延續(xù)性，有些廠所也出臺了相應(yīng)的鼓勵分析師的政策，并成立了專業(yè)的分析團(tuán)隊，充分發(fā)揮了CAE仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過程中的作用。

而我公司與同行業(yè)其他兄弟公司相比，CAE技術(shù)相對滯后，現(xiàn)有CAE應(yīng)用情況如下。

（1）無法快速地評估設(shè)計結(jié)構(gòu)的大量復(fù)雜的流體力學(xué)、疲勞壽命預(yù)測、電磁場、溫度場以及多體耦合場、抗沖擊、抗振動、冷卻效果和使用壽命等性能，許多課題還未開展研究。

（2）無法貫穿整個產(chǎn)品的設(shè)計過程，主要是做校核計算。

（3）無法快速地分析與改進(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的降噪措施。

（4）無法快速地對新設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和用料優(yōu)化。

三、整車整機(jī)的CAE體系建設(shè)思路

公司正逐漸加大研發(fā)力度，不斷增強(qiáng)自主研發(fā)能力，這必將對機(jī)車及發(fā)動機(jī)提出了更高的設(shè)計要求，而過去的CAE分析內(nèi)容顯得過少，CAE分析的深度及廣度不夠，為此CAE體系應(yīng)盡快完善，以下根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合公司產(chǎn)品的實(shí)際情況，提出的CAE體系建設(shè)的思路。

1.完善整車、整機(jī)的CAE分析內(nèi)容

（1）整車的CAE分析內(nèi)容：機(jī)車包含的常用部件如車體、構(gòu)架和車軸等需做常規(guī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度有限元分析；進(jìn)一步考慮，部分關(guān)鍵件、大型件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、模態(tài)分析，車身結(jié)構(gòu)噪聲分析、疲勞強(qiáng)度分析；研究整車空氣動力學(xué)、整車動力學(xué)性能和整車穩(wěn)定性能。

（2）整機(jī)的CAE分析內(nèi)容：發(fā)動機(jī)常用部件的有限元分析、缸體及缸蓋的結(jié)構(gòu)分析、軸系的多體動力學(xué)分析、發(fā)動機(jī)三維CFD分析、發(fā)動機(jī)性能分析、發(fā)動機(jī)冷卻分析和發(fā)動機(jī)熱固耦合分析。

另外，需根據(jù)各個整車、整機(jī)的開發(fā)級別定義不同級別CAE的分析內(nèi)容。整車、整機(jī)研發(fā)的新技術(shù)越多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越新穎，CAE計算分析的內(nèi)容細(xì)化級別也應(yīng)相應(yīng)增加，以保證產(chǎn)品研發(fā)的可靠性。

2.細(xì)化整車、整機(jī)的CAE分析流程

對于全新的機(jī)車或發(fā)動機(jī)研發(fā)，CAE流程應(yīng)分為三個階段。

第一階段：概念分析階段。主要是考慮整車、整機(jī)設(shè)計的總體要求，根據(jù)相關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)，CAE人員對整車、整機(jī)的總體性能進(jìn)行CAE計算，以驗(yàn)證是否能達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，同時提出優(yōu)化建議，在預(yù)研階段把握產(chǎn)品的總體性能，為高層決策提供技術(shù)參考。此階段分析結(jié)束后，須確定基本結(jié)構(gòu)形式，總布置方式，各子性能的詳細(xì)設(shè)計目標(biāo)值。

此階段的工作難度較大，需要CAE工程師具備較多的設(shè)計和分析經(jīng)驗(yàn)。

第二階段：工程化分析階段。主要是根據(jù)設(shè)計師的詳細(xì)設(shè)計情況，進(jìn)行各部類常用部件的各類型的詳細(xì)等分析。此階段是以產(chǎn)品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)為輸入，從CAE方面，對設(shè)計的產(chǎn)品各方面的性能進(jìn)行分析，以驗(yàn)證是否達(dá)到概念分析階段所獲得的性能目標(biāo)，若沒有達(dá)到，則需優(yōu)化分析，并與設(shè)計師、工藝師共同商定，確定修改設(shè)計方案。

工程化分析階段是整車、整機(jī)開發(fā)中工作量最大的階段，此階段必須根據(jù)整車、整機(jī)設(shè)計的進(jìn)度要求，進(jìn)行至少2～3輪覆蓋結(jié)構(gòu)、流體、動力學(xué)、熱固耦合CAE領(lǐng)域的完整的CAE分析，為工程化設(shè)計進(jìn)行虛擬驗(yàn)證并在設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化。

第三階段：試驗(yàn)驗(yàn)證分析階段。主要是根據(jù)整車、整機(jī)做試驗(yàn)以及試運(yùn)行時出現(xiàn)的一些的問題，進(jìn)行CAE工程分析，找出問題出現(xiàn)的原因，并提出可行的解決方案。

此階段的工作難度和工作量則是不確定的，一般來說，在設(shè)計前期，考慮的問題越周全，在試驗(yàn)階段出現(xiàn)的問題就越少，涉及的CAE工作量也就越小。

按此流程，公司的CAE技術(shù)還應(yīng)更早介入設(shè)計流程中，因?yàn)樵谠缙诓捎肅AE技術(shù)，雖然加大了前期投入，但降低了后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用。投入總量和傳統(tǒng)做法相比要少得多，而且在產(chǎn)品投產(chǎn)后，能將投入維持在很低的水平，從總體上來說，降低了產(chǎn)品開發(fā)的總費(fèi)用，也使產(chǎn)品的上市時間得以提前。CAE在降低成本方面的作用，如圖1所示；CAE技術(shù)貫穿設(shè)計流程對解決工程問題的意義如圖2所示。

3.整車、整機(jī)的CAE體系規(guī)范

流程是定義什么時候該做什么事，而規(guī)范是定義如何正確做事的準(zhǔn)則。機(jī)車和發(fā)動機(jī)開發(fā)本就是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的任務(wù)，需要不斷地總結(jié)，建立合理的規(guī)范體系，系統(tǒng)性地沉淀已有的知識點(diǎn)，并保證持續(xù)修訂。經(jīng)過這些年整車整機(jī)的開發(fā)，我公司其實(shí)也積累了很多經(jīng)驗(yàn)知識點(diǎn)，但沒有形成書面規(guī)范，前些年隨著CAE人才的流失，公司也隨之流失了CAE的經(jīng)驗(yàn)知識點(diǎn)，為此應(yīng)該進(jìn)一步將這些知識系統(tǒng)化，形成公司的規(guī)范體系。不能為了建規(guī)范而建規(guī)范，而是應(yīng)該根據(jù)公司的技術(shù)規(guī)劃來建立規(guī)范體系，如對應(yīng)不同的開發(fā)級別，首先規(guī)劃必須具備哪些能力，應(yīng)該建立哪些規(guī)范，然后分專業(yè)有計劃地進(jìn)行實(shí)施，并不斷完善。只有不斷地建設(shè)有價值的規(guī)范，才能將已有的知識固化在公司，而不至于因?yàn)槿藛T的流動造成能力的損失，同時也才能保持已有的技術(shù)能力。一般來說，規(guī)范是很難從其他企業(yè)獲得或者購買，因?yàn)檫@都是各企業(yè)的核心技術(shù)，多少錢都不會賣，而且各企業(yè)情況差別很大，直接引進(jìn)的規(guī)范不一定適用，所以必須公司自己建設(shè)。

結(jié)合公司實(shí)際產(chǎn)品CAE分析特點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)逐漸形成公司CAE體系自己的規(guī)范，如：CAE操作規(guī)范、CAE任務(wù)流程規(guī)范和具體的CAE專業(yè)分析規(guī)范。

4.CAE數(shù)據(jù)庫的完善

CAE的計算相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)有效規(guī)劃、利用，因?yàn)槊看萎a(chǎn)品設(shè)計的革新離不開過去的技術(shù)基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為，這類數(shù)據(jù)應(yīng)分為兩類：第一類是性能數(shù)據(jù)庫，性能數(shù)據(jù)庫積累了多個平臺車型或機(jī)型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、總體穩(wěn)定性和動力學(xué)性能等多項(xiàng)重要性能指標(biāo)，為后續(xù)車型或機(jī)型開發(fā)目標(biāo)值設(shè)定、工程判斷提供了充分、可靠的依據(jù)。第二類是結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫積累了跟某項(xiàng)性能相關(guān)的重要結(jié)構(gòu)信息，為后續(xù)CAE能力提高、指導(dǎo)工程化設(shè)計提供依據(jù)。

5.整車、整機(jī)CAE資源配置

在影響CAE應(yīng)用效果的諸多因素中，人才、分析軟件和計算機(jī)硬件、外部資源是三個最主要的方面，其中“人才”是最重要的因素，這涉及到對CAE人才的層次規(guī)劃、CAE隊伍的穩(wěn)定性建設(shè)。

（1）沒有CAE隊伍，核心技術(shù)無從談起，CAE工程人員工程背景要求高，因CAE技術(shù)具有較高的技術(shù)含量，CAE應(yīng)用的每一個方向?qū)嶋H上都是一門專門學(xué)科，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)或傳熱學(xué)等，且CAE工程人員對設(shè)計、工藝和產(chǎn)品的工作原理、特性也應(yīng)有一定的了解。根據(jù)前面CAE體系的思路，公司人員配置7～10人，才能滿足未來CAE設(shè)計分析要求。

（2）軟，硬件平臺：要根據(jù)公司實(shí)際情況，購置適合公司產(chǎn)品特點(diǎn)的分析軟件及硬件，除非有十足的把握，否則不應(yīng)貪大求全。應(yīng)制定一個合理的CAE實(shí)施計劃，在預(yù)算允許的情況下，先考慮最急需的CAE軟件和硬件，應(yīng)用一段時間、見到良好效益后，再考慮使用權(quán)的擴(kuò)充或其他軟件模塊的擴(kuò)充。

（3）重視與高校、CAE軟件廠商的合作關(guān)系：與CAE軟件開發(fā)商建立良好的技術(shù)合作而不僅僅是商務(wù)合作關(guān)系，相互間長期的技術(shù)交流甚至與程序開發(fā)人員本身的底層技術(shù)討論等是保證CAE應(yīng)用能取得實(shí)效的關(guān)鍵因素之一。與CAE軟件廠商、高校合作的另一種好的方式是進(jìn)行一系列項(xiàng)目咨詢工作，項(xiàng)目咨詢不但能結(jié)合多方的優(yōu)勢最佳地解決實(shí)際工程問題，而且能在合作過程中非常對口地深入學(xué)習(xí)和掌握軟件應(yīng)用技巧，同時還能增進(jìn)雙方的了解和建立良好的關(guān)系。

四、幾點(diǎn)建議

（1）要給予CAE足夠的重視。一項(xiàng)新的技術(shù)從提出到應(yīng)用再到產(chǎn)生效益總有一個成長的過程，尤其是在起步階段，還特別需要各個方面的重視和支持，只有這樣，才能共同把這項(xiàng)工作做好。

（2）CAE的價值有很大一部分隱含或體現(xiàn)在設(shè)計工作中，因此，單從CAE自身的效益很難看出工作的價值。另外，還要理順關(guān)系，責(zé)權(quán)明確，避免出現(xiàn)“做好了是設(shè)計人員的功勞，做不好是分析人員的責(zé)任”的現(xiàn)象。

（3）CAE行業(yè)正處于一個快速發(fā)展、成長時期，從業(yè)人員流動性較大，因此有必要從政策上對此予以引導(dǎo)和扶持，采取有效措施吸引、留住人才，保證工作的持續(xù)性。

（4）現(xiàn)在的CAE技術(shù)已經(jīng)基本成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計算效率問題已經(jīng)基本解決，CAE軟件應(yīng)該成為設(shè)計工程師實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具，一些比較簡單的分析計算可以在CAD軟件上直接完成。

（5）及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。能在設(shè)計早期進(jìn)行CAE分析，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，是對設(shè)計工作的一個重要補(bǔ)充。

第9篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計思路范文

 

1傳統(tǒng)工業(yè)體系下的產(chǎn)品平衡態(tài)理論

 

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計是建立在工業(yè)革命以來所形成的大批量生產(chǎn)方式之上的。為了創(chuàng)造更多利潤，大規(guī)模生產(chǎn)成為一個必然選擇，制造方必須生產(chǎn)能被大多數(shù)人所接受的產(chǎn)品，滿足大眾化需求。雖然傳統(tǒng)工業(yè)模式并不盡如人意，但是在很長的時間周期中，每種按照批量生產(chǎn)法則而設(shè)計的產(chǎn)品都已經(jīng)形成了一個自在演化的生態(tài)圏，并達(dá)到了一種難以輕易顛覆的平衡。以汽車為例，一部基于燃油動力的、以傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式生產(chǎn)的汽車，必須同時滿足多種條件的達(dá)成，才能成為一部合格的汽車。比如發(fā)動機(jī)的布置必須滿足安全和穩(wěn)定性;駕駛艙在遮蔽風(fēng)雨的同時又必須可承受一定強(qiáng)度的撞擊;車門開啟的方式既要滿足方便性還不能破壞車身力學(xué)結(jié)構(gòu);每個部件既要滿足功能又要能夠被批量制造等等，汽車之所以成為今天的形態(tài)，是經(jīng)過漫長演化而得到的平衡狀態(tài)。在各種目標(biāo)的互相沖突中，產(chǎn)品形式不斷演化和妥協(xié)，達(dá)到了一種平衡。因此，在工業(yè)設(shè)計行業(yè)里常常提及的關(guān)鍵能力，是要求設(shè)計師能更準(zhǔn)確的理解產(chǎn)品。事實(shí)上這種理解力的對象，就是產(chǎn)品的平衡狀態(tài)，新的設(shè)計方案一定要達(dá)成一種新的平衡狀態(tài)，才具有“產(chǎn)品一一商品”的價值，這就是所謂產(chǎn)品平衡態(tài)理論。

 

2基于3D打印技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品新平衡態(tài)的機(jī)會

 

過去，產(chǎn)品設(shè)計難以在每個項(xiàng)目上都獲得極具創(chuàng)新的突破，就是因?yàn)椴蝗菀状蚱婆f系統(tǒng)去建立新的平衡態(tài)。而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，就在很多產(chǎn)品領(lǐng)域?yàn)榇蠹姨峁┝藰?gòu)建新平衡態(tài)的機(jī)遇。

 

2.1達(dá)成特殊功能的全新平衡態(tài)

 

航天發(fā)動機(jī)的尾推管，管體內(nèi)有許多熱交換流道。在過去的設(shè)計中，由于制造技術(shù)的制約使很多優(yōu)化想法無法實(shí)現(xiàn)。而采用3D打印技術(shù)及可以把內(nèi)部流道直接打印出來，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的熱交換。同理，應(yīng)用3D打印技術(shù)也可打印出多級葉輪、戰(zhàn)機(jī)的隔柵板。隔柵板最初的設(shè)計是平面型的，且需加工很多均勻小孔。按照優(yōu)化設(shè)計的思想，格柵板零件應(yīng)是曲面型及彎曲的。傳統(tǒng)工業(yè)手段幾乎難以實(shí)現(xiàn)這種形態(tài)，只有用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。所以，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)極大地改變了飛機(jī)設(shè)計的思路。

 

2.2基于3D打印成型方式創(chuàng)造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的全新平衡態(tài)

 

打印使復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為可能，同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的一體化趨勢逐漸呈現(xiàn)。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中產(chǎn)品多由若干部件組裝構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)，而組裝結(jié)構(gòu)有時候會增加復(fù)雜度和故障率，生產(chǎn)和裝配過程也會額外大量材料及能源。而3D打印的“增材”制造可以帶來一體化結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品變得簡單，特殊結(jié)構(gòu)就不需要再組裝，既提高了效率，也提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。比如SLM(金屬激光燒結(jié)技術(shù))，是用激光有選擇分層燒結(jié)金屬粉末，使燒結(jié)成形的固化層疊加生成所需形狀，得到近乎致密的金屬零件。飛機(jī)的一些關(guān)鍵部件是由鈦合金加工而成，運(yùn)用SLM技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件，又可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的最優(yōu)化強(qiáng)度，同時還降低了制造成本。

 

 

 

3.13D打印技術(shù)的結(jié)構(gòu)性局限

 

今天，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促使社會協(xié)作開始轉(zhuǎn)型，小型組織的崛起以及分布式的設(shè)計行為似乎成為必然趨勢。很多人認(rèn)為在互聯(lián)網(wǎng)時代出現(xiàn)的長尾模式可以滿足過去難以被滿足的小眾化需求，這是基本準(zhǔn)確的。但是3D打印讓設(shè)計者同時成為制造者，并將其視為泛在制造的體現(xiàn)，筆者就不敢認(rèn)同了。工業(yè)4.0如果是讓人們退回才能將兩者相連起來。然后再根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)置相機(jī)對應(yīng)的參數(shù)，設(shè)置好相機(jī)參數(shù)后可查看實(shí)時模式，可以在實(shí)時模式下進(jìn)行跟蹤拍照。拍好的照片直接傳送到電腦的指定路徑上，免去了要拆下相機(jī)內(nèi)存卡讀照片的過程，拍攝完成后無需做任何圖片處理，一鍵點(diǎn)擊輕松制作3D動畫。3D自動成像軟件的軟件設(shè)計流程。

 

3D打印技術(shù)雖然可以帶來新的設(shè)計機(jī)遇，但是很多產(chǎn)品的平衡態(tài)都需要系統(tǒng)化解決，這個是單獨(dú)依靠一個3D打印技術(shù)所解決不了的。例如制造一部手機(jī)，3D打印機(jī)可以打印個性化的外殼，甚至利用全新材料制造屏幕，但依然無法解決芯片級的制造和不同化工原材料的電氣化集成。一個高度系統(tǒng)化的產(chǎn)品，其平衡態(tài)也必須依靠系統(tǒng)化手段才能達(dá)成。3D打印技術(shù)只是在設(shè)計層面開辟了機(jī)遇，但不能成為構(gòu)建新系統(tǒng)的唯一手段。個體設(shè)計行為可以越來越多，但個體制造的大量浦現(xiàn)，基本不會出現(xiàn)。

 

3.2未來制造模式

 

3D打印技術(shù)一定會促進(jìn)未來的制造模式發(fā)生改變，但它不會是分布式的，而是進(jìn)一步的集約化。人類從工業(yè)化大生產(chǎn)中獲得的最大收益是學(xué)會分工與協(xié)作。只有進(jìn)一步的分工，才會解放人類對物質(zhì)數(shù)量的依賴。在未來，最合理的發(fā)展路徑是所有工廠都變成柔性制造商，而且徹底與設(shè)計、研發(fā)、銷售相剝離。當(dāng)3D打印及工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)日趨成熟，未來工廠也將不再是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，而徹底成為依靠自動化和數(shù)據(jù)化驅(qū)動的柔性、智能的制造工廠，制造成為其唯一職能。其客戶可能是各種各樣的中小型研發(fā)團(tuán)體、設(shè)計組織及個人，按需制造特定數(shù)量的產(chǎn)品或部件。在工業(yè)4.0應(yīng)有的模式中，3D打印技術(shù)的最大作用，就是促進(jìn)傳統(tǒng)工廠全面轉(zhuǎn)型為智能工廠的技術(shù)基礎(chǔ)。

 

3.3設(shè)計主體與制造主體之間的關(guān)系

 

基于互聯(lián)網(wǎng)時代日益發(fā)達(dá)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，人們更容易連接、分享、，這樣就帶來了更低成本的社會化協(xié)作。當(dāng)大量的小眾需求通過眾籌、微信等這類平臺表達(dá)，分布式設(shè)計行為就已經(jīng)誕生了，這就是所謂長尾理論。但是如果集約化、智能化的制造主體還未形成，工業(yè)4.0則不會徹底出現(xiàn)。在未來，一旦智能工廠開始浦現(xiàn)，設(shè)計和制造將徹底分離。設(shè)計主體是隨機(jī)分布的，不受地域限制的。但制造主體更集約化，只是體力工作者變少而設(shè)備居多，與物流通路的依存更緊密。兩者的溝通可以變成全面的遠(yuǎn)程化，設(shè)計者可能在國外，但產(chǎn)品制造產(chǎn)地可能就在身邊。3D打印技術(shù)的真正成熟，可能就是壓倒傳統(tǒng)工業(yè)這片多米諾骨牌的最后一根稻草。

 

4結(jié)語