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關鍵詞 廢舊設備；再制造；工藝流程；產品建模

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0004-02

隨著技術更新換代的加快，廢舊設備報廢的數量在逐年增加，如果對這些報廢的設備處理不當，勢必將造成大量的資源浪費，不僅存在安全隱患，而且還會污染環境。這也是當前面臨的巨大的科技問題，我們要如何在當前大力倡導綠色環保的大前提下適當的處理這個問題，就顯得尤為重要了，在產品報廢后能采用優質、環保、高效的再制造技術不僅能恢復產品原技術性能，而且還能提升設備性能，實現廢舊設備的循環使用。針對失效的廢舊產品進行再制造，首先要對其進行再制造設計，使其形成最優化的工藝流程。再制造工程的設計思想是以廢舊產品的再制造性評價、剩余壽命評估、再制造產品建模為核心研究內容。下面將針對這三個主要環節進行一一介紹。

1 廢舊產品的再制造性評價

當我們在對產品進行再制造之前，首先必須要做的就是要對報廢產品的再制造性進行評價。那么，何為再制造性評價呢？其實從字面上我們就不難看出，是對報廢產品從技術性能、經濟價值、對環境影響等多方面因素，進行綜合分析與評價。而后，評估出廢舊產品是否具有判斷可否對廢舊產品進行再制造的前提是其再制造型評價，也是廢舊產品再制造的評價的理論基礎。廢舊產品具不具有再制造性要在環境、技術、經濟等各種條件下去分析廢舊產品的設計架構和經濟價值，得到一個完全整體的分析之后，才能判斷其是否具有再次通過修護或改良的條件。影響再制造性的因素主要包含以下幾個方面。

1）廢舊產品再制造的技術性評價：從產品的設計機構上分析可拆卸裝配性、可再制造加工性、性能升級性和再制造后的服役性等，從再制造加工的難易及再制造后的服役性能方面來評價是否有再制造的價值。這也是對廢舊產品實施再造的根本問題，首要采取措施的重要環節。

2）廢舊產品再制造的經濟性評價：從技術經濟的角度分析廢舊產品再制造在經濟上是否合算。一切從經濟適用出發，當前的社會前景就是倡導綠色環保，經濟實惠，杜絕鋪張浪費，那么，我們尤其是要客觀、準確地評估廢舊產品在再制造每一個階段的生產成本，分析其經濟合理性，這對制定具體的再制造工藝、降低再制造成本具有特別重要的意義，廢舊產品再造，若成本超過新產品，那么我們的再造就將失去意義，因而要相當的注重其中的微妙關系。

3）廢舊產品再制造的環境性評價：從廢舊產品本身報廢造成的環境污染、再制造過程中可能造成的環境污染、再制造產品在服役中可能造成的環境污染等方面綜合考慮，從而評價廢舊產品是否具有環保、節能、節材等社會意義。環保還是不變的主題，如果在對廢舊產品實行再造的過程中，對環境產生了較為嚴重的污染，那么我們的再造工作就失去了其現實意義。

4）研究建立廢舊產品再制造性概念、評價體系、方法、評價模型及專家評價系統。想實現理想的再造，那么一切實施基礎都要以專業的、科學性的概念、評價體系、方法、評價模型以及專家評估體系，作為基石，從根本上就要樹立一種嚴明的操作方案。那么這樣的實施行為才會是有效的。

2 廢舊產品的失效機理、剩余壽命評估及再制造產品的壽命預測

產品服役的環境行為及失效機理研究是進行廢舊產品的剩余壽命評估和再造產品壽命預測的基礎理論依據。產品剩余壽命評估方法主要建立在零部件失效分析的基礎上，應用斷裂力學、摩擦學、腐蝕學、金屬物理等理論建立失效行為的數學模型，從宏觀和微觀上研究零部件在復雜的環境中失效的機理和損傷的規律，并與加速試驗的結果相結合，已建立產品壽命的預測評價系統，準確的估算廢舊產品的剩余壽命、再制造產品的使用壽命及已使用產品的剩余壽命，制定合理的再制造方案，提高產品的使用壽命。其主要研究內容包括：

1）創建在自然環境中廢舊產品中各個零件受到磨損、腐蝕的多狀態下的損耗情況的模擬，還有對各個零件剩余使用壽命的了解，做出比較正確的判斷。

2）了解廢舊產品各個零件剩余使用壽命可以根據其狀態、磨損程度、腐蝕程度等方面做出一個比較全面的數據，再對比實際過程中的得出相對應關系，進行剩余壽命的評估。

3）一個產品由全新到廢舊狀態，產品中的各個零部件呈現出的是不同狀態的磨損，我們可以研究這個折舊過程當中各個零件在特定時間特定狀態下的損耗，判斷出折損的規律這樣對于我們在操作中可以做出對剩余壽命的評斷。

4）將物理知識運用到實踐當中去，利用顯微器械判斷出產品中零件的大概使用時間，以便更好的知曉其剩余的作用價值，做到一個最大的物盡其用。

5）從多個層面不同角度分析在不同情況不同形態下去找出磨損規律。我們可以從這幾個方面去入手，比如說結合力學原因和腐蝕介質去尋找零件損耗原理，或者是考慮溫度和應力場耦合作用下的零件損耗行徑，多軸載荷作用下零件長期使用形成磨損行徑，還可以是研究在固/氣/液相互交錯的狀態下觀察零件的穴蝕、腐蝕、沖蝕的磨損規律。

6）根據材料服役環境及失效特點，并參照再制造產品的性能模型，對預測典型再制造產品壽命的方法和技巧進行分析和研究，最終形成其壽命評價技巧的理論體系。根據周圍環境對于產品的影響以及磨損特性，再結合之前推測出來的剩余壽命的數據。

3 廢舊產品的再制造建模

廢舊產品零件本身蘊含了大量的幾何形貌、擦學性能、整體強度等信息。而且由于各個廢舊產品的工作環境、時間等眾多影響因素不可能完全相同，所以對其零件原始幾何、性能參量的獲取并建立幾何及力學的再制造模型，是進行再制造產品設計的關鍵技術和難點。廢舊產品再制造建模的研究內容包括：

1）研究廢舊零件的機械學、摩擦學行為及所喪失的幾何及性能參量。

2）在不能獲取廢舊零件原始幾何尺寸和測量基準的情況下，采取接觸式和非接觸式測量技術，挖掘融化在廢舊產品中的幾何形貌、整體強度等信息，獲取廢舊零件的幾何參量，反求出產品的原始幾何數據，并建立零件的再制造幾何模型。

3）通過現代性能測試技術和傳感器技術，獲取廢舊零件再制造服役環境中相關的工況參數，并利用力學、運動學的基礎理論和有限元計算等手段，結合環境分析和失效分析，探討建立基于知識集信息的原始零件力學和表面性能模型。

對于一個企業來說，較好的控制成本大大提升了企業的長久性以及競爭性。因為現在這個社會企業成敗很大一部分取決于其產品成本的價格高低。但是控制成本并不意味著求數量不求質量，往往有這種想法的企業最終的結果只有一個―倒閉。怎么樣才能做成又有質量成本又低的產品呢，古語說的好“人事相宜，人崗匹配”。把一切調度到最佳狀態，即可以讓企業從產品中得到利潤，又可以讓消費者滿意。

4 結束語

廢舊設備的再制造在如今社會迅速發展的狀況下具有非常重大的意義，實行廢舊材料的建造是一種有效的節約能源的措施，在當前的社會發展大前景中，也是我們不可或缺的發展手段，有效的、科學的實施，是對大自然的一種維護，能夠為社會的發展提供源源不竭的動力，做好廢舊材料的再造，為社會作出貢獻，也必將是專業人才所畢生追求的。

參考文獻

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一般而言，產品的公差常常使用尺寸公差、形位公差的表達方式。當前，二維圖樣的公差分析一般是使用計算尺寸鏈的方法，它的缺點是不能綜合考慮產品的尺寸和形位公差。隨著市場需求的不斷提高和計算機技術的不斷發展，如今的產品設計已經從二維圖樣轉向三維實體的設計，那么就需要研究一種能夠對三維幾何模型進行公差綜合分析的方法。該方法可以模擬裝配體的公差分布情況，并以圖像方式顯示產品狀態及公差，從而優化產品，降低成本。虛擬技術中目前應用最廣泛的就是蒙特卡洛模擬法，它的理論基礎是概率論中的兩個基本定理：大數定理和中心極限定理。大數定理反映了大量隨機數之和的性質，它保證了在抽取足夠多的隨機樣本后，蒙特卡洛模擬法是概率收斂的。因此，該方法的適用范圍，從原則上講幾乎沒有任何限制，不管公差設計函數是否為線性、零件尺寸符合何種分布，只要模擬的次數足夠多，就可得到一個比較精確的裝配尺寸分布。根據設計函數的性質，可將問題分解為不同的公差分析模型。數十年來，國內外多種成熟使用蒙特卡洛原理的商用公差分析軟件在工業領域已得到廣泛的應用，如：DCS公司開發的3DCS，UGS公司發的VisVSA，PTC公司開發的CE/TOL（集成在Pro/Engineer中）軟件，下面以VisVSA作為工具進行實例介紹。VisVSA把與裝配工藝設計相關的數據如公差值、位置關系和裝配順序等，保存到工藝文件中，而一個完備的工藝文件包括裝配仿真和分析各種裝配工藝所需要的所有信息。

2應用案例

目前，汽車上廣泛使用的是推拉索軟軸式換擋操縱系統，該系統是由換擋器和連接換擋器的柔性推拉索構成。柔性的推拉索式換擋器的出現給發動機艙的布局設計帶來巨大的變化，而且這種新型的換擋操縱系統的韌性和減振性能都比較好，大大降低和減少了由于車輛振動給換擋手柄帶來的抖動和噪聲，大大提高了車輛舒適性能。拉索位置行程控制即人手控制球頭的運動，通過換擋機構帶動拉索，從而控制變速箱的運動。拉索的行程保證自動變速箱各種狀態切換的輸入條件，而拉索行程的輸入就是自動換擋器行程的輸出，它經過駕駛員手操作來完成，所以換擋器多采用全機械結構來保證其穩定性能。換擋器結構復雜，由多個零件組成，其中最后拉索銷運動的行程就作為換擋器的行程，從而控制變速箱各擋位的切換，所以其行程的公差必須嚴格控制。為了保證性能，要求該行程公差范圍在±0.75mm內，同時在批量生產中要滿足PPK，也就是過程性能指數大于1.33，所以在設計中所涉及相關零件的尺寸公差，必須要經過嚴格的計算驗證。以P-D的拉索行程舉例，P擋運動到D擋的標準換擋行程為37.36±0.75mm,表示換擋器帶動拉索運動的行程必須在該范圍內。分析產品設計結構和零部件圖紙得出，該運動的行程位移公差與基座、換擋桿、固定軸、換擋彈簧片這幾個零件有關，相關的尺寸為換擋桿的位置度、基座孔的內徑、基座的位置度、擋位銷的外徑、手感彈片的位置度、拉索銷的外徑等11個尺寸，因為尺寸繁多，構成復雜，所以通過手工的線性方式計算是不合適的，而使用計算機虛擬裝配技術，是非常準確和快速的。首先將這些零件CAD導入到VSA軟件，然后根據圖紙將每個零件的基準以及位置度輸入，并且根據關系將各個零件在軟件中模擬裝配后計算，最后計算其位移公差分布。由圖2的計算結果表明，在±3sigma也就是3倍標準差的情況下，該位移在正態分布的情況下，公差范圍滿足在±0.5mm以內。貢獻率表示對該行程位移影響最大的尺寸是基座的輪廓度，這表明在圖紙上需要將這個尺寸列為關鍵特性，如果在大批量生產后發現裝配后的行程尺寸有偏移，那么就要修正行程位移，這個輪廓度將是優先選擇的尺寸，這樣就對以后的大批量生產有指導意義。

3結束語

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Abstract： Product style design is the external performance of the combination of using function and mental function， reflecting "people-oriented" design values. Considering ergonomics in the design of product style is considering the interaction of people and products and the design of the interface. The point of the application of the subject is to analyze human factor in the product by the principle of ergonomics， and integrated into the product development of the whole project.

關鍵詞：產品造型設計；人機工程學；并行應用

Key words： product style design；ergonomics；parallel application

中圖分類號：TG802 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）36-0153-02

0 引言

設計無處不在，有人甚至說設計就是一切[1]。工業設計是人類社會文明高度發展工程中，伴隨著大工業生產的技術、藝術和經濟相結合的產物。在工業設計中，與人有最密切和直觀接觸的就是產品造型設計，隨著設計深入到如此多的我們看到并使用的東西，人與產品之間的關系日益密切。在傳統設計流程中，人機工程學常作為設計前期生理數據應用于產品概念設計階段。這容易導致在結構設計和工藝設計及后期模具設計中出現數據不足數據不符的現象，造成設計的變更和制造成本的提高，也遠未滿足“以人為本”的設計需求。本文通過總結產品造型設計的特點，針對性的提出從人機工程學應用要點出發，進行并行應用的思路。使人機工程學全方位為產品造型設計服務。

1 產品造型設計的特點

產品造型設計的特點主要體現在兩個方面，一方面是技術與藝術的統一，另一方面是功能與形式的統一。其一，產品外觀設計是產品形態是審美的創造，結合了設計師的藝術趣味與審美理解。它與產品的價值相關聯，代表了產品的“氣質”。設計師運用點、線、面等不同的形態元素表達了不同的設計理念，懷舊或前衛、正統或反叛、簡潔或繁瑣、直接或含蓄、理性或感性。這些呈現出現的形象特點形成產品的“風格”[2]。但我們也應該很明確的認識到產品不同于藝術品，產品設計不能是簡單的設計師自身的直覺經驗，而是系統地將多重功能和多重限制聯系起來，其中有人的因素、經濟的因素、工程的因素等等，設計師需要系統地將設計、創造、工藝、生產結合成整體，才能讓創意更好地融入到產品之中。其二，功能是指產品所具有的效用，并被接受的能力，產品本身所具有的特定的功能能夠體現其應用價值，因此才會被生產和銷售。從另一個角度來講，產品其實是功能的載體，產品設計的根本目的是實現某種特定的功能，產品的試題結構就是功能的載體。產品形態首先是為了表達產品的功能和性能特征，顯示出在技術上的合理性，使人們對其功能有形象的認知。優秀的產品形式能夠將產品的用途、用法、效果及公共價值準確無誤地告訴消費者[2]。在生活中，產品的功能超越了純粹的基本能力，呈現多元化趨勢，如產品在基本使用功能外，還有能帶來審美、娛樂等精神功能的作用。所以，好的產品造型設計是使用功能與精神功能相融合的外在表現，是形式和功能共存的產物。

2 產品造型中人機工程學的作用

從以上產品造型設計的特點中我們不難看出，優秀的設計最終是要獲得一種使生產者和消費者都滿意的整體，體現“以人為本”的設計價值觀。這個設計價值觀直接推動了人機工程學的發展。人機工程學是20世紀80年代左右開始在國內發展的一門新興交叉學科，隨著現代社會經濟和科學技術的快速發展，其發展更是超出人們的預期。該學科的顯著特點是研究人、機、環境三要素自身特性的基礎上，不僅僅注重對單一要素的優化，而是將“人”、“機”、“環境”三要素納入“人-機-環境”綜合體中進行系統的研究，旨在充分利用這三要素之間的內在關聯性探尋系統優化設計方案。人機工程學的研究對象主要是：在工業設計中與人體有關的問題[3]。例如，人體形態特征參數、人的感知特性、人的反映特性以及人在勞動中的心理活動等。基于該學科的特點，其理論和方法可為設計中考慮“人的因素”提供人體尺度數據；可為設計中“機的功能”合理性提供科學依據；可為設計中考慮“環境因素”提供設計準則；可為“人-機-環境”系統設計提供整體思路；可為貫徹“以人為本”的設計思想提供可行方法。因而工業與工程設計成為人機工程學主要應用領域。在產品造型設計中，該學科理論與方法貫穿與設計的全過程，逐步將設計水平提升到人們所最求的高度。

3 產品造型中人機工程學應用的要點

在產品造型設計中考慮人機工程學也就是考慮人與產品的交互方式、交互界面的設計，運用人機工程學的基本原理分析產品中人的因素，從基本的生理要素、心理要素著手，并將人的因素的研究融入到產品造型設計的全過程中。

3.1 生理要素應用

人體尺寸是產品設計的基本資料，通過人體測量可獲得人體的靜態尺寸和動態尺寸。人體的靜態尺寸是結構尺寸，而人體的動態尺寸是功能尺寸，它包括操作者在工作姿態或某種操作狀態下的測量尺寸。動態人體尺寸測量的重點是人在執行某種動作時的身體特征。動態人體尺寸測量的特點是在任何一種人體活動中，身體各部分協調而連貫的完成動作指令[3]。但是對于大小不一的人體尺寸，其指令也有差異，設計不可能全部實現。根據尺寸的性質，在同一個產品的各個部分，為了適應不同的人體尺寸，滿足大部分的人體需求，必須參考不同的數據[2]。例如由Peter Opsvik設計的Balans凳（圖1），考慮到不同乘坐者年齡、坐姿。這款人體工程學椅子看上去似乎不穩想小孩玩的木馬，但是坐上去卻不是如此。坐上去以后椅子會子安前傾一個角度，保證你的脊柱是一條直線，脖子自然伸直，想彎都彎不了，而且肌肉完全不受力不緊繃。

3.2 心理因素應用

根據用戶的感覺、知覺特性、認識、學習和出錯情況進行產品使用方式、操作界面的設計，以適應用戶的職業需要、行動方式需要、認知需要和操作需要，以減少用戶學習的時間，減少操作出錯[3]。如：Nissan日產Pivo概念電動汽車設計（圖2），Pivo最特別的地方是革新式的360度車倉旋轉功能及90度車輪旋轉功能，當你駕駛Pivo時，從此不用再倒車入庫，只要將車頭做180度旋轉，即可正向開車入庫。這一操作方式的設計，完全從用戶感知特性出發，做到輕松駕駛。

3.3 產品造型設計流程中人機工程學的并行應用

傳統的產品造型設計采用階段性的流程進行，各階段的工作按時間組織順序進行。人機工程學被放在第一階段的概念設計中作為基礎數據使用，這容易導致在結構設計和工藝設計及后期模具設計中出現數據不足數據不符的現象，造成設計的變更和制造成本的提高。本文認為應將人機工程學的使用作為一個系統、集成的過程，在產品造型設計的各個階段設計中同步進行，相互協同。從全局優化的角度出發，達到縮短產品開發周期、提高質量、降低成本的目的。

4 結語

在市場競爭日益激烈，產品同質化程度越來越高的情況下，“人性化”的設計才是未來的趨勢。因此在產品造型設計中，應從生理要素、心理要素兩個要點出發，結合人機工程學的原理分析產品中人的因素，在產品造型設計流程中并行應用。將人機工程學應用融入到產品造型設計的全過程中。

參考文獻：

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關鍵詞： 城市公共產品供給 和諧社會建設 影響 建議

1.城市公共產品的基本內涵

公共產品（Public goods）一詞由瑞典經濟學家林達爾于1919年提出后，已經逐步成為公共經濟學或政府經濟學的一個基本概念。一般認為，公共產品是指在增加一個人對其分享時，并不導致成本的增加，而排除任何人對其的分享卻要花費巨大的成本，即消費上存在非競爭性和非排他性產品。

根據對非競爭性和非排他性的滿足條件，公共產品被分為純公共產品（pure public goods）與準公共產品（quasi-public goods）兩個類別。純公共產品又可分為兩大類，一類是制度意義上的純公共產品，如收入分配、經濟干預等；另一類是實物形態的純公共產品，如國防、燈塔等可以用邊際替代率分析的公共產品。準公共產品分為兩類：一類是與規模經濟有聯系的產品，稱為自然壟斷型公共產品，如供水系統、天然氣煤氣系統等社會基礎設施（social infrastructure）；另一類是優值產品（merit goods），即不論人們的收入水平如何，都應該消費或者得到的公共產品，典型例子如社會衛生保健、傳染病防疫、中小學教育等。

如果從政府提供的角度按照性質進行劃分，公共產品可以劃分為教育類、社會保障類、公共醫療衛生類、環境保護類、公共科技類、公共事業類、公共秩序類、公共行政類公共產品。按照存在或受益范圍，公共產品可以分為在全國范圍內存在的全國性公共產品（如防空設施）、在一定區域內存在的地方性公共產品（如城市路橋）和在單個社區存在的社區性公共產品（如居民小區綠地）。

在上述分類的基礎上，可以認為城市公共產品是指在存在形態和受益范圍限于城市地域的地方性公共產品。從屬性上講，城市公共產品主要屬于準公共產品；從區域上講，城市公共產品主要屬于地方性公共產品。典型的城市公共產品包括公共安全、公共教育、公共衛生、城市消防、環境保護、城市道路、行政司法服務和公共文化體育設施等。

二、城市公共產品供給對社會和諧的影響

在社會范圍內，所有產品可以被簡單地看作是公共產品和私人產品的總和，而人的需求又可以被劃分為公共需求和個人需求。從理論上講，公共需求主要由公共產品予以滿足，個人需求主要由私人產品予以滿足，在消費領域二者有著一定的互補性和替代性。從現實上講，在一定的歷史時期和社會階段，公共需求和個人需求也會相互轉化，即眾多的個人需求可能會上升為公共需求，原來的公共需求也可能下降為個人需求。國際經驗也表明，一國的人均GDP從1000美元向3000美元的過渡時期，正是該國公共需求快速擴張的時期。就中國而言，從“一般溫飽”向“全面小康”、從計劃經濟向市場經濟、從農業社會向工業社會加速轉型的關鍵時期，由于公共生活領域的政府干預或者“公共選擇”的局限性，人們對公共產品在量和質上的需求差異、政府公共供給與民眾公共需求之間很難達成一種均衡，往往會導致一定的社會矛盾，形成若干不穩定因素，影響社會的整體和諧與持續發展。

1.影響城鄉統籌發展。

由于“建國以來，我國政府在公共產品供給方面采取了整體上長期偏向城市的政策”，所以“無論是改革開放以前還是以來，在城市和農村之間，公共產品的供給都存在著巨大的差別，這種差別的存在會對城市居民和農村居民的收入產生直接或間接的影響”。城市居民不僅在改革開放以前享有的公共消費品、公用設施和基礎設施大大優于農村居民，而且在改革開放后享有的義務教育、公共衛生、社會保障和公用設施等也優于農村。需要特別指出的是，城市公共產品供給制度是依托國家權力和公共政策的強制建立的，而農村的公共產品供給制度“卻主要依靠廣大農民的革命熱情、積極性和凝聚力，以農民自身的貧困為代價”建立。可以說，城鄉居民利益失衡和城鄉發展失調在很大程度上與公共產品密切相關。

2.影響城市內部和諧。

隨著經濟的高速發展，城市化水平的提高和城市的急劇擴張，一系列影響城市內部和諧的問題也隨之產生。例如，大中城市對能源的高度依賴與水電設施的安全運行，重大疾病傳播與公共衛生應急，人口流動與城市治安改善，低收入階層安居與廉租房建設，城市弱勢群體與社會保障，人口增長壓力與公共交通，工業企業與環境保護，生產消費活動與市容環境維護，等等。

3.影響區域經濟社會的協調發展。

城市在區域經濟社會發展中有著強大的輻射功能和帶動作用。城市公共產品的有效供給對于實現城市居民社會福利最大化，促進城市發展至關重要。在西部大開發背景下，切實加強西部城市公共產品供給，必將對西部經濟社會發展產生重要的拉動作用。

三、對建設和諧社會進程中政府政策的基本建議

當前，各級政府面臨著公共產品供給的雙重壓力：一方面要承擔改革成本，解決歷史欠賬問題；一方面又要著眼于發展，并為中長期發展創造條件。公共需求的全面增長與公共產品供給的短缺，是一個相當突出的問題。在構建和諧社會的進程中，政府理應更多地通過提供公共產品，縮小城鄉之間和貧富之間差距，緩解城鄉各種社會矛盾，促進區域之間和區域內部協調發展。具體而言：

1.重視城鄉居民需求差別，合理確定供給內容。

由于我國社會長期處于城鄉二元對立的狀態，城鄉居民在公共需求方面依然存在著巨大差別。我國70%的居民生活在農村，“三農”問題還未得到徹底解決，部分農民還處于溫飽狀態。當城市居民轉向對享受性、應急性公共產品的需求時，農村居民的生存性、生產性公共產品可能尚未滿足。因此，在確定公共產品供給內容、供給順序時，應該注意城鄉居民公共需求內容差別，因地制宜、因時制宜，按需供給。

2.注重居民消費需求引導，加快城鄉經濟開發。

在建設全面小康社會進程中，政府在向社會提供的公共產品應該充分發揮引導作用，緊扣時代特點，做到與時俱進。在提高城市化水平時，應該通過向社會提供公共產品，引導城市居民公共消費由量的增加向質的提高轉變，提升整體競爭力。在構建農村和諧社會進程中，應首先保證農村居民對公共產品量的需求，適時適度促進公共產品質的提高，引導農民建設社會主義新農村，加快城鎮化速度，促進城鄉一體化。

3.搞好城市內部需求調節，加強弱勢群體保護。

在改革時期，各種利益關系錯綜復雜，很容易出現兩種現象，即一部分在強勢群體看來并不需要的公共產品，往往卻是弱勢群體所必需的；或者強勢群體成為公共產品的受益者，弱勢群體卻成為公共產品的成本負擔者。因此，政府在提供公共產品時，應該注意到弱勢群體的話語權有限，利益表達機制弱化，需求容易被社會忽視這一特征，綜合平衡強勢群體和弱勢群體利益，搞好公共產品需求調節，加強弱勢群體保護。

4.合理確定公共支出流向，促進社會相對公平。

由于絕大多數公共產品的供給成本是由公共財政支出的，因此公共支出流向對公共產品的供給結構和供給面有著巨大的影響作用。政府應該從滿足公共需求角度出發，首先應確保公共財政支出優先用于最急需的公共產品供給，如基礎設施建設、義務教育等。其次，應該自覺糾正“跑”項目、“爭”項目的誤導作用，公平合理地確定公共財政資金在面上的橫向分配，防止“馬太效應”在公共產品供給領域出現。

總而言之，在構建和諧社會的進程中，政府理應密切關注人民群眾對公共產品的需求變化，提供足量優質的公共產品來滿足公共需求，促進個體“自由”、政治“正義”、經濟“效率”和社會“公平”的實現。

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【關鍵詞】工程機械產品；造型設計；R式倉儲電動叉車

引言

隨著我國市場經濟發展進程的不斷加快，人們對工業建設的安全穩定需求越來越大。機械設備產品作為保證行業發展快速穩定效果的關鍵，其在進行造型設計過程存在諸多不合理問題，這就減低了機械設備產品的運行使用效率。基于此，相關建設人員應在明確工程機械產品造型設計條件的前提下，從形態設計、色彩設計以及質量設計三方面出發，以提高產品設計應用于實踐的效果價值。這是實現當前現代化經濟建設背景下工業發展可持續性目標的關鍵，研究人員應將其充分重視起來，以作用于實踐。

1研究工程機械產品造型設計要點的現實意義

與消費類的電子產品不同，工程機械產品設計應將功能性與操作性作為控制目標。研究表明，從宏觀的角度來看，其與傳統設計技術應用涉及的偏重造型工業設計的關系不大，但其形式對工程機械設備具有一定影響。因此，機械產品設計應將功能與形式兩方面，均作為重點設計目標。即對各種設計因素進行綜合性分析，以找出具有可行性的機械產品造型設計方案。然而，在此之前，相關人員應在明確造型設計條件的情況下，找出設計控制要點。這是提升現代化經濟建設背景下工業快速穩定發展水平的重要課題，相關人員應將其作為重點研究對象，以服務當前經濟建設的全面發展進程[1]。

2工程機械產品造型設計條件分析

以R式倉儲電動叉車產品設計過程為例，叉車作為用來裝卸、短距離運輸以及堆垛的倉儲設備，其在未來的產品造型設計中，更多地體現了電子智能化、作業安全性以及節能環保型。如表1所示，R式倉儲電動叉車產品設計要求。然而，由于國內工程機械產品自主創新能力比較弱，即關鍵零部件研發相對落后，這就在一定程度上制約了對工業設計作用的認識和運用。此外，該市場環境下，使得國內比較缺乏針對倉儲電動叉車造型設計的方法支持，如由眼動儀獲取數據支持感性評價的嘗試在有效性和實用性方面等均存在一定局限。為此，相關建設人員應從實踐角度出發，即在明確：形、色和質單個造型設計要素的基礎上，找出優化控制的方法策略[2]。

3工程機械產品的造型設計要點

針對當前倉儲電動叉車的運行使用實際情況，造型設計人員在規劃階段，應通過發散聯想與創新思維，來確定造型設計的關鍵詞，即“Rotation”。研究表明，其能較為準確的傳達工程機械產品的整體一項，即能夠充分與倉儲電動叉車狹小空間高效率運行作業功能特性實現融合，從而使造型設計使用準確的造型語言，來表達這一設計概念。具體來說，“Rotation”產品意象設計概念，還能與R式倉儲電動叉車獨特的轉向功能進行呼應。此外，叉車大多采用液壓動力，即依靠后輪轉向與頻繁轉向來實踐運作，但這一設計會受狹小作業空間的限制，而降低設備運行效果。因此，R式倉儲電動叉車特別的轉向設計采取的方案是車身底盤的中間部分、駕駛室和工作部分能夠360°自由旋轉；而且，四輪驅動技術可達到90°轉向，實現左右平移[3]。與此同時，這一整體圓弧形的造型設計，還能實現設計應用的機動靈巧功能目標。具體來說，為實現叉車造型設計的整體性與統一性，在形態設計方面，安全架應采用圓弧曲線設計，即車體選用圓形結構。這樣一來，R式倉儲電動叉車的形態設計語言，就能從傳統的直線型轉向與曲線型的復合，這就突出了工程機械造型設計中的傳統形式美感，進而最大限度的提高機械設備運行使用的適用性。在色彩設計方面，由于工程機械產品大多采用明度效果好以及純度低的黃色，以及配有黑色線條來消除與分割產品造型色彩設置的呆板印象。但對于底部，為提高設備運行使用在視覺效果上的安全感與穩定感，應設置為黑色。值得注意的是，對于配色類別的調整，應基本控制在三類，主色大面積覆蓋，輔助色主要配合功能分區或配合文本標識傳達某些特定的信息。在質量控制方面，R式倉儲電動叉車造型設計綜合考慮了產品品牌形象、操作行為人因工學、產品造型感性意象與產品功能之間的相互關系，表明產品造型設計不僅需要關注產品的技術（包括材料加工工藝等），同時還要關注產品造型的審美，以及產品造型的認知。在工程機械造型設計中，技術是基礎，它支撐與產品造型設計密切關聯的審美和認知，應妥善處理好三者間的關系[4]。

4結束語

總體而言，工程機械產品在造型設計過程中，受市場環境復雜性以及技術應用局限問題的影響，使得機械設備作用于實踐工程施工建設使用的安全穩定效果并未發揮出來。這種情況，要求設計人員將現有的機械產品造型設計資源充分利用起來，并通過科學合理化的改進，來提高產品應用的耐久性。事實證明，設計人員需綜合分析工程機械產品的設計使用需求，進而在明確設計改進方向與措施技術方法的情況下，使產品應用于實踐的效果價值充分發揮出來。這是促進工業快速穩定發展的重要組成部分，相關人員要將上述研究成果更多地作用于實踐，以提高機械產品應用的質量安全性。

參考文獻

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[3]張小尊.基于宏觀語意的工程機械產品造型設計研究[J].中國包裝工業，2015（13）：53~55.

篇6

【關鍵詞】逆向工程;快速采集;曲面擬合;三維測量技術

1、引言

作為一種新產品開發以及消化、吸收先進技術的重要手段,逆向工程和快速原型技術可以勝任消化外來技術成果的要求。它們的出現改變了傳統產品設計開發模式,大大縮短了產品開發的時間周期,提高產品研發的成功率。

當今，各個行業越來越注重產品的外觀設計，以此來吸引顧客，最終在商業上取得成功。這點在消費產品的設計中體現的尤為突出。特別是手機、數碼相機、汽車等行業。

1.1逆向工程及其應用范圍

在工業領域，往往會碰到根據模型或實物來構建其三維數字模型的需求。這就用到了逆向工程技術，逆向工程(ReverseEngineering)也稱反求工程，是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量即數字化采樣，然后根據測量數據通過三維幾何建模方法重建實物的CAD數字模型，從而實現產品設計與制造的過程。

逆向工程在工業制造領域的實際應用主要包括以下幾個方面：

a)新零件的設計，主要用于產品改型或仿型設計；

b)已有零件的復制和仿制，再現原產品設計．復雜產品仿制等；

c)損壞或磨損零件的還原，以便修復或重制；

d)產品的檢測，例如檢測分析產品的變形，檢測焊接質量等，以急對加工產品與三維數字化模型之間的誤差進行分析。

在制造業中，逆向工程已成為消化吸收新技術和二次開發的重要建徑之一。作為改進設計的一種重要手段，它有效地加快了新產品響應市場的速度。同時，逆向工程也為快速原型提供了很好的技術支持．成為制造業信息傳遞重要而簡沽的途徑之一。

另外．逆向工程在文化藝術、醫學領域也有較好的應用，包括根據木制或泥塑模型進行藝術美學設計，數字文物和數字博物館，虛擬手術等。

2、逆向工程的結構體系

逆向工程系統主要由三部分組成:產品實物幾何外形的數字化、CAD模型重建、產品或模具制造。逆向工程中的關鍵技術是據采集、數據處理和模型的重建。

(1)數據采集

數據采集是逆向工程的第一步,其方法的得當直接影響到是否能準確、快速、完整地獲取實物的二維、三維幾何數據,影響到重構的CAD實體模型的質量,并最終影響產品的質量。

(2)數據處理

對于獲取的一系列點數據在進行CAD模型重建前,必須進行格式轉換、噪聲濾除、平滑、對齊、歸并、測頭半徑補償和插值補點等處理。

(3)模型重建

將處理過的測量數據導入CAD系統,依據前面創建的曲線、曲面構建出原型的CAD模型。

3、逆向工程研究及應用現狀

3.1基礎研究現狀

在逆向工程的基礎研究方面，國內外已做了大量的工作，主要集中在CAGD領域的曲面重構和實體重構算法研究。國際市場目前已出現了不少商用的逆向工程軟件系統。國內有關逆向工程的基礎研究也在不少單位內展開，如浙江大學、華中理工大學、西安交通大學、西北工業大學等，并取得了一定成果。

由于曲面重構的復雜性，逆向工程領域還有很多問題值得研究，包括曲面重建和體視化技術、曲面造型方法、特征檢測等。

3.2應用研究現狀

作為先進制造技術的重要組成部分，逆向工程的應用研究已成為國內外關注的熱點之一。

逆向工程廣泛應用于產品改型或仿型設計。西門子電氣的逆向工程小組通過對渦輪葉片進行逆向設計，優化設計方案，在不到12天的時間內就開發出了用于其它方面的新型渦輪，目前該套系統已開始對外提供逆向工程應用服務。采用光學掃描儀對水泵葉輪進行數據采集，通過逆向設計完成水泵葉輪的三維造型。另外，在汽車的改型設計中奇瑞和通用都無一例外的應用了逆向工程技術。

在破舊零件的復原設計方面，2000年，波音公司應用逆向工程技術對波音747的尾翼進行了復原設計，并在一個工作日內制造出了零件，為老式飛機的維修和零件更換提供了快捷途徑。

逆向工程在產品檢測和誤差分析方面也有較好的應用。早在90年代初．NASA就應用逆向工程技術開展了一項重要研究，就是研究X-38飛行器與其CAD設計模型之間的匹配精度和誤差，以分析和驗證CFD(計算流體力學)模擬的準確度。最近，AMT公司借助非接觸的撒光掃描儀和CAI（計算機輔助檢測)技術來提高零件檢驗的速度。掃描數據輸入CAI軟件，與CAD設計模型進行比較和誤差分析并自動生成檢驗報告。之前，AMT檢驗一個零件需要半天時間設置和數小時運行；現在只需半小時設置，實際檢測只要幾分鐘即可。

在醫學領域的應用中，采用CT斷層掃描技術獲得二維圖像，通過專用軟件進行圖像處理和模型重建．獲得人體股骨的數字模型，用于人工關節定做式置換。國內外有人把逆向工程用于矯正牙套的設計中，通過對牙齒石膏模型進行掃描測量和三維重建，獲得牙齒三維數字模型．然后基于該模型進行修改和矯正，制造出一系列矯正牙套。目前，該技術在國外已投入商用．在國內上海交通大學也開發出基于逆向工程的快速牙套設計和制造系統，并開始初步應用。

總的來說，國外在逆向工程研究和應用方面起步較早：國內逆向工程應用主要集中在復雜曲面零件的開發和模具設計上。在汽車、航空、玩具等行業應用比較廣泛。

4、逆向工程中的關鍵技術

4.1實物數字化技術

即實物掃描的區域規劃及精度保證技術,研究在掃描時影響測量精度的各種因素,保證精度而采用的方法和措施,檢查和驗證精度的方法;在進行掃描區域劃時如何綜合考慮掃描精度、掃描效率和曲面擬合重構時的擬合精度、曲面拼接光順性問題;零件基準測量的精度保證問題。德立科技有限公司新推出的基于美國星科和普賽技術的柔性三坐標測量及激光掃描檢測系統FlexME代表著新一代逆向工程(ReverseEngineering,RE)和計算機輔助檢測(ComputerAidedInspection,CAI)系統已經開始進入中國。與傳統的三坐標測量或激光掃描系統不同,星科的柔性三坐標測量關節臂,以及基于該關節臂和普賽公司的激光掃描測頭的FlexME系統不僅測量精度高、速度快、柔性好、范圍大,而且輕巧易搬、對使用環境無特殊要求,可以用于機械產品的逆向工程、模具制造的計算機輔助檢測、產品加工裝配的在線或離線檢測。

4.2測量數據的預處理

即云狀數據處理技術:研究高密度、大容量的點云數據的處理技術,包括多次掃描點云的拼接問題,掃描點云的數據簡化問題、云狀數據的特征提取問題等。

4.3曲面重建技術

研究如何選擇合適的數學表示方法、擬合修改算法、控制參數及曲面重構方法。以得到高質量、高精度的曲面模型。基于神經網絡技術的研究最近報道較多,曾建江等采用了一個神經網絡模型和相應的快速學習算法應用于曲面重建。該模型可以有效地逼近曲面并剔除輸入數據點中的“壞”點。張偉等提出基于神經網絡的三角網格方法可在有效保持原數據點集的拓撲特征的同時實現期望規模和精度的三角網格剖逆向工程的關鍵技術及其研究。

4.4重構曲面的評價和檢驗問題

研究對曲面的評價指標、檢驗方法以及修正工具。在SURFACER和很多CAD軟件中,都采用NURBS來表示曲面。它可以表示非常復雜形狀的曲面,但曲面的表示、顯示、操作都不能用很直觀的方式進行,很難對曲面進行評價、檢驗和修改。利用圖形的質心和最小慣性主軸作為定位基準,可實現被測自由曲面與標準CAD模型的自動對齊,為實現已知CAD模型的自由曲面的在線檢測提供了理論依據。但這種方法實現自由曲面的在線檢測還需克服一些因素的影響,如CMM實際測量系統的速度、實際測量路徑的轉換精度以及由于工件自身高度在工件處于視場中心以外的區域時給定位及測量精度帶來的影響。

5、逆向工程中相關技術的研究重點

5.1三維數字化技術

目前大多數測量系統是針對具體的應用而開發,數據處理往往針對特定的測量設備、測量對象,通用性差。需發展面向逆向工程的通用測量系統,高速、高精度地實現三維物體表面的數字化,并能根據幾何外形和后續應用選擇測量方式及路徑,能進行路徑規劃和自動測量。

5.2數據預處理

研究熱點還將集中于掃描點云的數據簡化問題云狀數據的特征提取問題。

5.3曲面重建技術

基于神經網絡技術的曲面重建技術的研究將會有很大前途,研究的重點是復雜的特征約束重建以及如何快速、準確地識別和還原出點云數據中的特征及約束,并且在保證有效約束的前提下如何提高特征模型重建的速度。

5.4重構曲面的評價和檢驗問題

這方面的研究還較少,相信隨著逆向工程在工業生產中發揮越來越大的作用,在線檢測的使用和重構曲面的評價會引起大家足夠的重視的.

6、結論

產品的外觀設計越來越復雜化、多元化，使得逆向工程技術在產品外觀設計中的地位顯得尤為重要。產品實物幾何外形的數字化、CAD模型重建、產品或模具制造都非常需要逆向工程技術的支持。

隨著科學技術的不斷進步和研究工作的不斷深入，逆向工程中技術中現有的瓶頸將會被一一解除，產品外觀設計也會取得長足的發展.

參考文獻：

[1]《逆向工程的關鍵技術及其研究》孫進航空精密制造技術2007.02第43卷1期

[2]關于對工業設計專業教學中《材料與工藝》課程的思考張公明設計與藝術2007.01

篇7

關鍵詞：逆向工程;產品設計;實施條件

前言

在市場經濟條件下，企業之間的競爭越來越激烈。同時，隨著時代的發展和進步，人們的產品的要求也逐漸提高。現階段，人們在購買產品的過程中，不僅關注產品的內在功能，同時還十分關注產品的外觀條件。產品在消費者市場的受歡迎程度對企業的發展具有重要影響，為了更好的促進企業的長遠發展，企業目前十分關注產品設計問題。一般來講，設計人員在開展產品設計工作時，會對產品進行三維建模處理，從而以三維模型為主要依據對其進行合理的修正，從而保證設計方案的科學性合理性。但是產品的三維模型存在一定的局限性，主要體現在兩個方面：第一，建模過程十分復雜，消耗了設計人員的大量時間；第二，有時三維模型過于復雜，設計人員就無法根據三維模型順利完成對設計方案的修正工作。逆向工程技術的出現有效的彌補了三維建模方式的不足之處，設計人員借助逆向工程技術將設計的產品進行實體化處理，從而以實體模型為依據對原來的設計方案進行有效的修正。當設計人員明確了最終的設計方案之后，他們可以借助三維掃描儀和一些軟件實現對設計產品的CAD處理，得到產品的CAD模型。現階段，逆向工程技術在產品設計中得到了廣泛的應用，設計人員在逆向工程技術的協助之下可以更好的開展產品設計工作，不斷拓寬自己的設計思維。同時，使用了逆向工程技術之后，產品設計的周期也得到了顯著地降低，從而提高了企業的經濟效益。

1逆向工程概述

逆向工程，通俗的將也叫做反求工程，或者是反求設計，具體指的就是在設計理論和技術等的支持之下，相關人員通過一定的手段對設計出的新產品進行透徹的分析和改進，就是對原始設計的一種提升，也可以成為再設計。一般來講，人們根據研究對象的不同，將逆向工程劃分成了三個不同的類型，分別是實物反求、軟件反求以及影像反求。在新的時代背景下，逆向工程技術的出現極大的推動了設計制作領域的數字化發展，有效的幫助企業節約成本投入，從而提升了最終的經濟效益。現階段，逆向工程技術在多個領域得到了應用，主要包括模具領域、醫學領域等等。逆向工程技術在模具領域的應用是十分廣泛的，相應的技術也相對比較成熟。

2逆向工程的原理

隨著時代的發展和科學技術的進步，逆向工程技術也在不斷的發展和進步，目前逆向工程技術可以支持三維制造路線。具體過程如下：首先，相關人員使用高速三維激光掃描機對設計好的產品樣本進行掃描處理；第二，對掃描數據進行處理，在處理過程中需要借助一些反求軟件，從而實現對曲而的重新構建；第三，對得到的重構結果進行評價處理，得到IGES或STL數據；第四，將得到的IGES數據導入CAD三維處理軟件，這樣就得到了新產品的三維實體模型；第五，設計人員以該實體模型為主要依據對原設計進行改進。

3逆向工程技術實施的條件

逆向工程技術的順利實現需要一定的條件支持，主要包括硬件條件和軟件條件，下面分別具體介紹一下。

3.1逆向工程技術實施的硬件條件。相關人員在使用逆向工程技術時，首先需要做的工作就是對設計產品進行三維掃描處理，掃描的目的是得到產品的三維信息數據。得到三維數據的過程就需要一定的硬件支持，現階段企業在獲取產品三維數據時常用的儀器主要有兩種，分別是三坐標測量和三維掃描儀，上述兩種儀器的生產國基本上就是英國、意大利、德國或者是日本。一般來講，三坐標測量和三維掃描儀的測頭主要有兩種類型，第一種是接觸式的測頭；第二種是非接觸式的測頭。就接觸式的測頭而言，顧名思義使用者需要保證測頭和被測物體處于接觸狀態，這樣測頭才能正常采集數據。就非接觸式的測頭而言，在使用過程中，測頭無需和被測物體接觸到一起，該種測頭的原理是光學和激光。在科學技術的推動之下，掃描儀一直處于不斷發展的狀態，掃描儀的準確度在不斷的提升。使用者應該根據自己的實際需要選擇合適的掃描儀，這樣才能保證采集到的三維數據是有效的。

3.2逆向工程技術實施的軟件條件。現階段，市面上有很多可以執行逆向工程操作的軟件，如Surfacer、Delcam、Cimatron、CAD以及RhinoResurf等。上述軟件的存在為使用者提供了強大的軟件支持，方便人們完成逆向工程操作。總的說來，在執行逆向工程操作時，比較關鍵的技術主要有兩個，第一個是數據采集與處理；第二個是曲面構造。當然，逆向工程中還涉及了一些其他技術，在這些技術的共同支持之下，相關人員才能順利完成逆向工程操作。

4逆向工程技術在產品設計中的應用

逆向工程在產品設計中的應用越來越廣泛，逆向工程在實際應用中的作用主要體現在以下幾個方面：第一，對一些相對比較復雜的產品進行三維實體模型化處理，主要借助的是CAD技術；第二，得到產品的三維CAD模型之后，設計人員可以以此為依據對產品進行局部修正處理，從而使得產品設計更加完善；第三，如果一些產品的圖紙再也沒有辦法得到，那么相關人員可以利用逆向工程技術對其進行數字化處理；第四，在原有設計的基礎之上，借助逆向工程技術對其進行改進，從而使得新產品更具市場競爭力；第五，當某些產品出現了局部損壞現象時，技術人員在逆向工程技術的協助之下可以實現對損壞產品的修復處理。比較容易出現的損傷的是一些大型設備，如航空發動機等；第六，對人體的器官進行建模處理，從而得到具體的人體器官模型。總之，逆向工程技術在新產品設計中發揮著十分重要的作用，而且隨著逆向工程技術的不斷成熟，它在產品設計領域中的應用也會越來越廣泛。

5結語

本文圍繞逆向工程和新產品設計開展了相關研究，主要介紹了逆向工程技術，并對其在產品設計中的應用進行了分析，希望可以為相關人員提供一定的參考。

參考文獻

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篇8

關鍵詞：機械工程;綠色設計;發展;環保

前言：隨著經濟的迅速增長給全球造成了資源短缺和環境污染的嚴重危機，威脅到人類未來的發展，迫使人們對發展觀進行反思。隨著時代車輪的前進，機械設計向著“輕、小、智、全及綠”即輕型、小巧靈便、智能化、綠色環保的方向發展。綠色設計與綠色制造是90年代初期提出的一種新的概念與制造模式，現已受到機械制造領域的日益關注和重視，并得到了較好的應用和推廣，是現代產品設計與制造的發展趨勢。綠色設計是在產品的整個生命周期內（設計、制造、運輸、銷售、使用或消費、廢棄處理），著重考慮產品的環境屬性（自然資源的利用、對環境和人的影響、可拆卸性、可回收性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，并行地考慮并保證產品應有的基本功能、使用壽命、經濟性和質量等因此，機械產品要“綠色”發展，有必要將綠色設計在機械工程中應用前景進行分析。

一、何謂綠色設計

（一）設計目標。設計目標中除考慮功能、性能、質量、成本等方面外，還必須考慮產品在整個生命周期過程中與環境和人的和諧性，

（二）設計技術。除常規設計方法外，還必須人可拆卸設計、可回收設計、模塊化設計等新的設計思想和方法。

（三）設計評價。全面考慮從原材料提煉、材料加工、部件制造、產品裝配、產品包裝、產品運輸、產品使用、產品廢棄后的回收、重用和處理等整個生命周期中對環境造成的總負荷為最小。

圖1 機械工程類產品綠色設計流程框圖

（四）設計流程 。見上圖：圖1 機械工程類產品綠色設計流程框圖，為閉環設計。綠色設計中產品廢棄后并不是作為垃圾排人環境，而是考慮通過重用、修理、再加工、回收等手段重新應用于新產品的制造過程，從而使理想的綠色產品可以接近實現對環境的零排放。

（五）設計目的。綠色設計的核心是3R，減量化（Reduce）、回收（Recycle）、重復使用（Reuse）。以滿足需求和適應工作環境。

二、目前現狀

（一）新興技術，技術完善性不高。綠色設計作為一種新的設計方法，出現的時間并不長，還遠沒有達到完善的程度，很多具體的方法還有待研究。

（二）“綠色設計”是設計的綠色而不是生產過程中的偷工減料。綠色設計和節約制造成本有著本質區別，并不是不按生產要求任意減少生產當中存在污染環境的環節就是所謂的“綠色設計”，而是從機械工程分析的源頭上采用綠色設計的方法。

（三）綠色設計能否確落實處。能否確實的實現綠色設計的機械工程，還是“空頭支票”用來抬高產品價格的砝碼呢？筆者認為應予之相關部門采取措施在綠色設計投入生產環節中進行相應的監督、對于成品鑒定。

（四）“綠色”概念只是一個口號，還未普及，有待推廣。綠色概念還未確實的普遍整個機械領域的，綠色設計理念如何推而廣之？還有待于做深部探討。

三、綠色設計方法

（一）生命周期設計。見下圖：圖2機械工程類產品綠色設計生命周期設計框圖，即綜合考慮調研、研制、設計、制造、銷售、使用、回收、處理等生命周期中各環節對環境及人的影響的設計方法。

圖2 機械工程類產品綠色設計生命周期設計框圖

（二）并行工程設計。利用并行工程技術，綜合考慮產品綠色設計中的各因素，并在設計過程中隨時在各環節間進行信息交流和反饋，實現多因素、多目標、閉環設計過程的全局最優化。

（三）模塊化設計。可實現功能和結構的集成，進而實現綠色產品的快速開發及易拆卸、易回收的要求。

四、綠色設計應用的優勢

（一）新興技術，潛力大。綠色設計作為技術應用于機械工程中的時間不長，其發展潛力之大業內人士盡人皆知。

（二）綠色設計可提高機械工程應用于實際企業競爭力。綠色設計的本質特征之一是在不影響產品的功能、壽命、質量等傳統指標的前提下，通過技術和管理 兩個途徑，提高資源、能源利用率的一種先進設計方法。從經濟學角度分析，綠色技術是降低產品成本，使技術或資源、能源相對增值的技術，即在同量資源、能源的前提下，綠色設計技術是力圖比傳統設計方法獲得更多更好產品、使生產過程由粗放型轉向節約型的先進設計技術。

（三）綠色設計可有效減少企業發展中的環境風險。隨著社會對環保要求的不斷提高，很多大中型機械制造企業如果不考慮采用綠色設計，則隨時有著因環境問題被關、停、并、轉的危機，使企業的發展存在嚴重的隱患。反之，如果企業采用以綠色設計為基礎的機械工程而實現綠色環保生產流程即可為企業創造一個持續、穩定、高效發展的空間。

結論：隨著該設計理念應用于機械工程當中將帶來的優勢表明，綠色設計可提高機電產品及企業競爭力，綠色設計的本質特征之一是在不影響產品的功能、壽命、質量等傳統指標的前提下，通過技術和管理兩個途徑，提高資源、能源利用率的一種先進設計方法，必將迎來廣闊的發展空間。

參考文獻：

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【摘 要】 本文從價值工程與物料清單（bom）的概念入手，從滿足用戶產品功能需求的角度，將產品功能模塊化，根據價值工程原理對產品模塊的成本和功能進行匹配；在模塊化產品結構的bom設計中，通過對零部件的質量-成本的優化選擇來確定模塊的bom設計，從而在產品形成的源頭上實現對產品成本的優化控制。

【關鍵詞】 價值工程； bom設計； 質量-成本優化； 成本控制

通常使用者購買商品，首先考慮的是該商品的特定功能，然后才考慮該商品的價格等問題，而價格是受成本約束的，產品質量也是服務于產品功能的，價值工程（value engineering，ve）正是這一思路的體現。從產品自身看，產品功能的實現和成本因素的考慮都取決于“物料清單”（bill of material，bom），產品成本也是通過bom來歸集的。在很大程度上，產品成本在產品設計階段就已經決定了，在以后階段成本降低的空間相當有限。

一、產品功能的模塊化設計

在買方市場的現代社會，產品需求決定產品供給。產品需求總是以服務于客戶的特定功能需求為前提的，對產品功能需求的分析是bom設計首先要考慮的問題，也是產品成本控制的前提。Www.133229.Com

（一）產品功能需求分析

設計制造出能滿足市場需要的產品是產品被市場接受的重要前提，前面提到，人們購買產品，并不是要購買產品本身，而是購買產品所能實現的功能。因此，我們除了要關心市場對產品的需求以外，更要注重用戶對產品功能需求的分析，稱之為“產品功能需求分析”。一般產品往往能提供系列功能，需要企業做認真細致的市場調研。通常，人們比較重視產品的主要功能，次要功能容易被忽視，但細節上的問題也對產品影響很大，這就要求企業充分重視人們對產品的功能需求并關注其變化。

1.調查市場對產品功能的需求

可以通過產品銷售和售后服務網絡掌握用戶對產品的功能需求，了解產品在使用過程中出現的功能滿足方面的問題，作為今后產品改進的方向。調查方法包括：對重點客戶的訪問、問卷調查以及德爾菲法等，調查內容包括功能具體內容及功能重要性評價等，充分把握市場對產品功能的需求，保證產品所提供的功能是市場所需要的。

2.識別產品功能需求

分析人員要對調研資料進行充分的分析、歸納和總結，整理和明確市場對產品功能的需求，確認哪些功能是可以滿足的，哪些功能是產品無法滿足的，進一步對產品不同功能的需求程度進行系統分類，排列出產品功能的優先級，以便在設計制造等環節企業的重要資源向其傾斜。在識別產品功能需求中，還要注意分析用戶對產品潛在的功能需求，分析要有一定的超前意識，要跟上并引領產品發展的社會進步潮流。

（二）確定產品功能模塊

1.產品功能模塊化

產品設計模塊化是客戶功能需求多樣化的必然結果。在產品功能的設計中，應該將產品功能結構模塊化，這樣可以根據不同用戶的需求對功能模塊進行組合，進一步滿足不同用戶的個性化功能需求，更重要的是可以降低設計、制造和維護的成本。為了能更好地生產出滿足用戶功能需求的產品，將用戶視角的產品功能需求轉化為設計制造者視角的功能需求模塊是非常必要的。

2.產品功能模塊的劃分

通過功能整理，明確產品功能模塊。在功能模塊劃分中，要確保以下幾個問題：（1）基本功能模塊的通用性，以利于規模生產；（2）各功能產品模塊獨立制造，利于維修和單獨銷售；（3）模塊間接口簡單，便于裝配和分離；（4）各模塊的內外部關系要滿足高內聚低耦合的要求，提高模塊獨立性；（5）模塊分解大小適中，為模塊的功能組合提供便利。

二、產品模塊成本與功能的匹配

為實現產品的必要功能，對相應功能模塊的成本保障就成了產品設計中必須考慮的問題。

（一）產品各功能模塊的成本與功能的匹配

產品結構是為實現產品功能服務的，所以產品成本的控制必須在實現產品功能的前提下考慮。

首先，計算各模塊的功能評價系數。用層次分析法（ahp）對前述的產品功能需求及評價進行量化處理，計算得到各功能模塊的功能評價系數。

然后，確定各模塊的成本參數。從價值工程的角度看，希望成本c很低而功能f很高。在實際應用中，則強調成本c與功能f的匹配，用fi表示第i個功能模塊的功能評價系數，用ci表示第i個功能模塊的成本評價系數，則第i個功能模塊的價值vi=fi/ci。其中∑fi=1，∑ci=1。一般而言，vi越接近1越好；若vi大于1，說明該模塊功能重要，但產品模塊成本可能不足；若vi小于1，說明該模塊成本過高，是成本降低的重點；若vi接近于零，就應考慮該功能有無存在的必要，其功能能否被替代。總之，運用價值工程的方法對模塊功能/模塊成本進行平衡，使功能模塊的成本評價系數等于功能模塊的功能評價系數，即fi=ci。

（二）產品目標成本在各模塊間的分配

企業在制定目標成本時，既要充分考慮本企業的內部條件，又要考慮企業所處的外部環境，制定出一個低于現行成本經努力可以實現的目標成本，進而計算各模塊的目標成本，即：

某模塊的目標成本=該產品目標成本×該模塊的成本評價系數

根據產品結構模塊與產品功能模塊的對應關系，各功能模塊的目標成本即為各產品模塊的目標成本。

三、產品bom設計中質量-成本的優化

值得注意的是，從不同思路出發可能會出現同一功能可以由完全不同原理的產品結構來實現，根據用戶需求和成本優先的原則，確定產品bom結構。

在產品結構模塊的bom設計過程中，滿足要求的某零部件往往不止一個，設計者應該根據質量-成本優化的要求對其進行選擇。為形象地描述選擇過程，筆者用方框表示與節點，圓圈表示或節點，得到一個產品模塊結構的與或樹。

下面以一個案例來說明bom設計中質量-成本優化控制的過程。

背景資料：某公司的齒輪減速箱產品的輸出軸系模塊pi由輸出軸p1、大齒輪p2、軸承p3和定距環p4組成，p1、p2、p3和p4為底層零件，p1有備選零件x11和x12，p2有備選零件x21、x22和x23，p3有備選零件x31和x32，p4有備選零件x41和x42，輸出軸系模塊pi的目標成本為ci為240元，如圖1所示：

為表達方便起見，將備選零件的質量參數和成本參數列成表1

0-1規劃法求得最優解：x11=x22=x32=x42=1，質量最優值qi為1.92，設計成本234元<目標成本240元，滿足解的要求。這樣確定了零件選項，確定了輸出軸系模塊的bom結構，進而確定各產品結構模塊及齒輪減速箱產品的bom結構樹。

四、結論

從以上分析可以看出，運用價值工程原理對產品成本進行源頭控制有其獨特優勢。這個優勢表現在以下兩個方面：

第一，從滿足用戶產品功能需求的角度，將用戶對產品功能需求進行模塊化處理，對功能模塊進行組合，可以滿足不同用戶的個性化功能需求，從而降低產品整體的設計、制造和維護的成本。這樣不會出現產品功能剩余或功能不足的問題，同時也克服了單純追求降低產品成本而犧牲產品功能的弊端。

第二，從產品bom設計的角度，按照產品功能模塊設計相應的產品結構模塊，依據價值工程原理將產品目標成本在各產品結構模塊間進行分配，使產品各功能有與之匹配的成本保證。在模塊化產品結構的bom設計中，通過零部件的質量-成本優化選擇和控制來最終確定產品的bom，保證了在目標成本控制的條件下實現產品的質量最優，從而實現產品成本的源頭控制及優化控制的目標。

【參考文獻】

[1] 劉夫云，等.產品模塊化程度評價方法研究[j].中國機械工程，2008，（4）.

篇10

【關鍵詞】機械；可靠性；設計

一、機械設計不同時期的可靠行設計

（一）計劃期的可靠性設計

計劃期的工作依據是新型科研成果、市場需要程度與客戶訂貨實際情況。設計工作人員要利用準確翔實的市場情報與技術指標，制定出可行性技術方案，對多種方案進行利弊比較，綜合考慮到可靠性、適用性與經濟性指標，完成合理的設計任務目標制定工作。在這一時期，可靠性工作實際上就是產品可靠性展望。此工作目的有兩個，一是找出產品可能存在的薄弱環節，給接下來的技術設計時期提出糾正指導。二是尋找到值得改進的方向，使產品再度開發成為可能。可靠性展望若想完成指標的分配確定，需要根據產品自身的功能及客戶的實際要求，完成相對應的指標數據值建立，比如說壽命、可靠程度、失效率等等。再按照特定的方法原則，逐步分配可靠指標。

（二）方案期的可靠性設計

在這一時期，需要正確處理創新同借鑒的關系。第一要分析機械的功能，第二是由設計人員提出各種可行性方案，第三是把不同的方案進行技術分解，尋找到最佳的組合形式。在方案設計期，是對機械整體進行初始設計，在此階段，機械設計工作人員一定要對準備解決的方案進行正確評價。可靠性評價及可靠性設計指的是同一體系內，根據工作原理圖、擬定方案，進行抽象簡化而得出來的設計體系。如果從可靠性指標來看，越復雜的機械系統，其可靠程度就會越低。若想保證系統可靠，就一定要增加并聯系統，而這樣做，當然會使產品成本上升。所以在這一階段，可靠性方法的確定需要擬定系統初步的驗算分析，繼而確定系統整體事件，及整體同部分之間的關聯。

（三）技術期的可靠性設計

機械設計的技術期發展目標是形成總裝配圖以及各個部件的裝配圖，用草圖的設計來確定各個零件的基本尺寸與外形，還包括每一部件間的相連方式，部件外形與尺寸等等。最后，需要確定零件的總裝配圖、分部件裝配圖、工作流程圖。這一時期首先需要對機械設備進行動力與運動設計，在此基礎上完成零部件的設計，并對重點部位及零部件進行工作性能校驗，接下來設計分部裝配草圖以及總裝配草圖。所有草圖完成之后，需要進行精確性核驗。正因為技術期是整個機械設計中最為重要的時期，所以，這個時期的可靠性工作就相對比較多。對于單個零件設計來說，這個階段已經確定了其荷載，同時根據剛度、強度、穩定性的實際情況，來確定出零部件的設計尺寸范圍，這樣才能夠保證零件的質量。

（四）編制期的可靠性設計

上面的工作基本就是通過相關的數據和經驗來進行機械設計，而這個階段主要任務就是對機械產品采取一些方法進行實驗，通過對實驗結果的仔細分析，得出產品的性能。把機械設計的可靠性理論研究運用到實際的可靠性實踐當中，能夠更好地提高機械設計的可靠性，提高產品質量。但是在實際工作的過程中，我們需要對具體的實踐操作進行指標確認，并把得出的數據編制到生產的技術文件當中，進而給可靠性生產提供支持。

二、機械設計可靠性的發展方向

（一）可靠性靈敏度設計

可靠性靈敏度設計建立在可靠性之上，有效映射不同設計參數對機械零件的實際影響程度，進而確定對機械零件靈敏度影響程度最大的隨機變量，并重新分析和設計此參數。預估設計變量變差以及約束變差對產品效能指標的影響程度，調整對產品設計參數影響程度相對較大的設計參數，進而使產品失去對因素變差的靈敏性。這種設計以極限狀態方程為基礎，然后求解出設計參數相應的偏導數，獲得靈敏度計算公式，從而明確每個設計參數的靈敏度，并以此為依據，不斷修整設計，調整參數。

（二）可靠性優化設計

可靠性優化設計也是建立在可靠性之上，這種設計模式不僅能夠更好地滿足產品投入使用過程中的可靠性，還能優化產品外觀尺寸、加工成本以及安全性等參數，進而使產品預估效能更加接近實際效能。此種方法有效融合可靠性分析理論和規劃方法，以可靠度為基礎構建優化目標函數，調整機械零件的外形尺寸、成本等參數，實現最小化，然后以剛度、強度等設計要求充當約束條件，構建數學模式，參照數學模型合理選擇具體的優化方法，最終求解最理想的設計變量。

（三）可靠性試驗

現階段，可靠性理論趨于成熟，然而可靠性試驗尚不健全。可靠性試驗是一種考察、分析和評判產品可靠性的手段，旨在通過可靠性試驗及時發現產品設計、原材料以及加工工藝存在的缺陷，進而進一步完善產品，提升成功率，降低維修養護成本，判斷其是否滿足可靠性定量要求。然而一旦具體的設計方案出現變更，則應重新開展試驗分析，造成了不必要的資源浪費，因此，我們應充分利用高性能軟件，縮減試驗次數，節省成本。

綜上，在進行機械設計時，設計人員在滿足機械可靠性的前提下，實現產品最優化的目標。充分發揮可靠性設計和優化設計的巨大潛力，達到產品最佳點以及最可靠點。可靠性優化設計具有先進性和實用性的特點，在機械設計領域的應用也越來越廣泛，在提升產品質量的同時還帶來了巨大的經濟效益，其發展的前景十分廣闊。

參考文獻：