产品设计规范及进程

第1章产品设计规范及进程设计是人类改造自然的基本活动之一，设计是复杂的思维过程，设计过程蕴含着创新和发明的机会。设计的目的是将预定的目标，经过一系列规划与分析决策，产生一定的信息（文字、数据、图形），形成设计，并通过制造，使设计成为产品，造福人类。设计过程是指明确设计任务到编制技术文件所进行的整个设计工作的流程。一般来说，整个设计过程可分为明确设计任务要求、原理方案设计、技术设计和施工设计四个主要阶段。1.1产品设计的分类开发性设计：在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计出过去没有过的新型机械。这是一种完全创新的设计。适应性设计：在原理方案基本保持不变的前提下，对产品做局部的变更或设计一个新部件，使产品在质和量方面更能满足使用要求。变型设计：在工作原理和功能结构都不变的情况下，变更现有产品的结果配置和尺寸，使之适应更多的容量要求。这里的容量含义很广，如功率、转矩、加工对象的尺寸、速比范围等。在产品设计中，开发性设计目前还占少数，为了充分发挥现有机械产品的潜力，适应性设计和变型设计就显得格外重要。但是作为一个设计人员，不论从事哪一类设计，都应该在创新上下功夫。创新可以使开发性设计、适应性设计和变型设计别具一格，耳目一新。市场竞争日益加剧，设计人员必须把新产品的开发放在重要位置上，使产品不断更新、技术储备不断增强，这样才能在市场竞争中立于不败之地。1.2产品设计的一般进程产品设计的一般进程可分为产品规划、方案设计、详细设计和改进设计四个阶段。下面介绍其各阶段的设计任务。1.产品规划阶段在产品规划阶段的中心任务包括确定设计目的（需求分析、市场预测）和设计思想、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书（或要求表），作为设计、评价和决策的依据。Pro/ENGINEER中文野火版2.0教程——产品设计2产品开发是从需求识别开始的。优秀的设计人员应该具有敏锐的预感能力，在市场竞争形势中，分析出社会的需要，并抢在市场需要前完成产品的开发和试制工作。需求有两种：一种为显需求，即人们都知道的需求；另一种是隐需求，即人们还没有意识到的、但客观存在的那种需求。设计人员的任务，不仅仅是不断改进、提高那些满足人们显需求的产品，更重要的是要去开发那些满足人们隐需求的产品。需求：发现现有产品中存在的问题（普遍性问题和难点性问题），包括产品功能、性能质量、数量等的具体要求；竞争对手在技术、经济方面的优缺点；现有产品的销售情况等。对产品开发中的重大问题，经过技术、经济、社会各方面条件的详细分析和对开发可能性的综合研究，提出产品开发的可行性报告，报告一般包括以下内容。产品开发的必要性，市场需求预测。有关产品的国内外水平和发展趋势。预期达到的最低目标和最高目标，包括设计水平、技术、经济、社会效益等。提出设计、工艺等方面需要解决的关键问题。在现有条件下开发的可能性论述及准备采取的措施。预算投资费用及项目的进度、期限。2.方案设计阶段市场需求的满足或适应，是以产品的功能来体现的。产品功能与产品设计是因果关系，但又不完全相同。体现同一功能的产品，可以多种多样。因此这一阶段就是在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，取得较理想的功能原理方案。对于机械产品来说，机械运动示意图(机械运动方案图)和机械运动简图的设计就是方案设计阶段的主要内容。产品功能原理方案的好坏决定着产品性能和成本，关系到产品水平及竞争能力，是这一设计阶段的关键。方案设计阶段要完成产品功能分析、功能原理求解和评价决策得到最佳功能原理方案，也就是初步完成机械运动方案的设计，为进一步进行机械运动简图设计打下基础。3.详细设计阶段使表述功能原理的机械运动简图实现功能原理方案，要具体化，成为机器及其零部件的合理结构，这是详细设计阶段的任务。因此，要完成产品总体设计、部件和零件设计、全部生产图纸，并编制设计说明书等有关技术文件。在此阶段中，零部件的结构形状、装配关系、材料选择、尺寸大小、加工要求、表面处理、总体布置等设计合理与否，对产品的技术性能和经济指标都有着直接的影响。为此，设计人员应注意以下几点。零部件设计必须满足其设计功能要求。要考虑功能的合理分配和零件结构形状的合理设计。从便于制造加工和降低成本考虑，力求零件结构形状简单，加工面少，材料利用率高。常用零件尽可能标准化、通用化、组合化。总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装和运输等方面的要求。详细设计的步骤一般由总装草图分拆成部件、零件草图，经审核无误后，再由零件工第1章产品设计规范及进程3作图、部件图绘制出总装图。最后还要编制技术文件，如设计说明书，标准件、外购件明细表，备件、专用工具明细表等。4.改进设计阶段试制产品根据试验、使用、鉴定中所暴露的问题，进一步从设计上完善相应的技术和效能，以确保产品质量。这是改进设计阶段的主要任务，是整个设计过程中不可分割的一部分，决不允许可有可无。通过这一阶段的工作，产品的效能、可靠性和经济性提高之后，产品就更具有生命力。总之，按上述一般进程有步骤地设计，对提高设计质量有较好的效果。1.3产品设计的基本要求一个产品，只有在技术性能、经济指标、整体造型、操作使用和可维修性等方面能够做到统筹兼顾、协调一致，这样的设计才是合理的，才会受到用户的欢迎。因此，如何拟定机械设计的要求，是产品设计中一个重要的前提。1.拟定设计要求的原则与方法设计要求拟定的一般原则是：详细而明确，合理而先进。详细就是尽可能列出全部设计要求，编制出一份设计要求明细表；明确就是对设计要求尽可能定量化。合理就是对设计要求的提出要适度、要实事求是；先进就是与国内外同类产品相比，产品在功能或技术性能、经济指标方面具有一定的领先优势。设计要求定量化方法，视具体产品的情况而定。有些产品可依据国际标准、国家标准或专业标准来确定；有些可通过直接计算而得；有些可通过统计法、类比法、估算法、试验法等来确定。2.设计要求设计要求可分为主要要求和次要要求。主要要求是指直接关系到产品的功能、性能、技术经济指标的那些要求，次要要求是指间接关系到产品质量的那些要求。（1）主要要求功能要求：即产品的功用。可以从人机功能分配、价值工程原理和技术可行性等三方面来分析。适应性要求：即对作业对象的特征、工作状况、环境条件等工况发生变化的适应程度。性能要求：即指产品所具有的工作特征。生产能力要求：是指产品在单位时间内所能完成工作量的多少。可靠性要求：是指产品在规定使用条件下，在预期使用寿命内能完成规定功能的概率。Pro/ENGINEER中文野火版2.0教程——产品设计4使用寿命：是指正常使用条件下，因磨损等原因引起产品技术性能、经济指标下降在允许范围内而无须大修的延续工作的期限。效率要求：是指输入量的有效利用程度。使用经济性要求：是指单位时间内生产的价值与同时间内使用费用的差值。成本要求。人机工程学要求。安全防护、自动报警要求。与环境适应的要求。运输、包装的要求。（2）其他设计要求（为了保证实现主要设计要求而提出的要求）强度、刚度要求。制造工艺要求。零件加工技术要求。各作业动作间的协调配合要求。以上的各项设计要求对于各种产品设计都是适用的。但是，某一具体的产品设计，所涉及的设计要求的内容，其主次轻重是不同的。设计人员应做具体分析，以拟订出详细、明确、合理而又先进的设计要求。在拟定设计要求时，要着重考虑人、机、材料、成本，一般简称为四个M(Man，Machine，Material，Money)。对于机械设计的可靠性、适用性与完善性的考虑，一般可以归结为：保证功能要求与适当使用寿命下不断降低成本。1.4产品设计的基本原则对于设计过程中普遍适用的基本原则，现简述如下。需求原则：产品的功能要求来自于需求。产品要满足客观的需求，这是一切设计最基本的出发点。不考虑客观需要会造成产品的积压和浪费。客观需求是随着时间、地点的不同而发生变化的，这种变化了的需求是设计升级换代产品的依据。客观需求有显需求和隐需求之分，显需求的发展可导致产品的不断改进、升级、更新、换代；隐需求的开发会导致创造发明，形成新颖的产品。信息原则：设计过程中的信息主要有市场信息、科学技术信息、技术测试信息和加工工艺信息等。设计人员应全面、充分、正确和可靠地掌握与设计有关的各种信息。用这些信息来正确引导产品规划、方案设计与详细设计，并使设计不断改进提高。创新原则：设计人员的大胆创新，有利于冲破各种传统观念和惯例的束缚，创造发明出各种各样原理独特、结构新颖的机械产品。系统原则：每个机械产品都可以看做一个待定的技术系统，设计产品就是用系统论的方法来求出功能结构系统，通过分析、综合与评价决策，使产品达到综合最优。第1章产品设计规范及进程5收敛原则：为了寻求一个崭新的产品，在构思功能原理方案时，采用发散思维；为了得到一个新型产品，则必须综合多种信息，实行收敛思维。在发散思维基础上进行收敛思维，通常都会取得很好的效果。优化原则：这属于广义优化，包括方案择优、设计参数优化、总体方案优化。也就是高效、优质、经济地完成设计任务。继承原则：将前人的成果，有批判地吸收，推陈出新，加以发扬，为我所用，这就是继承原则。设计人员悟性地掌握继承原则，可以事半功倍进行创新设计，可以集中主要精力去解决设计中的主要问题。效益原则：设计中必须讲求效益，既要考虑技术经济效益，又要考虑社会效益。时间原则：加快设计研制时间，以抢先占领市场。同时，在设计时，要预测产品研制阶段内同类产品可能发生的变化，保证设计的产品投入市场后不至于沦为过时货。定量原则：在方案评选、造型技术美学、产品技术性能、经济效益等的评价，都尽量采用科学的定量方法。简化原则：在确保产品功能前提下，应力求设计出的产品简化，以降低产品成本，并确保质量。在产品初步设计阶段和改进设计阶段，尤应突出运用这个基本原则。审核原则：要实现高效、优质、经济的设计，必须对每一项设计步骤的信息，随时进行审核，确保每一步做到正确无误，竭力提高产品设计质量。设计的基本原则是过去设计经验的科学总结，可以帮助在设计中少走弯路，提高质量。对于设计的基本原则，设计人员还可根据情况的发展变化和自己的经验不断加以补充、完善。