機械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)設(shè)計-健身器械的創(chuàng)新設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　健身器械的創(chuàng)新設(shè)計</b></p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工

2、作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 健身器械的創(chuàng)新設(shè)計 </p><

3、p>　　設(shè)計的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　1進行市場調(diào)查，學(xué)習(xí)創(chuàng)造技法和設(shè)計法學(xué)；</p><p>　　2.擬定總體方案，提出產(chǎn)品開發(fā)合理模式；</p><p>　　3.運用設(shè)計方法基本原理開發(fā)日用健身器；</p><p>　　2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1.簡述產(chǎn)品開發(fā)模式的研究現(xiàn)狀和

4、發(fā)展趨勢，論證本設(shè)計的必要性、可行性；指出創(chuàng)新點；</p><p>　　2.對設(shè)計進行總體描述并建立系統(tǒng)框架，并有詳細的設(shè)計框圖和流程圖，主要介紹了幾種設(shè)計方法，并結(jié)合這幾種方法提出了產(chǎn)品開發(fā)的模式；</p><p>　　3.利用創(chuàng)造技法，開發(fā)設(shè)計健身器（最低4種）</p><p>　　4.設(shè)計圖紙不少于2.張</p><p>　　5.設(shè)計說

5、明書不少于1份，字?jǐn)?shù)不少于10000字；</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　[1]趙慧田.發(fā)明創(chuàng)造技法［M］.北京：科學(xué)普及出版社，1988</p><p>　　[2]鄒慧君.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，1999</p><p>　　[3]董仲元.設(shè)計方法學(xué)［M］.北京：

6、高等教育出版社，1992 </p><p>　　[4]梁桂明.董潔晶.創(chuàng)造學(xué)與新產(chǎn)品開發(fā)思路及實例［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005 </p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p><b>　　健身器械的創(chuàng)新設(shè)計</b></p><p>　　摘要：本文對設(shè)計學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r進行了

7、介紹，并對德國VDI2222新產(chǎn)品設(shè)計模式、三段式設(shè)計法、美國R.C.Johnson教授提出的設(shè)計模式的介紹，分析、比較幾種產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計模式的優(yōu)缺點。重點介紹了幾種創(chuàng)造技法，如功能分析法、反求工程、智力激勵法、形態(tài)分析法、模塊化設(shè)計等設(shè)計方法，并舉了一些實例，闡述如何應(yīng)用。分析了幾種設(shè)計類型，結(jié)合幾種設(shè)計方法，提出了產(chǎn)品的合理開發(fā)模式，即運用形態(tài)分析法和模塊化設(shè)計方法相結(jié)合的開發(fā)模式，并以運用設(shè)計方法學(xué)開發(fā)新型健身器為例進行說明。<

8、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：開發(fā)模式，設(shè)計方法學(xué)，創(chuàng)新方法，形態(tài)分析法，模塊化設(shè)計</p><p>　　The innovative design of fitness equipment</p><p>　　Abstract：Based on the development of design are introduced, and the design method

9、, the German VDI2222 tasting new product design patterns, American professor R.C.J ohnson mode of design, analysis and comparison of several product development design pattern. The paper introduces some create techniques

10、, such as intelligence excitation method, functional analysis method, form, reverse engineering, modular design method, and the design of some examples, expounds how to apply. Several types of design</p><p>

11、　　Keywords: Development mode, The design methodology, Innovative methods and form, Modular design method</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前 言1</b></p><p>

12、;　　2 開發(fā)模式的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p><b>　　2.1發(fā)展歷程2</b></p><p>　　2.2 各國設(shè)計學(xué)發(fā)展概況2</p><p>　　2.3 開發(fā)模式的比較3</p><p><b>　　3 設(shè)計方法5</b></p><p>　　3.1 智力

13、激勵法5</p><p>　　3.2 形態(tài)分析法6</p><p>　　3.3 功能分析法9</p><p>　　3.3.1 功能分類10</p><p>　　3.3.2 功能分解11</p><p>　　3.3.3 功能元求解13</p><p>　　3.3.4 系統(tǒng)原理解13&

14、lt;/p><p>　　3.4 反求工程15</p><p>　　3.4.1 反求工程的時代背景15</p><p>　　3.4.2 反求工程的含義15</p><p>　　3.4.3 反求設(shè)計的過程17</p><p>　　3.5 模塊化設(shè)計19</p><p>　　3.5.1 國外模塊

15、化發(fā)展與研究狀況20</p><p>　　3.5.2 模塊化的概念及特點21</p><p>　　3.5.3 模塊化過程特點21</p><p>　　4 產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計合理模式構(gòu)思23</p><p>　　4.1 各種設(shè)計類型的概述23</p><p>　　4.2 產(chǎn)品系列設(shè)計特點23</p>

16、<p>　　4.3 對產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計模式的要求24</p><p>　　4.4 產(chǎn)品合理模式構(gòu)思24</p><p>　　4.4.1 合理模式的幾個階段說明26</p><p>　　4.4.2 合理模式的特點26</p><p>　　4.5 實例分析26</p><p>　　5 常見健身器材及

17、其作用36</p><p>　　5.1 扭腰按摩器36</p><p>　　5.1.1 草圖說明36</p><p>　　5.1.2 扭腰器37</p><p>　　5.2 踏步器38</p><p>　　5.3 臂力鍛煉器39</p><p>　　5.3.1 彈簧拉力器39<

18、;/p><p>　　5.3.2 雙向推胸訓(xùn)練器40</p><p>　　5.3.3 彈簧推力器42</p><p>　　5.3.4 圓柱螺旋彈簧42</p><p>　　5.3.5 拉伸彈簧彈性線圖43</p><p>　　5.3.6 彈簧強度計算44</p><p>　　5.3.7 彈簧

19、剛度計算44</p><p>　　5.3.8 彈簧的選擇45</p><p>　　5.3.9 選擇結(jié)果46</p><p>　　6 扭轉(zhuǎn)盤力的校核48</p><p>　　7 健身器表面涂料的選擇50</p><p>　　7.1 健身器表面涂料的作用50</p><p>　　7.2

20、表面噴漆的選擇50</p><p>　　8 多功能健身器52</p><p><b>　　結(jié) 論54</b></p><p><b>　　參考文獻55</b></p><p><b>　　致 謝56</b></p><p><b>

21、;　　1前言</b></p><p>　　近幾年，隨著國家對全民健身的大力推動，以及廣大群眾健身意識的普遍提高，健身已經(jīng)成為了普通民眾一種新的生活方式。為紀(jì)念北京奧運會成功舉辦，國務(wù)院批準(zhǔn)從2009年起，將每年8月8日設(shè)置為“全民健身日”。由此可見，全民健身已經(jīng)被提升到了國家戰(zhàn)略的層面，健身能使全體人民增強力量，柔韌性，增加耐力，提高協(xié)調(diào)，控制身體各部分的能力，旨在全面提高國民體質(zhì)和健康水平。<

22、/p><p>　　產(chǎn)品開發(fā)模式的研究，從60年代開始至今，研究理論已進入應(yīng)用階段。國標(biāo)工程設(shè)計界對美國、瑞士及和德國的研究結(jié)果給予了承認，尤其以德國VDI2222（Verein Deutscher Ingenieure 德國工程師協(xié)會）新產(chǎn)品設(shè)計模式最為典型，主張創(chuàng)造性設(shè)計的英美學(xué)派對此也作了充分肯定。我國工程設(shè)計界長期沿用的是“三段式”設(shè)計方法，改革開放后獲取了國外關(guān)于“設(shè)計模式”的研究信息。機械工業(yè)部在機械工業(yè)新

23、產(chǎn)品研制管理辦法中提取了新產(chǎn)品研究與發(fā)展的模式，力圖改進我國長期沿用的“三段式”設(shè)計法。</p><p>　　為了更好的研究產(chǎn)品開發(fā)的模式，本人查找了一些文獻資料、學(xué)術(shù)論文等，如學(xué)術(shù)期刊有太原重型機械學(xué)院學(xué)報、機械設(shè)計等,著作有機械創(chuàng)新設(shè)計、機械設(shè)計方法學(xué)等，在學(xué)術(shù)論文網(wǎng)站查閱有關(guān)資料。重點在于收集有關(guān)產(chǎn)品開發(fā)模式的新思路、新觀點，為提出自己的觀點開拓思路。查閱資料的同時，對一些產(chǎn)品的設(shè)計方法進行了學(xué)習(xí)，同時理清

24、了自己的設(shè)計思路。</p><p>　　本次設(shè)計的創(chuàng)新點是在以往設(shè)計的基礎(chǔ)上對常見的健身器如：扭腰器，上肢牽引器，舉推器等進行某些部位的優(yōu)化及改進，使其更加接近鍛煉者的身體特點，并能對鍛煉中可能出現(xiàn)的某些事故進行有效的避免。</p><p>　　2開發(fā)模式的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　設(shè)計方法學(xué)是研究產(chǎn)品設(shè)計的過程、規(guī)律及設(shè)計思維和工作方法的一門綜合性學(xué)科。196

25、2年9月在英國倫敦召開的國際設(shè)計方法會議被認為是設(shè)計方法學(xué)作為一個研究領(lǐng)域的開始。若以這個時間點為界，可將設(shè)計方法劃分為傳統(tǒng)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法。傳統(tǒng)設(shè)計方法是一種經(jīng)歷了直覺設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計、半理論半經(jīng)驗設(shè)計3個發(fā)展階段，并于20世紀(jì)50年代后期形成的至今仍被廣泛采用的設(shè)計方法。而現(xiàn)代設(shè)計方法是具有程式性、創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、優(yōu)化性、綜合性以及能與CAD結(jié)合等特點的科學(xué)方法 。</p><p><b>　　

26、2.1 發(fā)展歷程</b></p><p>　　傳統(tǒng)設(shè)計階段：設(shè)計方法學(xué)的發(fā)展應(yīng)從古代人類發(fā)明工具開始算起，早在中國的先秦時期就有記錄機械設(shè)計方法與思想的著作。在工業(yè)化時代之前，設(shè)計依靠的是直覺和經(jīng)驗。如早期的制陶者根據(jù)經(jīng)驗與構(gòu)思直接操作黏土，做出所需要形狀的陶器，并沒有事先繪制陶器的形狀，經(jīng)驗來自師傅對徒弟的培訓(xùn)及徒弟自身實踐的積累。在工業(yè)化開始后，設(shè)計方法學(xué)進入了半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段。這一時期的代表

27、有：F.Redtenbacher提出的機械設(shè)計基本原則,可認為是最早的機械設(shè)計理論基礎(chǔ)；A．Erkens提出了今天意義上的方法學(xué)觀點；H．WSgerbauer的貢獻被認為是方法學(xué)設(shè)計的起點;以及C.Bach、A．Riedler、F．RStscher、K．Laudi en和R．Franke等。</p><p>　　現(xiàn)代設(shè)計階段：20世紀(jì)60年代初，國際市場競爭日趨激化，為了在市場中占有一席之地，一些工業(yè)發(fā)達國家大力

28、開展設(shè)計理論與方法學(xué)研究 。1962年9月，在英國倫敦召開的國際設(shè)計方法會議(The Conference on Design Methods)被認為是設(shè)計方法學(xué)作為一個研究領(lǐng)域的開始。經(jīng)過德國、英國、美國、日本、蘇聯(lián)等國學(xué)者的探索、研究和實踐，已形成具有程式性、創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、優(yōu)化性、綜合性以及能與CAD結(jié)合等特點的科學(xué)方法。它與傳統(tǒng)設(shè)計存在著繼承—共存—突破的關(guān)系。</p><p>　　2.2各國設(shè)計學(xué)發(fā)展概

29、況 </p><p><b>　　(1)德國概況</b></p><p>　　德國學(xué)者F.Kesselring、G.Niemann和J A.Leyer等，是現(xiàn)代設(shè)計方法的先行者。之后德國工科大學(xué)的教授F．Hansen、J．Muller、W．G．Rodenacker、K．Roth、K．Koller、R．W~chtler、G．Pahl、W．Beitz、K．Ehrlen

30、spiel等人開始了一場全力以赴的方法開發(fā)。其中，Rodenacker是世界上第一個被任命為從事設(shè)計方法學(xué)研究的正教授。Pahl和Beitz的系統(tǒng)化設(shè)計方法和Grabowski的泛設(shè)計理論(UniversalDesign Theory，UDT)，是德國設(shè)計方法學(xué)的代表。</p><p><b>　　（2）英國概況</b></p><p>　　英國成立了多個機構(gòu)組織來促

31、進設(shè)計方法學(xué)的發(fā)展，如組建于1944年的“工業(yè)設(shè)計委員會”(1972年，更名為“設(shè)計委員會”一Design Council)，1966年成立了“設(shè)計研究學(xué)會” (Design Research Society)，1994年組建了“工程與物理科學(xué)研究委員會”(Engineering and Physical Sciences ResearchCouncil)等。英國設(shè)計方法發(fā)展的轉(zhuǎn)折點是1963年Fialden的報告， 而J．C.Jone

32、s于1970年出版的《設(shè)計方法(Design Methods)》被認為是英國“設(shè)計方法運動”的代表作 。</p><p><b>　　(3)美國概況</b></p><p>　　美國在創(chuàng)造性開發(fā)和計算機技術(shù)應(yīng)用方面的工作特別突出?：1952年，美國麻省理工學(xué)院提供了第一臺數(shù)控銑床；1963年，I．Sutherland研制了第一個計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)——Sket

33、chpad；20世紀(jì)7O年代，H．A．Simon的研究 [作產(chǎn)生了一個全新的領(lǐng)域——人工智能(Artificial Intel1igence)。這一時期美國的幾個組織機構(gòu)，美國國家科學(xué)基金委員會(NSF)、美國國家研究委員會(NRC)和美國機械工程師協(xié)會(ASME)，指導(dǎo)推動了美國設(shè)計方法領(lǐng)域的發(fā)展。美國80年代后期提出的“并行工程”和N．P．Suh提出的“公理設(shè)計”如今以得到廣泛應(yīng)用。</p><p><

34、b>　　(4)日本概況</b></p><p>　　日本研究設(shè)計方法學(xué)具有標(biāo)志性意義的起點也是1963年，這一時期許多外國文獻介紹到了日本，其中對日本沖擊最大的是美國的自動化設(shè)計和CAD技術(shù)“ 。重要成果有：東京大學(xué)K．Hongo編輯出版了設(shè)計理論叢 ；N．Okino、Y．Kakazu、H．Kubo等人開發(fā)的TIPS— I和II系統(tǒng)；T．Mifune開發(fā)的訂貨自動整臺電動機設(shè)計的系統(tǒng)——Orde

35、r Entry System。日本也在這一時期產(chǎn)生了幾個重要的設(shè)計理論：Shigeru Mizuno和Yoji Akao提出的“質(zhì)量功能配置”(Quality Function Deployment，QFD)；Yoshikawa提出的“通用設(shè)計理論”(General Design Theory，GDT)；Genichi Taguchi提出的口田方法(Taguchi Methods)。</p><p>　　2.3開

36、發(fā)模式的比較</p><p>　　下面將“三段式”設(shè)計方法，我國“機械產(chǎn)品設(shè)計進程模式”（1980年），美國R.C.Johnson教授提出的設(shè)計模式，德國VDI2222新產(chǎn)品設(shè)計模式比較分析中表2.1所示。</p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　從表1中可以看出：現(xiàn)有的典型設(shè)計模式都有其自身的優(yōu)點和不足，作者在吸取了

37、以往學(xué)者的研究成果及這些典型模式優(yōu)點的基礎(chǔ)上，結(jié)合國情，結(jié)合產(chǎn)品的細類開發(fā)設(shè)計的特點，提出科學(xué)、實用、合理的系列開發(fā)設(shè)計模式，以填補國內(nèi)研究空白，加速設(shè)計速度，提高設(shè)計質(zhì)量，推動產(chǎn)品系列開發(fā)創(chuàng)新，使產(chǎn)品有更強的市場競爭力</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　3設(shè)計方法</b></p><p>

38、;　　下面主要針對在設(shè)計過程中運用到的設(shè)計方法進行探討與研究</p><p>　　任何創(chuàng)新都是在傳統(tǒng)知識和成果基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，沒有堅實的知識基礎(chǔ)，就不可能在已有的技術(shù)水平上發(fā)展、創(chuàng)新。人類創(chuàng)造出來的每一件“新作品”，在當(dāng)時的環(huán)境中看來是最好的，但隨著時間的推移核技術(shù)的進步，人們就會發(fā)現(xiàn)他的不足，發(fā)現(xiàn)他需改進、需要完善，甚至需要用其他東西來取代。從這個意義上看：創(chuàng)新只有起點而永無終點。</p><

39、p>　　傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究是一種尊重已有知識、遵循已有方法、高度濃縮的思維活動。然而學(xué)習(xí)與研究的目的不僅僅是對已有知識的準(zhǔn)確把握，學(xué)習(xí)的真正目的在于創(chuàng)新。學(xué)習(xí)與研究只有牢牢的扎根于傳統(tǒng)科學(xué)之中，才有可能打破舊的傳統(tǒng)而獲得創(chuàng)新。科學(xué)家必須依附于一種傳統(tǒng)，但突破性的成功又在于與之決裂。在一個根深蒂固的傳統(tǒng)領(lǐng)域中進行深入的研究，比那些沒有收斂標(biāo)準(zhǔn)的研究更能打破傳統(tǒng)，因為任何泛泛的研究絕對沒有比長期集中而更容易發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)中的疑點和深度。因此，

40、一切創(chuàng)新活動都應(yīng)當(dāng)從學(xué)習(xí)大量的傳統(tǒng)知識開始。</p><p><b>　　3.1智力激勵法</b></p><p>　　智力激勵法又稱智暴法。它的英文原文是Brain Storming，故又稱為頭腦風(fēng)暴法或BS法，是創(chuàng)造學(xué)的奠基人—美國學(xué)者奧斯本于1939年創(chuàng)立的。智爆法是運用群體創(chuàng)造原理，充分發(fā)揮集體創(chuàng)造力來解決問題的一種創(chuàng)新設(shè)計方法。這種方法的操作過程是：針對一

41、個設(shè)計問題，八五六個人召集到一起進行討論，與會者可以敞開思想，暢所欲言，充分表明自己對解決該問題的意見，供設(shè)計者參考研究。</p><p>　　智暴法的中心思想是：激發(fā)每個人的直覺、靈感和想象力，讓大家在和睦、融洽的氣氛中自由思考。不論什么想法，都可以原原本本的講出來，不必考慮這個想法是否“荒唐可笑”。為此，組織者對與會者提出四條原則規(guī)定：</p><p>　　不許對他人意見進行反駁，不做

42、批評，不下結(jié)論，力求避免在會上使用“這根本行不通”、“這種思想體荒唐”和“棒殺”他人意見的話。</p><p>　　歡迎自由奔放的思考、鼓勵海闊天空的議論，努力營造一種相互激勵的氣 氛，借與會者之間的知識互補、信息交流、情緒鼓勵，提出大量有價值的設(shè)想。</p><p>　　提出的設(shè)想越多越好。</p><p>　　允許綜合的改進他人的設(shè)想。</p>

43、;<p>　　例如，美國北部冬季氣候嚴(yán)寒，大跨度的輸電線常被線上的積雪壓斷造成事故。如何避免這類事故，過去一直未能找到好的解決方案。后來，電力公司決定采用智爆法來解決這問題。會上有人提出設(shè)計一種專用電線掃雪機；有人提出用電熱來化雪；也有人提出用振蕩技術(shù)來清除積雪。其中有人提出一個幾乎十分滑稽可笑的方案：乘坐直升飛機去掃除電線上的積雪。一位工程師在聽到這個想法后，思維受到激勵，馬上提出利用直升飛機螺旋槳產(chǎn)生的高速下降氣流扇掃

44、積雪的方案。方案提出后，頓時又引起其他與會者的聯(lián)想，進一步提出制造專用的“除雪飛機”和“特殊扇雪螺旋槳”等創(chuàng)意。會后，公司組織專家對各種設(shè)想進行論證，最終選擇了用改進直升飛機扇雪的方案。于是一種專門用于清除電線上積雪的小型直升飛機就這樣誕生了。</p><p><b>　　3.2形態(tài)分析法</b></p><p>　　形態(tài)分析法又稱形態(tài)方格法、棋盤格法或形態(tài)綜合法。其

45、出發(fā)點是：創(chuàng)新并不一定要創(chuàng)造一種完全新的東西，也可能是陳舊東西的重新組合（組合創(chuàng)造原理）。這種方法以建立形態(tài)學(xué)矩陣為基礎(chǔ)，通過對創(chuàng)造對象進行因素分解，找出因素可能的全部形態(tài)（技術(shù)手段），再通過形態(tài)學(xué)矩陣進行方案綜合得到方案的多種可行解，從中篩選出最佳方案。所謂因素，指構(gòu)成事物的特性，如產(chǎn)品的用途，產(chǎn)品的功能等。形態(tài)指實現(xiàn)相應(yīng)功能或用途的技術(shù)手段，如“時間控制”功能作為產(chǎn)品的一個因子，那么“手動控制”“機械定時器控制”“電腦控制”則為相應(yīng)

46、因子的表現(xiàn)形態(tài)。</p><p>　　形態(tài)分析法的具體過程如下：</p><p>　?。?）因素分析 因素分析就是確定創(chuàng)造對象的構(gòu)成因素。在確定因素時應(yīng)確保個因素在邏輯上彼此獨立，本質(zhì)上十分重要，屬靈上充分全面。這就要求設(shè)計者必須預(yù)先感覺到經(jīng)過組合形式的各種方案的粗略結(jié)構(gòu)，從而才有可能認識到哪些因素是重要的和對立的，也才有可能尋求到更多的相關(guān)因素。這是整個方案創(chuàng)新的關(guān)鍵，他需要設(shè)計者具有

47、豐富的經(jīng)驗和創(chuàng)造新產(chǎn)品的極大欲望。</p><p>　?。?）形態(tài)分析 形態(tài)分析即按照因素的功能屬性盡可能多的列出滿足功能要求的各種技術(shù)手段（即形態(tài)）。顯然，要盡可能多的列出實現(xiàn)某種功能的個專業(yè)領(lǐng)域的各種技術(shù)手段，收集情報和查閱資料十分重要的。</p><p>　?。?）方案綜合 方案綜合包括方案形成與方案優(yōu)選。假如創(chuàng)新對象由n個因素構(gòu)成，而每個因素又有m種形態(tài)，從每種因素中取出任意一

48、種形態(tài)進行組合就可以構(gòu)成一個方案。設(shè)表示第i個因素的第j種形態(tài)，將所有因素的全部形態(tài)構(gòu)成形態(tài)矩陣表可表示為：</p><p>　　每一行的一種形態(tài)于其它行的任意一種形態(tài)組合就組成一個方案，因此，可組成供選擇的方案數(shù)N為</p><p><b>　　N=</b></p><p>　　當(dāng)然，這N個方案中并不是每一種方案都成立，有些可能是重復(fù)的，有些

49、可能是無效的，但無論如何，他為設(shè)計者提供了一個能系統(tǒng)而全面的搜索形成創(chuàng)造性方案的程式化方法，為用計算機自動生成方案提供了可能性，也為設(shè)計者提供了一個能系統(tǒng)而全面地搜索形成創(chuàng)造性方案的程序化方法，為計算機自動生成設(shè)計方案提供了可能性，也為設(shè)計者優(yōu)選方案提供了評選的基礎(chǔ)。</p><p>　　例如，在研究挖掘機的設(shè)計方案是可以做如下的分析：挖掘機必須具備五個獨立的功能因素，即動力、移動、挖掘和分別給移動、挖掘傳遞動力

50、共五個功能因素。列出能滿足上述五個功能因素采用的技術(shù)措施（形態(tài)），組成挖掘機設(shè)計方案的形態(tài)學(xué)矩陣見表3.1.</p><p>　　表3.1 挖掘機設(shè)計方案形態(tài)學(xué)矩陣</p><p>　　根據(jù)上表進行組合可得6×5×4×4×3=1440種設(shè)計方案。其中，根據(jù)選優(yōu)比較采用++++組合得到履帶式挖掘機；采用+++組合得到履帶式挖掘機。由于上述兩種挖掘方案具

51、有合理的結(jié)構(gòu)形式和對特殊工況的適應(yīng)能力，已在挖掘機的生產(chǎn)制造中被廣泛的采用。</p><p>　　又如，在研究新型單缸洗衣機的設(shè)計方案是可以做出如下分析：洗衣機必須盛裝衣物、污分離物、控制洗滌三個功能因素。三個功能因素中“分離污物”是最關(guān)鍵的功能因素，在考慮如何將污物從衣物上“分離”時，應(yīng)從各個技術(shù)領(lǐng)域去深入思考，采用可能應(yīng)用的一切技術(shù)措施，包括現(xiàn)有的和先進的，甚至?xí)簳r沒有但有可能通過努力而實現(xiàn)的。根據(jù)上述分析可

52、得表3.2所示洗衣機方案設(shè)計形態(tài)學(xué)矩陣。</p><p>　　表3.2 洗衣機方案設(shè)計的形態(tài)學(xué)矩陣</p><p>　　根據(jù)上表進行組合，可得=48中方案，其中：是最原始的洗衣機；是目前市場銷售的普通型單缸洗衣機；是一種簡單的熱張增壓式洗衣機，其工作原理是用熱水加洗滌劑，用手搖的方式使洗滌桶旋轉(zhuǎn)加壓，達到分離衣物上污物的目的；是一種新型的，用電磁震蕩除去衣物上污物的的洗衣機；是一種應(yīng)用超

53、聲波除去衣物上的污物的洗衣機。</p><p>　　圖3.1為超聲波洗衣機的工作原理圖。洗衣時先在桶內(nèi)放入衣服，加入水和洗滌劑。啟動氣泵1后，使其產(chǎn)生具有一定壓力的氣體由管2經(jīng)風(fēng)壓調(diào)節(jié)管4和輸氣管3送至洗滌桶下部，再經(jīng)噴嘴5在水中產(chǎn)生細小氣泡， 氣泡上升至水面上破裂產(chǎn)生50～3000Hz的超聲波，其中2000Hz以上的超聲波可使衣物纖維產(chǎn)生強烈的振動，在超聲波的振動和污物與脂類的乳化作用下，油脂及污物從衣服上被分

54、離出來。氣泡上升及水流對衣物摩擦，進一步強化了洗滌劑去污效果。這種洗衣機由于沒有旋轉(zhuǎn)部件，工作時噪聲很小，節(jié)水節(jié)電，衣物磨損小，洗凈度高，是一種市場潛力很大的新型洗衣機。</p><p><b>　　3.3 功能分析法</b></p><p>　　19世紀(jì)40年代，美國通用電氣工程師麥爾斯首次提出了產(chǎn)品“功能”的概念。他認為：“用戶購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品具有的

55、功能”。既然人們購買的是產(chǎn)品具有的功能，那么任何一種產(chǎn)品在保證實現(xiàn)功能的前提下，可以采用任何原理、任何形式。換句話說，功能是產(chǎn)品的本質(zhì)，而具體內(nèi)容只是一種形式，只要本質(zhì)不變，形式可以是各種各樣的。采用對產(chǎn)品進行功能分析的方發(fā)，可以把對產(chǎn)品具體結(jié)構(gòu)的思考轉(zhuǎn)化為最產(chǎn)品功能的思考，從而可以排開產(chǎn)品形式結(jié)構(gòu)對思維的約束，放開手腳搜索一切能滿足產(chǎn)品功能要求的工作原理，搜索滿足這些工作原理的技術(shù)裝置——功能載體，并且通過各種功能載體的組合和優(yōu)選，找

56、到能實現(xiàn)產(chǎn)品功能要求并具有創(chuàng)造性設(shè)計方案。這種緊緊圍繞產(chǎn)品功能進行分析、分解、求解、組合、優(yōu)選的方案設(shè)計方法稱為功能分析法。</p><p>　　功能分析法的步驟和各設(shè)計階段應(yīng)用的主要方法如圖3.2所示</p><p><b>　　3.3.1功能分類</b></p><p>　　從不同角度出發(fā)，功能可以有各種不同的分類，按其性質(zhì)、用途、重要程度

57、和邏輯關(guān)系可將功能做如下分類：</p><p>　　基本功能和輔助功能 基本功能是指產(chǎn)品具有的用來滿足用戶某種需求的效能，是產(chǎn)品的用途或存在的價值。例如，電視機的基本功能是顯示圖像，如果電視機失去了這一功能，或這一功能出現(xiàn)故障，即使它具有其他方面的功能，需要看電視的用戶也不會購買它，它對這些用戶而言也就失去了存在的價值。一個產(chǎn)品基本功能的數(shù)量根據(jù)其分類的角度不同可以有一個或數(shù)個。例如，冷暖空調(diào)可以降低室溫，也可

58、以升高室溫，因此，它具有兩個基本功能。但是我們也可以認為它只有一個功能，即調(diào)節(jié)室溫。</p><p>　　輔助功能是與基本功能并存的，但是處于次要地位的附加功能。它是為了更有效地實現(xiàn)基本功能而添加的功能，但是沒有它，產(chǎn)品并不會失去基本使用價值。例如，手表中的日歷顯示功能，汽車內(nèi)的音響、空調(diào)、電視機給車輛帶來的功能都屬于輔助功能。在進行創(chuàng)造性構(gòu)思時，在確保實現(xiàn)基本功能的前提下，創(chuàng)造者可以根據(jù)設(shè)想和需要任意添加或舍去

59、各種輔助功能，以保證產(chǎn)品更好的實現(xiàn)其基本功能。例如，目前市場上賣的家用洗衣機，“去污”是洗衣機的基本功能，“脫水”可以看作是輔助功能，洗衣機可以添加“脫水”功能，從而使洗衣機使用方便，當(dāng)然也可以不添加這種功能，這樣可以降低成本。因此添加什么輔助功能，添加多少輔助功能應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的具體要求而定。</p><p>　　實用功能和表現(xiàn)功能 實用功能是指產(chǎn)品的實用價值。以插齒機為例，插齒機如果沒有插制齒輪這一實用功能，

60、他就失去了價值的存在。表觀功能是指對產(chǎn)品起美化和裝飾作用的功能。表觀功能包括產(chǎn)品形態(tài)、色彩、圖形、暗示作用等方面的內(nèi)容。大多數(shù)的產(chǎn)品通過添加表現(xiàn)功能可以提高產(chǎn)品價值，加強使用功能。對絕大多數(shù)產(chǎn)品而言，使用功能是第一位的，而表現(xiàn)功能是第二位的。</p><p>　　必要功能和不必要功能 必要功能是指用戶所需要的功能，包括產(chǎn)品的基本功能和輔助功能。由于產(chǎn)品的使用功能和表現(xiàn)功能是通過基本功能和輔助功能來實現(xiàn)的，因此必

61、要功能也包括使用功能和表現(xiàn)功能。</p><p>　　以上我們從不同的角度出發(fā)對功能進行了分類，對功能進行分類分析有利于我們弄清楚產(chǎn)品應(yīng)具有的全部功能，明確哪些功能是必要的，哪些是多余的，從而影響創(chuàng)造或發(fā)明的具體方向。對產(chǎn)品功能進行分類有利于我們掌握產(chǎn)品或系統(tǒng)中各功能之間的邏輯關(guān)系和相互作用關(guān)系，從而保證最終功能的實現(xiàn)。對產(chǎn)品功能進行分類能幫助我們從先進的產(chǎn)品中找到關(guān)鍵技術(shù)，為產(chǎn)品的再創(chuàng)新拓寬思路。同時，功能分類

62、分析也是價值工程的核心。</p><p><b>　　3.3.2功能分解</b></p><p>　　從系統(tǒng)輪的觀點看，一個系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，那么一個系統(tǒng)的總功能也應(yīng)該可以分解為一些分功能。因此，我們可以將產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的總功能按功能的邏輯關(guān)系逐層地展開，分解為只完成一項或一方面功能任務(wù)的功能元，為最終尋找到能完成功能元的技術(shù)單元——功能載體奠定基礎(chǔ)。<

63、/p><p>　　然而，功能分解的具體內(nèi)容取決于實現(xiàn)功能應(yīng)采取的功能原理和實用的手段，即采用的工作原理和手段不同，功能的分解結(jié)果也不相同。因此，當(dāng)總功能目標(biāo)確定后，首先需要考慮的是用什么工作原理來實現(xiàn)它，即構(gòu)思實現(xiàn)總功能的原理型設(shè)計（亦稱功能原理設(shè)計）。功能原理設(shè)計是一個創(chuàng)造性的構(gòu)思過程，這個過程沒有一定的法則可遵循。功能原理設(shè)計的最終結(jié)果主要取決于設(shè)計者本人的知識、經(jīng)驗、才能和靈敏。任何一個功能原理設(shè)計一定有解，但

64、肯定不會是唯一的，而且要得到一個絕對理想的解是非常困難的。</p><p>　　功能分解可以按照以下方法進行：</p><p>　　按照解決問題的因果關(guān)系或目的手段關(guān)系進行分解。例如，臺式虎鉗的總功能是“施壓加緊”。為了加緊，必須施壓，前者為目的，后者為手段，順著這種思路逐步進行分解。</p><p>　　按照工藝過程的空間順序或時間順序來分解。如汽水自動灌裝機的分

65、功能包括：輸送瓶、蓋，汽水的貯存與運輸、灌裝，加蓋、封口，貼商標(biāo)，成品輸送?？砂瓷鲜龉に囘^程來確定其功能分解內(nèi)容和順序。</p><p>　　功能分解的結(jié)果一般可用圖表示為一種樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱為功能樹。功能樹起源于相當(dāng)于總功能的樹干，實現(xiàn)總功能這一目標(biāo)的所需要采用的全部手段功能構(gòu)成一級分功能，這些分功能相當(dāng)于數(shù)值。實現(xiàn)一級分功能目的手段功能又構(gòu)成二級分功能，構(gòu)成小樹枝。如此分解，知道分解到可以直接求解的位于樹枝

66、末端的功能元。由于總功能分解為分功能再分解功能元，最后做出功能樹狀結(jié)構(gòu)圖過程，成為功能分析。圖3.3所示為材料拉伸試驗機經(jīng)功能分析后得到的功能樹結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　3.3.3功能元求解</p><p>　　將總功能分解為功能元的目的是為了便于找到實現(xiàn)功能的功能載體。設(shè)計功能載體是完成原理方案的重要設(shè)計環(huán)節(jié)。</p><p>　　功能載體是具有可以完成某一功

67、能屬性的物體。物體的屬性是多方面的，人們可以在一定條件下利用物體的某種屬性來完成某些特定的功能。物體屬性包括物理特性、化學(xué)特性、運動特性、幾何特性、節(jié)謝特性等。例如利用一對漸開線齒瞬時傳動比恒定的特性，可以實現(xiàn)傳動比傳動的功能；利用一對齒輪的齒廓與包容這對齒輪的機殼間容積的變化這一特性，可以制成齒輪泵或齒輪馬達，實現(xiàn)泵或馬達的功能。因此，功能元求解的關(guān)鍵是在科學(xué)原理的基礎(chǔ)上尋求盡可能多的載體。</p><p>　

68、　3.3.4系統(tǒng)原理解</p><p>　　當(dāng)功能元的解法求出后，將各功能的解合理地組合起來成為一個整體，便形成實現(xiàn)系統(tǒng)總功能的原理解。系統(tǒng)原理解可以用功能元——解形態(tài)學(xué)矩陣求出。以系統(tǒng)的功能元為行，各功能的相應(yīng)解法位為列，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。將個功能元的不同求解進行組合可以形成多個系統(tǒng)原理，記得到多個原理設(shè)計方案。</p><p>　　在組合過程中應(yīng)當(dāng)注意：組合在一起的各功能元的解應(yīng)具有相容

69、性，即個功能元的解在幾何學(xué)、運動學(xué)、能量流、物質(zhì)流和信息流上分析是相互協(xié)調(diào)的，不相互干擾，不相互矛盾，否則形成的方案應(yīng)予以剔除；其次，組合的方案從技術(shù)和經(jīng)濟效益上衡量具有先進性、合理性和經(jīng)濟型。</p><p>　　例如，設(shè)計某化工廠用雙干攪拌機。</p><p>　　（1）功能分析得功能結(jié)構(gòu)圖3.4。</p><p><b>　　圖 3.4</b&

70、gt;</p><p>　　在功能元解法目錄表中查出降速法、回轉(zhuǎn)—擺動的功能元解法和兩桿同擺的解法，將功能元及解法（功能載體）組成功能形態(tài)矩陣如下表3.3：</p><p>　　表3.3傳動方案形態(tài)學(xué)矩陣</p><p>　　（3）雙桿攪拌器原理方案</p><p>　　取三種功能的各一種解法組合可得共24中方案。根據(jù)工廠的使用條件比較惡劣，

71、且摩擦傳動體積太大，故從24種方案中選用齒輪嚙合傳動或鏈傳動得和兩種方案如圖所示。其中第一種方案結(jié)構(gòu)緊湊；第二種方案可實現(xiàn)遠距離傳動，成本低。</p><p><b>　　3.4反求工程</b></p><p>　　3.4.1反求工程的時代背景</p><p>　　二次世界大戰(zhàn)中，幾十個國家卷入戰(zhàn)禍，飽受戰(zhàn)爭創(chuàng)傷。特別是戰(zhàn)敗國，在二戰(zhàn)結(jié)束后，急

72、于恢復(fù)和振興經(jīng)濟。日本在60年代初提出科技立國方針：“一代引進，二代國產(chǎn)化，三代改進出口，四代占領(lǐng)國際市場”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。為了國產(chǎn)化的改進，迫切需要對別國產(chǎn)品進行消化、吸收、改進和挖潛。這就是反求工程(Inverse Engineering) 或反求設(shè)計(InverseDesign)，這兩者是同一內(nèi)涵．僅是不同國家的不同提法。發(fā)展到現(xiàn)在．已成為世界各國在經(jīng)濟發(fā)展中不可缺少的手段或重要對策．反求工程的大

73、量應(yīng)用為日本的經(jīng)濟振興、進而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好基礎(chǔ)。</p><p>　　實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進和仿制等，都蘊含著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承和應(yīng)用借鑒。因而反求思維在工程中的應(yīng)用已源遠流長，而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究，則是60年代初出現(xiàn)的。</p><p>　　市場經(jīng)濟競爭機制已滲透到各個領(lǐng)域，如何發(fā)展科技和經(jīng)濟．世界各國都在研究對策。從共性特征可以概括為4個

74、方面：(1)大力提倡創(chuàng)造性。包括新的思維方式、新原理、新理論、新方案、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料、新工藝、新儀器等。對于發(fā)展一個國家的國民經(jīng)濟來說，創(chuàng)造性是永恒主題。(2)研究和應(yīng)用新的設(shè)計理論、方法去改造和完善傳統(tǒng)的方法．既快又好地設(shè)計出新型產(chǎn)品。(3)把計算機應(yīng)用廣泛地引入產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)的全過程(預(yù)測、決策、管理、設(shè)計制造、試驗、銷售服務(wù)等)中，以期達到這些過程的一體化、智能化和自動化。(4)研究和應(yīng)用反求工程，使之能在高的起點去創(chuàng)造新

75、產(chǎn)品。</p><p>　　3.4.2反求工程的含義</p><p>　　反求工程是綜合性很強的科學(xué)，它是以設(shè)計方法學(xué)為指導(dǎo)．以現(xiàn)代設(shè)計理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運用各種專業(yè)員的工程設(shè)計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有新產(chǎn)品進行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計的設(shè)計，這就是反求工程的含義，特別強調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。</p><p><b>　?。?）.正設(shè)計&l

76、t;/b></p><p>　　人們通稱的設(shè)計，一般均指正設(shè)計。它是對一個事物真相事先并不知道，通過設(shè)計師的創(chuàng)造性勞動，變?yōu)槿祟愋枨蟮漠a(chǎn)品。為此，首先要根據(jù)市場需求，提出目標(biāo)和技術(shù)要求，進行功能設(shè)計，創(chuàng)造新方案。經(jīng)過一系列的設(shè)計活動，變?yōu)楫a(chǎn)品。概括地說，正設(shè)計是由未知到已知、由想象到現(xiàn)實的過程，其示意圖如圖3.4。</p><p>　　圖3.4正設(shè)計過程示意圖</p>

77、<p><b>　　（2）. 反設(shè)計</b></p><p>　　反設(shè)計是從已知事物的有關(guān)信息(包括硬件、軟件、照片、廣告、情報等)去尋求這些信息的科學(xué)性、技術(shù)性、先進性、經(jīng)濟性、合理性、國產(chǎn)化的可能性等，要回溯這些信息的科學(xué)依據(jù)，即充分消化和吸收，而更重要的本質(zhì)是在此基礎(chǔ)上要改進、挖潛，進行再創(chuàng)造。反求的目標(biāo)如僅限于仿制，是最原始、低級的模仿，其質(zhì)量和生命周期不會有競爭力，更嚴(yán)重

78、的是侵權(quán)行為，要受產(chǎn)權(quán)保護制裁。圖3.5為反設(shè)計過程示意圖。</p><p>　　圖3.5反設(shè)計過程示意圖</p><p>　　如果說正設(shè)計的關(guān)鍵是要解答“怎么做?”。即設(shè)計任務(wù)提出后，怎樣實現(xiàn)和達到預(yù)定目標(biāo)．那么反求的關(guān)鍵則是要解答“為什么要這樣做?”，即已知目標(biāo)后，要探索和掌握這種目標(biāo)的設(shè)計者是如何一步一步實現(xiàn)的，反求別人腦袋里是怎樣想、怎樣做的，要摸清設(shè)計意圖、所用技術(shù)、關(guān)鍵和設(shè)計理

79、論與方法。從這個意義上說，正設(shè)計是主動的創(chuàng)造，而反求是先被動后主動的創(chuàng)造，別有一番難度。故反求并非正設(shè)計的簡單逆過程，因為一個先進成熟的產(chǎn)品，凝集著設(shè)計者的智慧和技術(shù)，要去吃透、消化，包含很多復(fù)雜內(nèi)容。往往吃透別人的技術(shù)比自己創(chuàng)造還難，這是因為：(1)先進產(chǎn)品中總有“絕招”、“訣竅”和關(guān)鍵技術(shù)，我們并不掌握：(2)別人的思維不會告訴你，要想“鉆進別人腦袋里去挖出來”，需要艱苦勞動。多年來我國測繪仿制的產(chǎn)品，大多數(shù)達不到原產(chǎn)品的水平，涉及

80、原因、內(nèi)容和技術(shù)是多方面的，正說明發(fā)展反求工程的研究和應(yīng)朋是多么重要。</p><p>　　正設(shè)計和反設(shè)計既有區(qū)別又相輔相成，具有豐富正設(shè)計經(jīng)驗和水平的人，可以顯著提高反求水平；反設(shè)計的成功經(jīng)驗可以促進正設(shè)計的水平。但缺乏正設(shè)計經(jīng)驗者，反設(shè)計中也不能充分消化吸收。作為一個國家來說，吃透別人的技術(shù)僅僅是第一步 在此基礎(chǔ)上結(jié)合國情進行再創(chuàng)造，變成有自主權(quán)和競爭力的新產(chǎn)品，才是反求工程的完整意義和目的 。</p&

81、gt;<p>　　3.4.3 反求設(shè)計的過程 </p><p>　　反求設(shè)計分為兩個階段：反求分析階段與再設(shè)計階段。</p><p>　　反求分析階段：通過對原有產(chǎn)品的剖析，尋找原產(chǎn)品的技術(shù)缺陷，吸取其技術(shù)精華、關(guān)鍵技術(shù)，為改進或創(chuàng)新設(shè)計提出方向。</p><p>　　再設(shè)計階段：是一個創(chuàng)新設(shè)計階段，包括變異設(shè)計和開發(fā)設(shè)計。在對原產(chǎn)品進行反求分析的基礎(chǔ)

82、上，開發(fā)出符合和市場需求的新產(chǎn)品的過程，稱為“再設(shè)計”。</p><p>　　反求設(shè)計的過程如圖3.6所</p><p>　　機電產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)（如圖3.7所示），在對它做分析時就應(yīng)該以系統(tǒng)整體效益為目標(biāo)，以尋求解決特定問題的最優(yōu)策略為重點，運用定性和定量分析方法，最終獲得反求設(shè)計對象的最佳切入點。</p><p><b>　　3.5 模塊化設(shè)計<

83、/b></p><p>　　模塊和模塊化設(shè)計理論本身是一種較新穎的方法理論,其諸多的設(shè)計方法在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用得到了較為深入的推廣"系統(tǒng)原理!標(biāo)準(zhǔn)化的原理以及方法理論構(gòu)成了主要的理論基礎(chǔ)。當(dāng)前模塊化進程中,模塊化是作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的形式被加以應(yīng)用,有人稱之為積木化或者組合化,但是模塊化的具體含義（實質(zhì)和模塊化理論的實際應(yīng)用卻鮮有突破性的成果）與傳統(tǒng)的設(shè)計方法不同,模塊化產(chǎn)品設(shè)計不是面向某一個產(chǎn)品,

84、而是面向整個的產(chǎn)品系統(tǒng),即面向產(chǎn)品族設(shè)計，模塊化設(shè)計是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和組合型設(shè)計的結(jié)合,一般來說,模塊化設(shè)計有兩個對象,一個是針對特定功能的模塊,另一個則是針對有使用功能的產(chǎn)品。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計分三個層次第一層次為對設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品進行一個總體的把握,將產(chǎn)品從整體上進行系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，即模塊化系統(tǒng)總體設(shè)計；第二層次，對模塊化總體設(shè)計下的各個功能模塊部分進行分類、分部劃分,完成產(chǎn)品各模塊系統(tǒng)的設(shè)計,即模塊系統(tǒng)設(shè)計最后,將各個產(chǎn)品模塊按照模塊化總

85、體設(shè)計的要求將分模塊進行產(chǎn)品的整體把握,完成模塊產(chǎn)品總體設(shè)計,即模塊的產(chǎn)品設(shè)計。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計系統(tǒng)復(fù)雜,若僅憑經(jīng)驗進行設(shè)計違背了模塊化設(shè)計的初衷,設(shè)計出企業(yè)適用高效的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng),應(yīng)遵</p><p>　　3.5.1國外模塊化發(fā)展與研究狀況</p><p>　　模塊化設(shè)計方法最初于年誕生于德國,一家家具公司設(shè)計出了一種理想書架,劃分為底座、架體和頂板三種模塊,該家具公司的架體具有幾種不

86、同尺寸類型,客戶可以根據(jù)要求自己選擇適合自己的理想書架,這就構(gòu)成了最早按照模塊化思路設(shè)計產(chǎn)品的先例,其中的架體也就是現(xiàn)在模塊化理論中的通用模塊"此后一段時間,該理論被各行業(yè)的技術(shù)人員研究并應(yīng)用到相關(guān)的技術(shù)行業(yè),就形成了現(xiàn)在的模塊化設(shè)計概念,模塊化設(shè)計在機械行業(yè)的應(yīng)用極為廣泛,尤其以機床行業(yè)最為顯著。近些年,模塊化設(shè)計的思路在國內(nèi)外的汽車行業(yè)也被廣泛重視。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,以及技術(shù)、虛擬制造、柔性制造以及產(chǎn)品協(xié)同技術(shù)的廣

87、泛應(yīng)用,使得模塊化的思想在產(chǎn)品設(shè)計中得以快速的實施,并充分應(yīng)用到機床、電子、家具、船舶以及汽車等行業(yè)中。在模塊化技術(shù)方面,歐洲發(fā)展較快,美國緊隨其后,日本相對滯后。上世紀(jì)70年代以后,才是這種設(shè)計方法得到真正普及應(yīng)用的時期。艦船和飛機模塊化技術(shù)的應(yīng)用,在第二次世界大戰(zhàn)期間得到充分的應(yīng)用,例如美國的一轟炸機在利用模塊化技術(shù)劃分為六個模塊,極大的提高了這種轟炸機的性能和設(shè)計效率,于此同時,德國的潛艇也利用此技術(shù)將潛艇進行船體的模塊化。<

88、;/p><p>　　隨著模塊化技術(shù)日漸成熟,當(dāng)代的國外產(chǎn)業(yè)制造更加重了模塊化的利用效率，以汽車產(chǎn)業(yè)為例,在美國底特律汽車工程學(xué)會年會上,美國公司展出一輛概念車，該車的車廂內(nèi)飾件全部實現(xiàn)模塊化,車廂內(nèi)被簡化為前座模塊、后座模塊、儀表板模塊、車間襯模塊、車門模塊和行李箱襯模塊等六大件,六大模塊與電氣、機械設(shè)備進行預(yù)裝配,極大的節(jié)省了設(shè)計生產(chǎn)時間。上世紀(jì)末期,公司率先將引擎結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,實現(xiàn)了汽車行業(yè)中的引擎模塊設(shè)計,使得

89、引擎中的大多數(shù)零部件實現(xiàn)通用化,盡量減少規(guī)格部件重合的部分,實現(xiàn)各部分零部件的有效組合。這種引擎模塊設(shè)計使得發(fā)動機本身的生產(chǎn)工藝最優(yōu)化，此外，像克萊斯勒、戴爾、索尼等各產(chǎn)業(yè)也充分的利用了模塊化設(shè)計的技術(shù),并取得了同行產(chǎn)業(yè)中的驕人戰(zhàn)績。</p><p>　　通過其內(nèi)涵,揭示了模塊的主要特征模塊是系統(tǒng)的組成部分具有確定功能的單元一種標(biāo)準(zhǔn)單元是具有能構(gòu)成系統(tǒng)的接口。上述各條具體概括了模塊概念的內(nèi)涵，而模塊概念的外延則是

90、具有上述特性的任何獨立單元都可以認為是廣義范圍內(nèi)的模塊。</p><p>　　3.5.2模塊化的概念及特點</p><p><b>　　模塊化概念</b></p><p>　　所謂模塊化,指為了獲取最佳效益,從系統(tǒng)觀點出發(fā)研究產(chǎn)品的構(gòu)成形式,用產(chǎn)品設(shè)計過程中的分解或者組合的方式,建立模塊體系,并用模塊組合成產(chǎn)品的全過程。模塊化研究如下的概念，功

91、能需求集是市場和客戶對模塊化產(chǎn)品基本功能要求的集合,可以功能樹的方式表達。產(chǎn)品功能需求分析是實施產(chǎn)品模塊化設(shè)計的依據(jù),為進一步創(chuàng)建合理的模塊系統(tǒng),必須針對性地收集、分析市場需求對全部產(chǎn)品集的基本功能要求。功能單元功能單元描述的是模塊的功能,它是在對產(chǎn)品功能樹進行相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上,進行功能劃分的結(jié)果，功能模塊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中對應(yīng)于功能單元的產(chǎn)品組成元素。結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)模塊屬于功能模塊的一個具體模塊結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)模塊一般由部件或子結(jié)構(gòu)模塊組成。模塊接

92、口描述結(jié)構(gòu)模塊組合時相互間幾何、物理關(guān)系的結(jié)合面。模塊接口是模塊可組合的依據(jù)，模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化決定著模塊的通用化程度。基型模塊是指設(shè)計中通用性強、結(jié)構(gòu)完整的典型結(jié)構(gòu)模塊。由基型模塊組成的模塊化產(chǎn)品稱為基型模塊化產(chǎn)品，變型模塊變型模塊指在基型模塊的基礎(chǔ)上,針對特定的功能需求改變模塊某些結(jié)構(gòu)參數(shù)而派生出的模塊。變型模塊化產(chǎn)品指的是在基型模塊化產(chǎn)品基礎(chǔ)上通過替換、增減某些功能模塊而組成的模塊化</p><p>　　3.

93、5.3模塊化過程特點</p><p><b>　　(1)目的性</b></p><p>　　建立一個模塊化系統(tǒng),需有一個明確的目的或者對象目標(biāo)，沒有明確的目標(biāo),模塊化就失去方向，系統(tǒng)內(nèi)部要素和參與模塊化系統(tǒng)工作應(yīng)有序進行,才能保證模塊化中的分工協(xié)作有一定的基礎(chǔ),確定了相應(yīng)的目標(biāo),就應(yīng)有相應(yīng)的分階段的計劃和措施實現(xiàn)從整體到部分的產(chǎn)品模塊化系統(tǒng)性貫穿模塊化整個過程中,直至

94、模塊化的實現(xiàn)。</p><p><b>　　(2)綜合性</b></p><p>　　模塊化的目標(biāo)建立一個模塊系統(tǒng)和模塊化產(chǎn)品系統(tǒng),這是綜合性和復(fù)雜性系統(tǒng)工程,模塊化周期比較常,往往涉及多個研發(fā)部門,多個學(xué)科專家通力協(xié)作,這需要投入相當(dāng)程度的人力、物力!以及資金"它涉及的不僅僅是技術(shù)問題,而且涉及系統(tǒng)的管理以及模塊實現(xiàn)后的服務(wù)。在模塊化過程中,在考慮各種要素

95、的基礎(chǔ)上制定綜合性的計劃,使模塊化工作有序進行。超前性鑒于模塊化的周期比較長,在進行某種產(chǎn)品或者某種系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計時,應(yīng)考慮到模塊化的預(yù)期效果,達到何種程度,是否實現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計研發(fā)過程中的優(yōu)化,因此應(yīng)具有超前性。模塊化方案的確定,需模塊化的規(guī)劃者有比較高的技術(shù)起點,正確預(yù)測模塊化發(fā)展趨勢,在模塊化的進行過程中應(yīng)該及時預(yù)測和追蹤技術(shù)的發(fā)展方向,及時采用新的技術(shù),以確保模塊化系統(tǒng)技術(shù)的先進性和準(zhǔn)確性。而且,超前性亦表現(xiàn)為,在模塊化規(guī)劃

96、階段不僅考慮系列化計劃,而且考慮時間序列的產(chǎn)品擴展。</p><p><b>　　(3)動態(tài)性</b></p><p>　　模塊化過程是一個動態(tài)過程,一個模塊化的產(chǎn)品系統(tǒng)不僅有其形成!完善和成熟的過程,而且還有其老化和更新的過程。由于新技術(shù)的不斷出現(xiàn),以及市場需求的多變性,隨著時間推移,已經(jīng)建立的模塊系統(tǒng)某些模塊會因老化而被淘汰,需要補充新的模塊,才能實現(xiàn)模塊化的更新

97、,進而影響產(chǎn)品的更新,實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。除此之外,任何系統(tǒng)都會有其壽命周期,當(dāng)原有的模塊僅靠優(yōu)化更新無法實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)更新時,則需要模塊的動態(tài)轉(zhuǎn)化。因此建立一個模塊化系統(tǒng)以后,需要及時調(diào)整和更新,才能充分發(fā)揮模塊化的優(yōu)勢。</p><p>　　4 產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計合理模式構(gòu)思</p><p>　　4.1 各種設(shè)計類型的概述</p><p>　　不同設(shè)計工作，其設(shè)計

98、要達到的目標(biāo)、要求及條件均不相同，相應(yīng)的設(shè)計模式亦應(yīng)不同，所以關(guān)于設(shè)計類型的描述討論，逐步建立合理的設(shè)計模式是必不可少的。根據(jù)材料并結(jié)合機械產(chǎn)品設(shè)計之特點，歸納整理如表4.1所示。</p><p><b>　　表4.1</b></p><p>　　從表1中發(fā)現(xiàn)，幾種不同的設(shè)計類型，其工作性質(zhì)也各不相同，所以其設(shè)計模式也應(yīng)有區(qū)別，由此，我對產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計合理模式進行

99、探討。</p><p>　　4.2 產(chǎn)品系列設(shè)計特點</p><p>　　產(chǎn)品系列化設(shè)計是按標(biāo)準(zhǔn)化基本原理，以及性產(chǎn)品為基礎(chǔ)，根據(jù)社會或生產(chǎn)需要，將主要參數(shù)及形勢變化排成系列，以設(shè)計出同一系列內(nèi)各種型式、規(guī)格的產(chǎn)品。產(chǎn)品系列化設(shè)計有以下要求和特點：</p><p>　　統(tǒng)一規(guī)劃，精心設(shè)計“基型產(chǎn)品”，利用相似原理，發(fā)展系列內(nèi)其他規(guī)格產(chǎn)品;</p>&l

100、t;p>　　產(chǎn)品具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化水平，降低了生產(chǎn)成本；</p><p>　　歸納總結(jié)尋求同列產(chǎn)品的共同規(guī)律，以基型產(chǎn)品為主，兼顧變性產(chǎn)品，設(shè)計系列產(chǎn)品</p><p>　　產(chǎn)品系列開發(fā)設(shè)計具有開發(fā)型設(shè)計和變參數(shù)設(shè)計特點，開展產(chǎn)品系列的開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計，可不斷擴展產(chǎn)品功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品類型，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強產(chǎn)品的國際競爭力。</p><p>

101、　　4.3 對產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計模式的要求</p><p>　　通過產(chǎn)品系列設(shè)計特點的分析，作者認為研究制定以及評價產(chǎn)品系列開發(fā)設(shè)計模式應(yīng)遵循以下幾條原則：</p><p>　　設(shè)計模式的結(jié)構(gòu)組成要簡明扼要，具有通用性和使用方便性；</p><p>　　應(yīng)符合客觀事物的發(fā)展規(guī)律―—既符合設(shè)計對象的形成和發(fā)展的規(guī)律；</p><p>　　應(yīng)符合

102、思維發(fā)展規(guī)律——即有利于創(chuàng)造性發(fā)揮；</p><p>　　應(yīng)有利于最新科研成果、科學(xué)理論的應(yīng)用；</p><p>　　盡可能做到對各種研究對象具有普遍意義，對各類產(chǎn)品系列開發(fā)均可以實現(xiàn)具體化。</p><p>　　根據(jù)以上幾條原則，結(jié)合各種設(shè)計模式之優(yōu)點，產(chǎn)品系列開發(fā)設(shè)計模式應(yīng)具體體現(xiàn)在以下特點：</p><p>　　系統(tǒng)性——系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)

103、；</p><p>　　邏輯性——符合事物發(fā)展規(guī)律；</p><p>　　創(chuàng)造性——充分運用各種創(chuàng)造技法，體現(xiàn)創(chuàng)造設(shè)計性；</p><p>　　簡明性——模式簡單明了，易理解、掌握和運用；</p><p>　　新穎性——體現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計法，信息貫穿現(xiàn)代設(shè)計主線，運用現(xiàn)代設(shè)計理論、方法；</p><p>　　實用性——符合國

104、情，符合產(chǎn)品系列開發(fā)設(shè)計特點。</p><p>　　4.4 產(chǎn)品合理模式構(gòu)思</p><p>　　根據(jù)以上對幾種典型設(shè)計模式的分析以及對設(shè)計類型的概述和產(chǎn)品系列設(shè)計特點的分析，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計方法，并遵循產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計模式應(yīng)符合的五條原則，提出產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計合理模式構(gòu)思如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 產(chǎn)品的系列開發(fā)設(shè)計合理模式構(gòu)想</

105、p><p>　　4.4.1合理模式的幾個階段說明</p><p>　　計劃階段：運用市場分析、檢核表、意見征詢表等形式，對市場、用戶進行調(diào)查以確定開發(fā)設(shè)計目標(biāo)。為設(shè)計工作提供完整資料，制定開發(fā)設(shè)計任務(wù)書。隨著設(shè)計中新問題的出現(xiàn)，任務(wù)書將在設(shè)計工作過程中不斷充實完善或修改。</p><p>　　方案設(shè)計階段：系列產(chǎn)品的質(zhì)量很大程度上取決于基型產(chǎn)品，基型產(chǎn)品的創(chuàng)新程度主要由

106、本階段決定。設(shè)計師應(yīng)運用系統(tǒng)工程解決問題的思路，運用智力激勵法、聯(lián)想法、類比相似法等創(chuàng)造激發(fā)，對開發(fā)設(shè)計任務(wù)書進行抽象、功能分析、尋求功能載體、建立形態(tài)矩陣，組合生產(chǎn)出多個基型產(chǎn)品方案，在經(jīng)過評價決策、輸出基型產(chǎn)品最佳原理方案。</p><p>　　技術(shù)設(shè)計階段：本階段體現(xiàn)了產(chǎn)品系列開發(fā)設(shè)計的特點，充分運用心態(tài)分析法、反求工程法、小組分—變—合等創(chuàng)造技法，實現(xiàn)基型產(chǎn)品最佳原理方案向基型產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)方案的轉(zhuǎn)化之后，

107、利用相似原理、模塊化設(shè)計進行產(chǎn)品拓展和產(chǎn)品系列結(jié)構(gòu)設(shè)計，輸出系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。</p><p>　　詳細設(shè)計階段：本階段主要是對其設(shè)計進行具體尺寸確定、強度計算校核、繪制設(shè)計圖紙，并編寫產(chǎn)品文件，進行試制生產(chǎn)。</p><p>　　4.4.2合理模式的特點</p><p>　　符合系統(tǒng)工程解決問題的思路，吸取VDI2222的主要精神，體現(xiàn)了系統(tǒng)性、邏輯性、創(chuàng)造性等

108、特點；</p><p>　　突出了產(chǎn)品系列設(shè)計特點，滲透了模塊化設(shè)計，這是其他模式無法比擬的；</p><p>　　合理模式結(jié)構(gòu)簡單，符合我國設(shè)計人員的思維特點，運用了現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，體現(xiàn)了簡明性、實用性和新穎性的特點。</p><p><b>　　4.5實例分析</b></p><p>　　1 制定健身器材開發(fā)設(shè)