产品结构设计理论范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇产品结构设计理论范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

篇1

壁厚的设计

壁厚的合理设计对一个塑料制品来说是至关重要的，制品的壁厚一般在1～6mm范围内，而最常用的壁厚数值为2～3mm。过薄的壁厚不能保证制品的强度，过厚的壁厚要消耗大量材料、增加制品成型后的冷却硬化时间，此外还容易产生气泡、凹陷、夹心和收缩不均匀，从而造成应力集中。壁厚的设计一般来说应遵循如下原则：制品的设计应尽量保证壁厚均匀，避免壁厚突然变厚或变薄;对于壁厚过厚的地方，采用增加工艺孔等方式去掉多余的壁厚，消除该处产生的内应力。

脱模斜度的设计

为了使塑料制品顺利地从模具型腔中取出，须在制品内外壁设计足够的脱模斜度。脱模斜度的大小取决于塑料的性质、收缩率的大小、制品的壁厚和形状，设计时一般考虑以下几种情况：制品形状复杂，深度较深，不易脱模的，应选用较大的脱模斜度；塑料的收缩率大的，应选用较大的斜度值；制品尺寸精度要求高的，应选用较小的脱模斜度；制品较高、较大的，也应选用较小的脱模斜度。

加强筋的设计

通常对于尺寸较大而壁厚较小的制品，我们可以通过在制品的适当位置设置加强筋的的方法，来改善制品的强度和刚性，但是加强筋的设置也有很多讲究，如：加强筋不应设计得过厚，否则容易在其对应的壁上产生凹陷；加强筋应有足够的斜度，底部应呈圆弧过渡；加强筋的布局要合理、均匀，应减少因收缩不匀而引起的变形和开裂；对于大面积的制品，加强筋应设计得多一些、矮一些为好。

孔的设计

塑料制品上的孔通常有两种，一种是制品本身有各种用途的装配孔，另一种是为了改善制品的性能而设置的工艺孔，不管是哪一种孔，设计合理，就会有一个好的质量并且便于制品的成型。具体应用主要分三种情况：当制品需有侧孔时，往往会使模具增加侧抽芯机构，使模具的制造复杂化，因此应尽量改进设计，简化模具结构，确保顺利脱模；制品上孔的位置，应尽可能设置在不易削弱制品强度的位置上；对于脆性制品，相邻孔之间以及孔到制品边缘之间，要留有适当的距离，以防止在连接和固定制品时发生破裂。

圆角的设计

圆角在塑料制品的设计中既能使塑料制品的外形更加流畅、美观，又能避免应力集中，提高制品强度，也能改善物料流动情况和便于脱模。应在制品的各面及内部连接处，均应采用圆弧过渡，制品中内圆角设计的大小可遵循如下公式：0.25

嵌件的设计

为了满足连接、安装要求，制品常采用各种嵌件。多数嵌件由金属制成，由于金属嵌件冷却时尺寸变化与塑料的热收缩值相差很大，致使嵌件周围产生较大的内应力，容易造成制品的开裂，为防止这种现象，嵌件的设计应注意：嵌件与制品的线膨胀系数应尽可能接近;嵌件各尖角部位应倒圆角，以减少内应力;嵌件应尽可能采用圆形或对称的形状，以保证收缩均匀。

支承面的设计

塑料制品较容易变形，因此当塑料制品的支撑面为一个大平面时，大平面的变形，往往造成支撑面不平稳，因此塑料制品的支撑面一般由几个小的平面组成。应注意：当制品需要由一个面作为支撑面时，设计时不宜用整个面作为支撑面，而应采用凸边或支脚的形状来代替;当制品采用凸耳作为紧固用的支撑面时，为使凸耳有足够的强度以承受紧固力，可采用设计有加强筋的支撑面。

篇2

中图分类号：J50-05文献标识码：A

美国技术史家乔治・巴萨拉（George Basalla，？）曾把人造物的多样性解释为：古往今来人们选来定义和追求其存在价值的各种方法和物质体现。“一件人造物并非仅仅是一件仓促赶制出来以满足需求的无生命物，它是一种构想出来的人类心灵的活的遗留物。” （注：参见乔治．巴萨拉著，周光发译《技术发展简史》，复旦大学出版社，2000年版，第22页。）“组成产品世界的人造物，并非是人在解决满足其基本需求时所产生的问题的答案，而是在整个历史长河中，选择来定义和追求各种生存方式的物质表现。”（注：参见同上，第16页。）人的生物学意义上的必需，并不能解释人造物浩如烟海的多样存在。人类花如此多的心思和精力用于设计和制造新的东西，理想的解释恐怕是用以限定和追求某种特定的生活方式，构筑自己理想的生活环境。任何一件新造物的产生，必然是建立在现存文化的基础上，累积了技术上的许多改进，融合了人类更多的情感、智慧和需求，并成为现有文明的一部分。从这种意义上来说，“绝大部分人造物是充满幻想、渴望和理想的心灵的产物”（注：参见同上。）。

一、设计是人类的定义和追求各种生存方式的一种手段

从产品艺术设计所涉及的广泛内容来看，它是一种综合的文化创造活动，表现出鲜明的艺术性和技术性，广泛涉及到人类的精神生活和物质生活的各个领域。从英文的语源看，设计一词发源于拉丁语Designara，几经演变成为“Design”，Design作为名词，有图样，意图之意，作为动词有计划，构想之意。在中国，“设计”一词的使用是近早的事，古代“设”和“计”一般都是分开使用，但都具有当今“设计”的含义。“设”有陈列、安置、开设、运用、采用之意；“计”有计算、谋划、计划、考察、审核之意。《现代汉语词典》对设计的注解是：设计是在做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先拟定方案，图样等。以下是国外很多科学家、设计理论家、建筑师对设计的理解：

・设计所关心的是发现和精心构造备选方案。（西蒙诺贝尔奖获得者管理学家）

・设计是从客观现实向未来可能富有想象的跨越。（佩奇《给人用的建筑》）

・设计是从无到有的创造，创造新颖有用的事物。（李斯威克《工程设计简介》）

・设计是通过行为而达到某种状态，形成某种计划。（《实用汉语辞典》）。

・设计是拿出令人满意的产品。(葛霉嘉利《设计方法学》)

・设计常指拟定计划的过程，又特指记在心中或者制成草图或模拟的具体计划。（《大不列颠百科全书》）。

・设计是一种针对目标的求解活动。（阿切尔著《设计者运用的系统方法》）。

・设计是一种复杂的，半科学性的，有功能作用的实战模式。（罗杰斯克鲁登著《建筑美学》）。

・设计是一种创造性活动――创造出所未有的新颖而有益的东西。（李斯威克著《工业设计中心简介》）。

・设计像科学那样，是观察世界和使世界结构化的一种方法，因此，设计可以扩展应用到我们希望给以设计者身份去注意的现象。（阿克著《设计研究的本质述评》）。

1980年，国际工业设计协会联合会在巴黎年会将“工业设计”定义为：就批量生产的工业产品而言，凭借训练，经验及视觉感受而赋予材料，结构，色彩，表面加工及装饰等新的品质和资格叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个侧面进行工作，而且，当需要工业设计师对包装，宣传，展示，市场开发等问题付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。

从以上的各种定义可以看出，尽管每个人对设计的定义都不同，但是内涵是一致的。设计不止是一种改变物质环境的工具，更是充满美好幻想、渴望和理想的人类心灵对更先进的思想、更丰富的文化、更美好的生活方式的追求和限定，并通过创造出来的物质现实，使这些思想、文化、生活方式得到广泛传播，为人类带来福音。它是一种追求和定义新思想、新文化、新生活方式的意蕴深远的文化创造行为。这种追求和定义不是随意的、无价值的，而是创造性的、革新的、进步的，是由不同时刻人类特定文化心理结构决定的、充满美好愿望的人类心灵的体现。

二、文化心理结构及其对设计的作用

人既是自然的存在，也是社会的存在。每个人都生活在特定自然条件和社会条件下，其中的各种地理、政治、经济、历史、风俗、宗教、科学、伦理道德等等自然要素和文化要素形成他生活的特定环境。文化是把人的自然性和社会性连接起来，使人成为文明人的中介。文化不断发展进步，“特定的环境”也跟随不断变化，当这种历史进程在人的心里凝结、积淀下来，便形成了人的“文化心理结构”。“这个心理结构，是一个特殊的完形（格式塔）。在整个完形中，任何一个因素的改变，都会影响到这个整体，而整体也就存在于各种因素的相互作用之中。”（注：参见滕守尧著《艺术社会学描述》，南京出版社，2006年版，第32页。）所以说，每个人的“文化心理结构”都由其生活的特定环境决定，并因环境不同而不同。一个人、一个地域、一个民族、一个国家有其相对固定的“文化心理结构”。

一个人的文化心理结构是由他的生理心理中自然秉赋及他一生中通过学习和实践获得的文化性经验两大领域的因素构成。前者属于自然的范畴，包括积淀下来的深层的集体无意识、认知结构、思维结构、情感结构、理想结构等；后者属于文化的范畴，包括学习获得的信息、后天的经验等。人自然秉赋的心理深层表现为种种慢变因素，而文化性经验却是与时代精神息息相关的种种快变因素。慢变因素和快变因素相互交织和相互作用，形成一个动态的结构。

人的认知方式、思维方式、情感倾向、理想建构等意识活动都是由人的文化心理结构决定。设计活动作为一种综合性的创造，几乎包含了人类意识活动的各个方面，同样由人的文化心理结构决定。设计师的先天倾向影响甚至决定他文化接受的方向、情感喜好、审美理想、道德观念、价值取向等；特定时代背景下产生、流行的价值标准、审美趣味、道德观念等会通过选择机制，或抑制或调动和改造人的先天倾向。所以可以说，文化心理结构是设计师创作心理之源，特定的选择会造成特定的设计形态和特定的设计风格。

最终确定下来的设计意象，决不是简简单单从设计师脑海里一下蹦出来的形象，而是在各种社会因素、自然因素的渗透和作用下，从设计构思心理所指的意象集中孕育出来。它部分是一种具有具体社会文化内容的变化形式，部分又是一种凝固了的、实践的、富有生命意味的心理结构形式。作为设计构思心理活动的产物，它上面留得有设计师的创造痕迹，并带有设计师的自然气质；同时，它决不是一种随意的、纯粹主观的产物，因为有很多客观现实因素会通过影响设计师的创造性心理，进而影响它的形成，所以说它又是属于社会的。

社会文化因素影响设计师创造性心理的渠道是多种多样的。社会是一所大学校，各种文化因素都是无声的教师。设计师从小生活地域的风俗习惯、伦理道德、价值观念、生活方式、所受的家庭教育、学校教育、他人言行、社团集体活动、文化思潮、新环境生活方式、各种现代媒体、变化中的物质文化生活、不断扩大的视野等等，都无时无刻不在潜移默化中建构更新他的文化心理结构。每一刻的文化心理结构就是一幅幅经验图式，潜隐地影响设计师的意识活动。

在设计创造活动中，文化心理结构内在自然性的稳定不变，可以使设计活动具有一种稳定性、连续性；而社会文化性因素特有的运动性和变化性，又使得设计活动成为可塑的、变革的、创新的。文化心理结构可以按照更高的社会文化需要，对设计行为做出调整，使其变化、革新，以适应新的时代需要。在人类漫长的造物发展史中，时代不同，自然因素与社会文化因素对设计行为的影响比例也就不同。在生产力低下或社会动荡物质匮乏的时代，自然因素往往占主导地位，设计出来的产品更着重于物的实用性和功能，而且为社会低层的人民所设计出来的产品，这种倾向更明显。在生产力发达或社会一时繁荣的时代，社会文化因素占上风，产品更多按照观念、价值、文化符号表现的需要，被塑造得更具有文化性、审美性、装饰性。同时，在各时代中，阶级不同，自然因素与社会文化因素对设计造物的影响也不同，这实际上还是可以归因于生产力水平和物质丰富程度的不同，为上层阶级服务的生产力水平和物质材料，相对于为下层社会人民服务的生产力水平和物质财富而言，无疑是更先进、更丰富的。

在与设计意象对应的文化心理结构中，文化因素与自然因素二者缺一不可。与自然因素――人的本能的知觉倾向、能力、个性等直接有关的东西，一旦进入特定社会文化的氛围中，便立即按照这种社会文化的特殊需要做出适应性的变化。当然这种可塑性不是无限“自由”的，由于它是在主体的心理中完成的，所以又必须合乎心理活动的一些普通规律，如和谐、平衡、节奏、重复、多样统一等等。如果这种改变超越了一般人心理能够接受的程度，它的不可理解性将直接导致设计构思的失败。因此，设计行为虽然是受制于社会文化的，但又可以升华至另一个境界，即它可以突破日常言论和行为的普遍模式，创造出一个合乎内在心理规律的、幻想的境界――一个审美的领域。这种“突破”，实际上是一种超越和升华，在这种升华中，各种在设计构思过程中呈现出来的种种意象按照心理规律需要被筛选，被重新组合和排列，文化心理结构中的各种自然因素和社会因素相互作用和渗透，从而酝酿出既具有美观的形式，又具有良好的实用功能和深刻的文化内涵的、最终“合意的”设计意象。从这种意义上来说，真正决定某一设计师设计趣味的因素，是设计师个人特有的文化心理结构；真正决定某一时代设计风格的因素，是这一时代特定的文化心理结构。

三、文化心理结构在设计构思中的作用过程

与艺术创作构思很相似，设计创作构思也会经由一个由物及心然后由心到物的过程。设计构思过程中的“由物及心”中的“物”对应的是不止于设计师所见的、还有所闻的、所想的所有事与物。这些事与物与具体的人或物相关，它们可能是人造物，也可能是自然物；可能是实物的，也可能是影像的；可能是传统的，也可能是现代的；可能是当下的，也可能是过去的；可能是现实的，也可能是想象的；可能是设计师有心留意过的，也可能是作者脑神经里的不经意的记忆刻痕。但是，这些事与物并不能作为设计构思的原料，必须把它们内化、暗换为设计师心中的“物像”，也就是说，设计师不是也不能把各种实物搬出来进行构思，而是借助各种实物的在设计师心中的映像来进行创造。从所有的“物”中选择与设计主题相关的部分，把它们内化、暗换为可供设计构思的原料，这个过程就是“由物及心”的搜索和选择信息的前构思阶段。

在具体的设计构思开始时，以往的“物像”被唤醒、激活，像已经陈年的日历，在需要的时候，又被找出来，一页页翻起，一反平日似是沉寂的状态，开始在设计师的脑海中活跃起来。它们与当前的现实背景和市场需求方面的“物像”交织在一起，共同形成设计意象的意象性背景（注：关于意象性背景，详见约翰塞尔著，李步楼译《心灵、语言和社会》，上海译文出版社，1991年版，第102、103页。）。当构思心理与这些物像相遇、摩擦，设计师的知觉、想象、情感、领悟等一起协调运动起来，所谓“目所绸缪，身所盘桓”（注：参见宗白华著《美学散步》，上海人民出版社，1981年版，第82页。），在感性观照与建构中，积极地猎获种种启示，并积极地把这些启示向设计主题靠拢、聚集，继而产生与设计主题相关的种种意象。所有这些意象又进一步在文化心理结构和意象背景共同作用下酝酿、孽生出最终设计意象。设计师构像于胸的过程，就是设计“由心及物”的构思阶段。

最终的设计意象在设计师心中初步定型下来，设计师会在很长一段时间之内，根据变化的市场需求，不断地从实用、美观、经济的角度来审视、玩味、涵泳这个意象，并在新的文化心理结构图式和市场需求的评判下，对其进行修正、补充，使之既合于自己的文化心理结构，又能适应市场中或显或隐的客观需求。这个定像于胸的过程就是反馈求证的后构思阶段。

1、设计构思的信息搜索阶段

设计构思是从对与设计主题相关的信息的注意和期待开始的。注意是设计师对内心各种物像的一种关注状态，期待是设计师对各种物像的心理预期，它们都取决于设计师和物像两方面的条件。在设计师方面，他秉持特定的文化心理结构，把人生经验、文化素养、性格气质、审美趣味等个人因素投射在这些物像上，同时在内心产生一种潜在的期盼――希望能从这些物像上找到与自身文化心理结构同质的地方，并且这些同质点往往最容易受到设计师的注意。在美学研究中，美学家英伽登把这种期盼心理描述为一种“充满了活力”的情绪，一种“急切寻求满足的欲望”。在物像方面，它则如不确定的空框结构，召唤着设计师去解读，物的形状、结构、色彩、风格、性能、象征、价值、美丑等，或者人的兴趣爱好、风俗习惯、性格特征、价值观念等，就像一个个空白，等待着设计师去填写。两方面合起来就是，当设计师的意识填写了物像空框中的某些空白，意味着他对物像的这个要素的认同，从这个要素中找到了文化心理结构的同质点。这个同质点就更可能被提取出来，作为设计构思的直接参考。设计师对物像的认同在很大程度上还与物像的新颖程度有关，主要表现在与设计师期待视野的距离上，完全熟悉的和完全陌生的物像，设计师很可能视而不见；熟悉而又有些新鲜的刺激的物像更能吸引设计师的注意力。

注意和期待作为一种潜在的心理准备状态，是设计构思阶段的开始。它们唤醒沉寂于设计师脑海中的各种物像，使之与当前物像一起作用于设计意象，把设计师带进积极的构思状态，为构思提供一种潜在的定向信息选择标准，直接为后续的想象提供思维原料。

2、设计构思的信息选择阶段

知觉是设计构思系统中选择设计构思原料的手段。在注意和期待的观照前提下，设计师文化心理结构和物像间的同质点就依靠知觉来寻找、验证。

设计构思过程中的知觉与艺术创造和艺术欣赏中的知觉有很多美学上的相通之处，大多美学上的特性对它也有效，比如说主动性、整体性、情感性。但“人的美感的活动全是无所为而为”（注：参见朱光潜著《谈美书简二种》，上海文艺出版社，2001年版，第88页。），而产品艺术设计艺术作为一种特殊的实用艺术，在它的构思过程中的知觉有其特殊性。由于产品艺术设计满足的是以实用功能为主的人类的需要，所以知觉自然不会像美学中的审美知觉一样，把实用性排除在外。非但不如此，它还十分重视实用性，有时甚至把实用性放在首位，表现出对有用性细节的特别功利关注。可以说，设计构思过程的知觉的特性还包括了功利性和细节性。当然，除了特殊性外，设计构思过程的知觉也不脱离一般性，它同样十分注重实用以外的内容。

依据现代认知心理学的理论，任何认知过程都必然是主体的意识将他的文化心理结构投射到对象上，从而达到的一种个人认同。设计构思的知觉过程不是消极被动地接受对象的刺激，而是积极主动地去感受对象，协调感官和其他心理功能，有所选择地去知觉。当代美国艺术理论家阿恩海姆（Rudolf Amhelm，1904-1994）在《走向艺术心理学》一书中明确指出：“如果这一理论是站得住脚的，那么知觉的基本过程就远非是被动的记录，而是一种获取结构的创造性活动。这种活动甚至超出了对各部分的配置和选择。”（注：参见［美］鲁道夫・阿恩海姆著，丁宁、陶东风、周小仪等译《走向艺术心理学》，黄河文艺出版社，1990年版，第35页。）正是这种主动的创造性的活动和这种信息选择、组合的功能，才使在认知过程中达到个人认同成为可能。并且在设计构思中的这种知觉活动的兴奋点往往是物像的细节要素，而不是整体的物像形象或意象，设计师在这些细节上扫描到与设计主题及自身文化心理结构的某种契合。构思的知觉的作用就是寻找、知觉到这些契合点、同质点，并使之重新物像化为一个个新的物像，它们才是设计构思的最直接的质料。就像石油一样，原油并不能直接派上各种工业用途，必须经过提炼，分出分子量大小不一的各种重油、轻油之类的，才能满足各种工业所需。原始物像就像原油，它不是构思的质料，只有那些从物象上抽象、提取出来的各种细节、特征、属性新物像才为想象提供有效的原材。

3、设计构思的创意阶段

想象是设计构思过程的创意阶段，是其核心部分。想象是人处于与日常的现实生活经验垂直切断状态下，超越时空的局限，思绪无拘无束地自由驰骋。它是一种联结的力量，一种联结过去、现在、未来，联结出场与不出场的力量。所谓“精鹜八极，心游万仞”，“观古今于须臾，抚四海于一瞬”，“思接千载，视通万里”， （注：转引自叶朗著《现代美学体系》，北京大学出版社，1988年版，第187页。）等等，这些都讲的是想象超越时空的特点。想象力是设计师不可或缺的创造能力，没有想象力，设计无法为继。

想象分为联想和想象二种。一般说来，联想就是从一个知觉心象转移到一个记忆心象这样一种心理活动。而构思则要复杂得多，它把各种知觉心象和记忆心象重新化合，孕育成一个全新的心象，即意象、并激发起更深层的情感反应。因此，构想是涉及构思过程中最富有创造性的心理活动。要进行构想，必须有丰富的知觉经验材料，当前的和以往的知觉经验都非常重要。以往的知觉记忆材料只有小部分储存在意识层中，而绝大多数储存在前意识层和无意识层，就像漂浮在海面上的冰山，露出水面的只是小小的一角。对于以往的这些知觉经验，需要努力把它们从近乎沉寂的前意识和无意识状态中唤醒，让他们重新在思绪里活跃起来，这样才能更彻底挖掘前意识和无意识宝库的财富，促进构想活动充分发挥。

在设计构思过程中，想象在知觉基础之上，调动过去和当下的各种知觉经验，按照现实的需求和主体的审美理想，遵循接近、类似、对比等联想规律，融合富于情感与理智的考虑、评判，积极对知觉到的所有契合点、同质点的物像进行加工、组合、改造，创造出新的物像，实现不同程度的创造性。这些新形成的物像就渐渐接近设计目标，从这些新物像中重新进行筛选、组合、改造，再酝酿出更高合意度的构思意象，这样层层迭进，每一进都有新的进步、发现、创新，一步步达到最终理想的设计意象。设计构思过程中的想象虽是一种超越个体直接经验的自由的心理过程，却并非没有任何规定的绝对自由。在这个过程中，构思的方向、范围都受制于主体的某种具体的创造目标。不论构想如何自由和奇特，都始终指向这个具体目标，并且始终把握住为实现这个目标所调动的各种“原料”之间的某种逻辑联系。而且，当构思的进展距离这个目标越近，想象所受的约束就越大，它的自由度呈现收敛型，目标就是最终的设计意向。设计师也只是潜意识里隐隐觉得，起初往往并不很清楚这个具体目标，在构思的进展中它才逐渐向他具体显现出来。人类有一种在混沌的意识状态下进行合目的性构造有内在统一性的意象的能力，秉赋和修养不同的人，这种能力的大小也不同，优秀的设计师和艺术家具有很强的这种能力。

篇3

1变型设计概述

1.1变型设计的基本概念简单的说，变型设计就是一种设计方法，是一个设计过程，它的基本思想是通过改进已有的系列产品或设计实例来适应新的设计需求，实现产品的快速设计和新产品的快速试制定型。就整体而言，变型设计就是运用一定的规则将整个产品的设计归结为对其中各个部件、零件等功能模块的设计。因此在进行变型设计时建立一个合理的产品结构模型是实现产品快速变型的关键。

1.2方法体系

机械产品结构设计是一个系统、复杂、循序渐进的过程，无论是用户新的需求，还是机械产品在功能上的细小变化，都有可能引起很大改变，即在产品结构上的细小变动都有可能导致产品结构设计上的重大变动，这在机械产品的变型设计中表现的尤为明显。有时企业为了更好的满足各种用户的不同需求，不得不对原有的产品结构进行重新设计，以期获得更多的收益，奠定自身的竞争优势。笔者认为，对机械产品结构进行变型设计的关键就是要准确找到变型设计的根源，建立科学合理的方法体系，进而保证变型设计和快速设计目标的实现。本文所要介绍的方法体系，是以变型规则为基础，通过事物特性表技术的合理运用来构建合理的机械产品结构模型，该模型能够对支持变型设计的机械产品及其构配件之间的关系和条件进行准确的描述。事物特性表技术实现了机械产品结构数据通过二维表结构进行标准化、科学化、规范化的组织，这对机械产品结构的变型设计无疑是非常有帮助的。

2事物特性表的应用

事物特性表是一种ASCII文件，它的格式是保持不变的，不仅能够对事物的基本属性进行登记，还能对构配件的一些特性进行针对性的描述。在国家的相关标准中，它被当作一种信息标准进行应用，不仅能对事物的特性进行描述，并严格按照相关规范和要求进行记录、存储和显现。表格形式如表1所示。正是因为事物特性表能够详细、有效的对事物的性能、特征、工艺特殊性等进行描述，尤其是产品在开展与尺寸变型相关的结构设计时，事物特性表更有利于产品结构从类到实例的转变，这对变型设计和相关检索显然是非常有帮助的。例如，我们可以对某种机械产品的内外径、长度等特性进行描述，我们就可以得到一类产品，而我们对以上特性参数化之后就得到了某种产品的实例，最后将所有特性参数进行组合后，我们就得到了该产品的事物特性表。事物特性表的应用不仅如此，我们还可以结合机械产品变型设计的具体实际进行灵活扩展，尽量将事物特性表的作用最大化。

3机械产品结构模型分析

从某种意义上说，我们可以把产品结构模型看成是能够适应应有的的约束配置的构件的实例化集合。在具体应用过程中，企业应当立足于市场及用户的各种需求，从企业原有的系列产品结构中进行改进和创新，进而派生出更多的有效的产品结构。在对产品结构模型进行分析和构建时，我们首先应当对产品的结构、特点、功能有个全面的把握和了解，并按照相关设计原则和理念把产品模块化，然后通过面向对象的设计方法将所要进行设计的产品进行分解，进而获得相应的产品类或零部件类，最终得到科学、有效的产品模块结构。产品结构模型的原理如图1所示，其主要包含产品变型与约束规则、参数传递结构和构建集合等内容。而为了更好的对产品结构及其结构进行分析，我们首先要对产品以及组成产品的零配件关系进行描述，即构建产品装配拓扑树。

3.1产品装配拓扑树的构建

对于产品装配拓扑树的描述来说，我们可以把它看作是一种类结构，具体如图2所示。在装配拓扑树中，基本模块是产品结构设计中必不可少的，必选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中指定一定数量的模块加入到产品中；可选模块则是在严格遵循相关规则的基础上，从企业主要的系列产品结构模块中选择一定数量的模块加入到产品中。O2表示在组成部件BNode2时必须且只能在Anode6和Anode7中选择一个零件构件，并且以该构件与CNode2的关系装配到BNode2中。R1表示在组成产品族CNode1时，可以根据一定的规则在Anode4和Anode5中选择一个零件。将构件（Node）的概念引入到装配拓扑树中，主要是为了更好的表达产品对象以及零部件等子对象，而构件不能完全等同于具体的零部件，我们可以把它看成是零部件的抽象，是拥有一定共同特性的的集合，我们可以将其表述为一个四元组：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示产品对象或其零部件子对象的唯一标识号；Sel表示该构件的选择特性，Inc的取值为0，1。Inc=0表示该构件是可选构件，Inc=1表示该构件是必选构件。Num表示零部件在产品中的配置数目；Des表示构件的属性描述信息，Type表示该构件的类型。At-tr_name表示该构件的一个属性名称；Data_Type表示属性的取值类型，如浮点型（float）、整型（int）、字符型（char）、布尔型（bool）等；In_cons表示属性的取值限定约束。

3.2PSMTree类的构造

在完成装配拓扑树的构建后，能够从结构上很好地支持产品对象的变异性。然后采用面向对象的方法对由PSMTree描述的产品原型进行建模，在建模时采用事物特性表技术来构造描述PSMTree的类属性，从而通过类的继承得到描述产品的类。在对类进行构造时，我们可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel这3个类来分别描述PSMtree中的产品及其零部件构件。提取3个类的标识码ID、名称NAME、变型规则等共同属性构造基类O_Base，O_Base与O_Asm、O_Par和O_Sel构成分类结构，具体如图3所示。

3.3机械产品的变型设计规则

篇4

【关键词】：工业设计、外观设计、结构设计、模板制作、工业设计与企业

当你清晨从梦中醒来，和煦的阳光照亮着温馨宜人居室，格调高雅的组合家具，造型精巧的吊灯，形态各异的家用电器……，无不都是你享用的工业设计的成果;工业设计的影子无所不在，它可小到精美别致的打火机，大到翱翔太空的宇宙飞船，随时随地都是工业设计的成果。

由此可见，工业设计已成了我们生活中不可缺少的一部分。因此人们对工业设计越来越重视，逐步加强对工业设计的理解，加深对工业设计的研究。“什么是工业设计”就成为大家探讨的一个首要问题。但是至今，仍然没有固定的概念来表达，可以说是众说纷纭。1980年，巴黎国际学术年会权威的论述是，凭借训练、技术知识、经济及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形状、色彩、表面加工以及装饰全新的品质和风格。更有人说“我们在分析、研究产品开发、产品推广、产品质量、产业结构乃至经济发展的时候，实际上也是在评判工业设计”……。

工业设计是一门涉及领域很广的专业，同时也容易受到周边环境的影响，因此生活在不同环境的人，重视点不一样，带来的工业设计概念就不一样。而我也有自己对工业设计的理解。在此就以我在某家设计公司实习两个月，将生产实习与毕业设计相结合而看到的，学习的，理解的来逐步阐述我心中所认识的工业设计。

在实习前，我认为设计公司是一个充满设计创意，比较随意，艺术气味比较重的地方。但一进公司的门，我就被公司的严谨气氛给震撼了。宽敞的环境，井然有序的布置，与我想象中的随意完全不一样。接待室的展板上写着著名工业设计师DYSON的8大制造业生存哲学：

1、 没有人会因为画板上的创意而成功！有趣的问题和方案来源于接触世界和细心观察日常生活。与世隔绝或放弃必将无所作为。

2、 与生活相关的产品才会有大市场。从现有的产品中找到弱点，虽然改进一个成熟的产品很困难，但在这个产品类别中大有可为，因为市场已经存在了。

3、 引进新技术，真正的技术通过专利保护创意，从而削弱盗版与竞争压力。

4、 爱迪生原则。工程技术是一种思维方式和工作方法，突破只会源于思考与努力工作。不断测试再测试，只相信自己的眼睛，而不是公式套路。

5、 不断革新，对产品的每一个细节进行再思考再改进，让消费者得到最大满足，让自己的产品拥有更多有优势的专利。

6、 设计是表现，最重要的是内在，产品好用才会产生美，好的设计在于功能的说服力，但陈旧的外观会失掉市场，设计是为了消费者的产品体验。

7、 毅力与判断。成功会比想象的来得慢，幸运需要自己为自己创造，坚忍不拔比聪明更易获得成功青睐。

8、 全面控制，不偏离最初的想法会让产品从创意、概念、研发、测试、模型、加工、生产、销售到市场与服务都获得成功。

看到这些，我的心并没有受到很大的震撼，觉得这些感语，对我并没有多大的冲击力。公司的经理告诉我，DYSON的这些话是在长达好几年，不断学习、不断发现、不断的失败成功中总结出来的经验之谈。而我才刚踩在起跑线上，因此还不能由衷的去体会已经跑了一大段路的DYSON和经理的话，不了解他们在比赛路上曾遇到什么样的困难，以及看过什么样的美丽景色。虽然接触工业设计的时间还很短暂，但是在这期间，由于不断的学习、接触新的东西、了解更深层次的概念，回顾以前的我，发现自己对工业设计的想法和了解也随之经历了多次的改变。

大学前，我只是一心想把事物用画笔漂亮的表现在图纸上，还不了解什么是工业设计，只是认为工业设计就是把产品外观画得漂亮一点。于是把精力放在素描的物体造型，用美丽的线条去表现物体，以及捕捉物体与环境那微妙的色彩变化。

大学初期，巩固、加深学习以前的专业基础课，像结构素描、色彩构成、平面构成等，除了这些还多了理论方面的知识，从中浅浅的了解什么是工业设计，在我脑中形成模糊的概念。想法还是停留在设计图表达出来的东西有新意、空前绝后，就是好的设计观念上。改变的是在画物体写生时，开始注意物体的结构线了，即为了更准确的把物体透视表现好，花心思去把一个物体的结构了解透彻，同时掌握用线表达物体的技巧。

大学中期，我才真正接触工业设计，开始初步了解人机工程学、机械制图、模型制作等的概念，认识更多产品设计理论方面的东西，如设计原则（功能、人性化、经济等），对工业设计的理解深入了一些。在专业表现上开始用简单的线条去表现物体，即产品的效果图。而产品的效果图，只靠画笔和图纸是不完整的，必须还要用电脑工具去表达。于是学会用平面软件和三维软件去表达产品。

电脑效果图 手绘效果图

带着以前的认识，我还是把产品的外观表现放在第一位，因此，把大部分心思花在电脑的表现效果上，却忽略了模型制作的课程，即忽略了设计创意怎样转为实体这一环节。

大学后期，开始进行了单一化产品设计、产品语意学等课程，接触了更多的设计实践，也更多地注意外观设计所考虑的众多因素，但这些都还是停留在草图和效果图中；产品结构设计的课程让我们开始用ABS塑胶材料制作模型，但没有真正的考虑、研究产品该有的结构，只是用材料拼拼凑凑的把外观表现出来。直到大四，参观了沿海几家设计公司后，我好像突然的被拉到了和以前截然不同的现实中。从参观实习中了解到：各个公司都反映了结构的重要性，一个产品的诞生时间花费较多的就是结构，出问题较多的也是结构，但最后追究责任时，大部分都是外观设计师，因为设计出来的产品结构开不了模。因此在设计公司中结构设计师就占了一大半。这些感受让我非常忧心，因为在大学期间，对产品结构接触的不是很多——应该说是没有把它与产品联系在一起，而是把重点全放在产品好看的表面上了。沿海之行带来的打击很大，因为接触结构方面的知识很少。但那时候的我，由于缺少实践经验，还是觉得产品外观最重要：既然专业名是产品外观设计，只要在产品的线条、颜色、总体造型上多费功夫，其他的由结构设计师、模板制作师去操心，自己只负责将设计清楚的呈现给他们看不就行了吗？

直到进了设计公司，进行真正的实践工作，我的“外观为主”想法才开始改变。

刚去的第一个任务就是根据已经设计好整体造型的电子词典来设计它内部面板造型，以及按键的造型和排列。参考其他电子词典按键排列顺序后，设计了按键外轮廓，并大概的按照间距比例排列起来。后经总监提醒，发现按钮之间的间距是有明确规定的，分别是上下2.2毫米和左右1.6毫米。我想：为什么要把间距体现得那么精确？设计完后交给结构师，让他去想这个问题就好了？！后来才知道，我做的平面图是要直接转换成结构格式交给结构师，然后结构师就按照我做的线条、间距来建模。这样一个小小的按钮设计被翻来覆去的修改，后来终于得到总监的认可。但没想到交给结构设计师后，问题还是没有完全解决。结构师反复的把我叫去，问的可说是以前从没考虑的问题：“表面的凹槽是圆角还是直角”、“这里的凹处深多少”、“按键表面是平的还是有弧度的，要弧度的话，高多少”。完全不知道该怎么回答，最后问了总监才解决了这些问题，其中涉及到的数据全都是零点几毫米。后来设计电子词典的面盖。提供了几十款，被客户选中几个。做模板时，模板制作师还需我考虑配色以喷涂在产品实体上、考虑什么特殊处理效果以及用什么颜色丝印品牌字。

这次设计，让我大概了解了设计公司工作的总流程，也是公司拟定的工作流程：

-- 方案策划（产品规划的重要阶段）

-- 效果图绘制（准确表达量产产品时的虚拟真实效果）

-- 外观模型（为结构设计、开模提供最直观的参考）

-- 结构设计（为模具加工提供准确可靠的数据，也是对产品设计的完善和规范）

-- 结构手板（是对造型内之结构的仔细研究，是模具制造前的检验）

-- 模具注塑（好的模具、注塑工艺是优质产品大批量生产的根本保证）

-- 喷油丝印（色彩计划的具体实施）

这些程序，缺少任何一个都不行。而且要调节好各个环节之间的关系。

实习给我最大的启示就是一个产品结构的重要性。很多客户与外观设计师讨论争执最多的并不是产品的外形好不好看，而是把矛头指向结构方面的各种问题。

“那以外观为主要学习对象的我们岂不是没有多大的用处？”。其实，一个设计公司起着重要作用的，就是外观设计师。只不过，有一个观念是必须要去转变：不能称自己为外观设计师，而应该是工业设计师。意思就是，从事这个专业不能只停留在漂亮的设计效果图纸上，还要学习掌握结构、材料、生产工艺等，不能做到深刻学习，但得清楚产品设计的全过程。

在设计公司里，工业设计师是必须要从头到尾，一直负责到底的。无论是在做外观设计和结构的时候，还是在做模板的时候，你都要随时与结构师、模具师沟通，监督整个过程，来保证客户所选好的方案，能够准确、实实在在的体现出来。从这点可看出设计不是一个人就能完成的。但是作为工业设计师的你不能把一个产品的结构完全的交给结构设计师做，因为你设计的产品的每一根线条的表现只有你自己最能够体会，而结构设计师只是根据你画的三视平面图来建模，一遇到以弧面为主的设计，他不能够协调面与面之间的关系，不能够把设计师所设计的产品完美的表达出来。所以，一般情况下，工业设计师在设计好产品后，都要用专业模具软件（PRO-E）把产品的外部结构做出来，然后交给结构设计师把内部的结构完善。因此我进了公司后，就被要求把PRO-E学好。

一段时间的实习实践为之后的数码相机设计（毕业设计，同时也是为XX公司做的一个设计项目）打下了基础。一听到数码相机，在我脑海中就闪过像尼康、奥林巴斯、索尼、佳能、富士等几个高档的数码相机的造型。

市场数码相机产品

但是一听到经理的说明，我就开始纳闷了。原来这个客户要生产的是市场销售价仅一百多元的数码相机。想一想，如今市场上的数码相机，都是价值几千元的，廉价的产品有市场吗？带着问题我开始从各方面进行调查。

长久以来，很多消费者一直认为数码相机的像素是评价数码相机档次的最重要指标，因此高像素的数码相机一直占据着市场的主流地位。然而，由于高像素数码相机的价格一直居高不下，因此在很大程度上抑制了数码相机在家庭用户中的普及，目前中国城市家庭拥有数码相机的比例只有0.83%。这主要是因为应用环境还不成熟：价格与规格的壁垒导致数码相机的普及困难。如今国内数码相机市场的主流产品都是300～500万像素的数码相机，而普通消费者的需求并没有达到专业级别。今年开始，由于普通消费者对数码相机的需求节节攀升，国内外众多厂商纷纷推出了低价格、低像素的数码相机。因此，当一批廉价的数码相机出现在市场上时，便迅速得到用户的青睐。XX公司就是看中了这一点，才大量生产廉价的数码相机。由此可见，廉价的数码相机是有市场的。这样，我明确了设计的方向。

这次设计不是想怎样就怎样的，因为XX公司提出了多个要求：产品大小都规定在900mm*600mm之间，厚度在30mm内；材质方面，不能用铝合金等高成本材料；功能简单，满足拍照就行，不带闪光灯，附加LCD数字液晶显示，尺寸在13mm*13mm之间，用AAA两节电池供电，内部有图片内存件，用USB接口导出；结构方面，尽量做到成型工艺简单，且时尚。总体来说就是——成本低且时尚。 转贴于

为了设计好产品，我到各个商场进行数码相机外观调查。大小方面，现在的数码相机都趋向小巧化，大小就和XX公司所规定的大小差不多；材质方面，市场上大部分的数码相机都采用铝合金，由于其成本太高，在这次设计中不被采用；功能是市场上数码相机的主要卖点，里面的都采用高科技的元件，特别是镜头；结构方面，市场上的结构都是很简单的，重点都放在了材质（铝合金等）的处理上，大部分结构都采用一般常见的方体设计，因为铝合金等高档材料成型工艺成本很高，而且塑造有一定的局限；在颜色方面，大部分都采用白、灰、银等流行色彩，体现金属质感。廉价的数码相机要做到功能简单、材质便宜且易成型，其中材质是考虑的重点。近几年来，塑胶材料受到设计家的青睐，最重要的因素是它不但成本低，造型工艺简单且塑造性强，而且在设计中加以特殊处理，并采用最新流行色彩，能创造出独特的美感，使原本低价塑胶产品的附加值大为提高。因此塑胶是这次设计的主要“角色”。定下大概的方向后，就开始草图的绘制了。客户要五个方案， 为了让客户满意，我从三个方面下手，设计三种类型的产品来让客户进行选择。定位上分为方体改良式设计、造型创意设计和使用方式设计。

-- 方体改良式设计

纵观市场的数码相机产品，大部分都是方体设计，简单且时尚。而它的时尚体现点就是铝合金材质。铝合金经过拉丝等处理后，体现金属那种光泽和硬度，就像钻石一样耀眼夺目。而在结构方面考虑到铝合金的成型工艺，所以不能做复杂的结构，这就是为什么大部分相机的造型都是方体的原因。而我的材质是以塑胶为主，所以造型和结构都可以灵活、复杂一点，多体现些层次感，以设计出与市场不同的方体造型。但是不能像市场上的那些数码相机一样，周围线条都是直的、硬的、面与面都成直角的，要运用些弧面来增添时尚。如果想要有像铝合金那样的光泽，那就用金属色来达到其效果。还可以运用亚加力透明材质，来达到独特的效果：在亚加力材质底部进行挖槽、蚀纹等处理，再在底面喷实色，会有透明的光泽度，颜色会显得特别柔和。

-- 造型创意设计

市场上的以铝合金为材质的数码相机是因为受到材质的约束，而且产品体积又很小，因此不能做到大的、复杂的曲面造型。由于材质的缘故，就可以设计出造型特别、有新意的产品。这一类主要用弧线弧面来设计，外形适度的夸张。在成型工艺上与上面的方体改良设计一样。

-- 使用方式设计

以往的数码相机都是方体造型，所以快门键都是设在长方体的顶部，称为竖式，这个当然是掌握平衡的最佳位置。为了体现新意，所以就从这个使用方式来下手，以打破这个常规。我想到的有横式、侧式、笔式。但是要注意的一点是，要从人性方面去考虑，不能盲目的追求新意，而忽略了产品的实用性。

以上三种设计思路都必须要充分考虑结构问题，一定要想清楚是否能够开模、是否能批量化生产，否则是不会被客户接受的。

这些设计构想真的有别于大学时期的设计想法。在学校时，没有受到大小、材质、功能、结构的限制，根据自己的设计理念来进行设计，尽量展开自己的创造思维，越独特、越有新意就越好，没有想过结构方面的问题，是否能够做出来，更不管是否能够被市场接受。不过这并不是意味大学里的设计思维不对，这个就是大学与社会的不同处。要知道这个可是改良设计。从这次生产实习与毕业设计相结合中，发现我的设计思路比以前清晰得多，考虑的东西也比以前多，像材质、结构、以及成本。其中大部分企业最重视的就是成本。因此单单看产品的工业设计是不够的，还要与市场、企业紧密相联。这种认识使我的设计思路逐渐现实化，也更接近市场产品的总体要求。

总的来说这次实习让我学习了很多的东西，但是心中的问题和想法也多了很多。特别是对于工业设计这个词的概念。工业设计的概念正被越来越多的人所接受，学校把它看作有发展前途的新兴专业，企业依靠它开发产品和促进销售，老百姓通过琳琅满目的新产品憧憬着富裕而美好的生活。在大学里就知道工业设计涉及的领域特别的广，工业设计的核心领域是产品设计。工业设计师从社会、经济、技术、艺术等多种角度，对批量生产的工业产品的功能、材料、构造、形态、色彩、表面处理、装饰等要素进行综合性设计，创造出能够满足人们不断增长的物质需求和精神需求的新产品。工业设计的长远意义还在于对人工事物应当如何存在的深层思考，并协调处理人—产品—环境—社会的关系，对形成可持续发展的人类生活环境、融合全球文化和地方文化、技术文化和人文文化的生活方式产生积极的影响。

但是在实习的这段时间，我发现现在所从事的只是产品外观设计，与真正的工业设计差了很多。经理对我们说这是由中国的国情所决定的。工业设计是一种最新智力资源，就如计算机软件一样，它是产品和企业管理各个方面的系统软件，发达国家对工业设计的作用深有体会，已将这种智力产品商品化。如美国青蛙公司为宏基电脑做了一次工业设计，收取设计费200万美元。工业设计在我国仍处在理论和实践的探索阶段，设计公司为企业产品进行设计定位后得不到承认的现象还普遍存在，尤其在北方更为严重。设计的价值得不到企业与社会的承认，必然会阻碍工业设计实务机构迅速成长，难以建立为企业及社会公共事业开展工业设计的社会服务系统。有些企业虽然逐渐开始自觉引入工业设计，然而工业设计所具有的巨大推动力还远没有发挥出来，企业虽然引入了工业设计，却把它仅仅当作设计人员和技术人员的事，各方面人员和科室以互为独立的状态开展工作，距离管理层、决策层甚远。影响工业设计进一步推广的另一个重要原因是人们对工业设计范畴的理解存在着不同，相当一些人，仍认为工业设计仅仅指产品设计，把平面设计、环境设计或广告设计等排除在外。实际上目前真正以产品设计为主的设计机构却又寥寥无几，大量的设计机构在从事上述工作，这些机构以分散的形式存在于社会当中，缺少行业组织，相互之间缺乏交流，无法形成合力，这也导致了工业设计无法发挥其巨大的作用，没有体现其真正的价值。这些就是中国工业设计所面临的问题。我想真正到了工业设计发展到一定阶段的时候，我们会直接和企业的技术人员合作进行产品从头到尾的开发、设计和生产，形成真正、实在、密切的为企业服务的队伍，才能使工业设计形成一定的整体实力。

只有开始真正实践或工作后才能深刻体会工业设计的精髓。有资料表示工业设计人才的要求有 ：1.创造性的解决问题；2.2-D概念草图；3.口头及书面的表达；4.材料与工艺；5.计算机辅助工业设计；6.多学科的交流；7.概念模型制作；8.企业实习；9.设计理论；10. 平面设计；11.数理知识.；12.工程技术；13.认知与消费心理；14.研究与信息处理；15.市场营销实践；16.艺术与设计史；17.艺术与人文学；18.计算机辅助工程设计；19.人体测量与作业分析；20.全尺寸模型制作；21.工作样机制作；22.展示样机制作；23.机械制图术；24.计算机生成图象。这些要求中前十项被认为是非常重要的，而且也是在大学里都要学习的，因此一定要把大学的专业基础知识学好。因为实习公司的经理曾说过一句话：“毕业生刚来肯定还有不足的地方，但是只要去学习就没问题，但如果还要在这里‘补课’，那就说不过去了。”这即是要求毕业生不要有“到时候再学”的想法。

我们这一代属于工业设计的开拓者，艰苦奋斗将是长期的。但是好的事物总是要经历多种磨难才会露出锋芒，因此要吃苦耐劳，坚定自己的信心，相信中国的工业设计会成为推进中国乃至世界经济的强大支柱，会变成最有前途、最有价值的专业之一。

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【参考文献】

（1）《工业设计史》

何人可编著

北京理工大学出版社

（2）《世界现代设计史》

王受之编著

中国青年出版社

（3）《产品系统设计》

吴 翔编著

篇5

（1）近三年就业率增大的专业

【专家点评】

点评内容：总的来说，职业院校的就业率好过本科院校，上表的这些专科专业就业率逐渐增大，有的原因虽跟本科专业的差不多，但最大的原因是因为高职高专在设立专业时就以社会需求和经济发展为导向，实用性、针对性、专业性都很强。以工业设计专业为例，该专业涉及到心理学、社会学、美学、人机工程学、机械构造、摄影、色彩学、方法学等，是一门将工业产品加以美化与功能化的综合性学科。因经济发展和商业竞争的需要，商家和顾客越来越重视产品的设计和包装，学科也发展成了热门专业。随着从业岗位越来越多，未来几年可能会出现求大于供的人才需求，所以就业率逐年增大。

又比如园林技术专业，它是一门研究如何应用艺术和技术手段处理自然、建筑和人类活动之间复杂关系，并使之达到和谐完美境界的一门学科。在改革开放后的我国，人们越来越重视环境布置、人与自然的和谐，城市建设和环境建设以前所未有的速度向前推进，全国各地都出现了园林景观设计的热潮。人才需求总量越来越大，就业率逐年递增也是意料之中的事。

（2）近三年就业率稳定的专业

【专家点评】

点评内容：我们先来分析出现就业率高而稳定的专业，如铁道机车车辆专业，这几年我国铁路以前所未有的速度飞速发展，人才培养因其培养周期的限制，根本跟不上行业发展速度。所以毕业生每年供不应求，出现高而稳定的就业率也就不难理解。

再来分析就业率次高而稳定的专业，如物流管理、酒店管理等专业，这些专业是前几年的热门，这几年行业发展稳定，人才需求也逐渐趋于稳定，供需之间也趋向平衡，所以出现就业率较高而稳定的态势很正常。

最后分析出现就业率相对低而稳定的专业，如护理专业，因为有了五年制本科的护理专业，三年制高职高专毕业生出路相对较差，一些毕业生可能还会到边远的城镇去就业，造成家庭条件好的和对就业地区要求高的毕业生不愿意去，部分人选择转行或有业不就，造成就业率不太高，但因现在社会需求并不少，所以出现低而稳定的就业率现象。

（3）近三年就业率波动较小的专业

【专家点评】

点评内容：我们来分析就业率高而波动小的专业，像轮机工程技术、食品生物技术等专业，这些专业的专业性很强，有的还要配备相应的实验室和实践场所。因为技术和师资的原因，不是所有学校都吃得消这些专业的，因此开设这些专业的高职高专不会很多，即使开设这些专业，其招生数量也不会很多。毕业生相对较少，而人才需求却相对稳定，所以就业率高而波动小。

我们再来分析就业率不是特别高但波动较小的专业，如旅游管理、会计、计算机应用技术等专业，因是发展多年的专业，就业需求已趋向平衡。虽然新公司和相关部门出现的就业位置并不多，但是因为人才需求总量大，因晋升、转岗、新老更替而出现的位置空缺，倒成了这些专业最主要的岗位来源。所以这些专业就业率不是特别高但波动较小。

（4）近三年就业率波动大的专业

【专家点评】

点评内容：我们来分析上表就业率波动较大的这几个专业。首先看就业率不太高，但反向波动较大的专业。这些专业因其专业性高，就业的岗位有其特殊性，如港口物流设备与自动控制专业。学生毕业后，大多在港务管理局、港务装卸公司、交通工程公司、船舶修造厂等单位从事港口物流机械的管理、使用、保养和修理工作，或者在运输、航道等部门从事技术和管理工作。而这些行业发展有很多限制和局限性，所以需求总量不会很大，达到饱和后，就业率就会呈下降态势。

再来看呈“U”（高—低—高）字型波动的这些专业，它们紧跟国内国际经济形势，整个波动跟我们国家经济形势和行业发展脉动一致，真所谓一荣俱荣一损俱损。如生化制药技术、建筑经济管理等专业，2008年就业率不错；2009年经济形势恶化，就业率也大大降低；2010年经济复苏，就业率也开始回升。

2 专业介绍及在不同大学的特色

工业设计

专业概述

培养目标：该专业主要面向产品造型设计公司和现代制造企业，培养掌握产品造型设计和机械设计的基础理论知识、电脑制作与模型首板制作技术，能运用现代设计方法与现代设计手段进行产品造型设计、结构设计、产品包装设计、传播设计与营销策划的高级技能型人才。

主要课程：机械工程学、设计素描、计算机技术、色彩构成学、造型设计基础、工程绘图与CAD、效果图技法、快速成型技术、人体工程学、工业产品设计等。

就业方向：毕业生主要面向机械制造及相关行业，从事制造技术信息化工作，即利用计算机技术进行机械产品设计、加工工艺设计、工艺装备选与设计、数控加工程序设计、模具设计、工艺组织实施、生产现场管理、产品销售与售后服务、数控设备操作等技术管理工作。

特色展示

篇6

火电厂的阀门作为一类通用的机械产品，其产品设计知识具有一般机械设计知识的特点，同时，火电厂阀门产品在结构和设计上又有不同于一般机械产品的特殊之处。因此，针对火电厂阀门产品的结构特点和设计过程，确定其产品设计的领域知识构成，构建火电厂阀门产品集成知识模型，实现火电厂阀门设计领域知识的合理表示是知识支持机制研究的前提。

1、 火电厂阀门的设计理论

火电厂的阀门为密封和副密封，一般采用密封副两平整光滑密封面相互挤压

来阻止介质通过。从理论上讲，用先进加工技术，把密封副两密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕迹非常细平，然后两密封面相互接触成为密封副，当给密封副加上外载时，在相互挤压作用下，两密封面之间细小加工痕迹被压平，两密封面之间完全接触。于是阻止介质从密封副两密封面之间通过，密封副达到密封。在现实中，无论什么先进加工技术，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕迹非常细平。因此，在实际密封面上，总是存在着因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同样用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，两密封面相互接触不可能完全面面接触。当两密封面相互接触时，首先因两密封面平面度原因，使得两密封面接触不是内边缘接触外边缘不接触，就是内边缘不接触外边缘接触，然后，在接触部分中，凸峰与凸峰接触，凹槽与凹槽形成沟槽通道。当给密封副加外载时，其作用是相互接触的凸峰产生弹性变形或塑性变形，扩大两密封面接触面积，减小沟槽通道直径，但不可能达到沟槽通道消失或两接触面完全面面接触，因为两密封面存在平面度问题和外载大小受限制问题，两密封面之间因加工精度引起的沟槽通道中，有部分沟槽通道是畅通一段距离后被凸峰阻死的，有部分沟槽通道是截面积变化大，流道小，长度长，一端接通外腔，另一端接通内腔畅通通道，那些被凸峰阻死的沟槽通道，虽然存在，但已被阻死，已达到密封效果，那些两端畅通的沟槽通道，是密封副密封与否的关键，当畅通沟槽通道直径很小，其最小直径小于介质分子直径时，密封副达到密封，此密封称绝对密封。当畅通沟槽通道有部分直径大，其最小直径大于介质分子直径时，介质可以通过这部分畅通沟槽通道由外腔流向内腔或由内腔流向外腔，但这部分畅通通道截面积变化大，流道方向变化，介质若从一端流向另一端是非常难的，其通过流量非常细小。当整个密封副畅通沟槽通道流量全部汇加起来，在规定时间内总流量小于一滴或一个气泡时，也可认为密封副已达到密封，此密封称为相对密封。

2、火电厂阀门的产品结构与设计

火电厂阀门的总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性，以及操作、制造、安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。这些要求反映在阀门设计的基础技术数据上，即所谓的“设计输入”，主要包括阀门的用途或种类、介质的工作压力、介质的工作温度、介质的理化性能等，同时对于火电厂阀门与管道的连接形式以及阀门的驱动方式也有很高的设计要求，根据使用要求和相关设计标准，确定阀门产品的总体设计要求。总体设计数据作为阀门主要结构和性能参数，导航和影响了整个产品的详细结构设计过程，决定了产品各结构参数的组成、选择和驱动。因此，可将上述参数定义为产品实例的索引属性，作为产品级实例检索与重用的依据。

3、火电厂阀门产品设计领域知识构成

阀门产品作为一类通用的机械产品，其产品设计具有一般机械产品设计的特点，同时，又必须遵循阀门行业和各自生产企业所特有的设计规范，阀门产品设计中涉及相关的工业标准、设计准则、设计经验、设计实例等多方面的设计知识。

3.1火电厂阀门产品设计的标准

火电厂阀门产品设计必须在相关的标准规范下进行，阀门产品所采用的设计标准，从标准级别来讲，可以分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标准。另外，阀门产品设计的相关标准有不同的适用范围，有些标准是适用于各类阀门产品的，如阀门的公称通径标准系列和公称压力标准系列等；有些标准是针对具体的阀门品种的，如蝶阀阀座最小流道通径标准、法兰连接蝶阀结构长度系列等。

3.2火电厂阀门产品设计经验知识

针对火电厂阀门企业而言，在长期的阀门产品设计、生产过程中，会积累大量的经验知识，这些经验知识主要体现在阀门产品的一些关键设计参数的取值，经验设计算法，具体阀门产品的典型结构和外协外购零件的供货信息等方面，经验知识有些存在于设计人员的脑海中，有些存在于已完成的产品设计实例中，往往不够集中，不够明显。火电厂阀门产品设计中的经验知识主要包括以下几个方面。其一，关键设计参数经验值在火电厂阀门产品的结构设计中，有一些关键的设计参数，如阀体壁厚、阀板厚度、蝶阀阀杆直径、蝶阀偏心尺寸等，这些参数作为阀门产品设计的重要结构参数，直接影响阀门产品的设计质量，对这些参数的设计计算，在相关标准和手册有些提供有计算公式，但很多公式也属于经验公式，由于阀门产品设计工作情况复杂，需要考虑的问题是多方面的，很难用精确的物理模型或力学模型进行描述，例如，阀体壁厚的计算是按强度进行考虑的，但对大口径的常、低压阀门，刚度成为设计的首要问题，在刚度计算模型不够精确的前提下，经验数据往往具有更大的参考价值。其二，经验设计算法在阀门产品设计时 ，一些重要零部件的关键参数需要进行设计计算或校核，在相关的阀门设计手册中，提供了相关的经验算法，另外具体的阀门生产企业在长期的实践中，也总结了特有的经验算法，如双偏心蝶阀密封锥角的计算，三偏心蝶阀锥偏角和密封锥角的确定等，在实际产品设计中发挥着重要作用，是领域设计知识的重要组成部分。其三，在典型结构阀门产品的设计长期设计经验中，企业对有些零部件积累了丰富的可选设计结构，如双偏心蝶阀的密封结构，根据密封形式的不同，可选择不同的密封结构，分别对应着不同的阀板和阀座结构。

3.3阀门产品设计知识表示

在明确火电厂阀门产品设计领域知识构成的前提下，依据阀门产品结构和设计特点，结合具体阀门产品的结构构成和设计流程，构建阀门产品设计的集成知识模型，实现设计知识的全面综合表达，是实现知识驱动的阀门产品设计的基础和前提。在产品族本体模型之下，针对特定的火电厂阀门品种，可以进一步构建详细的产品本体模型，通过对阀门产品总体结构和设计过程的研究分析发现，阀门产品设计在总体设计参数定义之下，按照设计过程确定的零部件生成顺序，零部件间在结构和尺寸参数方面具有很强的继承性和设计关联性，产品上级构件的结构形式与尺寸参数，定义或导航了下级结构构件的生成。因此，按照零部件间的装配和设计关联关系，基于设计单元构建特定阀门产品的本体模型。

4、结语：

结合火电厂阀门产品的结构特点与设计流程，明确了阀门产品设计领域知识的构成和分类，运用本体论和面向对象的思想和方法，完成了基于设计单元的火电厂阀门产品本体模型的构建，在此基础上构建了火电厂阀门产品设计的集成知识模型，实现了火电厂阀门产品领域设计知识的分层次综合表达。

篇7

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）11-0047-02

随着全球化经济的发展，现代企业间的竞争不仅只是表现在价格和质量上的竞争，更主要地体现在工业设计上的角逐。美国、意大利、德国、日本等世界先进工业国家由于重视工业设计，极大地推动了工业与经济的发展，提高了社会物质文化生活水平。在我国，工业设计引入较晚，与发达国家有较大的差距，长期以来我国的产品在世界上一直处于“一等质量、二等设计、三等价格”的局面，设计教育的水平和设计师的素质都远远不能满足国家经济发展的需求，加强和完善工业设计迫在眉睫。高职教育层次的工业设计教育主要是培养满足社会发展需要的高素质技能型设计人才。因此，工业设计高职人才培养必须以就业和市场为导向，培养学生的职业能力，把握高职教育的教学目标，深化教学改革，进行科学的课程设置和教学内容取舍，加强管理，形成特色，以培养出满足市场需求的专业型人才。

湖南铁路科技职业技术学院是教育部高职高专人才培养工作水平评估优秀高校，现设有机械工程系、机车车辆系、运输管理系、电子电气系、信息技术系、经济管理系、人文科学系7个系，思想政治课、体育课2个教学部，3大特色专业岗位群、17个专业、26个专门化方向，全日制在校生8000余人（含中职生）。机械工程系工业设计专业是学院重点建设的特色专业，为了依托机械制造产业发展，伴随株洲职教园的建立，使人才培养模式及与之相适应的教学体系满足市场对人才的需求，我们进行了深入探讨与尝试，认为应依托行业特色，凸显工业设计专业高职学生的职业能力，构建以能力为基础的项目订单任务式教学的课程体系，加强师资队伍建设，走产工学结合、校企合作的发展道路。

明确工科高职工业设计人才的培养目标

我国工业设计各岗位的人才包括高层设计管理人员、策划人员、研发设计人员（高级设计师、设计师）、助理设计人员（二次设计人员、绘图员和市场调研员）、技术人员（产品模型或样机制作人员）等，而助理设计人员和技术人员是高职教育的基本培养目标。

众多高校开办的工业设计专业多侧重产品的艺术设计、外观设计或造型设计，而市场上更需要机械工科类工业设计人才，即既能够熟练应用Rhino、3dsMax等软件进行产品外观造型设计，又能熟练掌握CAD、Pro/E软件进行产品结构设计，同时懂得如何方便开模、加工制造的现代工业产品设计技术人才（很多优秀工业设计作品往往因为无法加工实现或者开模加工成本太高而成了“概念设计”）。基于机械制造业聚集的长株潭和珠三角地区对小型机电产品、家电产品、列车内饰设计的工业设计人才的需求，充分分析了工业设计人才的结构层次，并结合市场对工业设计人才的需求与我院办学特色，我们将工业设计专业的培养目标确定为：与我国社会主义现代化建设要求相适应，德、智、体、美全面发展，具有综合职业能力，能在小型电器产品行业与企事业单位的设计部门从事家电产品设计和各类产品的创意与制作，具有造型设计、结构设计、人机工程、视觉传达设计等方面的知识和能力，在产品设计方面，具有较强的创新设计意识和审美能力，掌握产品造型与结构设计应用软件，具有产品结构造型能力，在生产、服务一线工作的高素质技能型人才。

探索工学结合、校企合作人才培养模式

我院工业设计专业在教学中力求搭建“专业+设计项目订单+设计工作室+企业指导”式的工学结合、校企合作的人才培养模式，凸显高职学生的职业能力，构建以能力为基础的项目订单任务教学的课程体系，融入企业文化意识教育，始终坚持产、学、研结合的办学机制，根据相关行（企）业的现实需要和发展趋势，合理设置、灵活调整专业结构和课程体系，开发市场化的工科高职工业设计专业（机械类）的新型人才培养方式。

依据市场对工业设计人才的知识结构和职业能力需求进行专业课程开发 根据对国内外的调研，市场上对工业设计人才职业技能的需求重点有以下几个方面：创造性地解决问题与良好的沟通能力、草图表现能力、对产品从设计制造到走向市场的全过程熟知能力、计算机辅助软件设计能力、团队合作精神与工作经验。而我院工科类高职教育的本质就是适应职业岗位群的职业能力教育。所以，教学体系的研究应该紧紧围绕如何培养这些职业能力进行。针对工科工业设计高职人才的职业能力，应实行综合化的模块式教学（即将相互关联的课程组合成若干教学模块，以利于相近课程的融合），可将其分为如下几类：（1）工业设计基础类课程模块。讲授视觉思维与要素的基本理论，分析工业设计的基本形式法则和构成、装饰、风格等视觉语言表现及在设计中的应用等。为此设置了《工业设计理论》、《视觉传达设计与计算机辅助图形设计》课程。（2）工业设计材料类课程模块。讲授工业设计材料学的基本常识及各种材料的基本性能，材料与视觉形态、结构、功能的关系，材料的热处理、加工制造技术等。为此设置了《机械制造基础》课程，并开设了相关讲座。（3）工业设计表现类课程模块。讲授制图的基本原理、规范与方法，各种材料的设计效果表现技法与效果图的绘制方法等。为此设置了《机械制图与计算机绘图》、《素描与色彩》课程，删除了申报专业之初设置的《逆向工程》课程，增加了基于工作过程系统化的计算机辅助工业设计（Rhino+3dsMax+Pro/E），进行产品结构与模型制作，且进行Pro/E软件考证。（4）工业设计方法与创意类课程模块。讲授工业设计方法的主要理论，设计元素、程序、调研、实验方法及设计评价的基本方法，经典设计作品创意案例分析等。为此设置了《产品设计程序、方法及效果图实训》课程，并开设了相关学术讲座。（5）机械加工与制造类课程模块。讲授机械加工与制造，掌握产品设计与实现结合技法，促进设计理念向真实产品转化。为此设置了《机械制造技术与机电设备控制》和《塑性成型工艺与模具设计》课程。（6）工业设计管理与实务类课程模块。讲授设计管理的基本理论及典型案例，设计市场开发、设计品牌战略和设计批评，设计事务所的有关业务知识，设计市场与消费观念及相关法律知识等。为此，开设了企业专家讲座，并开展了设计调研与实习。此外，还针对市场对人才综合能力的结构需求，整合课程结构与功能，开展基于工作过程系统化的课程改革，进行职业素质和技能训练，同时，加强学生机械加工与模具成型能力的培养，促使设计理念向真实产品转化。

改变传统教学环境，建立“设计工作室”，提升学生实训技能，丰富设计经验 我院为确保学生实训教学环节的落实，更好地开展工学结合，在校内建立了“纯隆工业设计工作室”等实训基地。其中，纯隆工业设计工作室（校企合作建立）始建于2009年，下设素描设计实训室、色彩设计实训室、计算机数字化设计中心、产品模具设计与制造分析中心、模型手工制作与快速成型中心、经典设计作品展厅等。除了承担专业课程的实践教学外，还有针对性地承接各种设计业务，并将其穿插在教学体系中，摆脱过多的虚拟设计，体现以能力为本位的教学特色，大大提升了学生的兴趣和技能。教学在工作室中开展，力争创造与企业或事业单位设计部门相同的工作环境，提前锤炼学生的设计经验，凸显学生适应市场需求的职业能力。同时，依托株洲职教园的建设与学校的大力支持，计划在2～3年内投入注册资金建成工业设计校办企业。

进一步加强合作企业群的建设，接受“设计项目订单”，开展项目任务式教学 为了更好地提升学生的工业设计综合能力，我院与多家企业有合作式订单业务（如广铁集团、南车时代株洲电力机车有限公司、广东纯隆实业有限公司、上海艾汐设计咨询、佛山市南海坚尔电器有限公司等），已经完成列车座椅设计2项，列车内部装饰设计4项，并设计完成投产电磁茶炉外观与结构设计8项，承接4项家用电扇产品设计项目以及20余项平面设计任务，年均企业横向项目进账金额20余万元人民币，并与企业达成了长期合作意向。在订单任务式教学中，利用学生团队设计出各项目方案（项目任务式教学的成果），由企业挑选、定案，并由企业生产推向市场。同时，设立了工业设计奖励基金（由合作企业群出资），奖励优秀作品学生设计团队。今后将继续开辟一定数量的合作企业群，接受工业设计项目订单，力争每位学生在校期间能够完成3～5项企业工业设计项目。

加强校企合作，建立企业设计师对工作室进行“企业指导”的长效机制 结合工业设计能力培养与师资队伍建设，我院与合作企业构建了设计师进课堂教学的长效机制，除了每学期的现场专家讲座外，还聘请专业设计师进入课堂给学生讲授一门专业课程（“百名技师进课堂”项目），讲解最新设计作品的剖析与任务教学，介绍产品由设计到面市的全部过程，以拓宽学生的视野，丰富学生的现场作业经验，全方位提升学生的实际技能。此外，还定期开展学生赴企业进行项目设计、顶岗实习等校企互动，强化学生的现场实践技能，结合项目“订单式”的培养人才要求，广泛参加国内外工业设计竞赛、机械（结构）设计大赛，提升专业形象与品牌地位，进而提升工业设计专业学生的综合职业能力。

紧密围绕市场需求培养人才，融入企业文化教育，坚持产学研结合的办学机制 国务院的《关于大力发展职业教育的决定》第十条明确提出要“大力推行工学结合、校企合作的培养模式”，并规定高职院校学生在企业实习实训时间不得少于半年。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》再次提出要“以服务为宗旨，以就业为导向，推进教育教学改革。实行工学结合、校企合作、顶岗实习的人才培养模式”。因此，工学结合教育将是今后实施教育教学改革的必然方向。高职院校学生职业意识培养的最基本途径就是走出校园，到企业中去，与企业生产、建设、管理、服务的实际相结合，实施工学结合教育模式。工学结合能使学生接触到企业第一线的真实情况，能感受到企业的文化氛围，使学生获得对企业文化的感性认识。通过这个渠道，既能提高学生的综合职业能力，又能对学生进行人文教育，有利于增强高职学生对职业岗位的适应能力。在实施工学结合教育模式的过程中，还需要不断努力探索，比如，发展更多的合作企业、开展合作项目研究将是下一步的重要工作；如何使学生在设计项目中充分发挥创意思维；纯隆工业设计工作室作为商业化设计公司如何进一步运作，更好地利用它接受学生顶岗实习；如何拓展校企合作的途径，开展更广泛的校企合作教育等等，都需要认真研究，勇于探索与实践。

加强师资队伍建设，有效提升人才培养质量

工业设计高职教育市场化学习的理念，应包括以教师为中心的职业教育思想。首先，在引进教师方面，应确立能力强的教师是市场化工业设计办学主体的观念，真正做到“不拘一格降人才”，重视教师的成长，为教师创造开展各项学术交流活动的条件。其次，教师本身必须进一步了解和钻研工业设计高职教育人才培养的模式、特征和前景，提高对高等工业设计职业教育的认识，增强责任感，自觉地在实践中学习，全面发展自己，更好地胜任教学工作。学校可以吸引国内外优秀的艺术设计人才加入到高等艺术设计职业教育的队伍中来；加强对现有教师队伍的再培养，为青年教师定方向、定目标、定措施，并根据教师的发展状况及时加以调整，使之成为工业设计职业教育的主力军。外聘教师是工业设计高职教育不可缺少的师资队伍的组成部分，也是缓解“双师型”教师数量不足的有效方法之一，应加强兼职教师的管理，建立外聘教师信息网，保持兼职教师的相对稳定性，以有利于教学质量的提高。

参考文献：

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1DFMA技术内涵

面向制造与装配的设计与精益制造、质量工程等一样，是一种设计理念。DFMA强调在产品设计的各个阶段，对产品加工、装配直至后续维护等进行综合设计和优化，提高产品的可制造性、可装配性、可维护性等。产品的可制造性、可装配性在我国的工业界一般称为结构工艺性，包括面向机加、铸造、焊接、压力成型等各种单元加工的制造工艺性以及在产品部装、总装阶段的装配工艺性、装配准确性和装配协调性等。实施DFMA的基本思想是通过减少零件数量、简化产品结构，实现减少单个零件的加工时间和总的装配时间，从而减少整个制造成本的目的。DFMA适用于任何企业和产品，尤其对飞机等大型复杂产品可以起到显著作用。实施DFMA理念的企业强调在设计过程中采用并行工程方式，以保证产品的质量能够由设计师及其他开发人员共同实现和保证。因此DFMA也被认为是并行工程的核心技术之一。

2DFMA技术的分类

DFMA强调在设计的各个阶段，尤其是设计的早期，通过建立并行工程团队，使产品设计人员能够对关于材料选择、制造工艺、装配过程、维护过程等进行同步的设计与优化，以减少制造和装配时间，从而降低生产成本，提高产品质量和可靠性。DFMA根据所达到的目标，可划分为面向制造的设计（DesignforManufacture，DFM）、面向装配的设计（DesignforAssembly，DFA）、面向测试的设计（DesignforTesting，DFT）、面向服务的设计（DesignforService，DFS）、面向环境的设计（DesignforEnvironment，DFE）等。其中DFM是根据企业自身及供应商的工艺水平和制造能力，综合考虑零件的设计对零件制造过程中材料处理、加工成型、质量检验等环节的影响，通过对材料选择、结构设计、尺寸公差等的改进和优化，使零件能够在企业已有设备资源条件下，经济、高效、高质量地制造和生产。采用DFM技术，可以在设计阶段对不同设计方案进行制造时间和成本的快速定量分析，比较与评价各种结构设计与工艺方案。设计人员根据DFM评价的结果，对零件进行及时改进设计，使零件在满足性能指标的同时，具有最好的加工工艺性。DFA是针对产品在制造过程中的装配和检验，以及维护过程中的拆卸和组装等操作，采用规划、评价、仿真等技术手段对装配结构进行分析、评价，并进一步提出改进建议。

3实施DFMA对产品的影响

DFA技术在20世纪70年代初由美国Boothroyd教授提出，其最初的目的是希望通过减少零件的数量以达到减少装配环节的目的。但是，在企业中应用DFA技术后发现，采用DFA技术最大的成果是减少了零件的数量，从而减少了零件的制造时间和成本，并进一步减少了装配时间和成本。因此，实施DFMA必须首先从产品的总体结构出发，通过材料选择、结构优化，尽可能减少零件的数量和种类，并尽可能采用标准化的零件和结构，最终实现降低加工与装配时间的目标。因此，DFMA的实施贯穿了产品设计的全过程，既包括了涉及产品总体的宏观DFM技术，如产品平台的构建、模块化设计、供应链构造等，也包括了与局部的零部件的形状、尺寸、联接方式等有关的微观层面的DFM技术。在总体或概念设计阶段，可以通过对产品总体布局的调整和优化，如采用一体化设计或模块化设计的思想，采用新型材料的功能复合部件的设计，大幅度减少零件的种类。在详细设计阶段，根据制造工艺和设备要求，对零部件的形状、连接方式等进行优化，达到减少制造难度，缩短加工与装配时间的目标。DFMA可以应用于新产品开发阶段和已有产品的改型优化中。在新产品开发中，设计师在概念设计中通过减少零部件数量、简化产品结构的方式，来保证产品的设计指标和性能要求，并使产品方便装配。在产品的改型中，设计师通过重现设计或优化已有的组件，以优化产品的性能，并简化制造和装配环节。为了最大程度地应用DFMA技术，要求设计师必须具有对制造工艺、材料等领域的相关知识，设计与工艺人员必须紧密合作以确定最佳的设计和制造方案。

4DFMA的技术方法

在具体的DFMA的实施中，通常采用以下技术方案。

•建立并行工程团队，采用设计制造一体化的设计模式。

通过建立并行工程团队，由设计与制造工艺人员等共同完成产品的设计，并对产品的材料选择、加工工艺、装配过程、检验方法、维修与维护过程等进行综合的分析。该方法也称为工程与制造同步驱动的设计（EngineeringandManufacturingDrivingDesign）。

•建立DFMA的设计准则，以手册、标准规范的形式指导设计。

总结归纳DFMA的设计准则，指导设计人员的设计。常用的设计准则包括最少零件数原则、标准化与通用化设计、易于加工的零件设计、满足经济加工能力的精度设计原则、易于装配操作的设计原则（方便定位、易于搬运、防差错设计、方便连接与紧固等）、模块化设计、便于自动化制造、便于检验的设计、稳健设计方法等。设计准则通常以手册、规范等形式发放给设计人员进行参考。

•建立DFMA的指标体系和评价准则。

实施DFMA的一项重要工作就是在对已有产品进行大量统计分析的基础上，建立适合于企业自身产品和生产特点的DFMA评价指标体系和评价准则，如典型零件的加工时间、典型的装配操作时间、材料成本、单位工时成本等。通过建立适合于企业自身产品特点和制造资源能力的评价指标体系和准则，使设计与工艺人员能够快速、准确地对产品进行评价。如最初的HitachiAEM（AssembilityEvaluationMethod）方法和BoothroydDFA方法，以及之后日本的DAC（DesignforAssemblyCost-effectiveness）、英国的Lucas以及德国的AOPD（Assembly-OrientedProductDesign），都是针对产品装配环节提出的对产品设计的评价指标和准则。BoothroydDFA方法由美国的G.Boothroyd和P.Dewhurst共同提出，该方法的基本内容与步骤如下（：1）选择装配方法（；2）计算理论最少零件数（；3）估算实际装配时间和成本（；4）计算DFA指标（；5）提出改进修改建议。上述方法根据零部件的材料、形状、装配关系等对影响装配操作的各项影响因素进行打分评价，最终通过对多个方案的比较，进行可装配性的评价。

•采用计算机辅助分析工具，对零件的形状、装配过程、制造成本等进行分析，对多种设计方案进行比较和优化。

目前常用的工具包括BDI公司的DFMA系列软件中的DFMCurrentCosting，可以实现对零件加工成本的计算，DFAProductSimplification实现对装配结构简化的分析（图1）；Galorath公司的SEERforManufacturin（gSEER-MFG）可以实现对制造成本的分析（图2）；Geometric公司的DFMPro可以实现与CAD环境集成的机加、注塑模具、钣金成型等零件进行几何可加工性的检查和分析等（图3）。

国外航空企业中DFMA的应用

DFMA技术受到各国政府和研究机构的重视，如美国DoD、DARPA、NIST、NSF、ONR等长期以来一直支持开发DFM等相关技术的研究。在许多国外大型的航空企业中DFMA技术也已经得到多年的应用，并取得了显著的效果。在洛克希德•马丁公司F-35的研制中，提出了设计时间减少50%、制造时间减少66%、加工时间减少90%、分立零件减少50%、维护支持时间减少50%等严格且苛刻的目标。因此，在F35中全面应用了大量先进的设计技术、数字化技术以及新材料、新工艺。并采用了工程与制造同步驱动的DFM的设计模式，最终实现了将零件数量减少50%，加工时间减少95%，制造成本降低50%，取消了装配紧固件和装配中的钻孔，使制造周期从15个月缩短到5个月，达到了每月17架次的生产能力。

如在波音公司，其制造过程中的一个重大难点是孔加工。以往波音公司每天大约需要加工120万个孔。而通过采用DFM的设计策略，以焊接工艺替代了原来的铆接和连接方法，不仅减少了大量孔加工的大型设备，同时还提高产品质量约20%以上。

在麦道NorthropB-2轰炸机的研制中也大量采用了基于可制造性的设计、制造一体化集成技术，降低设计和制造因返工、废品和缺陷的故障率60%，缩短研制周期50％以上。在AH64D阿帕奇直升机研制中采用了可制造性分析技术，使产品在高速切削、复合结构装配和铝合金的超塑成型加工中具有良好的结构，提高了产品的研制速度、制造质量和设备的利用率。采用DFMA软件使飞行仪表板的设计零件数从74减少到9，加工时间由305h减少到20h，装配/安装时间从149/153h缩短到8/153h，减少总成本74%。

据BDI公司对超过100家采用DFMA技术的公司的统计，采用DFMA技术可以帮助企业平均减少装配时间13%，缩短加工周期17%，减少零件数量和相关成本9%，实现在质量和可靠性方面的改进22%，缩短上市周期39%。

DFMA在我国航空工业中的应用现状

我国航空制造业正在经历快速的发展，已经在核心技术和关键零部件上取得了重大突破，并建立了包括先进材料加工、数字化柔性装配等技术在内的飞机数字化制造体系。数字化设计制造、并行工程、设计制造一体化等技术在航空企业中得到了广泛应用，基于MBD的三维数字化设计与制造、数字化预装配、制造过程仿真等先进技术的应用为企业提升设计和制造能力提供了有力的支撑。而DFMA作为并行工程的一项核心技术，也日益得到航空企业的重视。但是由于DFMA技术的应用和实施涉及到设计理论、工艺技术、制造能力、信息化基础、管理体制等诸多方面，在我国航空工业整体能力和水平与国际先进企业还存在一定差距的情况下，航空企业在实施DFMA中还存在以下的困难。

（1）设计水平和制造能力的不足制约了对设计的持续改进能力。

我国民用航空还处于起步阶段，在基础的设计理论、工艺技术和工业基础等方面还存在一定差距。在实施DFMA中，不管是根据制造能力进行设计改进，还是对改进的材料和结构采用新的制造工艺和设备，都需要坚实的设计理论和制造能力做支撑。如波音公司通过采用先进的搅拌摩擦焊技术替代了传统的铆接，从而减少了大量的孔加工；采用新型复合材料，减少了生产现场大型制造设备的使用；采用激光定位技术大量替代了传统的定位夹具和装配工具，这些都是以其雄厚的设计基础、材料技术和先进制造能力为基础的。

（2）我国航空企业还处于发展阶段，产品制造周期与制造成本等在设计中还未得到足够的重视。

我国航空企业目前面临的迫切问题依然是核心技术的突破和关键零部件的制造，技术突破和产品研发成功的紧迫性远高于对成本、周期和效率的要求。因此，尽管一些企业采用了并行工程、设计制造一体化等技术，但取得的成效极为有限。随着我国航空业的不断发展，必将逐步走入国际竞争，届时将对成本和效率有更加严格的要求。实施DFMA将是我国航空制造业发展的必然趋势。

（3）缺乏有效的手段和方法，难以保证DFMA分析的准确和科学。

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机械技术是机电控制系统最重要的基础技术。近些年来，各种新兴技术快速发展，传统机械技术也受到严峻挑战，它的主要支柱，如机械设计、制造工艺等出现了重大的变化，这些为机电控制系统的运用创造条件。

1、机械设计与制造工艺

1.1 机械设计

机械设计技术主要包括产品结构设计、工艺设计、材料选用及设计理论和方法等。目前，传统的机械设计技术和方法，已不能满足现代生产实践的需要。例如，汽轮机叶片结构设计、数控机床设计、高效节能电机设计等，一般的机械设计技术已很难实现设计要求。如高度自动化的数控机床，在生产加工中不能实施人工补偿和调整，应在设计上采用新结构、新材料，保证机床结构及工艺中的高精度、高刚度、微少热变形和良好的精度保持性。现在，设计方法已由直觉设计、经验设计发展到现代设计。设计方法是在设计的各个阶段应用先进理论和有效方法，解决设计中遇到的各类问题。现代设计涉及系统工程、仿真技术、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计(CAD）、动态载荷和模态分析等内容。它是应用现代信息技术，进行科学思维，有效利用设计方法。提高了设计的水平、设计质量和设计效率，促进了机械设计技术的高速发展。

1.2 制造工艺

（1）高效率。这是现代制造技术的一个重要特征。制造工艺的高效可缩短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工艺，一般采用三种方法：①提高切削速度。因涂层刀具、TiC硬质合金刀具、陶瓷刀具和金刚石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的线速度可达10m/s以上。②采用新的加工工艺。对一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工艺，比如在振动和加温过程中进行切削；应用激光、电火花、化学腐蚀等方法进行加工。③实行集中加工方法。加工中心等设备集各类加工于一体，在计算机控制条件下，完成对工件的各种切削加工，缩短了加工周转时间和辅助时间。

（2）高精度。精度对计算机科学、国防、航空航天、核工业、制造产业等技术领域的发展做出的贡献重大。

（3）高柔性。加工的柔性化是机械技术发展的重要方向。加工柔性化是加工品种的多样性，加工的灵活性和多适应性。各类程控、数控机床和工业机器人等高度自动化设备的出现，使柔性制造系统成为现实。柔性制造系统分为柔性制造单元、柔性制造自动线和柔性制造系统，它们都是以数控设备为基础的，以自动运储系统连接，由计算机控制的能加工多品种零部件的自动化生产系统。它的出现有力推动了机械制造工艺的发展。

制造工艺对高精度的要求，使得传统机械技术与新兴技术相结合，形成了现代机械技术的重要发展方向，即精密机械技术，包括精密加工技术和微机械技术。

2、精密加工技术与微机械技术

2.1 精密加工技术

（1）精密切削技术。目前，直接用切削方法获得高精度仍然是一种常用方法。但是，要用切削方法获得高精度和高水平的表面粗糙度，必须排除机床、刀具、工件和外界等因素的影响。比如，为了提高机床的加工精度，要求机床具有高的刚度，小的热变形和良好的抗振性能。这就要求采用更先进的技术，如空气静压轴承、精密陶瓷导轨、微驱动和微进给技术、精密定位技术、精密控制技术及其他先进技术。当然，提高机床主铀的转速也是行之有效的办法。现在超精密加工机床的转速已从每分钟几千转提高到几万转。

（2）模具成型技术。据相关资料显示，汽车、飞机、电机、仪表及家电产品的1/3以上零部件是用模具加工出来的，预计近几年产品粗加工的3/4和精加工的1/4将由模具来完成。模具成型的关键是如何提高模具本身的加工精度。它已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。电解加工工艺可以使模具达到微米级精度，并能有效地解决工件的表面质量问题。数控电火花成型机床能可靠地解决电极自动更换相重复定位精度间题，有利于复杂型腔的加工。

（3）超精密研磨技术。用于集成电路基板的硅片，其表面粗糙度要求达到1~2mm，需要进行原子级的研磨抛光。用传统的磨削、研磨和抛光等方法已很难满足。为此，采用各种新原理、新方法的超精密研磨就应运而生。比如，包括弹性发射加工和流体动压型悬浮研磨的非接触研磨；利用机械加工液，促进化学反应的机械化学研磨。这些新的研磨原理和方法，将为超精密研磨做出贡献。

（4）微细加工技术。为了满足电子元器件体积越来越小，运行频率越来越高，能量消耗越来越小的要求。日本利用超微细离子技术，在半导体上的加工精度达到了几百个埃的水平。

（5）纳米技术。它是一个多学科交叉的学科，是现代物理和先进工程技术结合的产品。纳米机械技术发展十分迅速。它能在硅片上刻写几个纳米宽的线，这表明信息存储的数据密度能提高几个数量级。

2.2 微机械技术

目前，微细加工技术已从一维、二维的平面结构发展到三维立体结构，这为微机械制作打下了良好的基础。

（1）微机械驱动技术。微机械技术能不能进入更广泛的应用范围，驱动技术是个关键。现在一般运用静电力学原理的静电动机和压电元件制成的微驱动器，其动作响应快、精度较高、易于操作。

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1 、生态设计概述

1.1生态设计是在绿色设计的概念上衍生出来的新概念。生态设计不等于绿色设计，它要求在产品开发的所有阶段各个环节都要考虑环境因素，从而使产品在生产、使用、回收的整个周期中减少对环境污染的影响，而产生的一个更具有可持续性的生产和消费的概念。

直到70年代“能源危机”爆发，人们才普遍意识到由美国设计理论家维克多q巴巴纳克在20世纪60年代提出的“绿色设计”的观点。绿色设计强调尽量减少无谓的材料消耗，重视再生材料使用的原则在产品的外观上也有体现。突出了生态意识和以环境为本的理念。

1.2正是这种整体环保的设计理念的诞生。随着生态设计理念的普及与推广，生态设计不知不觉融入到我们生活中，进而指导设计生活中方方面面的产品，在现代产品设计中设计师在做产品设计时已将这种理念体现在各个细节设计中，通过电脑模拟制图提前设计，使所设计的产品在成为成品前符合生态环保的要求。

2、设计美学与生态美学

设计是一门以技术和艺术为基础并在应用中使二者相结合的综合性学科，设计美学的研究也必然包含技术美学研究内涵。设计美学是工业时代的产物，从时间维度上来说，自从人类有了设计的意识和能力，就有了与其相关的审美活动。[ ]随着工业革命的到来，机器生产、劳动分工和商业的发展，人们审美需求的不断变化。为了适应大众不断变化的审美需求，现代设计是艺术、技术和科学的结合，集成性和跨学科性是它的本质特征。现代设计活动的复杂性和综合性，决定了设计学科的复杂性和综合性。现代设计美学应该是现代设计在审美和艺术上如何与技术结合的体现。

简单的说就是在满足艺术、技术和科学相结合的现代设计美学下，生态美学能更进一步表达出设计产品“天人合一”的美感。

3、工业产品中传统设计与生态设计

3.1 产品设计的概念

产品设计是指以工业产品为对象的造型设计，它有别于手工业产品或工艺美术品。产品设计是伴随着市场竞争的不断加剧，人们生活水平的不断提高和人类的需要不断升级而不断发展的一门综合性学科。

3.2 传统产品设计的基本原则

产品设计活动是理性与感性相结合的创造性活动，既受工业制造、技术的制约，又受经济条件的制约。产品设计不是纯艺术创作，而是在理性指导下，遵循相应的现实约束条件和基本的产品设计原则。一般来讲，有以下几个方面：[ ]

3.2.1审美原则。在设计某种产品时，不单对其用途，更重要的是ζ涿赖眯翁要进行合理规划。

3.2.2 功能原则。一件好的产品对使用者来说，主要是购买其实用功能。

3.2.3 经济性原则。物美价廉的产品总会引起消费者的关注，从来给企业带来经济效益。

3.3生态设计基本原则

主要包括以下几个方面[ ]：

3.3.1与材料相关的准则。首先要意识到产品所使用材料对环境影响，即所有材料为环保可持续再利用的材料。

3.3.2与产品结构相关的准则。产品结构设计是否合理对于材料的使用量、维护、淘汰废弃后的拆卸回收等有着重要的影响。尽量再设计中简化产品结构，采用模块化设计等。

3.3.3与制造工艺相关准则。生态制造工艺技术是保证产品绿色属性的重要内容之一。优化产品性能，采用合理工艺，减少生产过程与使用过程的污染物排放，同时还要考虑到产品废弃后的回收利用，且不产生二次污染。

通过对设计原则的分析，传统意义上的产品是依据用户对产品的功能、审美及成本要求来设计，设计者很少考虑到资源的再生利用及对生态环境的影响，同时在制造和使用过程中很少考虑产品回收，主要是以利益为目的。

4、生态设计与产品设计融合

随着环保观念的在人类社会中得到普遍认识，赋予生态美学观念的现代设计将会是未来产品设计中必不可少的组成部分，它将伴随着产品的设计、生产、使用、回收的整个过程。主要体现在如下几个方面：

2.1设计上。从一开始设计产品时就是以一种绿色环保的观念来设计的，方法也是绿色的。

2.2生产上。整个产品的用料选材，制造技术都是先进环保且节能减排的。

2.3使用上。是指在产品的生命周期里产品更经济，更节能，更高效。并减少对自然环境的影响。

2.4回收上。方便拆卸，材料又可回收利用形成一个良好的可持续性的生态系统。

5、生态设计未来趋势

生态设计是一个系统工程，所以从目前的状况来看，我国的生态设计研究尚处于刚刚起步的阶段，值得欣慰的是这种理念也慢慢被大众所重视，很好的一个例子就是2008年北京奥运的举办。“绿色奥运”理念将“绿色、科技、人文”等概念融入到奥运场馆的建设中，新材料、新技术的大量使用等。奥运作为一个契机和转折，将使我国的生态环保的理念产生一次质的飞跃。[ ]

结语：

在将来随着科技的发展，使设计的形式、品质有了更大的变化，电脑与网络技术的发展，将改变人们的设计观念及设计方式。数字化，智能化，虚拟化促使新的设计类型出现 虚拟生态设计。所谓虚拟生态设计，是通过虚拟现实来模拟产品的各个设计环节让整个设计过程更加逼真符合现实。其主要体现在运用现代科学技术原理，综合相关学科成果，致力于设计的内部与外部物质、能量循环途径的技术和措施的研究，减少不可再生资源的消耗，保护和充分利用可再生资源以及开发研究生态恢复技术。[ ]

[参考文献]：

1 刘子川 《艺术设计与美学》，[M]， 高等教育出版社，2011.1.

2 江杉 《产品设计程序与方法》，[M]， 北京理工大学出版社，2009.

篇11

中图分类号：J50 文献标识码：A

随着改革开放的进一步深入，我国制造业占国民生产总值比重已超过三分之一，占工业企业工业增加值70%以上，成为世界重要的制造大国。但是，我们必须清醒地看到，我国虽有不少产品产量已居世界前列，但产品创新带来的附加价值极低；我们挣的是廉价劳动力的血汗钱。产品创新是提高制造业价值的重要手段，它包含技术创新和设计创新两方面内容；文化创新则是设计创新的核心内容。现代西方发达国家普遍重视中国雄厚的传统文化宝藏，认为后工业时代中国将逐渐成为世界的主流。如果说前一轮国际竞争是一场以技术创新为主知识产权大战的话，那么现在美国、日本及欧洲发达国家有计划、有目的地研究我国的传统文化，正昭示着另一场以文化创新为主的知识产权大战已拉开序幕。文化创新将是我国制造业转型升级的必经之路。如果说现代工业产品制造业主要满足人们生产和生活的物质需求，那么文化衍生产品制造业主要满足人们生产和生活的精神需求。因此，文化衍生产品开发是我国未来制造业的热点。

一、文化衍生产品概念界定

文化衍生产品是文化产业与制造业融合的产物，是文化产业存在和发展的重要经济基础，也是现代制造业的重要内容。文化衍生产品是满足消费者精神需要的物化产品形态，是记载人类文明成果的物质形态和传播科学文化知识的媒介，是具有特定文化含量的消费品。从文化衍生产品所具有的精神属性的意义上说，现代文化衍生产品制造业是在社会发展到一定程度，可以满足生产力的发展、人们社会物质需求的情况下出现的，是在社会物质生产和精神生产融合的基础上出现并发展起来的。

（一）文化衍生产品与文化的关系

文化衍生产品是服务于文化产业的。换言之，文化衍生产品是对文化的一种表达，是通过对文化的不同特征的解构后产生的一种新的物化的文化产品形态。文化是文化衍生产品形成的必要条件，文化衍生产品是基于一定的文化背景借助现代制造技术才能得以形成的。这里的文化是指一个群体（可以是国家，也可以是民族、企业、家族）在一定时期内形成的思想、理念、行为、风俗、习惯、代表人物及由这个群体整体意识所显现出来的一切生产和生活活动。2008年奥运会期间，吉祥物“福娃”将中国文化很好地展现给了世界。首先是对中国传统文化符号的传播。造型方面将鱼、大熊猫、藏羚羊以及燕子等中国传统文化符号运用到形象设计中，以中国独有的方式向世界传递祝福。其次是对中国风俗文化和语言文化的传播。每个娃娃都有一个朗朗上口的名字：“贝贝”、“晶晶”、“欢炊”、“迎迎”和“妮妮”。在中国，叠音名字是孩子纯真表达事物的方式。谐音是大家含蓄表示美好愿望的方式。当把五个娃娃的名字连在一起，就能读出“北京欢迎您”的寓意。

（二）文化衍生产品与传统手工艺品的关系

文化衍生产品是由文化衍生出的主要用以满足消费者精神需求的。文化衍生产品源于传统文化（含传统手工艺）但又不同于传统手工艺品。传统手工艺品是传统文化物化的表现。工业社会之前的手工艺品是指当时劳动者为生计，就地取材，以手工生产为主的生产工具和生活用具。当今，传统生产和生活必需的工具与用具渐渐丧失其实用性，变成人们缅怀传统文化的精神消费品。文化衍生产品是根据不同地域，不同民族的文化所形成的以机械化批量生产为主要手段的现代工艺产品，主要满足消费者的精神需求。文化衍生产品与传统手工艺品是相互影响，相互促进的。不管是传统手工艺品还是文化衍生产品都不是纯艺术现象，它们服务于民众，并都代表了其区域或族群文化的风格特色。

二、文化衍生产品与现代工业产品开发设计过程的异同

（一）现代工业产品开发过程概述

现代工业产品开发设计又称为产品系统设计。现代工业产品是工业革命之后机械化大批量生产的生产工具和生活用具。产品系统设计是现代工业设计理论的重要组成部分，是工业设计与其他学科相互渗透、融合、吸纳而成的新的分支。它继承了传统手工艺“设计、制造和使用紧密结合”的优良传统，将现代工业产品当作一个整体的系统，加以认识和研究，从全局出发将各组成部分看作是子系统或要素，通过整合，建立起相互之间有机联系以及系统与外界之间的有机关系。一个完整的产品系统设计由产品概念设计、产品造型设计、产品工艺设计和产品商品化设计四部分组成，是由工业设计师、工程师和市场销售人员协同完成的系统工作（如图1所示）。产品概念设计和产品造型设计是产品形象设计的核心工作，是工业设计师的主要工作，其具体过程一般包括产品调研、设计定位、方案构思、结构设计、标识设计、产品原型（样品）制作、人机分析、材料与工艺分析、产品价值工程分析等。

产品概念设计是指从分析用户需求、现有技术、人为因素到形成产品概念的全过程。产品概念设计的首要任务是产品调研，产品调研是收集产品创新元素的过程，是最终确定未来产品文化价值和经济价值所在的过程，它包括：产品市场调研、消费者调研、技术调研、人机调研、造型规律调研、法律法规调研等。因此，产品调研是产品产品概念形成的重要途径。

产品造型设计是工业设计师在遵循实用、经济、美观、舒适安全、绿色、文化认同等美学原则的基础上，按照产品定位的既定目标对产品的形态、结构、色彩、材料等方面进行全面设计的过程。它包括：产品造型方案设计、色彩与标识设计、产品结构设计、产品原型制作、产品人机分析、产品材料与工艺分析、产品价值工程分析等几部分。

产品工艺设计是产品批量化生产之前的技术预演，是产品系统工程的关键过程。产品工艺设计由产品结构工程师和制造工艺工程师（包括技师）领衔，依据产品造型设计定案，确定产品零部件逻辑关系，设计专用件制造工艺，组织零部件装配工艺等。期间，工业设计师配合工程人员，负责设计意图的解释和造型设计方案的进一步完善。

产品商品化设计是产品批量化生产之前的市场预演，是产品实现商品化的关键过程。由于社会分工和艺术门类设计学科的发展，工业设计师不再包揽产品商品化设计工作。产品商品化设计主要由艺术设计师负责。他们遵循企业形象规范，依据销售人员的市场信息，对产品包装、广告、服务等精心设计，以平面、立体，数字多媒体等形式向消费者展销商品。

（二）文化衍生产品开发过程概述

文化衍生产品开发设计同样是一个系统设计过程，一般分为文化形象设计和衍生产品设计两大部分（见图2）。

1 文化形象设计

文化形象设计是对所要表现文化进行综合归纳，并以图形、符号、形态等可视化的方式展示的过程。文化形象设计分为文化概念设计和文化形象可视化设计两大部分。其中，文化概念设计是文化形象可视化设计的基础，是文化形象可视化设计所要表达的主要内容。

文化概念设计由文化概念调研和文化概念定位两过程组成。文化概念调研主要包括文化现象调研和消费群体调研两方面内容。文化现象调研是文化概念调研的核心工作，是文化概念定位的重要依据，决定后期文化衍生产品开发设计的正确方向。文化现象调研运用科学的研究方法，对研究对象所体现出的各种文化现象进行收集和整理，了解其形成和发展的自然和社会基础，把握其各种表现特征和运行规律。消费群体调研是对不同层次消费者对所研究文化的消费观念、消费行为和消费心理特征的调查研究，是后期文化衍生产品开发设计市场可行性的科学依据。文化概念定位是在文化概念调研的基础上对所要表现文化的总结和概括，是文化衍生产品开发设计的根本出发点。

文化形象可视化设计是文化概念的视觉传达设计。文化形象即文化概念在人们心目中的意象（文化原形），可以是现实事物的夸张变形（如动物、植物、生活用品等），也可以是人为事物的抽象形态（如神像、圣物、吉祥物等）。面对一种文化，人们心中会有丰富多彩的意象。为此，文化形象可视化设计造型要素的选择必须符合文化概念定位，表达大家都能接受的文化意象。文化形象可视化设计主要通过夸张、联想、变形、拟人等手法进行设计表现。其中“拟人化”的表现手法在现代文化形象可视化设计中最为重要。在设计创造过程中，拟人化的形态具有了一些人的基本特征，更容易在形态上赋予人的情感，给人以似曾相识亲切感，容易得到大众的认同。文化形象可视化设计应尽可能地简洁。使后期开发设计的文化衍生产品适应机械化大批量生产的需求。文化形象可视化设计的具体过程如下：

（1）充分了解文化原形的特征。对文化历史、表象、内涵等诸方面加以综合归纳，得出原形与该文化概念的最佳契合点。

（2）通过夸张、变形、拟人等艺术手法设计出文化形象的基本形态。文化原形应造型简洁、个性突出、色彩鲜艳、动作神态丰富，视觉冲击力强。

（3）根据已定的文化原形方案进行衍生形象设计，完善文化形象体系。如：丰富其形象的动作神态，增添不同的性格特征，又或者是将其衍生成为家族形式等。

2 衍生产品设计

衍生产品设计是把文化可视化形象融入礼品、纪念品、玩具、用品等物品形态的过程，是文化产业商业化的重要途径。衍生产品设计包括产品载体选择和产品造型设计两个重要过程。产品载体选择即衍生产品概念设计过程，是设计师在文化概念定位和形象设计的基础上，选择某一产品作为文化形象载体的过程。对所有备选产品的调研、定位及后期的造型设计过程与现代工业产品系统设计过程相似。

（三）文化衍生产品与一般工业产品开发设计过程的联系与区别

文化衍生产品制造行业作为现代制造业的重要组成部分，必须遵循现代工业产品开发设计的一般规律，自然离不开产品系统设计理论的指导。文化衍生产品设计只是比现代工业产品设计更大的一个系统，即在产品内部系统设计之外还兼顾文化形象设计的系统。

文化衍生产品与现代工业产品开发设计的区别主要表现为两个方面。一方面，在保证产品实用功能的前提下，文化衍生产品开发更加注重产品的精神功能开发。创新设计则侧重于产品外观造型的艺术设计；而现代工业产品开发设计则更为注重产品的实用功能开发，体现科学技术与文化艺术良好结合的精神功能，创新设计侧重于产品结构和人机界面的优化设计。另一方面，文化衍生产品开发设计系统由文化形象设计和衍生产品设计两个子系统组成；而现代工业产品开发则是对既定的产品系统进行开发设计。

三、文化衍生产品开发设计的核心工作

（一）文化衍生产品对文化概念的合理演绎

文化衍生产品是文化概念的物化表现，坚持产品形象对文化形象的正确表述。文化衍生产品设计是系统设计过程。必须保证各个环节运行的内在序列，这是由系统理论的基本属性决定的。没有对纷繁复杂的文化现象和形形的消费群体进行深入调研，就不可能形成较为全面和准确的文化概念。不从文化概念出发，文化形象设计就无法保证其科学性和合理性，文化形象就很难被大众所接受。文化衍生产品形态构思不以文化形象为原形，形态转换就无从下手且不知所终。因此，文化产业绝不是单纯的文化艺术现象，是一个较为庞大的社会系统工程。

文化衍生产品又是文化概念的再次升华，坚持产品形象对文化形象的必要创新。文化是特定人群生产和生活过程中形成的共同规范，引导并约束着新人的思维和行为方式；新人们根据自然与社会的变化，又不断地传承和发展着该文化。因此，文化形象设计结果基本符合文化概念定位的同时，又不能完全拘泥于传统的观念和形式。全球化与信息化促进了文化的交流，大家需要彼此交流的平台。文化的认同和交融，使民族化和国际化不再是水火不容的冤家。充分认识本土传统文化的魅力，发挥中国悠久传统文化的优势；冷静面对东西方文化的差异，深入分析东西方文化的共性与个性，科学地解决文化差异带来的矛盾，做好东西方文化的融合，给中国文化注入新的活力。从文化概念入手，文化衍生产品可以借鉴“国际化”的设计风格和现代文化理念来进行造型设计。意大利设计师阿莱西对文化形象产品——清宫木偶设计，遵循清宫人物的基本形制，概括和简化文化概念，对人物的形状、比例和色彩进行大胆的抽象和变形，最终取得巨大的成果。

（二）文化衍生产品材料与工艺的科学选择

材料与工艺的选择直接影响着文化形象和产品形象设计效果的表现。有些材料和工艺本身就具有特殊的文化内涵，在文化衍生产品设计时须充分兼顾这些特质。文化衍生产品设计既要兼顾产品对传统材料与工艺文化的传承，又要避免替代材料与工艺带来的文化冲突。旅游景区商铺中，粗制滥造、以次充好的纪念品问题往往出在材料与工艺的文化表述。现代文化衍生产品设计中，对材质的恰当表现能够与人的心理产生一种心灵呼应的感觉。不同的材料和加工工艺对使用者的视觉和触觉感受是不尽相同的，同时不同的消费者又有着不同的爱好倾向、心理需求和安全需求。如女性喜欢钻石般晶莹剔透的、男性喜欢青铜般雄浑厚实的材质等。当产品使用对象为儿童时，为保证儿童使用的人身安全，必须充分研究儿童的人体机能；产品材料就应该避免使用坚硬、易碎的材料（如：玻璃、金属等），选用柔韧、无毒、不易滋生细菌的材料（如：布艺、橡胶等）。设计师必须充分了解选材的物理化学、人体感觉、机械加工等特性，将产品造型尺度控制在材料各项性能的有效承受范围内，并合理选择产品结构和表面处理工艺。

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中图分类号：C35文献标识码： A

一、机械结构动态优化设计的应用概况

在机械结构动态优化设计理论中，其根本思想是按照产品功能的要求来对产品结构进行设计，或者根据机械结构需要改进的部分进行动力学建模，并做动态性分析，然后根据产品在动态性上的要求或预定的动态设计目标，进行结构的修改、再设计，以满足机械结构在动态性上的设计要求。

目前，机械结构动态优化设计已经在我国的机械行业中被广泛应用，其在汽车、航空航天、船舶行业、建筑机械等行业中均取得了重大的成果。在汽车行业中，随着社会的发展和人们需求的更新，汽车行业已经实现了客车车身轻量化的优化设计、汽车车身形态仿生的优化设计、汽车车身安全性的优化设计以及面向行人下肢碰撞保护的优化设计等目标。在航空航天行业，其作为国家科学技术综合水平和实力的体现，机械结构动态优化设计在航空航天行业得到了高度的重视，并应用到航空航天技术中每一产品的设计上。在船舶行业，我国经过自主创新研究，对潜艇外部液压舱、油船剖面、潜艇结构等方面的优化设计进行了研究，旨在提高船舶行业各研究对象的性能。与此同时，结构动态优化设计在高速公路沥青混凝土路面结构、液压缩管机模具、双层组合套管、基床结构等很多方面的优化设计上也发挥着重要的作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。

二、优化策略与流程

1.优化策略结构进行优化设计

根据设计变量的类型和求解难易程度，可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化三个层次，每个层次对应不同的设计阶段。为了实现结构设计自动化，对产品进行优化设计时：首先，根据产品功能要求建立优化目标函数，将刚度、强度等约束条件参数化，利用拓扑优化方法计算冗余材料所在单元（即要杀死的单元），并进行冗余材料边界单元和节点的遍历搜索，结合实际生产资源情况建立边界关键点，对原模型进行参数化变形设计，得到拓扑优化后的模型；然后，根据结构力学特性要求对其进行边界形状优化和尺寸参数的优化，并通过参数化驱动实现模型的更新，最终得到满足刚、强度要求的CAD模型。

2.三级优化流程

在参数优化三级优化设计过程中，拓扑优化阶段主要通过变密度法求解密度较小的单元，自动生成拓扑优化后的概念模型。形状优化阶段首先针对前期优化结果模型进行微小单元的去除，充分利用曲线拟合技术构建密度较小的冗余单元边界关键点组成的轮廓，并根据零部件生产资源情况进行边界形状的修正，通过参数化变形设计技术对原模型进行布尔减操作，得到拓扑优化后的CAD模型，将其导入CAE系统，然后通过形状优化的数学模型寻找结构的最佳边界形状或者内部几何形状，以改善其力学特性。尺寸优化阶段根据结构的受力情况确定设计变量及其变化范围，建立目标函数，然后通过遗传算法迭代求解较优的参数方案，从中选取最优方案参数来驱动模型，生成优化结果模型。方法流程如图1所示。

三、机械结构优化分析

1.机械结构的拓扑优化

过去一般机械结构优化设计主要集中在结构参数的优化和设计，而对于机械零部件的拓扑结构很少涉及。但是，随着人们对机械产品设计创新意识的提高，特别是机械产品概念设计的提出和应用，人们对结构优化设计提出了更高的要求――机械产品的结构拓扑优化设计。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi将均匀化方法应用于连续体的结构拓扑优化，推动了连续体结构的拓扑优化发展。同时，连续体结构的拓扑优化已经从平面问题扩展到板壳和三维连续体问题。另外，一些新的方法，如生物生长模拟法、密度法、泡泡法等，被提出并得到应用。目前，结构拓扑优化方法也已被工业界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些应用的实例。机械结构拓扑优化将把结构优化推到一个新的、更高的产品设计层次。

2.机械结构的形状优化

在机械零部件中，连续体结构非常多，形状比较复杂，结构分析存在一定的难度，而结构形状对机械零部件的性能影响很大。因此，机械零部件的结构形状优化可以大大提高其性能。20世纪80年代开始，机械行业开始兴起结构形状优化的研究，Haftka、Ding和Hassani进行了综述，国内外出现了许多该方面的研究成果，伊莉、钱惠林、林桥等研究了压力容器部分的结构形状优化设计；陈汝训、张东旭等研究了航空器部分零部件的结构形状优化；Schwarz研究了对应于弹塑性结构响应的拓扑与形状优化；等等。灵敏度分析是结构形状优化的关键之一，程耿东和Haftka同时提出了半解析法，并被普遍采用。机械结构的形状优化也是提高零部件机械性能的重要方法之一。

3.智能优化算法和仿生优化

算法优化算法的研究一直是优化设计的重要研究领域，特别是机械结构优化设计中一般零部件的结构分析非常复杂，有限元分析需要很长的计算时间，优化迭代次数很多。因此，机械结构优化设计对优化算法要求很高，主要要求优化算法具有强收敛性、高可靠性、强稳定性等，研究人员不断地进行优化算法的发展和改进。目前，数学规划法中一些算法（如SQP等）比较适合结构优化设计问题的求解，优化准则法也是一种有效的算法，国内也开发了一些优化设计软件包，例如大连理工大学的结构优化程序系统DDDU、华中科技大学（原华中理工大学）的优化方法程序库OPB―2等。由于现代学科之间的大量交叉，特别是人工智能、神经网络、模糊数学、不确定数学、基因遗传等理论和方法的引入，为优化算法的发展提供了新的发展空间，例如遗传算法、基于神经网络的算法、蚂蚁算法、模拟退火法等等。这些新的算法已经成功应用于优化问题的求解，用于结构优化问题的求解目前正处于研究阶段。这些算法具有很好的特性，经过研究人员的努力，一定能够在机械结构优化设计中得到推广和应用。

四、机械结构优化的发展展望

结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。近些年来，在结构优化算法方面，结构优化设计趋向于采用接近实际的复杂结构模型模拟大型结构系统，由于设计变量数目大，研究新的有效的准则优化方法受到重视，但仍有如何去解决针对各种特殊的结构优化问题建立相应的公式，解决解析推导和数值计算的实现问题；再是使用大型系统的分解优化方法，对于大型结构优化，可以按子结构分解或者进行多级分解优化，对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系，比如通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系，使得子问题的解相容，从而保证迭代收敛，问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入结构优化设计是一个较新的方向。像遗传算法，人工神经网络的方法，在近十年来被引入结构优化设计并发展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化，对发展结构近似重分析的专家系统有其独到之处。现在的问题是怎样提高优化质量、精度、加快收敛，增加方法的通用性。

拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向f}P-zo。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。

综上所述，未来，机械行业产品结构的设计、动态化的优化设计和技术的运用，还需要不断分析与探讨.只有不断完善技术力量，才能更好地跟随科技的变化而不断地进步。

参考文献：

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1.2“功能”概念的归纳总结Vermass等[19]对设计理论领域研究者和工程师们赋予“功能”的不同涵义，初步归纳为三种典型的“功能”概念内涵的理解：（1）将功能看作产品的意图行为的行为意义功能；（2）将功能看作产品的意图效果的效果意义功能；（3）将功能看作产品的设计目的的目的意义功能。行为意义功能将功能看作是产品意图的特定物理行为。主要涵盖了将功能看作输入输出流或状态间的转变的研究者。如Pahl和Beitz[1]、Ulrich和Eppingger[2]、Otto和Wood[3]、Rodenacker[9]、Welch和Dixon[10]、Umeda和Tomiyama[13]以及Stone和Wood[16]等。例如，钢笔的行为意义功能，可描述为“要使墨水从储墨袋适量地流到笔尖”。效果意义功能将功能看作是产品行为意图达成的效果。主要涵盖的研究者为Deng[14]、Lind[17]、Kitamura等[20]以及Bell等[21]。例如，钢笔的效果意义功能可描述为“要使得在纸上留下可见痕迹”。目的意义功能将功能看作是产品被设计所要达成的目的。主要涵盖研究者为Gero[12]和Chakrabarti[22]。例如，钢笔的目的意义功能可描述为“要能写”。在将“功能”概念归纳成以上三种之后，Vermaas[23]停止了进一步将概念进行统一的深入研究。他声称由于工程实践中这三种功能概念都有各自作用，最好的方式就是接受不同意义“功能”概念的并存。然而，基础概念的模糊不清，将导致设计知识交流和设计方法推广的困难，一个明晰统一的“功能”概念的确立，对于领域体系的建立和实践应用推广是非常必要的。因此，将对以上三种意义的功能进行进一步辨析，以理清统一的“功能”概念内涵。

1.3“功能”内涵辨析首先，对行为意义功能和效果意义功能进行剖析。Chandrasekaran和Josephson[11]对功能内涵的认识同时涵盖了行为意义功能和效果意义功能两方面，并对两者间的联系进行了初步探索。其研究成果有助于理清行为意义功能和效果意义功能的内涵及边界，以寻找到两者统一的方式。Chandrasekaran和Josephson将其对行为意义功能的认识命名为“以装置为中心的功能”（Device-CentricFunction），将其对效果意义功能的认识命名为“以环境为中心的功能”（Environment-CentricFunction），做出了如下描述：“装置被使用是由于某人想要装置外的某些他想要的改变发生。这样，功能的一个中心意义就在于作为（意图）效果的功能。然而，功能也经常被描述为装置的属性或行为，而并不提及装置对外部世界造成的改变。这样，功能能够描述为一个以装置为中心或者一个以环境为中心的观点，甚至是两种观点的集合。”这里的“装置”指的即是通常意义上的所设计的物理产品，这里的“环境”指的不是自然环境而是指装置所存在的场景。从其观点可以总结得出，Chandrasekaran和Josephson以物理产品本身边界为着眼点：“以装置为中心的功能”着眼于产品边界内部，将功能看作是产品本身的属性或行为。“以环境为中心的功能”着眼于产品边界外部，将功能看作产品对其所处环境中某些部分的作用效果。Chandrasekaran和Josephson同时认识到行为意义功能和效果意义功能的存在，并认为二者在设计活动中不同阶段都有重要意义——设计人员总是先对效果意义功能进行思考，根据所得结果聚焦到产品本身对行为意义功能求解。这种从着眼系统边界角度对不同意义功能的审视，对我们辨析统一三种不同意义功能有极大的启发意义。然而，Chandrasekaran和Josephson的研究中仍存在着问题：一方面，他们的研究中两种意义功能概念始终并存没有统一，同一术语用于不同内涵必定会造成思维混乱及沟通困难。功能概念需要单一意义的涵义，同时又需要一定方式涵盖目前不同设计阶段不同意义功能的作用。另一方面，虽然他们开始从系统边界的角度思考这一问题，但并没有严格按这一角度审慎思考，“以环境为中心的功能”是产品对场景中其他物或人的作用效果，概念主体并不仅限于“产品”；如果产品不变，但作用对象的属性或能力发生变化，所谓产品将产生的效果也会变化。例如，脱离了纸，钢笔的效果意义功能描述为“要使得在纸上留下可见痕迹”也就没有意义了。因此，所谓产品的“效果意义功能”实质上并不是属于产品本身的概念，而指的是由产品与其作用对象组成的系统的意图行为。因此，所谓产品的“效果意义功能”实质上指的是产品与其作用对象组成的高一层级的系统的“行为意义功能”。同理，产品的“目的意义功能”不只与产品本身行为有关，也与使用者自身能力和所在环境特性相关。产品设计的目的就是使用者在其环境中期望的状态与其当前状态有缺口，需要产品来填补。所谓产品的目的意义功能涉及到的系统边界也不仅仅是产品本身，而是使用者及其所在环境和产品共同组成的系统。例如：如果使用者本身缺乏书写能力或者环境中缺乏书写载体，钢笔的目的意义功能描述“要能写”也就没有意义了。所以，所谓产品的“目的意义功能”实质上是使用者及其环境与产品构成的更高一层级的系统的“行为意义功能”。综上所述，对一个对象进行研究首先需要界定出对象的系统边界。所谓产品的“效果意义功能”和“目的意义功能”的对象边界都逾越了产品本身，实质上属于更高层级系统的“行为意义功能”。因此，“功能”概念统一于唯一的内涵——“行为意义功能”。Vermaas所说的设计不同阶段有不同作用的三种意义功能，是这一“功能”概念在嵌套系统体系中不同层级系统对象的体现。由此，从嵌套系统不同层级边界的角度，将产品的三种意义上的功能统一为不同层次系统的行为意义功能。

1.4“功能”概念统一及层次性“功能”概念的已经统一为行为意义功能，即“意图行为”。然而，要理清“功能”内涵，需要对上述定义进行更清晰明确的阐述。Umeda等[13]将“行为”定义为状态的时序性改变。在此吸收这一定义，将“意图行为”中所述的“行为”概念看作“一定时间内事物的状态改变”。将“功能”概念详细定义为：从初始状态到最终状态所意图的时序性状态变化。设计过程中，功能不只是产品本身的属性。在设计过程的不同阶段，功能概念的主体为不同层次上不同边界范围的系统对象。（1）目的层系统目的层系统由使用者及其环境与产品共同构成。在设计产品时，开始于最高一层为目的层，在这一层以使用者为中心，考虑的是整个目的层系统应该发生怎样的行为来让使用者达到他的意图状态，即确定目的层系统的功能。（2）效果层系统效果层系统由产品及其工作环境中的作用对象共同构成。在确定目的层系统功能后，分析使用者能力、使用者环境特性，确定为了实现目的层系统功能的效果层系统应发生的从初始状态到意图状态的变化，即确定效果层系统的功能。（3）行为层系统行为层系统即产品本身。在确定效果层系统功能后，分析产品工作环境中作用对象的特性，确定为了实现效果层系统功能的产品本身应该发生的行为，即确定行为层系统的功能。三层系统的对象边界不断缩小，从目的层系统到行为层系统的过程是一个不断聚焦的过程，下层系统功能的实现是上层系统功能的必要非充分条件。“功能”概念的统一并不意味着设计理论基础已构建完备。设计活动是从人的意图映射到现实世界的一个过程，同时涉及意图域和现实域。“功能”概念出发角度为“人希望产品做到什么行为”，存在于意图域中，仅能作为意图域的基础，不足以作为涵盖全部设计活动的基础概念。传统产品设计领域研究中一直缺乏现实域的基本概念，来与“功能”共同构成设计理论的完整概念基础。而从生态心理学引入到设计领域的概念“Affordance”为解决这一问题带来了希望。

2“Affordance”概念本体构建

2.1“Affordance”概念的起源及在设计领域的引入“Affordance”概念由生态心理学家Gibson[24]基于动词“Afford”引申创造，最初阐述为“环境对动物的Affordance就是它能提供或供给给动物什么，无论好的还是坏的。”Chemero[25]对其补充说明为“Affordance是一种动物能力和环境特性间的交互关系”；Dotov[26]将其总结为环境容许的动物的行为可能。“Affordance”概念由Norman[27]引入产品设计领域。Norman一方面吸收Gibson的“Affordance”概念内涵，将其主体从动物扩展到人，将“Affordance”看作产品能对人提供的行为可能，将其定义为“实际Affordance”（PhysicalAffordance）；另一方面，Norman认为设计过程中实际存在的行为可能与人能感知到的行为可能之间有偏差，将人所感知到的产品能对其提供的行为可能定义为“感知Affordance”（PerceivedAffordance）。需要指出的是，Norman在其早期著作中，尤其是广为流传的“Thedesignofeverydaythings”[27]（中文译名：设计心理学）中，并未对上述两者之间的区别联系做出细致说明，直接将“Affordance”指向了“感知Affordance”的内涵。这使得Norman与Gibson对于“Affordance”概念描述显得大不相同，由此造成了对“Affordance”理解的两个源头，产生了一系列混乱和分歧。当今关于“Affordance”文献中，一大部分错误地将“Affordance”几乎完全归于感知的涵义，偏离了原有的内涵，即是起源于此。之后，Norman对此也有所反思，对两种他所理解的“Affordance”的涵义与联系做出了细致说明，并且做出了呼吁：“当前设计世界中，术语Affordance的涵义已经距离它原本涵义十万八千里远了，回归到原始涵义或许会给我们带来帮助[28]”。实际Affordance（PhysicalAffordance）表述的现实域中个体在其环境中的实际行为可能；感知Affordance（PerceivedAffordance）表述的是感知域中人所感知到的个体在其环境中的行为可能。这两者都对设计过程有重要影响。使用者对产品在使用环境中感知Affordance和其实际Affordance之间的感知偏差将对产品使用产生影响，从而使得设计时不只需要考虑产品的实际Affordance，还需要考虑使用者对产品的感知Affordance。因此，意图域、现实域与感知域都是设计活动中的重要组成部分。出于研究复杂度分解的考虑，本文中仅研究设计活动中意图域与现实域两者的相互关系及基础，并据此扩展产品设计基础体系。感知域的引入并进一步扩展产品设计基础体系将是未来的工作。因此，如无特别说明，本文中“Affordance”概念均围绕源于Gibson原始涵义的“实际Affordance”来论述，对纷乱的偏向感知涵义的“Affordance”概念的各种文献不予采纳。Miaer和Fadel近年来发表了一系列文章，试图在产品设计领域建立自己的基于Affordance的设计理论，立意于得到一个系统性工程设计理论及方法的替论和方法工具，以“Affordance”替代“功能”作为产品设计领域的基础概念。目前基于Affordance的设计理论还并不成熟，更不能作为企业实践中的替代方法工具。基于Affordance的设计理论中的基础和思想却可以为产品设计领域带来有益的借鉴和启发。有研究指出，“Affordance”和“功能”两者并不冲突，各自反映了产品设计活动中的一部分基础，是兼容互补的,存在协同使用的可能[33][34]。Miaer和Fadel将“Affordance”概念的主体从原始涵义的生命体引申扩展到了非生命体的装置：不只考虑产品作为人的环境一部分时，人的环境所支持的人的行为可能；也考虑人及其他装置作为所设计装置的环境一部分时，装置的环境所支持的装置的行为可能。这种扩展工作使得设计活动中更广泛的思考要素得到了覆盖，使得“Affordance”概念作为产品设计理论现实域基础成为可能。Miaer和Fadel将“Affordance”看作“两个子系统间能够发生的潜在行为”[31]。Norman表述中将“Affordance”看作产品对人支持的行为可能。这两种看法都将“Affordance”阐述成个两个个体间的关系，错误地偏离了本应表述个体与其环境间交互关系的“Affordance”概念的原始定义。综上所述，以“实际Affordance”为概念依据，将概念主体扩展到人及非生命体的装置（或者说产品），并回归到表述个体与其环境间交互关系的内涵，本文中统一明晰的“Affordance”定义即可得到。

2.2“Affordance”概念定义及层次性引入“Affordance”作为产品设计领域中现实域的基本概念，将其定义为个体（系统）在其环境中的行为可能。结合对“行为”的“状态的时序性改变”的定义，将个体（系统）的“Affordance”详细定义为环境所容许的个体（系统）初始状态到可能的最终状态的时序性状态变化。这个概念内涵的出发角度是“环境容许发生怎样的行为”，任何个体（系统）都无法脱离其环境而存在，当个体（系统）的能力或属性确定，其环境的特性确定，那么个体（系统）所能发生的行为的范围也就确定了。而这些行为可能的集合就是个体（系统）的“Affordance”。其中既包含着设计意图对应的行为可能，也包含非意图产生的行为可能，非意图行为中还有可能包含需求者不希望发生甚至是有害的行为可能。“Affordance”概念的层次性也得到了研究者的注意。Pols[35]按照“Affordance”所涉及的行为概念范围大小提出“Affordance”的层次划分，其中包括了与功能层次类似的几个层次：（1）操作机会层（manapulationopportunity）这一层级的Affordance对应人最基本的行为，如抓、推、按等。（2）效果机会层（effectopportunity）这一层级的Affordance对应基本行为作用于对象产生的行为，如打字。（3）活动机会层（activityopportunity）这一层级Affordance对应的是更高一层级的目标为导向的行为，如写文章。可以看到，这里“Affordance”的层次性与前述“功能”的层次性相比具有极大的相似性。“活动机会层”对应“目的层”，“效果机会层”对应“效果层”，“操作机会层”对应“行为层”，在层次划分上具有高度一致性。为“Affordance”与“功能”在各层级的对应比较及协同使用打下了基础。仍然以钢笔作为例子：钢笔在行为层上的Affordance不只包括“使墨水从储墨袋适量地流到笔尖”的意图行为可能，也包括“吐墨”等非意图行为的可能。钢笔在效果层上的Affordance不只包括“使得在纸上留下可见痕迹”的意图行为可能，也包括“划破纸张”等非意图行为的可能。钢笔在目的层上的Affordance不只包括“能写”的意图行为可能，也包括“能刺伤别人”等非意图行为的可能。在“Affordance”内涵理清并被引入产品设计领域作为现实域的基本概念之后，结合“功能”作为意图域的基本概念，建立产品设计领域较完整的基础体系成为可能。在此之前，需要对“功能”和“Affordance”概念进行对比，以确定两者是否有冲突、重叠或兼容问题。并剖析“功能”和“Affordance”之间的内在联系，以基于两者更全面地描述设计活动及作为新的设计理论和方法学的基础。

3“功能”和“Affordance”对比与联系

对“功能”和“Affordance”进行对比分析，两个概念间有以下区别与联系：(1)分别存在于两个“域”“功能”存在于“意图域”，出发点是“人希望做到什么行为”，表征目的性导向的“意图行为”，独立于实际结构存在。“Affordance”存在于“现实域”，出发点是“其环境容许发生怎样的行为可能”，表征客观存在的“行为可能”，必须依存于实际结构存在。“功能”和“Affordance”之间形成反馈核查的关系，既检查功能对应的特定行为是否存在于在Affordance的可能行为集中，也检查Affordance中非意图产生的其他正面或负面的可能行为对设计任务有怎样的影响。(2)对于设计活动三层系统主体都成立当前，设计活动中的嵌套系统层次开始得到研究者的关注。而本文所论述的“功能”和“Affordance”的概念主体都可以是不同边界范围的主体。本文中主要涉及“目的层”“效果层”以及“行为层”三层系统。(3)“交互模式”是联系两个概念的关键桥梁产品结构由设计求解过程为实现“功能”而得到。产品实际结构形成后就将与其所在环境产生交互，以意图的交互方式交互时得到功能对应的特定行为；但必定同时存在其他交互方式产生非意图的行为，可能是正面的也可能是负面的。“Affordance”是可能行为的集合，当一种“交互模式”确定下来的时候，集合中的一种特定行为就确定了，若这种“交互模式”是设计意图的“交互模式”则所得的特定行为就对应于“功能”的“意图行为”。(4)都适用于广义产品范畴传统上“功能”通常指“技术功能”，近年来有研究者开始意识到产品设计中对“功能”进行广义扩展的必要性。而“Affordance”内涵中也包括着对非物理性状态变化的行为可能的支持。依据本文中对于“功能”及“Affordance”的定义，其不仅适用于物理产品，也适用于包含非物理状态变化的广义产品（如包含服务部分的产品）。(5)分别着眼于系统边界内外“功能”着眼于所研究的系统对象内部的状态变化。而“Affordance”着眼于系统对象边界外所处的与其交互的环境部分对系统的支持。两者之间有互补配合作用，使得产品场景中的参与主体和影响因素不易被遗漏。

4基于Affordance和功能的产品设计基础体系

基于以上的认识，以“功能”和“Affordance”为基本概念，可以对“功能”和“Affordance”协同使用形成的产品设计理论基础体系进行如下详细阐述：对于所设计的目标个体（系统）D来说，将其存在的世界表示为W，则世界W中除去个体（系统）的其余部分，即D在W中的补集∁WD即是D的环境E。个体（系统）可以以许多种模式与其环境发生交互，每种交互模式下环境中与个体（系统）交互的主体集合是不同的，这个集合是E的子集，将其表示为Ei(i=1,2,…,n)。则D与Ei间的这种特定交互模式是与D的能力和Ei的特性相关的一个函数，表示为Mi(D,Ei)。并且D与Ei以交互模式Mi(D,Ei)发生交互时，得到的是环境E所支持的，个体（系统）D以交互模式Mi(D,Ei)所执行的“行为”，表示为Bi。这里的“行为”指的是个体（系统）D本身从初始状态S(D)b到最终状态S(D)f的时序性状态变化。因此有如下表述关系：Bi=f(S(D)bS(D)f)=F(D,Ei,Mi(D,Ei))。在物理世界W中，个体（系统）D与其环境E的所有可能的交互模式的集合为M(D,E)={M1(D,E1),M2(D,E2),…,Mi(D,Ei),…,Mn(D,En)}。与之相对应的，D在E中所有可能发生的行为集合称为D在E中的“Affordance”。可以表述为A,A={B1,B2,…,Bi,…,Bn}。如果产出的产品成功达到设计意图，则其中必定有特定某种交互模式Mf(D,Ef)对应于所设计的意图交互模式MI(D,EI)。那么在现实域中，D在E中按Mf(D,Ef)执行得到行为Bf。而Bf在意图域中对应的就是D被设计的意图行为，即D的“功能”，表述为F。而产品结构在客观世界存在后，必定不只产生特定意图行为Bf，同时还将按照非意图的某些交互模式与其环境中的某部分主体交互产生某些非意图行为。其中对设计场景中人的需求有影响的非意图行为需要纳入设计考虑范围，包括以Mp(D,Ep)交互模式产生的正面非意图行为Bp，以及以Mn(D,En)交互模式产生的负面非意图行为Bn。上述过程及“功能”与“Affordance”在两个域上的关系如图1所示。基于“功能”与“Affordance”协同使用的设计过程中，可以对“功能”所对应行为是否在“Affordance”范围内进行核查，并考虑正面非意图行为是否可以利用，以及负面非意图行为如何应对。由此，传统直线向前的产品设计过程转变为一个有明确理论基础的可以反馈迭代的动态过程。按照产品设计活动不同步骤所涉及系统边界的层次性进行划分，上文所述的个体（系统）D实际上可以是目的层系统So，效果层系统Se，以及行为层系统Sb。目的层系统So指的是使用者、产品和受使用者或产品作用的环境主体所构成的整个系统。效果层系统Se指的是产品和产品的作用主体所构成的整个系统。行为层系统Sb指的就是产品本身的整个系统。设计求解分析时，是从高层级到低层级，按SoSeSb的顺序逐级聚焦缩小未知范围；产品结构产生后，是从低层级到高层级，按SbSeSo的顺序逐级核查每一层的意图行为是否做到，有怎样的非意图行为产生。设计求解分析第一步以目的层系统So及其环境为对象。在目的层上，所针对的对象是由使用者、产品和与使用者期望改变的环境组成所构成的整个系统。目标是实现整个系统从初始现状到期望的未来状态的转变。约束条件是系统外整个环境对系统提供怎样的支持。在So中所需做的是：①明晰所期望的使用者及其所处环境的未来状态；②明晰使用者及其所处环境的初始现状；③明晰使用者能力，其环境对使用者的支持；④明晰使用者环境组成的特性。经此过程聚焦到实现意图所缺失的部分，也就是需要产品作用产生效果的地方。由此，按照SoSe顺序进入效果层系统的考量。效果层系统Se中，求解分析时考量的因素有：①产品；②产品的作用对象；③效果层系统初始现状；④期望的效果层系统未来状态；⑤系统外环境对系统各部分的支持可能。其中唯一未知量的是产品，通过对其他几点分析，产品本身应该产生的行为得以确定。由此，按照SeSb顺序进入行为系统考量，寻求产品结构的确定。行为层系统Sb中，考量的因素有：①产品结构；②产品初始现状；③期望的产品未来状态；④产品环境对产品的支持。如果产品初始状态与期望未来状态间的差值很短，则设计人员依据其经验及知识库能直接设计出具体的结构。而通常初始状态与期望未来状态的差值较长，因此需要在产品内部再逐层分解为更低层级的系统，将产品较长的状态差值分解为一小段一小段较短的状态差值，直至分解到某一小部分简单至设计人员可直觉想到具体结构。再将所得各部分方案组合起来，得到整个产品的结构。以上从最高层到最底层的整个过程从意图域出发，从“需要做什么”的角度分析得到求解结果。现实域中，任何个体都受其所在环境的制约，需要从“环境容许做什么”的角度考虑个体的行为可能（即Affordance）的范围。因此，上述在意图域中逐级向下得到产品结构后，还需要在现实域中逐级向上地核查。将每一层系统的功能与Affordance进行核查对比，每一层都可能出现以下几种情况：①意图行为不在可能行为范围里；Bf∉A；②可能行为中有预料外的有利行为Bp；③可能行为中有预料外的有害行为Bn；如果意图行为不在可能行为范围里，则表示这一层系统的结构并不能产出期望的状态变化，说明这一层系统的设计出现错误。需要从这一层级开始重新进行设计过程，或者在已有结构基础上针对现有缺失添加新的设计子任务对产品进行改造。如果在可能行为中发现预料外的有利行为Bp，则表示产品按特定交互模式MG(D,EG)产生的行为对使用者也有价值。可以考虑将该有利行为规范化为产品的另一功能。如果在可能行为中发现预料外的有害行为Bn，则表示产品按特定交互模式MB(D,EB)产生对使用者有害甚至造成危险的行为。则必须从这一层级重新进行设计以避免Bn出现，或者添加新的设计子任务来应对、限制或处理这一有害行为。逐层向上核查的过程中，不仅包括上述每一层中意图域和现实域的比较，也包括SbSeSo层级间状态变化的核查：①在行为层系统分解的每一部分功能都能实现，但行为层系统整体功能未实现，说明分解出错，应返回这一步迭代。②当整个行为层系统的功能达成、但效果层系统的功能并未达成时，说明对产品作用对象的特性及其环境支持分析有误，应返回这一步迭代。③当整个效果层系统的功能达成、但目的层系统的功能并未达成时，说明对使用者的需求认识或对使用者能力及其环境特性分析有误，应返回这一步迭代。每一步迭代过程，或者在已有的设计成果基础上添加设计子任务来弥补偏差，或者进行重新设计。综上所述，得到一个从目的层系统到行为层系统逐级向下分析求解，再从行为层系统到目的层系统由底向上核查验证，在意图域和现实域间迭代演进的产品设计过程（如图2）。

5手提式吸尘器实例演示

以手提式吸尘器为例，对上述“功能”和“Affordance”协同使用的由上到下再由底向上的设计过程进行直观具体的介绍。手提式吸尘器的设计来源于家居场景或车载场景下人对于自身环境中碎屑（或者说灰尘）进行移除的需求。首先按系统层级由上到下对手提式吸尘器各层级功能进行逐级求解分析：（1）目的层系统求解分析目的层系统在初始状态下包括使用者和碎屑，未来期望状态下包括人、手提式吸尘器产品，以及位移后的碎屑。目的层系统功能为完成人期望的对碎屑的移除。目的层系统环境为一般家居场景或车载场景。因此，手提式吸尘器作用对象为碎屑，使用主体为人，本身结构为未知的求解对象。因此，首先对人的能力和作用对象碎屑的特性进行分析。人需要做到的是发现碎屑，收集碎屑，转移收集后的碎屑，丢弃收集后的碎屑。碎屑一般大小为毫米至厘米级，大多处于干燥环境中，一般无毒性或腐蚀性，重量较轻，一般无磁性，受吸力后可在空中短暂漂浮。以健全的正常人为目标客户群体的情况下，人仅依靠自己能力所不能完成的是收集碎屑的环节，此即是所设计的产品应该弥补的部分。（2）效果层系统求解分析效果层系统由手提式吸尘器和碎屑共同构成。效果层系统功能即是收集、储存和释放收集后的碎屑。系统主体中碎屑已知，手提式吸尘器为待求未知部分。效果层系统环境中可获得人的能力支持和电力来源。根据所作用碎屑的特性，选择通过电能转化成风能将碎屑吸起并聚集。并由人将收集后的碎屑转移和丢弃。手提式吸尘器本身实现的部分是提供聚集方法和可释放的密闭存储空间。（3）行为层系统求解分析行为层系统由手提式吸尘器产品本身构成。行为层系统功能为提供吸力、引导通道和可释放的存储空间。为了在行为层系统的环境中实现移除碎屑的效果，手提式吸尘器本身结构需要实现吸入、引导、存储和释放的动作。从电能到风能的转换也是需要实现的动作。通过上述过程，明确了与人的目的需求相一致的手提式吸尘器结构的细分设计子任务。对每个简单的子任务进行求解，就得到了初步的手提式吸尘器主干框架。得到主干框架后，接下来需要从系统层级由下到上核查各层级功能是否在其环境容许的Affordance范围之内，以及对可能的非意图行为进行分析：（4）行为层系统Affordance核查手提式吸尘器行为层系统Affordance主要涉及的环境中的交互主体包括能量源、使用者、空气以及温度。通过手提式吸尘器行为层系统Affordance的核查，一方面可以分析手提式吸尘器本身是否能够按意图运转，另一方面可以探索手提式吸尘器本身可能发生怎样的非意图行为。家居场景或车载场景下可获得能量源为电能。电能可以转换为机械转动能，机械转动能再转换为风能。手提式吸尘器行为层系统Affordance中同时包含了转换过程中不可避免产生废热、噪声等能量的非意图行为，从而产生对其应对处理的新的设计子任务。手提式吸尘器的风能的形成及正常运转需要处于合适气体气压环境以及合适的温度环境之中。若所处环境不满足工作环境要求，则吸尘器需要实现加大功率或保温隔热等设计子任务予以应对，才能使其功能对应行为处于Affordance的可能实现范围之内。手提式吸尘器的运转还需要使用者对能量输入开关及控制的操作，以及需要使用者在释放存储部件时提供力。家居场景或车载场景下目标使用者为健全的正常人，具有上述动作的行为能力，但使用者必须按照所设计的人与物之间意图交互方式进行操作，才能实现上述行为。而Affordance中包含了按照非意图交互方式操作损坏吸尘器的行为可能。由此产生了将意图交互方式以使用说明书或教育服务的方式明确传达给使用者的新的设计子任务，以及对损坏后的吸尘器提供维修服务来应对的新的设计子任务。（5）效果层系统Affordance核查效果层系统Affordance中包括了吸尘器通过风能收集碎屑的过程中不可避免的空气和碎屑混杂的非意图行为。为应对此种非意图行为，需要在手提式吸尘器中设置滤网来实现空气与碎屑的分离，这成为吸尘器结构设计任务的重要组成部分。效果层系统Affordance由产品本身与其环境的支持作用及碎屑与碎屑环境的支持作用共同影响。首先验证当手提式吸尘器被添加作为碎屑新环境的一部分时，对碎屑的意图作用效果是否在Affordance范围之内。若答案是否定的，则需重新进行设计过程或添加设计子任务对产品进行改造。此外，吸尘器对碎屑作用的实现需要使用者携带、移动以及识别碎屑所在处并且将吸尘器对准碎屑。这一方面对吸尘器的重量和大小的设计子任务提出了要求。另一方面若目标使用者不具备以上全部能力时，还需要为产品添加新的设计子任务以弥补这些能力缺陷。例如若使用者为盲人、行动不便或无法负重人群时，则要设计的吸尘器还需要有自主识别发现灰尘和自主移动的能力。（6）目的层系统Affordance核查手提式吸尘器目的层系统功能的达成不仅与效果层系统的实现有关，也与需求者本身及其环境有关。即使效果层系统功能完全得以实现，也可能因需求者自身状态变化，或者其环境其他部分变化，或者设计者没有完全获取需求信息而导致目的层系统功能没能得以实现。效果层系统功能实现情况下的目的层系统Affordance中，目的层系统功能对应行为是否在其中尚需验证，若答案是否定的，则说明设计人员对使用者的需求认识有偏差。需要对需求重新认知后，重新进行设计过程，或基于已有产品结构添加新的设计子任务以针对现有偏差完成改造。手提式吸尘器一旦存在于使用者所处场景中，就带来了目的层系统层级的非意图行为。例如，手提式吸尘器运转可能带来的噪声，为需求者带来了对噪声进行处理或避免的应对需求，需要对应进行设计。又如，产品作为环境布局的一部分，可能带来整体美感的破坏，因此需要对产品外观美学进行设计以对此进行应对。同时，作为社交场景下可被评论的对象，可能由客人的评价为使用者带来优越感或羞愧感。因此需要对产品进行价值观引导（品牌打造等）予以应对。这些部分都属于广义上产品设计任务的组成部分。（7）设计过程迭代上述设计过程首先从上至下对产品主干结构进行初步设计，然后由底向上对每一层进行核查。核查中发现的功能未处于Affordance范围内或非意图行为需应对的情况，都将产生新的设计子任务，而对原始产品结构进行添加或更改。而每个新的设计子任务都可以按照上述从上到下再由底向上的过程进行，然后根据核查产生的设计子任务的子任务再迭代进行这一过程。经过多次迭代，直到产品能完成所有客户显性需求及基本需求并且不带来损害时，确定产品的一个初步方案。此时并不意味着设计的结束，按照上述过程从不同的求解思路产生出数个初步方案。并按照市场及公司战略的要求从中选取出理论上的最佳方案。此时依然不代表着设计的结束，上述过程中Affordance核查环节实际上是设计人员站在使用者所处环境从Affordance角度考虑的思维过程，由于人不能认知全部现实，难免会有偏差及遗漏。因此，选出的初步最佳方案后需要实际交付给使用者，在其真实使用环境中进行试用。根据实际使用环境中Affordance的核查得到未预料到的结果反馈，从而产生新的设计子任务，对产品进行调整。再迭代进行数次该过程，不断扩大使用者试用范围，最终得到调整完善的产品结构。至此，完成整个设计过程。

6总结与展望