机械产品概念设计及其方法探讨

　　摘要：随着机械产品的广泛应用，概念设计成为新名词。本文简要阐述概念设计的内容并分析设计方法。

　　关键词：概念设计;机械产品;

　　一 机械产品设计的重要性和关键步骤

　　产品设计作为生产的预备环节受到外界的高度重视，只有提高设计水平方可增强竞争力，设计的首要任务在于创新，引领市场潮流，满足用户需要，稳固市场地位。

　　(1)机械产品设计过程的主要步骤

　　虽然机械产品概念设计方法多样，但实际上是指设计的理论方式不同。目前，描述机械产品概念设计的文献资料数不胜数，例如：Benz等人提出产品设计主要分为制定目标、概念设计、确定技术方案以及工程实施四个方面;Koller等人提出产品设计主要分为外观、性能、定量以及定性四个方面;邹慧君等人讲述产品设计主要分为规划、方案、具体以及完善四个方面。综上所述，产品设计主要以性能为主。

　　(2)概念设计在设计过程中的地位

　　所谓概念设计是指以非具体的形式构建设计方案，而并非构建出产品实体，本文将概念设计主要分为规划、性能等内容。

　　二 概念设计内涵的深刻性

　　Palh最初讲述概念设计的内容，然后大量的研究人员开始探索概念设计并明确定义为：确定设计目标后，利用虚拟的方式探索产品的内在机理以及组成部分并寻找解决方案。

　　Frence等人将概念设计定义为：确定设计目的以及约束条件后构建出框架结构，此流程要求设计人员具备较强的专业水准，但能够有效增强产品功能。概念设计不仅单独的涉及知识，还包括工程学、加工工艺等，属于各个领域的知识集合。所谓框架结构是指设计的大致方向，产品的大致功能以及组成部分，将其合理组成后分析产品设计的经济成本、性能、质量等内容，我们只需大致描述产品信息而不需要具体到细节。

　　综上所述，概念设计不同于传统设计，其对于产品的制造以及功能实现等环节提出较高的要求，针对其中的工作原理探索解决方案并最终得出创造性构思，满足技术以及经济要求且无限接近于最优方案，此流程要求工作人员了解制造技术、相关领域理论以及商务知识。本文将概念设计的特征概括为三点：

　　(1)创新性

　　设计的首要目标是具有创新性，突破传统的限制，研究先进的功能，降低经济成本，提高市场竞争力。所谓创新，并非仅仅是指单一的外观创新，而是包括功能、结构、成本等多个方面，实现多层面最佳方案组合。

　　(2)多样性

　　概念設计并非具体某一环节的详细方式，而是构建出可行的设计方案并实现预期的功能要求，由于人员的水平以及思维差异，概念设计方法也有所不同，从而在功能载体的设计上产生完全不同的解决方案，例如电子表与机械表。

　　(3)层次性

　　任何过程都应具有条理性，概念设计分为功能以及结构两个层面，并将功能与结构相匹配，单一的结构改变停留于结构层，单一的功能创造停留于功能层，但层次之间依然具有联系。以自行车为例，自行车功能在于前行，手把功能在于调整方向，脚踏板的作用是动力输出。综上所述，概念设计分为三个部分：功能设计、机理研究、方案制定。

　　概念设计属于产品设计的准备步骤，只有提高概念设计水平，才可提高产品实际性能。如今，计算机技术的强大功能使得概念设计更加完善，通过智能化手段开发产品性能并探究内在理论。

　　三 机械产品的概念设计

　　本文将机械产品的概念设计概括为三方面：

　　(1)功能设计

　　第一，企业根据市场动向以及消费者需求，采用计算机技术进行分析，并得出相关结论，找出关键因素，突破传统束缚，开发新功能，为功能设计提供数据基础。第二，将总体功能设计拆分为具体部分功能。第三，确定子功能的连接并展开设计。

　　(2)工艺设计

　　要想实际满足产品性能，则必须依靠实际工艺流程，因此工艺设计是重中之重，与功能设计类似，工艺设计也需拆分为各个子工艺，将子功能与子工艺相匹配，例如：电风扇工作阶段分为翻转、上下移动、左右移动等，又例如装盒机分为纸盒成型、纸盒传送、压盖、封盖等，分别挤压、传送链移动、机械臂翻折等动作，不同的工艺完成有不同的动作，从而实现不同的机械功能。

　　(3)方案设计

　　要想实现工艺则必须设计相关机构，因此产品的整体设计依然落实在运动设计，其中运动设计分为动力、传动以及执行三类。随着智能化技术的发展，传动机构以及执行机构已经合为一体，并且部分机构拥有双重功能，所以概念设计中常常将二者统一。与传统的单纯机械传动机构不同，如今绝大部分机械产品均为机械电子产品，利用电子技术提高产品性能，但设计流程并无差异。本文将机械电子产品的概念设计分为三类：功能设计、运动设计以及机电系统设计。

　　四 产品智能化概念设计研究内容和方法

　　智能化技术的出现为概念设计提供无限可能，本文将智能化机械产品概念设计的内容阐述如下：

　　(1)内容

　　第一，构建产品功能库以将产品结构更好地呈现给设计人员，便于设计人员根据以往设计经验来实现产品创新。

　　第二，构建载体库，统计载体并提供给设计人员，使其根据载体性能开展设计构思，根据当前已有性能来创新更为先进的功能，使产品趋近完美。

　　第三，由于概念设计强调设计人员的逻辑思维，需要结合产品内部性能与结构的联系推导设计方案，推导方法多样，例如：实物推导，经验推导等

　　第四，评价是检验产品质量的关键，由于产品的性能以及构造差异，不同产品的评价方式有所不同，但评价方向大体一致。通常情况下，将产品分为机械与机械电子两类，再细化为动力、执行、经济等多种性能指标，根据不同指标制定不同的评价体系，构建体系时需强调完整性以及合理性，如果设计过程出现多种方案，则设计人员应从多种角度考虑选用最优参数组合，价值工程法、系统工程评价等手段均能取得较好的效果。

　　(2)智能化概念设计研究方法

　　所谓智能化设计，必须凸显智能技术，因而需要计算机技术完成人工劳动。

　　第一，功能是某个结构需要完成的目标，属于非具体形式，利用多种构建的相互联系实现工艺行为，将功能与结构的对应关系不断细化，进而制定具体的实施方案。

　　第二，将载体存储于智能库，当需要某种功能时将其提取，拓宽设计人员的思维。

　　第三，采用一定数量的样本推导功能到行为的过程，一旦细化至结构层面，会发现多种结构能够实现同一类功能，体现出设计多样性，再添加行为层面，使系统自动识别以及创造，辅助设计人员实施设计。

　　结论

　　概念设计的优势在于提高产品质量、降低成本等，可以有效解决国内机械产品质量差，机械行业难以进入国际舞台的问题，因而重视产品概念设计是今后研究的重点，在此背景下，本文提出智能化设计方式，以期推动机械行业蓬勃发展。

　　参考文献

　　[1]刘征宏. 面向产品概念设计的隐性知识转化模型构建及重用研究[D].贵州大学，2016.

　　[2]吴凡超. 机电产品需求获取和概念设计研究[D].杭州电子科技大学，2016.

　　作者：韦可

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文章名称： 机械产品概念设计及其方法探讨

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