1、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
2、：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
3、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
4、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
5、 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
6、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
7、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。第 1 章 产品设计规范及进程 3详细设计的步骤一般由总装草图
8、分拆成部件、零件草图，经审核无误后，再由零件工作图、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、
9、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
10、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Pro/ENGINEER 中文野火版 2.0 教程产品
11、设计4概率。 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
12、 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
13、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
14、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 综第 1 章 产品设计规范及进程 5合 最 优 。 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
15、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
16、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 。
