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设计方法范文第1篇
智能且长期的解决方案
在良好的设计实践和公司业务之间保持平衡以保护公司未来的发展，是一个充满挑战的过程。以前，电子设计人员通过洞察本行业将要发生转变的时机并在成为开发人员和系统架构师之前首先成为精明的生意人来保持其竞争优势。然而技术创新一直不断地推动着设计工艺的发展，在其成为主流技术之前仍然必须被行业广为接受才行。
发生变化的是所有这些创新所带来的复杂程度。电子产品设计更为成熟，产品技术市场化的动力增加了。压力不仅仅来自于应对这种日益增加的复杂性，而且还来自于寻找到更为智能且长期的解决方案，以保持这种竞争优势并保护这种增长性。
改变设计方法
由于微处理器的出现，许多改进使得产品具有更小的体积、更快的速度，而设计的复杂程度也随之增加。由此带来的结果是设计电子产品不再是一件容易的事情――现已成为一个如何创新地管理不断增长的设计复杂程度的问题。不幸的是，电子设计和开发工具并未经历如此空前快速的变化。昔日的解决方案已不能满足我们的需要，而今天的设计方法即将达到收益递减点。
我们面临的危险情况是：对复杂性的管理已经转移了我们进行创新设计的注意力。这种影响是多重的，因为当前可用的器件技术和市场需求一并将我们转移到现有的设计方法和工具可扩展性之外。寻遍现有选项，我们仅有几种选择，其中的大多数并不依赖于对未来增长或增长潜力的任何形式保护。提高现有工具的特性集只会使集成过程更为复杂和困难，而雇佣具有适当技能的工程师费钱又耗时。
着手电子开发重新评估为时过晚。也许，最大的障碍是在我们的心里，还有就是我们如何感知硬件和软件之间的差异。
一切归结：软件问题
解决方案的复杂开发问题在于通过隐藏设计器的复杂程度，提高板级工程师们进行设计工作的抽象级别。于是，可以全新的方法来处理较大的系统，并且不会延长相同集成电路的开发时间，如：在板级和简化软件工程师们开发工作的高级编程语言级别上降低复杂性所带来的那样。其中的创新也就是将集中于硬件上的注意力转到软件上来，而开发时间并未因此而延长。
由于硬件同软件之间的界线日益一体化，从而使得设计不再是单独地基于硬件。通过使作为物理硬件的组成部分被一次性集成至器件中的东西，成为现在的可编程部分，低成本、高容量的FPGA便具有了改变我们设计方法的潜力。这种“软设计”将注意力集中在电子产品开发上，因此符合逻辑，其将器件智能分离于被编程的物理硬件，并且避免了许多长久以来同依赖硬件的解决方案有关的电子陷阱，例如，无法轻易在开发末期作任何改变。
于是，同硬件结合的软件就成为新型统一设计范例的一个固有部分。诸多可重新配置硬件平台正推动对电子开发范例进行重新定义，并说明了“软设计”潜力日益增长的重要性。
电子产品的进化见证了分立器件使微处理器直至FPGA成为可能。最近可编程硬件的大发展具有将更为一体化的概念扩展到更广泛的电子产品应用的潜力。
以一种新视角看待硬件
此类方法可以让我们探索许多现有技术以外的技术，而所需要的就是一个合适的设计环境。到目前为止，对于电子设计的观点并未统一，并且都将注意力集中于器件，因此开发工具发展也是遵循这一模式。一般的印刷电路板设计观点均是基于选择配置在其上面的处理器或FPGA。例如，使用传统的硬件方法和工具，并且不用经过重写低级代码或带入高效运算法则这一不可避免和令人痛苦的过程时，尝试提升系统的性能。这样做既费时又费钱。但是到目前为止，硬件平台(即合并所有预构建电路，包括微处理器和逻辑芯片)的设计已成为一个独立于实际器件智能创建的过程。
采用“软”方式带来了一些主要优点，例如，更全面的设计同步、设计复用和一个统一的方法。由于设计人员可以在不必构建硬件来支持设计功能性并且不必对其做太多考虑的情况下，混用其硬件及软件方法，因此更高一层次的抽象和设计自动控制可以得到较为高效的运用。在软件开发工作开始之前，不再需要“固定”硬件平台设计，也不再需要在一个紧促的开发周期内费时费力地做一些微小的改动。取而代之的是一个互动的设计方法，在不增加设计时间情况下容许进行多次试验及开发的种种“如果”假定。注意力、努力及资源可以转移到更高一层次的设计实践中，而这才是其价值所在。实现这一研发过程所须的只是合适的设计环境。
尽可能通用的解决方案
设计方法范文第2篇
中图分类号: D26文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(a)-0000
1 引言
在设计这个行业里，有很多优秀的设计师，他的思维想象力有时是超乎常人的，我们经常会为他们想象力而惊叹，当然对于有些人来说有是先天因素——天赋，对于大多数人来讲，掌握和学习正确的思维方法，就像找到了一把钥匙，就像插上了一双翅膀，去开拓无限的想象空间。
2 思维形式
思维是人类高级智慧产生的根源。思维形式，思维借以实现的形式。从思维的形式来讲，人类的思维形式主要有形象思维、抽象思维、直觉思维、逻辑思维。
2.1 形象思维
形象思维是对形象信息传递的客观形象体系进行感受、储存的基础上，结合主观的认识和情感进行识别（包括审美判断和科学判断等），并用一定的形式、手段和工具（包括文学语言、绘画线条色彩、音响节奏旋律及操作工具等）创造和描述形象（包括艺术形象和科学形象）的一种基本的思维形式。
形象思维是人类能动地认识和反映世界的基本形式之一，也是艺术创作的主要思维方式，是人类通过感知形象，即视觉、听觉、触觉对外界进行认知，进而对色彩、线条、形状、声音、结构、质感等表象进行分析、综合、分解、提取、整合其内涵属性关系，
再而进行联想、想象和结构性的重组，创造出完整的新形象。
形象思维具有具体性、细节性、直观性、可感性的特点。
2.2 抽象思维
抽象思维是运用一定的概念来进行判断、推理和论证的一种思维形式。
而形象思维是运用一定的形象来感知、把握和认识事物，也就是通过具体、感性的形象来达到对事物本质规律认识的一种思维形式，这也是两者本质的区别。
抽象思维主要应用于哲学、社会科学、自然科学等领域，侧重于理论研究与逻辑推理。
但是，科学研究中抽象思维常有形象思维伴随一样，在艺术设计创作中形象思维也常有抽象思维伴随。例如在创作中体裁的选择、主题的提炼、结构的安排等。
抽象思维是用概念来代表现实的事物，而不是象形象思维那样用感知的图画来代表现实的事物；抽象思维是用概念间的关系来代表现实的事物之间的联系，而不是象形象思维那样用图画的变换来代表现实的事物之间的联系。这为人类超越自己的感官去认清或者更加宏观或者更加微观或者更加快速变化的世界提供了可能性。但是，如果没有抽象思维的准确性，即不能准确界定概念和概念与概念间的关系，这种可能性就无法变成现实性。因此，准确地形成概念以及概念间的关系是抽象思维方法的最基本的规则。
2.3 直觉思维
直觉思维又被称为灵感思维，是指在创造活动中，人的大脑皮质高度兴奋时的一种特殊的心里状态和思维形式，它是在一定的抽象思维或形象思维的基础上，突如其来地产生出新概念或新意象的顿悟式思维形式。
直觉思维是在坚实的理论基础、敏锐的观察力、丰富的经验与高度的概括力及形象、逻辑思维积累的基础上，凭人类的知觉用猜测、跳跃、压缩思维过程进行的快速思维方法。
2.4 逻辑思维
逻辑思维是人们在认识过程中借助于概念、判断、推理反映现实的过程。它与形象思维不同，是用科学的抽象概念、范畴揭示事物的本质，表达认识现实的结果。逻辑思维是一种确定的，而不是模棱两可的；前后一贯的，而不是自相矛盾的；有条理、有根据的思维。
可以在设计中运用某些概念、推理中反应的数据、尺度、比例等等因素，为实现设计中要求的科学性、准确性提供依据和方法。
3 思维方法
3.1发散思维方法
发散思维，又称辐射思维、放射思维、扩散思维或求异思维，是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状。如“一题多解”、“一事多写”、“一物多用”等方式，培养发散思维能力。 不少心理学家认为，发散思维是创造性思维的最主要的特点，是测定创造力的主要标志之一。
3.2收敛思维方法
收敛思维又称“聚合思维”、“求同思维”、“辐集思维”或“集中思维”。特点是使思维始终集中于同一方向，使思维条理化、简明化、逻辑化、规律化。收敛思维与发散思维，如同“一个钱币的两面”，是对立的统一，具有互补性，不可偏废。实践证明：在教学中，既重视培养学生发散思维，又重视收敛思维的培养，才能较好地促进学生思维发展，提高学习能力，培养高素质人才。
3.3逆向思维方法
逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，树立新思想，创立新形象。当大家都朝着一个固定的思维方向思考问题时，而你却独自朝相反的方向思索，这样的思维方式就叫逆向思维。人们习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法。其实，对于某些问题，尤其是一些特殊问题，从结论往回推，倒过来思考，从求解回到已知条件，反过去想或许会使问题简单化
3.4联想思维方法
是一种很容易掌握思维方法，能够很有效帮助我们创造新的形象，它的可以通过接近联想，比如坐上火车，就能想到到站的情景；相似联想，比如看到一条玩具鱼，就会想到水里游来游去的鱼群。对比联想，这是一种差异化的联想，反差很大，比如看到红色，想到绿色。因果联想，比如看到一粒豆子，就想到它破土发芽。
参考文献
[1] 马尔科姆．克累格《看清你的思维图谱》.
作者简介： 吴巍，女，东北石油大学秦皇岛分校建工系讲师，主要从事建筑装饰及平面设计方面的教学和研究。
李娜，女，黑龙江齐齐哈尔人。大庆石油学院应用技术学院建筑工程系主任助理，讲师，主要从事建筑装饰方面的教学和研究。
设计方法范文第3篇
1设计的原理
化工设备设计主要是在把握设计标准的基础上，设计出安全合理经济的产品。标准规范介绍了各种形式化工设备的设计原理和规则。熟悉化工设备的设计原理，需要了解化工设备的结构和计算模型。化工设备根据结构的不同，具有不同的计算模型，卧式容器的计算模型是对称外伸悬臂梁，塔器的计算模型是多自由度振动体系。总的来说，化工设备的计算模型可以从结构、受力和约束三方面来分析。化工设备的结构由外壳、内件和支座等组成，外壳多为圆柱壳体或球壳。约束指的是设备的支撑方式，包括支座、鞍座、裙座和球罐支柱等。受力主要是压力、液柱静压力和接管载荷等。不同形式的设备承受不同的载荷，并且主次载荷并不相同，比如，卧式容器和换热器不考虑横向风载荷，但是塔器和球罐需要考虑风载荷（且是主要载荷），还需考虑水平风力和水平地震力。总而言之，化工设备设计的原理包括结构的设计和计算。结构设计主要是确定不同设备的外形和内件形式，使其满足工艺要求；结构计算主要是确定计算模型，使设备及零部件满足强度、刚度、稳定性和使用寿命的要求。此外，设计是制造的上游工序，因此，设备设计还要考虑制造和检测的要求[1]。
1.1工程设计方法
化工设备的设计包括零部件的设计和总体设计。具体设计方法上包括材料选择、结构选型和尺寸计算、材料选择需要考虑工艺介质和各种材料的物理化学和机械加工性能等。结构选型一方面指的是工艺的设备选型，另一方面指的是设备的强度计算模型，比如开孔补强方法采用补强圈还是厚壁管或者增加壳体壁厚的整体补强。尺寸计算指的是确定满足工艺要求和设备强度要求的尺寸。零部件的设计可分为标准件的选型和非标件的设计。对于标准件的选型来说，需要设计者充分了解标准件的适用范围，做到既满足工艺和结构要求，又经济合理。当设备的设计条件超出标准件的使用范围时，就需要设计者设计非标件。对于非标件的设计，需要设计者从计算模型上把握产品的合格标准，在满足产品要求的前提下，追求设计的最优化。非标件的设计经常使用经验对比的设计方法，主要是参考标准件和竣工图纸的形状和尺寸作为初始参数，补充输入新的设计参数，利用SW6的校核模式来验证是否合格，若合格则可采用，否则需要修改尺寸，重新校核，直至合格。这种方法既可以借鉴原有的成功经验，又同时满足计算的要求，提高了非标件设计的效率。总体设计是将整个设备作为一个计算模型，重点考查零部件之间的连接方式以及连接后产生的局部应力，同时分析整个设备在整体载荷下的安全问题，比如塔器在风载荷、地震载荷和内压共同作用下的应力响应。SW6是化工设备计算软件，包括零部件设计和设备设计。利用计算机的计算方便性，结合理论知识，可以提高设计的效率和产品的品质。
1.1.1化工设备的壁厚
化工设备是根据弹性失效和弹塑性失效准则来设计的。壁厚尺寸是设备满足载荷和工艺要求的关键尺寸。理解化工设备各种壁厚的含义对于合理准确的设计至关重要。计算壁厚指的是满足强度要求的厚度，这是强度要求的厚度，以解决设备在这种载荷下可不可以用的问题。最小壁厚大多是刚度要求的厚度，解决设备变形的问题。腐蚀裕量保证了设备的使用寿命（对均匀腐蚀来讲）。设计厚度是强度和使用寿命要求的厚度，等于计算厚度（或最小厚度）加腐蚀裕量，所以，设计厚度可以保证设备在使用寿命内的强度安全。筒体的名义厚度=设计厚度+负偏差C1+圆整，圆整量是富裕的厚度，此类富裕厚度反映出设备的最大允许工作压力往往大于设计压力。封头的名义厚度需要考虑制造减薄率，封头的最小成形厚度只有大于等于设计厚度，才能保证封头的强度和使用寿命。
1.1.2不同设备壁厚的决定因素
不同的设备有不同的计算模型，因此，不同的设备也就具有不同的关键厚度。关键厚度指的是决定受压元件名义厚度的关键因素要求的厚度。球罐的关键厚度是内压、开孔补强、a点组合应力决定的厚度中最大者。根据经验，球罐壳体的壁厚，大多由支柱和壳体相交最低点的应力决定。卧式容器的关键厚度是内压、开孔补强、鞍座应力决定的厚度中的最大者。一般来说，中低压卧式容器的壁厚大多是由鞍座处壳体厚度决定的。塔器的关键厚度是内压、开孔补强、地震力和风压决定的厚度中的最大者。中低压塔的最大壁厚是由地震力和风压共同决定的。大型储罐的壁厚是由内压（氮封压力）、风压、地震力、物料和自重决定的。一般来说，壁厚主要由液柱静压力或内压决定。除此之外，对于一些特殊的容器，我们还需要特别考虑接管载荷对壳体厚度的要求，比如高温高压反应器封头上接管载荷对封头壁厚的要求。了解不同设备的关键厚度，对于我们掌握化工设备的安全设计至关重要。
1.2设计标准
设计标准是设计的依据。设计者只有熟悉设计标准的内容，理会设计标准表达的内涵，才能准确地利用好标准，设计出合格的产品。标准按照设计内容可以分为设备级标准、零部件标准和施工标准。设备标准包括塔设备、换热设备、反应设备、储运设备标准。零部件标准包括钢制管法兰、紧固件、垫片标准、设备法兰、支座等标准。除此之外，了解压力容器的材料标准，在已知的介质和环境条件下，选择合适的材料，保证结构的安全和使用寿命。我国标准的特点是相互联系，相辅相成，所以学习标准不可只见树木不见森林。首先，就单个标准来讲，要把握标准的使用范围和选择原则；其次，由于我国标准是层层相关的，包括法规、规范、行业标准等，因而使用标准时不仅要把握该标准本身，还要结合与该标准相关的其他标准，这样才能更透彻地理解标准的含义，更准确地把握标准，设计出更优秀的产品。随着社会和学术的发展，标准规范也在不断更新，各个国家的标准也存在差异[2-3]。对于更先进、更经济的新标准来说，老标准相对保守，不经济，存在不足。所以设计者要不断学习新标准，学习新的设计方法和设计理念，这样才能做到与时俱进，设计出更加安全可靠、经济合理的产品。
1.3绘图
图纸是设计理念和结果的表达。化工设备由于其结构的特点，其绘图方法也和一般的机械制图不太一样。绘图对于化工设备的设计十分重要：一是可以表达设计理念；二是可以确定零部件的配合尺寸；三是可以检查设计中的一些干涉问题。化工设备的绘图顺序是先按比例绘制所有的零件图，之后利用配合关系组装出总图。当零件之间，特别是内件之间存在干涉时，需要重新修改零件尺寸，校核验证，直至没有干涉为止。在绘制整体的装配图后，需要绘制零件之间的节点图，比如焊接节点图、局部放大节点等。之后添加必要的制造、检验和安装使用的技术要求。最后，统计材料，填写明细表，完成绘图。绘图中的尺寸可以分为两类：一类是计算出来的精确尺寸，比如工艺的筒体内径和管口尺寸，设备强度计算出的筒体壁厚等；另一类是规则经验尺寸，也就是说该类尺寸不需要经精确的公式计算，只是根据规则和经验而定的，比如高温塔器裙座的过渡段的长度要大于五倍的保温层厚度，且不小于500mm；焊缝间距宜大于三倍壁厚且不小于150mm等。因此，绘图尺寸来自于设计者的计算和设计规则。传统的CAD绘图方法自动化程度不高，生产效率低。随着计算机的发展，更加智能的绘图方法不断出现，大大提高了绘图效率和准确性，比如，交互化、智能化的化工设备CAD绘图系统、PVCAD系统等[4-5]。
2存在的问题和建议
化工设备的设计标准都有一定的使用范围，实际设计中往往会超出标准的使用范围，比如计算模型不同、载荷工况不同等。因此，设计者不仅要把握标准的内容，。在有标准的时候严格使用标准，在没标准可以参照的时候，要依据相关的知识，运用合理的简化和计算方法，设计出合格的产品，比如螺纹锁紧环换热器、夹套搅拌容器等。这类设备的设计一方面可以利用经验对比法，参考以前的图纸进行结构设计；另一方面要根据力学的原理，建立力学模型，进行计算校核；此外，利用有限元法可以对复杂的结构进行分析设计、优化设计或校核等。设计标准的层次和行业众多，针对同一问题，可能不同的标准具有不同的表达方式或者侧重点。设计者不仅要把握标准的内容，更要理解编制标准者的初衷，把握标准的原理。在众多的标准中选择最适合产品工况条件的标准进行设计。设计中需要经常使用标准件，使用标准件可以方便设备的设计和制造。标准件可以直接选择型号，不必再进行计算。但是，实际设计中，当我们选择了标准件，同时需要修改标准件的某个尺寸时，此时的标准件就不能算标准件了，必须重新计算，合格后才可选用，比如，球罐人孔法兰盖，可以选择标准件，如果需要在法兰盖中心再接一个排凝管，此时法兰盖就算是非标件了，需要重新计算。类似的问题还有标准法兰的内径选择，一般标准法兰并不给出法兰内径，只是要求法兰内径与对接的接管内径相同。由于接管和法兰的计算模型不同，接管的壁厚和法兰应力校核需要的直边段厚度不一定相等[6]。因此，对此类情况下的标准件，在苛刻工况下，为了安全可靠，应进行必要的校核后再选用。
3结论
化工设备的工程设计方法包括设计的原理、标准和绘图方法。设计原理是设计的根本，设计标准使设计更加规范和准确，绘图是设计思路和计算结果的表达，设计原理和图纸相辅相成。只有了解了化工设备的计算原理和设计标准，才能设计出安全经济合理的产品。
作者:范强强 单位:安徽实华工程技术股份有限公司
参考文献
[1]陈建俊.从制造角度看化工设备的设计[J].化工设备与管道，2005，42（6）：1-7.
[2]丁伯民.对压力容器有关标准的一些看法[J].化工设备与管道，2008，45（2）：1-3.
[3]丁伯民.压力容器标准应用的探讨[J].化工设备与管道，2001，38（2）：5-10.
[4]林杰.交互式、智能化化工设备CAD系统的开发[J].化工设备与管道，2012，49（3）：47-49.
设计方法范文第4篇
LLPC产品工业设计中需要满足加工效率高、安全性、良好人机与操控、良好维护性等要求。因此，对应地，设计过程中考虑分析加工各个功能模块的布局，获得高效率的加工方式;考虑在设备加工过程中操作人员的安全性问题;考虑人员操作的易用性，获得良好的精确操作及监视需要;考虑使用后的定期维护需要，需要将控制模块进行独立布局，而不影响其他模块。概括地，该产品的特点有:(1)体量大;基于计算机辅助设计的设计方法容易造成尺度把握不当而造成装配误差。同时该产品的人机尺度与交互关系成为设计要点，设计过程中应注重计算机数据对人机尺度的检测与验证。通过分析确定的人机尺寸数据输入前期的模块化设计中，为后期造型与结构设计作重要参考。(2)零件多;大型机床功能较繁琐，实现功能的零件多，设计过程中需要利用计算机辅助设计软件基于零件的三维数据构建三维模型，佘月明等人对复杂层次关系的造型做了研究［5］，必要时候采用逆向工程方法进行三维数据采集。(3)构造复杂，需要提前进行产品布局设计;大型机床产品功能模块多，因此构造必然复杂，零件装配点多而连接关系复杂，因此，在计算机辅助设计时，应先构建主体零件，次要零件的尺寸、位置及装配关系。(4)生产方式与材料特性对造型风格影响大;确定功能模块的布局后，则需要导入生产方式的考虑，以建立造型设计的基本工程要求。魏专等人研究的造型比例关系在数控机床造型设计中的应用［6］，提供了一定参考。
2LLPC产品的多目标体系构建
针对该产品的多个特点及设计的要求，在产品计划阶段我们对该产品的要求进行目标化，构建出多目标的体系，如图1所示，通过目标体系对产品设计的指导，加强产品的设计的方向和过程控制。(1)整体性:该部门要求产品具有整体感的结构与外观设计。产品的复杂性与零件数量多，要求在产品设计过程中，对整体结构进行统一规划，避免产生多个零件群的链接关系，及产品设计装配时考虑都与一个共同体进行链接。另外对产品的外观需要保持整体性，避免结构零件的外露而破坏整体性。(2)维护性:该目标要求是产品应具有灵活的维护性，产品构造上可采用模块化装配方式，每个模块相对独立，如果某个部件出现故障需要维修，只需在对局部该模块进行修理和维护，不改变其他模块的链接关系，无需拆解整体结构，这与传统整体式结构相比体现出了高效性、便利性和较低的成本。著名奥运场馆水立方的外墙设计采用了模块化的结构，整体造型的局部每块覆膜都是独立装嵌的，如果某一个模块受损坏，只需要根据该模块编号更换该模块的一个覆膜即可，维护非常方便。这种理念是设计师在整体风格与系统性因素分析所获得的。导入维护性目标，在大型激光加工中心产品结构上，系统分析功能模块与布局。(3)外观品质:该目标要求是产品外观风格设计具有一定品质感，框架式构造与外壳的加工方式对外观风格影响明显，可利用加工方式获得的造型特点进行整体造型设计，通过外观主型面的造型分割形成设备品质感较强的风格。(4)可靠性:该目标要求是研发流程可控性好，风险低;基于框架式构造的产品设计流程稳健可靠，属于比较规范合理的产品设计流程，通过对功能布局、整体结构、框架结构等几个关键环节的质量控制，确定了整体结构后，该产品设计即可定型，后期的可变因素很小，大大降低了设计风险。在产品周期中，如果那个部件出现问题，可更换或者局部改良，不影响其他零部件品质。(5)拓展性:该目标要求产品的更新换代可行性。对于大型机床产品，产品的系列化与延续性对于品牌的战略尤其重要，单一的产品系列势必导致片面的市场格局。在保证产品品质的基础上可根据市场细分，基于同一平台拓展出不同功能定位的产品。这一策略在汽车品牌的车型开发中常见。模块化结构形式有助于功能的模块化定义，对于影响终端界面的模块可进行更新换代，而共用的基础部分保持不变，即可根据产品的系列化定位进行基于平台架构的不同功能组合延展，在不增加太多成本的基础上实现不同产品系列的拓展。(6)易用性:该目标要求整体产品在人机交互过程中，保证操作人员从尺寸、操作范围、操作过程等方面便于使用。对于体量大的LLPC产品，人机易用性是产品设计重要的目标。
3多目标作用下的产品框架方式创意
在产品设计的工程结构中，一般会采用单体式结构，即每个主体零件都成为结构的一部分，结构上并没独立承重与支持的单体，这种结构方式简单实用。另一种整体式结构是框架式结构，当需要考虑产品的稳定性和扩展性时，可采用这种设计理念，它对产品起整体支撑作用，其他零件则只需设计与它的装配关系。框架式结构的产品具有便于拆卸、维护、更换、重组、升级等优点。LLPC产品设计开发过程将面临着模块布局、人机界面、安全性、操作性、维护性等多个目标要求，多重因素的叠加促使该产品的结构主体成为重要的关键点。提出框架式设计理念对以上目标问题进行整合规划设计，以求获得实用功能布局、友好人机关系、便利功能维护、高效操作性的设计结果，提高产品的品质与形象。
4框架式结构应用的可行性对比分析
基于以上初步讨论，我们需要将两者进行对比性分析，寻找框架式理念的优势与LLPC产品多目标要求的吻合度，同时对比传统单体式结构。大型激光加工中应用框架式结构设计的可行性是LLPC产品自身的产品特点分别与应用框架式与单体式结构设计对比分析，寻找其多元性系统性的关系，根据对比结果评估其应用的对应情况，见表格1。从上表对比可见，框架式结构理念对于LLPC产品的工业设计具有较好的优势，符合多个目标的要求，此对比情况对于产品开发初期的规划与设计定位具有重要的指导作用。
5设计过程验证———框架式结构的应用过程
基于多目标体系的构建，我们综合了相关的产品设计方法，应用该结构形式对LLPC产品进行了工业设计的过程应用，进一步验证其作用，以多个目标为导向，我们应用了功能定量优化设计、人机交互设计、外观特征造型设计、计算机辅助设计等多种设计方法，研究过程包括:(1)产品规划设计初期，我们对所需完成的工作作出一个计划性安排，流程的规划主要包括:功能定量优化法优化功能分区与结构机构———基于结构优化的框架搭接———基于布局方案与品牌形象外化的外观造型设计———基于装配与维护的细节设计———基于计算机辅助评价方法———基于基础零件标准化的生产监控。(2)产品结构机构设计在LLPC产品设计前期，以整体性目标导向，导入框架式理念，对产品进行模块化布局设计，根据优化的模块方案，进行了产品框架结构与机构的设计，设计结果见图2。(3)外观创意设计完成产品整体框架构建后，以外观品质、易用性目标导向，导入生产方式与框架式特指进行外观创意设计。主要完成内容有外观造型的风格化、色彩方案、人机界面、观察门的开合方式等。其中重点是在框架范围内根据合理的人机关系进行功能细化的设计;然后根据生产方式及产品风格进行外观造型特征营造设计，设计结果如图3所示。(4)零件标准化完成外观方案设计及三维数据建立后，则进行结构设计阶段。考虑到产品装配过程中涉及到较多的装配位置及装配误差问题，以可靠性目标导向，基于简化原则。结构零件中的连接零件采用统一标准设计，仅在链接孔位预留装配余地，大大减少了零件数量简化了生产工序与装配流程。连接零件的设计采用可调式设计方案，装配时可根据零件尺寸误差进行局部调整。(5)三维数据的评估完成LLPC产品整体外观结构数据构建后，即可基于计算机辅助软件进行零件装配，图4所示，装配的顺序应根据零件的重要性与尺寸从大到小分别装配。完成产品整体零件模拟装配后即可进行结构分析与装配干涉分析，以验证数据的可靠性与可行性。分析检查过程中，如发现零件的干涉(装配过盈)，则根据零件的重要性进行逐级调整参数。(6)设计完成的产品实物将生产完成的产品结构、外观零件根据预先设计的装配流程进行装配工装。完成装配的产品实物如图5所示，最后根据产品实物进行人机操作验证，见图6。根据系列设计方法的指导与辅助，完成了多目标导向的框架式结构在LLPC产品工业设计中的应用研究与实践，有效验证了多目标作用的效果与框架式结构在大型产品机床设备中的应用设计可行性。
6结束语
设计方法范文第5篇
【关键词】现代设计方法 MATLAB编程 机械工程 本科培养
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）06-0232-02
我国高等教育发展纲要中提出了“优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养”的要求，目的是切实增强高级专门人才的能力。实践教育，特别是创新性实践教育是达到这一目的关键举措[1]。长期以来，我国机械工程专业学生占大学生总数的比重始终居于前列，这与社会渴求机械类人才的现状相适应，这种趋势还将延续。因此，机械工程专业的教学改革在高等教育改革中占有重要地位――它直接决定了高校培养的机械专门人才能否适应我国社会主义现代化建设的需要。为了培养具备创新设计能力、基础扎实、适应面广的机械专门人才，我国工科院校普遍开设了现代设计方法课程；该课程是一门综合性课程，可以直接用于创新性实践教育，一般作为高年级本科生的专业必修课。由于各个高校具有不同的传统和特色，因此这门课并没有统一的教材和教学内容。“如何针对本学校的实际情况、让学生有效地掌握现代设计方法”已经成为摆在相关授课教师面前的紧要问题。本文对现代设计方法的课程内容、教学困难做出分析，在借鉴其他高校课程改革成果的基础上，探索适合本校的课程教学方法。
1.现代设计方法课程的内容
现代设计方法涉及的内容非常广泛，融合了当代科技的各种先进理念，适用范围并不局限于机械设计，例如：优化设计可以用于各行各业，有限元方法可以用于流场、电磁场等多种连续域物理问题。实际上现代设计方法要求学生既要理解通用的数学模型，又要熟悉本专业的理论知识，还要会使用专门的软件工具。下面从机械工程专业的角度，列举现代设计方法课程的主要内容。
1.1设计方法学
设计方法学是从全局的视角帮助设计人员开发出高价值的创新产品。它将设计对象视为一个技术系统，将技术系统的总功能分解至功能元，为功能元求解就是寻找实体结构。这样可以得到多种整体方案，然后从中找到最优解。这个过程需要创新思维方法和技法，如头脑风暴法、组合创新法等。近年来，基于TRIZ理论的创新设计方法开始引入教学。TRIZ又称萃智，试图将发明创造过程流程化，让人们以查表的方法找到问题解决方案；实践证明，它确实可以加快人们创造发明的进程以得到高质量的产品。
1.2优化设计
优化设计（Optimization Design）能帮助设计者从所有方案中选择出最佳方案。普通设计中，设计人员凭借经验和规范提出多种设计方案，然后按照一定的评价准则选出得分最高的方案。优化设计中，设计者首先需要将工程问题用数学语言描述成优化模型，然后选择合适的优化方法，最后在计算机上搜索设计空间以找到最佳方案。根据问题的不同复杂程度，有时候只能得到局部最优的方案。
如何将工程实际问题用优化数学模型描述出来是教学要点。求解数学模型可以用MATLAB编程实现。
1.3可靠性设计
可靠性设计（reliability design）认为任何产品都存在失效的可能，设计人员应该保证产品有足够能力在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能。这需要学生建立新的观念：产品的物理属性不是定值，而是服从某个概率分布的随机变量。学生还要学会将概率统计理论知识用于零部件的可靠性设计。
1.4有限元方法
有限元方法也称有限元分析（Finite Element Analysis），它将连续域问题用多个互联的子域问题代替，每个子域问题用节点变量描述出单元数学方程，接着组装成整体数学方程，最后进行数值求解。一般要求学生会用ANSYS软件对零部件的强度进行校核。
1.5其它现代设计方法
计算机辅助设计（Computer Aided Design）已经得到普遍应用，这要求学生至少会用一种三维造型软件，如Pro/E， SolidWorks， CATIA，UG等。机械结构的动力学仿真也是与机械设计紧密相关的内容，这需要掌握ADAMS等动力学分析软件。
2.教学中存在的问题
由于现代设计方法这门学科发展迅速，内容繁多，这给教学带来了一系列困难，也引发了诸多教学改革尝试，体现在以下几个方面：
2.1 缺乏权威定义
一个明确的定义有利于让学生准确地区分传统设计方法与现代设计方法，从而使他们更好地理解课程内容。现有教材将一些先进的设计方法的集合统称现代设计方法[2， 3]。但是随着现代科技的飞速发展，新的设计方法将不断出现，同时一些以前视为先进的方法逐渐变成常规方法。这种动态变化使得现代设计方法目前没有权威的定义。针对这个问题，有学者提出将“当今时代为产品制造或工程项目完成达成实体化全过程而制定的技术上的方案、图样与程序”作为定义[4]；还有学者使用比较教学法从九个方面展现出现代设计方法和传统设计方法之间的差异。这些工作有益于人们明确对现代设计方法的认识。
2.2 难以全面讲解
现代设计方法经过多年发展已经成为一个内容庞杂的理论和方法的体系。有学者列举了50多种已经研究和应用的现代设计方法；有的教材提出八种不同设计方法作为教学内容。但是有限的课时是教学内容的最大限制；如果以创新实践教育为目标，那么学生只能掌握很少的设计方法。因此，授课教师只能选择重要的内容进行讲解。普遍认为：创新设计思想，优化设计，有限元方法，可靠性设计等内容是不可或缺的模块内容。
2.3 难以深入讲解
现代设计方法的主要教学模块内容十分丰富，大多可以独立成专门的课程。在有限学时的约束下，教师很难将每个模块深入讲解到学生能够运用自如的程度。据称国外著名大学一般不设立此课程而是分别设置诸如“优化设计”、“有限元法”等课程。国内有的教学团队也尝试建立相关课程体系来解决这个问题[5]。该团队提出“注重专业必修课，深化专业选修课，扩展公共选修课”的思路，着力构建和完善现代设计方法课程体系。具体地说，将现代设计理论及方法作为专业必修课作为基础课程，同时开设“优化设计”、“有限单元法”等专业选修课供学生进行深入学习，还设立“ANSYS有限元分析”、“ADAMS动力学分析”等多种公共选修课供学生学习设计工具的使用；此外，还将其它先进的设计方法如“反求工程设计”、“并行设计”等作为公共选修课供学生拓展知识。
3.教学方法初探
本校根据实际情况安排40学时用于现代设计方法课程。如果以实践教育为导向，有限的学时不能保质保量地完成教学。笔者经过初步探索做出如下教学安排：
a）教学内容：TRIZ创新设计方法，优化设计，有限元分析，可靠性分析，计算机仿真工具原理；
b）教学重点：各种设计方法的基本数学模型和MATLAB求解。
在这个安排中，实践教育的重点在于训练学生针对简单工程问题进行数学建模，然后用MATLAB软件编程求解；对于各种仿真软件的具体使用不做介绍，但是集中介绍各种仿真软件原理，并将它们的操作流程与数学模型的建立与求解过程联系起来。
4.结束语
如果以实践教育为导向，那么教师需要根据本校的实际情况确定教学重点内容，同时还要探索新的教学方法，才能使学生在有限的学时里掌握先进的设计方法、并将其应用在机械产品的设计实践中。这个探索过程是必要的也将是长期存在的。
参考文献：
[1]顾秉林，王大中等.高水平学科建设的创新人才培养之路[J].清华大学教育研究，2010，31（1）.
[2]赵松年，佟杰新，卢秀春. 现代设计方法[M].北京： 机械工业出版社，2011.
[3]孙靖民. 现代机械设计方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
