工業(yè)設計與工程結構設計的銜接研究——以金融機具類產品設計為例

1、ValueEngineering135工業(yè)設計與工程結構設計的銜接研究——以金融機具類產品設計為例ResearchontheTransitionBetweenIndustrialDesignandEngineeringStructureDesign：TakingallExampleoftheDesignoftheBankingMachines周海海ZhouHaihai；胡偉峰HuWeifeng；陳黎ChenLi(南京航空航天大學工業(yè)設計

2、研究所，南京210016)(IndustrialDesignInstitute，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：結合實際新產品開發(fā)項目，分祈和討論了新產品開發(fā)過程中因工業(yè)設計與結構設計銜接不暢而存在的典型問題。從設計流程，設計人員知識結構和設計工具等方面給出了解決上述問題的有效對策。最后通過一個實際產品開發(fā)案例檢驗了應對措施的有效和

3、合理性。Abstract：Sometypicalproblemscausedbythebadtransitionbetweenformdesignandstructuredesigninthecourseofnewproductdevelopmentareanalyzedanddiscussedcombiningwithpracticalproductdesignprojects1heeffectivemethodsalepropose

4、dtosolvethementionedproblemsintermsofdesignCOUISe，designers’knowledgestructure，designtoolsandeteAtlast，thevalidityandrationalityofthemethodsareverifiedthrovlgllapracticalcaseofproductdevelopment關鍵詞：造型設計；結構設計：銜接Keywords：f

5、ormdesign；structuredesign；transition中圖分類號：T_O文獻標識碼：A0引言隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，工業(yè)設計已成為新產品設計與開發(fā)項目中不可或缺的重要環(huán)節(jié)之一。新產品的設計與開發(fā)，往往需要包括技術研發(fā)、工業(yè)設計、市場營銷等多個部門的密切合作和通力基金項目：南京航空航天大學基本科研業(yè)務費專項科研項目資助，項目編號NS2010147。作者簡介：周海海(1979一)，男，江蘇南京人，南京航空航天大學機電學院工

6、業(yè)設計研究所講師，研究方向為產品設計與開發(fā)，設計管理。文章編號：1006—431l(2010)23013502配合，才能為企業(yè)推出功能卓越、外觀優(yōu)雅的優(yōu)良產品。但在實際項目的操作中，由于部門人員之間知識結構差異、項目管理失誤等等因素的影響，常常會出現(xiàn)部門工作銜接不良，開發(fā)工作反復的情況，結果將直接影響新產品開發(fā)的進程與產品的品質|l31。其中，工業(yè)設計和工程結構設計銜接不暢的問題是較為突出的。近年來，我們參與了多項金融機具類產品的開發(fā)工

7、作，在項目中遇到了諸多設計銜接問題，也積累了～定經(jīng)驗。1金融機具類設計項目常出現(xiàn)的問題鐘)的第0秒觸發(fā)數(shù)據(jù)儲存模塊，進行數(shù)據(jù)儲存。數(shù)據(jù)儲存模塊除了儲存以外還有同步顯示功能，通過創(chuàng)建表格使每次的輸入數(shù)據(jù)在表格中依次顯示，便于實時觀察分析。33報警數(shù)據(jù)自動儲存圖5為報警數(shù)墀$11：3自動住IR：I存系統(tǒng)程I序框／】J隊墨趴口叫JJ／J、糾L‘l工JJ巴圖。這個程序分為報警觸發(fā)、定時掃描和數(shù)據(jù)儲存三個模塊：報警觸發(fā)模塊的功能是當其中一個或多個

8、信號值出現(xiàn)報警時，在輸出一個TURE值的同時輸出該報警數(shù)據(jù)圖4數(shù)據(jù)定時儲存系統(tǒng)程序框圖值，而未報警的信號則輸出‘‘O”值；定時掃描模塊控制報警觸發(fā)模塊輸出TURE值的日寸機，本程序中對于轉速和滑油壓力信號，每十秒允許報警觸發(fā)模塊輸出TURE值，對于滑油溫度等其他信號，每分鐘允許報警觸發(fā)模塊輸出TURE值：在按下報警數(shù)據(jù)儲存鍵后，數(shù)據(jù)儲存模塊可以連續(xù)的對報警數(shù)據(jù)進行儲存。34數(shù)據(jù)讀取圖6為數(shù)據(jù)讀取程序框圖。用來讀取柴油機的歷史運行數(shù)據(jù)記錄

9、文件，文件讀取后首先通過表格控件進行顯示。另外可以對文件中的任意兩個運行數(shù)據(jù)用圖5報警數(shù)據(jù)自動儲存系統(tǒng)程序框圖曩甏景曩齲萎茬言線，分析其相互之間的關系。4結論本系統(tǒng)針對某型柴油機進行了數(shù)據(jù)采集處理試驗，圖7為整個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的前面板設計，上面的數(shù)據(jù)為試驗采集數(shù)據(jù)，表格中為同步顯示記錄數(shù)據(jù)，波形圖中的曲線為柴油機運行的數(shù)據(jù)變化曲線圖。通過試驗證明了該系統(tǒng)的可行性，而且具有比傳統(tǒng)系統(tǒng)更靈活和實用的操作手段，為柴油機監(jiān)控系統(tǒng)的整個程序設計

10、奠定了基礎。5結束語本系統(tǒng)采用NIUSB一6009DAQ卡，安裝、攜帶方便，可擴展性好，在一些電磁干擾較強的測試現(xiàn)場，可以專門對其進行電磁屏蔽，避免采集的數(shù)據(jù)失真。采用LabVIEW可視化編程，其程序可以在任何裝有LabVIEW軟件的PC機上使用，具有很強的通用性。參考文獻：圖6為數(shù)據(jù)讀取程序框圖圖7數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)【lI趙繼權艦船機艙自動化系統(tǒng)設計與研究【D】晗爾濱工程大學碩士學位論文，2002【2】陸綺榮等基于虛擬儀器技術個人實驗室的構

11、建[M】電子工業(yè)出版社，200613l高火榮，王～舂機艙模擬信號通用采集板的設計切江蘇船舶，2008，(10)【41豈興民，周建新，矯津毅LabViEW82中文版入門與典型實例lml人民郵電出版社，2008f51雷振山，魏麗等LabVIEW高級編程與虛擬儀器工程應用【M】中國鐵道出版社，2009萬方數(shù)據(jù)136價值工程11因產品結構布局的不合理導致造型設計工作將錯就錯部分金融機具類產品由于技術創(chuàng)新度較高，此類產品開發(fā)初期，并沒有現(xiàn)成案例可

12、直接借用，這其實對工程設計人員提出了較高的要求。在實際操作中，多數(shù)工程設計人員由于自身知識結構的限制，設計產品的觀念與目標主要從滿足產品的技術功能與適合制造方面出發(fā)，樣機一旦試制成功，決策層即召集工業(yè)設計人員對其樣機進行外殼設計，或者說在功能樣機的外面“穿件漂亮衣服”。該設計流程乍一看并無太大問題，可仔細分析后，其實存在較多的隱患。首先，前期結構布局可能滿足產品基本技術功能與可制造性方面的要求，屬于機器為本的設計，可是在是否滿足人的操作

13、需求方面仍有值得商榷的地方。其次，功能樣機試制成功后，往往傾注了工程設計人員大量的心血，企業(yè)為此也付出大量時間和資金，工業(yè)設計人員在此時提出一些結構布局上的改動意見，難以得到應有的重視，結果只好在樣機的基礎上做外觀設計，硬著頭皮把項目往前推進。后期產品投放市場，用戶提出種種操作的問題之后，企業(yè)才不得不修正原有的產品結構布局，對產品進行較大的改動，顯然，為此付出的代價是沉重的。12造型設計不符合工程設計要求導致造型反復修改金融機具產品處理

14、現(xiàn)金(包括紙鈔和硬幣)的過程多為動態(tài)模式，因此該類產品的內部元器件以機械運動機構為主，電路板等電子元器件為輔。工程設計人員在對產品內部結構設計時，要充分考慮到最小化原則，在保證產品技術功能的前提下，在最小的空間內將一些機構、電子元器件合理布局。在這一過程中，工程設計人員為了實現(xiàn)最小化，對元器件進行了多項排列組合的嘗試，付出了艱辛的勞動。因此，如果工業(yè)設計師對于功能樣機的現(xiàn)有尺寸不加縝密考慮，任意的進行造型尺寸放大，即使造型設計方案非常出

15、彩，也會被企業(yè)決策層要求與現(xiàn)有功能樣機尺寸配合，一旦出現(xiàn)尺寸干涉，造型方案則不得不屈服于工程設計進行被動調整。結果不僅延誤了產品開發(fā)進程，而且前期完美的設計創(chuàng)意也會因反復的調整遭到破壞，降低了產品造型質量。另外，金融機具類產品外型尺寸變化很大，從小型驗鈔機到大型清分機，對應到今后生產面臨的材料與成型工藝問題，設計師應充分予以考量，否則造型設計方案如果無法實現(xiàn)，或者實現(xiàn)的代價過高(制造成本過高)，就得不償失了。13造型設計與結構設計的數(shù)據(jù)

16、無法交流產品開發(fā)工作絕不是單打獨斗的事情，整個開發(fā)過程中需要各部門、各專業(yè)人員密切配合有效合作。其中，設計數(shù)據(jù)交流順暢與否成為首當其沖的問題。實際項目操作中，工業(yè)設計人員多使用面向造型設計的軟件工具，如三維軟件：Rino，30max二維軟件Photoshop、CorelDRAW、Illustrator等。這些軟件的優(yōu)勢是充分考慮到造型設計的思維模式，有利于造型設計人員迅速將造型創(chuàng)意表達出來，但缺點是其模型或圖紙缺少三維數(shù)據(jù)，即使可以通過

17、一些中間格式(如iges)導入到工程軟件中，一些簡單的造型特征如直線、圓弧可以直接提取，但對于變化豐富的曲面造型特征，工程結構人員不得不重新建模，這一過程能否原本的表達出造型人員的創(chuàng)意就很值得懷疑了。14工業(yè)設計人員在產品開發(fā)后期無法或疏于介入導致產品造型品質下降工業(yè)設計師的工作不應該僅僅是出一張二維或三維產品效果圖。實際項目操作中，效果圖在得到客戶認可后，工業(yè)設計師退出產品開發(fā)工作的情況經(jīng)常發(fā)生。事實上，即使整體外觀方案定案之后，后期

18、仍有許多工作需要工業(yè)設計師的參與跟單。2針對上述問題采取的對策導致造型設計與結構設計銜接不暢的原因來自多方面。有設計人員本身知識范圍的限制問題、有設計經(jīng)驗和技能的問題、設計工具的問題、設計溝通以及設計管理的問題等等。因此我們主要從這些方面提出應對策略：21對企業(yè)的材料供應、自身或外協(xié)制造能力進行一次周密的調研在造型設計正式開始之前，設計人員結合調研情況認真地、全面地考慮下游設計，不僅有利于明確現(xiàn)有的設計材料、設計條件、設計限制，更有利于

19、造型設計與結構設計的銜接。22擴展造型設計人員工程領域的知識工業(yè)設計的設計流程環(huán)節(jié)很多，與歐美的設計界精細的設計分工不同，我國制造型企業(yè)對于設計人員的要求比較全面。這就要求造型設計師除了具有本專業(yè)的知識外，對相近的工程領域的知識也要有所了解或深入的學習，這可以避免一些由于設計人員知識欠缺帶來的設計沖突，甚至導致整個設計項目的失敗與擱置J4】。23主動運用工程技術元素去創(chuàng)造產品形態(tài)工程技術特別是制造技術上一些特殊要求并非都是造型設計的羈絆

20、。當造型設計師掌握這些技術要點之后，完全可以主動運用在造型設計之中，既能美化產品外觀造型，又能滿足了工程技術的要求，在解決了造型與結構銜接問題的同時，帶動了外觀造型的創(chuàng)新。24運用面向制造的輔助設計軟件進行造型設計工業(yè)設計人員應加強工程軟件如Pro／E、SolidWorks、UG等的學習和運用。設計實踐證明，工業(yè)設計項目大部分時間都消耗在設計修改階段。而造型設計不滿足結構設計的要求是導致造型方案反復修改的主要原因。如果造型設計人員在概念

21、方案階段運用了工程軟件建模，這將有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，便于后續(xù)與制造工程師溝通，提高設計方案修改效率。甚至還可及早發(fā)現(xiàn)設計中的問題，避免后期因可制造性問題帶來的項目損失。25材料及表面工藝的合理運用推動造型設計材料與表面處理工藝的選取是工程技術人員與工業(yè)設計人員共同關注的問題。不同之處是，工程技術人員主要考慮的是材料的性能，如力學性能、化學性能等；而大多數(shù)工業(yè)設計人員只對材料的性能有初步的了解，主要考慮的是材料的質感，如何去表現(xiàn)產品的美感

22、。造型設計師本身除了對既有的材料與技術要有相當?shù)恼J識外，對于最新的生產技術及材料加工方面的新知也必須了如指掌，以便運用于新產品的開發(fā)設計。若是設計師不能合理的運用新材料和表面工藝，則將喪失許多改善產品甚至創(chuàng)新產品的機會。26通過有效的設計管理協(xié)調銜接工作從管理的層面上來看，造型設計與結構設計銜接不暢可以通過有效的設計管理來解決。比如說，企業(yè)管理層首先要明確開發(fā)產品是屬于成本主導還是設計主導的類型。對于成本主導的產品，造型設計應絕對服從制

23、造成本上的限制，而設計主導型的產品造型設計的自由度相對寬松，結構設計應積極配合造型設計促成概念方案的實現(xiàn)。除此之外，設計管理人員還負責處理設計與其它管理體系的關系，使各專業(yè)設計人員能夠相互協(xié)調，將開發(fā)出優(yōu)良產品作為各部門共同的工作目標。3實例驗證筆者參與了一款新型紙鈔計數(shù)與鑒別儀的開發(fā)設計項目，我們將上述解決造型設計與結構設計銜接問題的對策在該項目中進行了運用。通過與客戶溝通，我們了解到該產品對于制造成本控制嚴格，結構限制很大，今后產量

24、較大。在項目進行之前我們通過對客戶制造能力調研，與客戶共同商定使用ABS與PC工程塑料注塑成型的主要制造工藝?？蛻籼峁┝嗽敿毥Y構圖(solidwork格式)(圖I)，為了便于后期與結構設計的銜接，我們也采用了該平臺進行造型設計(圖2)。最終設計結果(圖3)。整個產品開發(fā)項目周期從工業(yè)設圖l點鈔機內部結構圖圖2基于結構的外形設計圖3最終外形效果計介入開始計算，僅用了一個月時間。因造型設計不符合結構設計的設計修改只有少數(shù)的幾個細節(jié)結構。應對

25、造型設計與結構設計銜接不暢的設計策略得到了較好驗證。參考文獻：李宗斌，陳富民產品開發(fā)的可制造性設計方法m制造業(yè)設計技術，2000，(2)17—19【2】陳士昀工業(yè)設計師所具備之塑料材料加工專業(yè)知識范圍之研究【D1中國臺灣銘傳大學，2003。。f3】蔡正欣，奚立峰基于可制造性的現(xiàn)代產品開發(fā)方法【J|機械設計與研究，2004，20(5)：7l一73【4]HolmesWP，AzamMA，HillsPCAPreliminarystudvofth