产品结构设计思路精选(九篇)

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第1篇：产品结构设计思路范文

正确的产品结构设计理念将会加快设计开发的进度，让设计人员有一个清晰的思路和对设计实现方式的准确判断，避免后续设计的人为低级的错误，也是成为一个优秀结构工程师的关键。以下的设计理念供大家参考和共享，每个人都需要总结自己的设计经验，并形成自己独有的设计风格。

1.1 从顶端到底端的设计理念（TOP===>DOWN）

以往的设计往往从零部件开始，再把零部件组装起来，这样一旦产品出现方案性的错误，将引起整个设计较大的调整和修改。TOP=>DOWN的设计理念是根据产品的功能要求，从产品的堆叠、布局和组装关系开始设计，再逐步细化到组装方式的实现和零部件的细节设计，并通过适当微调布局和组装关系，以适应细节设计和产品功能的要求。这种从整体到局部，从顶端到底端的设计方法需要设计者对产品具有全局性的考虑。

1.2 DFMA的设计理念

所谓DFMA，是“Design for Manufacture and Assembly”的缩写，也就是说产品的结构设计要能满足易于制造和方便组装的要求，满足产品制造的工艺性要求。我们知道现在的生产制造都是快速的规模化和工业化的大批量生产，易于制造和组装的设计才能大大降低成本，迅速占领市场，这也是设计者需要与产品工艺工程师持续沟通的关键。但是这种设计理念是不能以牺牲产品的功能性和可靠性为前提的。

1.3 并行和协同开发的设计理念

产品结构设计的工作涉及面广，任何人不可能精通整个设计中的所有事项，因此需要在设计中不断与市场工程师、硬件工程师、ID工程师、模具工程师、LAYOUT工程师和生产工艺工程师沟通交流，听取他们的建设性的建议，不断优化和改善设计。不要等到设计完了，才发现与客户要求不符，有电磁屏蔽和散热问题，模具上做不了，与电子元器件有干涉，无法生产制造和组装等等问题，导致设计的推倒重来，浪费大量的人力物力而没有达到设计的效果。并行和协同设计就是通过不同部门间的互动交流，结构设计和问题解决同步进行，避免出现无休止的发现问题并修改设计的死循环当中，达到“设计完，问题毕”的设计效果。

1.4 绿色环保的生态设计理念

绿色环保的设计理念在结构设计上主要体现在环保材料的适用，ID外观造型选择的简化，少零件和少后处理工序的设计，减少壁厚和节约材料的设计，可拆卸、少热熔和少超声的组装方式设计等等。这种生态设计的理念能够确保产品的可拆卸，可回收，可维护和可重复利用。

1.5 模块化的产品设计理念

所谓产品设计的模块化是根据产品的功能和实现要求，把整个产品分成多个独立但又相互关联的单元模块，完成各个单元模块的设计后，通过相互的关联组装，从而完成整个设计。这种设计方法可以把一个非常复杂的设计问题简单化，并且设计好的各个独立的模块还可以应用在其他项目的产品设计中。目前我们公司的产品多为上下盖的扣合方式实现，相对简单，应用到模块化的设计不多，其中PLC产品的活动插头是一个很好的例子，但费用比较高。

1.6 安全、可靠，满足产品功能性和人机工程学的设计理念

第2篇：产品结构设计思路范文

关键词：面向装配的设计；简化设计；虚拟装配；模块化设计

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0094-02

随着现代电子产品的高度集成化和小型化，以及用户对设备的可靠性、环境适应性等提出的越来越严格的要求，使得电子设备结构复杂程度不断提高，也使产品的装配面临越来越多的困难，导致出现装配质量下降、装配效率降低等一系列问题。在这一环境下，引入面向装配的设计（DFA）这一产品开发模式，在电子设备结构设计阶段即充分考虑产品的装配环节以及各种相关因素的影响，采用简化产品设计、减少零件数量、使用标准件、零件装配模块化和减少装配过程中的调节、装配防错等方法，并利用分析、评价、规划、仿真等各种技术手段，不断地完善设计和改进装配性能，确保装配工序简单、效率高、质量高、不良率低和成本低[1]。

1 基于SolidWorks的DFA应用方法

将SolidWorks功能和DFA方法相结合，在SolidWorks的环境下，主要可以进行以下三方面的应用方法研究。

1.1 简化设计

简化设计就是在设计中遵循KISS原则。简化设计过程往往是对已有的产品结构进行提炼和优化的过程，可以充分利用CAD的数据存储和规划优势，建立各种库文件，选择和调用成熟设计和模块，构建具有较高装配性能的产品。

1.2 标准化模块化设计

在电子设备结构设计过程中，运用标准化和模块化的设计方法，能大幅提高装配质量的可靠性，使装配问题能更早、更容易被发现，从而提高产品装配效率和装配质量。

1.3 虚拟装配

以产品设计为中心的虚拟装配，是在虚拟环境下对CAD模型进行装配性能分析的一项计算机辅助设计技术。基于DFA虚拟装配的基本任务是寻求产品装配结构的最优解，即通过CAD模拟产品装配、进行定量或定性分析，找出结构设计中装配性差的结构特征，进行设计修改和完善的过程。

使用SolidWorks 等CAD软件，可对产品的三维模型进行虚拟装配，并利用CAD提供的分析模块，进行包括静态干涉、运动干涉分析以及装配公差分析等装配性能分析、判断和改进。

2 DFA应用步骤

产品概念设计阶段的主要任务是根据用户要求、设计输入定义产品的架构，并将产品进行模块划分；在此基础上，建立产品装配模型，将各类库文件引入建模过程中，贯彻标准化、模块化设计理念；完成装配模型建立之后，开始虚拟装配，即对模型进行装配性能分析，运用 DFA简化设计等方法对装配体及零部组件进行简化、合并等设计改进，并且进行装配相关检查，直到得到优化模型。

根据DFA的应用方法，制定出在SolidWorks环境下产品设计的流程，见图1所示。

3 DFA装配建模

主要需要建立两类模型，一类是建立一系列库模型，一类是对产品本身结构的建模，而前者是后者的基础。在对产品建模的过程中贯彻标准化模块化思想，为产品的简化设计提供良好的土壤。

3.1 产品装配建模

CAD装配建模有自下而上和自顶向下两种方法。自下而上设计法即首先完成零件设计建模，然后在装配文件中逐一插入零部件，组合成装配体模型，零部件之间无关联；自顶向下法为在装配文件中直接建立零部件模型，零部件之间往往存在几何关联以及配合限制。

综合两种设计方法的优势，在方案设计阶段，采用自顶向下的设计思路，首先规划产品装配体的框架，划分模块类型，在此基础上，将产品主体零件在装配图中进行初步建模或者将通用模块装入装配体中，使产品具备基本的模型架构，然后进入自下而上的模式，对构成装配体的零件模型作细化处理以及建立相关的零件，将生产的零部件装入装配体中并进行配合限制，逐步装配形成产品最终的装配模型。

3.2 库文件建模

库文件泛指CAD软件可调用的所有子组件和模块，它是构建新研制产品的基础，也是面向装配的设计中标准化和模块化设计原则实施的基础。

库文件建立的原则是：

（1）库文件归属文件夹应层次分明，库文件名应简洁明确地表示出库集合的特征，以方便选用；

（2）库文件中固化的组件和模块，如紧固件、外购件等，尽量以零件形式建模，以便存储和调用；

（3）分析同一系列模块的主要安装尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和扩充；

（4）同一系列化零件的建模尽量采用一个模型、多个配置；

（5）模块应尽量包含安装基准、安装尺寸等装配信息，有助于选用和避免装配加工错误。

根据库文件存放的位置和模块的类型可分为两类库，一是存放于计算机本地的本地资源库；另一种需要通过网络管理可上传和下载的ODM电子仓库。

3.2.1 本地资源库

根据电子设备的特点，在CAD环境中主要建立紧固件库（螺钉、螺母等）、电子器件库（连接器、显示屏、键盘、滤波器等）、机械成品库（风机、减震器等）、材料库（屏蔽材料、密封材料、铝型材）以及通用件库（机柜、机箱、控制台、把手、导轨、走线架等）。建立各种库后，将其存放地址添加到SolidWorks系统选项中的设计库中，即可开始在CAD界面中直接调用设计库文件。库文件的设计、编辑、修改等较容易实现， 技术人员可以通过改变某些参数而不必改动元件设计的全过程来更新设计。

3.2.2 PDM电子仓库

SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作组的产品数据管理，可以将本地成熟产品的数据检入到电子仓库，同时也可以分享工作组内其他成员上传到电子仓库并共享的数据，以实现设计资源的充分利用，并且能确保设计版本和复杂的结构件挂接关系得到有效管理。

根据电子设备结构面向装配的设计需要，以便于选择和调用为建库原则，电子仓库可主要划分为公用资料库、设备资源库和工艺资源库等。将设计相关标准、规范、资料放入公用资料库中；将工艺相关规程、工具资料等放入工艺资源库；设备资源库可以根据电子设备使用的工作环境，如地面、车载、舰载、星载、机载等进行分类，也可以按照结构形式、密封性、抗冲击振动性和电磁兼容性等产品结构特点设置有利于搜索的关键词。

4 装配性能分析

4.1 直观检查

SolidWorks软件界面中提供了装配统计、对称性检查、质量特性以及间隙检查等命令，可以很方便、直观地对已建立的产品模型进行相关的统计和检查，根据检查结果对装配体作进一步简化、合并、调整等减少装配错误、提高装配效率的设计，直观检查一般包含以下几项：

（1）考虑把相邻、相似、对称的零件合并成一个零件；（2）设计多功能零件，减少零件数量；（3）合并减少紧固件的种类、数量；（4）调整装配体及主体零件重心，避免装配时失稳；（5）通过间隙检查，避免零件过约束；（6）进行防错设计，避免非对称零部件具有一个以上的装配位置。

4.2 干涉检查

对产品装配体的干涉检查主要包括静态干涉检查和运动干涉检查两种方式。

SolidWorks命令项中的干涉检查，能够直观、明确、定量地给出装配体静态情况下干涉的零件、部位和干涉几何尺寸，有利于对干涉的零部件定位、定向进行设计修正。

对实现机械运动的产品，采用虚拟仿真工具SolidWorks Motion插件，对虚拟装配体进行运动学和动力学状态的仿真，模拟产品的不同运动状态，检验产品的运动性能及设计计算结果的正确性，对运动部件进行运动干涉检查，查看限位运动的干涉情况以及装配情况和零部件模型的精确程度，有助于在设计中发现产品结构空间布置的干涉和运动机构的碰撞等问题。

更好地完成干涉检查的关键点是完善装配体模型，尽量详尽真实地建模，特别是应注重建立自制件以外的外购件、紧固件、附件等的真实几何模型，往往一些看似微不足道的省略处会在实际装配时出现干涉问题。

4.3 公差分析

SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst两项与公差相关的插件。DimXpert可以直接在3D图形中按照标准生成标注，还可以帮助用户查找图形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解决公差设计的问题。

将公差分析的结果与装配体的简化设计原则相结合，简化装配关系、减少尺寸链数量、减小累积公差，才能够降低尺寸公差等级，实现宽松且合理的公差设计，提高装配质量和装配效率。

4.4 动态装配

SolidWorks的爆炸视图和animator插件可提供静态和动态装配拆分效果图，按需要对虚拟装配体进行拆分、分组，通过爆炸路径和键码对动画进行编辑，生成各虚拟装配体各部分的动画和图样文件。可以用于电子设备结构设计方案评审中，提供直观生动的产品效果；也可以直接应用于实际装配生产，特别是对于复杂的产品的装配具有指导作用。

5 结语

通过基于SolidWorks软件及其插件对电子设备结构面向装配的设计作了一些研究和尝试，体会到无论对软件强大功能的应用，还是对先进的产品设计模式的理解和运用，都需要更加深入地探索。新的设计方法和设计思路在不断涌现，CAD软件的功能也在与时俱进，设计师如何将两者更好地结合进而提升设计水平，是结构设计人员面临的一项艰巨任务。

参考文献

[1]钟元.面向制造和装配的产品设计指南[M].北京：机械工业出版社，2013.

第3篇：产品结构设计思路范文

【关键词】计算机辅助设计 Rhino（犀牛）软件 产品 造型设计

1 Rhino（犀牛）软件简介

Rhino是由美国Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS为主的三维建模软件。Rhino是最先进的专业NURBS建模软件之一，拥有简洁的操作界面、强大的功能和较低的硬件配置要求。与其它高价的3D软件相比，毫不逊色，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模非常流畅。从设计稿、手绘到实际产品，或只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为渲染表现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。

2 产品造型设计

2.1 产品造型设计概述

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。

2.2 影响产品造型设计的主要因素

（1）品牌风格的延续。产品造型设计是实现企业形象统一识别目标的具体表现，以产品设计为核心展开的系统形象设计，塑造和传播企业形象，创造个性品牌，赢利于激烈的市场竞争中。产品不仅能融合企业的文化理念，而且能够将这种理念通过造型语义传达给使用者。例如苹果公司的产品造型设计堪称精品设计，其成功因素之一就在于产品的造型设计延续了简约、创新、科技的品牌理念，获得了社会的认同。（2）产品结构设计的合理性。我们在设计中，尤其是做产品的外观造型时，往往只做产品的外形而忽略内部结构，结果最后出来的造型变形不符合实际需求。这就与画素描之前要了解人的骨骼结构是一样的道理。一方面，结构影响着产品的使用功能，即使用的舒适性和可靠性；另一方面，在很大程度上影响着生产工艺性。结构设计不能理解为纯工程问题而忽视内部结构在实现实用功能时的人性化诉求，导致设计产品在最终人机关系方面失衡。所以，产品内部结构设计的合理性及重要性在产品造型设计中的意义是不言而喻的。（3）设计美学法则的运用。形式美法则是人类在创造美的形式、美的过程中对美的形式规律的经验总结和抽象概括。主要包括：对称均衡、单纯齐一、调和对比、比例、节奏韵律和多样统一。掌握形式美的法则，能够使人们更自觉地运用形式美的法则表现美的内容，达到美的形式与美的内容高度统一。在工业产品造型设计中，要巧妙地运用这些美学法则创造合乎美学的实用的产品造型。（4）认知心理学维度。随着生活水平和文化素质的提高，人们在购买产品时的心理欲求占据越来越重要的地位。消费者购买产品时往往受能否满足他们的心理欲望所左右。因此，产品造型设计要不断适应人们发展着的认知心理，产品造型的设计必须以符合消费者的需求和个性心理为目标来进行。（5）生产技术工艺。工艺性是指，能否用合理的成型方法生产制作所需的形状、尺寸、精度，即工艺的合理性。造型设计不合理、不合乎生产工艺，就不便于或难以进行机械化生产，从而增加了工时消耗、材料消耗和制造成本，降低了生产效率。一般来说，对称和简单的几何造型，易于加工成型，过于繁杂的造型不利于生产制造。

3 Rhino在产品造型设计中的运用

3.1 草图的倒入

草图的倒入功能使得设计人员能够按照自己手绘的设计方案进行造型设计，提高了建模的速度和准确度。首先在二维软件（Photoshop、Coreldraw或者Alias等）中进行草图的绘制，也可以在图纸上进行产品手绘，然后通过扫描仪扫描到计算机中。将扫描好的图片导入犀牛软件（如图），将其作为造型参考进行三维建模。

3.2 Rhino在产品造型设计中常用的功能

（1）Rhino在曲面造型功能方面非常强大，产品外观都是以面的形式呈现，准确快速的建立曲面是关键，犀牛具有单轨扫掠、双轨扫掠、网格建面、放样等十多种命令生成或编辑曲面。（2）修剪命令如刀一般分割曲面，去除掉不需要的造型曲面。切割命令可以将整体造型分割为任意部分而保留外观曲面，便于对分割的部分进行编辑。（3）有时为了在已完成的造型部分去除掉某一实体形状的部分，或者将两个实体合并为一体等，就要运用布尔运算命令，操作完成后得到的也是实体。（4）为了更直观的分析生成的造型曲面品质，曲率分析、斑马纹、环境反射贴图工具都可以很好地观察到所生成曲面的连续性，方便进一步的调整。（5）如果想要得到重复并且按照距离、角度规律排放的形状，就要用到阵列工具，Rhino的阵列工具分为环形阵列和矩形阵列，能够大大降低繁琐的建模工作，提高建模速度，得到精确的造型。（6）有时所建模型繁杂，部分形体妨碍建模视线时，可以使用隐藏工具将已完成的部分隐藏，对剩余部分进行操作，当需要显示时再取消隐藏，这样可以避免许多不当的错误。（7）当造型建模到某一阶段，可以根据想要得到的预览效果来选用不同的显示模式，常用的有线框模式、着色模式、渲染模式、半透明模式、X光模式、半透明模式、工程图模式、艺术风格模式、钢笔模式。

3.3 与其他软件的完美兼容性

犀牛软件支持30余种输入与输出档案格式，从常见的NURBS格式的标准IGES曲面档案、STEP实体档案、ACIS档案、PARASOLID档案、OBJ档案，到POLYGON格式的3DS、LWO、STL档案，AutoCAD标准的DWG与DXF文档，以及点云资料、2D绘图AI档案等。其中IGES是工业标准格式，应用非常广泛，支持的软件数目超过40种。使用者可以针对合作方软件来选择要输出的档案格式的类型。

3.4 强大的插件功能

插件是Rhino很具特色的一个内容，它是一些具有扩展性的小程序，能帮助设计师实现需要花费大量时间和精力才能完成的造型功能。常用的插件例如Tsplines能够实现复杂曲面造型的建模，把原本强大的曲面建模功能提升得更加强大。犀牛配合Grasshopper参数化建模插件，可以快速建出曲面优美的建筑造型。在犀牛中装入TechGems（珠宝插件），便是一款非常之专业的珠宝首饰辅助设计软件。

3.5 与后期生产的接轨

Rhino在产品造型设计中的另一强大功能在于能够与后期生产制造接轨，而不仅仅只是提供快速的产品外观建模。比如Rhino导出的模型格式经过编辑后可以直接通过日趋成熟的3D打印技术进行打样，用来检验产品造型的合理性。同时，Rhino具备模具设计的功能，其拔模角度分析工具能检测能否正确脱模，对于后期生产制造提供更精确的数据。

结语

通过研究分析，我们可以发现，产品造型设计不仅需要扎实的设计经验基础和对各方面因素的综合考虑，还需要熟练掌握Rhino软件的操作。犀牛软件运用于产品设计中，能够发挥出最佳设计效果，为现代产品造型提供快速、高效和准确的设计新思路和技术，为产品设计师设计的各种产品造型的实现提供了更多的可能。

参考文献

[1]吴琼.工业设计技巧与禁忌[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]韩勇.犀牛之舞[M].北京：人民邮电出版社，2011.

第4篇：产品结构设计思路范文

关键词： 面向对象； 抗侧滚扭杆； Abaqus； Include

中图分类号： TB115.1文献标志码： B

引言

产品概念设计阶段经常会出现多种结构方案优选的情况.此时需要采用CAE方法来进行比选.尽管产品的功能目的一致，但其结构存在一定的差异，因此在进行有限元分析时，需要重复进行大量的分析模型前处理工作.特别是对于复杂产品结构，由于其中含有大量不同形式的受力结构件（如抗侧滚扭杆的连杆、橡胶球头、橡胶套筒、扭杆和支座等），往往零件的更换会使整个产品重新进行分析前处理工作.建立这类结构件有限元模型时不同的模型简化处理方式往往导致差别较大的分析结果，导致CAE分析过程效率低，分析结果可靠性差.[1]本文介绍的利用Include功能构建面向对象的分析任务，可以为结构设计分析工作提供一种简单、快速的建模分析工作思路.

1面向对象方法

长期以来，人们一直在设法争取使问题空间与求解空间在结构上尽可能一致，也就是说，使分析、设计和研究系统的方法学与人们认识客观世界的过程尽可能一致，这也正是面向对象方法学的出发点和追求的原则.面向对象的方法认为，客观世界由许多各种各样的对象组成，每个对象都有自己的内部状态和运动规律，不同对象之间的相互作用和联系构成各种不同的系统，这与人们认识世界的自然思维方式是一致的.

面向对象的方法是一种在分析和设计阶段独立于程序设计语言的概念化过程，它是一种程序设计技术，更重要地，它是一种新的思维方式，是一种完全不同于传统功能设计的方法.

面向对象分析、面向对象设计和面向对象程序设计是面向对象方法学提供的3种主要技术手段.面向对象分析基于对象思想描述问题域和系统任务，而面向对象设计则是面向对象分析的扩充，主要是增加各种实现软件系统所必需的组成部分，从面向对象分析到面向对象设计是一个逐步扩充模型的过程.面向对象的分析设计遵循抽象、封装性、多态性和继承性的原则.[26]

2Include介绍

Abaqus中的Include功能提供一种简单、快速地构建有限元分析任务的思路.Include将一个或多个外部文件作为数据块引入计算文件中，形成一个总的文件用于计算.Include不但可以在inp文件中引入外部文件数据，也能在CAE中实现外部数据文件的引入，比如材料编辑器就可以读入外部ASCII文件.通过它，可以指定任意外部数据文件成为分析工作的一部分，这些外部数据文件可以是模型、历史输出、注释或其他参考.当程序执行工作文件遇到Include时，无论它在哪里，都转向执行外部数据文件，当外部文件执行完后，又继续处理原来的工作文件.这种功能的核心就是在主分析中的外部文件或数据块指针，这具备构建面向对象思想的分析基础.

3构建面向对象分析

使用inp文件可以方便地描述模型参数、控制分析过程.文献[7]详细地介绍inp文件的结构和创建.可以认为一个inp任务主要由4种数据对象构成：有限元模型对象（节点、单元集和单元属性）、材料属性对象或对象属性、初始边界对象（包括约束条件）、一个或多个载荷步对象（包括边界条件、接触条件、计算控制参数集和结果输出等众多对象属性）.无论对象还是对象属性都可以由单独的外部文件描述，而Include可以将这些独立外部对象文件组成一个完整的分析工作，可视Include为在主工作分析文件中这些单独对象文件的指针.图1可简单示意各对象与主工作文件的关系.每一个框图都是一个对象或对象属性，每一个对象或属性数据都可以作为一个外部文件，用Include引入.

图 1完整的面向对象分析文件构成示意

在产品设计初期阶段，结构设计工程师的工作是通过计算遴选多个方案，比较、确定产品结构和材料.因此，对于一个既定产品结构分析工作，只有模型结构和材料是变化的，而边界条件、载荷、接触、控制参数和输出量等都是确定的，因此能将整个分析工作分隔成几个特定功能或对象模块.在特定的分析中，仅变动其中个别对象，而其他对象始终不变.由此可见，Include提供一种面向对象的构建分析工作的思路，而按这种思路建立的多个ASCII文件集合即是Abaqus面向对象分析任务.使用ASCII文件来封装上述的对象或对象属性而非编译后的程序.这使得改动工作变得非常容易且迅速.改动工作不仅指特定类型产品分析任务的改进，也指修改已有任务、建立新类型产品分析任务的工作.在Abaqus执行文件inp内，载荷、约束、接触和材料属性赋值等都通过节点、单元或面的集合名称确定.inp文件按特定名称指定的节点、单元和面等执行相关计算分析，因此可方便地进行对象属性确认.综上所述，把一个由特定结构组成的产品的inp工作执行文件按功能和特性分为几个不同对象内容，每次具体计算只改动需变化的一两个文件就能形成完整的执行文件inp的创建，可节省大量的重复劳动.这就是本文面向对象分析任务的构建思路.由于整个面向对象分析都由inp文件集合构成，因此基于面向对象的任务文件执行基本不受Abaqus版本的限制.

下面以2个铁路行业典型产品来说明Include面向对象分析任务的创建思路.

3.1胶垫板结构分析

以单个组件产品为例，介绍Include面向对象分析在快速分析中的应用.胶垫板是轨道扣件系统的一个重要部件.对于无碴轨道，胶垫板起减振和隔振作用，决定轨道的弹性性能，具体结构类型介绍参见参考文献[8].某胶垫板产品的原型结构见图2.产品施加集中力于工装上端板，工装下端板固定，简化为1/4模型（见图2）.

对于分析任务，本案例只调整胶垫板结构以满足强度和刚度的要求.因此，只有胶垫板模型对象FEA_MODEL.inp不断变化，其他工装模型、边界条件、载荷条件、接触设置、材料参数和结果输出设置等对象或属性则一律不变.很明显，由于主分析文件只包含工装模型、材料参数以及其他引入文件命令（见图4），因此它是不变的.载荷步对象包括载荷（位移和力）、计算参数和结果输出等属性定义，见图5.这部分都可由集合名称定义，故当针对某一特定结构产品时，这个文件也是不变的.初始条件及约束对象与载荷步一样，其内容也是固定不变的，见图6.因此，对于分析产品调整，整个分析任务中只有FEA_MODEL模型对象需要改动.如图7所示，胶垫板产品模型的节点、单元，节点集和单元集等信息都存在于FEA_MODEL模型对象里.

直接在Command中执行Main_FE_JOB.inp即可计算.本次案例计算结果的应力云图和刚度曲线见图8.结果不理想，需要调整结构.有2种不同结构的胶垫板可以尝试计算，见图9.以后的工作只需使用不同结构产品的模型对象FEA_MODEL.inp，其他完全不用处理.具体细节不再赘述.这里有2个关键细节需要注意：一是不能改动节点集、单元集的名称，因为接触、加载、材料赋值和结果输出等定义全部依赖于集合的名称；二是要注意胶垫板产品模型的节点、单元序号的范围，不能与主文件中工装的相关序号冲突.

图 8原型胶垫板有限元计算结果

（a）（b）图 9其他2种不同结构的胶垫板设计

第5篇：产品结构设计思路范文

关 键 词：榫卯结构 数字化仿真 有束腰凳

一、前言

传统榫卯工艺是传统文化中的瑰宝[1]，在现代家具设计中迫切需要对其进行深入学习与研究。但是由于榫卯工艺结构复杂，在教学中此类物理教具制作困难，不能进行批量的机械化生产。并且内部榫卯结构不能通过物理教具直接观察到，学习者不能直观的理解其结构，这造成学习榫卯结构的过程非常困难[2]。针对榫卯工艺在研究过程中存在的此类问题，本文提出引入数字化设计中的新方法、新技术，将数字化仿真设计与榫卯工艺相结合，以“有束腰方凳”为例，进行虚拟仿真设计。利用仿真技术对榫卯结构进行数字化模型的构建，并利用虚拟装配技术对其进行装配和构建。这样避免了物理教具的批量制造，降低教学成本，提升了教学效率，为榫卯结构的教学研究提供了一条新的思路，本文主要研究的是通过仿真模拟技术对传统榫卯工艺进行研究及其数据库的建立。

二、数字化仿真构建方法

1、数字化仿真技术含义

数字化仿真技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、整个生命周期的模拟和仿真。这样可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程。与传统的工业设计相比，数字化设计技术在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化，数字化工业设计将主要包括数字化建模，数字化装配，数字化评价，数字化制造，以及数字化信息交换等几方面。

2、数字化仿真设计流程

在现实家具榫卯工艺研究的方法是：把已有的家具进行拆解，对拆解后的榫卯结构进行测量、记录与学习。而在Pro/E系统中，学习研究榫卯结构的方法是：首先通过对榫卯家具进行拆解，并对其结构进行精细测量；然后通过数字化设计技术，并采用数字化样机来代替原来的物理原型，在数字状态下进行仿真分析，对原设计进行装配重组。这样不需要实物原型，就可以让更多的设计人员在不同时间不同的地点在计算机上进行榫卯结构的学习和研究。

三、数字化仿真实例

首先是建模平台的选取，考虑到数据格式的通用性、三维模型建设的便捷性，以及数据管理方式的先进性，最终选用了软件Pro/E作为三维建模平台。对结构件和零件用软件Pro/E进行建模来更直观的展示传统结构，以此来系统阐述榫卯结构制图和模型制作的现代工艺流程。由于凳子是明清家具中最基本的单品，其结构也是桌、案、几等家具的本源。本文将具有榫卯结构的束腰凳进行拆解，并对拆解后的结构进行仿真模拟。

1、定义初步产品结构

在进行详细设计之前要对产品进行初步结构分析：首先采用自顶向下设计方法规划出束腰凳的整体造型结构关系，即产品结构包含了一系列的子装配件，以及它们所继承的设计意图。产品结构由各层次装配和元件清单组成，在定义设计意图时，有许多子装配是预先确定下来的：比如对本例束腰凳进行结构分析，可以看到本例凳子一共使用了攒边打槽装板、抱肩榫、格肩榫这三种榫卯装配结构。

2、数字化样机详细设计

在明确了设计意图并定义了“有束腰凳”产品基本结构和框架前提下，将围绕设计意图和基本框架展开零件和子装配的详细设计。首先是子装配件的确定，通过对基本框架的研究分析得出产品共分为三个子装配体：攒边打槽装板结构子装配体、抱肩榫结构子装配体、格肩榫子装配体。当子装配体确定下来，设计基准传递下去之后，可以进行单个的零件设计。

2.1凳面榫卯结构仿真

从拆解图二可以看出，凳面采用的是攒边打槽装板连接方式。我们将攒边打槽装板连接方式定义为子装配件，在子装配件下进行板心及边框的详细设计。趱边打槽装板的装配结构是首先将板心装纳在四根边框之中，然后将装板的边框装配起来[3]。这种装配结构的优点在于边框伸缩性不大，使得整个家具的结构不至由于面板的胀缩而受影响，起到了稳定坚实的作用。

趱边打槽装板装配结构定义完之后开始进行零部件的详细设计，由图四可以看出此装配零部件由凳面的带榫头的两根大边和两条带榫眼的抹头组成。这四根木框两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。经过以上分析，在Pro/E环境中建立这四根带有榫卯结构的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫结构仿真

从图三可以看出，凳面与腿足及其束腰采用的是抱肩榫连接方式，将抱肩榫连接方式定义为子装配件，抱肩榫是束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合时使用的榫卯结构。首先通过测绘获得各种数据为基础，在获得详细的数据基础上，通过三维仿真建模技术，对抱肩榫结构进行子装配件的建立。之后在子装配件下进行牙条与腿足的详细设计。通过对三维仿真模型的拆解可以看出来，抱肩榫子装配件的详细结构是在腿足上挖出肩，将牙条插挂在上面来固定四方的框架。同时挂销进一步定位横材和竖材，将面受到的压力均匀传递到四足上，腿足上端的长短榫通过抹头的插接固定了承重面。

2.3.脚档的格肩榫模型仿真

通过下图对束腰凳的拆解可以看出，数字化模型中脚档与腿足的连接方式为格肩榫，将格肩榫装配方式定义为子装配体，然后分析其详细零部件。本实例束腰凳的腿足是方形竖材，此家具用的是大格肩榫结构，肩部为尖角，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。详细零部件构成为：格肩榫榫头在中间，两边为榫肩，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。 齐头碰在形式上有透榫。

3、数字化样机虚拟装配

假如在榫卯结构的物理教具装配演示过程中，需要将装配的各个零部件拿到装配现场进行装配[4]。而在Pro/E虚拟系统中，只需要在计算机屏幕上装配零部件，查看和分析零件的配合情况，这样可减少对物理样机的依赖。

具体的虚拟装配的方法是：首先是装配建模体系结构的建立，根据有束腰凳装配给定的功能要求和设计约束，先确定产品的大致组成和形状，确定各组成零部件之间的装配关系和约束关系。然后再把束腰凳分解成若干个零部件，在总体装配关系的约束下，同步根据装配关系对这些零部件进行设计。

其次是装配体层次关系的定义，束腰凳的装配体分解成不同层次的子装配体，子装配体又可分解成若干子装配体和各个零件。通常将零件、子装配体、装配体之间的这种层次关系直观地表示成装配树，树的根节点是装配体，子节点是组成装配体的各个零件，中间节点则是子装配体。装配树的的关系体现了实际形成装配体的装配顺序，同时也表达了装配体、子装配体及零件之间的父、子从属关系。图6是有束腰凳的仿真装配结果。

四、 结语

传统榫卯结构是我国宝贵的传统工艺非物质文化遗产，同时明式家具榫卯结构工艺也是当今学习榫卯结构的难点，所以有必要对传统榫卯结构进行三维数字模型的仿真研究，使学习和掌握榫卯结构的过程更快捷。通过三维模型的仿真研究和实践，探索出一套学习榫卯工艺的学习方法，为当今家具设计提供有益的参考，同时也促进了明式家具的深入研究，有助于传统文化的广泛传播和发展。

本文为天津市高等学校人文社会科学研究一般项目资助 课题号：20112303

参考文献

[1] 胡中艳，曹阳.中国古代家具设计的继承与发展[J].包装工程，2009，30（1）158-160

[2] 杨静，余隋怀，杨刚俊.明式家具榫卯结构的参数化设计系统构建与应用[J].西北林业学院学报，2009，24（3）：163-166

第6篇：产品结构设计思路范文

在机械设计中运用三维设计软件，首先是对所设计的产品进行初步建模，做好机械设计前期的准备工作，其次是对产品建立好的模型组装成整体，将产品的整体模型进行详细解析，对所设计的产品整体有大致的了解，并且通过设计软件特有的功能，对产品设计过程中存在的细节或者是一些没有考虑到的问题进行详细分析，对产品设计的工作流程和设计的合理程度进行检验，并由给出的分析结果，可做相应的调整及优化设计，将不正确的地方予以改正，最后设计出成品。以SolidWorks软件为例，其设计过程我们可以分为三步来实现：首先是根据设计目标的各项要求初步建立三维模型；其次是对初步建立的三维模型进行模拟组装运行；最后利用软件对设计目标进行模拟分析及合理性检测，从而达到最终的设计要求。它主要包括机械零件设计、装配设计、动画和渲染、有限元分析技术、设计优化及钣金制作等模块，基本满足各种机械设计的需求。此软件采用参数化设计思路，各工具栏命令之间具有相应的设计关联性，对零件的设计修改具有快捷、准确、可靠的特点，对零件的尺寸修改和相似零件的结构设计具有独到的技术优势。在零件设计模块中所做的更改可以自动、快速、准确地反映到装配、工程图等相应关联模块中去，同样，在装配模型和工程图样中，更大程度地减少设计的出错率，提高了设计工作的效率。目前，诸如此类的三维设计软件在机械设计中得到了广泛的运用。

2三维设计软件在机械设计中的优势

三维设计软件具有出图准确、设计方便、效率高、功能强大、简单易学等众多优势。设计者可自由选择相应的设计工具和命令，采用最合适的设计方法，直观、方便、高效、快捷地完成设计任务。在机械设计中，三维设计软件的有限元分析模块是设计者最好的设计助手之一。下面简单介绍SolidWorks软件有限元分析模块。基于SolidWorksCOSMOSWorks有限元分析软件的特点及强大功能，对产品结构中进行静态分析，并为产品结构的优化设计提供可靠依据。COSMOSWorks是一套强大的有限元分析软件，早期的有限元技术高高在上，只有一些国家的部门如宇航、军事部门可以使用，只有少数专业人员才能有机会接触，普通的工程师可望而不可及。然而自COSMOSWorks出现后，有限元分析的大门终于向普通工程师敞开了，把高高在上的有限元技术平民化，它易学易用、简洁直观，能够在普通的电脑上运行，不需要专业的有限元经验。普通的工程师都可以进行工程分析，迅速得到分析结果，从而最大限度地缩短设计周期，降低测试成本，提高产品质量，加大利润空间。传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散，然后一个个分别处理，耗时耗力，又存在计算结果不精确的缺点。COSMOSWorks提供了多场/多组件的复杂装配分析，从而大大简化工程师的劳动，使得分析能够更好地模拟真实情况，结果也就更精确。

有限元分析过程中几乎所有的设计量，如厚度、长度、半径等几何尺寸、材料特性、载荷位置与大小等都可以用变量参数表示，只要改变这些变量参数的赋值就能获得不同的设计方案的分析过程。经软件COSMOSWorks优化设计后，顶面加厚，底面加强筋加厚及加高，应力分布均匀，离屈服点更远，如图2所示，优化后的中心底面应力扩散，变形量减小，均在<1mm的范围内，可以满足使用要求。三维设计软件还包含钣金、焊接、管道设计、模具、数控编程等多个模块，机械设计工作者通过学习使用，为机械设计带来方便，提高了工作效率。

3结语

第7篇：产品结构设计思路范文

关键词：结构改进；优化；折弯；焊接

2012年我公司从意大利G.D公司引进了双通道、超高速滤棒成型机（ZL28），此机型的外观呈流线型，显示出外观设计的美观和档次。经过一年多的努力，该机型样机试制结束，通过结构件的加工，我们发现外方的结构设计因材料、设备、加工工艺、加工能力等多方面因素的差异，不太适合我们直接制作，因此我们结合前期不锈钢加工积累的经验对该机组的结构件进行了结构改进优化，我们改进的目的是用结构保证精度，打造精品产品，把复杂留给设计，把简单留给生产，在不降低精度的前提下,尽可能降低加工难度，节约成本。

如下图所示是ZL28机组的一个护板，该工件由件1、2、3、4组成，焊接子件多，焊缝长达2.6米，如若按照图纸直接加工，焊接成型后外表面将严重变形，不能修复。

因此，我们需要对该工件进行结构改进优化。按原图结构加工所遇到的问题主要是焊接后变形严重，因此我们改进的思路技术减少焊接。我们在保证工件外形尺寸和结构的前提下合并子件，能折的尽可能不焊，于是我们有了加工方案一，所有子件合并成一体。但是做展开图时发现展开图有干涉，如下图所示（阴影部分为干涉区域）。

合并子件需要考虑的有三方面：焊接最少、折弯工艺最优以及避免展开图的干涉，最终的结构是在这三方面取最优值。我们通过研究上面展开图干涉的区域，有了加工方案二，如下图所示。

我们把原图中件1、2，件3大平面部分，件4中间和小平面部分合并成上图中的件1；件3剩余部分和件4剩余部分合并成上图中的件2。改进后展开图如下图所示。

改进后，焊接缝比改进前减少了2.4米，减少量高达92.3%，焊接变形减少到最低，焊后基本不用修整，精饰处理时间直接减少半个工作日，外观质量稳定提高。可见结构改进后，不但提高了加工质量，避免工件报废，而且缩短加工时间，大大降低了生产成本。

通过上述典型零件的结构优化，我们发现在钣金结构零件的设计中，在达到设计使用功能和保证工件外形尺寸及结构的前提下，应尽可能通过折弯成型，减少焊接以避免焊后变形，增加修整工作。

通过ZL28样机试制，我们发现外方结构件零件大多是通过子件组焊成型，这样的设计图纸表达简单，工人能够快速看懂图纸，但是对零件材料、加工设备、加工工艺、焊接水平的要求很高。我们改进后的结构图纸表达相对复杂，但是降低了对零件材料、加工设备、加工工艺、焊接水平的要求。通过试制可发现我们与外方的差距，我们需要努力，早日赶上外方水平。

参考文献：

第8篇：产品结构设计思路范文

但我公司作为一家集研发、制造为一体的国有企业，要进一步发展和壮大，除了充分用好已有资源、努力进行内部挖潜、深化生产管理来促进发展外，也需要进一步吸收、深化应用先进的CAE研发技术，完善整车、整机CAE分析体系，以缩短产品研制周期、优化产品结构、提高产品质量、降低研发成本，从而高效地研制出具有自主知识产权的好产品、增强公司的核心竞争力、获得更好的市场回报。

一、问题的提出

现在机车以及柴油机设计越来越趋向于安全、高速、重载、轻量化的设计要求，由于机车、柴油机、柴油发电机组和曲轴等本身都是结构大型复杂的产品，都是在动态载荷工况下服役工作，且有不少产品为焊接装配件。从产品的专业性、特殊性而言，涉及到的CAE计算需求是多方面的，包括部件的散热性能、运动学/动力学性能、极端载荷条件（结构载荷、热载荷）的强度/刚度性能、疲劳性能、结构优化问题等，这些性能也直接与某项目各部件的可靠性、品质等息息相关。

经过多年努力和积累，机车研发部虽然很早就拥有一批相关CAE专业分析人员，但受人员变化、当前分析工作中不断出现新的复杂需求、CAE分析软件版本低功能受限等原因影响，公司CAE人员近几年主要是针对部件结构强度计算分析（如车体、构架、车轴、曲轴、柴油机发电机组安装架的强度计算）。而柴油机的传热分析和热-结构耦合分析；机车和车辆的碰撞动力学分析；机车中司乘人员和乘客的安全和舒适性的动力学分析；电力机车受电弓网系统的动力学分析；铁路机车运行的动力学仿真分析；机车、与轨道的系统动力学仿真分析；机车柴油机供油系统、冷却系统的流体动力学分析；机车通风系统和空调系统的流体力学分析等则很少涉及。

整个机车及柴油机的系统优化、减重、疲劳强度、流体动力学分析、散热性能、运动学/动力学性能和稳定性等CAE新问题已越来越制约着产品的品质进一步提升。公司经过多个整车整机的开发，也积累了一部分CAE知识点，如何进一步将这些知识系统化，形成公司的规范体系？CAE技术如何贯彻于整个设计流程？如何建设符合公司实际情况的CAE体系，为公司产品开发提供安全保障，也为整车优化提供保证？这已成为迫在眉睫的问题。

笔者认为只有深入分析CAE在机械、装备行业的应用现状，再结合公司产品的实际特点，摸索出符合我公司特色的整车及整机的CAE体系建设之路，才能提升产品研发效率，提高技术性能并降低成本，增强企业竞争力。

二、CAE技术在国内外现状分析

1.CAE技术在国内外现状分析

就CAE技术的工业化应用而言，西方发达国家目前已经达到了实用化阶段。通过CAE与CAD、CAM等技术的结合，使企业能对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性和经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。在许多行业中，CAE分析已经作为产品设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施。如，以国外某大汽车公司为例，绝大多数的汽车零部件设计都必须经过多方面的计算机仿真分析，否则根本通不过设计审查，更谈不上试制和投入生产。

国内这几年，各方也加大了这方面的投入，逐渐从过去的结构强度分析，向更高、更难的流体、流固耦合、空气动力学、系统优化、控制和疲劳等CAE方面开展深入研究。但产品的应用范围、计算项目的深度、CAE平台建设的规模以及CAE计算分析的细节程度还与国外还有不小的差距。

2.CAE技术在国内机车行业应用现状分析

目前国内铁路行业的CAE技术应用在很多企业已经进入逐渐的普及阶段，但比航空、国防和汽车行业应用层次要低。其中长春客车厂、株洲机车车辆厂、齐齐哈尔车辆厂、北京二七机车车辆、四方股份公司、大连机车厂、大连机车研究所、株洲电力机车厂和研究所与戚墅堰厂和工艺所等的仿真分析手段基本都已涵盖了零部件的结构强度、整车或列车动力学和零部件疲劳、振动噪声等专业，取得了显著的成果。尤其是四方股份、长江集团、齐齐哈尔、长客和大连等实施相应的CAE技术已经近10年了。其CAE仿真技术已经越来越多地被相关的厂家接受。另外，为了保证实施CAE仿真技术的延续性，有些厂所也出台了相应的鼓励分析师的政策，并成立了专业的分析团队，充分发挥了CAE仿真技术在产品研发过程中的作用。

而我公司与同行业其他兄弟公司相比，CAE技术相对滞后，现有CAE应用情况如下。

（1）无法快速地评估设计结构的大量复杂的流体力学、疲劳寿命预测、电磁场、温度场以及多体耦合场、抗冲击、抗振动、冷却效果和使用寿命等性能，许多课题还未开展研究。

（2）无法贯穿整个产品的设计过程，主要是做校核计算。

（3）无法快速地分析与改进设计结构的降噪措施。

（4）无法快速地对新设计结构进行针对性的结构优化和用料优化。

三、整车整机的CAE体系建设思路

公司正逐渐加大研发力度，不断增强自主研发能力，这必将对机车及发动机提出了更高的设计要求，而过去的CAE分析内容显得过少，CAE分析的深度及广度不够，为此CAE体系应尽快完善，以下根据笔者多年的工作经验及结合公司产品的实际情况，提出的CAE体系建设的思路。

1.完善整车、整机的CAE分析内容

（1）整车的CAE分析内容：机车包含的常用部件如车体、构架和车轴等需做常规的结构强度、刚度有限元分析；进一步考虑，部分关键件、大型件的结构优化、拓扑优化、模态分析，车身结构噪声分析、疲劳强度分析；研究整车空气动力学、整车动力学性能和整车稳定性能。

（2）整机的CAE分析内容：发动机常用部件的有限元分析、缸体及缸盖的结构分析、轴系的多体动力学分析、发动机三维CFD分析、发动机性能分析、发动机冷却分析和发动机热固耦合分析。

另外，需根据各个整车、整机的开发级别定义不同级别CAE的分析内容。整车、整机研发的新技术越多，产品结构越新颖，CAE计算分析的内容细化级别也应相应增加，以保证产品研发的可靠性。

2.细化整车、整机的CAE分析流程

对于全新的机车或发动机研发，CAE流程应分为三个阶段。

第一阶段：概念分析阶段。主要是考虑整车、整机设计的总体要求，根据相关评定标准，CAE人员对整车、整机的总体性能进行CAE计算，以验证是否能达到设计目标，同时提出优化建议，在预研阶段把握产品的总体性能，为高层决策提供技术参考。此阶段分析结束后，须确定基本结构形式，总布置方式，各子性能的详细设计目标值。

此阶段的工作难度较大，需要CAE工程师具备较多的设计和分析经验。

第二阶段：工程化分析阶段。主要是根据设计师的详细设计情况，进行各部类常用部件的各类型的详细等分析。此阶段是以产品的详细结构为输入，从CAE方面，对设计的产品各方面的性能进行分析，以验证是否达到概念分析阶段所获得的性能目标，若没有达到，则需优化分析，并与设计师、工艺师共同商定，确定修改设计方案。

工程化分析阶段是整车、整机开发中工作量最大的阶段，此阶段必须根据整车、整机设计的进度要求，进行至少2～3轮覆盖结构、流体、动力学、热固耦合CAE领域的完整的CAE分析，为工程化设计进行虚拟验证并在设计阶段进行优化。

第三阶段：试验验证分析阶段。主要是根据整车、整机做试验以及试运行时出现的一些的问题，进行CAE工程分析，找出问题出现的原因，并提出可行的解决方案。

此阶段的工作难度和工作量则是不确定的，一般来说，在设计前期，考虑的问题越周全，在试验阶段出现的问题就越少，涉及的CAE工作量也就越小。

按此流程，公司的CAE技术还应更早介入设计流程中，因为在早期采用CAE技术，虽然加大了前期投入，但降低了后续的产品开发费用。投入总量和传统做法相比要少得多，而且在产品投产后，能将投入维持在很低的水平，从总体上来说，降低了产品开发的总费用，也使产品的上市时间得以提前。CAE在降低成本方面的作用，如图1所示；CAE技术贯穿设计流程对解决工程问题的意义如图2所示。

3.整车、整机的CAE体系规范

流程是定义什么时候该做什么事，而规范是定义如何正确做事的准则。机车和发动机开发本就是一项系统性很强的任务，需要不断地总结，建立合理的规范体系，系统性地沉淀已有的知识点，并保证持续修订。经过这些年整车整机的开发，我公司其实也积累了很多经验知识点，但没有形成书面规范，前些年随着CAE人才的流失，公司也随之流失了CAE的经验知识点，为此应该进一步将这些知识系统化，形成公司的规范体系。不能为了建规范而建规范，而是应该根据公司的技术规划来建立规范体系，如对应不同的开发级别，首先规划必须具备哪些能力，应该建立哪些规范，然后分专业有计划地进行实施，并不断完善。只有不断地建设有价值的规范，才能将已有的知识固化在公司，而不至于因为人员的流动造成能力的损失，同时也才能保持已有的技术能力。一般来说，规范是很难从其他企业获得或者购买，因为这都是各企业的核心技术，多少钱都不会卖，而且各企业情况差别很大，直接引进的规范不一定适用，所以必须公司自己建设。

结合公司实际产品CAE分析特点，笔者认为应逐渐形成公司CAE体系自己的规范，如：CAE操作规范、CAE任务流程规范和具体的CAE专业分析规范。

4.CAE数据库的完善

CAE的计算相关数据应有效规划、利用，因为每次产品设计的革新离不开过去的技术基础。笔者认为，这类数据应分为两类：第一类是性能数据库，性能数据库积累了多个平台车型或机型的结构强度、总体稳定性和动力学性能等多项重要性能指标，为后续车型或机型开发目标值设定、工程判断提供了充分、可靠的依据。第二类是结构数据库，结构数据库积累了跟某项性能相关的重要结构信息，为后续CAE能力提高、指导工程化设计提供依据。

5.整车、整机CAE资源配置

在影响CAE应用效果的诸多因素中，人才、分析软件和计算机硬件、外部资源是三个最主要的方面，其中“人才”是最重要的因素，这涉及到对CAE人才的层次规划、CAE队伍的稳定性建设。

（1）没有CAE队伍，核心技术无从谈起，CAE工程人员工程背景要求高，因CAE技术具有较高的技术含量，CAE应用的每一个方向实际上都是一门专门学科，如结构力学、断裂力学、流体力学、电磁学或传热学等，且CAE工程人员对设计、工艺和产品的工作原理、特性也应有一定的了解。根据前面CAE体系的思路，公司人员配置7～10人，才能满足未来CAE设计分析要求。

（2）软，硬件平台：要根据公司实际情况，购置适合公司产品特点的分析软件及硬件，除非有十足的把握，否则不应贪大求全。应制定一个合理的CAE实施计划，在预算允许的情况下，先考虑最急需的CAE软件和硬件，应用一段时间、见到良好效益后，再考虑使用权的扩充或其他软件模块的扩充。

（3）重视与高校、CAE软件厂商的合作关系：与CAE软件开发商建立良好的技术合作而不仅仅是商务合作关系，相互间长期的技术交流甚至与程序开发人员本身的底层技术讨论等是保证CAE应用能取得实效的关键因素之一。与CAE软件厂商、高校合作的另一种好的方式是进行一系列项目咨询工作，项目咨询不但能结合多方的优势最佳地解决实际工程问题，而且能在合作过程中非常对口地深入学习和掌握软件应用技巧，同时还能增进双方的了解和建立良好的关系。

四、几点建议

（1）要给予CAE足够的重视。一项新的技术从提出到应用再到产生效益总有一个成长的过程，尤其是在起步阶段，还特别需要各个方面的重视和支持，只有这样，才能共同把这项工作做好。

（2）CAE的价值有很大一部分隐含或体现在设计工作中，因此，单从CAE自身的效益很难看出工作的价值。另外，还要理顺关系，责权明确，避免出现“做好了是设计人员的功劳，做不好是分析人员的责任”的现象。

（3）CAE行业正处于一个快速发展、成长时期，从业人员流动性较大，因此有必要从政策上对此予以引导和扶持，采取有效措施吸引、留住人才，保证工作的持续性。

（4）现在的CAE技术已经基本成熟，CAE软件的可用性、可靠性和计算效率问题已经基本解决，CAE软件应该成为设计工程师实现工程创新、产品创新的得力助手和有效工具，一些比较简单的分析计算可以在CAD软件上直接完成。

（5）及时发现问题、解决问题。能在设计早期进行CAE分析，及时发现可能存在的问题，是对设计工作的一个重要补充。

第9篇：产品结构设计思路范文

 

1传统工业体系下的产品平衡态理论

 

传统的产品设计是建立在工业革命以来所形成的大批量生产方式之上的。为了创造更多利润，大规模生产成为一个必然选择，制造方必须生产能被大多数人所接受的产品，满足大众化需求。虽然传统工业模式并不尽如人意，但是在很长的时间周期中，每种按照批量生产法则而设计的产品都已经形成了一个自在演化的生态圏，并达到了一种难以轻易颠覆的平衡。以汽车为例，一部基于燃油动力的、以传统工业生产方式生产的汽车，必须同时满足多种条件的达成，才能成为一部合格的汽车。比如发动机的布置必须满足安全和稳定性;驾驶舱在遮蔽风雨的同时又必须可承受一定强度的撞击;车门开启的方式既要满足方便性还不能破坏车身力学结构;每个部件既要满足功能又要能够被批量制造等等，汽车之所以成为今天的形态，是经过漫长演化而得到的平衡状态。在各种目标的互相冲突中，产品形式不断演化和妥协，达到了一种平衡。因此，在工业设计行业里常常提及的关键能力，是要求设计师能更准确的理解产品。事实上这种理解力的对象，就是产品的平衡状态，新的设计方案一定要达成一种新的平衡状态，才具有“产品一一商品”的价值，这就是所谓产品平衡态理论。

 

2基于3D打印技术构建产品新平衡态的机会

 

过去，产品设计难以在每个项目上都获得极具创新的突破，就是因为不容易打破旧系统去建立新的平衡态。而3D打印技术的出现，就在很多产品领域为大家提供了构建新平衡态的机遇。

 

2.1达成特殊功能的全新平衡态

 

航天发动机的尾推管，管体内有许多热交换流道。在过去的设计中，由于制造技术的制约使很多优化想法无法实现。而采用3D打印技术及可以把内部流道直接打印出来，实现最优的热交换。同理，应用3D打印技术也可打印出多级叶轮、战机的隔栅板。隔栅板最初的设计是平面型的，且需加工很多均匀小孔。按照优化设计的思想，格栅板零件应是曲面型及弯曲的。传统工业手段几乎难以实现这种形态，只有用3D打印技术可以实现。所以，3D打印技术的出现极大地改变了飞机设计的思路。

 

2.2基于3D打印成型方式创造复杂结构的全新平衡态

 

打印使复杂的产品结构成为可能，同时产品结构设计的一体化趋势逐渐呈现。传统生产工艺中产品多由若干部件组装构成主体结构，而组装结构有时候会增加复杂度和故障率，生产和装配过程也会额外大量材料及能源。而3D打印的“增材”制造可以带来一体化结构，使产品变得简单，特殊结构就不需要再组装，既提高了效率，也提高了结构强度和可靠性。比如SLM(金属激光烧结技术)，是用激光有选择分层烧结金属粉末，使烧结成形的固化层叠加生成所需形状，得到近乎致密的金属零件。飞机的一些关键部件是由钛合金加工而成，运用SLM技术，既可实现复杂结构的部件，又可实现结构性的最优化强度，同时还降低了制造成本。

 

 

 

3.13D打印技术的结构性局限

 

今天，互联网技术促使社会协作开始转型，小型组织的崛起以及分布式的设计行为似乎成为必然趋势。很多人认为在互联网时代出现的长尾模式可以满足过去难以被满足的小众化需求，这是基本准确的。但是3D打印让设计者同时成为制造者，并将其视为泛在制造的体现，笔者就不敢认同了。工业4.0如果是让人们退回才能将两者相连起来。然后再根据实际需求来设置相机对应的参数，设置好相机参数后可查看实时模式，可以在实时模式下进行跟踪拍照。拍好的照片直接传送到电脑的指定路径上，免去了要拆下相机内存卡读照片的过程，拍摄完成后无需做任何图片处理，一键点击轻松制作3D动画。3D自动成像软件的软件设计流程。

 

3D打印技术虽然可以带来新的设计机遇，但是很多产品的平衡态都需要系统化解决，这个是单独依靠一个3D打印技术所解决不了的。例如制造一部手机，3D打印机可以打印个性化的外壳，甚至利用全新材料制造屏幕，但依然无法解决芯片级的制造和不同化工原材料的电气化集成。一个高度系统化的产品，其平衡态也必须依靠系统化手段才能达成。3D打印技术只是在设计层面开辟了机遇，但不能成为构建新系统的唯一手段。个体设计行为可以越来越多，但个体制造的大量浦现，基本不会出现。

 

3.2未来制造模式

 

3D打印技术一定会促进未来的制造模式发生改变，但它不会是分布式的，而是进一步的集约化。人类从工业化大生产中获得的最大收益是学会分工与协作。只有进一步的分工，才会解放人类对物质数量的依赖。在未来，最合理的发展路径是所有工厂都变成柔性制造商，而且彻底与设计、研发、销售相剥离。当3D打印及工业机器人等技术日趋成熟，未来工厂也将不再是劳动密集型产业，而彻底成为依靠自动化和数据化驱动的柔性、智能的制造工厂，制造成为其唯一职能。其客户可能是各种各样的中小型研发团体、设计组织及个人，按需制造特定数量的产品或部件。在工业4.0应有的模式中，3D打印技术的最大作用，就是促进传统工厂全面转型为智能工厂的技术基础。

 

3.3设计主体与制造主体之间的关系

 

基于互联网时代日益发达的信息化基础设施，人们更容易连接、分享、，这样就带来了更低成本的社会化协作。当大量的小众需求通过众筹、微信等这类平台表达，分布式设计行为就已经诞生了，这就是所谓长尾理论。但是如果集约化、智能化的制造主体还未形成，工业4.0则不会彻底出现。在未来，一旦智能工厂开始浦现，设计和制造将彻底分离。设计主体是随机分布的，不受地域限制的。但制造主体更集约化，只是体力工作者变少而设备居多，与物流通路的依存更紧密。两者的沟通可以变成全面的远程化，设计者可能在国外，但产品制造产地可能就在身边。3D打印技术的真正成熟，可能就是压倒传统工业这片多米诺骨牌的最后一根稻草。

 

4结语