产品工程设计(精选5篇)

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产品工程设计

产品工程设计范文第1篇

[关键词]数字样机技术，工程设计，应用研究

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0382-01

一、前言

数字样机技术是使用数字代替实物进行产品数字化设计的技术。使用数字样机能够快速灵活的进行设计，而且更加有真实感。并且能够缩短研发周期，降低成本。

二、虚拟样机技术的概念

虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价。

在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计样机建造测试评估反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。

三、虚拟样机技术的特点

机械产品的设计是一个不断的循环过程。为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。

利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程。通过对多种设计方案进行如有限元、运动学和动力学等仿真分析，对仿真结果比较，最终确定一个最优化的方案，产品研发周期短，研发成本低，有效地提高了产品质量。

1、全新的研发模式

传统的产品设计研发是一个串行的过程，而采用虚拟样机技术则可以实现产品不同设计工作的同时进行，通过仿真得到产品在不同使用环境下的动态响应，进而评价不同设计方案可行性。

2、产品研发周期短、成本低、质量高

基于虚拟仿真平台建立初步设计完成后的产品模型，对所建模型进行多次仿真试验，这样省去了样机的制作时间，缩短产品开发周期，同时也能够提高产品的质量和性能。

3、实现动态设计的重要手段

企业间可以通过网络将各自的产品的信息进行传递，以便双方就一些产品设计信息进行交流，同时可以就设计问题进行讨论，实现了不同时间、地点、人员对产品设计的进行。

4、支持产品的全方位测试、分析与评估

利用虚拟样机技术对产品在不同应用环境下的动态响应进行仿真，根据结果对产品结构进行分析，得到产品全方位的测试结果，有利于对产品进行全方位的分析和评估。

四、应用现状

数字样机技术在一些工程设计与制造技术较发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造业、航空航天业、国防工业到人机工程学、医学以及工程咨询等很多方面。所涉及的产品从庞大的卡车到照相机的快门、火箭到轮船的锚链。在各个领域里，针对各种产品，数字样机技术都为用户节约了开支、时间并提供了满意的设计方案。采用虚拟现实技术，基于数字样机软件，借助VR外设工具可对产品的不同层面（零部件级、组件级、系统级）进行数字化样机装配和维护，实现具有沉浸感的产品装配与维护，对产品装配性能、装配工艺性和维护性进行评估和优化，在设计阶段验证产品的装配和维护性能。如在宝马汽车公司，虚拟装配被用于验证整车装配，在整车总计806个装配操作中，有494个操作得到评估，并且据此制定了标准的操作规程。该公司为车门的装配操作设计了一个虚拟装配系统。该系统能够识别语言输入，完成相应的操作，当发生干涉碰撞时，能够发出声音报警。

洛克希德马丁在战斗机系统F-16项目研究中，为了解决F-16维护性和人因学方面的技术问题，公司经过多次论证，淘汰了基于金属实物模型方案，转而利用数字样机进行维护性和人因学设计评估与验证，从经济角度看，飞机装置的一次重新设计和样式翻新所

需要的金属模型的造价就会超出一个虚拟维修系统的费用。虚拟维护的其他优势还在于它比金属模型更能够缩短研制进度。利用金属模型的时候，设计组对模型进行设计审查的准备工作要花费数周时间；而利用虚拟维护系统，在几天内就可以将模型转换成虚拟维修模型，在一周内就可以将详细的分析结果返回到设计组。通过利用数字样机技术，极大地改善了维修性设计技术手段，该公司提出在以后的飞机维修性设计与分析中要广泛采用数字样机技术。

五、虚拟样机技术在机械领域的应用

产品的设计流程包含结构设计、结构有限元分析、系统运动学与动力学分析、控制系统设计、虚拟样机作业过程模拟、系统稳定性与安全性评价、系统故障预测及冗余设计等。该设计过程在设计初期就充分考虑结构系统与控制系统的相互耦合作用，并进行产品作业全过程的计算机模拟，预测产品的性能、寿命及可靠性，从而缩短了开发周期，降低产品开发成本和开发风险。

1.虚拟样机技术软件

比较有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK。ADAMS占据市场50%以上份额。其他软件还有：WorkingModel、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisMechanicalSystem）软件是美国MDI公司（现已并入MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。包括ADAMS/ViewADAMS/Solver及其他扩展模块

2.虚拟样机技术在机械系统中有三种不同性质的分析

（1）机械系统的静力学分析：刚性系统。（2）机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运动分析。当机构的自由度=0时，进行运动学分析。（3）机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的系统运动分析

当机构的自由度>0时，进行动力学分析。主要有基于运动学和动力学可靠性分析技术：基于运动学和动力学虚拟样机制造技术；基于运动学和动力学结构综合优化技术；基于运动学和动力学机构优化分析技术（如多连杆杆系分析）；运动学和动力学设备故障分析技术；下面就我们机械压力机的曲柄连杆结构用虚拟样机如果处理来举例一下：

六、结束语

数字样机技术是使用数字代替实物进行产品数字化设计的技术，被广泛的应用。使用数字样机能够快速灵活的惊醒设计，而且更加有真实感。并且能够说短研发周期，降低成本。

参考文献

[1] 刘国昌，韩虎.基于ADAMS协同仿真技术的研究与实现[J].起重运输机械，2010（6）：38-40.

产品工程设计范文第2篇

关键词：虚拟样机技术；工程机械；产品设计

目前大多数工程设计都进行了新技术改革，并且也取得了一定的进步和发展，在实现产品设计现代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虚拟样机技术使用于工程机械领域的过程中，许多产品设计实现了非物质化依赖化，主要依靠虚拟样机技术便可以实现产品设计的整个流程，有利于新产品设计技术的不断开发利用，实现新科技环境下的新技术开发。

1虚拟样机技术的特征

（1）概念的新颖性。虚拟样机技术在工程领域有着颇为成功的运用，其特征之一在于设计概念的新颖性，是一种全新的机械产品设计理念。传统的仿真机主要是对于单个子系统的模仿，人们已经逐渐意识到这种仿真机即使针对整个系统的性能都进行了优化，但并非这种简单的将已经得到优化的子系统进行叠加就可以使得整体系统得到优化。虚拟样机技术而是强调整体优化大于机械式的叠加优化，使得虚拟整机与虚拟环境进行不断的耦合，对于各种产品设计方案进行检测、评价，不断改进产品的设计方案以达到最优化，实现整体最优而不是局部优化。（2）设计的系统性。通过整机结构、液压系统、控制系统等的独立设计，实现局部优化促进整体优化是传统的产品设计方法惯用的套路。在虚拟样机技术中，注重各个子系统之间的动态交互与协调求解，改善了传统产品设计中，因设计考虑不周，在产品开发之后发现不足导致的浪费现象。通过虚拟样机技术，逐渐建立起各个子系统之间的多体动力学虚拟样机，实现产品的协同设计，及时的发现设计中存在的问题，解决问题，以系统的测试分析来驱动整个产品设计过程。

2虚拟样机技术的实际应用

（1）虚拟样机技术在国外的运用。早在美国最早研制出无图纸研发飞机波音777时，虚拟样机技术就已经在飞机研发的设计、装配、性能评价以及分析评估上发挥了重大作用，这项技术的应用不仅使得波音777飞机的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大缩短一半，并且确保了产品最终一次性成功装接，实现了飞机制造的一次伟大成功。著名的生产工程机械商JohnDeere公司在解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及重载下自己震动问题时，积极地采用虚拟样机技术进行原因查找，并且大胆的进行方案改进，虚拟样机技术大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能，解决了传统方式无法查找原因的问题。还有类似福特公司等美国的汽车制造公司也都相继采用了虚拟样机技术来进行样图的设计和产品检测、评估，其目的之一就是降低开开产品的成本，减少在研发使用的过程中存在的风险，从而改进产品的质量，并且获得较好的经济效益，由此来达到自己生产产品的目的。（2）虚拟样机技术在国内的运用。虚拟样机技术在国内的主要应用体现在对于虚拟样机技术的技术内涵、组成运行模式进行进一步的探讨，深入的研究虚拟样机技术在自主研发平台上的发展前景以及在科技高速发展过程中的环境支持。多领域研究虚拟样机技术有助与对于该技术的深入开发，实现虚拟样机技术在于各个行业内的广泛应用。在国内的虚拟样机技术应用实例比较多，在许多科学研究中广泛应用虚拟样机技术进行深入的开发，获得了较好的成果，这项技术为国内制造业创新发展带来了无限可能。研究员也纷纷将虚拟样机技术分散应用于汽车制造业、工程机械业等等各个行业，国防工业以及航天航空业等进行更加广泛的应用，不断的促进虚拟样机技术的完善和发展，增强我国的企业产品开发能力。

3虚拟样机技术在工程机械上的应用以及前景

（1）虚拟样机技术在工程机械上的使用流程。虚拟样机技术在工程机械上的应用优势主要体现在能够保证产品设计的美观性、舒适性。安全性、可靠性、制造的简便性以及可维护性等等。由于虚拟样机技术具备其他技术所没有的可视性特点，因此可以再计算机虚拟现实环境中进行技术设计、产品组装以及性能优化等，并且综合考虑产品的外观设计在虚拟的环境中进行进一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操纵和修改的生成模型进行产品的不断完善。市场上一些成熟的软件，如：CAD、CAE等都可以进行虚拟工程机械设计，虚拟样机技术主要是利用图1流程进行产品的开发利用。上述流程借助商业上的三围CAD软件进行构图设计分析，进一步实现虚拟样机技术在工程机械设计上的有效利用。（2）虚拟样机技术在工程机械上的发展情况。虚拟样机技术的广泛应用能够实现产品设计的低成本、高效益，并且摆脱产品设计的物质依赖性，是一种全新的开发模式，将会给工程机械设计带来重大影响。主要的发展前景体现在：加快产品更新换代、引发一轮虚拟产品的销售潮，企业引发新的竞争点和增长点、促进企业间联盟、加快技术人员的技术提高，优胜劣汰速度。如此一来，将有利于产品的研发和企业的发展，以及人员素质的不断提高，可见，在新时代虚拟样机技术将成为工程机械产品开发的主流，引发全球经济新挑战。

4结语

文章讨论了虚拟样机技术在工程机械上的应用，探讨了虚拟样机技术的特征以及该技术在国内外的应用情况，大胆的畅想了新技术在工程机械上的开发利用情况，虚拟样机技术的发展将有助于新产品设计开发，同时促进工程机械流程的不断改革完善，促进我国工程机械设计实现高效、资源节约、发展迅速、人员配置合理的高效设计系统。

参考文献

［1］李寒杰.虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用［J］.装备制造技术，2012，（6）：302-304.

产品工程设计范文第3篇

三股强劲的趋势促成了这一变化。首先是不断增加的产品复杂性。消费者对功能和性能的需求与日俱增，同时还要求每一代新产品的原材料成本(BOM)和电池寿命都保持大体一致的水平，这就要求更加精确的软件、信令和逻辑设计。

第二个趋势是新品上市时间在不断缩短，因为竞争对手需要满足消费者对更新更好产品的需求。这就迫使原始设备制造商(OEM)和原始设计制造商(ODM)更加频繁地新产品，现在已经不是一年一代新产品，而是按季度新产品(如果更新频率不会更快的话)。此外，市场被地域和人口分成许多区域，每个区域需要的功能设置也不尽相同。因此，新一代产品往往需要多种设计，以充分满足日益细分的市场需求。比如手机制造商三星(samsung)，今年就计划推出100多款新型手机。

第三个趋势是设计预算正在缩水。为了使成本更有竞争力，企业不能投入大型设计团队同时开发交错上市的新产品。这就要求小型设计团队必须能够根据市场变化迅速开发出新产品。并且，为了确保效益，新产品还不能盲目模仿已有产品，它们必须拥有不一样的特性，这样才能引起消费者的兴趣。

传统的设计方法是设计团队要从一系列计划书起步，从零开始创建一个全新的、与众不同的设计，这样做显然跟不上步伐。而基于ASIC或ASSP的产品设计也需要一年甚至更多的开发和上市时间。面对消费者错综复杂的需求，改良设计工具从而提升设计工程师生产力的速度至少要与消费者需求增长的速度保持一致，这样才能保证整体设计时间不缩水。

开发人员过去采用的那些可以迅速生产差异化产品并提高产品性能的方法，现在已经不能取得令人满意的效果。比如，过去基于微处理器、通过软件实现差异性能和增强功能的设计方法现在已无法在固定成本下实现工程师所需的全部功能。同样，基于存储器的FPGA设计是利用硬件来实现差异化和提高性能，其价格昂贵，且需要很大功率才能满足设计需要并确保电池寿命。

显然，便携消费市场需要一种新的设计方法一因此基于平台的设计方法应运而生。设计团队首先创建的是一个可以支持整套产品的基础平台，然后通过配置不同的功能来设计单个新品，并通过升级平台来增添新的功能。如果设计考虑周全，单一平台就可迅速衍生出一系列适应不同市场、不同价位的产品。

一家便携式导航设备顶级OEM供应商最近采用这一平台方法创建了一个新的产品系列，基于同一通用平台提供了不同价位的功能组合。每个产品的核心功能，包括尺码和大多数原材料成本，都是相同的。产品的个性化主要表现在重点功能的选择上。例如，通过添加存储器并以彩色显示器代替黑白显示器，不需要耗费什么力气，他们就能将一个基本款产品变成一个高端产品。

产品工程设计范文第4篇

本文以ZL40G环保型轮式装载机为例，就机械材料的选用与设计、所要遵循的要点和所需考虑问题，提出几点建议和设想。

1、环保型材料的利用

1）尽量采用能再生利用的材料和资源

在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。

2）长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则

通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。

3）尽量采用低环境负荷材料

工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。

4）废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化

工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。

2、环保型工程机械产品设计

1）选用低公害发动机

发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求。

2）降低整机振动与噪声

减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。

3）液压系统的清洁和防渗漏

保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。

4）系统高效节能的设计

工程机械的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用电控高性能长寿命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目的。

3、工程机械产品人性化的设计

1）环保安全关怀型驾驶室的设计

如采用防紫外线辐射玻璃的全密封整体式、经减震降噪处理的“安全环保型”驾驶室，室内配置无氟环保型冷暖空调，并设计FOPS及POPS驾驶室以确保驾驶员的安全；充分运用人机工程学设计原理，如司机座椅可全方位调节、功能集成的单操纵手柄、可调式转向驱动器、全自动换挡装置、电子监控与故障自诊断系统，再辅以合理美观的颜色搭配，可大大改善司机的工作环境，缓解疲劳，提高作业效率。

2）自动加脂装置或集中系统的配置

传统的手动加注脂费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染周边环境。因此研制环保型工程机械就能自动定时加注脂的设备，如集中系统就能自动定时给各铰销加注黄油，其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的而又没有多余的油溢出，既环保又方便。另外对于小型机械，鉴于降低设计成本，可采用密封的销轴或使用新型材料的特殊轴套、或设计二级防尘结构等防止外部异物的进入和内部油脂的排出，从而延长加注油的间隔，减少对环境的污染。

3）外观美学设计

传统的工程机械产品一直是外形粗放、笨重的形象，环保型产品更应注重外观美学和车身的流线型设计，达到机器的环境的谐和，给人以视觉上的美感。如发动机机罩就可进行造型别致美观的流线型设计，整机的标识标牌应精心布置、设计，良好地体现环保特色。

4）人性化设计

工程机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，实现了各种工况下自动判断、挖掘机器发动机的功率输出，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全性和舒适性。

产品工程设计范文第5篇

关键词：环保节能；工程机械；产品设计与趋势

为保护人类十分宝贵且有限的资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，可以预见开发研制环保节能的绿色工程机械产品将是今后工程机械发展趋势的主流。目前国际上对中国工程机械出口提出更高要求，首先保证售后服务及时到位，其次就是实施再制造。严酷的国际市场逼迫我们必须对工程机械产品实施全生命周期管理，对用户实施保姆式的全程服务。因此，研制绿色工程机械产品以及实施产品再制造，是关乎企业生死存亡、稳定发展的大事。

绿色工程机械产品符合可持续发展的要求，是社会进步的标志，也是科技发展的必然趋势。实践证明，谁起步早、实施快，谁就能把握产品研发的主动权。发展绿色工程机械产品必须使工程技术人员，特别是企业决策者，应充分认识到绿色设计的必要性和紧迫性。从发展的战略角度看，绿色工程机械产品将会给企业及其产品树立良好形象，并最终带来不可估量的社会和经济效益。