产品结构设计思路
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇产品结构设计思路范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
产品结构设计思路范文第1篇
0 引言
工业设计专业的培养要求是通过学习工业设计的基础理论与知识，培养具有应用造型设计原理和法则处理各种产品的造型与色彩、形式与外观、结构与功能、结构与材料、外形与工艺、产品与人、产品与环境、市场的关系，并将这些关系统一表现在产品造型设计的基本能力的学生。从培养要求里我们可以看到结构在工业设计教育中的重要性，然而目前我国工业设计专业院校中专门开设产品结构设计课程的很少，大都以机械类的课程来代替这门课。例如机械设计基础课程，而此课程主要面向的是机械专业的学生，对工业设计专业的学生来说会出现听不懂、学不会的情况，因此教学效果也不理想。结构是产品功能得以实现的前提，不同的功能要求具有相应的结构形式。[1]工业设计专业重造型少结构和机械原理会导致社会对工业设计师能力的怀疑，也限制了学生在学习中的思考能力和实现能力。而产品结构设计课程的开设，可以让学生了解机械结构基本原理与设计的关系，掌握产品的结构、工作原理及其设计准则，使学生在产品设计的同时考虑到产品的内部构造，进一步了解其加工制造工艺，为产品设计的合理。因此，现阶段工业设计专业开设产品结构设计课程是十分必要的。文章结合教学实践体会，从教学内容和教学方法两个方面去进行研究探讨。
1 教学内容
目前我国的工业设计专业主要设于属工科的机械学院和文科的艺术设计类学院，前者依托制造技术，具有较强的科学性与现实性；后者依靠丰厚的人文知识与艺术精神能量，富有挑战性和创造力。现在工科院校招生有艺术类文科学生、理工类理科学生及文理兼收三种模式。[2] 本文主要针对工科院校下《产品结构设计》课程的研究与探讨。本课程是工业设计专业的必修课，旨在培养学生在进行产品设计时不仅考虑到产品的造型，同时也要考虑到其内部结构，进而研究产品的加工工艺和可制造性。学生在学习本课程之前，应先学习工程图学、造型材料与加工工艺、机械设计基础等课程，这些课程的学习为开设产品结构设计课程打下了坚实的基础。我校工业设计专业的产品结构设计课程，使用的教材是刘宝顺教授所编写《产品结构设计》，这本书根据机械结构的功能来划分，全书分成七个章节，分别为壳体、箱体结构设计，连接与固定结构设计，连续运动结构设计，往复、间歇运动机构设计，密封结构设计，安全结构设计，绿色结构设计。本课程重点讲述的是连接与固定结构设计，连续运动结构设计，往复、间歇运动机构设计和安全结构设计，其中将机械结构原理中最重要的部分“齿轮机构”、“凸轮机构”、“连杆机构”、“步进机构”与生活中的实际应用结合起来，启迪学生将以上结构应用到设计中去，并制作成模型，提高学生的结构创新意识。产品结构的创新可以带来造型的创新，结构创新是产品创新的重要途径之一。
2 教学方法
2.1 强调本课程学习的重要性
工业产品的设计包括外部造型设计和内部结构设计两部分。据调查，刚毕业的工业设计专业的学生参与到企业的项目中，多数学生对产品的内部结构不了解，设计产品的造型实现往往会遇到加工和制作的问题，设计构想图不能顺利实现，造型设计师需多次与结构设计师沟通与商榷，与此同时也浪费了较多的人力、物力和财力，不利于产品开发方案的顺利执行。而产品结构设计课程的专业学习可以加强学生对产品内部结构实现的训练，提高学生的想象能力和动手能力，从而减少学生毕业后进入企业对结构设计不了解的问题。本校的工业设计专业属于属工科的机械学院，对产品结构的深入理解与掌握，可以更加突出工科背景下工业设计的特色，因此让学生认识到本课程学习的重要性是十分必要的。
2.2 组织趣味化的课程模式
本课程是开设在三年级上学期，二年级有太多的专业基础理论课，无论是学生还是老师都希望更有趣的上课组织形式。本课程采用的授课方式是理论讲解、案例分析、设计展开、作业点评。这种授课方式是将基础理论通俗化，将原理课程趣味化，极大地提高了学生学习的积极性和对课程的兴趣，其教学过程让我们思考趣味化的课程组织模式的方式应该是怎样的，将来又会有何种更适合的方式。考核学生的方式为设计报告、结构原理模型、最终设计作品、设计作品交流展示。考核方式的多样化，可以从多方面提高学生综合设计的能力水平。
2.3 提高学生参与的主动性
课程教师讲授是必然的，但是也不能忽视学生的主动性。首先，针对部分章节采用以“学生为主”的教学模式。让学生充当教师的角色，要求学生根据本章的主要内容，去搜集资料，在课堂上进行讲解，从而提高学生设计表达的能力，发挥学生主动学习的能力。其次，要提高学生的动手能力，让学生切身深入到教学中来。讲到第二章“连接与固定结构设计”时，要求学生拆解生活中的小产品，比如鼠标，研究其各个部件间是如何实现连接与固定的，用到了课堂中讲到的哪些连接与固定的方式，是否还有其他新的连接与固定的方式等。讲到“齿轮机构”时，要求学生拆解具有齿轮结构的机械式发条闹钟，分析机械式发条闹钟是如何实现传动，并要求学生以“齿轮机构”为基本单元，设计相关具有转动或者移动功能的产品。学生最终作品是经过多次的实验、制作与修正，最后才能与其他同学的作品共同展示与交流。设计展览活动的举办可以激发学生学习的兴趣，同时也是对这门课程教学成果最好的检验。
2.4 采用真实项目带动教学
利用学院工作室的设备和场地，将真实项目引入到课堂教学中，以项目来驱动教学，通过参与真实项目，提升学生的综合素质能力。按照“专业课堂就是工作环境，指导教师就是项目主管，课堂作业就是项目成果”的思路，完善课程教学过程的各个环节。[3]通过项目的推进，培养学生的创新意识、团队协作能力、实践能力、专业技能，进而提高教学效果。项目开展的同时，企业设计人员及相关结构技术人员来课堂上进行指导与讲解。这种方式增加了学生与企业互动交流的机会，学生可更直接的听取企业人员给出的设计意见并及时对设计方案进行改进、修正。
3 结语
结构设计是产品设计的基本内容之一，也是整个产品设计过程中最复杂的一个工作环节，在产品形成过程中，结构设计起着至关重要的作用，[4]产品的设计离不开对结构的考量。在工业设计教学开设产品结构设计课程，旨在学生在进行产品设计的过程中重视对结构的把握，进而设计出更加科学合理的产品，特别是对工科院校下的工业设计专业来说，产品结构设计课程的学习对突出专业特色具有非常积极的意义。本文从教学内容和教学方法两个方面进行探讨，为今后开展教学和教学改革提供一定的参考。
参考文献：
[1] 伏波，白平.产品设计：功能与结构[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
[2] 康辉，卢国新，王静.工科工业设计若干问题的思考[J].理工高教研究，2005（1）：89.
[3] 白平，伏波.高职院校产品结构设计课程教学改革的探索与实践[J].兰州工业高等专科学校学报，2012，19
（3）：94-96.
产品结构设计思路范文第2篇
拓扑优化 形状优化 精密铸造 后悬置支架 有限元分析
论文摘要: 本文主要阐述借助于Alatir公司的Hyperworks结构优化软件，对精密铸造产品进行结构优化设计，且以对某汽车驾驶室后悬置支架的结构优化为例，着重介绍了拓扑优化和形状优化在精密铸造产品结构设计上的应用方法及功能。事实表明拓扑优化和形状优化的联合应用，对精密铸造产品的结构设计起到非常关键的帮助作用，最后通过此软件对优化后的产品结构进行有限元分析，验证优化后产品结构的强度和刚度。
HyperWorks在精密铸造产品优化设计中的应用
一、引言
在当前的汽车工业中，减轻设计重量和缩短设计周期是两个突出的问题，在传统的设计中，由于机械产品机构的复杂性，长期以来主要应用经验类比设计，对产品结构作定性分析和经验类比估算，在决定实际结构时，一般都取较大的安全系数，结果使得产品都是“傻”、“大”、“粗”，使材料的潜力得不到充分发挥，产品的性能也得不到充分的把握。所以传统的汽车设计思路已经不能满足当前设计的需要。汽车轻量化设计开始占据了汽车发展中的主要地位，它既可以提高车辆的动力性，降低成本，减少能源消耗又能减少污染。但是，简单的汽车轻量化设计却是一把双刃剑，它在减轻汽车重量的同时，也牺牲了车辆的强度和刚度，甚至对产品的结构寿命也产生影响，在此情况下，有限元分析方法在汽车设计中的合理应用就得到了充分体现，经过近几年的实践证明，Altair公司的有限元分析技术以及拓扑优化技术在汽车行业获得了非常成功的应用。特别是对于一些结构复杂的汽车铸造结构件，Hyperworks 的有限元分析技术、拓扑优化和形状优化技术的推广使得材料的潜能及铸造的优势得到了充分的发挥。
本文将详细介绍利用Hyperworks的拓扑优化和形状优化技术对东风商用车驾驶室后悬置支架进行减重优化设计的应用过程。以及如何应用Hyperworks验证改进结构后的应力和应变情况，使该后悬置支架减重优化后的结构能够满足产品的使用性能和铸造工艺性要求。
二、有限元法的概念和优化设计流程确立
2.1有限元法和有限单元的概念
有限元法又称有限单元法，是结构分析的一种数值计算方法，它随着计算机的发展而应运而生，并得到了广泛应用，目前已成为工程数值分析的有力工具。在实际工程应用中，我们首先把CAD模型分割成有限个实体或者壳单元。一般作为实体单元所适合的结构，是具有三维形状变化的物体，不太适合棒状、平板状的物体。实体单元是利用3D-CAD所作好的实体模型，能够拿来就能作有限元模型处理，这一点非常方便。 但是用实体单元制成的模型，因为节点数往往较多在分析时务必注意计算机磁盘用量和计算时间。
另外从实体单元能够把三维图形原封不动地适用于结构分析的模型上这一点来说，对于结构复杂的零件，采用实体单元是很好用的单元。实体单元有六面体、五面体、四面体，在用自动生成的情况下使用四面体较多。从分析精度而言，使用六面体为好，自动生成的三维形状也有必须限制用于六面体的等等，五面体单元在评价应力时尽量不使用此方法为好。壳单元有三角形和四边形单元，对于板单元尽量使用四边形单元，对于实体单元尽量使用六面体单元。使用三角形或四面体单元与使用四边形或六面体单元时相比有使结构增加刚性的模型化倾向。在本文我们所做的驾驶室后悬置支架的优化计算中，由于结构和受力状况的复杂性，我们采用实体单元与壳单元相结合的划分方法。
2.2 确立优化设计流程
在利用Hyperworks软件做优化分析时，通常的流程是首先读入CAD模型，然后划分网格，添加边界条件，设置优化分析模型参数。优化分析模型一般是由目标函数、约束条件、优化设计变量三个方面组成，借助于Hyperworks软件的OptiStruct模块，对于后悬置支架的轻量化设计，在现有的计算机条件下可以很方便的实现。首先，在轻量化分析过程中，一般选取优化设计变量为支架的体积的减少量，然后采用传统的拓扑优化方法，将总体的应变能作为目标函数。在本次后悬置支架的优化分析中，主要采用OptiStruct模块的拓扑优化和形状优化。首先，拓扑优化可以获得一个最佳的结构布局——即最佳的材料分布；然后在这个最优结构布局的基础上按照实际设计需求形成一个新的设计方案，并反馈到CAD软件中，形成新的CAD模型，最后应用更仔细的形状优化工具，同时添加适合铸造的约束条件，得到最有效的细节设计方案。
图(1)代表了该后悬置支架的简单优化设计流程，从最初的模型导入，以及之后的约束条件与目标函数的设定，同时包括制造工艺参数的设定，最后通过形状优化得到的最终设计方案。
根据优化需求，将三维模型
进行非安装部位的材料填充
导入三维模型
图（1）拓扑与形状优化流程图
三、 有限元模型建立和边界条件确定
3.1有限元模型建立
3.1.1后悬置支架原始结构分析
由于驾驶室后悬置系统布置方式比较复杂，整个驾驶室后悬置系统由安装于浮动横梁上的左右各一个橡胶缓冲块支撑，两个悬置支架对称的垂直立于车架大梁上，中间用一弧型横梁连接，在悬置支架的两侧对称的布置两个筒式减震器，而本文所要优化分析的后悬置支架是整个系统中受力最为复杂的关键零件。该零件在原始设计中，由于整个机构的复杂性，对产品的性能未能充分把握，在进行设计时只能作定性分析和类比估算，确定实际结构时，选择的安全系数过大，致使设计出来的产品结构过于笨重，粗大，缺乏美观。另外，由于对实际的受力点未能牢牢把握，导致结构材料分布不够均匀，铸造工艺性较差。原始结构见图（2）
图（2）原始结构模型图
3.1.2 有限元网格划分
有限元网格划分是进行有限元优化分析至关重要的一步，有限元分析的精度和效率与网格单元的密度和几何形状有着密切的关系，并且有限元网格划分的好坏，对后续数值计算结果的精确性有着直接的影响，它不但涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型还有选择什么样的网格生成器、网格密度的定义、单元的编号以及几何体元素等等。所以在实际应用中，选择合理的网格单元对整体模型的分析有重要的影响。根据上述介绍，结合后悬置支架结构的复杂程度以及优化分析的要求，对其采用实体单元网格划分，同时，在非干涉和装配部位进行必要的材料填充；另外，对分析过程中涉及到的弧形横梁因结构简单，属于简化梁结构，故采用壳单元的划分方式。
具体网格划分见图（3）
后悬置支架
弧型横梁
图（3）有限元网格模型
其节点数和单元数见表（1）
表（1）后悬置支架及横梁的节点与单元数
3.2 确定边界条件及设置优化参数
3.2.1 确定边界条件
由于驾驶室后悬置系统是以垂直方式布置，在车辆高速行使时，路面通过悬挂系统传递到驾驶室的冲击，发动机、传动系传递到驾驶室上的振动，以及侧向减振器所带来的瞬时冲击，是我们分析时主要考虑的因素。
计算时考虑驾驶室受垂知方向4G（瞬时），侧向2.5G（稳态）的冲击，同时对支架底端与车架大梁连接处用螺栓固定，该产品受力工况及约束条件如下图（4）所示
图（4）后悬置支架受力工况
3.2.2材料属性及性能参数
该后悬置支架采用ZGD410-700制成，其材料参数如表（2）所示。
表（2） 车身后悬置支架材料参数
四、拓扑优化和形状优化
4.1车身后悬置支架的拓扑优化
拓扑优化就是在产品初时设计阶段，利用优化计算得到满足设计要求的结构外形，并且可以返回到CAD，进行详细的结构设计，然后再利用形状或尺寸优化调整细节，最终得到满足要求的设计方案。对于这个后悬置支架的拓扑优化，主要问题是怎样使支架结构合理布置，以及如何最好的模拟支架所受的垂直载荷和侧向载荷。
在本次拓扑优化过程中，采用后悬置支架与横梁整体分析，但对后悬置支架单独优化的方式，这样获得的结果更趋近于真实的情况。由于拓扑优化对加强筋及凸缘刚度的敏感性较高，因此在采用传统的拓扑优化方法，定义设计变量时，将体积和应变能作为目标响应，设计空间的体积减少量作为优化的约束条件，总体的应变能作为最终的目标函数，这里的总体应变能不仅包括设计空间的应变能，同时也包括非设计空间的应变能。 最后，根据拓扑优化结果云图，返回CAD模型，结合精密铸造工艺，尽可能的凸出筋骨，减少大平面，在遵循实体最小原则下重新进行三维设计造型。优化云图及结构优化方案见图（5）
拓扑优化云图（一）
拓扑优化云图（二）
结构优化方案
图（5）拓扑优化云图和结构优化方案
4.2 车身后悬置支架的形状优化
根据以上拓扑优化结果，确定了一个在给定载荷条件下满足设计要求的最佳结构布置方案，在此方案的基础上，对后悬置支架进行细节优化——形状优化，在形状优化中，同时要考虑结构应力和屈曲变形。理论上为了突出筋骨，保持整个结构布置的均匀化，同时减少局部应力的集中，我们只对该有限元模型做局部形状优化，如图（7）所示，这样就避免整体优化时间上的浪费。
图（7）
为形状优化建立了有限元模型之后，我们要将适合铸造的工艺参数、应力标准和屈曲要求作为形状优化的设计约束，将质量最小化设为设计目标函数，对于应力约束，设计约束不允许该处的最大应力超出材料的屈服极限，同时在实际优化过程中，该处结构的厚度只能要求向内侧移动，高度只能向上移动。最终经过形状优化后结构见图（8）所示：
图（8）形状优化后最终结构图
五、结构验证与对比分析
经过拓扑优化和形状优化，我们最终得到了较为理想的设计方案，为了验证该优化方案的可靠性，特对此机构进行有限元分析计算，同时对用传统的经验类比方法设计的优化方案进行分析对比。用传统经验类比方法设计的方案如图（9）
图（9）传统优化设计方案
结合实际受力情况对传统优化设计方案和拓扑优化方案分别做有限元验证分析，应力云图见图（10）
传统优化设计方案应力云图
拓扑优化方案应力云图
图（10）方案验证应力云图
由以上分析可知，传统优化设计方案最大应力高达726MPa，出现在台肩处，而拓扑优化方案的最大应力虽然达到576MPa，但是位置出现在弧型横梁上，与传统优化设计方案相比，相同位置的最大应力由710MPa减少到216MPa。其对比参数见表（3）：
表（3）优化前后结构性能对比
六、结束语
经过上述优化方案的对比，我们可以很清楚的看到，利用传统的优化方式和利用Hyperworks的拓扑和形状优化方式的差别，虽然重量相差不多，分别下降了35%和35.5%，但是在同种工况作用下，传统方式优化的产品结构多处应力超出材质屈服极限，且最大应力达到了726MPa，远远超出了材料的屈服极限，在使用过程中很容易就发生断裂；而采用Hyperworks的拓扑和形状优化方式优化的产品结构最大应力只有230MPa，低于所使用材质的屈服极限410MPa，且同一部位由传统优化结构的710MPa减少到218MPa，同比强度增加了2.65倍，刚度增加了1.27倍，并且优化后的产品结构更适合于铸造工艺。
由上述可知，车身后悬置支架的优化设计验证了HyperWorks软件的OptiStruct模块在精密铸造产品的成功应用，说明了此技术在工业制造中具有非常优秀的特点，打破了生产单位不能独立改善产品结构的历史。随着工业产业的发展，OptiStruct的优化概念将会被越来越多的人接受并有效运用，届时它将真正成为产品结构设计工程师的左膀右臂。
参考文献
1、张国瑞 有限元法 北京 机械工业出版社 1991
2、刘惟信 机械最优化设计（第二版） 北京 清华大学出版社 1994
产品结构设计思路范文第3篇
【关键词】旅行日用品；结构设计；销售包装；方便携带；环保
近年来旅游业发展快速，已成为我国大众休闲的重要方式。自1990年代以来，世界旅游业步入了蓬勃发展的黄金时期。据早前的旅游行业调查报告统计：1996年全球国际旅游总人数达592亿人次，旅游业总产出达36万亿美元，占世界GDP的10.7%，已超过了石油、汽车、化工等行，成为世界第一大产业。以我国2015年为例，2015年前三季度，国内旅游人数30.26亿人次，同比增长10.9%，国内旅游消费2.56万亿元，同比增长15.1%；入境旅游人数1.33亿人次，同比增长3.5%；出境旅游人数1.23亿人次，同比增长12%；全国完成旅游投资5502.9亿元，同比增长29%，随着旅游人数的增长，随之而来的就是旅行中必需日用品的增加。
随着人们生活水平的不断提高，对必需日用品在数量和质量上都有所提高。例如洗发露、沐浴露、牙膏、牙刷、漱口杯、防晒霜、女生的化妆品，保养品。虽然有些高档次的酒店会提供基本的洗漱用具，但旅行途中不是每个人都是可以负担得起高档次的酒店费用，且每个人肤质敏感度不一样，所以大多数旅行的人都会选择自己携带日用品供旅行中使用。
目前市面上大多日用品的包装材料都是以塑料、玻璃，陶瓷为主。为了使商品看起来更加有质感，上档次，符合品牌特征，外形结构及外观设计吸引消费者，包装制造商通过不同的方式将其包装结构，外形设计，功能都充分地体现了出来。但随之而来的就是其质量和占有的空间就会大大增大。
所以市面上又因此推出了各种产品的旅行装。但旅行装相当于一次性的产品虽然省去了日用品体积普遍偏大的麻烦，但是为绿色环保增加了负担。为了环保，市面上又陆续推出了可以多次使用且容积较小的包装瓶，但是仍然是大小不一、空间占用率大、不易收纳、不易携带、甚至若磕碰较多，包装产生破碎、遗漏等不良现象。这不仅给游客身体上加大了负担，还会在一定程度上影响旅途中的心情，那旅游的收获和意义就会为此大打折扣。面对如此的问题，对如何改善此类问题的研究较少，为了改善旅行日用品包装的现状，对旅行日用品包装神器进行的研究就十分有必要了。
旅行日用品销售包装最重要的是体现其保护性、简便性、方便性、实用性，并起到宣传商品信息和促销的功能。为此，设计了这种旅行日用品神器包装结构。
1.材料选择
材料选择是包装结构设计中一个非常重要的步骤，材料的好坏将直接影响包装的功能。鉴于此包装用于旅途中，则需要具有轻便，无毒无味且强度高等特性的材料。设计中采用PET（聚对苯二甲酸类塑料）和PP（聚丙烯）作为销售包装材料。其中，瓶身和瓶盖采用PET材质，PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等特点。喷雾泵和乳液泵采用PP（聚丙烯）材质，PP塑料具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，耐热性好，是目前常用塑料中最轻的一种，但其印刷性不好，所以用作喷雾泵和乳液泵。
2.结构设计
销售包装结构设计的关键在于，能够充分体现对日用品的保护性以及携带的方便性。为此，设计了一种将三种常用液态日用品分别装置组合在一起及牙刷、牙膏、漱口杯集合于一体的包装结构形式。
图1 旅行神器的PET材质图
图2 旅行神器的部件图
2.1结构
如图所示，该产品由一个大瓶盖（结构一、结构二）、承液瓶（结构三）、三个喷雾泵或乳液泵（结构四）、小瓶盖（结构五）、底座（结构六）等五大部分部分组成。底座上有外螺纹便于和大瓶盖旋合；底座内部有一凸起环，用来卡住承液瓶底部，使其位置固定。承液瓶采用三分之一环形，达到相互约束，不让其在运动过程中产生摩擦撞击的目的，且留出中间空间置放非液态用品；喷雾泵或乳液泵则采用按压式喷头，控制量，不浪费。小瓶盖与承液瓶相配合，若在旅行中要单独使用其中一个或两个也可以单独拿出使用；若承液瓶都要使用，为了减轻质量，可以选择不携带小瓶盖。大瓶盖可以起到固定整个结构的作用，还可以做漱口杯，外表面做了凸点，起到防滑的作用；内顶部也有与底座类似的凸起圆环，进一步使瓶子稳定。在承液瓶的三个瓶子中间多出一个圆柱形空间，可以放置其他小物品（小型牙刷、牙膏、肥皂等）。
2.2功能
该产品极大的节约了使用空间，也控制了可装溶液的量。整个包装高度100mm、直径50mm，（类似易拉罐）形体轻巧易带，很大的节约了旅行包中的空间；而且其功能多：大瓶盖可做漱口杯，三个瓶子可装沐浴露，洗发露，洗面奶，护肤乳及爽肤水，而三个瓶子中间多出来的空隙，可放置折叠牙刷和小型牙膏，卸妆棉。该包装结构可多次使用，绿色环保，可谓小体积大本领。
3.装潢设计
在瓶身包装的外表面上进行简单的装潢设计，如生产厂家相关信息商标、联系方式、商品种类等。根据不同人群的喜好，设计一些与风景、人物或者卡通动漫有关的内容作装潢，以此提高商品的宣传效果，便于消费者挑选和购买，再是用的基础上增加其商品竞争力。
4.成本分析
采用PET，PP塑料为原材料，作为日用品的销售包装，会相对增加旅行日用品的成本。成本包括材料的成本、加工成本、制版成本、印后加工成本等。因此本产品适合于多种旅行日用品包装并且重复利用。
5.结语
本设计对旅行时所需要用到的日用品进行了销售包装设计，而对其他非必须旅行化妆品的销售包装未进行研究。虽然本产品结构较复杂，是销售成本增加，但本销售包装经济环保，可重复使用，它为游客所需日用品的销售包装提供了很好的思路，不仅使得游客更加便捷，而且大大方便了各日用品旅行装的销售，相信当人们接触到了次产品，定会知道它的妙处。
参考文献：
[1]宋宝丰.包装容器结构设计与制造.北京：印刷工业出版社，1996.
[2]孙诚，金国斌，王德忠等.包装结构设计.北京：中国轻工业出版社，1997.
产品结构设计思路范文第4篇
关键词：散热结构设计 SVG
引言：
SVG是当今最先进的无功补偿装置，能对动态无功负荷的功率因数校正；改善电压调整；提高电力系统的静态和动态稳定性，阻尼功率振荡；降低过电压；减少电压闪烁；减少电压和电流的不平衡。
SVG装置作为电力电子综合应用的大型设备，拥有复杂的电气、电子、控制系统，同时其结构设计的质量直接影响设备性能的好坏。大功率、小型化、轻型化是未来SVG的发展方向。在拓扑结构相似的情况下，产品结构设计将成为SVG生产商提高竞争力的主要因素。国内厂商在结构设计方面的研究与在电力电子应用、控制策略、主电路拓扑结构等方面的研究，相比之下，前者比后者相对滞后。虽然各厂家也致力于产品的结构优化设计，但未引起足够重视，缺乏相关的理论研究。针对这种现状，论文着重介绍了SVG功率器件的散热结构设计的常规思路和案例介绍。
论文以SVG结构设计案例为主线，首先介绍了SVG的一次工作原理以及主要器件；
接着对SVG主要发热器件的功率模块部分通过软件进行热分析及损耗的确定；最后对SVG的功率单元部分的散热结构设计步骤和方法进行介绍。
一、SVG工作原理
SVG(静止无功发生器)又称静止同步补偿器（STATCOM/DSTATCOM），SVG的基本原理就是将自换相的桥式电路通过电抗器并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
由于SVG通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器接到电网上。
SVG一次工作原理图
二、热分析和散热设计
1).SVG的发热部件主要是两部分：
一是连接电抗器，二是功率单元模块。本次文章主要就功率模块部分的散热设计来展开介绍。IGBT是功率单元模块的主要发热器件，通常其PN 结不得超过25℃，封装外壳不得超过85℃。有研究表明，当元器件的温度波动超过±20℃的时候，其失效率会增加8 倍。所以功率器件的散热设计关乎到整个设备的运行安全。
2).以下以650A功率单元的散热设计为例：
功率模块单元的发热量计算：IGBT损耗包括通态损耗和开关损耗。根据IGBT厂家提供的损耗计算软件以及人工公式计算综合比较得出单个模块损耗约为3.3Kw。受结构尺寸要求散热器尺寸不能超过265mmx285mmx110mm，这样的尺寸要求散热器如果还是采用常规的工艺是很难满足散热要求的。为提高散散热器的均温性以及整体的散热效率，散热器设计如下图在散热器的基板上埋设了12根热管。按散热器表面模仿提供恒定2.8Kw热源，进风风速以3.5m/s;4m/s;4.5m/s; 5m/s 为输入条件进行了风洞试验。测试数据如下：
按环境温度为40℃，IGBT允许最高壳温85℃所以以上三种风速情况下均能满足运行要求。
根据以上功率单元的散热要求来进行柜体的整体散热设计。功率单元柜包含了36个功率单元即每相为12级串联方式。我司柜体均采用的是抽风的方式对功率模块的散热器进行散热，常用的几种柜体结构方式分别为前进风顶部出风；后进风顶部出风以及前后进风柜顶出风的方式。
而此次650A功率单元考虑到总体空间尺寸的要求柜体采用了结构更紧凑的前、后进风方式，即柜前柜后均安装功率单元模块而在柜体的中部形成风腔，柜顶安装风机整体抽风的方式。整个650A功率模块柜分为6个小柜体，每个小柜安装6个功率单元，每个小柜都做到结构一致可以完全互换。而每个小柜的散热风机选择则是根据功率模块散热的风量要求以及散热器的压降情况，同时结合柜体整体风压损失整体考虑选择风机。考虑到长期稳定运行我司最后选择了德国进口施乐百风机（RH50E-4DK.6K.1R.1R）具体建模及仿真结果如下图：
柜体截面各处风速情况仿真
柜体截面各处风压情况仿真
结合仿真结果与我司实际的测试情况，每个功率模块的进风风速均能达到5.0m/s以上，略低于软件的仿真结果。（这与柜体的装配工艺导致的柜体漏风情况有很大关系）通过实验验证该650A功率模块散热完全满足要求，能保证长期稳定运行。
产品结构设计思路范文第5篇
[关键词]产品设计 模型 样机
一、高职类产品设计模型制作教育现状
模型制作在工业设计教育中是衡量学生产品设计是否优秀的一个重要标准。在高职类设计教育过程中，为了让学生掌握自己制作样机的技巧，一般会在大一下学期或大二上学期开设产品模型制作课程。课程中传统使用的材料是石膏、KT板、塑料泡沫等材料。
伴随着职业教育改革的深入，高职类工业设计专业应该将学生培养的目标定位于产品设计的各个环节主要技术，即模型制作技能、产品电脑效果图技能等。就国内工业设计高职教育现状而言，模型制作课程的定位更多是体现产品的展示功能，学生模型制作的技能没有在课程中得到足够的提升。
模型制作技能的日渐淡化，弊端日益凸显：
1.学生动手制作模型能力显著下降。具体表现：无法在创意过程中用实物表现自己的想法。通过模型表达思想的能力逐渐丧失。
2.设计出的产品停留在纸上谈兵。没有自己动手制作，就不能充分了解自己的设计缺陷在哪里，因此大部分学生的设计无法进行实际应用。
3.培养出得人才与企业需求差距越来越远。国内企业在产品开发时不仅仅是通过效果图、机械图纸，真正决策时使用的是产品样机，而样机的前身是模型。由于我们的学生普遍缺乏制作样机的经验，其设计方案往往不能满足样机制作的要求，因此很难在短时间内与企业环境融合。
4.企业在实际招聘过程中，即使高薪也很难招到模型制作技术人员。
二、产品设计模型与企业样机的角色变换
产品模型在教学中的功能：
1.在设计构思阶段，快速通过物与物的结合表现设计思想，与设计师和客户进行沟通交流。
2.在产品造型设计阶段，通过模型来体会造型曲线、修改设计，完善设计方案。
3.在产品设计完成后，利用模型做产品设计的论证检验，即可行性分析。
4.在实际操作中掌握模型制作技能。
产品模型在设计阶段尤其是初期和中期有着很强的优越性，但在末期检验时存在很大的缺陷。
产品模型的最大缺陷，恰恰是产品样机的最大优越性，即产品模型无论做的多么逼真，它是假的，样机是真实的产品。
企业样机在产品研发中的功能：
1.通过样机制作，讨论产品生产过程中存在的设计缺陷，优化生产流程与工艺。
2.样机在制作完成后可以参加各种检验检疫。如ISO9001体系认证。在产品内部电路与结构可靠性、安全性可以进行相关测试。
3.展会中可以参展，对客户进行产品功能演示。
由此可以看出，产品模型和企业样机是一种递进关系，产品开发离不开模型或样机的展示，但模型仅仅有部分的样机功能，因此在模型教育中增加样机方向的学习已经是当务之急。
三、把样机制作融入到模型制作的教学方法
实现把模型转变为样机需要一些条件，通过上一章的分析可以了解到，模型是一个虚拟的产品，它只具有产品的壳体而不具备产品内在功能，而样机是在模型的基础上增加结构和功能，因此把样机融入到模型制作需要以下前提条件：
1.特种加工技术中的快速成型知识。这是模型和样机制作都需要的基础条件。有了快速成型的技术可以快速的通过机床把壳体制作出来。
2. 简单的结构设计知识。结构设计包括壳体的结合、内部元器件放置结构、功能组成的放置顺序等。这是从模型过渡到样机的重要一步，也是在教学中产品设计与机械设计相结合的一个交叉课程。
3. 电路设计知识。通过电路设计，把产品的功能件连接起来，实现产品各部分功能。
这是功能实现的重要步骤，在样机制作中，各部分的功能单元都是现有器件，因此我们在教学中所需要的就是把这些元器件怎样连接的方法教给学生。这同样是一个学科交叉，产品设计与电学的交叉。
4.表面处理知识。样机制作的最后一步就是对整机作表面处理。表面处理的方法较多，有电镀、金属拉丝、喷塑等处理方式。通过表面处理，使样机看起来符合设计效果图。
上述这些条件是制作样机的基础，大部分知识我们在课堂教学中已经教授给了学生，现在需要做的就是把这些知识综合起来，融入到产品的模型里面。
教学中操作方法如下：
第一、产品开发功能设定。根据市场需求、人的基本需求调研，确定产品功能，开发客户正向需求和惊喜型需求，剔出反向需求，奠定产品功能基调。教学中，教师指导学生做产品功能调研。
第二、产品造型设计。在模型制作初期，构思产品造型的同时，对产品尺寸、结构要有充分的把握。考虑可能会用到的零部件大小，功能元件的布置，在此基础上对造型做具体的设计。教学中，教师指导学生对产品做造型设计和修改。
第三、产品结构设计。在造型确定后，对产品内部结构进行设计。设计的目的是安全稳定的放置各部分功能元件及壳体的卡位。教学中，指导学生对结构进行设计，确认产品的结构安全稳定。
第四、电路设计及安装。连接各个功能元件电路，合理排放功能元件。在教学中作必要的电学课程指导。
第五、模型后期处理。这时候的模型已经成为一个初具功能的产品样机，在设计制作的最后阶段，重点处理产品外观效果。教师指导学生做喷漆、贴膜等处理。
四、模型样机制作实践案例剖析
选取工业设计专业大一第二学期学生模型课为案例，我们设定题目“绿色环保与光”，要求设计符合题目内涵的产品一件，并制作样机模型。
通过四个课时的讨论和构思，学生发散思维，初步构思出设计方向。在此基础上，开始产品功能实现构思，并制定制作计划。
在样机制作初期，需要采购实现产品功能的元器件，如LED灯、红外线传感器、蜂鸣器、水银开关等。
以“绿色鲜花”小组作品为例，该小组最终的设计构思是通过包装纸等可再生、回收的材料制作花朵造型，用一次性塑料吸管做花杆，使用LED色灯做花蕊，并用红外线感应控制灯的开关。制作效果如下：
五、模型样机制作的意义
通过在教学中的模型样机制作，充分实现了产品模型的设计意义。不仅能够锻炼学生的动手能力，还能在开发过程中作功能、稳定性、安全性测试。真实产品的开发离不开样机的制作，高校模型样机与企业样机接轨，可以为企业创造更多的价值，同时学生在锻炼过程中积累制作经验，能够更好的与企业融合。
本课题中研究的内容重点是在教学中如何将模型与样机制作融合在一起，通过对样机和模型的解剖分析，按照笔者的教学思路和方法，最终可以实现模型到样机的转换，在教学中提高教学的效率。模型到样机的转变已经刻不容缓，样机的制作对学生、企业都有重大积极效益，对高校提供对外技术服务有积极意义。因此对模型样机的制作研究应用到教学中去，能够对设计类教育起到积极正面的影响。
浙江工商职业技术学院校教改项目
[参考文献]
