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第一阶段:方案设计。设计团队在方案设计阶段应展开激烈讨论,各抒己见,推陈出新,从人、产品、环境方面进行分析,比较人与产品的功能特性、工作原理、设计限度、人的能力限度、产品呈现形态、操作条件的可靠性以及效率预测等,并用草图和文字记录创意过程。在经过不断的“提出问题——解决问题”的循环过程之后,确定最佳方案。惰性是人的本性,所以易用性原则是确定最佳方案的首要条件。每个人都在寻求简单的生活方式,简化的产品设计不仅包括尽可能少的结构设计,也包括简单简化的认知过程和操作过程,即“易用”。易用性设计是采用产品形态语义学方法对产品进行设计,将颜色编码、标记编码、大小编码、形状编码、位置编码、表纹编码、操作方法编码等编码方式运用于产品,使产品变得真实可靠,容易被理解。生活中,人们往往会有这样的经验,购买的某种产品通过简单的观察和尝试即可掌握产品的使用方法,根本不需要查看使用说明书。这种现象充分证明了好的产品设计具备易用性特征,它可以将产品的形态赋予语义表达。有人说,语言是最低级的沟通方式,对产品设计而言的确如此。产品上的开关、按钮、旋钮等控制器,通过简单的形态或者符号就能够给用户很好的指引,无需文字说明。
第二阶段:详细设计。详细产品设计的核心是重复进行“设计——建立——测试”循环。依据人的生理、心理特性,人体尺寸和人的能力限度等确定产品外观和尺寸,并不断测试修正,得到最终方案。路遥知马力,日久见人心,最佳方案能否成为最终方案还要经过一定时间的测试方能得出结论。此阶段考验的是产品设计的耐用性原则。产品设计的“耐用”是指产品经得起长久使用,不易损坏,不易引起身体和心理上的疲劳。市场上同类产品千差万别,消费者在经历了几次不同的体验之后总能确定一款自己中意的产品,这款产品必定经过千锤百炼,最终赢得消费者对它的忠诚度。
第三阶段:总体设计。用人机工程学原理进行全面分析,反复论证产品的可用性,确保产品操作使用与维修保养方便、安全与高效,满足人的生理、心理需求,并使经济效益、工作效率最优化。新鲜事物能够满足人的好奇心,并能给平淡的生活增添色彩。设计要尽可能做到让产品具备趣味性,以达到“妙用”的效果。一根小牙签(图2)一头粗一头尖,即可满足它的功能性,然而有心的设计师将其中一端嵌入两个凹槽,从一个凹槽处折断可以作为使用后的标记,折下来较短的部分也含有一个凹槽用来搁置较长的那一部分,让使用者顿时觉得妙趣横生且细致贴心。正所谓“细节取胜”,好的设计在满足实用、易用和耐用的同时,往往都能博得用户会心一笑,有妙用功效。
第四阶段:小规模生产阶段。将整个系统(设计、详细设计、工具与设备、零部件、装配顺序、工艺师、生产监理、操作工、技术员)组合在一起,对试制出的产品进行人机工程学总评价,提出修改意见,完善设计。很多问题往往都是在这个关键环节被发现的。比如,笔者在“人机工程学”课程教学过程中让学生对坐便器进行改良设计,结合“以‘用’为导向的产品设计评价”体系经过了前四个阶段的筛选,基本确定了各小组的最佳方案,然而在试制阶段却发现诸多问题,如力学性能问题、模具开模问题、生产工艺问题等,以至于各小组不得不调整方案,最终从五个“最佳方案”中只得到一个可行性设计产品(图3),可见,在正式投产之前的模型制作和小规模生产阶段是十分重要和必要的。设计师是上述整个设计过程的主宰者。作为一个总的协调者,设计师除了以“用”为导向来衡量和评价设计方案之外,还要考虑到产品在生产、销售、使用以及回收中的各种因素:形态、色彩、质地、功能、材料、工艺、费用、生产、销售、使用、回收等,确保设计过程顺利进行以及设计结果圆满可行。
作者:徐晓莉单位:广东技术师范学院
关键词:工业设计;机械设计;产品开发;方案;专业
一、引言
机械设计作为机械工程的重要组成部分,在我国高等教育中占据着重要的地位,相对于其他学科发展历史较长,形成了比较完备的课程培养体系。然而,技术完善并不意味着必然获得商业上的成功;与新产品开发设计密切相关的工业设计,在一定程度上反映了一个国家的工业技术水平[1];我国的工业设计发展历史较短,很多人对其本质及重要性认识不足,甚至存在很大的误区。《普通高等学校本科专业目录(2012年)》将“工业设计”(专业代码:080205)专业设置在工学之下的机械类,对应于原工学学位的部分;而对应于原文学学位的部分则设置在艺术学之下的设计学类,名称为“产品设计”(专业代码:130504)[2]。新专业目录要求工业设计专业学生具备相当的自然科学知识,尤其是机械学科的知识,以便为机电产品的创新设计提出切实可行的创新性方案。国内工业设计专业大多是在艺术类院系开设并发展起来的,时至今日也有很多高校仍然开设于艺术院系,因此在很多人的观念中,工业设计就是外观设计,是纯艺术的专业,与机械关系不大。笔者认为这种观点是错误的,至少也是不全面的。外观设计绝不是工业设计的全部,把外观设计等同于工业设计是不正确的。针对这一状况,本文从机械设计与工业设计的角度分别阐述了新产品设计开发的一般程序,说明工业设计与机械设计的关系以及工业设计在机械产品开发过程中的作用和地位。
二、新产品开发设计的一般流程
1.机械设计的一般流程。从机械工程的角度来讲,机械设计没有固定的设计流程,需要视实际情况而定。机械设计的一般流程简述如下[3]:(1)产品规划:确定设计对象,展开相关的调研和预测,论证新产品开发的必要性以及可行性;明确设计目标完成设计任务书。(2)总体方案设计:根据设计任务书,进行功能目标分解寻求功能原理解法;拟定总体方案,进行执行系统、传动系统等设计形成多种可行性方案。对各可行方案进行运动规律、机构型式、造型以及色彩等方面的设计。对各可行方案进行评价,选择最优方案。(3)结构设计:拟定传动系统、执行系统的具体方案。设计零部件的结构,确定零部件之间的相对位置及联接方式;确定零件的材料、尺寸公差等技术要求。绘制总装图、部装图及零件图,编制设计说明书。(4)施工工艺设计:进行加工与装配工艺的设计。制定零件的加工工艺流程以及检验标准,必要时还需进行专用工具、夹具以及模具的设计。制定装配、调试、性能测试的技术文件。确定产品包装、运输、安装等方面的要求以及使用说明书。(5)改进设计:进行样机试制并进行试验测试,做出评定,提出改进意见。通过小批量生产试销,获取用户的使用意见,进行改进设计。2.工业设计视角下产品设计的一般流程。工业设计视角下的产品设计程序目前没有统一的定义,大多数学者的观点是产品设计程序可以由如下四个阶段组成:(1)确认需求:发现需要解决的问题,查阅相关资料;分析市场需求以及商机,制订可行性计划,并对融资问题进行研究制订合理计划等方面的准备工作。(2)研究分析:深入进行资料的收集与分析;开展市场调查、竞争产品分析、产业发展分析、预期消费群体等研究工作,进行产品造型意象定位以及形态分析,并考虑人因、产品结构、材料和功能等因素,研究与本产品相关的专利与法律文件,制订详细的发展计划或设计规范。(3)整合发展:此阶段由如下三部分构成:①构想概念发展:充分运用创意法则或相关工具,提出多种可行的解决方案。②造型整合发展:根据前期制定的设计要求进行产品造型设计,并进行视觉性筛查制订出最佳修正方案;通过制作立体模型、运用评估以及细部修正等手段,最终确定产品的外形并且绘制外观尺寸图。③工程规划发展:进行细部设计,获取精确的工程图面数据进而制作准确的功能模型。为保证数据的可靠性,需完成整体结构、材料以及使用性进行研究或者试验。如果各项指标数据达到设计要求则可形成最终的工程技术资料,开展小批量试生产。(4)设计评估:这一阶段的内容一般在造型整合发展过程阶段同时进行。当构念、图面以及模型评估时需依据先前制定的设计规范,运用恰当的评估工具或方法,筛选出可行方案;进行小批量试产试销阶段,需要通过使用情况调查或者市场接受度调查为大量生产以及营销提供必要的准备工作。
三、工业设计与机械设计的关系
通过机械设计与工业设计视角下产品设计的一般流程的比较可以看出,二者在总体上是类似的,均始于需求终于产品,但是二者之间也绝不是可以相互替代的,在内容上也是各有侧重。机械设计侧重于应用自然科学知识来对机械的工作原理、结构形式、力和能量的传递与转化方式、各个零件的材料和形状尺寸等各个方面进行创新性的构思、分析计算并形成详细规范的技术文件。工业设计狭义上是产品设计,是为了满足某一特定要求,创造性构思出一个切实可行的解决方案,并且明确其采用的技术手段,涵盖了一切使用现代化的技术手段进行设计、生产和服务的全过程。机械设计的产品规划概念设计阶段涵盖了工业设计视角下产品设计的确认需求阶段、研究分析阶段、整合发展阶段中的构想概念发展阶段。二者完成的内容是一致的,但是产品设计更细致、更具体,论证更充分也更专业。机械设计的总体方案设计阶段与结构技术设计阶段对应于产品设计的造型整合发展阶段与工程规划发展阶段,这一部分是传统的机械工程师的工作领域,对相关人员的专业要求,需要扎实宽广的专业知识和丰富的实践经验,是工业设计专业人员难以胜任的工作阶段。机械设计的改进设计阶段部分等同于产品设计的设计评估阶段,二者相互融合效果更佳。在产品设计开发的整个流程中,涉及到机械工程、电工电子学、美学、心理学等多学科的知识。传统的机械专业无法涵盖以上的全部内容,尤其是美学、心理学。而无论是工业设计专业还是产品设计专业在自然科学知识方面则相对薄弱,如机械工程、电工学;虽然开设了相关课程但是在深度和广度上,无法满足独立进行产品开发设计的全部需要。如果两者能够互相结合、取长补短则可以很好的完成产品设计开发的任务。工业设计专业人员可以避免自然科学知识深度不够的问题,机械专业人员则可以解决艺术美学方面的不足。更重要的是,竞争已经由价格的竞争、质量的竞争进入到了设计的竞争,通过工业设计可以在现有的技术条件下实现产品的系列化与多样化,满足不同客户、不同消费群体的个性化需求。毕竟在追求个性化的今天,单纯的依靠机械设计很难提高产品的市场竞争力。
四、结论
通过分析可以看出,工业设计与机械设计是具有密切联系的,二者如果能够取长补短、优势互补可以极大的提高创新活力,推动企业的发展和社会的进步。教育部2012年的专业目录中界定了工业设计的工科性质,在培养方案设置上需要考虑开设机械原理、机械设计等机械专业的主干课程,尽管在深度和难度上还需要降低要求。另一方面,传统的机械类专业,应适当开设一些工业设计方面的课程,至少是一些选修课程,同时不应排斥工业设计。这两方面应该相互结合、相互促进、共同发展。
参考文献:
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关键词:自动化技术;机械设计;应用;三维平台;复杂机械系统
中图分类号:F407.4 文献标识码:A 文章编号:
机械自动化技术在机械制造业快速发展的今天也有了长足的发展。机械自动化主要指的就是在机械的设计、制造中使用自动化技术,实现机械生产、加工的全自动化,加快加工形成速度和生产材料的流动速度,使得生产过程实现全自动化。机械制造水平的高低,不仅关系到机械制造业自身的发展,同时还对我国的国民经济有着相当重要的影响。作为机械制造重中之重的机械设计就更加重要了。
从创新角度研究自动化技术与机械设计
创新是当今时代的主流,不断提高产品的创新设计能力,不仅关系到企业在经济竞争大环境下的生存发展,还关系到国家的生存与发展。美国工程设计委员会就将创新设计作为优先资助领域,认为创新是企业乃至国家发展进步的关键因素。创新设计是增加就业机会、关系到我国未来企业发展的核心竞争力。快速多变的经济竞争市场和个性化发展趋势也对当今企业的发展提出了挑战。企业必须在经济市场激烈竞争中准确掌握市场动态,具备良好的市场嗅觉能力,以市场需求为导向,能够在第一时间开发出满足市场需求的产品,赢得市场的青睐,进而获得丰厚的利润回报。而在产品开发的过程中,快速创新能力则非常重要,是决定企业生存发展的关键因素,同时快速性和创新性也是二十一世纪工程设计学科的主要发展方向。将创新理念引入机械产品的设计阶段,首先从产品的概念设计阶段着手。产品的概念设计阶段,也被叫做产品的原理方案设计阶段,是运用创新手段的关键环节。从不同的思维角度看待同一问题,得到针对同一问题的不同解,并组成解空间,然后经过比较分析后,选择解空间中那些相对具有创新性和新颖力的产品设计方案,这就是一个较为完整的产品创新设计过程。也只有这样的设计,才是特定生产条件和特定市场需求环境下的最具有创新性和设计感的可行性产品设计方案,才更加适应市场的需求,在经济市场中更加具有竞争价值。因此,机械产品的设计不是仅仅局限于追寻问题的一个最佳解,而在于在特有的物质条件下获得最具有竞争力、创新价值的产品。
机械产品的概念设计是人脑抽象思维和形象思维的综合结果,与人脑的思维能力有关。由于人的创新思维和知识有一定的局限性,创新也不是随时随地都会有的,具有一定的随机性,不能做出非常肯定的保证,在任何给定的时间和给定的条件下都能创造出具有创新性的机械产品设计方案。这就与快速发展的经济市场相脱轨,使得机械产品往往跟不上市场发展、进步的节奏,容易引发企业危机。这使得如何快速地拿出满足市场需求的产品设计成为了现实性的问题,在研究解决这个问题的基础上,人们开始将目光集中于计算机信息技术,经过不断实践后发现,将计算机信息技术引入到机械产品创新设计中能够实现产品的快速创新设计,是唯一可行的一种方法。
二、自动化技术在机械设计中的应用
从机构学的广义角度来说,任何包含控制、机、电等的机电一体化系统都可以看成由控制、机、电组成的广义传动结构和广义传动结构载体。机电一体化系统的创新实质上指的是广义机构的创新。本文在此基础上提出了一种基于三维平台的较为复杂的机械系统创新设计和自动化设计方法。主要围绕机械概念设计方案以及机械概念设计方案的虚拟样机自动表达进行了详细地论述。
复杂机械系统的创新性设计和机械的相对应的自动化系统主要包括能够在产品设计方案中的三维虚拟样机的装配和仿真的自动化建模中加以直接支持,能对形成的较为复杂的机械系统符号进行自动化仿真、装配以及建模。并能够提供2种计算机化方法,且确保这2种计算机化方法能够适应复杂机械创新设计且具有较强的创新设计能力。在此设计中,创新和快速是最关键的因素。
在机械产品概念设计阶段,此基于三维平台的系统提供了2种由计算机进行辅助的产品创新设计方法,第一种就是在设计规则之下的机械产品创新设计;第二种就是在改良机械产品的基础上的功能重组与分解的机械创新设计方法。不管是在设计规则之下的机械产品创新设计,还是在设计规则之下的机械产品创新设计,最终都会采取符号方案的方式加以表示。针对机械产品设计概念阶段的这种采用符号进行表达的产品设计方案,最后都会被自动分解为基本机构以及与其连接关系。针对其中的已经被识别出来的基本机构,采取基本机构运动分析方法对基本机构的内部各个构件加以分析,最终得出基本机构各构件的平面运动数据的相关分析。在这个过程中,为了加快机械产品的研发速度,可以采取面向对象技术设计基本机构的机构设计。基本机构的快速虚拟的建模问题的解决可以通过对三维平台采取数据库驱动、特征控制参数等措施进行2次开发,能够实现选用少量特征来进行控制参数驱动整个基本机构的三维造型设计过程。
按照基本机构之间的相互连接关系以及基本机构的空间占据大小,采取最优布局算法,对每一个基本机构在空间的具置加以确定,尽量使得复杂机械系统实现占据空间位置最小,这不仅是工艺美学设计的要求,同时也提高了机械产品的运动刚度,可谓一举两得。运用“后台预置”的装配方式,按照基本机构的运动分析数据以及最终布局结果,在特定的布局空间放置基本机构的三维虚拟模型。与机械概念设计符号方案相对应的复杂机械系统的虚拟样机可以通过驱动构件位置的连续变换来获得。
在机械概念设计阶段获得的符号设计方案能够在一定条件下自动转化为和其相对应的二维虚拟样机,然后再接着进行虚拟仿真。这一过程的设计,就可以实现由机械产品的概念设计阶段的评价直接转化为对虚拟样机阶段的定量的行为评价,进而综合评价机械产品的设计方案,能够在三维虚拟样机的层面上,实现从众多机械产品设计方案中快速选出最具有创新性的性能优秀的产品设计方案。从以上论述中我们可以看到,自动化技术在复杂机械系统设计中的运用,不仅有利于机械产品的创新设计,同时还有效提高了机械产品的研发速度。
结语:
我国机械制造业的发展进程随着经济和科学技术的发展也得到了相应程度的发展,尤其是自动化技术在机械设计中的运用,以国际先进水平为基准,起点较高,包括了各种见效快、较为灵活且成本相对较低的自动化技术。本文从创新角度研究了自动化技术与机械设计,并在此基础上对基于三维平台的较为复杂的机械系统创新设计以及自动化方法进行了详细地论述,希望能给予相关人士一些建设性的意见以及建议。
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关键词:产品设计;成本控制;策略
产品设计处在产品的开始阶段,一旦新产品定型投入生产,其成本基本确定,因此,产品设计成本管理是企业成本管理的基础,想要从少量的材料消耗中获得更多的价值和经济效益,企业必须掌握产品设计的成本管理[1]。
1产品设计概述
产品设计是一个将某种目的或需要转换为一个具体的物理形式或工具的过程,是把一种计划、规划设想、问题解决的方法,通过具体的载体表达出来的一种创造性活动过程。产品设计需要在对所开发的产品进行技术评定,并进行经济分析。市场开发时要对新产品的销售情况做好充分的预计,包括产品的性能和销量等,然后根据现有的技术,经过充分研究之后,确定产品的性能,从而进行产品设计。
2产品成本控制概述
2.1产品成本控制的概念
产品成本是由生产成本与服务成本组成,其中,生产成本约占70%,服务成本约占30%。生产成本是由材料、人工和制造费用构成。服务成本是由设计、技术、管理、财务、营业等服务费用构成[2]。服务成本中的产品设计成本具体是指在产品设计过程中,需要消耗的调研、设计、建模、样品、再设计等整个设计流程中需要消耗的人力和物力。产品成本控制是指针对产品设计全过程得依据产品信息对产品的目标成本进行估算、改良和分析的过程,其目的是为了配合功能,改良和引导产品开发设计,使所开发的产品达到零缺陷。所谓零缺陷是指:产品满足顾客的价值需求,产品可被加工,产品满足使用寿命的需求。零缺陷设计以经济性为前提的。产品成本控制的重点是确定与市场相适应的目标成本以及竞争性成本压力的之间的分解传递。科学的预计、推算、评价、降低成本对产品未来的定价和企业利润有关键性作用,同时,对开发费用预估、使用成本的控制同样有很大的影响。
2.2产品成本控制中的精益思想
精益思想起源于日本上世纪80年代,是一种生产方式,由日本丰田公司首先提出,其核心内容是通过整体优化,合理配置和利用企业可支配的生产要素,通过不断追求完美,增强企业适应如今多元化市场的应变能力和竞争能力,从而使企业获得更高的经济效益。以提高效率和减少浪费为目标的精益原则为上游生产提供了巨大的好处,在设计阶段就进行成本控制,比在生产阶段进行成本控制要更有效率。精益思想的核心理念就是以最少的投入获得最大的价值,同时能最接近客户需求,这也是成本控制理念的核心要求。精确地定义单位价值,在此基础上确定每个产品的全部价值流,这是精益思想的施行步骤。提高产品质量应该从设计源头入手,因为质量是设计出来的,在设计过程中解决产品问题可以事半功倍,越是在产品早期采取措施,效果越显著。前期的设计要把握适时、适量、适物的原则。在正确的时间节点选择正确的设计方案、合适的加工工艺与材料,进行设计与生产,然后投入市场,以此来获取经济效益。
3产品设计中的成本控制意义
3.1符合多方需求
良好的产品成本控制也让产品设计更加符合市场需求,具备更好的市场竞争力,价格上也会对消费者有益,同时,在宏观意义上推动我国的可持续发展。
3.2增加企业经济效益
设计师在进行产品设计时,会论证其经济性,充分挖掘其可降低成本的潜力,消除不必要的功能及装饰,如此便可为企业扩大利润空间。
3.3减少资源消耗
在产品设计中进行成本控制,必然会使企业选择性价比更高的加工工艺与原材料,在运输与售卖过程中也会精简包装,从而减少资源消耗。
4产品设计中的成本控制策略
4.1产品结构设计
产品结构设计的合理与否,是决定产品成本高低的先决条件,在保证一定质量及功能的前提下,产品的形式依旧有众多表达方式,产品的体积、质量等都对产品的造型样式存在影响,从其中删繁就简,得出最优解决方案,可以大大降低后期成本。
4.2原材料的合理选用
原材料是产品生产成本的主要部分,原材料的合理选用是在价格上控制其成本,选择更加低廉、采购运输更加方便、货源更加充足的原材料,如此,在保证生产可以正常运行的情况下,原材料成本相对节约。设计人员在设计过程中,对于材料的选择,应该时常地进行追问:(1)功能方面。选择的材料具有什么功能?可否选用其他具有更优功能的材料替代?这种材料的特性是否完美满足设计需求,有无性能过量的情况?(2)成本价格方面。这种材料的价格是多少?是否存在更加物美价廉的材料进行替代?这种材料自制与购买相比较,哪种更加合算?(3)运输及货源方面。这种材料的运输成本如何?货源是否充足?供货点与加工点之间的距离?
4.3加工工艺的合理选用
合理的加工工艺可以使生产更加有效,但是要与材料的选择进行协调,同一材料的不同加工工艺、同一加工工艺的不同材料、不同加工工艺的不同材料之间的组合对比。常用的方法有工艺成本分析,通过比较不同工艺方案的工艺成本,对不同的工艺方案做出经济评价[3]。设计师应该了解更多的加工工艺与加工材料,以便可以更有效地缩减成本
4.4人工成本与折旧成本
产品成本中的人工成本和折旧成本也是降低产品设计中的成本的重要因素,如此可以大幅减少加工成本。所有的产品本身都具有其寿命期,在每个产品寿命期的不同阶段,其生产成本和使用成本也不同,产品寿命期成本是评价产品成本高低的一个综合性标准,因为产品使用成本在一些生产设备、耐用消费品等所占的比重比较大,想要产品设计中的成本真正地降低,必须先让寿命期成本得到降低[4]。4.5企业宏观把控企业领导要重视产品设计方案、成本控制方案、工艺技术和经济效益等多方面的分析决策,从更加宏观的角度严格规定,把经济效益分析方案的可行性纳入技术准备工作的正常秩序之中。新老产品的设计与改型如果没有进行成本分析与经济效益对比,将不得投入生产。同时,还要加强设计人员的成本责任考核。
5产品设计中的成本控制方法
5.1以团队为工作单元
产品设计的过程需要很多人的密切配合,比如生产人员和销售人员,因为这不仅仅是设计师的工作。设计团队中的所有人员都需要了解工厂成本的构成,形成强烈的成本控制意识,不断发现和解决问题,以便在成本范围内达到最优的解决方案。
5.2减少重复设计
事实上,因为大部分产品不能一次性达到可以投入市场的要求,所以需要花费很多时间才可以真正地批量投入市场,这就需要设计人员反复不断地重新设计或是继续深入设计,每一次的重新设计都会增加成本,其中也包含时间成本,这会影响企业快速抢占市场,进而失去更好的市场机会。因此,设计团队应该尽可能高效地促成设计。
5.3进行质量评估
产品设计的每个阶段都包含创意生成与评估择优的小循环,在不断重复中达到最佳效果。所以各阶段的检查与评价不仅起到监督与控制的作用,还可以有效地及时改进。
5.4采取模块化设计思想
利用模块化思想使设计工作标准化,这样有利于设计方案的及时交流沟通,减少许多不必要的错误,使设计过程更加流畅通达,达到降低成本的目的。模块化设计思想可以更有效地利用不同职能的人员进行专项设计,使产品设计更加专业化。
5.5采用科学的设计方法
企业应该注重科学的设计方法,如引入面向成本的设计模式。首先,在产品概念设计阶段,企业可以酌情考虑应用价值工程分析方法对产品结构进行优化;其次,在产品详细设计阶段,企业可以选择建立包含制造、装配、测试等一系列成本信息的产品模型,实现产品经济评价;最后,根据评价结果,重新设计并降低产品成本[5]。
6结语
在降低产品设计中的成本的多种途径中,研究结果显示从设计和工艺的角度去研究会更加科学、更加先进,因为大多数产品设计和生产过程造成的浪费是“先天的”。如果企业想要从根本上降低产品成本,就必须在浪费发生之前就降低产品成本。但是,想要实现这样的想法,需要众多优秀的设计师和大量高精尖技术的配合,我国企业想要从产品设计和工艺上降低成本还存在很多困难亟待解决,不过,只要企业脚踏实地,实事求是,从自身情况出发,采取有效措施,还是大有可为的。
参考文献
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Top-Down设计方法从本质上讲是分解一个系统,从而得到它的组成子系统,通常使用“黑匣子”来辅助进行定义。在理念上,Top-Down设计方法设计强调整体设计与优化。在实现过程上,Top-Down设计方法强调计划和彻底理解系统。它要求除非在系统设计中有足够层次的细节信息被定义,否则不设计任何一个零件。Top-Down设计方法使用“黑匣子”来代替模块。直到整体设计完成后,它才开始具体模块和单元的设计和验证。现代产品设计方法通常是Top-Down和Bottom-Up两种方法的结合。完整理解整个系统通常被认为是优秀设计的基础,于是在理论上产品设计中趋向于采用Top-Down方法,但是实际设计过程中多数产品设计趋向于在一定程度上利用已有的设计数据,而使用已有的模块又使设计具有Bottom-Up的味道。
2两种设计方法的优缺点
Bottom-Up设计方法的优点在于方法简单、操作容易;零件独立,关注细节;设计人员上手快,模块重用方便;另外对管理要求低,人员要求低,硬件要求低。其主要缺点在于不符合传统设计流程;整体修改困难;设计过程中重复工作多,整体效率低下。适用于企业中2D设计到3D设计的过渡期、小版本修订、标准件的设计。Top-Down设计方法的优点是积木式模块化设计,层层分解;模块化设计,模块之间相互独立;产品结构布局清晰,模块间接口明确;错误更少(模块独立设计,工程师专注于设计);开发时间更短(合作开发,并行设计);优化设计方法(分工明确,便于工程师的知识积累与经验的总结);容易维护(如果输出错误,容易定位该错误是整个程序中哪一模块产生的)。其主要缺点在于设计人员培训周期长;数据重用困难;各方面要求高,包括协同要求高,管理要求高,人员要求高,硬件要求高。由于Top-down设计方法具备符合传统设计流程、全局把握通盘考虑、设计快速高效的优点,适用于新产品开发和成型系列产品设计。
3Top-Down设计的问题研究
现有CAD软件的功能可以较好地完成Bottom-Up设计(零部件的详细设计),但对于解决Top-Down设计问题并不理想。首先在Top-Down设计的第一阶段,概念设计阶段,也就是进行方案设计时,需要建立概念模型来记录概念设计的结果。那么怎样表达这个概念模型是Top-Down设计方法所遇到的第一个难题。在第二阶段,装配结构布局设计阶段,需要建立产品的装配结构模型。那么怎样表达这个装配体结构是Top-Down设计方法所遇到的第二个难题。第三个难题是如何实现概念模型向装配模型的自动映射,以便有效地解决装配结构设计问题,这是最大的难题。最后在第三阶段,零部件详细设计阶段,此时零部件之间要求保持相互关联。如何用计算机实现和维护这种关联是Top-Down设计方法所遇到的第四个难题。
要想在产品设计中应用Top-Down设计方法,必须熟练掌握Bottom-Up技术。以三维设计软件SolidWorks为例,必须掌握全部相关零件、装配与工程图设计的方法,必须掌握SW参数化传递原理,具备较强的SW错误修改能力。另外,要求明晰产品的设计流程与参数变更趋势,具有良好的团队整体实力与协同以及优良的软硬件环境。对Top-Down设计方法而言,完美的零件是指零没有错误、便于修改、便于协同;完美的装配是指装配没有错误、条理清晰、配合合理;完美的文档管理是指文档管理具备合理的参数驱动,符合设计、制造习惯。
4Top-Down设计的主要方法
Top-Down设计中的主要方法包括关联设计、布局和主零件法。关联设计的优点在于简单、易学易用,比较基础。缺点在于零部件间关联单向传导,没有规划,不易理解,修改困难。关联设计适用于部件级应用、位置和形状关联简单的情形下。布局分为布局法布局和草图法布局。布局法布局可以直接采用SW的布局命令。其优点在于容易表达机构方案和布局原理。缺点在于块只能点对点传导到单一零件,不能传导到装配体,局限很大。草图法布局的优点在于灵活自由,可以用草图、基准、实体、曲面等多种方式布局,容易将装配布局传导至指定零部件,缺点是过于随意,不可控,无法传导变量,对总工、硬件、网络、文档管理要求太高。布局的适用范围是整机及部件级的应用。主零件法的优点在于能够控制零部件间复杂形状或位置关联,关联传导层次清晰,适用于零部件间具有复杂形状或位置参考的产品设计,比如电子类产品、玩具等。
5Top-Down设计的应用实例
对某零件进行设计时,采用关联设计法和主零件相结合的方法,SW建模+MEGMA铸造分析,铸件缺陷率由10%~15%下降至3%~5%。铸件、砂芯、冒口采用主零件法;其余采用关联设计法。
6结语