机械工业产品设计范文

导语：如何才能写好一篇机械工业产品设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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随着全球经济的快速发展，科技手段不断更迭出新，新理念、新技术、新方式不断涌现，随着而来的是对机械产品设计提出的人性化、科技化、实用化的相关要求。高超的工艺设计技术、超前的工艺设计概念、优秀的工艺设计水准，这些要素无疑会给机械产品带来无与伦比的精良外观与功能设计。这不但凸显了企业良好的管理水平，还彰显了企业超前的设计能力与理念。据有关数据调查显示，工艺设计在提高附加值、提高市场占有率、开发差异文化产品等方面占据了高达70%的市场份额。可见，工业设计是解决人与机械交互之间的重要媒介，是维持当今时代强有力竞争优势的重要工具之一。 

1 工业设计在机械产品设计中的重要作用 

机械产品的工业设计主要体现在人机工程学上。传统的机械设计主要以产品设计为目标，只考虑机械产品的自身的性能，虽然在一定程度上考虑了人的因素，但是侧重与人如何更加的适用于机械，没有充分发挥工业设计的核心价值。因此，很难保证人在机械使用的过程中发挥最优的效果[1]。人体工程学的内容主要强调将人与机械进行统一连接，形成统一的整体，达到人、机、环境相互协调合作的一个有机整体，人不是被动地使用机械，而是作为统一的良好合作体，发挥最优的使用效能。总结起来，工业设计需要在机械设计中满足两个方面：首选需要将产品与人达到最佳的匹配值，包括心理与身体等个方面的最佳匹配。然后，工业设计必须满足创造性的生产活动[2]。 

2 工业设计在机械产品设计中的具体运用 

2.1 机械产品造型设计的主要特征 

机械产品的造型设计需要以功能为诉求，需要通过科学的手段将材料、结构以及生产工艺进行有机结合；机械产品的造型设计必须满足当先的生产方式，设计的产品要符合通用化、模块化、标准化、系列化的批量生产要求，满足方便使用的要求，并凸显一定的经济适用性能；机械产品造型设计还要符合当下社会的物质与精神需求，通过造型设计彰显出现代的民族特征与生活情趣，更好的适应市场发展；同时，机械的造型设计需要注重创新性与传承性的结合。一方面要更好的发扬前人的设计理念、设计技术与设计成果，取其精华去其糟粕。另一方面，工业设计要不断树立自身的设计风格，创建具有时代特征的工业设计新产品；同时，机械造型实际要毋庸置疑的满足作为物质资产的审美性、实用性以及使用性能，良好体现物质与精神的双重寓意。并且机械的总体造型设计需要凸显良好地执行造型设计、结构设计、人机设计等、甚至还要满足销售与管理的综合系统性，从而实现美观、经济、适用的设计理念[3]。 

2.2 将造型设计理念融入机械产品设计中 

适宜的比例是机械造型美观的基础。机械产品的设计造型比例的基本组成要件是成品的性能。例如，在加工细长零件的车床与外圆模型等造型设计应该长而低，保持卧式加工机床。不同的加工机床要根据不同的机械产品进行比例调整。由于审美眼光会随着时展而更迭，使得当下的机械产品被时代烙下深刻的印记，成就了不同的形式美；在通常情况下，设计人员需要有意识地运用不同的颜色、机理、质量、几何形状、装饰件等设计元素，锻造富有造型变化与视觉变化的和谐的整体效果。同时，统一与变化的有机结合是发挥工业设计美学效果的重要体现。为此，设计人员需要根据结合机械设计的整体风格与细微之处进行全方位的综合考量，设计人员与技术人员需要从始至终进行密切的合作关系，发挥各自领域所持的优势，保证工业设计可以从细部直至整体都能实现协调的统一[4]。 

3 结语 

市场对于机械产品的需求总是处在繁复的变化中。为此，工业设计的首要要求是要满足市场的需求趋势，根据不同的市场需求、市场行情进行设计调整，打造前沿的机械产品。工业设计时与技术人员需要进行密切的交流合作，保证实现工程师创作的产品、设计师实现的效果与市场营销之间能想成有机的统一体。工程师单方面的性能设计缺乏有效的市场竞争力，单纯的工业设计缺乏高效的使用价值，也正是由于市场机制的冲击，迫使功能设计与工业设计实现了良好的结合。为了有效发挥这一效果，工业设计首先需要深入了解机械产品的主要特征，然后将工业设计理念更好的融入进机械设计中制造中，形成富有美学概念，追求“以人为本”的工艺设计。 

参考文献： 

[1]李科.试析机械产品设计中的工业设计及其应用策略[J].长春教育学院学报，2011（05）：40-41. 

[2]杨程予.在工业设计中交互设计的应用分析[J].中国包装工业，2016（06）：37. 

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关键词农业机械；农副产品加工、电子商务；信息网络技术

中图分类号：F724.6文献标志码：BDOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.24.084

構建与农业相关的电子商务平台，可以为农业的信息化发展带来一定的促进作用。在农业的发展过程中，可以对与农业有关的电子商务平台建设问题进行探究。

1电子商务在我国农业领域的应用现状

在对农业机械与农副产品加工信息电子商务平台建设问题进行探究前，首先需要了解电子商务在我国农业领域的应用现状。从农业信息网络的发展现状来看，高科技对农业生产的重要性已经得到了社会的关注，但一些农村地区互联网必要设施相对缺乏问题，给电子商务平台在农业系统中的应用，带来了一些不利影响。这表明，农民缺乏接触互联网机会的问题，给电子商务网站的发展带来了不利的影响。此外，由于我国的电子商务正处于发展的初期阶段，一些复发分子在电子商务平台中开展的违法犯罪行为，对电子商务安全性带来了一些不利影响，在这些不利因素的影响下，电子商务难以在大宗交易中应用[1]。从我国经济的现状来看，农业机械的交易也属于大宗交易。一些网络违法犯罪行为不仅给电子商务领域带来了不利影响，也给电子商务在农业及农业相关领域的应用带来了不利影响。

从我国的国情来看，这种与农业机械和农副产品有关的电子商务平台主要可以分为以下两种形式，一种是基于政府部门的调控政策的农业机械供应平台，另一种是以国内外贸易为核心的电子商务平台。前者需要政府和生产部门的共同参与，后者需要为农户及农产品的销售者，农业机械生产商等群体提供更多的贸易机会，这表明这种信息电子商务平台在应用过程中需要发挥一些电子政务平台的功能。

2农业机械与农副产品加工信息电子商务平台的功能结构

2.1系统结构

从这种与农业机械与农副产品加工有关的电子商务平台的系统架构来看，这一系统主要以核心数据服务器为核心，涵盖了电子商务平台的系统安全管理和网上物流平台等多个模块。主要支持企业自建物流中心的物流应用模式。在物流系统的应用过程中，针对现代物流领域常见的以第三方物流公司为核心的配送模式，系统主要采用与邮政企业进行合作的方式，让邮政物流在系统中发挥第三方物流公司的作用。这就为一些中小型企业的入驻提供了一定的便利条件。

2.2关键技术

在电子商务模式的应用过程中，信息安全技术、JAVA技术、XML技术和数据WEB挖掘技术，成为了这一模式中主要的关键技术。JAVA技术是这一平台目前所应用的一种关键技术。在这种与农业季节和农副产品加工有关的电子商务平台中，JAVA技术的优越性主要表现在区域短租商务平台性能扩展方面的作用。XML技术可以凭借自身的准确搜索能力，对电子商务平台系统进行优化。在电子平台的应用过程中，支付安全问题是影响平台发展的重要问题，特别是在该平台涉及到农机交易的情况下。这一平台在农业机械交易过程中出现的支付安全问题往往会给农户带来巨大的经济损失。为了保障平台的支付安全，应用了数据签名和电子证书等方式[2]。

3农业机械与农副产品加工信息电子商务平台的作用

从这一平台的应用来看，它可以通过对农业新技术和实用技术进行推广的方式，促进农业信息资源的共享。这种电子商务平台的作用，是与它的系统功能有一定联系。从这种商务平台的应用效果来看，促进实用技术与新技术之间的交流，是这种电子信息商务平台的主要应用目标，这一目标的出现，让农业机械、农业机械装备数据库和农副产品加工数据库在平台中发挥了核心作用。为了让这一目标在平台的实际应用过程中得到更好地应用，有关部门在对这一平台进行推广的过程中或通过对政策法规查询功能、商品信息功能等实际应用功能进行完善，这样农户在开展农业生产的过程中，可以对国家对农业农村的最新扶持政策和市场商品信息等信息因素进行了解，这就对农业信息资源的共享起到了一定的促进作用。

第二，它可以进一步促进传统销售方式与电子商务的结合，在这种具有一定特殊性的电子商务平台的建设过程中，在线交易功能也是平台核心功能的一种表现。在对电子商务领域中的交易洽谈、合同管理等问题进行解决的过程中，这一电子商务平台的在线交易功能，可以通过E-mail音视频手段的应用，为业务洽谈提供更为便利的条件；支付系统的完善，促进了平台账户管理、客户报表管理等多种功能的完善，有效促进了传统销售方式与电子商务之间的结合[3]。

第三，这一商务平台的应用，也可以为政府对农业及农业相关领域的宏观调控问题提供一定的依据，这种商务平台的作用主要与其商品管理功能和信息数据服务功能有着一定的联系。前文中提到的农业机械与农副产品的核心作用是影响这一因素的一种表现。它的商品管理功能是建立在数据库的基础之上的，在这一平台的应用过程中，预测市场动态的功能是这一平台的一大优势。这种预测功能就可以让农户在农业生产过程中对市场需求进行把握；同时，这一平台的应用也可以让政府有关部门对农业及工业相关行业的市场动态进行把握，因此这种应用功能就是为政府宏观调控提供依据的重要因素。

此外，这一信息管理平台的构建，对农业信息化的发展也会起到一定的促进作用。农业装备市场的优化就是这一作用的一种体现。从农业装备产业的发展状况来看，传统的农业市场是以集贸市场模式为主的市场经营模式。在新型信息管理平台构建以后，农业装备市场开始步入了信息化的发展进程。在信息化技术的应用过程中，借助这一商务平台，农业装备制造商可以对不同地区的对农业装备的需求情况进行了解，农机企业在对农机需求量较大的区域进行了解以后，就可以根据实际情况选择向该地区农户出售农业机械的方式。

4结语

构建与农业机械和农副产品有关的电子商务平台，是促进农业及相关产业发展的有效措施，在这一电子商务平台的应用过程中，政府和相关产业的共同参与，可以让农户更好地感受到这一平台带给他们的便利条件。

参考文献

[1]阎楚良，田兆锋.农业机械与农副产品加工信息电子商务平台的建设[J].农业机械学报，2005（1）：152-154.

[2]张伟.数字农业空间信息管理平台开发研究[D].上海：华东师范大学，2004.

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1.1工业设计的发展历程。

工业设计伴随工业革命而得到迅速发展，按照工业革命的发展程度，一般可分为三个阶段，一是蒸汽革命阶段。十八世纪末蒸汽机发明促进了第一次产业革命的到来，进而产生社会分工，有力促进了传统手工艺转向工业设计方向发展。二是电气革命阶段。该阶段更系统地发展了工业设计理论，而且，与日俱增的人对工业设计加深了解，使工业设计的传播更为广泛。三是电气革命后，各国对科技都非常重视，先进设计制造技术的发展更为迅速。工业设计紧密结合了先进技术，相得益彰，设计生产的工业产品具有较强的外观性、人文性、环保性、功能性、创新性等，这些因素对于消费者产生积极的影响。各国企业也逐渐提高面向产品的工业设计，不断增加人财物的投入力度，工业设计水平不断提高，市场竞争力不断增强。

1.2国内工业设计的发展。

因受历史发展等影响，国内工业设计的发展相对与国外较晚且发展不快。一般可归纳为以下三个发展阶段，一是“拿来主义”，也就是引进国外先进经验并进行复制，几乎不存在设计元素。二是“鹦鹉学舌”，也就是引进国外先进经验并进行模仿，尽管很多地方存在引进国外的影子，但也具有一些独特之处。三是“创新设计”，也就是将引进的国外先进经验进行学习分析并再次创新，企业重视利用创新设计使产品核心竞争力不断提高。随着近年来我国外贸出口逐年增加，面临的经济纠纷也日益增多，引发企业高管日益关注工业设计，并相继投入资金用于工业设计的发展。国内很多大学也相继举办工业设计专业，培养高水平工业设计人才。

1.3工业设计特点。

工业设计的特点比较突出，一是在学科知识方面具有综合性。工业设计一般被认为是从事外形设计，并将其与重复的机械劳动、嘈杂脏兮的环境等相联系。但是工业设计不只是工业产品设计，还能解决“人－机－环境”之间的各类问题，具有较强的综合性、有机结合技术与艺术的一门学科，涉及的学科涵盖机械、物理、化学、市场学、美学、社会学及心理学等多个不同领域。二是学科知识的实践性与应用性都很强。利用设计创造，为人民群众生活提供具有合理性的生存方式，使生活具有人性化、便捷、个性化等特点。三是学科的时代性很强。不同时代的要求不尽相同，目前工业设计需要符合绿色环保、健康节能等设计要求。

2机械设计制造技术

机械工程中机械设计与制造技术是十分重要的内容，是其机械性能的最重要决定因素。随着信息技术的发展，新的机械设计制造方法不断出现，诸如基于数学规划理论与计算机程序而建立，利用数值计算优化设计方案，使期望指标实现最优化的方法；利用结构离散化，采用有限个相互连接并进行分析的单元节点，依据变形协调条件对有限元进行综合求解的设计方法；在规定条件及时间内，规定功能可完成的可靠设计方法；利用虚拟现实与仿真技术，对产品设计、制造等全过程进行模拟，并预测评估技术数据与性能指标的虚拟制造技术；采用目前主流智能制造、绿色制造、纳米制造、个性制造等技术，随着新的设计制造技术的广泛研究应用，将会对世界经济发展起到重要促进作用。

3工业设计与机械设计制造技术之间的关系

3.1机械设计制造技术的作用。

工业设计学科具有综合性，涵盖科技、艺术等多个领域知识。工业设计的先决条件就是科技，产品生产应与科技要求相符，违背客观规律的任何设计都无法实现。很多工业设计具有完善的功能，美观的外形，备受人们喜爱，只是与设计制造客观规律相违背为略有遗憾，难以在力学、结构及制造等方面实现。因此机械设计制造技术作为关键的工业设计技术，应基于对机械工程基础知识的深入理解而开展工业设计，确保产品遵循客观规律与基本原理，工业设计人员充分利用自身专业优势，在结构、色彩及外形等方面易于用户广泛接受。

3.2工业设计的重要作用。

在机械设计制造技术中，工业设计在人机工程学具有重要作用。设计理念基于人的自身，综合各方面因素而进行科学判断。结合人机工程学特点有机结合消费者、产品及其使用者开展相关研究，不只是关注个别要素。目前应用的各类成功产品，都具有人机工程学设计理念。

3.3工业设计与机械设计制造技术相结合的应用。

工业设计与机械设计制造技术各有优势，将其有机进行结合才能使企业产生更显著的经济效益，进而使其综合竞争力得到提高。目前很多国内中小企业，因财力、时间等因素所限，其工业产品设计方法与制造技术还相对较为落后，政府资金投入不足，激励措施有待于进一步完善，使工业设计的发展处境艰难。因此要采用必要的行政手段调节市场经济，利用政府干预促进工业设计健康发展，从而转变设计理念，积极拓展综合性合计人才的培养方式，成立专业研发中心，培养更多的高层次工业设计专业人才。

4结语

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【关键词】材料设计；生产技术；产品制造；材料数据库

在我国，随着计划经济体制向市场经济体制转化，传统的机械零、部件或一般常用机械产品的设计方法已经不能适应现代机械工业产品设计的需要，随之而来的现代机械设计方法已经得到了迅速发展，形成了许多相对比较成熟的分支学科，如机械可靠性设计、防断裂设计、抗疲劳设计、耐磨损设计、机械CAD、机械优化设计等，这些方法在实际的一些机械产品设计中得到了不同程度的应用，取得了可观的效益。但由于受传统设计思想的影响这些方法还没有被广大机械设计师普遍掌握和应用，一些新的设计思想和方法更有待于探索和发展。

1.机械设计中常见的材料设计问题

随着人们对工业产品的使用性能、技术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产品设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。传统的机械设计方法中，材料设计实际上仅仅是“材料选择设计”，而这些材料的选择设计过程中，往往也是根据以往设计人员的经验，即设计手册中提供的参考资料或数据来进行的，而这些参考数据常常仅是在一定的标准试验条件下得到的实验数据。这样的材料设计方法，有几个方面的缺点：（1）由于使用条件与实验条件的差异，标准试验过程本身的不确定性等，根据参考资料和数据选择材料生产出的机械产品在使用过程中常常会发现不合适，某些零部件材料或者因为仅能很好满足整机使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某个方面的性能特点产生了对整机其它方面性能的不良影响而致使整个机械产品性能达不到要求，甚至报废；（2）现在工程材料研究发展很快，特别是一些材料加工方法、工艺的改进和发展，使得原有材料可以达到更高的性能要求，发挥更大、更好的作用。但是这些新材料、新方法、新工艺不可能在短期内编入设计手册，有些内容甚至会滞后十年或几十年，这与当今社会发展对新产品更新速度的要求显然是不适应的，影响产品的竞争力或生命力。

2.材料设计案例分析

2.1轮-轨耐磨性设计

在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全。机务部门急迫地需要解决这一问题。从工程摩擦学角度看，轮-轨是一对摩擦副，是一个系统的两个元素，研究其耐磨性问题，应该从整个系统出发，考虑双方的材料最佳配对，以达到使用寿命的最长值。经理论分析计算、大量的实验室试验和机车实际运行试验，得到了轮—轨硬度匹配最佳值，可以使机车轮的寿命在不影响钢轨寿命的情况下，提高2～3倍。这种方法是在不改变现有的路轨和机车轮材料的前提下，用一种常规热处理工艺改变其严重磨损区的局部材质，提高产品的实用性与经济性。

2.2硬质合金钢刀具耐磨损设计

用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命是一种很有效的方法。对多个厂家生产的硬质合金刀具进行深冷处理后实际使用，结果表明经深冷处理的刀具寿命延长数倍。但个别个体厂家生产的刀具，实验结果则不稳定，有的好，有的差，有的甚至不能使用。这说明：对同一类产品，用同样的方法改变材料性能，结果可能相差很大，这不能说明该方法本身不行，而是还有一个材料本身的均匀性、稳定性以及如何与不同材料结合的问题，即如何改变工艺参数以适应材料本身的差异问题。

2.3汽车制动衬片设计

我国汽车用制动衬片目前有不少生产厂家，但正规的大汽车厂主要还是用进口产品或中外合资厂生产的产品。国产件在质量稳定性、寿命等方面明显缺乏竞争力，特别是一些个体厂家生产的产品质量根本没有保障，有些产品甚至连最基本的性能指标如摩擦系数都达不到标准，特别是热衰退性能差，制动过程常导致失效。其原因还是大部分厂家缺乏必要的技术力量，只是简单地完成配方材料混合、烧结和压制等工艺过程，至于整个生产过程的各种工艺参数的系统研究，不同车型材料配方的深入研究，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，则没有进行研究。这些是目前我国汽车用制动衬片质量稳定性问题无法根本解决的主要原因。

2.4自动装料装置的七连杆机构设计

自动装料装置的设计，可采用七连杆机构，该机构整个悬挂于机架上，在原理方案正确的情况下，连杆材料的设计成为关键问题，因为连杆的铰链是整个部件材料最薄弱的部分，既要有足够的强度，还应有良好的耐磨性和抗冲击性能，进口设备中该部分材料是采用高性能塑料，销孔用钢套。由于当时很难买到这种进口材料，而且较贵，就考虑用铸铝件替代，加大铰链处的尺寸以保证强度。这样设计的铸铝连杆，加工时出现了问题，由于连杆形状较复杂，铸件材质严重不均，加工铰链孔时有时发生折断现象。加工完成后，装机试用，又出现了问题：（1）由于铸铝件的重量比塑料件大得多，运动速度较快时，起、停惯性大，对整个机架造成较大的冲击振动；（2）试用一段时间后有些连杆的铰链发生断裂现象，这除了因为它本身冲击振动外，还因为铸铝件的弹塑性远不如塑料件。后来，购买了进口高性能塑料，制造成的连杆，上述问题全部解决了。尽管进口塑料单位价格稍贵些，但重量轻、用量少，总费用并不很大。以上情况说明机械零、部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且对机器整体功能有时会造成严重影响。

3.机械设计中新的材料设计理念与方法

以上案例分析进一步说明，机械设计中材料设计问题已经愈显突出，传统的材料设计方法亟待改进。在机械产品设计过程中，机械零部件的材料设计应从系统论思想和功能论思想出发，不仅要考虑满足各零、部件的性能要求即满足整机的各分功能要求，还应考虑各零、部件对整机性能或者其它零件分功能的影响。

3.1进行材料设计功能分析时应包括的内容

进行材料设计功能分析时，应包括三个方面的内容：（1）确定技术上的功能应达到的程度，它用产品技术性能参数来表示；（2）对功能成本作出分析，以便在实现同一功能的各种途径中找出成本低、功能好的材料设计方案；（3）进行可靠性定量及定性的分析，在对产品功能的定性和定量的综合分析之后，就可能制定出相对优化的材料设计方案，为整个产品设计工作打下坚实的基础。

3.2现代机械设计的改进措施

从传统的机械设计材料设计方法向现代机械设计材料设计方法发展有以下几个方面：

3.2.1设计思想上应树立系统观和功能观

工程上没有绝对好或绝对不好的材料，亦即不能以某种材料的某种性能或几种性能来评定它是绝对好或差的材料，材料设计时只能是寻求最适合的材料。全面考虑机械零、部件材料的子系统功能和整体系统功能，也就是说，设计时不仅要考虑某种材料是否适合做某种零件，还应考虑它在整台机器中是否合适，对其价格的评估也是如此。案例2.4节说明了这一点。

3.2.2应改进现有的一些重要的或关键的机械部件的研制和生产方法

即应把该部件作为一个子系统来进行设计和研究，尤其是摩擦学系统部件。案例2.1节和2.2节是典型实例。传统方法，把系统的元素作为独立零部件各自进行设计研究，无法满足或保证整个子系统的系统功能，特别是高速、重载的零、部件会产生许多功能（下转第198页）（上接第56页）附作用，如高温引起的机械性能变化，高速引起的附加动载荷等。

3.2.3建立基于INTERNET的机械设计材料库

鉴于前文2提出的传统的材料设计方法即“查手册设计法”的不足，作者认为，应尽快建立基于INTERNET的动态的机械工程材料库。换言之，在INTERNET上建立独立的《机械工程材料库》网页及数据库，该数据库内容不仅涵盖传统机械零部件常用材料，而且包括用户材料库，即由机械工程材料有关生产厂家或有关经营部门直接访问网站，随时添加国内外最新研制的新机械工程材料的有关资料数据。项目包括材料的机械性能和物理化学性能（如强度、硬度、韧性、比重、导热性、耐腐蚀性等）、价格、厂家、供货途径等。这样的材料库不仅可以满足现代机械设计高效、快速、合理、经济的要求，而且可以与CAD/CAM/CAE、并行设计、即时技术等现代先进制造技术相适应。

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关键词：绿色设计冶金机械特点重要意义实施内容

引言

随着我国钢铁行业发展规模的不断扩大，在实际生产过程中废弃物和污水排放严重污染了自然环境，也给人们身体健康带来了严重威胁。针对这一基本情况，人们提出了冶金机械绿色设计的技术要求。本文通过对发展冶金机械绿色设计特点进行分析，阐述发展绿色技术的重要意义，研究其在冶金机械行业中的实施内容，进而减少环境污染问题，缓解能源资源供给紧张的局面，促进我国钢铁企业的和谐发展。

1.绿色冶金机械设计的相关概念

绿色冶金机械设计是在环保和科学发展的基础上，以提高能源资源利用率和减少生态环境污染为生产原则，以钢铁行业的可持续发展为目标的一种全新的设计理念。绿色设计涉及工艺绿色化、生产观念绿色化、生产产品绿色化三方面的内容。绿色技术在冶金机械行业中的应用和推广需要生产技术人员强化绿色生产意识，改革生产方式，坚持以绿色设计观念为指导，以环境保护和节约能源资源为生产原则，生产出符合市场供给需求的绿色产品。绿色设计在冶金机械行业中的发展推动了钢铁行业的进一步发展，也有利于提高企业资源的利用率，实现企业经济的科学发展[1]。

2.冶金机械绿色设计的主要特点

绿色设计是冶金机械工业绿色产品生产过程中的重要环节，因此其直接影响着产品的质量和企业的生产成本。产品设计人员在冶金机械的设计过程中，既要考虑生产过程对环境的危害，也要考虑生产产品对资源能源的利用情况，绿色设计作为一种全新的设计方式在创新传统设计方式的基础上，充分考虑了生产产品对能源资源的节约问题和环境的污染问题。因此绿色设计有着传统设计所无法比拟的特点和优势。

绿色设计是利用封闭环行方式进行产品设计，提高了产品的使用周期和废弃物的回收利用效率。绿色设计具有实现企业保护环境的目标的特点，绿色设计是在环保的前提下对产品的生产过程进行跟踪监察，利用计算机绿色设计系统对产品设计相关的数据信息进行分析计算，评估产品设计对环境的影响，以此实现对环境的保护。绿色设计还具备节约能源资源的特点，和传统的设计方式相比，绿色设计在保障基本产品设计工艺的基础上，减少了对原材料的使用类型和数量，简化了生产产品的结构，提高了能源资源的重复利用效率，缓解了能源资源紧张的情况。此外绿色设计还具有降低产品生产成本的特点，绿色设计不仅充分考虑了产品的设计、生产在内的企业成本，也考虑了产品的使用情况和后期的废物回收利用情况[2]。

3.发展冶金机械绿色设计的重要意义

冶金机械企业在生产冶金产品的过程中，会出现许多对人们身体健康的不利影响因素。如大型机械设备在操作过程中出现的噪音污染对附近居民生活的严重影响，冶金产品生产过程中的污水排放对河流的污染等。因此绿色设计在冶金机械行业中有着重要的意义。

冶金机械利用绿色设计可以有效的解决噪声污染、热辐射、废弃物污染、污水排放、空气污染等问题，也有利于降低对周边环境的破坏程度。绿色设计充分考虑了环境保护和能源资源节约这两方面的生产原则，在实现企业经济效益的同时，改变了传统设计的高环境污染和高消耗能源的情况，同时和我国所倡导的绿色生产理念相符，因此发展绿色冶金机械有着必要的发展意义[3]。

绿色设计作为一种生态环保的设计，其注重的是绿色观念在冶金产品的设计、制造、销售、使用和后期的废物利用等整个过程中的应用，在这整个过程中，以环保和节约能源资源为目的。因此绿色设计对于协调企业发展、社会经济和环境保护三者之间的关系有着不可忽视的作用。冶金机械的可持续健康发展必须要坚持应用和推广绿色设计。

4.绿色冶金机械设计中关键技术的研究

4.1冶金产品的生产原材料的选择

在冶金产品生产的前期，原材料的选择尤为重要，要选择容易分解、可以再生、可以回收的原材料，以此减少产品生产对环境的破坏。在冶金机械工业生产中，铁、合金、钢一直是冶金产品生产所需的原材料，这些金属回收容易、零污染。但是在实际的生产过程中，也会选用高强度高温度的玻璃钢和耐热、耐高温、性能良好的工程塑料等非金属原材料，这些非金属原材料难以回收，而且对环境造成严重污染。这就要求设计人员在选择原材料时，要研发不会污染环境，且能回收利用的原材料。

4.2科学管理和控制“三废”的排放

在冶金产品的生产过程中，难以实现废气、废水、废渣的零排放的目标，但是“三废”对环境的污染又十分严重。因此唯有在设计中对工业“三废”排放的科学管理和控制，利用绿色设计方式，强行控制“三废”的排放，对所有冶金产品生产设计提出统一的生产排放标准[4]。

4.3注意机械设备的震动和噪音污染问题

在冶金产品的生产过程中，机械设备的震动和噪声污染带来了严重威胁。这就要求在机械设备中注重机械的减震，利用隔震性能良好的弹性支承对机械设备生产过程中的大震动部件进行减震处理。同时机械设备在设计时，可以利用性能良好的消声器、噪声低的发动机、高生产精度和高质量的分配箱等设备减少噪声的污染。在整个生产设计过程中，可以利用吸音和隔震等方式来减少噪声污染和震动。

4.4对密封技术进行改进，预防泄露问题的出现

冶金产品的生产过程中，由于机械设备的性能不够好，降低了机械设备的使用寿命和工作效率，从而导致泄露问题的出现。因此要加大对新产品的研发力度，从而做好机械设备的预防泄露工作。预防泄露是实现机械设备密封技术提高的根本措施。

4.5改进故障诊断技术

机械设备经过长时间的工作后需要进行维修和保养。但是就我国目前的维修制度而言，在机械设备的维修过程中，投入的精力过多，盲目的检查和维修造成人力资源和物力资源的过度浪费。同时机械设备在投入使用时有一段时间的磨合，经过磨合后，设备的使用性能才能得到更好的发挥。改进机械设备的故障诊断技术，可以有效的实现检查和维修成本的降低。

4.6关注整体外形设计

传统的设计片面追求产品的功能和可靠性能，忽视整体外观，设计方式已经难以满足人们不断提高的审美需求。因此绿色冶金机械设计在注重产品功能和质量的前提下，也要充分考虑产品的整体外形，唯有这样才能提高产品的销售量[5]。

5.结语

综上所述，绿色设计在冶金机械中的关键设计内容主要有：对冶金产品生产原材料的选择；科学管理和控制“三废”的排放；注意机械设备的震动和噪音污染问题；对密封技术进行改进，预防泄露问题的出现；改进故障诊断技术，降低机械设备的保养和维修的成本；关注整体外形设计等。

参考文献：

[1]段新虎.浅谈冶金机械的绿色技术[J].科技资讯，2012（01）.

[2]孙波.浅析冶金机械的绿色技术及其应用[J].科技传播，2011（02）.

[3]许世虎；姚国栋；冯婷.工业产品设计中的绿色之道[J].包装工程，2010（09）.

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关键词 工业设计 产品价值 竞争 创新

一、工业设计的含义

对于大多数人来说，工业设计还是个挺陌生的词。不少人都把它等同于产品的包装设计或机械设计。其实，工业设计远远不止一般意义上所说的包装、外观的改进，其内涵比这大得多。现代工业设计20世纪初起源于德国，它是以产品设计为核心，将工业产品的技术功能和外观美术设计结合成一体的一整套理论和操作体系，被称作是企业创新与发展的灵魂。

国际工业设计协会联合会(ICSID)自1957年成立以来，加强了各国工业设计专家的交流，并组织研究人员给工业设计下过两次定义。该联合会即国际工业设计协会理事会(ICSID)在1980年举行的第十一次年会上公布的修订后的工业设计的定义是：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应当在上述工业产品全部方面或其中几个方面进行工作，而且，当需要工业设计师对包装、宣传、展示、市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。”按照该定义，产品设计是工业设计的核心内容，视觉传达设计是工业设计的重要内容。

工业设计是一个很系统的工作，它涉及两个领域。一个是技术领域(生产制程；材料；结构等)，为企业产品提供应用环境的解决方案；另一个是美学领域(风格；流行趋势)，根据人们的文化背景审美趋势(市场定位；价格与价值；体验行销)，利用人体工学(认知；人机界面；安全)，围绕技术设计产品。这时消费者直接享受的不是科技原理，而是从科技走向艺术的产品。随着工业水平的发展，设计已经渗透在从产品研发、制造到销售的整个产业链中。由于工业设计在各个国家发展经历有别，工业设计所覆盖的区域在各个国家也有所不同。如英国把染织服装设计、平面设计、陶瓷与玻璃器皿设计、家具与家庭用品设计、室内设计、机械工程产品设计都归入工业设计的领域。对于美国人来说，其内容更为广泛，他们把所有关于人与物品发生关系的设计，都称作工业设计。但是，较为越来越通用的工业设计的主要领域，是我们在定义中所表述的，专注于批量生产的产品之美与有用性的设计，即所谓的产品设计(product design)，这是正业设计的核心内容。有专家把工业设计的主要目标定为：良好的使用功能、简洁美观的造型、精湛的加工技术、特殊的表面处理、廉价的大工业生产和高额的工业利润。

二、工业设计提升产品价值

据有关专家的研究，要想提高产品附加值，有三条道路可以选择：靠科技进步，增加产品中的技术含量；靠工业设计，增加产品的魅力价值；靠营销技术组合，提高市场实现价格。美国的一项权威研究表明：对工业设计每投资1美元，带来的利润约为1500美元。根据日本日产公司的统计，他们每千亿日元产值中，工业设计所起的作用约占51%，难怪工业设计会被誉为“打开21世纪大门的钥匙”了。据日本的相关调查显示，在开发差异化产品、国际名牌产品、提高附加值、提高市场占有率、创造明星企业等方面，工业设计的作用占到70%以上。

500美元的时装采用的生产技术也许不比500美元的先进，但在设计上肯定是大大超出的。一件设计超群、做工精细的时装可以卖到天价，而一件用料考究却毫无个性的衣服只能赚取些微的毛利；路易威登的旅行箱设计非常精致，可以说考虑到旅行者的种种细微需求，但是价格不菲，数千美元一个；在美国，科尔奥齐公司推出300多种统称为“厨具”的商品，其中包括“天生”一副“笑脸”的意大利面条叉，长“眼睛”的冰淇淋勺和“蒂母”餐具刷，虽然价格比同类产品高出数倍，也被人们从货架上抢购一空。

不仅在服装、家具、皮具、灯具、首饰、塑料制品等行业，设计是创造价值的源泉，在通信产品、电脑、汽车等技术含量较高的行业，工业设计同样是竞争的利器。

联想从1999年推出一款外型别致的具有海洋风情“天禧”电脑，它除了漂亮的外观，在一些功能的设计上“天禧”的表现更是卓越，还针对当时用户上网的便利开发了“一键式上网”的功能，这款产品从整体上把用户的体验、文化、商业考虑了进来，是软件和硬件协同几乎完美的体现。至2000年为联想创下37.5亿元的产值，从而使联想在1999年第三季以8.5%的市场占有率登上亚太市场个人电脑销量榜首、，跻身全球十强。同时，良好的业绩也带动联想在香港的股价同期飙升了100%。

三、工业设计是中国企业新的竞争利器

(一)消费者的消费需求日益个性化

我们的物质环境已经有了很大进步，这使得人们作为观众在鉴赏物质景观的时候变得更加苛求，而且人们也更愿意对物质生活提出自己的意见。随着商品经济的发展，消费者的消费需求日益多样化、高档化、个性化。产品的多样化、个性化不能只靠技术进步来实现，工业设计在其中的作用将更大。彩壳电视的诞生就很好地说明了这个问题。当电视机还是普通家庭不多见的“大件”时，人们是不大会关心它的外壳颜色的。而现在，如果每个家庭装修得漂漂亮亮的新居里都摆着一个或几个一模一样的“黑盒子”，那该多扫兴！用户所期待的产品价值不仅是用产品来完成或改善某项工作，重要的是希望产品能够丰富、增进他的生活体验，并且能够联系到个人的梦想。我们已从信息时代进入感受的时代。消费者期盼被产品的体验所感动。激情和情感将带给普通设计一些特殊的东西。

(二)企业已经进入全方位竞争时代

由于生产力的极大发展，当今企业之间的竞争也愈益激烈。在经历了长时间激烈的市场竞争之后，某些行业，生产技术基本上差别很小，生产的日趋集中使得每个行业内几大“巨头”在规模、品牌、质量方面的差距越来越小。这种同质化反映出一个关键的问题，那就是以颠覆性的技术手段来实现竞争的突破已经变得越来越难，同质化的竞争趋势导致产品正在从技术导向转入用户需求导向。正如索尼公司前总裁盛田昭夫所说：“我们相信今后我们的竞争对手将会和我们拥有基本相同的技术，类似的产品性能，乃至市场价格，而唯有设计才能区别于我们的竞争对手。”2001年，美的推出“迷你博士”饮水机，当时在行业人士看，是整合了以往饮水机的优越功能和特点。该系列饮水机全部采用食品级材料，从塑料到不锈钢，再到硅胶管，与水接触的零部件全部经过国家卫生部门检测；双重防干烧安全保护装置、采用高性能发热管等等；同时以全心独特的外观设计，给人以时尚潮流的感觉，极具创新品味。在家电商品“同质化”日益严重的情况下，美的通过工业设计使那些在技术、质量和价格上相差无几的商品拉开了档次和差距，扩大了企业的市场占有率，同时销售价格上拉开了与技术过时、款式陈旧的商品之间的距离，也是工业设计为美的产品创造出“高附加值”。

(三)工业设计是国内企业的比较优势

与跨国大公司相比，国内企业在资金、人才、管理和国际营销经验上还相差太远，中国企业的比较优势绝不是技术或者技术开发能力，而是对传统工业产品市场需求的再设计、再创造。对于中国这样具有多元化特质的市场，适度技术加上高度设计是本土企业首先实现“本土化”的优势。同时在服装、皮具、玩具、塑料制品、家具、灯饰等行业，国内企业既具有生产成本优势，工业设计也是这些产品获得利润的重要源泉。目前我们曾经引以为豪的也是带给我们经济快速增长的“全球制造工厂”的角色，现在已经差不多发展到了极致，中国经济下一个增长点的实现只有一条出路，那就是自主创新。而面对中国庞大的制造规模，发展工业设计正是自主创新的一条重要途径。我们应全方位使用工业设计的方法穷尽放大我们的技术。中国有非常悠久与优美的文化资产，足以为作为创造自我的设计风格的丰沛素材，适合中国市场品味的商品将随着国际竞争力延伸而扩散。应该相信，属于中华特色的美将会是中国设计与竞争力最大的内涵。

在德国国际设计协会“2006年国际工业设计IF(if design award)奖组委会”专家的评选下，海尔“三超双新风”空调能够成为唯一获得空调类工业设计大奖的空调。她的成功主要来自于该款空调创新的外观设计与健康功能技术的巧妙融合。德国IF奖创立于1953年，素有“国际工业设计奥斯卡”的美誉。联想、美的和海尔的成功案例，都很好地佐证了设计对于企业发展的战略意义。工业设计为这些中国最优秀的企业的发展立下了汗马功劳，也成为他们不断发展的核心竞争力，更为中国的企业增加了成功的方向与信心。工业设计所成就的价值是企业品牌和产品最显现的价值，是企业竞争和可持续发展的利器。

参考文献

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关键词 快速成型 发展状况 应用

中图分类号：TH16 文献标识码：A

快速成型技术是一种快速而又精确的工艺技术，随着经济的迅猛发展与市场的激烈竞争，各国制造业不仅致力于扩大生产规模、降低生产成本、提高产品质量，而且还将注意力逐渐放在快速开发新品种以及加快市场的响应速度上。快速成型技术可以加工形状复杂尺寸精度要求高的各种零件，在产品设计和制造领域，应用快速成型技术，能显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高质量。

1快速成型技术的发展状况

近几年来快速成型技术的水平有了质量的飞跃，逐渐趋向成熟，研发的重点已从工业和设备研究向工业化、实用化和产品化方向进行。未来快速成型技术的发展方向会想着智能化、网络化以及集成化的方向发展。同时，进一步研制出更为经济可靠、精密高的快速成型工艺与设备，研发出各种通用的原材料以扩大快速成型技术的应用领域。

我国于20世纪90 年代初也开始了快速成型技术的研究，尽管起步较晚，但也取得了丰硕的成果。国内各种快速成型技术在研发、设备的生产以及市场、应用与服务方面都起得了很大的进步。国内许多企业已经有了应用快速成型技术的设想或方案，应用行业主要集中在工业产品的样件制造领域，例如模具、玩具、家电、汽车灯新产品，新工艺的开发与包装，以及外观要求较高的零件或元器件的快速加工与制作上。美国和德国是世界上最重要的快速成型设备生产国，1999年美国生产的设备就占世界的绝大多数，美国和德国的快速成型技术发展水平及其趋势基本代表了世界的发展水平及趋势。

2快速成型技术的应用领域

目前比较成熟的快速成型技术和相应系统已有十余种，其中较为成熟的技术有：薄型材料切割成型、丝状材料熔融沉积成型、液态光固化成型）、粉末材料烧结成型、粉末材料三维打印成型等。具体表现在以下几个方面：

2.1快速成型技术在模具生产领域的应用

模具是现代工艺生产中主要的工艺设备，它以其特定的机构通过一定的方式使原材料成型，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等的一系列的优点。利用模具来成型产品在工艺生产中的比重越来越大，模具成型优越性很多，可以完成一些很复杂的零件成型，有很多小型零件或复杂的零件在像车床和数控机床上是无法完成的，但利用模具来生产可能很简单，但是模具本身的生产是一个困难的过程，生产一个模具从设计到生产到投入是一个漫长的过程，它的生产周期很长，模具的凹摸和凸模有时是很复杂的，一般的方法不容易生产出来，用制造生产出来也很难，再加上精度不好，所以就要有更好的解决方法。

快速成型的出现解决了在生产模具方面的很多问题，因为快速成型的优越性，无论怎么复杂的零件，只要能设计出来，就可以通过快速成型技术将实体加工出来。目前，主要用于铸造模具和塑料模具，制造方法可分为间接制造和直接制造两种方式。间接制模是由快速成型技术制造零件原型，与传统的制造工艺相结合的制模方法；直接制模是利用快速成型技术将模具直接制作成型，它不需要制作原型样件是一种与传统的制模工艺完全不同的方法。

2.2快速成型技术在加速新产品开发中的应用

新产品的开发设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算机模拟，但不能展现所设计的原型，往往难以做出正确的判断。采用快速成型技术可在很短时间将设计的图型制成三维实体原型。然后可以根据这个实体对它的外观及装配关系做出评定、模拟实验分析、并且可以迅速地得到消费者的反馈信息，这样，可以把可能出现的问题解决在设计阶段，使新产品开发的费用和时间减少很多。

2.3快速成型技术在医学中的应用

世界上许多国家都十分重视快速成型技术在医学上的应用，该方法是将数字成像技术为基础的CT诊断方法与快速成型技术相结合，把通过CT所获得的人体扫描图像经过计算机得到三维重组数据提供给系统，得到人体局部或心脏器官原型，这样就可以显示该部病变情况和实体机构，有利于诊断和复杂手术方案的确定，还可以利用快速成型技术制造假肢和一些骨骼，提供给一些病患者，恢复其原有功能。

快速成型技术是一门强大的、先进的、多学科的交叉制造技术，他将推动相关技术、产业的快速发展，在未来快速成型技术所应用的领域会越来越广，在工业生产中的地位会越来越高，快速成型技术与其他技术的结合应用是整个制造业的发展趋势。

参考文献

[1] 肖来利，等.快速成型技术的现状及应用概述[J].中国矿业，2012.

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关键词：现代设计；功能；装饰；技术美

中图分类号：J05 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2013）09-0177-01

一、功能在设计中的重要性

人们设计产品把握最基本的两个原则，一个是产品的使用价值，即功能性；另一个则是产品的外在形态，即审美性。功能是产品的最本质的特性，没有功能的产品就是废品，所以功能性是产品的第一特性。列宁曾经做过一个一段精彩的分析，他说：“如果现在我需要把玻璃杯作为饮具使用，那么，我完全没有必要知道它的形状是否完全是圆筒形，他是不是真正用玻璃制成的，对我来说，重要的是底上不要有洞，在使用这个玻璃杯时不要伤了嘴唇，等等。”使用价值能满足人的需要，使人产生一种美感和愉快，这就是功能之美。例如电风扇在炎炎夏日能够给人带来一丝凉意，在基本满足人们乘凉的基础上，能够使人的心情和心理产生一定的美感，这就是电风扇的功能性发挥了重要作用。一般的工业产品设计要有基本的技术功能和与人相关的功能，技术功能是产品的物理化学特性及其结构之间的相互关系，人的功能是产品能使人产生视觉或听觉上的美感等，这些功能缺一不可，可以说功能性在设计中尤其是产品设计中发挥了重要的作用。

二、装饰与功能的对立与统一

现代设计的装饰和功能是一体的，他包含两个内容，其一是功能性，即合理结构和功能的体现，另一个是装饰性，外在的形式，纹样，材料等表现的内容。现代设计的功能与形式是对立统一的关系，他们作为设计的两个矛盾存在于设计之中。一辆新型的流行性轿车的设计，除去它流线的外壳就不能称其为汽车，剩下的只是一个单调发动机。因为他的流线形外形和发动机作为车的两个矛盾统一于汽车之中，缺一不可。

三、在设计中体现其“为人造物”的本质

“所谓造物即指人工性的物态化的劳动产品，是使用一定的材料，为一定的使用目的而制成的物体和物品，它是人类为生存和生活需要而进行的物质生产。”造物活动是一种文化活动，是文化的产物，不同类型的造物活动是为了满足不同层次人群的物质和精神需要，例如从简单的工具到工艺品和工业设计产品都是为了满足人们的生产和生活及审美需要，工艺美术品是为了满足人们的心理精神方面的需要，各种家用电器是为了满足人们的视觉和生活家庭的需求，这些都是体现了为人而造物的本质。

四、技术美及其表现方式

现代科技的飞速发展逐渐改变了人们的生活和生产方式。机器生产的产品具有独特的机械工业的技术美感，功能美和技术美有着一定的联系，“功能必须通过形式表现出来，即通过具体而鲜明的形象，为人所感知的形式表现出来，功能与形式的统一构成了工业独特的内容，而技术美就是内容与形式统一的美。”技术是在造物过程和设计生产中体现出来的，它的技术美是在设计材料，功能和形式上表现出来的，例如工艺美术类的核雕艺术品是通过核这种材料体现出来的，这种技术美是在对材料的运用和加工技术的方面考虑的，彰显一种古朴之美，而现代家用电器一般都采用统一简单的几何外形，融合现代功能技术构成了大机器生产的工业技术美，工业技术美是为了满足大多数人的需求和社会需要。技术美还是一种通过功能体现生产技术之美和功能结构之美的，现代数码相机通过外在造型和材质和内在功能之间达到了一致，构成了一种摄像技术之美，可见技术美是和产品功能和形式及审美等元素相互作用，构成了设计的完美哲学。

五、设计的尺度如何体现

设计的尺度首先要考虑人本身的特性，这是一种自然尺度，因为人是自然的产物，必然有一些物理和化学特性，现代设计的产品必然考虑人的各方面需求。人机工学在设计产品时要考虑人的身体大小，尺寸大小及肢体面积等因素，在设计中要把握一定的尺度，例如室内空间的大小设计是以人的尺寸和个人需要为依据的，衣服和鞋帽的大小也是根据人的大小尺寸来作为参照的。其次是道德尺度，也就是设计师设计的产品除了满足其使用价值以外，还要满足人们追求的社会伦理道德价值，体现一种对自然和社会的关注和重视，以保护环境及人类道德伦理为基本依据。

六、结论

现代设计是现代生活的重要表现，设计的哲学就是对设计知识的全部总结和概括，其研究的是设计的普遍性存在问题，始终要把设计和科学技术相结合，立足于当代文化，从人的根本性物质和精神需求出发，满足当代人和社会的需要，未来设计的发展会朝着更广的方向发展，与更多的学科相融合，立足于解决人类存在的社会和环境问题等，未来设计的发展会使人类的生活更加艺术化，设计将会更好的为人类服务。

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关键词：快速模具制造技术；研究；开发

中图分类号：TG76 文献标识码：A

随着中国逐步从计划经济到市场经济并加入WTO，市场竞争将更加激烈，企业要生存和发展，我们必须不断提高自己的竞争力，加强管理也必须推出多款先进的制造技术。模具是重要的工业产品是把工业设备一体成型，由于模具零件，具有生产效率高、质量好、节约原材料和低成本的一系列的好处，因此在很大程度上决定了模具企业在市场竞争中的应变能力，成型已成为一个重要手段，现代工业产品和工艺的开发。

一、快速成型技术

它的快速原型设计的基本原则应该是属于离散/堆积成形，具体目标是三维CAD模型，计算机将迅速转化为具体的物质构成的三维物理样机，这是第一个在CAD建模系统取得一个三维CAD模型（通过测量仪器或测量的物理形状和大小，然后转化为CAD模型），然后对数据进行处理的模型。在一个方向（例如Z方向）的平面“分层”的处理，然后堆叠部分，最后堆积到原来的三维零件。如下图：

首先，部件的几何形状，是输入到计算机图形系统（如CAD）；其次，计算机表示的几何模型被分为2块，每个划分层中的信息层的1/2的二维表示的平面体部分的厚度非常小的，然后，在这个过程中，在平面部分是一层沉积或粘合在一起，此粘合工艺形成所需的实体的对象的几何形状，它是一个连续的内部和两个外部部分内部区域被分为主体部分，和外部区域中的快速原型技术中起着作用在所述支撑结构，下面详细介绍快速成型的特点：

(1)、快速性通过STL格式文件，RPM系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，可实现产品开发的快速闭环反馈。

(2)、高度柔性快速成型系统是真正的数字化制造系统，它取消了工装夹具，系统不作任何改变和调整即可完成不同类型的零件的加工制作，特别适合新品开发或单件小批量生产。

(3)、与复杂程度无关性零件制造周期和制造成本与零件的形状和复杂度无关，而只与其净体积有关。

(4)、高度集成化用重复的三维扫描成型复杂的三维零件，避免了数控加工的复杂编程步骤。从根本上克服了CAD/CAM集成时，CAPP这一瓶颈问题，从而实现高度自动化和程序化。

二、快速成型技术在模具制造中的应用

1、快速原型的快速制造模具技术的过程

（1）、软成型技术，包括使用各种快速成型技术的SLS 与LOM，可直接转换为CAD模型虚拟模型与金属原型，在许多情况下，有一定的机械性能，可以用来作为一种软模具，塑料件小批量生产。

（2）、准直的快速模具制造，在这里主要是指直接通过准RP技术生产模具，还需要更多的后续工作，可用于生产的工件，主要的方法是由RP金属涂有粘接剂的粉末，金属的悬浮液中，与金属颗粒的塑料丝模压成半成品，然后去除后的粘合剂和随后的渗透过程以生产金属模具。该模具可以用于塑件和蜡生产的介质数量。

（3）、直接快速模具制造技术可以直接从RP的系统中，高密度的金属模，典型的激光烧结的金属粉末成型技术：其中包括两个过程的方法：第一，高功率激光烧结金属粉末成型方法，即利用高功率激光（1000W以上）扫描金属粉末烧结，一层一层的叠加成型，成型后的表面处理（打磨，精加工）来完成模具制作，模具制造，压铸，锻造模具；第二，混合金属粉末激光烧结法，即两个金属粉混合物，其特征在于，熔点低，从粘合剂的作用。

（4）、间接快速制模技术（IRT）RP方法所涉及的技术包括LOM、SLS 、SLA 、FDM等等，它有两种成型方法：第一种是通过RP方法，形成一个木制的模具或树脂模型，然后通过用硅橡胶模具的模型，电极形成，金属和其他传统的模具制造方法来生产模具，二是通过RP技术生产的模具（蜡模，消失模）和模具（砂或外壳),结合生产的金属模铸造技术。

2、常用的间接快速制模技术有以下几种：

（1）、喷涂法RP使用金属喷枪，以形成金属硬壳原型层被分离下来，与铝粉末填充的环氧树脂或硅橡胶的支持，可以进行精确的注塑模具。这种方法省去了传统的加工技术，详细的图纸，锻造，机械切割，电火花，热处理耗时的部分，它的成本比起传统方法得到很大程度节约，生产周期由原来的3～6周，模具寿命可达10,000次。

（2）、研磨方法是环氧树脂与碳化硅磨料进行混合，浇注连接到RP原型，固化后的工件中产生的印象，这样的印象，可以用作压力振动的方法，研磨工具，用于制造形状复杂、高精度、高放电加工表面质量使用的石墨电极。这种方法比传统的CNC加工速度更快，更安全，更可靠，对环境无污染，成本低的产品，电极可以制造更多的副模具。

（3）、室温硫化模具是快速、简单和廉价的品种，小批量生产的塑料部件和石蜡零件在航空航天，体育用品，玩具及装饰设备，及其他领域得到广泛应用。

（4）、真空成型被目前已广泛应用，主要用于真空形成塑料杯，食品包装，高档家具，汽车内部装饰部件。由于成形过程中温度低于54.4 ℃，多个RP原型真空成型可以直接使用，从而有效地减少了生产时间，降低成本。

（5）、RP原型铸造是据RP的物理原型（n型）可以变成二氧化硅腔（负），变成陶瓷型（n型）的能力，使用陶瓷是一种可以铸造金属（如锌合金，铍铜），腔体（负极）的注塑成型。SLS技术可直接用于生产成型金属陶瓷模具。

（6）、投资铸件是RP技术的最大优势，它能够迅速生产复杂形状的原型，熔模铸造（脱蜡铸造）具有复杂的部分，两个一起用模型制作的优势，您可以快速创建各种零部件。使用FDM 、SLA、SLS原型制造过程中，如熔模铸造方法，具有实际用途，并产生巨大的经济效益。

三、快速模具技术的发展前景与各行应用

1、未来的快速模具制造技术的发展趋势

（1）、提高模具的制造精度；尺寸精度-0.015～ 0.05毫米之间，并具有良好的表面质量，减少最终加工和抛光工艺，保证了工艺的经济性。

（2）、努力开发新材料和新技术，高强度金属模具间接制造技术的发展，以缩短生产周期，降低生产成本。

2、应用举例

如新的火箭发动机壳体产品的原型，通过常规的加工方法是难以处理的，必须的通过成型。据测算，开模时间为8个月，耗资至少300000美元。如果产品的设计错误，要报废整个模具，如果使用的快速成型方法，用于生产塑料制品的样品，作为模具母模模具硅胶克隆。硅橡胶固定在母模的铝标准的模具中，并倾人具有良好的硅橡胶，静置12 ～ 20小时，完全固化后，打开模具架，沿一预定的硅橡胶刀剖开的分型线，取出母模铸造，喷砂，一个合格的外壳铸件，在短短的两个月内制造出来，经过必要的加工，就可以运行装机容量整个试验周期短，超过三分之二的传统方法，节约成本四分之三。

总之，由于技术进步，社会发展和日益激烈的市场竞争中，企业要生存，我们必须寻找一个快速，高效的生产方法；但是发展的生产要求与快速成型技术与传统制造技术的兴起相比，新产品具有开发周期短、成本低、灵活的产品设计优势；基于RP的快速制模技术已成为现代工业产品和工艺开发的重要手段；因此，我们必须证明快速模具是由决定速度的快速原型设计与大规模生产的一个必要的方式来抢占市场，快速原型技术可实现更大的经济效益的关键，快速制模技术具有广阔的发展前景。

参考文献：

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关键词：流体仿真软件　工控机　散热分析

中图分类号：TP391.9

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）003-100-031 工控机应用领域及设计要求

工控机是一种加固的增强型个人计算机，它作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行，目前广泛运用于工业及人们生活的方方面面，例如：控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通讯保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告等等领域。工控机与一般家用及商用PC机相比，使用环境较为特殊，经常在高温、振动、粉尘、高电磁干扰、供电条件不好的环境中运行，并且大多是7?4小时不间断连续运行的，因此对其稳定性及其连续工作的能力有着更高的要求，对其散热、防尘、防电磁干扰、防振等方面也有着与普通商用PC机不同的设计理念。本文主要通过采用solidworks flow simulation 流体仿真软件在工控机开发过程中来进行散热分析的实例，探讨在产品设计阶段计算机辅助工程（CAE）软件所起的显著作用。

2 SolidWorks Flow Simulation软件在产品开发中的作用

在电子产品的开发中，保证产品的热稳定性，使产品有更好的散热性能，能保证电子产品稳定长期的运行，延长电子产品的使用寿命。在以往的产品开发中，我们往往是先根据设计做出产品的样品，然后根据样品做各种热学试验，再针对试验结果做出修改，相对费时费力。现在随着计算机性能的大幅提高，采用多种多样的计算机辅助工程（CAE）软件可以在产品制造前预先发现潜在的问题来进行修正，由此可以缩短设计和分析的循环周期，从而达到降低成本，缩短产品上市周期的效果。利用Solidworks Flow Simulation 流体仿真软件进行某型号工控机散热的有限元分析，不需要做出产品的样品，直接利用设计模型采用虚拟样机的形式做热学仿真，来对产品的设计进行验证和改良，可以显著提高效率，降低成本，缩短产品上市周期。q

Solidworks Flow Simulation软件是一款基于SolidWorks软件的计算流体力学软件，该软件与SolidWorks紧密集成，设计师在SolidWorks中设计的模型，可以直接用于流体仿真。该软件去除了计算流体力学的复杂性。您可以轻松快捷地仿真对成功设计至关重要的流体流动、传热和流体作用力，仿真真实条件下的流体和气体流动，运行“假设条件”情况，并快速分析浸润零部件或周围零部件上的流体流动、传热和相关作用力的影响。可以对设计变型进行比较以作出更好的决策，从而获得具有卓越性能的产品。

3 SolidWorks Flow Simulation软件进行散热分析的一般过程

下面我们以一款开发中的工控机为例，借助Solidworks Flow Simulation软件进行流体仿真，对产品进行散热分析。

首先，我们打开工控机模型，为了简化模型，我们将压缩风扇及其它复杂的特征，以节省计算时间。我们使用wizard（向导）来创建一个算例。 按照下面的属性新建一个项目：

下面我们指定材料给电子元件，右键单击input data下的solid materials 选择 insert solidworks material （插入固体材料）。把solidworks database里面的材料指定给电子元件。 PCB板我们指定为PCB 4-layers ，IC指定为gold ，散热器指定为aluminum ，电阻指定为silicon， 电容指定为copper。任何未指定材料的部分我们视为insulator（绝热体）。

接下来我们指定工控机的heat source （热源）。在没有边界条件也没有指定风扇的曲面上或是固体流体的介质中我们都可以指定heat source。在surface source中 如果不考虑heat transfer in solids （固体中的传热），我们可以在固体曲面一heat transfer rate （传热率）和heat flux（热通量）的形式指定热源，如果考虑heat transfer in solids我们可以在固体曲面一heat generation rate （产热率）和surface heat generation rate （曲面产热率）的形式指定热源，在两种情况下正的代表产热，负的代表吸热。

在flow simulation 菜单中，右键单击算例名称并选择自定义树，然后选择heat source。

在flow simulation菜单中选择insert，surface source。右键单击heat sources图标，选择insert volume source（插入体积源） 选择ic 在heat generation rate（产热率选项）中输入功率5w，ok确定，然后按照此步骤一次定义电阻、电容、CPU等的产热率。

接下来我们定义fans风扇，在此我们为了节约计算时间，简化模型，设置一个虚拟风扇。

建立一个风扇，右键单击fans图标，选择insert fan 在type类型中，选着external inlet fan（外部入口风扇），选着工控机壳的后面为虚拟风扇入口，工控机壳两侧为散热排气口，在风扇的类型中我们选着fan curves风扇曲线，papst德国一家风扇制造商，dc-axial轴流直流电型风扇，series 400系列，405型号。对inlet flow parameters （入口流动参数）和（thermodynamic parameters）热力学参数保留默认值。

单击RUN 系统将进行计算，分析散热结果。

我们可以看到产品的很多热学分析结果。产品的任何一个截面的温度分布图，产品的任何一个表面的温度分布图，空气在工控机的流动轨迹，热在产品内部的传导等，我们还可以看到solidworks flow simulation为我们显示的空气流动，热流动等的动画演示。

可以看到产品IC的最大温度可以达到351开尔文，产品的热学性能符合要求。软件同时还会给出详细的结果报表，在此不一一详列。

由本实例可以看出，使用SolidWorks Flow Simulation软件，可以大大的缩短了设计后由于考虑流体及热方面因素所需的工时，显著降低了设计及生产成本。使用SolidWorks Flow Simulation软件进行散热分析的一般过程如下：

(1)使用SolidWorks 3D CAD软件设计产品模型。

(2)利用SolidWorks Flow Simulation软件打开产品模型，新建项目，设置参数。

(3)指定材料给产品各元件。

(4)指定产品的热源，定义各元件产热率，设置各参数。

(5)定义风扇，设置相关参数。

(6)定义工程目标，开始计算。

(7)根据分析报表修改设计。

4 结语

采用本软件进行工控机的散热分析，通过计算机辅助工程软件的虚拟现实分析功能，可以在设计阶段直接找出产品设计在散热特性方面存在的问题，从而加以改进，为后期加工工艺的制定和改进奠定更加精确和完善的基础。这样可以节约成本，加快产品设计周期，在工业设计领域必将得到广泛的应用，应用领域也不会局限于工控机设计领域。

参考文献：

[1]　陈超祥.Solidworks Flow Simulation高级教程(2011版)[M].北京:机械工业出版社,2011.