發布時間：2023-07-31 16:59:56
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的產品結構設計理論樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
隨著社會經濟的發展，制造業的生產經營模式越來越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應企業在新時期面對國內外競爭環境的各項要求。這時，變型設計理念的出現就顯得不足為奇，而且很好的適應了企業當前的生產經營策略。變型設計理念的核心就是要對原有的產品結構設計或系列產品進行改進和創新，實現新產品的快速設計和迅速推向市場。目前的變型設計主要是通過產品的有效配置和產品結構模型來實現的，而對變型設計中的創新設計、過程設計和變型修改等幾個關鍵環節不夠重視，不利于變型設計理論的長遠發展。本文結合機械產品的特點，將對產品結構與變型設計等相關問題進行分析和探討，以求進一步驗證變型設計的有效性和實用性。
1變型設計概述
1.1變型設計的基本概念簡單的說，變型設計就是一種設計方法，是一個設計過程，它的基本思想是通過改進已有的系列產品或設計實例來適應新的設計需求，實現產品的快速設計和新產品的快速試制定型。就整體而言，變型設計就是運用一定的規則將整個產品的設計歸結為對其中各個部件、零件等功能模塊的設計。因此在進行變型設計時建立一個合理的產品結構模型是實現產品快速變型的關鍵。
1.2方法體系
機械產品結構設計是一個系統、復雜、循序漸進的過程，無論是用戶新的需求，還是機械產品在功能上的細小變化，都有可能引起很大改變，即在產品結構上的細小變動都有可能導致產品結構設計上的重大變動，這在機械產品的變型設計中表現的尤為明顯。有時企業為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對原有的產品結構進行重新設計，以期獲得更多的收益，奠定自身的競爭優勢。筆者認為，對機械產品結構進行變型設計的關鍵就是要準確找到變型設計的根源，建立科學合理的方法體系，進而保證變型設計和快速設計目標的實現。本文所要介紹的方法體系，是以變型規則為基礎，通過事物特性表技術的合理運用來構建合理的機械產品結構模型，該模型能夠對支持變型設計的機械產品及其構配件之間的關系和條件進行準確的描述。事物特性表技術實現了機械產品結構數據通過二維表結構進行標準化、科學化、規范化的組織，這對機械產品結構的變型設計無疑是非常有幫助的。
2事物特性表的應用
事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠對事物的基本屬性進行登記，還能對構配件的一些特性進行針對性的描述。在國家的相關標準中，它被當作一種信息標準進行應用，不僅能對事物的特性進行描述，并嚴格按照相關規范和要求進行記錄、存儲和顯現。表格形式如表1所示。正是因為事物特性表能夠詳細、有效的對事物的性能、特征、工藝特殊性等進行描述，尤其是產品在開展與尺寸變型相關的結構設計時，事物特性表更有利于產品結構從類到實例的轉變，這對變型設計和相關檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對某種機械產品的內外徑、長度等特性進行描述，我們就可以得到一類產品，而我們對以上特性參數化之后就得到了某種產品的實例，最后將所有特性參數進行組合后，我們就得到了該產品的事物特性表。事物特性表的應用不僅如此，我們還可以結合機械產品變型設計的具體實際進行靈活擴展，盡量將事物特性表的作用最大化。
3機械產品結構模型分析
從某種意義上說，我們可以把產品結構模型看成是能夠適應應有的的約束配置的構件的實例化集合。在具體應用過程中，企業應當立足于市場及用戶的各種需求，從企業原有的系列產品結構中進行改進和創新，進而派生出更多的有效的產品結構。在對產品結構模型進行分析和構建時，我們首先應當對產品的結構、特點、功能有個全面的把握和了解，并按照相關設計原則和理念把產品模塊化，然后通過面向對象的設計方法將所要進行設計的產品進行分解，進而獲得相應的產品類或零部件類，最終得到科學、有效的產品模塊結構。產品結構模型的原理如圖1所示，其主要包含產品變型與約束規則、參數傳遞結構和構建集合等內容。而為了更好的對產品結構及其結構進行分析，我們首先要對產品以及組成產品的零配件關系進行描述，即構建產品裝配拓撲樹。
3.1產品裝配拓撲樹的構建
對于產品裝配拓撲樹的描述來說，我們可以把它看作是一種類結構，具體如圖2所示。在裝配拓撲樹中，基本模塊是產品結構設計中必不可少的，必選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中指定一定數量的模塊加入到產品中；可選模塊則是在嚴格遵循相關規則的基礎上，從企業主要的系列產品結構模塊中選擇一定數量的模塊加入到產品中。O2表示在組成部件BNode2時必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個零件構件，并且以該構件與CNode2的關系裝配到BNode2中。R1表示在組成產品族CNode1時，可以根據一定的規則在Anode4和Anode5中選擇一個零件。將構件（Node）的概念引入到裝配拓撲樹中，主要是為了更好的表達產品對象以及零部件等子對象，而構件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產品對象或其零部件子對象的唯一標識號；Sel表示該構件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構件是可選構件，Inc=1表示該構件是必選構件。Num表示零部件在產品中的配置數目；Des表示構件的屬性描述信息，Type表示該構件的類型。At-tr_name表示該構件的一個屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。
3.2PSMTree類的構造
在完成裝配拓撲樹的構建后，能夠從結構上很好地支持產品對象的變異性。然后采用面向對象的方法對由PSMTree描述的產品原型進行建模，在建模時采用事物特性表技術來構造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產品的類。在對類進行構造時，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個類來分別描述PSMtree中的產品及其零部件構件。提取3個類的標識碼ID、名稱NAME、變型規則等共同屬性構造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構成分類結構，具體如圖3所示。
3.3機械產品的變型設計規則
從產品結構模型的構建過程來看，變型設計離不開以知識表達為基礎的變型規則，規則表達的規范與好壞在很大程度上決定了產品的變型設計的質量，對此我們可以從兩個方面進行研究。首先，對于變型規則，我們是針對產品模塊內來說的，變性規則大體可以分為三種形式，即條件表達式、邏輯關系式和數學關系式。其中，邏輯關系式主要是為了判斷產品中具體零件的必要性和可行性，進而決定零部件的增加或取消，條件表達式主要是用在產品構配件的更換或構配件數目的更改，通常表現出一定的因果聯系，規則的具體形式可以表述為：<規則>：：＝<規則ID><規則名稱><事件><條件><動作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件規則><條件>：：＝<表達式><事實><動作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產品族模塊間相互約束規則通常只會出現在部件或產品中，其對應的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機械產品的設計人員可以充分利用模塊間相互約束的規則，對產品組合的各種模塊進行靈活的選擇，進而實現對主要系列產品結構進行變型的目的。其中，主要的約束關系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實現、組成、選擇等，產品設計人員可以更加產品變型設計的實際，立足于滿足用戶的基本需求以及產品功能的豐富進行靈活選擇。
關鍵詞：火電廠；閥門設計；理論應用
火電廠的閥門作為一類通用的機械產品，其產品設計知識具有一般機械設計知識的特點，同時，火電廠閥門產品在結構和設計上又有不同于一般機械產品的特殊之處。因此，針對火電廠閥門產品的結構特點和設計過程，確定其產品設計的領域知識構成，構建火電廠閥門產品集成知識模型，實現火電廠閥門設計領域知識的合理表示是知識支持機制研究的前提。
1、 火電廠閥門的設計理論
火電廠的閥門為密封和副密封，一般采用密封副兩平整光滑密封面相互擠壓
來阻止介質通過。從理論上講，用先進加工技術，把密封副兩密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕跡非常細平，然后兩密封面相互接觸成為密封副，當給密封副加上外載時，在相互擠壓作用下，兩密封面之間細小加工痕跡被壓平，兩密封面之間完全接觸。于是阻止介質從密封副兩密封面之間通過，密封副達到密封。在現實中，無論什么先進加工技術，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕跡非常細平。因此，在實際密封面上，總是存在著因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同樣用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，兩密封面相互接觸不可能完全面面接觸。當兩密封面相互接觸時，首先因兩密封面平面度原因，使得兩密封面接觸不是內邊緣接觸外邊緣不接觸，就是內邊緣不接觸外邊緣接觸，然后，在接觸部分中，凸峰與凸峰接觸，凹槽與凹槽形成溝槽通道。當給密封副加外載時，其作用是相互接觸的凸峰產生彈性變形或塑性變形，擴大兩密封面接觸面積，減小溝槽通道直徑，但不可能達到溝槽通道消失或兩接觸面完全面面接觸，因為兩密封面存在平面度問題和外載大小受限制問題，兩密封面之間因加工精度引起的溝槽通道中，有部分溝槽通道是暢通一段距離后被凸峰阻死的，有部分溝槽通道是截面積變化大，流道小，長度長，一端接通外腔，另一端接通內腔暢通通道，那些被凸峰阻死的溝槽通道，雖然存在，但已被阻死，已達到密封效果，那些兩端暢通的溝槽通道，是密封副密封與否的關鍵，當暢通溝槽通道直徑很小，其最小直徑小于介質分子直徑時，密封副達到密封，此密封稱絕對密封。當暢通溝槽通道有部分直徑大，其最小直徑大于介質分子直徑時，介質可以通過這部分暢通溝槽通道由外腔流向內腔或由內腔流向外腔，但這部分暢通通道截面積變化大，流道方向變化，介質若從一端流向另一端是非常難的，其通過流量非常細小。當整個密封副暢通溝槽通道流量全部匯加起來，在規定時間內總流量小于一滴或一個氣泡時，也可認為密封副已達到密封，此密封稱為相對密封。
2、火電廠閥門的產品結構與設計
火電廠閥門的總體結構設計基于管路系統對閥門提出的使用要求，即閥門設計應滿足工作介質的壓力、溫度、腐蝕、流體特性，以及操作、制造、安裝、維修等方面對閥門提出的全部要求。這些要求反映在閥門設計的基礎技術數據上，即所謂的“設計輸入”，主要包括閥門的用途或種類、介質的工作壓力、介質的工作溫度、介質的理化性能等，同時對于火電廠閥門與管道的連接形式以及閥門的驅動方式也有很高的設計要求，根據使用要求和相關設計標準，確定閥門產品的總體設計要求。總體設計數據作為閥門主要結構和性能參數，導航和影響了整個產品的詳細結構設計過程，決定了產品各結構參數的組成、選擇和驅動。因此，可將上述參數定義為產品實例的索引屬性，作為產品級實例檢索與重用的依據。
3、火電廠閥門產品設計領域知識構成
閥門產品作為一類通用的機械產品，其產品設計具有一般機械產品設計的特點，同時，又必須遵循閥門行業和各自生產企業所特有的設計規范，閥門產品設計中涉及相關的工業標準、設計準則、設計經驗、設計實例等多方面的設計知識。
3.1火電廠閥門產品設計的標準
火電廠閥門產品設計必須在相關的標準規范下進行，閥門產品所采用的設計標準，從標準級別來講，可以分為國際標準、國家標準、行業標準和企業標準。另外，閥門產品設計的相關標準有不同的適用范圍，有些標準是適用于各類閥門產品的，如閥門的公稱通徑標準系列和公稱壓力標準系列等；有些標準是針對具體的閥門品種的，如蝶閥閥座最小流道通徑標準、法蘭連接蝶閥結構長度系列等。
3.2火電廠閥門產品設計經驗知識
針對火電廠閥門企業而言，在長期的閥門產品設計、生產過程中，會積累大量的經驗知識，這些經驗知識主要體現在閥門產品的一些關鍵設計參數的取值，經驗設計算法，具體閥門產品的典型結構和外協外購零件的供貨信息等方面，經驗知識有些存在于設計人員的腦海中，有些存在于已完成的產品設計實例中，往往不夠集中，不夠明顯。火電廠閥門產品設計中的經驗知識主要包括以下幾個方面。其一，關鍵設計參數經驗值在火電廠閥門產品的結構設計中，有一些關鍵的設計參數，如閥體壁厚、閥板厚度、蝶閥閥桿直徑、蝶閥偏心尺寸等，這些參數作為閥門產品設計的重要結構參數，直接影響閥門產品的設計質量，對這些參數的設計計算，在相關標準和手冊有些提供有計算公式，但很多公式也屬于經驗公式，由于閥門產品設計工作情況復雜，需要考慮的問題是多方面的，很難用精確的物理模型或力學模型進行描述，例如，閥體壁厚的計算是按強度進行考慮的，但對大口徑的常、低壓閥門，剛度成為設計的首要問題，在剛度計算模型不夠精確的前提下，經驗數據往往具有更大的參考價值。其二，經驗設計算法在閥門產品設計時 ，一些重要零部件的關鍵參數需要進行設計計算或校核，在相關的閥門設計手冊中，提供了相關的經驗算法，另外具體的閥門生產企業在長期的實踐中，也總結了特有的經驗算法，如雙偏心蝶閥密封錐角的計算，三偏心蝶閥錐偏角和密封錐角的確定等，在實際產品設計中發揮著重要作用，是領域設計知識的重要組成部分。其三，在典型結構閥門產品的設計長期設計經驗中，企業對有些零部件積累了豐富的可選設計結構，如雙偏心蝶閥的密封結構，根據密封形式的不同，可選擇不同的密封結構，分別對應著不同的閥板和閥座結構。
3.3閥門產品設計知識表示
在明確火電廠閥門產品設計領域知識構成的前提下，依據閥門產品結構和設計特點，結合具體閥門產品的結構構成和設計流程，構建閥門產品設計的集成知識模型，實現設計知識的全面綜合表達，是實現知識驅動的閥門產品設計的基礎和前提。在產品族本體模型之下，針對特定的火電廠閥門品種，可以進一步構建詳細的產品本體模型，通過對閥門產品總體結構和設計過程的研究分析發現，閥門產品設計在總體設計參數定義之下，按照設計過程確定的零部件生成順序，零部件間在結構和尺寸參數方面具有很強的繼承性和設計關聯性，產品上級構件的結構形式與尺寸參數，定義或導航了下級結構構件的生成。因此，按照零部件間的裝配和設計關聯關系，基于設計單元構建特定閥門產品的本體模型。
4、結語：
結合火電廠閥門產品的結構特點與設計流程，明確了閥門產品設計領域知識的構成和分類，運用本體論和面向對象的思想和方法，完成了基于設計單元的火電廠閥門產品本體模型的構建，在此基礎上構建了火電廠閥門產品設計的集成知識模型，實現了火電廠閥門產品領域設計知識的分層次綜合表達。
參考文獻：
【關鍵詞】機械制造；工藝；精密加工
機械技術是機電控制系統最重要的基礎技術。近些年來，各種新興技術快速發展，傳統機械技術也受到嚴峻挑戰，它的主要支柱，如機械設計、制造工藝等出現了重大的變化，這些為機電控制系統的運用創造條件。
1、機械設計與制造工藝
1.1 機械設計
機械設計技術主要包括產品結構設計、工藝設計、材料選用及設計理論和方法等。目前，傳統的機械設計技術和方法，已不能滿足現代生產實踐的需要。例如，汽輪機葉片結構設計、數控機床設計、高效節能電機設計等，一般的機械設計技術已很難實現設計要求。如高度自動化的數控機床，在生產加工中不能實施人工補償和調整，應在設計上采用新結構、新材料，保證機床結構及工藝中的高精度、高剛度、微少熱變形和良好的精度保持性。現在，設計方法已由直覺設計、經驗設計發展到現代設計。設計方法是在設計的各個階段應用先進理論和有效方法，解決設計中遇到的各類問題。現代設計涉及系統工程、仿真技術、優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計(CAD）、動態載荷和模態分析等內容。它是應用現代信息技術，進行科學思維，有效利用設計方法。提高了設計的水平、設計質量和設計效率，促進了機械設計技術的高速發展。
1.2 制造工藝
（1）高效率。這是現代制造技術的一個重要特征。制造工藝的高效可縮短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工藝，一般采用三種方法：①提高切削速度。因涂層刀具、TiC硬質合金刀具、陶瓷刀具和金剛石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的線速度可達10m/s以上。②采用新的加工工藝。對一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工藝，比如在振動和加溫過程中進行切削；應用激光、電火花、化學腐蝕等方法進行加工。③實行集中加工方法。加工中心等設備集各類加工于一體，在計算機控制條件下，完成對工件的各種切削加工，縮短了加工周轉時間和輔助時間。
（2）高精度。精度對計算機科學、國防、航空航天、核工業、制造產業等技術領域的發展做出的貢獻重大。
（3）高柔性。加工的柔性化是機械技術發展的重要方向。加工柔性化是加工品種的多樣性，加工的靈活性和多適應性。各類程控、數控機床和工業機器人等高度自動化設備的出現，使柔性制造系統成為現實。柔性制造系統分為柔性制造單元、柔性制造自動線和柔性制造系統，它們都是以數控設備為基礎的，以自動運儲系統連接，由計算機控制的能加工多品種零部件的自動化生產系統。它的出現有力推動了機械制造工藝的發展。
制造工藝對高精度的要求，使得傳統機械技術與新興技術相結合，形成了現代機械技術的重要發展方向，即精密機械技術，包括精密加工技術和微機械技術。
2、精密加工技術與微機械技術
2.1 精密加工技術
（1）精密切削技術。目前，直接用切削方法獲得高精度仍然是一種常用方法。但是，要用切削方法獲得高精度和高水平的表面粗糙度，必須排除機床、刀具、工件和外界等因素的影響。比如，為了提高機床的加工精度，要求機床具有高的剛度，小的熱變形和良好的抗振性能。這就要求采用更先進的技術，如空氣靜壓軸承、精密陶瓷導軌、微驅動和微進給技術、精密定位技術、精密控制技術及其他先進技術。當然，提高機床主鈾的轉速也是行之有效的辦法。現在超精密加工機床的轉速已從每分鐘幾千轉提高到幾萬轉。
（2）模具成型技術。據相關資料顯示，汽車、飛機、電機、儀表及家電產品的1/3以上零部件是用模具加工出來的，預計近幾年產品粗加工的3/4和精加工的1/4將由模具來完成。模具成型的關鍵是如何提高模具本身的加工精度。它已成為衡量一個國家制造技術水平的重要標志之一。電解加工工藝可以使模具達到微米級精度，并能有效地解決工件的表面質量問題。數控電火花成型機床能可靠地解決電極自動更換相重復定位精度間題，有利于復雜型腔的加工。
（3）超精密研磨技術。用于集成電路基板的硅片，其表面粗糙度要求達到1~2mm，需要進行原子級的研磨拋光。用傳統的磨削、研磨和拋光等方法已很難滿足。為此，采用各種新原理、新方法的超精密研磨就應運而生。比如，包括彈性發射加工和流體動壓型懸浮研磨的非接觸研磨；利用機械加工液，促進化學反應的機械化學研磨。這些新的研磨原理和方法，將為超精密研磨做出貢獻。
（4）微細加工技術。為了滿足電子元器件體積越來越小，運行頻率越來越高，能量消耗越來越小的要求。日本利用超微細離子技術，在半導體上的加工精度達到了幾百個埃的水平。
（5）納米技術。它是一個多學科交叉的學科，是現代物理和先進工程技術結合的產品。納米機械技術發展十分迅速。它能在硅片上刻寫幾個納米寬的線，這表明信息存儲的數據密度能提高幾個數量級。
2.2 微機械技術
目前，微細加工技術已從一維、二維的平面結構發展到三維立體結構，這為微機械制作打下了良好的基礎。
（1）微機械驅動技術。微機械技術能不能進入更廣泛的應用范圍，驅動技術是個關鍵。現在一般運用靜電力學原理的靜電動機和壓電元件制成的微驅動器，其動作響應快、精度較高、易于操作。
（2）微機械傳感技術。微機械除了要求傳感器微型化，還要求它具有更高的分辨率、靈敏度和數據密度。目前，用大規模集成電路技術已能生產如力傳感器、加速度傳感器、觸覺陣列傳感器等微型傳感器。而為了適應微機械的特點和要求，已在研究開發無源傳感器、復合傳感器及驅動、傳感合一的集成部件。
關鍵詞：機械結構；結構優化；優化設計
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
一、機械結構動態優化設計的應用概況
在機械結構動態優化設計理論中，其根本思想是按照產品功能的要求來對產品結構進行設計，或者根據機械結構需要改進的部分進行動力學建模，并做動態性分析，然后根據產品在動態性上的要求或預定的動態設計目標，進行結構的修改、再設計，以滿足機械結構在動態性上的設計要求。
目前，機械結構動態優化設計已經在我國的機械行業中被廣泛應用，其在汽車、航空航天、船舶行業、建筑機械等行業中均取得了重大的成果。在汽車行業中，隨著社會的發展和人們需求的更新，汽車行業已經實現了客車車身輕量化的優化設計、汽車車身形態仿生的優化設計、汽車車身安全性的優化設計以及面向行人下肢碰撞保護的優化設計等目標。在航空航天行業，其作為國家科學技術綜合水平和實力的體現，機械結構動態優化設計在航空航天行業得到了高度的重視，并應用到航空航天技術中每一產品的設計上。在船舶行業，我國經過自主創新研究，對潛艇外部液壓艙、油船剖面、潛艇結構等方面的優化設計進行了研究，旨在提高船舶行業各研究對象的性能。與此同時，結構動態優化設計在高速公路瀝青混凝土路面結構、液壓縮管機模具、雙層組合套管、基床結構等很多方面的優化設計上也發揮著重要的作用，并產生了巨大的經濟效益和社會效益。
二、優化策略與流程
1.優化策略結構進行優化設計
根據設計變量的類型和求解難易程度，可分為尺寸優化、形狀優化和拓撲優化三個層次，每個層次對應不同的設計階段。為了實現結構設計自動化，對產品進行優化設計時：首先，根據產品功能要求建立優化目標函數，將剛度、強度等約束條件參數化，利用拓撲優化方法計算冗余材料所在單元（即要殺死的單元），并進行冗余材料邊界單元和節點的遍歷搜索，結合實際生產資源情況建立邊界關鍵點，對原模型進行參數化變形設計，得到拓撲優化后的模型；然后，根據結構力學特性要求對其進行邊界形狀優化和尺寸參數的優化，并通過參數化驅動實現模型的更新，最終得到滿足剛、強度要求的CAD模型。
2.三級優化流程
在參數優化三級優化設計過程中，拓撲優化階段主要通過變密度法求解密度較小的單元，自動生成拓撲優化后的概念模型。形狀優化階段首先針對前期優化結果模型進行微小單元的去除，充分利用曲線擬合技術構建密度較小的冗余單元邊界關鍵點組成的輪廓，并根據零部件生產資源情況進行邊界形狀的修正，通過參數化變形設計技術對原模型進行布爾減操作，得到拓撲優化后的CAD模型，將其導入CAE系統，然后通過形狀優化的數學模型尋找結構的最佳邊界形狀或者內部幾何形狀，以改善其力學特性。尺寸優化階段根據結構的受力情況確定設計變量及其變化范圍，建立目標函數，然后通過遺傳算法迭代求解較優的參數方案，從中選取最優方案參數來驅動模型，生成優化結果模型。方法流程如圖1所示。
三、機械結構優化分析
1.機械結構的拓撲優化
過去一般機械結構優化設計主要集中在結構參數的優化和設計，而對于機械零部件的拓撲結構很少涉及。但是，隨著人們對機械產品設計創新意識的提高，特別是機械產品概念設計的提出和應用，人們對結構優化設計提出了更高的要求――機械產品的結構拓撲優化設計。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi將均勻化方法應用于連續體的結構拓撲優化，推動了連續體結構的拓撲優化發展。同時，連續體結構的拓撲優化已經從平面問題擴展到板殼和三維連續體問題。另外，一些新的方法，如生物生長模擬法、密度法、泡泡法等，被提出并得到應用。目前，結構拓撲優化方法也已被工業界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些應用的實例。機械結構拓撲優化將把結構優化推到一個新的、更高的產品設計層次。
2.機械結構的形狀優化
在機械零部件中，連續體結構非常多，形狀比較復雜，結構分析存在一定的難度，而結構形狀對機械零部件的性能影響很大。因此，機械零部件的結構形狀優化可以大大提高其性能。20世紀80年代開始，機械行業開始興起結構形狀優化的研究，Haftka、Ding和Hassani進行了綜述，國內外出現了許多該方面的研究成果，伊莉、錢惠林、林橋等研究了壓力容器部分的結構形狀優化設計；陳汝訓、張東旭等研究了航空器部分零部件的結構形狀優化；Schwarz研究了對應于彈塑性結構響應的拓撲與形狀優化；等等。靈敏度分析是結構形狀優化的關鍵之一，程耿東和Haftka同時提出了半解析法，并被普遍采用。機械結構的形狀優化也是提高零部件機械性能的重要方法之一。
3.智能優化算法和仿生優化
算法優化算法的研究一直是優化設計的重要研究領域，特別是機械結構優化設計中一般零部件的結構分析非常復雜，有限元分析需要很長的計算時間，優化迭代次數很多。因此，機械結構優化設計對優化算法要求很高，主要要求優化算法具有強收斂性、高可靠性、強穩定性等，研究人員不斷地進行優化算法的發展和改進。目前，數學規劃法中一些算法（如SQP等）比較適合結構優化設計問題的求解，優化準則法也是一種有效的算法，國內也開發了一些優化設計軟件包，例如大連理工大學的結構優化程序系統DDDU、華中科技大學（原華中理工大學）的優化方法程序庫OPB―2等。由于現代學科之間的大量交叉，特別是人工智能、神經網絡、模糊數學、不確定數學、基因遺傳等理論和方法的引入，為優化算法的發展提供了新的發展空間，例如遺傳算法、基于神經網絡的算法、螞蟻算法、模擬退火法等等。這些新的算法已經成功應用于優化問題的求解，用于結構優化問題的求解目前正處于研究階段。這些算法具有很好的特性，經過研究人員的努力，一定能夠在機械結構優化設計中得到推廣和應用。
四、機械結構優化的發展展望
結構優化設計隨著最優化方法的不斷發展和改善，已逐漸得以發展。近些年來，在結構優化算法方面，結構優化設計趨向于采用接近實際的復雜結構模型模擬大型結構系統，由于設計變量數目大，研究新的有效的準則優化方法受到重視，但仍有如何去解決針對各種特殊的結構優化問題建立相應的公式，解決解析推導和數值計算的實現問題；再是使用大型系統的分解優化方法，對于大型結構優化，可以按子結構分解或者進行多級分解優化，對于多學科的復雜系統可以按學科分解優化。分解算法的關鍵在于建立各個子問題之間的稿合關系，比如通過使用最優解對參數的靈敏度和采用線性分解等法建立起稿合關系，使得子問題的解相容，從而保證迭代收斂，問題是如何保證一定能求解。并行計算技術引入結構優化設計是一個較新的方向。像遺傳算法，人工神經網絡的方法，在近十年來被引入結構優化設計并發展很快。它們對離散與連續混合變量的全局優化，對發展結構近似重分析的專家系統有其獨到之處。現在的問題是怎樣提高優化質量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。
拓撲優化、材料優化和形狀優化的集成在機械結構和部件設計中具有重要的實用價值，是近年來出現的并行設計的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點。拓撲優化能夠為結構的方案設計提供科學的依據，使復雜結構和部件在概念設計階段即可靈活地、理性地優選方案，有望用于大型實際結構優化設計求解。但是要處理龐大的有限元和優化模型計算量增大，應力約束處理、對“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會對計算模型造成病態等問題。動態特性優化是機械系統和結構設計應用研究的一個重要方向f}P-zo。特征向量、動力響應量的靈敏度分析、高度密集頻率的動力學問題的分析和優化設計，大型動力優化問題的建模和求解方法，非線性分析在優化中的應用，使優化技術的作用從對設計方案的優化延伸到加工工藝過程的優化，仍是極富有研究和應用價值。
綜上所述，未來，機械行業產品結構的設計、動態化的優化設計和技術的運用，還需要不斷分析與探討.只有不斷完善技術力量，才能更好地跟隨科技的變化而不斷地進步。
參考文獻：
[1]王麗敏,計小輩,李穎芝.機械結構優化設計應用與趨勢研究[J].邢臺職業技術學院學報,2008,03:46-48.
關鍵詞：機械設計；工業設計；融合；發展
21世紀是一個充滿創新的時代，中國正在迎接經濟發展和科技創新的新時代，新的科學理論、科學技術和設計理念不斷涌現，傳統的專業和學科正在加速調整和融合，要求人們在繼承傳統的基礎上開拓創新。機械設計與工業設計的結合是時展的要求，尤其是中國加入WTO后，給機械設計與工業設計提出了新的機遇和挑戰，這就要求人們要加強合作，設計出符合國際需求的新產品。然而，目前，人們對機械設計和工業設計兩個學科關系的研究還不深入，也沒有形成科學的理論體系。因此，加強對機械設計與工業設計融合的研究，有助于推動機械設計行業的快速發展。
1.機械設計的內涵
機械的概念是廣義的，它除了人們通常所說的機械以外，還包括各種各樣的設備、設施、儀器、儀表、工具、器具、家具、交通車輛以及勞動保護用具等。可以說，機械是各類機器的通稱。①機械是人類改造自然、發展自己的重要勞動工具。在現代社會里，任何產業和工程領域都要一個用機械，即使是人們的日常生活，也越來越多的應用機械了，如汽車、自行車、鐘表、照相機、空調機、吸塵器等。因此，可以說機械在現代社會里發揮著重要作用。
機械設計既是一門學科，也是一門藝術。機械設計就是據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件（如材料、加工能力、理論知識和計算手段等）下設計出最好的機械，即做出優化設計。優化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有最優的綜合技術經濟效果。過去，設計的優化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，制造和使用的技術經濟數據資料的積累，以及計算機的推廣應用，優化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學計算。
2.工業設計分析
工業設計是一門新興的綜合性學科，它集多門學科知識于一身，既包括科學技術知識，又包括美學藝術知識，以及人機工程學、經濟學等等。②工業設計具有狹義和廣義之分。從廣義上來說，工業設計就是指為了達到某一特定目的，從構思到建立一個切實可行的實施方案，并且用明確的手段表示出來的系列行為。它包含了一切使用現代化手段進行生產和服務的設計過程。而從狹義來講，工業設計就單指產品設計，即針對人與自然的關聯中產生的工具裝備的需求所作的響應。包括為了使生存與生活得以維持與發展所需的諸如工具、器械與產品等物質性裝備所進行的設計。產品設計的核心是產品對使用者的身、心具有良好的親和性與匹配。狹義的工業設計與傳統的工業設計的概念是一致的。因此，總的來說，工業設計是一種創造性的活動，其目的是為物品、過程、服務以及它們在整個生命周期中構成的系統建立起多方面的品質。
3.工業設計在機械設計中的重要作用
機械產品的傳統設計主要考慮機械產品本身的功能，而產品的設計功能也沒有得到充分的重視。機械工程師往往借助于專業的技術知識來設計產品，由于缺乏專業的藝術培訓和設計理念，使得設計出來的產品在外觀質量和使用方式上存在欠缺，導致產品缺乏強有力的競爭力。③目前，工業設計在機械設計中的應用主要體現在人機工程學方面。在產品設計上根據以人為本的原則，設計理念也要從人的自身中去獲取，通過研究人、機器以及環境這三個要素，將消費者或使用者和設計的產品，以及將人與產品作為一個系統來實現共同研究。
工業設計還能夠實現產品造型、功能結構和材料的科學合理化，在提高產品的整體美與社會文化功能方面起到了非常積極的作用。隨著我國社會技術的競爭逐漸激烈，要想在競爭中占有優勢就必須充分利用現有技術，依靠工業設計來實現用較低的費用提高產品的功能與質量的目的，從而增強企業的競爭力，提高企業的經濟效益。
4.機械設計與工業設計融合的發展特征
21世紀，我國的機械產品在激烈的國際競爭中，如果不加快產業結構、產品結構的調整，不改變傳統的設計觀念，學習先進的設計理論、技術和方法，不抓技術創新，不通過設計提高附加值，不抓規模效益，就很難立于世界強手之林。也就是說，傳統的機械設計理論需要與新的設計理論相結合并加以創新，需要采用新結構、新工藝、新材料以適應現代化機械產品在多功能、可靠、高效、節能、小型、輕量、美觀等方面的要求，并且要滿足信息化、自動化和智能化對機械設計的要求。
從工業設計角度看，產品設計中的功能設計、人機方式設計、造型設計（形態、色彩、肌理、裝飾等）是確保產品內外質量、提高產品附加值、增強市場競爭力等密不可分的整體。就產品造型設計而言，在設計、表現和推出的新款產品中只有那些符合功能、結構、加工工藝技術、人機工程、環境等要求，符合人的審美意識、心理、生理要求，符合市場需求的產品才是好的、美的設計作品。
4.1.機械產品造型設計的特征
4.1.1.機械產品的造型設計首先應服從于功能目的，機械產品是通過大量材料、一定的結構、生產工藝來完成的，是科學技術、材料、結構、工藝、造型藝術完美的統一。
4.1.2.機械產品的造型設計必須適應現代化生產方式，使設計的產品加工方便，符合標準化、通用化、模塊化、系列化及批量生產的要求，體現經濟性。
4.1.3.機械產品的造型設計，必須符合人的生理、心理特征，設計合理的人機界面，使人-機-環境相適應，體現宜人性。一個產品擁有友好的人機界面往往令使用者倍感親切。
4.1.4.產品是人類文化的重要載體之一，高精尖的技術產品是人類文明進步的重要標志。機械產品應通過造型設計去反映時代精神和社會物質生活，以及科學技術的面貌、水平，去反映產品特定的內容、情趣，以及民族與文化的特征，以適應市場及消費者需求，產品總是這樣具有極其強烈的時代性。
4.1.5.機械產品造型設計要注意繼承與創新。要繼承前人的設計理論、技術、方法和設計成果，進而創新并形成具有企業自己風格，具有時代特征的新產品。
4.1.6.機械產品的造型設計應同時具有作為物質產品的實用性、使用價值和作為造型藝術的審美性體現物質與精神功能的雙重特征。
4.1.7.造型設計應體現出總體設計、結構設計、造型設計、人機設計，甚至管理、銷售等的系統性、綜合性，達到實用、經濟、美觀、宜人、創新的設計原則。
4.2.把造型設計中的美學原則融入到機械設計中
4.2.1.比例與尺度：正確的比例尺度，是造型設計的基礎。機械產品造型比例的基本構成條件是產品功能。如加工細長零件的普通車床、外圓磨床等，其造型應該是低而長，成為臥式加工機床。不同用途的機械產品，其造型比例關系亦不相同。而不同時代又有不同的審美要求，使產品在比例、現行風格和色彩等方面形成不同的時代風格，具有不同時代特征的形式美。
4.2.2.均衡與穩定：一般情況下應有意識地運用不同結構布局、質量、幾何形狀、肌理、色彩、裝飾件等的精心處理，形成既有造型變化，又產生視覺上均衡、穩定效果的完美整體。
4.2.3.（3）統一與變化：這是產品設計中最為重要、最能發揮工業設計師才華的美學原則，應從機械產品的整個系統、主體造型一直到裝飾的細微處全面考慮。這應由工業設計師自始至終與工程技術人員密切協作，發揮各自的長處，從系統、整機一直至細部均統一協調。
4.3.機械產品的色彩設計
機械產品的色彩，不僅具有保護、防銹的作用，更具有美化產品、美化環境、提高工作效率、增加產品價值等作用。當然，機械產品的色彩設計不同于工藝品、裝飾品、日用品，而有其特定的基本原則。其特點是色彩設計應符合功能要求、環境要求、人機工程要求，應符合人的審美情趣及經濟性。色彩應簡潔、單純、美觀、大方，既協調柔和又富有時代性、裝飾性。
5.機械設計與工業設計融合的發展趨勢
機械設計和工業設計的有機融合的實現能為企業帶來更多的經濟效益，最終實現企業的綜合競爭力。但是，工業設計的發展不能照搬照抄，要進行合理的篩選。目前，我國很多企業的工業產品現代設計仍然很落后，主要是由于企業對實踐探索的忽略，加之政府的不重視，不能進行科學的引導和有效的支持。由此可知，政府對設計的重視才能使得各種設計組織展開有效的工作，政府應該構建扶持型的發展模式，使得工業設計的組織及活動得到科學規范，通過政府的干預使得工業設計向節能節約方向發展，應該積極促進我國工業設計和機械設計的聯合發展，通過制定相應的法律法案和政策，以及建立合作發展戰略和加強國際間交流，實現國外優秀設計人才的引進和設計理念的發展。在財政上還要注重扶持中小企業開發機械設計和工業設計結合的發展策略，實現傳統機械設計理念的轉變。為此作為開發培養機械設計和工業設計綜合性人才的高等中學教育，應該開設相應的工業設計課程，逐步建立研發中心來實現高水平設計人才的培養。
總而言之，一項產品的推出總是以社會需要為前提的，沒有需要就沒有市場。但是社會需要是變化的，不同的時期、不同的環境，就會有不同的市場行情和需求。因此，機械設計也要不斷的改進和創新，更要不斷開發新產品以滿足市場的變化和市場的需求。在當今全球化的大潮中，無論是機械設計，還是工業設計，都要樹立市場觀念，以真實的社會需求作為出發點來設計產品。機械工程師設計創造的產品、工業設計師設計創作的作品、市場營銷商經銷的商品是三位一體的整體，機械設計工程師與工業設計師必須密切合作，共同努力，不但要研制出功能優秀的產產品，還要為這種功能產品找到符合人們審美需要、符合時代潮流的形式，從而向市場提供適銷對路的商品。機械設計和工業設計是密不可分的，成功的商品是來機械設計工程師和工業設計師共同的知識、技能、智慧和汗水的結晶。
過去的實踐表明，機械設計工程師設計的純功能產品是缺乏市場競爭力的，藝術家創作的純藝術作品只是僅供觀賞，缺乏實用價值。在經濟全球化、社會變異和技術創新的新世紀，生產與工藝趨通化，大部分行業受到相當程度的沖擊，工業設計與機械設計在現代社會中所扮演的角色與任務也面臨重新自我檢視與調整。工業設計與機械設計進行更緊密的結合是時展的需要，是提高我國產業技術創新能力和國際競爭力的有效途徑。機械設計工程師和工業設計師迫切需要攜手并進、通力合作、提高設計水平，為市場提供優質的設計服務和優秀的產品，開辟工業設計與機械設計合作的新篇章。
6.結語
機械設計與工業設計的結合，是未來機械設計發展的重要方向。作為制造業價值鏈中最具增值潛力的重要環節，工業設計對于提升產品附加值、增強企業核心競爭力、促進產業結構升級等方面具有重要作用。因此，在機械設計中融入工業設計，對提高機械設計產品的性能將會起到非常重要的作用。機械設計與工業設計的融合，將會使工業設計向節能節約方向發展，也會提高機械設計產品的主要功能。
參考文獻：
[1]沈樂年，劉向鋒：《機械設計基礎》，清華大學出版社（北京），1997年版
[2]帥德瑞：《工業設計與機械設計結合應用的發展趨勢》，《硅谷》，2012年第18期
關鍵詞：現代機械；機械設計；特點；創新
中圖分類號：S611文獻標識碼： A 文章編號：
1、現代機械設計的內涵及特點
1.1 設計內涵
具體來講，現代機械設計就是將微電子、機械、控制、信息等技術在系統工程的基礎上有機地結合到一起，借此來實現機械系統最優化的目標。鑒于機械設計是為系統服務的，故此從系統的角度上看，可將現代機械設計看作是一個三維系統，這里的三維主要是指邏輯維、時間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評價、決策，這是解決現代機械設計中相關問題最為合理的四個步驟；時間維則是反映時間順序的設計過程，大致可分為四個階段，即產品規劃、方案確定、技術以及加工設計；方法維指的是機械設計過程中所采用的各種思維方式和設計方法。
1.2 主要特點
(1)計算機化：在人類社會不斷發展的過程中，計算機的出現極大程度地推動了生產力的提高。現如今隨著計算機技術水平的進步，使其被廣泛應用于各個領域當中，在機械設計的各個環節中都需要借助計算機來完成，如優化設計、系統仿真等等。(2)系統性：在應用現代機械設計解決產品設計中的各種相關問題時，其主要通過系統的觀點將機械看成是一個具有特定功能以及各部分相互關聯的有機整體，這充分體現出了現代機械設計的系統性。(3)動態性：現代機械設計不僅重視產品在靜態下的性能，更加重視其在工作環境下的動態性能，這樣的設計能夠進一步提高產品的整體性能。(4)創新性：由于現代機械設計主要是以科學的設計理論以及先進的設計工具為基礎，故此其能夠真正發揮出設計者豐富的想象力和創造性思維，并運用各種具有創造性的手段和方法，研發出更多具有創新性的機械產品。
2、現代機械設計的理念
設計過程要遵循一些理性的、科學的基本原則，一般來說包括邏輯關系的確定，物理關系的確定，結構關系的確定，總體層面設計的最終確定。現代機械設計的理念是把信息技術、計算機輔助技術、智能技術和機械工程技術相結合，通過建立數學模型進行優化，融合數學、物理學、電子信息學、化工學、人體心理學、測量學等學科知識，從形象思維開始，綜合運行各種思維方式，經過邏輯推理和判斷及相應的綜合、分析與決策，產生設計創意，經過精確的數據分析和操作，反復操作循環，最終完成設計方案。設計過程要充分考慮到設計任務，清晰設計目標，充分收集資料和數據，要設計出新結構和新方案，還要和客戶進行討論，注重各專業知識的配合，力求方案的科學性，要以嚴謹的態度對待設計圖，不斷修改方案，直到最佳，最后，現代機械設計的一個重要理念就是要將設計的過程貫徹于機械制造的始終，即使是草圖結束以后也要動態進行調整。現代機械設計的理念秉承創新精神，注重邏輯和思維方式，運用科學合理的設計方法，結合最先進的科學技術，并且還要綜合考慮經濟性、穩定性、精確性、智能性等相關因素，充分融合環保設計、人性化設計、高性能設計、低能耗設計等理念，并且借鑒國內外的相關理論，實現設計理念的創新和發展。
3、運用創新思維實現機械設計的重要意義
機械創新設計能夠提高機械設計人員的智能化水平，達到建立有效的機械設計“專家”系統的目標，加速機械設計向著智能化、自動化、最優化以及集成化的方向邁進。另外，機械設計的創新探索能夠有效地鍛煉機械設計人員的創造性思維，激發他們的潛在能力，提高人員自身實現技術創新的自覺意識。依據機械設計的劃分階段，在方案結構設計、運動設計和動力設計3個階段中，創新思維下的機械制造產品，通常會含有較高的科技含量，從而在市場推進的過程中就會回收到不可估量的經濟與社會效益。
4、機械創新設計思維的原則
4.1 最短路徑原則
首先要對產品具有的功能進行明確，然后找出最佳的設計例子，以便在最快的時間內接近目標，然后選用正確的價值工程方法，再將價值較低的極少數組件找出來，當做研究的對象，分析出對象當前存在的矛盾，嘗試在最小的變動之下將矛盾解決。這種方法需要消耗的能量是最少的，也就是所說的選用的路徑是最短的。
4.2 相似性聯想原則
聯想是要針對事物之間的相似性進行分析和歸納，聯想合理與否的一點重要依據就是是否具有相似性，相似性由產品的實例進行決定，如果多樣產品實例同時滿足一種功能要求，那么它們之間就可以說是存在著一定的相似性。
5、現代機械設計模式創新的有效途徑
5.1 優化設計
現代機械設計模式的創新應當朝著優化設計的方向發展，而所謂的優化設計則是指以數學規劃為理論依據、以計算機為設計工具，并在充分考慮與設計有關的各種制約因素的基礎上，尋求與預定目標相符的最優方案的設計過程。簡單來講，優化設計方法是現代機械設計創新中比較先進的一種，其建立在計算機技術和最優化的數學理論基礎上，并借助計算機和數學函數得出效率最高、最優化的設計方案，這種設計理念完全符合時展對機械設計的要求。設計人員在利用該方法進行機械設計時，能夠對各方面的影響因素進行綜合考慮，這樣可以更加系統和全面地對問題進行分析和解決，從而獲得最為精確的設計數據，達到縮短設計周期的目的。優化設計是CAD設計中最為重要的組成部分之一，其充分體現出設計最優的原則，通過找尋最優的設計方案，極大程度地提高了機械設計質量。
5.2 系統化設計
現代機械設計模式的創新應當以突破傳統設計僅重視產品實現預期功能這一目標，借此來使機械設計朝著智能化、自動化、柔性化、信息化和系統化的方向發展。通過系統化設計能夠在原有機械設計的基礎上使產品的各方面功能和整體性能提高到一個全新的水平線上，而且有極大可能使產品的結構發生變化，從而帶來巨大的經濟效益和社會效益。為此，系統化設計必然會成為現代機械設計未來的發展趨勢。系統化設計通過層次劃分、逐層實現的方式，將原本抽象的設計任務轉變為具體化，使整個設計過程變得更加系統，有規律可循、有方法可依，更容易實現計算機輔助設計。
5.3 變型設計
所謂的變形設計實質上就是在原有的設計基礎之上進行新的研發，借此來使機械上的零部件更加標準、通用化水平更高，由此生產出具有系列化的產品，滿足更多用戶的不同需求，變形設計其實就是一種創新，這種設計方法有三種形式：其一，縱系列變形設計，即在產品結構、原理以及功能都相同的條件下，改變尺寸和性能參數的設計；其二，橫系列變形設計，即以基礎型產品為基礎對其各方面功能進行擴展的設計；其三，跨系列變型設計，即設計具有先進動力參數的不同類型產品。采用變型設計能夠在確保產品原有功能以及原理不變的前提下，按照用戶的使用需求對相關參數進行調整，以此來設計出更加完善且符合用戶要求的產品。在機械設計中比較常用的變型設計是產品三維參數化變形設計，即以工程、拓撲及尺寸這三者的約束驅動為技術基礎的一種設計方法，它能夠實現各類相關信息的自動更新，如視圖位置、尺寸、比例等，而且還能實現整個產品生命周期的參數化設計。
結束語
現代機械制造行業的發展彰顯了一國的綜合國力和技術水平，市場經濟的飛速發展，科學技術的突飛猛進，和現代化建設的急切腳步都讓工業機械的市場需求大大提高。現代機械設計相對于傳統的機械設計而言，具有動態性、系統性、創新性、計算機化等特點。不斷地創新現代機械設計方法，是確保機械制造業發展的有利保障。
參考文獻
[關鍵詞]分散式；生產實習；工業設計；改革
[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）06-0024-03
工業設計是一門涉及科學與藝術，對于實踐性和創新性要求都很高的應用學科。工業設計學科自身具有綜合性與交叉性的特點。實踐教學是工業設計人才培養方案中的重要組成部分。[1]它要求學生在實踐過程中提高自身的設計能力、造型能力、審美能力等專業技能與修養。而生產實習是培養工業設計專業學生實踐能力的重要環節，學生將在校所學的基礎設計理論應用于企業實際項目的開發中，這是對學生創新能力、綜合實踐能力的檢驗與深化。[2][3]針對目前工業設計專業生產實習中存在的問題，本文提出了分散式生產實習模式[4]，并在實際應用過程中取得了較為理想的效果。
一、現行工業設計專業生產實習中存在的問題
工業設計專業的學生不僅要關注產品形態設計，會創意表達，還要掌握產品結構、工藝、材料等方面的知識。如果在生產實習環節學生不能真正地參與到公司的設計項目中，他們就無法了解產品結構設計過程和生產過程的相關技術，無法達到企業對人才的真實需求。[5]現在工業設計專業生產實習存在的問題如下。
（一）實習單位難以落實
現在的設計公司一般規模較小，無法接納過多的學生同時實習，即便是接收了大量的學生實習，也難以保證實習質量。由于實習生在短時間內難以給公司創造利潤，所以很多企業不愿意接收實習生。此外，學生的接待、培訓、安全等問題也是影響企業接收實習生的重要因素。
（二）實習經費緊張
工業設計專業作為熱門專業，近年來學生人數不斷增長，而相對的學校對實習經費的投入則增長緩慢。受經費的限制，部分學生不得不放棄已經聯系好的外地的設計公司。
（三）過程監控困難
指導教師一人要帶領幾十名實習學生，而實習地點不僅分散且遠離學校，這給指導教師的過程監控帶來了很大的困難。針對學生的考勤制度、工作態度、行為準則等問題，管理者缺少有效的管理措施。
（四）考核體系不健全
指導教師往往會根據生產實習報告來評定學生的實習成績，然而實習報告并不能全面地反映出學生的實踐能力、溝通交流能力、團隊協作能力等綜合素質。
二、工業設計專業分散式生產實習模式
（一）分散實習的利弊分析
以我校工業設計專業為例，隨著招生規模的不斷擴大，相應的師資力量、實習經費、實地基地數量等教學資源顯現出不足。分散式生產實習體現了其優勢：1.不僅緩解了學校的師資壓力，還調動了學生的能動性，避免因為人數眾多的集中實習而影響實習效果；2.學生可以根據自己的喜好和特長，充分發揮主觀能動性自主聯系實習單位，這提高了學生的自主意識；3.在生產實習的過程中，學生可以同時了解所在單位的具體情況，為擇業與就業打下基礎。
相較于傳統的集中實習，分散實習在實習管理、考核等方面仍然存在一定的問題。首先，管理困難。由于學生多教師少，實習單位分散，指導教師很難監控到位。對于自覺性不高的學生，存在學生因準備考研、出國等而謊報實習的問題。其次，考核困難。通過往年的生產實習我們發現，部分企業礙于情面給實習學生的評價鑒定成績并不真實。另外，實習單位的評價標準不同也可能影響實習結果的客觀性。
（二）生產實習模式
我校2013級工業設計專業采取了分散式生產實習模式，具體如圖1所示。
1.實習前的充分準備
首先，先后就作品集的制作、找實習單位遇到的問題和困惑解答、落實實習具體要求和安全注意事項等問題，分階段三次召開生產實習動員大會，讓學生們從思想上重視生產實習。其次，主動全方位出擊，通過聯系已建立的實習基地、指導教師個人資源、已畢業的學生資源、學生自聯等方式，全面落實實習單位。再次，通過見面溝通、電話、QQ、微信、郵件等方式，嚴格把關作品集，時刻密切聯系學生。第四，通過學校購買保險、企業委派指導教師、家長簽署生產實習知情書、學生簽訂實習安全協議的方式，制定了學校-企業-家長-學生四位一體的安全措施。第五，鼓勵學生根據自身的能力和興趣，自實習單位。從專業對口角度、企業的軟硬件條件、規模以及對支持學生生產實習教學是否有積極的態度等方面進行調研，綜合考察該企業是否具備生產實習條件。在指導教師確認實習崗位的情況下，允許學生到自聯單位參加生產實習。
2.實習中的嚴格管理
為了取得滿意的實習效果，我們要求所有學生在公司進行頂崗實習。在實習過程中，企業和學校密切交流，相互配合共同培養學生。
企業方面：一人一導師，全面有計劃地進行企業實習教學。由于企業的類型不一，實習教學內容也有差異，但總體可以分為以下幾個環節。（1）企業培訓。培訓內容包括熟悉公司環境、熟悉公司的設計流程、資料的收集與分析方法、公司的經營范圍、流程等。（2）技能訓練。技能培訓涵蓋了手繪訓練、3d Max等三維軟件訓練、Corel？鄄draw等二維軟件訓練、設備操作訓練等。（3）參與企業項目。通過參與實際項目，學生的設計作品更加成熟，更能滿足市場和客戶的需求。（4）參與企業活動。參與企業活動有利于學生更好地融入企業文化。在活動過程中放松精神，增加與企業員工的感情和團隊凝聚力，這能更好地促進自身工作。（5）企業鑒定。實習結束時，由實習單位主管領導對學生在實習期間的專業能力、團隊精神、出勤、平時表現等給出鑒定意見，并對實體表現進行評級。
學校方面：走訪溝通、電話網絡等多位一體，嚴格把控實習過程。在生產實習中指，指導教師不能只起到一個聯系人的作用，必須對實習過程進行全程嚴格把控。實習中學校需要做到以下幾點。（1）聯系實習單位，協商制定實習內容。與單位領導、相關人員溝通，確訂實習時間、實習方式，并與企業協商，針對本專業的特點制訂合理的實習計劃，確保實習的順利進行；同時根據實習單位和學生的特點及實際情況確定實習內容。（2）隨機走，檢查實習情況。針對實習地點較近的學生，指導教師應每天隨機到某個企業進行抽查、監管、指導，以保證學生按時、保質的完成實習任務。（3）隨時隨地進行網絡指導。對于在省外企業實習的學生，主要采用網絡的方式與學生溝通，及時了解學生的實習情況。（4）制定雙導師指導制、組長聯絡制，加強過程管理。學校指導教師與企業溝通，由企業為學生指派一名實習指導教師。學校指導教師與企業指導教師定期聯系，了解學生在實習中的生活情況、工作情況以及學生實習過程中專業上或是管理上存在的問題。另外，根據學生實習地點集中的程度，每個區域指定一名小組長。由小組長每周向學校指導教師匯報組員的實習情況。（5）在與企業領導交流的過程中，指導教師應仔細考察這些企業是否具備成為本專業實習基地的條件，以備新增實習基地。
3.實習后的成果總結
召開實結交流大會，對生產實習進行回顧和分析，肯定成果，正視存在的問題和不足。指導教師及時對學生實習期間的優秀作品進行整理，并在總結交流大會上展示。這不僅有助于學生之間的互相學習，也有助于優秀作品的傳承，對以后的學生能起到良好的示范作用。此外，回訪企業，這樣做一方面可以了解學生實習的真實情況，另一方面可以對企業有更深入的了解，與具有合作意愿，且企業實力、規模符合我們專業實習要求的企業進行洽談，新增實習基地。
（三）生產實習改革
針對往屆實習存在的問題，我們從分散實習質量監管、校企合作、教學團隊、考核方式四個方面做了改革。
1.成立四級管理模式，加強分散實習質量監控
為了確保分散實習的教學質量，我們采取了機電工程學院、工業設計教研室、學校指導教師、企業指導教師四級管理模式。機電工程學院負責審查實習計劃，提出整改意見，推動校企合作與實習基地建設。工業設計教研室負責組織教師對《生產實習》教學大綱進行討論，匯編了《工業設計專業生產實習指導書》，為生產實習的順利實施提供保障。此外，工業設計專業實行本科生師制，所有學生被平均分配給各專業方向的教師。導師也可為學生提供一些實習單位、實習指導，使生產實習能更加高效地進行。學校指導教師負責聯系實習單位、企業指導教師，確定實習內容；對實習過程中的學生學習質量和安全問題進行監管；協調實習過程中企業與學校之間出現的問題。企業指導教師負責實習學生的企業培訓、技能培訓、項目安排和實習結束后的實習鑒定等。
2.以構建生產實習基地為契機，促進校企深度合作
我校工業設計系先后與成都洛可可設計有限公司等22家企業合作建立了生產實習人才培養基地。我們通過與企業長期合作，及時了解企業人才需求變化的信息，并將這一信息迅速反饋到教學中，及時調整人才培養方案，使學校的教學與社會需求保持同步。學生在大三生產實習期間通過自薦、教師推薦、企業考核等方式進駐企業頂崗實踐，為企業創造價值。“利益”是企業追求的目標，“人才培養”是學校追求的目標，“雙贏”則是校企達成深度合作的前提。
3.建設校企互補式師資隊伍，提升教學團隊實力
通過生產實習，加強學校與企業的交流。結合企業教師和專業教師各自的特點，實現優勢互補。從培養學生實戰能力的需求出發，聘請企業教師來校講授實踐項目課程；從企業提升員工理論素養的角度出發，安排學校專業教師到企業講授理論知識。為保障這一方案的實施，我們在專業教師崗位中設置雙師型教師崗位，崗位要求具備較強的專業設計能力和專業素養，在企業實踐至少一年以上，在行業和社會中具有一定的知名度。
4.改革考核方式，實現多元、立體化評價
在生產實習教學管理過程中，考核是檢查實習效果的有效途徑。為了對學生的創新實踐能力做出客觀公正的評價，生產實習考核小組制定了量化的考核體系，采用了平時表現、生產實習日志、生產實習報告、企業評價、實習答辯相結合的多元、立體化的評價方式，將各個環節以具體的指標權重計入最終成績。重點關注學生對相關設計知識的掌握與應用程度，以及發現問題、分析問題與解決問題的創新能力。
（四）生產實習成效
在分散式實習模式的支撐下，我們圓滿完成了生產實習的教學任務，達到了生產實習的目的，取得了較好的效果。
1.依托創新創業中心，實現自主創業
工業設計系2013級的兩名學生在生產實習期間，以工作室的形式對外承接設計服務。隨后在我校創新創業政策的支持下，自主創業成立了工業產品設計有限公司和文化傳播有限公司，公司已入駐我校科技園。
2.生產實習與就業相銜接，全面提高就業率
企業通過生產實習能提早了解畢業生的相關能力和信息，挑選優秀人才，與畢業生建立用人關系。同時，學生也可以通過實習考察企業實力、發展前景，從而決定是否留用為正式員工。本次共有67名學生參加生產實習，實習結束后有58名學生與企業達成了落實就業協議。
3.實習成果轉化率高，亮點突出
學生設計作品的數量、質量是工業設計生產實習效果考核指標之一。按照生產實習要求，在企業設計師的指導下，每位學生均參與了企業實際項目，而且多位學生的設計作品已被公司采用。其中有3名學生設計的作品已經轉化為商品，另外不少作品也即將轉化為商品。
4.促進校企交流，拓展實習基地
大量的、穩定的實習基地不僅有利于人才培養，增加學生實習與就業的選擇，而且能增加校企合作項目、共建課程的機會，還能增加學校的社會影響力。在生產實習期間，通過實習指導教師與非實習基地企業的交流，我們與5家企業簽訂了實習實踐協議。
三、結束語
工業設計專業具有較強的實踐性，對于實踐過程中存在的問題，我們進行了分散式生產實習模式的探索與嘗試。盡管分散實習增加了指導教師的管理難度，但是分散實習能夠有效地調動學生的主觀能動性，有利于實施分層次的教學管理模式，因材施教。學生的設計作品得到了企業的認可，實習成果得到了轉化，就業率也提高了，可以說，分散式生產實習取得的成效是顯著的。
[ 參 考 文 獻 ]
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