机械制造装备设计方法.ppt

1.1机械制造装备设计的类型1.2机械制造装备设计的方法1.3机械制造装备设计的评价,1机械制造装备设计方法,1.1机械制造装备设计的类型,1.1.1创新设计1.1.2变型设计1.1.3组合设计,1.1.1创新设计,创新设计通常应从市场调研和预测开始，明确产品设计任务，经过产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段；还应通过产品试制和产品试验来验证新产品的技术可行性；通过小批试生产来验证新产品的制造工艺和工艺装备的可行性；一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量。,原创性的，从无到有的设计,1.1.2变型设计,适应型设计和变参数型设计统称“变型设计”。都是在原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保持不变.变型设计应在原有产品的基础上，按照一定的规律演变出各种不同的规格参数、布局和附件的产品，扩大原有产品的性能和功能，形成一个产品系列。开展变型设计的依据是原有产品，它应属于技术成熟的“基形”产品。作为变型设计依据的原有产品，通常是采用创新设计方法完成的。,在创新设计的基础上进行改进，使产品系列化。,1.1.3组合设计,组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品”。组合产品是系列产品的进一步细化，组合产品中的模块也应按系列化设计的原理进行。组合设计通常是MRP(物料需求计划)驱动的，可由销售部门承担，或在销售部门中成立一个专门从事组合设计的设计组承担，有关设计资料可直接交付生产计划部门，对组成产品的各个模块安排投产，并将这些模块拼装成所需的产品。,电脑不同配置的电脑电脑的各个配件车床不同型号的车床车床的各个部件,据不完全统计，机械制造装备产品中有一大半属于变型产品和组合产品，创新产品只占一小部分。尽管如此，创新设计的重要意义不容低估。这是因为：采用创新设计方法不断推出崭新的产品，是企业在市场竞争中取胜的必要条件；变型设计和组合设计是在基型和模块系统的基础上进行的，而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的。,1.2机械制造装备设计的方法,2.2.1机械制造装备设计的典型步骤2.2.2系列化设计2.2.3模块化设计2.2.4合理化工程,1.2.1机械制造装备设计的典型步骤,(一)产品规划阶段(二)方案设计阶段(三)技术设计阶段(四)施工(工艺)设计阶段,(一)产品规划阶段,产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术任务书。在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。,到底要做一个什么样的产品,市场调研,技术调研,社会调研,技术分析,经济分析,社会分析,可行性报告,设计要求表,(一)产品规划阶段,1需求分析需求分析的任务是将需求具体化和恰到好处，明确设计任务的要求。是设计工作的开始，指导设计工作的进行。识别需求是一个创造性的过程，设计人员必须重视需求分析，及时找到和预测市场的需求，并在市场大量需求到来之前完成新产品的研制工作，抢先投放市场，以取得丰厚的回报。需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析.,需求分析的内容,1)新产品开发面向的社会消费群体，他们对产品功能、技术性能、质量、数量、价格等方面的要求；2)现有类似产品的功能、技术性能、价格、市场占有情况和发展趋势；3)竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向；4)主要原材料、配件、半成品等的供应情况、价格及变化趋势等。,(一)产品规划阶段,2.调查研究(1)市场调研一般从以下几方面进行调研：用户需求有关产品功能、性能、质量、使用、保养、维修外观、颜色、风格、需求量和价格等方面的要求。产品情况产品在其生命周期曲线中的位置，新老产品交替的动向分析等。同行情况同行产品经营销售情况和发展趋势主要竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向。供应情况主要原材料、配件、半成品等的质量、品种、价格、供应等方面的情况及变化趋势等。,(2)技术调研一般包括产品技术的现状及发展趋势；行业技术和专业技术的发展趋势；新型元器件、新材料、新工艺的应用和发展动态；竞争产品的技术特点分析；竞争企业的新产品开发动向；环境对研制的产品提出的要求，如使用环境的空气、湿度、有害物质和粉尘等对产品的要求；为保证产品的正常运转，研制的产品对环境提出的要求等。,(3)社会调研一般包括企业目标市场所处的社会环境和有关的经济技术政策，如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全等方面的法律、规定和标准；社会的风俗习惯；社会人员的构成状况、消费水平、消费心理和购买能力；本企业实际情况、发展动向、优势和不足、发展潜力等。,(一)产品规划阶段,3.预测(1)定性预测在数据和信息缺乏时，依靠经验和综合分析对未来的发展状况作出推测和估计。采用的方法有走访调查、查资料、抽样调查、类比调查、专家调查等。(2)定量预测对影响预测结果的各种因素进行相关分析和筛选，根据主要影响因素和预测对象的数量关系建立数学模型，对市场发展情况作出定量预测。采用的方法有时间序列回归法、因果关系回归法、产品寿命周期法等。,(一)产品规划阶段,4.可行性分析所谓产品设计的可行性分析是指通过调查研究与预测后，对产品开发中的重大问题应进行充分的技术经济论证，判断是否可行。一般包括技术分析、经济分析和社会分析三个方面。最后应提出产品开发的可行性报告。,可行性报告一般包括如下内容：1)产品开发的必要性，市场调查及预测情况，包括用户对产品功能、用途、质量、使用维护、外观、价格等方面的要求；2)同类产品国内外技术水平，发展趋势；3)从技术上预期产品开发能达到的技术水平；4)从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题；5)投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计；6)现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。,5编制设计任务书产品设计任务书是指导产品设计的基础性文件，其主要任务是对产品进行选型，确定最佳设计方针。,(二)方案设计阶段,1对设计任务的抽象设计师应对设计任务进行抽象，抓住主要要求，兼顾次要要求，才能避免由于知识和经验的局限性，思想上的种种框框，误导设计方案的制订。对设计任务进行抽象是对设计任务的再认识，通过功能关系和与任务相关的主要约束条件的分析，对“设计要求表”一步一步进行抽象，找出具有本质性的和主要的要求，即本质功能，以便找到能实现这些本质功能的解，再进一步找出其最优解。,实质：根据设计任务要求，进行产品功能原理的设计。,对设计任务的抽象,建立功能结构,寻求原理解和求解方法,初步设计方案的形成,初步设计方案的评价与筛选,建模并找出本质功能,功能结构图,实现结构图中的各个功能,原理解的结合,每个功能可有多种实现方式,2建立功能结构总功能是表达输入量转变成输出量的能力。总功能可逐级往下分解，分解到子功能的要求比较明确，便于求解为止。分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。便于了解产品中哪些子功能重复出现，为制订通用零部件规范提供依据。,功能间的联系存在三种基本结构型式：串联结构如图22a所示，又称顺序结构。并联结构如图22b所示。环形结构如图22c所示，是输出反馈为输入的循环结构。图22e则是有选择性地进行反馈的循环结构。,(二)方案设计阶段,3寻求原理解与求解方法所谓原理解就是能实现某种功能的工作原理，和实现该工作原理的技术手段和结构原理，即所谓功能载体。工作原理是科学原理和技术原理的统称。是设计中最关键、最富于创造性的一个环节。从技术上和结构上实现工作原理的功能载体是以它具有的某种属性来完成某一功能的。,(二)方案设计阶段,4初步设计方案的形成(1)系统结合法：按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。具体方法是采用如图所示的图表。(2)数学方法结合法：当子功能原理解的物理和几何特征可以定量的形式表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。,(二)方案设计阶段,5.初步设计方案的评价与筛选(1)初步设计方案的初选：观察淘汰法和分数比较法。(2)初步设计方案的具体化(3)对初步设计方案进行技术经济评价,任务：在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，即将初步设计方案具体化。,确定结构原理方案,总体技术方案设计,结构设计,对主要功能结构进行构思初步确定形状和材料,绘制产品总装图、部件装配图确定零件表，加工、装配说明书进行技术、经济评价,确定主要技术参数、布局,(三)技术设计阶段,(三)技术设计阶段,1.确定结构原理方案(1)确定结构原理方案的主要依据其中包括决定尺寸的依据；决定布局的依据；决定材料的依据；决定和限制结构设计的空间条件等。(2)确定结构原理方案在上述依据的约束下，对主要功能结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。(3)评价和修改对确定的结构原理方案经过技术经济评价提供依据。,(三)技术设计阶段,2.总体设计(1)主要结构参数(2)总体布局包括部件组成、各部件的空间位置布局和运动方向、操作位置、各部件相对运动配合关系。(3)系统原理图包括产品总体布局图、机械传动系统图、液压系统图、电力驱动和控制系统图等。(4)经济核算包括产品成本和运行费用的估算、成本回收期、资源的再利用等。(5)其它,(三)技术设计阶段,3.结构设计主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图、部件装配图；提出初步的零件表，加工和装配说明书；对结构设计进行技术经济评价。必须遵守有关国家、部门和企业颁布的标准规范，通常要经过设计、审核、修改、再审核、再修改多次反复，才可批准投产。经常采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等现代设计方法，来解决设计中出现问题。,任务：如何将产品加工出来并投放市场。,零件图设计,完善装配图,商品化设计,几何形状、全部尺寸尺寸公差、形位公差、表面粗糙度技术要求：材料、热处理,编制技术文档,产品设计计算书产品使用说明书产品质量检查标准和规则产品明细表(基本件、标准件、外购件),降低成本、改善外观、美化包装,(四)工艺设计阶段,1.2.2系列化设计,(一)系列化设计的基本概念(二)系列化设计的优缺点(三)系列化设计的步骤,系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基型，以它为基础，设计出其它各种尺寸参数的产品，构成产品基型系列。在产品基型系列的基础上，派生出不同用途的变型产品，构成产品派生系列。编制反映基型系列和派生系列关系的产品系列型谱。系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”原则，结构的典型化”即所谓的“四化”原则。系列化设计是产品设计合理化的一条途径，是提高产品质量、降低成本、开发变型产品的重要途径之一。,(一)系列化设计的基本概念,1)可以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2)系列产品是依据经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期；3)产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，可压缩工艺装备数量和种类，缩短产品的研制周期，降低生产成本；4)零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量；5)为开展变型设计提供技术基础。,(二)系列化设计的优缺点,系列化设计的缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另方面有些功能还可能冗余。,主参数和主要性能指标的确定,参数分级,制定系列型谱,应最大程度地反映产品的工作性能和设计要求,尽可能采用优先系数P26,通常是二维甚至多维的其中一维是主参数其它维是主要性能指标,(三)系列化设计的步骤,1主参数和主要性能指标的确定主参数和主要性能指标应最大程度地反映产晶的工作性能和设计要求。例如普通车床的主参数是在床身上的最大回转直径，主要性能指标之一是最大的工件长度；主要性能指标是工作台工作面的长度；摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径，主要性能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离等。上述参数决定了相应机床的主要几何尺寸、功率和转速范围，因而决定了该机床的设计要求。,(三)系列化设计的步骤,2.参数分级经过技术和经济分析，将产品的主参数和主要性能指标按一定规律进行分级，制订参数标准。产品的主参数应尽可能采用优先数系。优先数系如表22所示。,3.制订系列型谱系列型谱通常是二维甚至多维的，其中一维是主参数，其它维是主要性能指标。通过系列型谱的制订，确定产品的品种、基型和变型、布局，各产品品种的技术性能和技术参数等。在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的“基型产品”，产品的系列设计通常从基型产品开始。系列型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。扩展的方式有纵系列、横系列和跨系列扩展三类。,1.2.3模块化设计,(一)模块化设计的基本概念(二)模块化设计的优点(三)模块化设计的步骤,为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。模块上具有特定的联接表面和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。模块化设计是产品设计合理化的另一条途径，是提高产品质量、降低成本、加快设计，进行组合设计重要途径。模块化系统多数是属于模块和非模块的混合系统。,(一)模块化设计的基本概念,1)便于用新技术设计性能更好的模块取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。2)采用模块化设计，可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。3)模块化设计方法推动了整个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量，又降低成本。4)模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需更换有关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。,(二)模块化设计的优点,1明确任务为了能以最少的模块组合出数量最多、总功能各不相同的产品，需要对市场需求进行深入调查，对所有欲实现的总功能加以明确，摒弃市场需求很少而又需要付出很大设计和制造代价的那些总功能。表23是以车床的市场需求为例。,(三)模块化设计的步骤,2.建立功能结构划分模块的出发点是功能分析。根据产品的总功能分解为分功能、功能元，求相应的功能模块，再具体化为生产模块。分功能包括基本功能、辅助功能、特殊功能和附加功能等几类，相应地建立基本模块、辅助模块、特殊模块、调整模块和非标模块等，如图24所示。,3.合理确定产品的系列型谱和参数模块化系统也应遵循系列化设计的原理，确定模块的系列型谱。纵系列模块系统中模块功能及原理方案相同，结构相似，而尺寸参数有变化。随参数变化对系列产品划分合理区段，同一区段内模块通用。横系列模块系统是在一定基型产品基础上更换或添加模块，以得到扩展功能的同类变型产品。跨系列模块系统中包括具有相近动力参数的不同类型产品功能模块。,4模块的组合模块化系统的设计要考虑模块如何组合，达到用较少种类的模块组合出尽可能多的组合产品。模块系统分开式和闭式两类。闭式系统由一定数量种类的模块组成有限数量的组合，而开式系统则是由模块得到无限多的组合。闭式系统可计算出模块的理论组合数。实际组合时要考虑使用需要、工艺可能及相容关系，实际组合数大大小于理论组合数。模块组合要精心设计结合部的结构，结合部位的形状、尺寸、配合精度等应尽量符合标准。,5.模块的计算机管理系统1)对模块进行编码，以便进行计算机管理；2)给出模块系统最多可组合的产品数；3)对于用户的某一给定的设计要求，分析是否存在一种有效的组合方案；4)在满足要求的几种组合方案中进行评价，选择最佳的组合方案；5)若无有效的组合方案满足用户要求，为新的模块设计提供信息；6)给出已选方案的模块组装图、明细表及价格表。,1.2.4合理化工程,合理化工程是一种管理哲理，适用于合同型企业。目的是采用先进的信息处理技术，缩短产品的开发周期，提高产品设计质量，缩短产品的生产周期，提高产品的质量，降低产品的成本，改善售后服务。产品结构的重组是进行系列产品和组合产品的开发、产品编码和产品技术文件的系统化，从而减少零部件的类别数。产品设计开发过程的重组是将产品的设计开发过程分成全新产品设计和合同产品设计两部分。全新产品设计进行的是换代产品和创新产品的设计。合同产品设计是进行变型设计或组合设计。为了实现产品结构和产品开发过程的重组，企业必须采用CADCAM和MRP一技术，并实现两者之间的信息集成。,1.3机械制造装备设计的评价,1.3.1技术经济评价1.3.2可靠性评价1.3.3人机工程评价1.3.4结构工艺性评价1.3.5产品造型评价1.3.6标准化评价,1.3.1技术经济评价,技术的先进性和经济的合理性(一)建立目标系统和确定评价标准将表21所表示的“设计要求表”中的必达目标按层次分级，形成树状目标系统，每个树叶代表一个评价标准。,(二)确定重要性系数每个评价标准对设计方案优劣的影响程度是不同的，其影响程度用重要性系数(权系数)来表示，取值范围是01。如图27所示的树状四级目标系统为例，每个评价目标圆圈内有两个数字；左面的数字表示隶属于同一上级目标的各同级目标之间的相对重要性系数，其总和应等于1，一般由设计人员或设计组共同商定；右面的数字表示每一个评价目标在目标系统中所居的重要程度，简称重要性系数。,(三)确定各设计方案的评价分数目标系统中的每个评价标准(树叶)的重要性系数算出后，可按评价标准确定每一个设计方案的评价分数，评价分数可按5分制(04)或10分制(09)给出。评价分数的大小代表了技术方案的优劣程度。(四)总权重值将每个初步设计方案n个“加权值”进行累加，可得出该方案的总权重值。,(五)技术评价技术评价值越高，表示方案的技术性能越好。技术评价值为最大值，也就是等于方案是技术上最理想方案；技术评价值小于06的方案在技术上不合格，必须加以改进，否则应摒弃；技术评价值处于lo6之间的方案为技术上可行方案。如果技术上可行的设计方案，其个别评价标准的评价数特别低，说明该设计方案在这方面有明显弱点，应认真地对这些弱点进行分析，判断这些弱点将来有无可能祸及全局，如果有这可能，必须对设计方案进行修改，排除弱点，重新参与评价，再考虑能否作为初步优选方案。,(六)经济评价经济评价是理想生产成本与实际生产成本之比。产品成本的组成如图所示。产品成本主要包括材料成本和开发制造成本两大部分。,(七)技术经济评价TEj设计方案的技术评价Tj和经济评价Ej经常不会同时都是最优，进行技术和经济的综合评价才能最终选出最理想的方案。技术经济评价TE，有两种计算方法:1)当Tj和Ej的值相差不太悬殊时，可用均值法计算:TEj（TjEj）/22)当Tj和Ej的值相差很悬殊时，建议用双曲线法计算:TEj（TjEj)1/2技术经济评价TEj值越大，设计方案的技术经济综合性能越好，一般TEj值不应小于065。,1.3.2可靠性评价,可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。(一)可靠性特征量,(二)可靠性预测目的是为了发现薄弱环节，提供方案比较、修改、优选和进行可靠性分配的依据，并对产品的维修费用以至全寿命运行费用作出估计。可靠性预测包括单元可靠性预测和系统可靠性预测。可靠性预测有许多方法，随预测的目的、设计的时期、系统的规模、失效的类型及数据情况等的不同而用不同的方法，如统计分析法、失效模式、影。向及后果分析法(FMECA)、故障树分析法(FTA)、可靠性逻辑框图法及近似值法等。,在分析系统可靠性时，必须了解系统中每个单元的功能，各单元间在可靠性功能上的联系，以及这些单元功能、失效模式对系统功能的影响，这是建立可靠性逻辑框图的基础。,根据单元在系统中所处的状态及其对系统的影响，系统可分为如图211所示-的几种类型。,(三)可靠性指标的分配1)对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握达到较高水平的单元，可分配较高的可靠度；2)对较简单的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后易于修复的单元，可分配较高的可靠度；3)对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统失效，应分配较高的可靠度；4)对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠度。,1.3.3人机工程学评价,(一)人因素方面1人体静态尺寸人体静态尺寸随地区和人种、性别而异；经过统计分析，制订出相应的指导性设计规范GBl000088。其中包括我国成年人人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸和人体水平尺寸等。为了应用方便，各项人体尺寸数值均同时标明等于和小于该尺寸的人群占总人数的百分比。,2人体动态尺寸人体动态尺寸是指人在工作位置上的活动空间尺度，主要包括立姿时人的活动空间和坐姿时人的活动空间。每种活动空间又包括上体不动时的活动空间和上体一起动时的活动空间。这些可以在GBl000088标准的基础上分析出来。,3人体操纵力人在操作和使用机器时需作一些操作动作。操作件使人体承受一定的负荷，随年龄、性别、身体素质、健康情况、和训练程度等情况的不同，操作负荷达到一定的强烈程度和持续时间，将导致人体疲劳。在通常情况下，操作应轻快、灵活，但也不能过于轻快，以至承受不起人体肢体的静重而产生误操作。相反，有些不需要或只有在特殊情况下才容许人进行操作的部位，例如紧急停车、电气控制柜门把等，其操作力应设计得大一些，甚至超过人的正常体力，有时非得借助工具才能动作。,4人的视觉和听觉特性要实现正确的操作，人必须能够准确、全面、及时地接受外界的信息。设计时应研究和分析人感官器官的感知能力和范围，确定合适的人机界面。视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛自然可见的空间范围，常以度(o)来表示。正常人的视野在水平面内约左右60，有效区域为左右1020；垂直面内向上50；向下70，有效区域向上30，向下40。视距是指人在操作过程中正常的观察距离。一般操作视距范围在380760mm之间。,人的眼睛沿水平方向运动比垂直方向运动灵活，感觉水平尺寸的误差也比垂直尺寸精确，且不易疲劳，因此视觉接受的信号源应尽可能水平排列。人的视线习惯从左到右、从上到下按顺时针方向移动。当眼睛观察视区时，视区的右上象限观察效果最优，依次是左上象限、左下象限和右下象限。人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易接受。人眼最易辨别红色，依次为绿、黄、白；当两种颜色匹配在一起时，最易辨别的顺序是黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑宇等。,人的听觉器官也是重要的信息接受器。人们对来自听觉的信息反应较来自视觉信息的反应大约快3050ms。人们可以听到的声音频率范围在202000Hz之间，可以听到的声强级范围在0120db之间。当超过110130db时人们会感到不舒服。机器的声音信号的频率和声强应适于入耳的接受范围，而且应有别于机器周围或机器本身产生的声音。声音信号的设计应根据信号的意义，如报警、提示、显示运行状态等的区别。设计成不同的音响形式。音响形式可以是连续音响、断续音响、音乐等，使人听到该音响后马上产生相应的条件反射，进行必要的操作。,1.3.3人机工程评价,(二)机器因素方面1信号显示装置设计主要包括仪表显示和信号灯显示两种。应根据人的生理和心理特征进行设计，使人接受信息速度快、可靠性高、误读率低，并减轻精神紧张和身体疲劳。仪表显示有指针式和数显式两类。设计时应正确选择信号灯的颜色和位置。,2操纵装置设计操纵装置有手动和脚动两类。手动操纵装置按运动方式分有旋转式、移动式、按压式操纵器等。设计时应注意其形状、大小、位置、运动状态和操纵力的大小等，这些都应符合生物力学和生理学的规律，以保证操纵时的舒适和方便。人们在操纵时，经过长期的生活和工作实践、以及培训，人们逐渐形成了一套习惯进行产品设计时，必须遵循这些操作习惯。,(1)手柄操作方向当运动件作直线运动时，手柄操作方向应大致平行于运动件的移动轨迹，并与运动件产生的运动方向一致。当运动件作回转运动时，手柄的回转平面应与运动件的回转平面平行，手柄的操作方向应与运动件产生的回转方向一致。,(2)按钮位置按钮的排列直线应和运动件的运动方向相平行，即操纵运动件向右、向前或向上的按钮应布置在按钮板的最右、最前和最上方，如图所示。,如运动件作回转运动，按钮位置的排列方向应与距该组按钮最近的运动件上的圆周线速度方向相一致。,(3)手轮操作方向如运动件作回转运动，操纵者面对手轮轴端，顺时针方向转动手轮时，运动件应作顺时针方向回转。如运动件作径向运动，操纵者面对手轮轴端，顺时针方向转动手轮时，运动件应向中心方向运动。(4)特殊情况如一个操作件可以使运动件实现多个方向运动时，上述原则应用于最常用的一个方向；如同时操纵主运动和进给运动时，上述原则适用于进给运动。,3安全保障技术包括系统本身安全性和操作人员安全性两大方面。为保证系统本身的安全性，应自动设置安全工作区限，设计互锁安全操作，工作环境条件监测监控，非正常工作状态的自动停机，对操作失误的自动安全处理等。为保证人员的安全性，应采取各种保障人身安全的措施，如漏电保护、报警指示、急停操作和快速制动等，同时对危险工作区要设置自动光电栅栏和工作区自动防护及有害物和危险物的自动封闭等。,4人体舒适性和使用方便性1)作业空间能使操作者感到舒适和安全，要照顾到不同操纵者的身体尺寸；2)操作过程中避免差错，提高工作效率；3)显示装置和操纵装置的布局要既紧凑又可区分；4)人作业时，四肢分担的作业要均衡，避免身体局部超负荷作业；5)要根据机器设备的功能特点、外观形态来进行合理的布局，以适应人作业时的各种心理、生理感知特性。,1.3.3人机工程评价,(三)环境因素方面1)作业空间。如场地、厂房、机器布局、作业线布置、道路及交通、安全门等。2)物理环境。包括照明、空气温度、湿度、气压、粉尘、辐射、噪声等。3)化学环境。包括有毒物质、化学性有害气体及水质污染等。,1.3.3人机工程评价,(四)人机系统方面1)产品系统中人的功能和其它各部分功能之间的联系和制约条件，以及人机之间功能的合理分配方法。2)系统中被控对象状态信息的处理过程，人机控制链的优化。3)人机系统可靠性和安全性。4)环境因素对劳动质量及生活质量的影响，提高作业舒适度和安全保障系统的设计。,1.3.4结构工艺性评价,(一)加工工艺性1产品结构的合理组合根据工艺要求，设计时应合理地考虑产品的结构组合，把工艺性不太好或尺寸较大的零件分解成多个工艺性较好的较小零件。产品结构的合理组合也包括设计时把多个结构简单、尺寸较小的零件合并为一个零件，以减轻重量，减少联接面数量，节省加工和装配费用，改善力学性能。有些零件上各工作面的工作条件不同，常采用不同的材料，可将多个零件的坯件用不可拆方式联接在一起，如热压配合、铆接、粘接或螺纹联接等，然而再整体地进行加工，可取得很好的效果。,2零件的加工工艺性零件的结构形状、材料、尺寸、表面质量、公差和配合等确定了其加工工艺性。加工工艺性的评价应依据制造厂现有的生产条件，没有一个绝对的标准。这些生产条件概括起来包括如下几个方面：传统的工艺习惯，本企业的加工设备和工装条件，外协加工条件，与老产品结构的通用，材料、毛坯和半成品的供应情况和质量检验的可能性等。,(二)装配工艺性1便于装配的产品结构(1)装配操作的分解(2)装配操作的压缩(3)装配操作的统一(4)装配操作的简化2便于装配的零件结合部位结构3便于装配的零件结构,(三)维修工艺性1)平均修复时间短；2)维修所需元器件或零部件的互换性好，并容易买到或有充足的备件；3)有宽敞的维修工作空间；4)维修工具、附件及辅助维修设备的数量和种类少，准备齐全；5)维修技术的复杂性低；6)维修人员数量少；7)维修成本低；8)采用状态监测和自动记录,1.3.5产品造型评价,机械产品的造型的总原则是经济、实用、美观大方。“经济”指的是造型成本低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。“实用”指的是使用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能达到最高。“美观大方”是指产品的外观形象给人的心理、生理及视觉效应良好。人的审美观点尽管不全相同，但还是有相同规律可循，良好的外观造型应从产品造型设计和产品色彩两方面去评价。,1.3.5产品造型评价,(一)产品造型设计符合美学原理,有尺度感的造型，具有使用合理、与人的生理感觉和谐，与使用环境协调的特点，是造型美的基本因素之一。,人的视觉具有本能的喜爱比例得当的造型，即所谓的比率美。,2对称与均衡对称和均衡是取得良好视觉平衡的两种基本形式。对称是自然界最常见的一种平衡方式，也广泛地用于产品造型中，但对称形式易使人的视觉停留在对称线上，给人以单调、呆板的感觉，故在应用对称形式造型时应加以注意。均衡是不对称的平衡方式，来源于力学的平衡原理。均衡造型的产品具有静中有动、动中有静的条理美和动态美。由于均衡形式的支点不够确定，安定感比对称形式差，处理不当，易形成杂乱的效果。在设计过程中，必须恰当处理对称与均衡，才能取得良好的造型效果。,3安定与轻巧造型的安定性来自实际安定和视觉安定两方面。但是轻巧与安定往往是矛盾的，是产品造型美对立统一的两个方面。在色彩方面，明度低的色彩，显得重感较大，装饰在产品形体的下部可增强安定感，装饰在产品形体的上部会产生轻巧感；明度高的色彩的效果恰巧相反。,4对比与调和在产品造型设计中，一般以调和为主调，在调和的基础上采用对比的手法。常用的手法有以下几方面：(1)线型的对比与调和(2)体量的对比与调和(3)方向的对比与调和(4)虚实的对比与调和(5)质感的对比与调和(6)色彩的对比与调和,5过渡与呼应过渡是指在两个相邻的形体、面或色彩之间，采用逐渐演变的形式把二者联系起来，以取得和谐造型效果。呼应是指造型设计时，在前后、上下或左右对应部位，利用“形”、“色”、“质”的某些相同或相似的特点进行处理，以取得它们之间在线型、大小、色彩及质感等方面的艺术效果的一致性，产生心理和视觉印象上的联系和位置的相互照应，使整体造型显得和谐、均衡、统一的效果。,6节奏与韵律产品造型的节奏与韵律是指造型的某些要素，如形体、线型、色彩、肌理以及方向、大小等作有规则的变化和重复，在空间产生抑扬顿措的视觉效果，给人带来心理上的愉快和美感。造型中的节奏与韵律必须符合人的视觉习惯，只有当产品造型表现出来的节奏符合人的生理自然节奏时，才会感到和谐和愉快。,7重点与一般1)运用形体和线型对比突出主体，即用比较突出的体量和比较复杂的轮廓形态，以引起观察者的注意；2)运用色彩、材质的对比突出主体，使主体鲜明；3)运用精细或特殊的加工工艺，获得特别的面饰效果来突出主体；4)采用特殊的外观件或装饰件来强调重点；5)利用造型中的方向性和透视感等因素，引导人们的视线集中于主体。,1.3.5产品造型评价,(二)产品色彩1色调选择工业产品色调的选择要适合于人的心理、生理要求。不同的色调给人心理和生理上带来不同的反应。绿色有助于劳动生产率的提高，而蓝色和紫色则降低劳动生产率。产品色彩还应适合产品的使用环境。青年与老年对色彩的抽象联想稍有不同，工业产品种类繁多，功能、形态各异，色彩应有区别。对于大型设备要增强其视觉的稳定感和力度感，不宜用太浅的颜色，而是用纯度、明度都较低的色彩为主色调。为了提高其生动和活泼的效果，可以少部分用与主体调和的明度较高的其它色彩，有目的和有重点地配置。,2配色方法(1)统一配色(2)均衡配色(3)重点配色(4)分割配色,1.3.6标准化评价,(一)标准化及其目的定义：在社会实践中，制订、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益。1)合理简化产品的品种规格；2)促进相互理解、相互交流，提高信息传递的效率；对重复性事物和概念通过3)在生长、流通等方面，能够全面地节约人力和物力；4)在商品交换与提高服务质量方面，保护消费者的利益和社会公共利益；5)在安全、卫生、环境保护方面，保障人类的生命、安全与健康；6)在国际贸易中，消除国际贸易的“技术壁垒”。,按照标准的适于范围，标准分为不同的级别，依次为国际标准、区域标准、国家标准、专业标准(包括专业协会标准、部委标准)、地方标准和企业标准六个级别。,按照标准的性质来分，有技术标准工作标准和管理标准三类,按照标准化对象的特征来分，有基础标准、产品标准、方法标准、安全卫生和环境保护标准四大类；,（二）标准分类,（三）企业标准体系结构,标准体系是由层次结构和领域结构组成。层次结构表明各级标准之间的纵向联系；领域结构表明行业之间的横向联系。按标准体系的适用范围可分为国家标准体系、行业标准体系和企业标准体系。,(四)产品设计的标准化(1)企业标准的审查：包括编号、文件格式、编制方法是否符合上级标准的要求和有关(2)设计文件的标准化审查：(3)工艺文件的标准化审查：内容包括工艺文件的成套性；格式、名称，工艺术语、材料、代号；工艺尺寸的正确性、通用工具、量具是否符合有关标准；是否采用典型工艺等。(4)工装设计文件的标准化审查：内容包括工装设计文件的成套性；是否采用标准件和标准毛坯等。,