无碳小车报告(欧勇).doc

黑龙江首届工程训练综合能力大赛总结报告论产品的设计及生产流程（以本次大赛“无碳小车”为例进行说明）随着社会的发展，各式新产品层出不穷。为了满足社会某种特定的需求，一件件新产品应运而生。而任何一种新产品的诞生都是一个系统而复杂的过程。在这里我将以“黑龙江首届工程训练综合能力大赛”为契机，结合自身设计制作“无碳小车”的感悟，谈谈一件新产品诞生所需要经历的一些必要过程。一、 进行市场调研一件新产品的产生必然是为了满足市场的某种特定需求，不然所设计的产品就是废品，就没有使用价值。 以“无碳小车”为例，我们需要仔细研究的便是大赛命题，明确规则要求。大赛命题是“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”，从命题中我们可以明确驱动小车的能量来源，即“重力势能驱动”。还明确小车有一特殊的功能要求，即“具有方向控制功能”。研究了命题之后，我们头脑里就有了疑问：怎样实现重力势能的的转化呢？小车到底有怎样的方向功能要求呢？如果看过命题后你的大脑里充满了疑问，那么恭喜你，你审题的目的已经达到了。接下来要做的就是带着疑问去研究规则的细节。待到你审题时的疑问一个个被解决时，相信小车在你的脑海里就已经有一个大致的框架了。二、 产品的理论设计要想设计一个产品，我们首先需要明确产品的用途，即产品要被用来做什么，我们希望用它来实现什么功能。一旦明确了产品的用途之后，我们的设计就有了方向。以本次大赛“无碳小车”为例，通过我们第一步对命题和详细规则的研究后我们知道我们需要设计一小车，小车需采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），以重力势能转化的能量来驱动小车；小车行进的轨迹要求为S型且能顺利绕过一米一个的障碍物，这就要求转向轮能成周期性的摆动。1 产品原理概念设计明确了产品的功能特性后，我们接下来要考虑的就是产品的原理，即用什么方式去实现产品所要求达到的功能特性。产品原理概念设计旨在于此，而不必考虑现实条件的种种制约。以本次“无碳小车”为例，我们需要考虑两个问题。首先，怎样实现重力势能的转化。其次，怎样实现转向轮周期性的摆动。针对重力势能的转化形式，比较唯一，即采用线传动。再说转向轮周期性摆动的实现，可供选择的有曲柄连杆、细绳拉动、齿轮齿条配合、凸轮连杆等几种实现形式。受现实条件以及设计者自身知识结构的制约，并不是每一种方案都是可行的。这时，设计者需要针对自身的知识结构以及机构实现的难易程度等具体情况，选择适当的方式以实现产品的功能要求。以“无碳小车”转向方案为例，可实现转向轮周期性摆动的几种结构中，细线拉动极不稳定，难以达到精度要求；齿轮齿条现场加工受限；凸轮连杆中凸轮的设计对我们而言是个难点；剩下的曲柄连杆结构相对简单、容易实现。于是最终的结果即选择曲柄连杆结构来实现小车的转向功能。2 产品原理优化设计通过第一步对产品原理的概念设计之后，我们找到了实现产品功能特性的途径。但那只是一个大体的框架，要落实到具体实现上还是有困难的。怎样将各机构合理有效的组合？如何更好的实现产品的功能要求？这便是产品原理优化设计中需要考虑的问题。不得不提的是，产品原理的优化设计要求设计者更多的注意到细节性的东西，并且有精确的理论计算作为基础。以“无碳小车”为例，通过产品原理的概念设计我们明确了采用线传动实现重力势能的转化，采用曲柄连杆结构实现小车转向的功能要求。但怎样把这两种机构组合起来呢？我们实现了让小车按预定轨道前行，但为了让小车跑得更远、绕障更顺，我们不得不考虑增加变速机构。这一切就要求我们更多地注意细节，并且有精确的计算作为理论基础。3 精确的理论计算本着理论指导实践的原则，准备设计产品前，通过调研我们会得到一些参数，这些参数在产品的设计过程中起着指导性的意义。以“无碳小车”为例，小车行进轨迹的计算便是小车设计过程中非常关键的一环。它所得到的数据将指导整个设计加工过程。例如小车各部件的尺寸要求、转向周期的控制、加工精度的要求、发车角度的调节等无不受到小车行进轨迹计算的影响。无疑，对小车行进轨迹计算的精确与否直接决定了小车的成败。本次比赛我们将小车的行进轨迹近视看做为一段段的圆弧，进而顺利解决了轨迹长度、转向周期、发车角度等问题。不得不承认这种近视方法不是很精确。相比较而言，正余弦曲线近视法更为精确，但计算的难度大大增加。所以，精确的理论计算受到设计者自身知识结构的影响。4 产品尺寸设计及材料选取有了精确的计算作为理论指导，又有了产品原理的优化设计方案。接下来要做的就是精确确定产品各个部件的尺寸及使用的材料。这就要求我们明确各种工程材料的力学特性和市场价格，以便使材料符合产品要求的情况下尽量节约成本，减少支出。不得不说这是一个处处充满着矛盾决策的环节。以“无碳小车”车身尺寸的设计为例，一方面我们需要较宽的车身以便保证小车行进过程中的稳定性。可较宽的车身不利于小车的绕障，而且较宽的车身也增加了材料的成本。那么车身尺寸到底为多少合适呢？这就要求我们一方面通过精确计算确定车身尺寸的区间要求，另一方面通过仿真软件模拟以及向相应专家咨询等方式去尝试。类似的“矛”多一点，还是“盾”多一点的问题可以说出现在产品研发每一个细节的考虑上。例如轴承类型的选取，支撑架支撑方式的选取，轮子材料、尺寸的确定，螺栓大小的要求等等。三、 产品的可行性分析设计者自行设计完成一件产品的理论设计工作后，由于受到个人知识结构的影响，设计者所设计的产品或许会存在一定的技术上的不合理性。要将产品投入实际的生产中难免会有困难，这时产品将受到来自各方面专家的质疑。各方面专家站在自己的专业领域以自己的专业知识来考察产品的可行性即产品的可行性分析。以“无碳小车”为例。专家们一般从如下几个方面考虑小车的可行性：1 原理的可取性；2 结构的合理性；3 材料选取的合理性；4 加工的可行性。有一点不得不说的就是，整个设计过程中设计者都应该多征求各方面专家的意见，多查阅相关文献资料。而不是仅在产品的可行性分析环节才和相关技术人员有交流和沟通。设计是一个复杂的系统工程，它受许多因素的影响，绝不是单单某一个人就能完成的。四 、产品的现场加工、装配、调试对于经过设计者理论设计和专家们可行性分析的产品设计方案可谓万事具备，只差一步就可以出成品了。这一步就是产品的加工和装配。理论指导实践，但无论理论多么完善，计算多么精准，如果加工工艺满足不了要求，那么一切就都只是雾中看花、水中捞月。所以保证加工工艺要求和装配工艺要求是致关重要的。产品出成品过后，应该对产品的功能特性进行验证，对比实际和理论的差距，并找到导致实际与理论不合的原因，然后进行修正。以“无碳小车”为例，轴承和轴的配合、轴承和轴承座的配合都是有公差要求的。一旦加工不合要求那么必然对结果造成影响。任何加工装配时的不合要求都会在小车的行进过程中表现出来。建议各个环节时间分配市场调研占20，理论设计占40%，可行性分析占30%，剩下的10%的时间用在产品的现场加工以及装配、调试上。以上便是这次参加“黑龙江首届工程训练综合能力大赛”依据“无碳小车”的设计思路整理出的关于“产品的设计及生产流程”的论述。