浅析机电产品工业技术特性.docx

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浅析机电产品工业技术特性

准考证号：

本科生毕业论文（设计）

浅析机电产品工业设计特性

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本科论文原创性申明

本人郑重申明：

所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

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年月日

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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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年月

摘要

21世纪新时代的到来，互联网技术与产品技术创新的迅猛发展，机电产品的技术性能和技术创新日趋多样化。

机电产品制造业在我国国民经济发展中占据主导地位，是体现一国制造业水平的首要标志。

而机电产品的工业设计水平的高低是决定能否增加产品的附加值和提升机电产品市场竞争力的最直接、最有效的方式。

然而我国的机电产品的工业设计的现状正处于发展的初始阶段，与国外先进的工业设计能力相比存在巨大的差距。

机电产品作为生产和创造财富的工具之一，必须注重其功能的实用性和生产的高效性，蕴含强烈的技术特点在内。

但是要让机电产品具有“商品”的特质，适合当今社会人们对产品的可用性、审美、安全、经济等多方面的要求，因此对机电产品的工业设计的研究是非常必要而且具有重要的现实意义。

笔者根据设计理论和设计方法，全面、细致地探索了机电产品的工业设计的特征，并通过对机电产品的功能特点、形态特点以及用户特点的分析，提出了机电产品的工业设计目标和任务，为机电产品的工业设计实践提供参考依据。

关键词：

机电产品；工业设计；设计要素；特性；美学

Abstract

Intwenty-firstCenturythearrivalofanewera,therapiddevelopmentofInternettechnologyandproductinnovation,producttechnicalperformanceandtechnicalinnovationisbecomingmorediverse.Mechanicalandelectricalproductsmanufacturingindustryoccupiesthedominantpositioninthedevelopmentofournationaleconomy,istheembodimentofthefirstsignofacountry'smanufacturinglevel.Whilethemechanicalandelectricalproductsthelevelofindustrialdesignistodeterminethelevelofcanincreasetheaddedvalueoftheproductsandimprovethecompetitivenessofelectromechanicalproductsmarketisthemostdirect,themosteffectiveway.However,mechanicalandelectricalproductsinChina'scurrentstatusofindustrialdesignisintheinitialstageofdevelopment,comparedwithforeignadvancedindustrialdesigncapacitygap.Oneofthetoolsformechanicalandelectricalproductsasproductionandwealthcreation,practicableandefficientproductionmustpayattentiontoitsfunction,technicalfeatures,containsstrong.Butletthemechanicalandelectricalproductswith"goods"characteristics,suitableforpeopleinmodernsocietyrequiresofproductavailability,aesthetic,safety,economyandsoon,sotheresearchontheindustrialdesignofmechanicalandelectricalproductsisverynecessaryandhasimportantpracticalsignificance.Accordingtothedesigntheoryandmethod,comprehensive,detailedexplorationofthefeaturesofindustrialdesignofelectromechanicalproducts,andthroughthefunctioncharacteristics,mechanicalandelectricalproductsfeaturesandanalysisofusercharacteristics,themechanicalandelectricalproductsindustrialdesigngoalandtask,providesthereferenceforthepracticeofindustrialdesignofelectromechanicalproducts.

KeyWord:

Mechanicalandelectricalproducts;industrialdesign;designelements;characteristics;aesthetics

目录

摘要I

AbstractII

第一章引言1

第二章机电产品的定义和分类1

2.1机电产品的定义1

2.2机电产品的分类1

第三章我国机电产品工业设计的现状与突出问题2

第四章产品形态设计的美学理论3

第五章机电产品的工业设计特性4

5.1机电产品的特点探讨4

5.1.1机电产品的功能特点分析4

5.1.2机电产品的用户特点分析5

5.1.3机电产品的形态特征分析6

5.2机电产品工业设计的设计要素分类7

5.3机电产品工业设计的特征目标与任务8

第六章工业设计实践（以USB产品研发设计为例）9

第七章结束语11

参考文献12

致谢13

第1章引言

新世纪世界经济全球化的发展，现代科学技术发展迅速，机电制造企业间的竞争渐渐转向科学技术和工业设计方面的竞争。

工业设计是以工学、美学以及经济学为设计基础对工业产品进行功能上、艺术上的设计。

机电产品制造业的工业设计主要指机电制造企业的市场调研、产品设计、开发的全过程。

机电制造企业的发展是无止境的，工业设计是机电制造企业发展的灵魂，是机电制造企业发展的源泉所在。

我国是一个工业大国，随着市场逐步国际化，机电制造产业的发展也在逐步走向国际化，机电制造企业间的竞争已经由品牌竞争转向产品技术创新能力的竞争。

我国主要的机电产品设计56%来源于外国，核心工业设计与自主知识产权产品极少，而机电产品的工业设计水平的高低是决定能否增加产品的附加值和提升机电产品市场竞争力的最直接、最有效的方式。

但是要让机电产品成功进入市场并独具竞争力，工业设计既要适合当今社会人们对产品的可用性、审美、安全、经济等多方面的要求，又要适应市场经济的发展和更新。

因此对机电产品的工业设计的研究是非常必要而且具有重要的现实意义。

第2章机电产品的定义和分类

2.1机电产品的定义

机电产品又称机电一体化，是指产品的机构在主功能、信息功能、动力功能以及控制功能上引用了电子科技，并把机械配置、软件系统以及电子设备完美有机结合在一起的系统总称。

（见附录）机电产品在人们的生活中无处不在，大到航天器材，小到家用电器，机电产品的范围相当广泛，涉及的品牌、型号、规格等多种多样，十分复杂。

机电产品在方便人们生产和生活中发挥着不可替代的作用，成为人们生活中不可或缺的一部分。

2.2机电产品的分类

根据机电产品的使用功能可以分为以下几类：

机械设备、电气设备、各种生产仪器仪表设备、各种零件配件以及其他新兴机电产品。

机械设备主要分为通用型机械设备和专用型机械设备。

通用型机械设备是指通用性强、实用功能较广泛的机械设备，诸如指泵、压缩机、阀门、气体分离设备、真空设备、风机、分离机械、冷冻机、减变速机、干燥设备、气体净化设备等。

专用型机械设备是指专用型强、用途较专一的机械设备，诸如石油化工机械、冶金机械、变频器、冷水机、空气弹簧减震器等。

电气设备又称电工设备，主要是由发电机、变压器、电力线路、稳压器、断路器等设备有机组成的一种电力系统。

它是一种可以发电、变电、输电、配电、储电和用电的设备，也是那些通过电磁学原理工作的机械的总称。

一般可以视为发电设备，输电、配电、变电、储电设备，用电设备以及控制、调节设备。

其他的新兴机电产品诸如电子产品，工业生产过程中为解决某道工序困难的设备，比如焊条、轴承、量具、磨具等。

拥有先进制造业是国家综合经济实力的有力保障，“十二五”以来，我国的装备制造业的发展突飞猛进，尤其是在制造能力和产品研发能力方面逐步与国际先进水平接近，制造规模跃居世界第四位。

但是我国的装备制造业仍然存在许多缺陷，比如基础材料和技术的滞后、自主创新能力薄弱、研发资金投入较少、新产品投入市场难。

第3章我国机电产品工业设计的现状与突出问题

机电产品的工业设计的目标是设计批量的产品，以现代科学技术为运用技术基础，并配备与产品和用户要求的现代审美意识，在现代市场环境的运作中发挥独有的魅力，以此提高人们的生活水平和环境质量的系统性学科。

机电制造企业的发展是无止境的，工业设计实际上是机电制造企业发展的灵魂，是机电制造企业发展的源泉所在。

我国的机电产品的技术已经与世界水平接轨，但是外观设计上却存在许多不足，远远不如国外产品，因此机电产品的附加值相对降低。

大多数企业认为在进行产品外观设计时，工业设计师一般作为产品设计完成后的美工师而存在。

一方面是因为机电产品的更新换代速度远远慢于其他类消费品，工业设计师的设计工作量就相对较少，如果成立专门的设计部门，那研发设计的成本将会上升。

另一方面是因为我国对工业设计不够重视，尤其是与机电产品的工业设计的相关研究和方法更是少之又少，工业设计是一门综合心理学、美学、和人体工程学的学科，要对其研究并重视必须要具备充足的调查资料和造型设计相关的书籍。

但是在这方面，我国具备的资料不是过时就是不够全面。

第4章产品形态设计的美学理论

美学是以对美的本质及其意义的探究为主题的学科。

工业设计是发现美并创造美的活动，必须在满足功能和结构要求的前提下，一句美学的相关法则进行创造性活动。

在美学范畴中，只要是人们认为美的东西都是符合美学法则的。

美学法则是人们审美的依据，也是机电产品工业设计的理论依据。

美的核心课题不再是研究“何为美？

什么事物是美？

”，而是研究“人们喜欢什么样的美？

什么样的事物才是美的？

”美学涉及到两大要素即形态要素与色彩要素。

（1）形态要素。

工业设计中的产品造型的形态要素以点、线、面、体以及各种自由体依据不同成型方式组成或演变，由此产生形态各异、多姿多彩的形态。

点以小面积的图形放置于大面积的面上，常常突出产品的品牌、型号、规格。

线是机电产品工业设计造型中使用最广泛的元素，线有直线、曲线之分，水平直线具有静止、深远的感受，竖直线能使人们实现上下移动，给人以高大、直接、阳刚的视觉体验。

如图1所示。

线也有明暗线之分，明线在机电产品造型设计中最多，明线较为积极明亮，暗线则内敛含蓄，两者结合往往产生空间的阴影效果，是产品更具层次感、空间感。

如图2所示。

图1上升下降

图2明暗线效果

（二）色彩要素。

色彩在机电产品造型设计中是重要的造型元素之一，色彩的使用一般要考虑其冷暖感、轻重感、进退感、明暗感以及质感等，不同的色彩组合对产品的风格的影响是不同。

美学法则对于机电产品造型设计具有很好的指导意义。

针对以上介绍的美学要素，美学法则分为形态美学法则和色彩美学法则。

形态美学法则包括对称与均衡法则、对比与调和法则、节奏与韵律法则和比例与尺度法则。

色彩美学法则包含色彩对比法则、色彩调和法则以及情感法则，其中色彩对比要遵从对比的调性和错视规律。

第五章机电产品的工业设计特性

5.1机电产品的特点探讨

机电产品的特点主要包括功能特点、用户特点以及形态特点三个方面，下面将从这三个方面展开详述。

5.1.1机电产品的功能特点分析

功能是指事物和方法发挥的有力作用，有关于产品作用和工作的详细描述。

机电产品工业设计的功能性是指任何设计都以满足功能性为立足点。

机电产品的功能特征包括实用功能、美学功能、经济功能以及象征功能四种。

（1）实用功能。

产品的实用功能是产品的精髓所在，是机电产品作为生产工具而存在的基本属性。

如果缺少实用功能，那么对人们就无用途之地，就不能称之为商品。

机电产品最重要就是要强调产品的实用性，重视技术特征和技术含量。

（2）美学功能。

美学功能可以从作业者和企业两个角度理解。

从作业者的角度看，具有美感的产品在满足产品的实用功能和经济功能的前提下，同时可以创造更加人性化和美好的作业环境。

美学功能是利用色彩、材料以及表面装饰对外观进行设计和装饰，以此取得造型之美、工艺之美、肌理之美、色彩之美、材料之美的效果，同时凸现产品的个性和风格。

从企业角度来看，企业的形象与文化必须要通过产品的美学功能来体现，企业的统一品牌的产品应该具有统一、和谐的设计风格。

如图3所示，Y品牌的系列产品，运用热情的红色、现代的银灰色以及沉稳内敛的黑色的有机组合，再加上精湛的面面切割工艺营造出宝石般的效果，在形态上高反光和低反光材料的完美搭配，形成了高档、热情、安全、可靠的高技术企业产品形态。

图3Y品牌系列产品

（三）经济功能。

与一般的生活、娱乐消费品不同，机电产品的购买群体一般是企业或机构。

企业或机构在选择机电产品时，通常会考虑该产品是否能再生产、创造财富和提升竞争力服务。

（四）象征功能。

机电产品的象征功能是指在视觉上和使用过程中得出的关于精神、情感、心理和社会等多方面的体验。

机电产品的象征功能主要体现在精密度、现代感、先进度等方面，也是就体现与其他普通劳动产品的优越性和技术先进性。

5.1.2机电产品的用户特点分析

机电产品的用户群体相当复杂而多变，主要由人和企业构成。

人包含作业人员、维修人员以及搬运人员，企业包含制造商、购买商、产出品购买商。

而作业、维修、维护以及搬运人员是典型的产品用户，他们往往对产品非常数字，是一群训练有素、拥有高技术经验的队伍。

机电产品的用户关系如图4所示。

图4机电产品用户关系和分类

5.1.3机电产品的形态特征分析

机电产品作为人们生产和生活中不可或缺的用品之一，具有不同于其他类别产品的形态语言，如图5、6、7、8所示，产业用品给人以可靠、科技、高效的感觉；生活用品给人以亲和、放松个性化丰富的感觉；而公共事业产品给人以和谐、信赖公用的感觉；娱乐用品给人以乐趣、个性，充满挑战和生活享受的感觉；不同机电产品的外观表现出的感觉是不一样的，它可以通过自己的外形特点凸显它的高科技、高效率和可靠性佳的特点。

图5产业用品的形态特征

图6生活用品的形态特征

图7公共事业用品形态特征

图8娱乐用品形态特征

5.2机电产品工业设计的设计要素分类

依据机电产品的外形特征，可以分成三类，即独立型机型、具备独立功能的单元机组成的联合机以及无重复的单元机组成的联合机。

独立型机型产品的工业设计关系到单一的整个形态，也就是单个的完整设备。

比如机床和加工中心。

独

立机型通常分为立式车床、卧式车床、立式加工中心、卧式加工中心以及龙门式加工中心。

具备独立功能的单元机组成的联合机，是由多个单一设备组合而成的，构成车头、车身、车尾结合的形状，设计过程中要注重单一个体的创新性，又要满足整体形态的和谐、统一性。

比如纺纱车间的网络控制系统。

（见附录三）。

无重复的单元机组成的联合机，是由单个设备有机组合而成，每个个体负责不同的任务，形态也各不相同，因此，这一类的机器设计难度相当大工作量业相对沉重，对设计水平和材料的选择的要求更高。

三种机型如图9所示。

图9机电产品的形态分类

5.3机电产品工业设计的特征目标与任务

结合工业设计的本质任务以及机电产品的产品特性，可将机电产品的工业设计目标概括为以下三项：

（1）外观及外观相关的结构设计；

（2）解决稳定批量生产和产品多样化之间的矛盾；（3）交互界面和交互方式设计。

（1）外观及外观相关的结构设计。

机电产品造型设计的美学原则是以在满足功能为前提条件下设置的，通过适宜的、整体的、系统的和人性化的造型语言来传达产品技术先进、质量一流、企业文化、品牌内涵、高效安全的内在品质。

机电产品的造型设计首先主要靠设计师个人的知识积累、经验沉淀和通过视觉化手段外化表现的技能。

其次，由于机电产品重视产品的功能性和制造成本的特性，其造型设计注重产品的结构性和功能性，即产品的外观受其内在结构和功能的制，且往往由外在的结构形式来凸显其产品的功能。

（2）解决稳定批量生产和产品多样化之间的矛盾。

机电产品的工业设计注重将设计与制造紧密结合。

市场具有复杂性、多变性的特点，致使产品生产具有生命周期缩短、更新加快、种类增多、交货期缩减的特点。

因此机电产品的工业设计要把握市场的变化规律，使产品适应多变的市场环境，创造出更多差异化的造型外观设计，从而提高产品的综合竞争力。

此外，因为机电产品制造成本颇高，而标准化、通用化的生产方式对于批量化生产能够大幅度地缩减生产成本，降低产品的价格，但是大批量的生产往往会造成产品的结构形式单一、外观形态单一的问题。

因此，为了解决这方面的问题，可以通过以下方案来解决。

运用模块化方法。

模块化就是使机电产品的各类组件、零件像标准组件一样生产制造，而产品的特色可以通过对组件或零件的有机合并和创意修改来完成，组件或零件是按标准化来制造的，因此可以大批量、系统化地进行大规模的生产，这样不仅不可以达到个性化和标准化的有机结合，还能减少制造成本，降低企业投入。

（3）交互界面和交互方式设计。

机电产品的交互设计是以提高产品生产效率和提高作业者的满意度为核心目标。

因此，机电产品的工业交互设计可以分为交互界面设计和交互方式设计。

交互界面设计是以增加作业者满意度为目标，它逐渐向增加考虑人的情感因素，使设计的产品更为人性化的方向发展；而交互方式设计是以提高产品的可用性、提升产品的生产效率为目的。

以油气设备的工艺流程图为例（见附录二），图中油气分离器、控压器、冷却器、安全阀等的设计都体现了交互界面和交互设计的原则。

第6章工业设计实践（以USB产品研发设计为例）

USB又称通用串行总线，是英文UniversalSerialBus的缩写，而其中文名字为“通串线”，是一个外部总线标准，主要用于规范电脑和外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。

USB接口支持设备支持即插即用与热插拔功能。

USB是在1994年底由英特尔、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。

USB用途非常广泛，主要包含通讯、终端身份认证、网络办公、电子政务以及电子商务领域。

USB接口设计，类似于现在流行的U盘，它的外观形态设计体现美观大方的时尚元素。

针对USB的设计主要从三大方面进行设计研究，即结构设计、外形设计和产品制造。

（1）结构设计。

结构设计作为整个工业设计过程中至关重要的设计环节，限制条件颇多，设计时需要对数据进行严格的运算和配合，将各个设计点的数据充分考虑在内，预防外壳装配过程中导致损坏PCB板上的电子元器件。

此外也要保证在插拔USB接口时，PCB板在塑料物件结构内部横向、纵向和上下4四个方向受力合理，保证数据配合严密，防止出现插拔松动、脱落的情况；防止因为PCB板直接受力，致使PCB板变形弯曲，导致产品功能受损。

因此根据不同形状的PCB板，可以设计两种不同固定形式的PCB板，以满足特殊要求和设计目标。

如图10所示，小孔定位设计和大孔定位设计。

图10两种不同形状的PCB板及其内部定位方式

（2）外形设计。

外形设计要建立在产品使用功能的前提下，产品的实用功能是产品的精髓所在，是机电产品作为生产工具而存在的基本属性。

如果缺少实用功能，那么对人们就无用途之地，就不能称之为商品。

机电产品最重要就是要强调产品的实用性，重视技术特征和技术含量。

其次在考虑外形设计，产品的外形设计要符合市场特定人群的使用特点和兴趣喜好，USB外形采取如果采用简单的粗线条和简练线面结合，反映稳重大方。

USB色调选择体现产品专业性、企业文化和高科技含量的色调为佳，如果要大规模量产的话，颜色可以选择浅蓝色，中间部件部分可采用无色透明材料，利于PCB板上LED产生漫射效果和影像效果。

此外为了能在类似产品外形设计中脱颖而出，成为消费者瞩目的焦点，在上下壳结合区域上下工夫是一个很好的创意方法（如图11所示），可该部位反其到行之，采用外凸内凹，更加凸显视觉效果。

图11，上下壳结合构造图

从人机工程方面考虑，为方便插拔用力自然方便，保证其即插即用与热插拔功能，设计侧面前小后大，形态娇小迷你，并且在上壳表面特别设计出椭圆形浅槽，方便人们使用时手的着力把握。

图12为整体设计效果图。

图12USB设计效果图

（3）产品制造。

机电产品在设计阶段就要把制造过程中对设计结果的影响考虑在内。

这样利于模具设计、模具制造以及注塑加工，完成产品的标准化、统一化、大规模的批量生成活动。

制造对设计最大的影响体现在可制造性上，设计的外形要充分考虑到是否能够顺利出模、生产，而且外形还取决于注塑口的位置选择。

在材料选择方面，成本是首要考虑因素之一，ABS材料的选用，中间件如果使用有机玻璃材质，透明高，光泽好，视觉效果佳，但因为弹性不好，在实际装配过程中，容易出现细微裂纹，不仅影响影响外观，还造成材料浪费。

如果选用聚碳材料，但注塑后透明效果非常差，为降低企业资金投入成本，透明的ABS材料是比较保险的选择。

第7章结束语

21世纪世界经济全球化的发展，现代科学技术发展迅速，机电制造企业间的竞争渐渐转向科学技术和工业设计方面的竞争。

工业设计是以工学、美学以及经济学为设计基础对工业产品进行功能上、艺术上的设计。

机电产品制造业的工业设计主要指机电制造企业的市场调研、产品设计、开发的全过程。

机电制造企业的发展是无止境的，工业设计是机电制造企业发展的灵魂，是机电制造企业发展的源泉所在。

本文通过对工业产品的工业设计特性进行全面细致的