第一篇：民间纹饰在产品设计中的运用论文
随着社会经济文化的不断进步与发展，人民思想觉悟日益提高，对于我国传统的优秀文化能够进行有效的继承和创新。从古至今，我国诸多的装饰艺术，无论是纹样还是装饰图形，多以民间性和吉祥化为主题，民间纹饰在现代化社会中能够广泛流传，其绝大原因在于我国各族人民对于民间文化的整合和交融，从劳动中不断对民间纹饰进行传承和创新，民间纹饰作为我国民间较为丰富的艺术形式，在我国传统文化中占有十分重要的地位。因此本文对民间纹饰在产品设计中的应用研究具有重要意义。
一、民间纹饰在产品设计中应用的作用
1.对产品设计起到装饰的作用
对产品设计起到装饰的作用是民间纹饰在产品设计中应用的主要作用。在信息化时代下生活中的人们，对于家居装饰和产品装饰的要求都随着社会经济文化的不断进步而逐渐提升，装饰不仅能够反映出现代化社会中的人们对艺术的感知和生活质量，同时也是对相应艺术设计传达方式的体现。装饰属于设计造型的一种，是对相应外在形态美的着重体现，民间纹饰在产品设计中的应用，便能够在一定程度上将相应产品美的意蕴体现出来。民间纹饰在产品设计中的应用，使装饰通过意蕴美、工艺美和韵律美等在装饰对象上获得了深层的意义，被民间纹饰所装饰的相应产品也因装饰美而获得独特美。
2.对产品设计起到寓意的作用
对产品设计起到寓意的作用是民间纹饰在产品设计中应用的重要作用。民间纹饰在古往今来的传承和发展中，其样式和形式逐渐多样化，但其最重要的寓意吉祥文化的意蕴和内涵始终没有改变，在不断的传承和创新中得以保留。民间纹饰中多为吉祥纹饰，其主要的来源是凝结了上千年的中华民族的精神气质，不仅象征一种强有力的力量，同时也是对未来美好生活的向往。不同的民间纹饰中不同的符号语言具有不同的象征意义和寓意，例如饰品中带有鱼的民间纹饰象征“年年有余”，饰品中带有龙和马的民间纹饰则象征“龙马精神”，通常情况下此两种民间纹饰会在逢年过节时广泛流传于民间市场中。
二、民间纹饰在应用于产品设计中的装饰形式
1.民间纹饰圆满画面和构图完整的装饰
民间纹饰圆满画面和构图完整的装饰是民间纹饰在应用于产品设计中的主要装饰形式。民间纹饰圆满画面和构图完整在产品设计中的装饰，主要是指民间纹饰所要装饰的产品，必须要能够符合相应产品的装饰特点，通常情况下民间纹饰应用于产品设计中的装饰特点主要表现在民间纹饰形态的适合性和完整性、民间纹饰的结构性和严谨性以及民间纹饰的转角合适性。民间纹饰在产品设计中的装饰主要以花草纹、龙凤纹以及云纹等表现形式进行装饰，上述纹饰不仅适用于丰富多彩的图形装饰，同时也作为具有吉祥象征意义的纹饰被广泛应用于现代各种产品的设计中，例如在现代礼品瓷的装饰上，民间纹饰通过纹样的可变性有效的完善画面的局部装饰，突出礼品瓷的装饰美感。
2.民间纹饰以吉祥寓意的表现形式的装饰
民间纹饰以吉祥寓意的表现形式的装饰是民间纹饰在应用于产品设计中的重要装饰形式。民间纹饰中多以吉祥寓意的表现形式居多，由于我国是具有千年优秀传统文化的国家，因此由于传统文化和传统观念的影响，民间纹饰多以吉祥寓意为主，不过民间纹饰在产品上的装饰并不因吉祥寓意的纹饰而受到冷落或影响，反而以其具有吉祥寓意和对未来美好生活向往的表现形式，深受广大人民群众的喜爱。民间纹饰以吉祥寓意的表现形式在产品设计中的装饰主要体现在利用能够表达寓意象征形式的吉祥纹饰，对相应的语意进行表达，例如在产品上设计鸳鸯戏水纹饰，以示夫妻恩爱。
3.以民族象征为符号的民间纹饰的装饰
以民族象征为符号的民间纹饰的装饰是民间纹饰在应用于产品设计中的关键装饰形式。以民族象征为符号的民间纹饰主要包括龙凤纹饰、十二生肖纹饰以及寓意吉祥和富贵的诸多名花等，上述类型的民间纹饰均广泛流传于产品设计装饰中。以民族象征为符号的民间纹饰在各种产品中的设计装饰，不仅使产品具有观赏的意味和美学意义，同时也在一定程度上对产品寄予万事如意的吉祥寓意，使买产品的人会因此对产品产生相应的情感，从而使带有民间纹饰的产品超越了其本身应存在的审美价值。
三、结语
民间纹饰作为我国传统的优秀文化艺术，不仅具有多式多样的表现形式，同时以其独特的艺术风格和多彩的艺术设计在我国诸多产品设计装饰中具有重要作用。本文主要从对产品设计起到装饰的作用和对产品设计起到寓意的作用对民间纹饰在产品设计中应用的作用进行阐述，同时从民间纹饰圆满画面和构图完整的装饰、民间纹饰以吉祥寓意的表现形式的装饰以及以民族象征为符号的民间纹饰的装饰对民间纹饰在应用于产品设计中的装饰形式进行深入研究，并具有实际参考价值。
第二篇：事理学在产品设计中的运用
事理学在产品设计中的运用
随着经济水平的不断提升，我们身边的产品也变的越来越丰富，为了提升产品的品质与易用性，各种设计理论与方法学也多种多样。其中，设计事理学作为一种成熟的方法论正在越来越多地被运用到具体的产品设计中。从生活中的“事理”出发，考虑产品与用户的关系，发现其中的问题，将其转化为用户的需求和产品。以“事”支撑产品地设计，使产品合情合理，是设计事理学的核心。本文以具体的校园自助式洗衣机为例，阐述如何从设计“物”到“事”的转化，将设计事理学贯穿到具体的产品设计当中，以实现设计为人们服务的目的。
人们经济水平的不断提高的同时，对生活的品质要求也越来越高，关注点从原先具体的物转化到产品所涉及到的整个服务当中，这就要求设计师们转变设计思想，从原先就物论物的设计方式转变到设计生活方式的层面上来，这就是设计事理学所强调的从设计“物”到设计“事”的思想，本文试图通过校园自助式洗衣机的设计来简要阐述下设计事理学在产品设计中的具体运用。
产品设计中的“事理”
设计是事理学是有清华大学教授柳冠中教授提出，在运用事理学之前，需要弄清楚其中事理的含义和概念。西蒙在人为事物中作了事与物的区别，柳冠中继续指出，“物”即生活中具体存在的物品，泛指实实在在的材料、设备、工具等；而“事”是一个抽象的概念，是上述物与人的中介关系，它对物做了外部限制，也是评定物好坏的标准。事有宏观和微观之分，宏观上的事指的是事情发生的的情景与背景，微观上的事指的是具体的行为事情。
事在本文中指特定时空下，人与人或物之间发生的行为互动或信息交换，在校园自助式洗衣机产品设计中的事宏观上指的是学生使用自助式洗衣机的情境和背景信息，比如学生的宿舍生活情境和洗衣房洗衣情境，微观上的事指学生在清洗衣物时与洗衣机发生的各种具体交互，比如放入衣物，选择清洗方式，放入洗涤剂等等，在此过程中，人的意识有一定“意义”生成，而物发生了“状态”的变化。
经过对上述概念及内容的理解下，我们再来看设计事理学概念。从“物”到“事”，从“情”到“理”，我们将其概括为设计事理学。从这简短的描述中可以看出，任何设计的源头都应开始于特定人群的生活形态，生活方式及习惯的观察、分析和研究，通过研究事去理解人的需求，进而去创造满足人们需求的物，再通过对人们使用设计物的过程进行观察与分析，找出其中的问题，加以改进。这是事物发展“螺旋式”上升规律。
校园自助式洗衣机中的事理研究
校园自助式洗衣机产品，涉及到的场景包括校园公共洗衣房，学生的宿舍环境等，学生在具体的场景中与自助式洗衣机发生各种互动，包括行为上互动、信息的传递，因此在事理研究中需要先对场景和学生的行为进行调研活动。调研的切入点将依据设计事理学的理论，按照事的结构予以展开，主要包括高校学生使用自助式洗衣机清洗衣物事件发生的空间环境，事件的主体学生，以及衣物清洗事件中人的行为等因素，以了解校园自助式洗衣机设计的外部因素。
设计事理学对于“事”的考察不在于采样的多少，而在于“质”，即调研的深度和理解程度，强调更深入到现象之中，通过亲身体验了解研究对象的思维方式。因此调研的具体方法上，主要采用用户日记和深入观察的方法。
用户图片日记主要是让被选取的高校学生用智能手机来记录日常生活的衣物存放情况（尤其是已穿过的衣物存放情况）、以及使用自助助式洗衣机进行衣物清洗的情况，还有衣物清洗完的后续处理晾晒情况。
观察法是调查那些在用户图片日记中无法获取的信息，比如高校学生的动态行为、情感及性格特征等，发现具体的细节信息，探究现象背后的意义，以支撑最后设计方案的产出。
具体的调研过程就不在此赘述，上文已给出校园自助式洗衣机“事理”调研的内容和方法，这里给出笔者的一个调研结果。高校学生使用自助式洗衣机的整个过程中问题主要表现几种在以下三个方面：
1、对卫生问题的关注，比如本能地对公共产品的卫生产生心理上的排斥感，自助式洗衣机长期使用后污渍在?韧氨谏系幕?累等；
2、对洗衣效率的关注，比如人多时有限的洗衣机怎样清洗更多的衣物，衣物洗干净后如何提醒学生及时取走等；
3、对洗衣过程便捷的关注，比如及时提前知道洗衣房中是否有空余的洗衣机，无需自己去把握放入洗衣液的量等。
通过对自助式洗衣机的事理研究，将结果进行分析和整合，从中可以发现很多设计机遇，而每一个设计机遇都可以作为特定的设计主题进行概念展开发展，比如针对卫生这个角度，可以考虑在?韧安牧现刑砑涌咕?添加剂，或在洗衣机中增加除菌设备，又或者可以考虑采用?韧翱刹鹦斗绞剑?能独立清洗。由此可见，用设计事理学的方法考虑设计问题始于从“事”中找到特定群体对产品的真实需求，事是问题的来源，是设计的起点，也是设计的评价参照。
总结
作为一名工业设计师，可以从不同的角度进行产品设计，可以是针对现有产品的改良设计，可以是针对未来需求的概念设计，无论采用哪种设计方法，都需要清晰的了解特定群体的需求，针对其需求进行产品设计。设计事理学，作为一种研究用户使用产品整个过程“事”的设计方法学，能沉浸到具体的情境当中去挖掘用户的需求，使得最终的设计更加合情合理。因此，设计事理学无论是对改良型产品设计或是概念型产品设计都能直击用户痛点，准确把握用户的根本需求，无论从理论上还是实践上对产品设计都是有很大指导意义。
第三篇：逆向工程在产品设计实践中的运用
逆向工程在产品设计实践中的运用
陈骏
张强
（沈阳航空工业学院工业设计系 110034）
wtrues@sina.com.cn
摘要
曲面形态的产品设计在当今的工业设计领域是一大潮流。形态独特而又具有优美曲线的 产品也日益成为广大消费者的追求。基于此，在众多的产品设计之中融入了设计师无限的想 象和创造力，曲面造型的产品亦更多的以亲和、人性化的一面呈现在人们面前。
在具有曲面特征的产品设计过程之中，前期对产品形态的创意、构思，是设计师对产品本身造型特征的感性把握；而进入产品设计的后期，即工程、结构设计阶段，此时设计师对产品造型特征曲线、曲面的思考就应带有理性的，定量的分析。逆向工程在设计流程中的介入无疑成为工业设计师进行曲面造型的有力武器。
逆向工程是现代工业设计中最常用的CAID手段之一，作为进行工业设计教育的教学单位，亦是工业设计探索的科研单位，我系始终在教学领域活动向生产力的转化领域中不断尝试，均取得了良好效果，先后与营口尹氏商贸有限公司合作进行了帕萨特、中华、高尔夫轿车用挡泥板设计，以及沈飞日野新一代豪华大巴的前围造型设计，在这两大项目中，逆向工程的运用使得设计生产周期大大缩短，有效节约了人力、物力资源。关键词
CAID、逆向工程、产品设计、曲面
1． 向工程使产品设计流程产生重大变革
在工业设计领域中，许多具有曲线曲面设计涉及到运动物体的外形，例如汽车、飞机、船舶的造型设计，这些交通工具的造型光滑与否直接影响到其运动性能，因此，一种曲线曲面的CAD/CAM造型方法被提出，由此发端也波及产品设计的各个领域。逆向工程正是其中一种最为常用的CAID手段之一。
作为一种新式的产品开发概念，逆向工程技术是一项综合了三维测量、快速成型等高新技术，在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的模型（称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原形CAD模型的过程。逆向工程是近年来发展起来的，并消化和吸收了一系列先进分析方法和应用技术，其主要目的是为了改善产品生产的技术水平，提高生产率，增强企业及其产品的市场竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用逆向工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。因此 研究逆向工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。
逆向工程技术对整个工业设计的意义是重大的。拥有此技术，设计师的设计意图将被真实的再现。以轿车的设计为例，在产品开发前期，设计师的意图形成里草图效果图，胶带图，直至模型制作完成，设计师的意图、理念体现阐述告一段落。如何将这些概念模型转化为产品？接下来的事交给逆向工程技术。以三坐标测量仪为源头，对设计师的模型进行精确的数字化扫描，得到其三维轮廓数据，通常它将使大量的离散点云，结合专门的逆向工程软件对其进行曲面重建，生成实体，配合数字化加工中心，即可加工出模具，投放生产。
相同的设计流程如果针对一些小型产品，那么还可以通过快速成型机制造出样品，甚至可以硅胶制模进行小批量生产，快速地将产品投向市场，以验证市场，既可以为商家抢占商机，也为赢得市场节省大量宝贵时间，并且有效地减少了风险。
由此可见，可以说现代工业设计流程中，逆向工程已然成为产品设计开发不可缺少的有力手段。
2． 工程在设计实践活动中的运用
沈阳是闻名全国的装备制造业基地，放眼全国，制造业的竞争是激烈且残酷的，南方一些地区之所以在改革开放之后成为制造业的又
一生立军，是因为大量高新技术、装备的采用。而对于工业设计而言，CAD/CAM技术的运用无疑是设计向产业转化的纽带。
沈阳航空工业学院工业设计系作为我国东北地区较早开设的工业设计系之一，借助我学院以工科为主的优势，除了进行常规的教学，在设计转化为产品的技术研究上也进行了一些有益的尝试。
以我系与辽宁省营口尹氏商贸有限公司合作开发轿车用挡泥板为例，这是一次典型的以
逆向工程为主要设计开发手段的产品设计流程（见图）。首先，在设计输入阶段，客户先确定希望开发挡泥板的车型（以帕萨特车型为例），设计师在充分调研的基础上，抓住此款车型的造型风格要素：圆润饱满的车体轮廓，车身造型中曲线曲面居多，却又不失刚强。很快设计草图、方案得到客户的认可，接下来就直接在实车上进行等比例的油泥模型造型制作。这中间省略了尺寸线图的制作步骤，因为挡泥板形态复杂，曲面较多，难于用图纸表达，而且因为工作环境的局限（车身下方），因此尺寸图或者胶带图显得毫无意义。依据效果图，在实车的条件下，挡泥板的距地高度，宽度得到确定，造型也得到客户的认可，下一步就进入后期的逆向工程阶段。
通过激光测量仪，油泥模型的数据转化为离散点云形式的三维数据的形式，通常它是由数以万计的空间点构成的，将这些数据导入例如I-DEAS, Surfacer, UG等逆向工程软件之中，进行曲面的重新构件。大致步骤是这样的：①导入点云，移除杂点；②提取特征点云，用来构建曲线；③以购建完成的数条曲线构建曲面；④将曲面物体经过一定工序构建为实体；⑤对此实体进行其他相应的操作，例如加筋板，开安装孔等。当然这只是大概的步骤，曲面重建是一项辛苦的工作，点、线、面构建时的质量好坏，关系到实体构建的好坏，也直接关系到快速成型的成败。在实体CAD模型构建完毕之后，即可进行快速成型，制成试验件，装配在实车上进行验证，如不符合设计要求应修改CAD数字模型直至符合要求，在进行快速成型并验证，待完善之后便可以进行数控模具加工。这样挡泥板的设计就宣告完成。
同样的逆向工程流程也用在了我系和沈
飞日野客车公司的新型豪华大巴设计中。这些造型包括车前脸、前部的大灯灯罩、两侧车体以及保险杠等，这些构件均是玻璃钢件。在整个的设计流程之中，笔者参加了1：5和1:1比例的油泥模型的制作，直至后期的逆向工程。在这期间，我深深的感觉到模型对于产品设计的重要性，可以说设计师的创意，思想均是由模型完全的体现出来：实体模型造型块面的起伏、转折给人的感受是全方位的，不仅可以在各个事件进行观察评价，而且他的形体是实实在在的，可以触摸的。所以要搞好后期的曲面重建，必须对模型本身的造型有较深层的了解，这样在能忠实再现设计师的创意。
在利用ATOS照相扫描系统测取了等比例车体模型点云数据之后，同样对其进行了曲面的重新构建，重新构面是为了在这之后玻璃钢车体的加工过程之中有尺寸参照的依据：客车的结构设计人员可以在三维曲面车体上截取任意的截面线，用来制作装配图纸指导生产。
在曲面重建过程中，我们采用了处理大规模点云的专用软件Surfacer，这个软件的优势在于：可以将一整体点云视为一个物体，运算进程大大加快；针对点云的方便有效的功能大大加快了造型进度。鉴于该点云数据量较大，根据原车造型，我们将其分为若干块进行构建，如灯罩、保险杠、前脸、侧车体等，每个部件之间的装配关系，以及相应的必要尺寸应事先由厂方提供，这些既定尺寸轻易不能更改，在建模中应严格遵循。逆向建模工作是一项费时的工作，和前面所讲述的方法一样，由点到线，再进行构面，每一步都是需要耐心去调整的，因为是初次涉及这样的工程，因此不是一蹴而就的，经过和厂方结构设计人员的多次协调尺寸，最终才能通过。
3． 向工程对工业设计的深远影响
作为教育单位，除了教书育人之外，将理论结合实践，将设计付诸于生产是每个搞工业设计教育者的心声。我系在教学之余（这些项目大都是在假期完成的）曾多次和厂家进行合作开发新产品，将学院的科研优势付诸实践，同时借此提高自身设计、科研水平，以提高教学质量。
工业设计的活动是与商业化、制造、市场紧密联系的，而逆向工程正是顺应了制造业发展的需求而产生的，利用这项技术，商家可以快速抢占商机，赢得市场，有效规避投资风险。
总而言之，逆向工程对工业设计本身而言只是一项先进的工具手段，仅此而已，和设计师本身的理念、创意并没有太大的关系，但掌握了这项先进的设计手段之后将对设计师理念的再现，创意的阐述将起到关键的作用。相信这项技术必将推动工业设计达到新的高度。
参考文献
[1] 刘国玉，沈洁。《产品设计基础》，中国轻工业出版社，2001.5.[2] 陆凯，沈洁。《CAS在产品设计中的综合运
用》，设计之角，2002.3.
第四篇：TRIZ理论在产品概念设计中的应用研究
TRIZ理论在产品概念设计中的应用研究
通过对概念设计的分析研究，阐述了TRIZ的理论体系及其简化的“1141”体系，归纳了TRIZ的理论基础和基本思想，介绍了基于TRIZ的产品概念设计过程模型，分析了TRIZ中技术冲突及物理冲突解决流程以及2种冲突解决原理之间的转化关系。基于TRIZ概念设计过程模型，将TRIZ中技术冲突解决原理及物理冲突解决原理应用于新型旋转展车台的概念设计中，并通过实验研究验证了TRIZ概念设计过程模型的正确性及可行性。
产品创新是企业在市场竞争中取胜的关键因素，而概念设计是产品创新的核心。概念设计决定产品的形状、布局和工作原理等，其质量直接决定产品的最终质量。在产品概念设计阶段快速产生1个有竞争力的产品创新方案，可以帮助企业快速响应市场需求、提高产品的竞争力。发明问题解决理论TRIZ为概念设计提供了切实可行的方向，使概念设计过程变得有序可寻且富有可操作性和可预见性。将TRIZ理论应用于产品的概念设计阶段，可大大提高创新的质量和效率。概念设计
产品设计过程分为产品需求分析、概念设计、技术设计和详细设计等4个阶段。目前的设计过程模型是我国正在推广应用的并行设计过程模型，如图1所示。
图1 并行设计模型
概念设计是构思及选择产品工作原理的阶段，对于已有产品的改进设计，主要是改进部分工作原理；对于新设计，要构思并选择全新的原理。产品创新方案的形成主要在概念设计阶段，概念设计过程所产生的新的原理解具有市场竞争力及实际实现的可能性。
概念设计可总结概括为：概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为1个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。
概念设计是产品设计中的关键阶段，其重要性主要体现在2方面：(1)概念设计阶段在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等；(2)在产品概念设计阶段，由于对设计人员的约束相对较少，具有较大的创新空间。因此重视概念设计，为产品成功走向市场奠定了基础，是增加产品竞争力的根本途径。基于TRIZ的产品概念设计过程模型
2.1 发明问题解决理论(TRIZ)
TRIZ是俄语“发明问题解决理论”的缩写。该理论是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。
(1)TRIZ的理论体系
TRIZ理论体系以辩证法、系统论和认识论为哲学指导，以自然科学、系统科学和思维
科学的分析和研究成果为根基和支柱，以技术系统进化法则为理论基础和核心思想，包括了
解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、解题工具和算法流程。图2为TRIZ的理论体系。
图2 TRIZ的理论体系
山东建筑大学TRIZ研究所张明勤教授则将TRIZ理论体系简化为“1141体系”，即I个
法则(技术进化法则)，1种思想(最终理想解IFR)，4类问题(技术冲突与发明原理、物理冲
突与分离原理、物场分析与标准解、How to模型与知识库)，1种算法(发明问题解决算法
ARIZ)。
(2)TRIZ的理论基础和基本思想
G.S.Altshule:在研究了大量专利后发现:产品或技术系统的进化有规律可循;生产实践中
遇到的工程冲突往复出现;彻底解决工程冲突的创新原理容易掌握;其他领域的科学原理可
解决本领域技术问题。
TRIZ的核心是消除冲突及技术系统进化原理。G.S.Altshuler技术系统进化论指出技术
系统的进化并非随机的，而是遵循着一定的客观进化模式，所有系统都向“最终理想化”进化，系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现，并可应用于新系统的开发，从而避免盲目的尝试和浪费时间。G.S.Altshuler将工程冲突分为技术冲突和物理冲突，解决冲突的传统办法
是最优化和折中法，结果冲突的双方均未得到百分之百满足，因此通常得到1个普通解决方
案，而TRIZ主张彻底解决冲突。G.S.Altshuler从各个不同工程领域的发明专利中寻找并总
结典型的工程冲突以及解决这些冲突的典型发明原理。
2.2 TRIZ概念设计过程模型
TRIZ理论研究的冲突主要包括技术冲突和物理冲突。技术冲突是指1个作用同时导致
有用及有害2种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致出现1个及几个子系统
或系统变坏。，物理冲突是指为了实现某种功能，1个子系统或元件应具有1种特性。但同
时又出现了与此特性相反的特性”。创新的核心是发现冲突及解决冲突。发现冲突是通过对
已有系统或虚拟系统的分析得到的，冲突的解可通过解决技术冲突或物理冲突得到。因此，基于TRIZ的概念设计过程可围绕问题的分析与解决冲突来进行。TRIZ概念设计过程模型
见图3。
图3 TRIZ概念设计过程模型
(1)分析
分是TRIZ工具之一，是解决问题的重要阶段。它主要包括产品的功能分析、理想解(IFR)的确定、可用资源分析和冲突区域的确定。
(2)冲突的解决
①技术冲突解决原理
G.S.Altshuler通过对大量专利文献研究、分析后，为了更好地解决实际问题，总结出39
个通用工程参数和40个发明原理。39个工程参数专门用于描述技术系统所发生问题的参数
属性，有利于实现具体问题的一般化表达；40个发明原理是TRIZ中最重要、具有普遍用途的工具，它开启了l道解决发明问题的天窗，使原来认为不可能解决的问题获得突破性的进
展，40个发明原理现已从传统的工程领域扩展到微电子、医学、管理、文化教育等当今社
会的各个领域。39个通用工程参数和40个发明原理共同组成了冲突解决矩阵。
②物理冲突解决原理
TRIZ中解决物理矛盾有11种分离方法归结为4大分离原理，即空间分离、时间分离、基于条件的分离以及系统级别分离。
TRIZ通过中间工具建立了问题模型和解决方案模型之间的联系，是1种程式化的创新
设计方法。TRIZ具有良好的学习性、继承性和操作性。图4为TRIZ程式化解决冲突的流
程。
图4 TRIZ程式化解决冲突流程TRIZ理论在新型旋转展车台概念设计中的应用
3.1 问题分析
近年来4s汽车专卖店在我国迅速发展，每个品牌的4S店基本上都超过100家，但是我国轿车销售4S店除少数几个中高档品牌外，其余品牌的4S店现状已不容乐观。究其原因，除了国家宏观调控及轿车市场回归理性发展等因素外，成本太高也是不得不考虑的因素。据
调查，其场租每天在8～20元/㎡甚至更高，在目前汽车销售利润很薄的情况下，大部分经
销商很难承受如此昂贵的场租。因此，实现在有限场地展示更多的汽车成为问题解决的唯一
出路。
现有展车模式大部分是静态展车，静态展车模式致使在有限的汽车展示场地展示汽车数
量少，导致展示汽车品种少，满足不了用户多层次的需求。故可将此问题中的冲突定义为：
冲突l——展车数量一展车台尺寸；冲突2——展车面积希望大，这样展车数量就比较多；
展车面积希望小，这样汽车展示比较集中，便于顾客选择。
3.2 系统中的冲突解决
(1)利用技术冲突解决冲突l(见表1)。
表1技术冲突解决表
纵观40个发明原理，可选择15动态化原理来解决问题。动态化原理的具体描述为：使
物体或其环境自动调节，以使其在每个动作阶段的性能达到最佳；把物体分成几个部分，各
部分之间可相对改变位置；将不动的物体改变为可动的，或具有自适应性。
(2)将物理冲突转化为技术冲突解决冲突2冲突2为典型的物理矛盾，物理矛盾比技术
矛盾更尖锐，可选择4大分离原理来解决问题。英国Bath大学的Mann通过研究提出，解
决物理矛盾的分离原理与解决技术矛盾的发明原理之间存在关系。表2为分离原理与发明原
理关系表。
表2分离原理与发明原理的关系
对于冲突2，可选择分离原理中的空间分离原理来解决。将其转化成技术矛盾，则可利
用表2中相应的原理，即：1.分割原理；2.抽取原理；3.局部质量原理；4.非对称原理；7.嵌套原理；13.反向作用原理；17.空间维数变化原理；24.借助中介物原理；26.复制原理；30.柔性壳体或薄膜原理。并通过比较分析以上原理，选定17.空间维数变化原理来解决该物理
矛盾。
空间维数变化原理的具体描述为：将物体从一维变到二维或三维空间；单层排列的物体，变为多层排列；将物体倾斜或侧向放置；利用照射到临近表面或物体背面的光线。
3.3 最终理想解(IFR)
冲突1基于动态化原理，打破传统的静态展车模式，大胆采用动态化展车，将原来静态的展车台变为可运动的展车台。冲突2基于空间维数变化原理，采用摩天轮式垂直旋转方案，展车台单体向空间发展，实现由二维到三维的转变。
综合冲突1、2的解决方案，可得到最终的设计方案——新型垂直旋转展车台，采用整体结构垂直旋转，展车台单体均布于空间同一圆上。新型旋转展车台结构示意图如图5所示。
图5 新型旋转展车台不意图
1．展车台 2．展车台底座 3．毛肢 4.回转机构 5．中间支撑 6．底座实验研究
基于该方案，对新型旋转展车台进行了实验研究与实物设计制造。通过模型制作与运行调试，较为满意地达到了预期的效果，充分证明该结构形式的可行性、可制造性、可装配性、可组装性、可控性等。2008年6月山东建筑大学TRIZ研究所与青岛东轸泊车公司联合研制了3车位新型旋转展车台实物，该实物运行平稳，定位准确，证明了原理的正确性和可行性。结论
TRIZ理论可以让设计者快速准确的找到问题的解决方案，将其引入产品概念设计中，基于TRIZ的概念设计流程图可使问题的解决实现程式化，有规律可循。
第五篇：金属材料在产品设计中应用研究报告
金属材料在产品设计中应用研究报告
——钛合金
一、相关定义
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。α钛合金
它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。β钛合金
它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。α+β钛合金
它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。
三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。
钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。典型合金的成分和性能见表。
热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。
二、应用领域
钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%～25%。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3，飞行高度26212米)，钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°C增加到500～600°C时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%～30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。高温钛合金
世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度[26]。
近几年国外把采用快速凝固/粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固/粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度[26]。
钛铝化合物为基的钛合金
与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料[26]。
目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%），此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。
高强高韧β型钛合金
β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]：
Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；
Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；
β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材；
日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000%，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；
俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上。
阻燃钛合金
常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。
医用钛合金
钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
三、加工工艺
1、热处理
常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和（α+β）合金退火温度选在（α+β）─→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α+β)─→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。
总结，钛合金的热处理工艺可以归纳为：
（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。
（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。
（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。
此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。
2、切削 切削特点
钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：
(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。
(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。
(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。
(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。
在铣削加工中，由于钛合金材料的导热系数低，而且切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，将大大缩短刀具寿命。对于钛合金Ti6Al4V来说，在刀具强度和机床功率允许的条件下，切削温度的高低是影响刀具寿命的关键因素，而并非切削力的大小。
刀具材料
切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。
采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。
注意事项
在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：
(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。
(2)如果使用含氢的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。
(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。
(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。
(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。
(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。
建筑与艺术学院工业设计1101班
尹曦墨
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