首页[速盈注册]平台登录本课程作为工业工程专业的一门实践性强的专业核心课程，其主要任务是学习产品功能的设定、常用材料的种类和特性以及加工工艺、产品结构设计的原则以及与产品造型有关的通用结构设计知识，使学生掌握与产品设计相关的基本知识，具有产品结构设计的基本技能，能够完成简单产品设计中从功能定义到材料选择以及最终的结构设计。
1.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。
1.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。
2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。
2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。
①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。
②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。
③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。
④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。
⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。
⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。
2.3教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。
工业工程是目前世界上被大家认可的可以有效地提高生产效率和经济效益的把生产技术与科学管理有效地结合起来的一门相对边缘的学科。它涵盖了管理工程、制造工程和系统工程的相关内容。伴随着世界现代工业的飞速发展，工业工程专业的课程体系也得到了不断的完善，所含内容逐渐丰富。但随着学科的不断扩充，教学内容越来越广泛，工业工程专业高速发展带来的弊端也日益凸显，尤其突出的就是实践环节薄弱，实际经验不足。这些弊端不能仅从高校单方面的角度来解决，而应该联合企业共同探求实际可行的方案。
工业工程专业以制造业为对象、制造业信息化为背景，培养具备综合应用现代制造工程、现代管理理论、信息技术应用和系统工程方法的知识、素质和能力，培养适应现代企业对生产管理和信息化建设需求，富有责任心、主动性和创造力的，知识面宽、适应能力和沟通能力强，具有解决制造领域复杂问题能力的、既懂技术又会管理的高层次复合型人才。工业工程专业的学生首先应具有较扎实的自然科学基础，以及较好的人文、艺术和社会科学基础，而在素质和技能方面，应具备基本的工程素质，能够看懂工程图纸，并运用机械工程的基本理论和方法解决简单产品的设计、工艺问题。另外，还应掌握包含在工业工程学科里面必需的系统工程、制造工程和管理工程等学科的基础理论和基本技能。在具体实施企业方案时，应能够灵活应用工业工程专业的基本理论和方法，解决企业在生产、物流和仓储管理的实际问题。
本课程作为工业工程专业的一门实践性强的专业核心课程，其主要任务是学习产品功能的设定、常用材料的种类和特性以及加工工艺、产品结构设计的原则以及与产品造型有关的通用结构设计知识，使学生掌握与产品设计相关的基本知识，具有产品结构设计的基本技能，能够完成简单产品设计中从功能定义到材料选择以及最终的结构设计。
2.1 本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中培养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。
2.2 课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。
3.1 选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。
3.2 教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。
3.3 教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。
在面向制造业的工业工程专业总体实训里，结合各校的实际情况，以典型产品的流水线装配设计为主体，总体实训内容分为五个阶段：前期的准备环节、产品设计与组装环节、生产线装配改善环节、三维系统模拟环节、总结交流环节。在这些实训中，可以实现“教-学-做”一体化的行动教学，让理论和实践紧密结合，从而使学生在知识和技能上达到双重提高；另一方面，可以锻炼学生的综合专业知识运用能力，提高团队协作能力，也有利于提升学生的实际动手能力，更好地让学生参与企业模拟项目，融入企业生产实践。在产品设计与组装环节，教师把学生分成六人左右的项目组，根据企业的某一个典型产品布置项目任务书。学生综合考量校内实训基地的实际条件和设备，运用产品结构设计的知识，共同完成项目。在此过程中，教师可以对新产品提出具体的要求，比如产品的结构尺寸不能过大，必须与生产线相匹配；结合人因工程学，运用动作分析和双手操作分析，在工艺上要符合车间的零部件装配顺序，有利于工序和工位的确定；新产品各零部件的装配要牢固可靠，可以满足多次拆卸而不容易损坏；产品的价格应合理，要用最少的成本做出符合客户要求的产品；考虑试验的可行性和零部件的可修改性。
[1]郭艳丽，李亨英，柴春锋.适应社会需求，提高IE人才实践创新能力的因素分析[J].高教论坛，2011（9）.
[2]周梓荣，龚存宇.工业工程专业应用型人才培养体系探讨[J].湖南工程学院学报，2005（3）.
[3]光昕，李沁.高职工业工程专业教育教学探索[J].中国成人教育，2009（23）.
[4]赵涛，路琨.我国工业工程学科的发展研究[J].高等工程教育研究，2003（2）.
[5]陆刚，孙宇博，卢明银，韩可琦.工业工程本科毕业设计与创新型人才培养[J].工业工程，2010（2）.
[6]王建林，马如宏，周峰，董晓慧.工业工程专业实践教学体系探讨[J].高校实验室工作研究，2012（1）.
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
模具产业是浙江制造业的重要组成部分，随着制造业的升级，整个行业已从传统的低端制造转为制造加工手段先进的高技术产业。黄岩模具协会会长说过：“用模具生产的产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍”。这种升级使得行业中的从业人员在具备扎实的专业技能基础上向产品设计方向转变，使自身的技能适应产品设计、研发、模具制造等产品全生命周期的职业技能要求。
为适应制造业发展趋势，促使高职模具专业所培养的学生能够适应这种升级，使自身的技能得到适应与运用，强化学生设计能力培养，基于模具专业成形加工的知识体系，结合产品造型形态、结构与模具成形加工的工艺性对机电类产品设计进行设计，以达到造型美观、具有模具成形加工工艺性优良的产品设计。降低制造成本、提高模具成形产品美感与质量，提升生产效率，提高产品设计创新性与艺术性，做到产品设计的艺术与技术的完美结合。
传统的《产品造型设计》课程是基于工业设计专业知识结构基础上设置，对于缺少美术功底的模具专业学生，课程内容过于理论化，课程结构体系偏向艺术类，学生对课程内容难以理解与把握，很难将所学知识与专业应用结合起来。针对上述情况，结合模具类专业的知识结构对本课程进行教学改革，突出高职办学特点，强化综合能力培养。
1.课程内容体系构建原则。针对模具类专业的知识结构和特点，根据企业对模具人才技能的需求，对课程体系进行优化整合，针对模具成形工艺特点对产品造型设计的要求，有选择地设置课程内容，使课程内容与本专业知识与技能相结合，结合其在今后的工作中对产品造型设计能力的需求，有针对性地进行课程内容与讲授方式的设置，使其在把握产品造型发展趋势、产品造型能力、创造能力、创新能力、艺术审美能力与运用方面得以提升，能够把握产品造型设计方向，切实做到所学知识的“必须”与“够用”。
2.课程内容体系构建.对课程的核心知识点进行提炼，将模具成形工艺与产品造型课程知识点进行有机结合，融入造型设计所涉及的模具成形加工知识点，让学生们在学习产品造型课程的同时，兼顾考虑产品造型的成形方法、成形工艺，让产品造型设计更加符合模具成形工艺性，做到既懂设计又懂工艺，多课程知识点融入，对产品造型在模具专业中的应用有更加深入的理解与把握。
以课程内容第一部分产品造型设计概论为例，该部分具体涉及两个方面的内容，造型设计概念、要素和造型设计基本发展趋势，在课程设计上将上述两个方面的内容与模具知识点穿插结合，将造型设计要素与模具成形工艺结合，汽车造型发展与金属成形、先进汽车模具制造技术结合。融入具体设计案例贯穿知识主线，配合项目任务加深对所学知识内容的全面深入理解。
利用将产品设计知识与理论融入具体的模具成形产品设计案例的方式教学，通过具体产品设计案例，分析讲解其所涵盖的知识点，并构成在模具成形产品设计时所要用到的提升核心设计能力的完整知识体系，使那些不适于工科类学生知识背景并且难以理解的设计艺术类理论内容与具体案例结合，将产品设计造型与成形加工制造工艺相结合，基于模具类学生知识体系与专业背景对设计理论进行讲解，注重结构设计与成形工艺性的结合，设计出符合制造加工工艺的产品。注重理论的理解与实际运用，使学生切实合理地运用相关设计知识，具有进行独立的模具成形产品造型设计的相关技能。
根据所归纳的知识点与知识体系将产品设计所涉及的相关知识内容融入到具体模具成形产品的设计案例中，产品案例的选择具有广泛性与针对性，涵盖工业产品的各个门类，所使用案例产品必须时代性强、代表性强。同时考虑某些产品的更新换代较快，建立相关产品库，跟踪该类型产品的最新发展趋势，以更新融入案例。所融入的案例产品要有相当一部分具有多种设计知识的分析性，可以从设计优劣两个方面进行分析。案例产品对比性强，设计创新性强，能够启发引导学生在开阔思路的同时接受所融入的相关知识点。
教学方式分为理论教学与实践，注重智力技能的训练。每个教学单元应该设置为：提出本单元所涉及的具体问题―讲授融入具体案例的相关知识―扩展讨论―总结归纳―思维训练―课业。构成完整的教学体系，在具体教学中突出互动性，对案例产品所涉及的相关知识内容分析讲授并进行讨论，让同学主动学习，开阔思路，举一反三，触类旁通。案例产品中所涵盖的知识点分析完成后，再从产品案例库中拿出其他产品案例让同学对比分析，分组讨论，分析其中设计理论与知识点的应用，同时在思维训练环节利用系统知识分析设计教师提出需要设计或改进的产品，提高学习知识点的质量。
在理论教学之后，注重相关技能的学习与训练，能够熟练运用专业产品造型设计软件（Rhino）进行计算机辅助造型设计，在进行造型训练中也是针对具体造型案例进行设计造型，在对比与工程类3D软件（如Pro/e、UG）的区别后，在工程类3D软件不擅长的复杂曲面造型领域，采用专业产品造型设计软件（Rhino）进行设计表达，做到软件之间的切换运用与互相补充。
对模具专业《产品造型设计》课程进行教学改革，必须结合本专业学生知识结构体系特点，立足于模具行业对人才的职业技能要求，将产品造型设计课程内容与模具专业所涉及的知识进行整合、提炼，注重所学知识在模具成形加工、模具成形产品设计中的应用。利用案例进行知识点融入，调动学生学习的积极性，引导学生更好、更有兴趣地学习掌握产品造型的设计方法和设计造型理论，与岗位需求相结合，做到知识学习的学以致用。
低成本高性能是价值工程设计评价的最佳方案。降低成本措施存在于产品生命周期的每一个阶段，而设计阶段是降低产品成本的最佳时机。产品设计阶段在确定产品目标成本和成本估算后，应将估算结果与目标成本进行对比，对于超过目标成本的成本项目，需寻找降低成本的途径。降低成本求解是一个复杂的基于知识的推理过程，如何兼顾技术性与经济性是产品设计过程降低成本的关键。设计师在长期的产品设计实践中已积累了大量的降低成本的知识和经验，这些知识和经验可作为降低成本的设计准则知识表示，在设计过程中有效地约束和指导设计，合理地进行知识表示是建立知识库，进行知识推理的基础。建立一种合理可行的成本降低知识表示方法，既符合成本项目特点、又符合产品技术性能，是本文研究的重点核心期刊。
所谓知识表示[1]是利用计算机能够接受并且进行处理的符号和方式来表示人类在改造客观世界中所获得的知识。知识表示是智能研究的基础，其表示方法往往直接影响到专家系统的能力和问题求解的效率，不同领域的问题通常具有不同的特点和属性，因而其知识的表示方法也不尽相同。产品设计阶段降低成本的过程实质上是一个基于知识推理的过程，复杂的降低成本的知识体系构成了降低成本的求解网络，为获得合理的推理结果，必须先建立科学的知识表示。
产生式知识表示法是1972年，纽厄尔和西蒙在研究人类的认知模型中开提出的[2]。产生式的基本形式是PQ 或者IF P THEN Q。其中P是产生式的前提，也称为前件，它给出了该产生式可否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成；Q是一组结论或操作知识表示，也称为产生式的后件，它指出当前题P满足时，应该推出的结论或应该执行的动作。
框架式知识表示法是70年代美国M. Minsky 提出的，框架是把某一特殊事件或对象的所有知识存贮在一起的一种复杂的数据结构[2]。一个框架就是描述一个实体类（ENTITY TYPE），它包含一组“槽”(SLOT)，每个槽可填以值或指向其他框架的指针。槽下可细为“侧面”(ASPECT)，每个侧面可有各自取值，作为对槽的进一步说明。
产生式表示法适于表示过程性知识，不善于表达结构性知识，而框架表示法适于表示结构性知识，不善于表示过程性的知识，因此，将框架表示法与产生式表示法结合起来使用，以取得互补的效果，并且易于推理。产生式-框架表示的方法是：进行知识表示时是以框架表示为主体知识表示，把产生式规则嵌入到框架中.然而在实现时，框架可以调用产生式规则，产生式规则也可以调用框架，因此产生式规则与框架是融合的。其主要特点如下：
l推理灵活多变，框架中没有固定的推理机制，它可以根据需要通过过程附件灵活地实现多种推理。
成本降低知识是在估算成本高于目标成本的情况下，寻找一种合理降低的途径的知识，是期望制导处理形式。而框架式结构利用“槽”与“侧面”能说明期望信息，并且一个“槽”可附加一个过程，说明在需要的情况下如何求“槽”的值，这种知识表示方式可满足人们在特定环境寻找期望值的要求，有利于“期望制导”处理。
框架结构通过对“槽”与“侧面”的填值可增加知识知识表示，其动态衍生性符合成本降低知识的广泛性与扩展性特点；框架结构将实体相关的属性聚到一起，即能将一类成本降低知识组织起来体现相关性，并且利用“槽”与“侧面”体现层次性；框架结构可以提供缺省值与公共属性满足成本降低知识的通用性要求，也可利用表示过程与特殊说明性的知识解决冲突。
合理地进行知识表示是建立知识库，进行知识推理的基础。知识库大多以关系数据库形式建立。成本对象具有很强的层次性与相互制约性，采用产生-框架式知识表示，在建立知识库时，根据不同的成本项目层次分设实体类、槽、侧面数据表，每个子类都引用父类的主键作为外健以实现继承关系。不同层次的成本实体类、槽与侧面间及其约束关系间存在一对一、一对多或多对多关系，根据一定的映射规则将这些关系映射到数据表，可以实现不同成本对象间的连接。知识库中的知识类之间或知识类中的规则之间的调用及其关系者能自然形成推理树，推理树的根节点是总的降低目标，对应着相应的成本项目，是推理的入口，叶节点就是要得到的结论或计算结果知识表示，对应着定性知识规则或具体措施，是推理的出口（终止节点）。符合成本控制知识的特点。
控制成本是与产品设计各阶段各过程紧密联系知识工程，在控制成本时还需考虑质量、成本项目之间的设计约束条件。因此，控制成本需通过专家系统进行知识管理，建立知识库进行有效推理得到合理结论。知识表示问题是知识工程的基础，成本知识库是成本控制知识模式的核心，因此本文在建立成本知识库的基础上构建成本控制的知识模式。体现知识库中知识存存储与表达核心期刊。
首先，采用产生-框架的知识表示方法，根据成本知识的分类将成本知识划分成不同的类层次结构，并分析成本知识对象之间的约束关系。
其次，由于目前数据库具有成熟的组织策略，把数据库管理技术引入知识库的组织已成为一种有效的途径。按照对象-关系的映射策略，将对象模型映射到关系数据库中，采用关系数据库的管理技术实现成本知识的组织。
最后，借助联机分析技术、数据挖掘技术和Agent技术知识表示，构建以成本知识库为核心的成本控制模式，实现成本知识在成本控制决策过程中的应用、成本知识间的约束关系和对成本知识的反馈。
根据成本知识的分类，采用面向对象的方法，将成本知识按一定的层次结构进行组织，如图1所示。图中三角形表示继承关系，小菱形表示聚合关系。
产品成本是最高层次的知识类，包括成本ID、名称、产品目标成本等属性，方法和规则主要包括成本估算、成本分析、成本降低等各种方法及其规则。设计成本、工艺成本、采购成本、生产成本和销售成本是四个子知识类，继承产品成本类的属性和方法以外，具有自身特有的属性、方法、约束和规则。由于面向对象方法允许存在嵌套结构，类的属性也可以是对象，如设计成本的设计成本元，可以是一个对象，包含自身特有的属性和方法。
知识表示的最终载体是知识库，按照目前成熟的关系数据库的管理技术实现对知识库的组织知识表示，必须将各种对象及关系映射到表。如图2所示。
对象类映射到表的实现：为每一个框架元素（实体、槽、侧面）建立一张数据表，每张表仅包含相应类的业务属性，同时指定非空主关键词。每个子项都引用父项的主键作为外键以实现继承关系，采用SQL 代码创建，建立对主关键词的索引，SQL 层把域映射到数据类型[3][4]核心期刊。
关系映射到表的实现：不同层次的成本对象间及其约束关系间存在一对一、一对多或多对多关系，根据一定的映射规则将这些关系映射到数据表，可以实现不同成本对象间的连接。如多对多关系则通过引入一张关联表，用以维系两个以上表之间的关联。关联表引入相关各表的主键作为自己的外键。
根据映射规则将对象类和关系一一映射成关系数据表，构成如图3所示的数据库结构。
产品成本表中包括了所有的成本要素，通过产品ID与产品表及其子类映射成的数据表关联；成本估算表、成本分析表、成本降低表中的各成本知识对象同样对应成本ID，与产品成本表相关联；成本对象间的约束关系反映在约束关系表中，约束关系表引入成本知识子类的ID作为外键，以此来实现相关知识对象间的链接。
降低成本是与产品设计各阶段各过程紧密联系的复杂任务，在考虑成本降低的同时知识表示，还要考虑设计约束必须被保证。成本降低途径应通过专家系统建立知识库进行有效推理得到合理结论，知识表示问题是建立知识库的基础，体现知识库中知识存存储与表达。采用上文描述的知识表示方法，知识库中的知识类之间或知识类中的规则之间的调用及其关系者能自然形成推理树，推理树的根节点是总的降低目标，对应着相应的成本项目，是推理的入口，叶节点就是要得到的结论或计算结果，对应着定性知识规则或具体措施，是推理的出口（终止节点）。符合成本降低知识的特点。
[3]刘晓冰，杨春立，孙伟.产品设计知识库建立方法研究.计算机集成制造系统-CIMS，2003（8）：621-625
[4]朱连章，杨杰.对象/关系映射的基本策略.微计算机应用，2006（9）：585-58
科学技术的飞速发展，使产品功能的要求日益增多、复杂性增加、寿命期缩短、更新换代速度加快。然而产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段则显得力不从心，跟不上时展的需求。在经济全球化的环境下，机械制造业的竞争实质上是产品设计的竞争。如何快速地进行机械产品的开发是提高制造业市场竞争能力的一个关键问题，进行机械产品现代设计理论、方法和应用技术的研究是十分重要的一项基础性工作。
目前计算机辅助产品的设计绘图、计算、加工制造、生产规划已得到广泛深入地研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计需要。为此本文概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采取的方法，并讨论了各种方法间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成有若干设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机联系，并具有层次性，所有要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
用五个设计元素（功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数）描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。
研制出设计分析和引导系统，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的链接。
将产品的方案设计分为“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
在方案设计过程中采用“要求一功能”逻辑树描述要求与功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求一功能”逻辑树建立“要求一功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解（如通用零部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解。这样能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整。由此提高设计效率和设计的可靠性，同时降低新产品的成本。
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已储存的领域知识和建立的推理机制，实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。想要实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在进行机电产品设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段。
4.1.产品规划一构思产品。任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出来，建立能够体现整个产品外形的简单模型。立体模型是检验外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。
4.2.开发一设计产品。该阶段主要依据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型之后，即可对产品的配置进行分析。
4.3.产品规划一加工和装配产品。该阶段主要是装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图形显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法
值得一提的是，上述各种设计方法并不是完全孤立的，各种方法之间都存在一定程度上的联系。如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想；建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法；此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之
网络技术的蓬勃发展，使得异地协同设计与制造，以及从用户对产品的功能需求一设计一加工一装配一成品这一并行工程的实现成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。
机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造的需求方向迈进。综合运用文中的四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。国外在这方面的研究已初见成效，我国的设计学者应该意识到与国际交流合作的重要性，并采取积极的措施。
火电厂的阀门作为一类通用的机械产品，其产品设计知识具有一般机械设计知识的特点，同时，火电厂阀门产品在结构和设计上又有不同于一般机械产品的特殊之处。因此，针对火电厂阀门产品的结构特点和设计过程，确定其产品设计的领域知识构成，构建火电厂阀门产品集成知识模型，实现火电厂阀门设计领域知识的合理表示是知识支持机制研究的前提。
来阻止介质通过。从理论上讲，用先进加工技术，把密封副两密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕迹非常细平，然后两密封面相互接触成为密封副，当给密封副加上外载时，在相互挤压作用下，两密封面之间细小加工痕迹被压平，两密封面之间完全接触。于是阻止介质从密封副两密封面之间通过，密封副达到密封。在现实中，无论什么先进加工技术，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕迹非常细平。因此，在实际密封面上，总是存在着因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同样用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，两密封面相互接触不可能完全面面接触。当两密封面相互接触时，首先因两密封面平面度原因，使得两密封面接触不是内边缘接触外边缘不接触，就是内边缘不接触外边缘接触，然后，在接触部分中，凸峰与凸峰接触，凹槽与凹槽形成沟槽通道。当给密封副加外载时，其作用是相互接触的凸峰产生弹性变形或塑性变形，扩大两密封面接触面积，减小沟槽通道直径，但不可能达到沟槽通道消失或两接触面完全面面接触，因为两密封面存在平面度问题和外载大小受限制问题，两密封面之间因加工精度引起的沟槽通道中，有部分沟槽通道是畅通一段距离后被凸峰阻死的，有部分沟槽通道是截面积变化大，流道小，长度长，一端接通外腔，另一端接通内腔畅通通道，那些被凸峰阻死的沟槽通道，虽然存在，但已被阻死，已达到密封效果，那些两端畅通的沟槽通道，是密封副密封与否的关键，当畅通沟槽通道直径很小，其最小直径小于介质分子直径时，密封副达到密封，此密封称绝对密封。当畅通沟槽通道有部分直径大，其最小直径大于介质分子直径时，介质可以通过这部分畅通沟槽通道由外腔流向内腔或由内腔流向外腔，但这部分畅通通道截面积变化大，流道方向变化，介质若从一端流向另一端是非常难的，其通过流量非常细小。当整个密封副畅通沟槽通道流量全部汇加起来，在规定时间内总流量小于一滴或一个气泡时，也可认为密封副已达到密封，此密封称为相对密封。
火电厂阀门的总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性，以及操作、制造、安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。这些要求反映在阀门设计的基础技术数据上，即所谓的“设计输入”，主要包括阀门的用途或种类、介质的工作压力、介质的工作温度、介质的理化性能等，同时对于火电厂阀门与管道的连接形式以及阀门的驱动方式也有很高的设计要求，根据使用要求和相关设计标准，确定阀门产品的总体设计要求。总体设计数据作为阀门主要结构和性能参数，导航和影响了整个产品的详细结构设计过程，决定了产品各结构参数的组成、选择和驱动。因此，可将上述参数定义为产品实例的索引属性，作为产品级实例检索与重用的依据。
阀门产品作为一类通用的机械产品，其产品设计具有一般机械产品设计的特点，同时，又必须遵循阀门行业和各自生产企业所特有的设计规范，阀门产品设计中涉及相关的工业标准、设计准则、设计经验、设计实例等多方面的设计知识。
火电厂阀门产品设计必须在相关的标准规范下进行，阀门产品所采用的设计标准，从标准级别来讲，可以分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标准。另外，阀门产品设计的相关标准有不同的适用范围，有些标准是适用于各类阀门产品的，如阀门的公称通径标准系列和公称压力标准系列等；有些标准是针对具体的阀门品种的，如蝶阀阀座最小流道通径标准、法兰连接蝶阀结构长度系列等。
针对火电厂阀门企业而言，在长期的阀门产品设计、生产过程中，会积累大量的经验知识，这些经验知识主要体现在阀门产品的一些关键设计参数的取值，经验设计算法，具体阀门产品的典型结构和外协外购零件的供货信息等方面，经验知识有些存在于设计人员的脑海中，有些存在于已完成的产品设计实例中，往往不够集中，不够明显。火电厂阀门产品设计中的经验知识主要包括以下几个方面。其一，关键设计参数经验值在火电厂阀门产品的结构设计中，有一些关键的设计参数，如阀体壁厚、阀板厚度、蝶阀阀杆直径、蝶阀偏心尺寸等，这些参数作为阀门产品设计的重要结构参数，直接影响阀门产品的设计质量，对这些参数的设计计算，在相关标准和手册有些提供有计算公式，但很多公式也属于经验公式，由于阀门产品设计工作情况复杂，需要考虑的问题是多方面的，很难用精确的物理模型或力学模型进行描述，例如，阀体壁厚的计算是按强度进行考虑的，但对大口径的常、低压阀门，刚度成为设计的首要问题，在刚度计算模型不够精确的前提下，经验数据往往具有更大的参考价值。其二，经验设计算法在阀门产品设计时 ，一些重要零部件的关键参数需要进行设计计算或校核，在相关的阀门设计手册中，提供了相关的经验算法，另外具体的阀门生产企业在长期的实践中，也总结了特有的经验算法，如双偏心蝶阀密封锥角的计算，三偏心蝶阀锥偏角和密封锥角的确定等，在实际产品设计中发挥着重要作用，是领域设计知识的重要组成部分。其三，在典型结构阀门产品的设计长期设计经验中，企业对有些零部件积累了丰富的可选设计结构，如双偏心蝶阀的密封结构，根据密封形式的不同，可选择不同的密封结构，分别对应着不同的阀板和阀座结构。
在明确火电厂阀门产品设计领域知识构成的前提下，依据阀门产品结构和设计特点，结合具体阀门产品的结构构成和设计流程，构建阀门产品设计的集成知识模型，实现设计知识的全面综合表达，是实现知识驱动的阀门产品设计的基础和前提。在产品族本体模型之下，针对特定的火电厂阀门品种，可以进一步构建详细的产品本体模型，通过对阀门产品总体结构和设计过程的研究分析发现，阀门产品设计在总体设计参数定义之下，按照设计过程确定的零部件生成顺序，零部件间在结构和尺寸参数方面具有很强的继承性和设计关联性，产品上级构件的结构形式与尺寸参数，定义或导航了下级结构构件的生成。因此，按照零部件间的装配和设计关联关系，基于设计单元构建特定阀门产品的本体模型。
结合火电厂阀门产品的结构特点与设计流程，明确了阀门产品设计领域知识的构成和分类，运用本体论和面向对象的思想和方法，完成了基于设计单元的火电厂阀门产品本体模型的构建，在此基础上构建了火电厂阀门产品设计的集成知识模型，实现了火电厂阀门产品领域设计知识的分层次综合表达。
工业设计教育的特点在于它的综合性、创造性和实践性。综合性是指工业设计专业学生除掌握必要的机械工程技术知识、美学知识、绘画技法以外，还涉及人机工程学、消费心理、生理学、市场学、广告学等多学科的综合性知识。它要求将产品的功能、技术、文化和人文意识、民族风格等各种要素以恰当的形式表现于产品设计当中。创造性是工业设计的灵魂。产品设计追求新颖、独特、合理，新造型、新功能、新技术、新材料、新结构、新工艺都会导致新产品的出现，从而推动企业的发展。
(一)工业设计专业建设的指导思想我校本专业人才培养目标是德、智、体全面发展的，熟悉职业教育教学规律，掌握较扎实的工业设计专业基本知识、基本方法和基本技能，具备工业设计领域工程审美意识、设计能力、艺术创造能力、工程实践能力、管理能力，能在中等职业技术学校从事本专业理论教学与实践教学工作，并能够从事产品设计与开发等方面工作的专门人才。在培养规格方面，掌握本专业领域的基本理论知识。主要包括工业设计工程基础、设计基础、设计表达、人机工程、设计材料及工艺、计算机辅助设计和产品设计等方面所必备的专业知识。具备产品设计的一般原则和方法，具有一定的分析解决工程实际问题能力及工程设计能力;手绘表现能力、鉴赏与创造能力、计算机辅助设计能力以及模型制作技能。
(二)重新调整课程体系，优化教学内容使课程与课程之间无重复，做到有序衔接。通过十几年的实际操作和专家的评审，发现了一些课程上的问题并作了及时的修正。在修正的过程中，本着优化课程体系、改革课程内容和方法、突出专业特色的人才培养模式的原则，逐步对不合理的课程进行调整。例如:注重手绘能力的提高，为后继课程产品设计速写打下良好基础，因此增设了“设计速写”、“快题表现”等课程。注重计算机绘图软件技术的应用和提高，增设了“计算机辅助平面设计CAD”和“计算机辅助设计Pro/E”等工程绘图软件课程。为了提高学生的实践动手能力，增设了“视觉传达设计”、“计算机辅助设计”等课程的课程设计。
(三)根据就业市场的需求，调整课程设置，使课程衔接更合理规范在调查中发现，徒手表达课程和计算机绘图软件课程尤为重要。由于我校工业设计专业是工科，学生在入学前没有绘画基础，在学习绘画课程很困难，面对学生的薄弱环节，除了加强课堂训练之外，带学生参观各类艺术设计作品展，来开阔学生的视野，提高学生的审美能力。在计算机软件的学习中，鼓励学生报考与本专业相关的各类国家劳动人力资源部下发的正规资格证书。另外，带学生到设计公司实习实践，真正提高学生的设计水平。
(四)重视机械类产品的内部设计国内传统工业设计教育在教学过程中普遍存在着强调外观造型而忽视技术的现象。在教学过程中尽可能地从设计的角度来讲解相关的知识，从产品的外形、结构到生产工艺等因素全面要求，促使学生运用所学知识去深入地研究产品，将书本知识转化为实际的设计能力，完善自身的知识结构。由于我校工业设计专业开设在机械工程学院，而且地处汽车重工业发源地，因而在培养方案中工程技术方面的课程就显得非常重要。为了提高学生的实践能力，我校工业设计专业与汽车厂建立了实习基地，使学生深入了解汽车生产线，了解机械产品的内部结构，了解产品外观与内部的紧密结合过程。在不断的实践过程中，我校工业设计专业已经与企业合作完成了大型收割机的设计工作，从而提高了学生的实践能力和对学习的积极性。
工业设计在我国还是一门新兴的、实践性和应用性都较强的边缘交叉学科，其特点之一就是综合性强。这就决定了目前我国的工业设计教育的招生范围比较宽泛，工业设计专业既可以从理工科考生中招收，也可以接收艺术类考生。目前，全国已有多所高校实行文理兼收模式，并分别设置了不同的教学培养计划和课程体系。其中工程基础的学习是工业设计专业必不可少的，特别是对是艺术类学生工程基础的教学内容、知识深度、实践内容以及训练方式等是值得探索的。
重庆大学从2003年开始招收文科艺术类学生，在学生基础类型不同的情况下，我们对培养计划作了很大程度的调整。特别就艺术类工业设计专业学生的工程基础教学问题作了一些探索。通过两届教学与实践取得了一些效果，介绍于此供同行探讨。
关于艺术类工业设计专业学生是否有必要学习工程基础知识，怎样学习一直以来都是工业设计教育人士探讨的热点问题之一。工业设计的跨学科性决定了它是一门综合性极强的学科，涉及社会学、心理学、行为学、人机工程学、艺术、文化、工程技术、环境、管理等多门学科。也就是说，它所培养的人才应该既具有良好的工程技术基础知识，又具备优秀的艺术素养的综合性人才，艺术类学生的知识结构决定了他们有必要学习相应的工程技术知识。同时，工业设计又是一门实践性很强的学科。它不仅仅是一个概念、一个创意，同时还必须存在将其转化成现实产品的可行性。设计的可行性离不开分析、研究并解决材料、结构、制造、加工以及表面处理等问题，这就决定了工程技术知识将成为所有工业设计专业学生的必修课程。
工业设计学科具有创新性。传统的工业产品逐步被高新技术产品及服务所取代。工业设计与先进的生产技术、制造技术(CAD／CAM)相结合，正在进行着一场新的技术革命。设计只有紧跟时代步伐并超越时代步伐，才能体现时代特性，发挥创新本质。艺术类学生有必要熟悉常用工程材料，初步掌握典型成型方法，了解与现代设计及制造有关的新材料、新工艺、新技术及发展趋势。
工业设计还具有系统性。从最初的概念策划到最终的产品原型制作及相关辅助推广行为乃至广告等，每一个概念都须经过严格的程序规范以及反复加工审核过程。这种具有典型的开发与完善性质的系统性工程，要求工业设计人员必须具有广博的知识，扎实的学科基础。深度适宜的工程学科知识对艺术类学生来说是必不可少的。
艺术类学生学习设计有其自身的优势，如设计思维活跃，空间想象力较好，表现能力较强，视觉洞察力敏锐，有较强的审美鉴赏能力和外观造型能力等。但同时也存在不容忽视的缺陷。由于艺术类学生的知识结构不均衡，知识体系不够完备，由于缺少工程基础知识做依托，部分创新思维与具体实现之间有一定差距而缺乏创新价值，结果使得许多优秀的造型效果却找不到实物载体。工程基础知识是创新产品与实现产品商品化的重要基础，是连接设计理想与商品现实的纽带和桥梁。因此，在设计教学中应当努力弥补艺术类学生的科学和技术知识方面的欠缺，使其更好地发挥其专业特长，培养基础知识较全面的设计专门人才，创造既有实用功能又具时代美感的设计。
为了达到以上目的，我校工业设计专业精心设计和安排了“创意机构设计”这一课程，并与重庆大学工程技术培训中心一起，共同对工业设计专业艺术类学生进行工程基础的培养和训练。
该课程是工业设计专业的必修课，是不可忽视的重要环节。以往工业设计理工类的学生工程知识的学习是分别以几门课程的教学来达到目的的。如机械原理、机械装备、机械传动、机械零件加工等。艺术类的学生要在有限的学时内掌握这些内容是相当困难的，需要一本深入浅出的又能使学生能够理解的综合性的工业设计工程基础教材。为此，在教育部工业设计教学指导委员会的组织下，重庆大学高敏、张成忠老师主编了《工业设计工程基础Ⅱ》――创意机构及控制基础国家“十五”规划教材。同时，将以前机械基础的几门课程去掉，以一门“创意机构设计”课程取而代之。课程教学目的是通过学习使学生了解工程技术在工业设计中的重要性，使学生在设计中具有较强的功能和结构意识。该课程介绍了机械运动、运动的传递等基础知识，并在以浅显的例子说明各种常见机构的原理的基础上，用形象的语言和图形讲解机械的构成和传动的基本原理。其核心教学内容如下：
为了使艺术类学生容易接受，在教学中，有意识地避开了较难懂的机械原理部分，深入浅出地讲解了机构的工作原理及其运用场合。鉴于工业设计专业与工程设计的区别以及学生的特点，所有内容都是以图形讲解和说明定性的功能动作为主。避开繁杂的定量计算和参数设计，采用图片及多媒体的形象教学，使学生对较陌生的工程知识有较为直观的实际感受。
在理论教学的同时，以大量实际应用的例子说明各种机械元件的选用并布置必要的练习。该课程的练习主要是围绕机构的功能设计而安排的，主要命题是在产品设计中如何考虑功能动作及如何选择合适的功能元件实现产品的功能，使学生进一步了解工业设计与工程技术的关系、内在机构与外观设计的关系。对于一件产品的设计，外观设计在很大程度上是依附内部功能结构的，外观造型的设计必须了解内部功能件的布局情况，哪些是可以调整的那些是不可以动的，使其在今后的设计中建立起完整的设计概念。
为了加强和巩固学生的学习效果，由于课时的限制，该课程仅安排了18个课时的实验，但是，该课程的实践安排有意识地与金工实习的末尾连接起来，使实践环节内容更加丰富、时间更加充分、效果更加明显。实习与实践共两个主要环节和一个附加环节，均在重庆大学工程技术培训中心进行。
列室和加工车间进行的。主要是使学生认识机械的构成、各部分得名称、功能以及相互配合所实现的功能动作。在有安全保障的情况下，让学生适当操作并加工简单的零件使其获得机械设备的操作实感、了解材料的加工性能和零件形状和加工工艺之间的关系以及增强今后在设计中的工程意识。
学生操作实践的机械加工环节有钳工技能、车床操作、铸造技术、焊接工艺、数控机床操作等。这一过程相对时间较长，在其间得到技术人员和工人师父的耐心指导，认识和技能都得到了很大的提高。
第二个环节是设计与制作。设计的命题有两种，一种是假想命题即小产品的创意，这和工业设计专业联系较紧。所要求设计的产品一般较小、适合于快速设计和动手制作，通常为随身小饰品之类。要求学生在老师的指导下短时间内创意完成，选择合适的材料和加工方法自己动手制作完成。2003级的命题是设计和制作一个挂饰件，学生根据设计选定材料并自己加工成型。
第二种命题是参与工程技术培训中心产品的改良及部分简单加工工作。例如2004级的命题是设计一款作为公共场合的手触式智能查询机，要求外观新颖、结构合理、具有一定的市场价值。学生在制作工程中使用了在实习过程中所学到的方法。首先要用钢筋制作查询机的骨架，制作出合适的曲线，然后焊接成框架；其次要将铁皮切割成合适的形状，对框架实行包裹，同时留出安装显示器和主机的位置；最后对显示器和主机进行安装。这类题目的特点是学生有一种真正的与社会接触的感觉，所学得的知识和技能也是非常有针对性的，缺点是课题的类型和工作量不一定适合专业的特点。
第三个是附加环节，鉴于艺术类学生的特点，要求他们在参观和实践的间歇画一些关于产品及机械的速写。这一个环节可以使学生参观和实践的时候不是走马观花，而是要用心。要画速写就必须观察，特别是要描绘机械部件的相关关系，没有仔细的观察是不行的。由于与艺术表达直接相关，这一环节一般都能较好地完成。
由于“产品创意设计”课程在理论教学过程中穿插大量浅显并具典型性的例子，使学生基本掌握了工业设计人员必须具备的常识性工程基础知识。该课程教学内容的针对性和系统性适合艺术类学生的学习特点，形成了艺术类学生知识结构的有力补充。
在实践教学中，参观认识、实际操作两大环节相辅相成，在很大程度上巩固和丰富了理论教学内容。对机械零件陈列室和加工车间的参观使学生认识了各种机械零件的基本形状及其特点，了解其材料及用途；在认知普通加工机床的基础上了解各种机床的加工方式及功能特点；参观现代加工设备使学生了解了现代加工技术并使其能够有意识地在设计中融入最新加工技术。特别是第三个附加环节，通过教学实践，证明这个与学生爱好特点相结合的环节对集中学生的注意力和增强认识深度是有效的。
对车床、刨床、钻床、铣床以及常见钳工工具等的操作塑造了学生对机械机床的实感体验，理解并掌握其基本操作规则和方法。在制作实体产品的过程中，学生通过综合运用理论、参观与实际操作知识，对于产品中机构的连接与固定，材料的选择，加工手段与方法以及加工的可行性与精确性有了进一步的认知。
在参与产品改良的实践后，学生的设计制作体会是：“通过这次实习让我们亲身体验到了什么是设计，在设计过程中要注意什么。在这次设计中每个细节，每个步骤都那么精细。在设计过程中不仅要考虑到产品外观，还要考虑到产品的结构和使用性，考虑到产品的制作工艺，要设计出能做出来的产品。通过这次实习提高了我们的动手能力，很有成就感。同时，也提高了我们对设计的认识程度”。
部分艺术类学生对工程基础知识的学习并未引起足够的重视，认为工程知识并非艺术类设计人员解决问题时的必备知识。这种漠视心理导致其对工程知识的学习产生一定的排斥情绪。艺术类学生的思维特点决定其对工程图认知能力较差，绘图缺乏一定的规范性。同时，对于基本概念的透彻理解也存在一定的难度。
在对机械产品设计进行的数据管理中，有大量的产品开发信息需要保存下来，但这些数据管理并没有形成系统管理，查找起来有一定困难，因此对产品设计的再利用率也随之降低，怎样才能对纷繁复杂的产品设计进行快捷式的查询管理呢？相关人士在设计配置，设计规则等方面，提出了可以进行嵌入式服务的管理机制，这是一种由被动变主动的知识规则化配置，可以提高机械产品设计的重用率，相较于推送式的管理办法，嵌入式能够更及时准确地提供所需知识。
通过对产品实际设计中典型特征的研究与分析，我们可以从以下五个方面进行总结：
从产品设计角度看，设计知识的来源具有多样性，它可以是设计规范、计算机程序、产品模型、或设计经验、仿真试验、客户反馈等等，等诸如此类的信息还有很多很多，由此可见，设计知识的多源性。
在产品设计过程中，设计知识会随着人的变化而变化，无论是设计规范，还是设计经验，都是从零开始，从无到有的，而在这一过程中，应用也好，存储也好，产品设计都会围绕着人而展开，且密不可分。
虽然设计过程源于企业的各类信息与数据的收集提炼，再经过创新、生产的过程，但产品设计也包括对原产品的技术升级，因此，产品设计的过程都是有一定内在与外在的必然性联系的。
设计规范、设计手册、产品模型、计算机程序等都属于设计知识的来源，所有设计知识都将通过计算机进行存储与转换，他们会以不同形式展现着设计知识所存在的差异性。
设计对象即指我们最终所要生产的产品或零部件，在设计一个产品时，人员可以变，设计方案可以变，但设定的产品本身是不可变的，它具有一定因素上的相对稳定性。
通过对产品设计五方面的特征分。
