第一篇：機械創新設計論文

可以給電池充電的鞋子

引言

現在電池充電的方法很多，最常見的是直接把電池插入充電器中再插在家庭用電插座上，還有是利用太陽能進行對電池的一種充電方法，再者手搖對電池充電的裝置。先說家庭式充電方法，在家里確實很方便，電池沒電了，只要往插座上一插，就可以實現充電了。但是如果在外面碰巧電池沒電了，你是否會很焦急？然后是陽關充電，試想一下，如果遇到了陰天，霧蒙蒙的天，還有下雨天，那該怎么辦？再者是手搖，用一次，兩次這種方法倒覺得還可以，用多了你是否會有一種疲憊的感覺。

在此，我們可以設計出一種可以隨時隨地充電又不用手動的電池充電方法，創新來源

隨著科學技術的不斷進步，電池已經成為人們必不可少的工具之一，它為人們的溝通、學習甚至是娛樂都提供了極大的便利。手電筒，電動剃須刀，小型風扇，收音機，數碼相機，它無處不存在。

像數碼相機，作為一個將美好時刻幾年下來的媒體，它必定是現代人們出門旅游隨身攜帶的工具。但是數碼相機在帶給人方便的同時，也給人們帶來了一些煩惱。我們能想象到，如果你在旅游時看見美好的事物或者風景名勝，想要留下這一美好觀景的時候，卻發現數碼相機的電池沒有電了，這時候你肯定會急得像個熱鍋上的螞蟻。而

旅游時間這么漫長，隨身攜帶大量的電池似乎并不是一個很好的辦法，電池再多，也難免會有用完的時候。

我們也知道，從我們出生下來幾個月以后，就可以開始學習走路。試想一下，到我們老的時候，我們走過的路有多少？全世界的人，每個人每天都要走路，如果能夠充分利用人走路時的能量，那將是一種很可觀的能源來源。

將這兩個課題聯系起來，由此我們可以設計出一種可以給電池自動充電的鞋子

設計思路

一、設問檢查型創造技法：先假設一下電池沒電時會怎么辦，然后指出攜帶幾塊電池并不是一個很好的辦法。最后想出一個比較好的辦法來解決這個問題。

二、組合思維的方法：將看似毫無關系的鞋子和充電器以及人每天走路時的足部運動結合起來，組成一個新的物品來解決實際生活中遇到的問題。

三、聯想思維的方法：由電池沒電要充電想到隨身電源和利用身邊可以利用的能量進行再利用，由此聯想到把鞋子和電池充電器結合起來，既可以充電又能實現節能的目的。

四、分析列舉法：分別將鞋子、電池充電器、充電槽（兩者結合的形式）、彈簧震動幾種生活中常見的物品羅列出來，然后進行組合，形成一個具有新的作用的物品。

所需器材

鞋子，充電電池，充電器，彈性裝置，磁鐵，導線若干，設計原理

首先，我們在鞋的后跟處構件處設計一個類似于抽屜的裝置，裝置里面裝的是充電器，不過這個充電器和一般的充電器是有不同的，此裝置處的充電器不需要利用電源，它所利用的是走路消耗的機械能，所以此處是一個能量轉換的儀器。而能量轉換器的中間是一個可以裝電池的充電槽，四周是一些豎起的彈性裝置，這是整個能量轉換器的核心構件。在人們走路時，隨著腳的一起一落，彈性裝置受到一陣一陣的壓力，就會產生不斷伸縮的運動，再由裝在彈性裝置的中間能上下活動的磁鐵做上下運動，就相當于導體切割了磁感線，也就產生了電流。通過這種不斷的運動，彈性裝置把機械能傳到轉換器中，經過轉換把機械能轉換成電能儲存到電池中，從而實現電池的充電過程。

當人們在外面遇到電池沒電時，只要將沒電的電池裝入到充電槽中即可。這樣，人走路時由于腳的抬起與落下時對鞋子有壓力作用，這種壓力作用將使得壓力桿產生反復的伸縮運動，從而將機械能傳遞到能量轉換器中，在此處將機械能轉換為電能并儲存在電池中，周而復始作用，就會將電池充滿電。

優缺點

有了這款可以充電的鞋子，當手機電池沒電時你就不必再為這個而感到煩惱了。只要將電池裝進去，在走路過程中就可以實現電池的充電。從此走路不再是一件令人感到疲憊的事情。

因為這樣設計出來的鞋子，它有三個種好處：一是利用了人們走路時必要的能量消耗，達到了節能的目的，這樣比單純的利用大自然的風能和太陽能要實用的多；二是解決了電池沒時間沒地點沒電的煩惱以及攜帶的問題，使人們擺脫了電池電量用完以后可以隨身取出繼續使用的難題。三是因為鞋子的后跟處安裝了傳送機械能的彈性裝置，所以穿上這種鞋子走路時會感覺到很好的彈性感，使腳部受到的沖擊力大大減小，從而可以防止腳受傷，給人一種舒適的感覺，起到了減震、保護腳踝的作用。

主要要解決的問題就是要防水，防漏電，防壓。

成品使用方法：當人們出行時，將沒電的手機電池裝入到充電槽中，然后把充電器插入到鞋子后跟中的插孔中去即可。

作用過程：走路時由于腳的抬起與落下時對鞋子有壓力作用，這種壓力作用將使得壓力桿產生反復的伸縮運動，從而將機械能傳遞到能量轉換器中，在此處將機械能轉換為電能并儲存在手機電池中，周而復始作用，就會將手機電池充滿電。

有了這款可以充電的鞋子，當手機電池沒電時你就不必再為這個而感到煩惱了。只要將電池裝進去，在走路過程中就可以實現手機的充電。從此走路不再是一件令人感到疲憊的事情，同時穿這種鞋還對腳大有

好處，因為彈性裝置的存在，起到了減震的作用，使腳部受到的沖擊力大大減小，從而可以防止腳受傷。

這個創意所運用的思維方法有以下幾種：

一、設問檢查型創造技法：先假設一下手機沒電時會怎么辦，然后指出攜帶幾塊電池并不是一個很好的辦法。然后相處一個比較好的辦法來解決這個問題。

二、組合思維的方法：將看似毫無關系的鞋子和充電器結合起來，組成一個新的物品來解決實際生活中遇到的問題。

三、聯想思維的方法：由手機沒電要充電想到隨身電源和利用身邊可以利用的能量進行再利用，由此聯想到把鞋子和手機充電器結合起來，既可以充電又能實現節能的目的。

四、分析列舉法：分別將鞋子、手機充電器、抽屜（兩者結合的形式）、彈簧震動幾種生活中常見的物品羅列出來，然后進行組合，形成一個具有新的作用的物品。

發展前景

這種鞋子解決了電池充電的各種難題。像攜帶方便，隨時隨地充電，而且還是自動充電等。有了這種鞋子，人們再也不用為電池沒電而煩惱了。推廣開來，市場肯定很廣闊，前途肯定很光明。

總結

通過這個鞋子，我知道了創新是無處不在的，只要善于發現生活中的問題，再聯系生活中的各種事物來解決這些問題，就能充分提高自己的創造力，甚至成為一個發明家。雖然我現在這種能力并不突出，但是在生活中它仍然教會了我做一個生活中的有心人，對生活中的任何事情都存一顆好奇的心，就會發現生活中其實有很多需要改進的地方，而這些地方正在等著我們去發現和改進。

第二篇：機械創新設計論文

培養機械創新能力的意義

隨著科技的進步時代的發展，現實社會對大學生能力的要求越來越高，特別是創新能力。培養學生創新能力和實踐能力是全面實施素質教育的重要內容。如何開發和培養學生的創新能力，一直以來是教育改革的重大課題。縱觀歷史全國各大院校始終沒有停止過對教育改 革的探討，都在試圖找到一條更適合本校發展的道路。培養大學生機械創新設計能力的重要意義 機械創新設計是指在充分發揮設計者創造性的前提下，利用人類已有的相關科技成果進行創新構思，從而設計出具有新穎性、創造性 及實用性機構或機械產品的一種實踐活動。在當前激烈的國際競爭中，培養大學生具有較強的機械創新能力，能夠促進我國機械行業的發展，逐漸使其處在國際發展水平的前列，縮短我國與發達國家的差距。另外培養大學生具有創新能力，是高校教育的使命，體現了高校教育上升到一個新的發展水平。

機械創新中學生暴露出的主要問題

1.好高騖遠。在備戰機械創新大賽的初期, 學生普遍表 現出好高騖遠 ,對比賽的要求和難度估計不足 , 提出了很多宏大的創新設計方案 ,即超出了自己知識和能力所限, 又在學校資金資助范圍之外, 更是幾個人在短短的幾個月不可能完成的。

2.能力不足。由于我國過去的教育觀念和體制 及專業設置和課程體系等多方面的原因, 我國大學生 的創新能較差,這主要表現在創新意識淡薄 , 缺乏創新思維;只會記憶知識點應付考試, 不會應用所學知識解決實際問題;知識面窄 , 對現代輔助設計軟件應用不熟練 ,科技論文寫作水平欠缺;動手能力較差,不能自主進行機械加工和電路制作。

3.虎頭蛇尾。大學生參加科技創新活動, 開始 熱情很高,報名踴躍, 惟恐不能參加, 但隨著時間的推 移 ,問題的深入,學生容易出現畏難情緒和患得患失 的現象 ,缺乏堅強的毅力和高度的責任感。開始宏大 的構思 ,遇到困難 ,就草草收場, 能減則減。

4.單打獨干。大學生科技創新團隊組織松散 , 易集易散。由于團隊負責人缺乏領導和組織能力, 團 隊成員缺乏奉獻精神 , 沒有協議的約束, 很容易使團 隊中途散伙或名存實亡。最后設計任務完全落在項 目負責人身上,出現單打獨干現象。

大學生創新能力的培養途徑

創新能力的培養是集學校教育、家庭教育、社會教育、終身教育于一體的教育體系共同作用的結 果[ 3] ,學校教育, 特別是大學階段的教育尤為重要 , 中小學教育重在基礎知識的積累, 通用技能的獲得 , 學習和思維方法的培養;大學教育重在專業知識的積累 ,特殊技能的獲得 , 創新能力的培養。如何營造良 好的外部環境,創造具有時代性、開放性、超前性的內 部條件, 培養大學生的創新意識、鍛煉學生的創新能力 ,發揮他們的創造力, 是目前我國高等教育的一個重要任務。

(一)重視學生個性發展 ,普及創新理念 創新理念不只是針對學生, 更是針對學校、教師 和管理干部。轉變觀念就是要樹立正確的學生觀, 即 不能把學生看作消極的被管理對象, 也不能把學生當 作灌輸知識的容器,而是要把每一個學生都看作具有創造潛能的主體、具有豐富個性的主體。學校要重視學生的個性差異 ,注重學生的個性發展。為此，應該改革傳統的教育教學管理體制, 例如允許未畢業的學生進行自主創業, 為他們保留一定時間的學籍;鼓勵 學生參加各種科技創新競賽 ,激勵那些敢于創新的學 生脫穎而出等。(二)構建合理的課程體系, 增設創新通識課程學校要調整課程體系, 完善教學計劃, 壓縮課內學時, 增加課外學時 , 給學生更多獨立思考的時間和空間, 以便激活大學生的創新思維;創造能力來源于 寬厚的基礎知識和良好的素質 ,僅僅掌握單一的專業知識是不夠的。因此,加強大學生基礎教育的內容更新和外延拓展及構建合理的課程體系就顯得非常重要。大學教育中要注重文、理滲透, 可以對文科學生 開設部分自然科學課程 ,對理科學生適當加強人文學科課程的教育, 使文理學科之間相互滲透;實行大學科、大專業教育 ,使課程之間互相滲透, 打破明顯的課程界限,設置一些跨學科、跨專業的課程 ,使學生知識 結構既博又專, 且能夠觸類旁通, 以便在未來的工作 中具備創新的能力。要增加選修課的比重, 允許學生跨系、跨專業選修課程, 使學生依托一個專業 ,著眼于 綜合性較強的跨學科訓練。開設一系列專門的創新通識課程, 從思維科學或心理學、方法論的角度來探 討創造性思維的問題,如強化動因的群體激智創新創造法、擴展思路的廣角發散創新創造法、把握機遇的直覺靈感創新創造法、重視分析的思維推理創新創造法、探索規律的現代科學創造法。給學生介紹一 些最基本的科研和創新方法, 諸如如何選題 ,如何搜集、分析、整理資料, 如何提煉論點(觀點),如何撰寫研究報告和學術論文,如果申請專利等等。

(三)改進教學方法、轉變培養模式 教師要不斷改革課堂教學 ,變傳統的灌輸式、填 鴨式教學為啟發式、互動式、引申式教學 ,充分調動學生思維問題的積極性 , 對學生提出的問題要善于引 導、啟發, 以此激活大學生的創新思維。千方百計、想方設法地去調動和激發學生對科研創新的興趣。讓 學生感受、理解知識產生和發展的過程 , 培養學生的 科學精神和創新思維習慣。積極創造條件, 讓學生積 極參與教學過程。傳統的考試方式重視的是對已有 知識的傳授和記憶 ,這樣的考試方式顯然不利于學生創新能力的培養 ,這就要求我們改革傳統的考試方式。新的考試模式不僅要考查學生對知識的掌握 ,更 要考查學生創造性地分析問題、解決問題的能力, 以此培養學生的創新意識和創新能力。在考試方式上, 進行適量的開卷考試?？荚嚂r允許學生帶課本、筆記 等資料 ,允許學生發表不同的意見, 對那些有創造性 見解的答卷要給予鼓勵 ,力爭把學生的精力引導到對 問題的分析和解決上來。有些課程也可以用綜合性 大作業和專題小論文的方式取代傳統的閉卷考試方 式,放寬考試時間限制, 以便于學生們搜集資料, 對有 關問題做較為深入地探討和研究。在考試內容方面, 要安排一些沒有統一標準答案的探討性問題 ,需要學 生經過充分而深入地思考才能夠做出解答;或是安排 一些綜合性較強的問題 ,需要學生運用所學理論知識經過反復、仔細地分析思考才能做出回答。這有利于培養學生的創造性思維和創造能力, 并對他們起到一 種重要的導向作用。

(四)營造創新氛圍,培植創新市場創新型人才的培養 , 文化環境的熏陶非常重要。一方面, 大學生應該主動營建自己的創新團體 , 如各 種創新競賽團隊、大學生科技創新協會、大學生創業 團隊等;另一方面 ,大學生要積極利用好大學里的各 種軟、硬件方面的資源, 如圖書館、實驗室等, 這些場所通常是培育和激發創新靈感的絕佳環境;同時 , 大學生還應該主動走出校門 ,參加社會調研, 讓理論和實踐相結合 ,在社會實踐中發現問題、思考問題、解決 問題 ,并在實際活動中及時反饋, 形成最后的成果。充分利用第二課堂, 定期舉辦各種學術講座、學術沙龍和大學生科技報告會 , 出版大學生論文集, 鼓勵學生積極參加學術活動 ,對于不同領域的知識有一個大體的涉獵 ,進行不同學科之間的交流, 從而學習他人如何創造性地解決問題的思維和方法 ,以強化創新意 識;鼓勵學生大膽創新, 可以讓他們參加教師的科研 課題,也可以由學生自擬題目,并選派教師指導 ,并對學生的科研課題進行定期檢查和鑒定 ,這樣可以培養學生的創新毅力和責任心 ,拓展學生的視野, 有效發揮他們的創造才能。創新, 不僅僅局限于實驗室里, 更需要將創新成 果推向市場。任何創新成果 ,只有不斷向市場轉化 , 得到市場的認可 ,才是有價值的創新成果。當前大學生創新成果的市場化率, 還不足已有研究成果的10 %,除了大學生自己需要把握好創新活動的研 究方向, 使其更加貼近市場需求外 ,還需要學校和企業的共同努力。一方面,學校要創造條件將大學生的創新成果主動推向市場 , 爭取得到市場的認可;另一 方面,作為市場主體之一的企業也要積極關注大學生 的創新成果, 對其予以扶持并提出寶貴的研究意見 , 兩方面的結合將會有力地推動大學生創新成果的市場化 ,促進大學生創新素質的培養和創新能力的提高。

(五)建設創新必需的硬件環境, 組建創新指導教師團隊 學校要為大學生營造創新必需的硬件環境, 為大學生創新提供物質技術支持, 包括開放基礎研究性實驗室、各種功能的專業性實驗室。要將各實驗室的實驗內容、功能在網上宣傳, 讓學生了解其使用程序。學校要有必需的技能訓練中心、加工中心 ,讓學生能夠自己動手實現其創新構思。學校還應該為大學生 創新提供研究資金支持等。配備高水平的、相對穩定的創新指導教師團隊, 是大學生創新活動成敗的關鍵。要培養創新型人才, 學校教師隊伍要有創新的意識、創新的精神以及創新的行動和實踐。世界各國著名大學的共同經驗證明, 高素質的師資隊伍是決定一所大學核心競爭力的關 鍵所在。從一定意義上說,現在中國大學與世界一流 大學的差距 , 主要是教師隊伍水平的差距

。教師的創新激情、學術水平、治學態度直接影響學生的創 新活動。指導教師團隊的專業背景應該盡量涵蓋創 新必需的技術領域 ,知識具有互補性 , 能為學生創新活動提高全面的技術支持。

(六)提供創新政策保障, 建立相應激勵措施創新 ,需要一個良好的政策環境 ,使更多的學生 愿意創新、樂于創新。創新的政策環境包括設立大學生創新基金、創新實踐學分、創新成果表彰和免試讀研等。設立創新研究基金的目的就是對那些具有創 新性、科學性、實用性、可行性的大學生研究項目予以 一定的資金保障,使學生不會因為資金問題而不去參 與創新實踐。設立創新實踐學分的目的就是對參與創新實踐活動的學生予以一定的學分認可, 鼓勵學生 將自己的業余時間用于創新, 不僅有參與創新實踐的 收獲, 還能得到學分的認可 ,使更多的學生愿意把業余時間花在創新實踐上。建立競爭激勵機制 ,舉辦各種形式的競賽活動 ,對在創新方面成績突出的學生進 行表彰和獎勵 ,對獲得國家級或省(部)級創新成果的 學生, 以及在校內外創新實踐活動中做出成績的學 生,可申請免修與之相關的課程學分、課程設計或畢業設計(論文),可以免試推薦研究生等。

機械產品的使用壽命優點

優秀的設計是延長機械使用壽命的首要環節。我國的大型施工項目中的主要土石方工程用機械設備主要是采用以上發達國家進口產品，這些設備外觀新穎、操作舒適、性能先進、經久耐用。他們根據人體工程學設計的座椅、操縱臺、環保型的低噪聲發動機，超前的流線型機身和駕駛舒適感，具有良好的機械性能和人性化設計，深受機駕人員的歡迎。

如果機械維修性好，易于維修，能夠采用“低成本的快速修理”，可使機件經常處于良好的技術狀態。這樣設計的施工機械，在工作過程中，一旦出現了故障，由于可以低成本快速修理，無需更換新部件總成，這實際上就延長了機械的使用壽命、提高了機械完好率、降低了機械的使用成本。

1.3 采用新材料制造的施工機械，可以有效地延長機械的使用壽命。近年來，材料科學技術發展日新月夜，突飛猛進。大量高強度，抗磨損，抗振動和抗沖擊的新材料、納米技術材料、先進的電子元件技術不斷出現，設計機器時應根據機械性能與工況選用相適應的新材料，從材料性能質量上保證其使用壽命。

機械產品的可靠性

隨著現代工業技術的飛速發展，機械產品日趨復雜化、大型化、高參數化，使產品發生故障的機會增多，因而，可靠性作為產品質量的主要指標，愈來愈受到工程界的重視。機械可靠性，是指機械產品在規定的使用條件、規定的時間內完成規定功能的能力。機械的可靠性是機械設計的主要目的之一，有效地增強產品質量、降低產品成本、減輕整機質量、提高可靠性和作業效率是可靠性設計的主要目標。隨著工業技術的發展，機械產品性能參數日益提高，結構日趨復雜，使用場所更加廣泛，產品的性能和可靠性問題也就越來越突出。機械可靠性設計的基本任務是在故障物理學研究的基礎上，結合可靠性試驗以及故障數據的統計分析，提供實際計算的數學力學模型和方法及實踐。

科技研究人員和工程設計人員積極投入到可靠性工程的研究與實踐之中，取得了可喜的成果。張義民[1]結合現代數學力學理論，系統地闡明機械可靠性設計、機械動態可靠性設計、機械可靠性優化設計、機械可靠性靈敏度設計、機械可靠性穩健設計等可靠性設計理論與方法內涵與遞進。陳靜等[2]闡述了機械產品優化設計及可靠性的相關理論，介紹了可靠性優化設計的應用及發展現狀，并介紹了機械行業相關的軟件應用情況。喻天翔等[3]對當前機械可靠性的特點和爭議進行介紹，從Bayesian理論、FMECA和疲勞可靠性試驗三個方面總結了機械可靠性試驗技術相關的重要理論問題及其發展，并闡述了可靠性增長試驗、加速試驗和微機械可靠性試驗技術的國內外發展，總結了機械可靠性試驗技術研究存在的問題及其發展趨勢。可靠性設計

1.1 可靠性設計

傳統的機械設計方法認為零件的強度和應力都是單值，只要計算出的安全系數大于規定的安全系數，就認為零件是安全的，因而設計過程中忽略了各設計參數的隨機性?？煽啃栽O計將零件的應力和強度作為隨機變量，認為應力受到各種環境因素(溫度、腐蝕、粒子輻射等)的影響，具有一定的分布規律；強度受材料的性能、工藝環節的波動和加工精度等的影響，也是具有一定的分布規律?？煽啃栽O計認為所設計的任一機械存在著一定的失效可能性，設計時根據需要預先控制的失效概率或可靠度，考慮各參數的隨機性及分布規律，以反映出零部件的實際工作狀況。

產品的可靠性表示產品在規定使用條件和使用期限內，保持其正常技術性能完成規定功能的能力?？煽啃栽O計的一個目標是計算可靠度，可靠度是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率。其表達式為：

R??g(X)?0fx(X)dX

式中fx(X)為基本隨機參數向量X?(X1,X2,???Xn)T的聯合概率密度；g(X)為狀態函數，可表示零件的不同狀態：g(X)>0為安全狀態，g(X)<0為失效狀態，g(X)=0為極限狀態方程。

現代生產的經驗表明，在設計、制造和使用產品的三個階段中，設計決定了產品的可靠性水平，即產品的固有可靠性，而制造和使用是保證產品可機械可靠性分析與設計的方法很多，總體上可以歸納成兩類，即數學模型法與物理原因法。數學模型法是指可靠性遵從由某種試驗數據獲得的概率統計規律，而物理原因法是指考慮失效的物理原因的方法。1.2 動態可靠性設計

經典的可靠性設計理論不能考慮結構系統的動力學行為，為了彌補這種缺失必須開展動態可靠性的研究。動態可靠性是指產品在運動或振動狀況下的可靠性，“動態”強調結構系統中所包含的動態特性(如：振動頻率、輸出響應、能量傳遞等)，由于機械產品的特性及參數(如：強度、應力、物理變量、幾何尺寸等)具有固有的隨機性，同時機械產品運行是也是典型的動態過程，載荷、工況、應力等運行環境及參數也都是隨時間變化的量，因而必須將其處理為隨機過程。不考慮動態特性將難以得到產品準確的失效數據和可靠性信息，這必然使可靠性的研究從靜態可靠性向動態可靠性轉變。另外，多數機械產品的特性數值隨時間而逐漸變化，如：因疲勞、磨損、腐蝕等造成的機械強度降低等，使產品的可靠性表現出了漸變的特征?？梢妼C械動力學與機械可靠性有機地結合起來，研究動態可靠性設計的基礎理論與方法具有重要意義?？煽啃詢灮O計

機械優化設計是隨著電子計算機的廣泛使用而迅速發展起來的一門學科，在現代機械設計中占有重要的地位。機械產品優化設計的目的是以最少的材料，最低的造價，最簡單的工藝，實現機械結構靠性指標的實現?？煽啃栽囼灁祿强煽啃栽O計的基礎，但是試驗不能提高產品的可靠性，只有設計才能決定產品的固有可靠性。機械產品與可靠性的關系框圖見圖1。的最優性能，包括強度、剛度、穩定性等目標。當然設計時既要考慮各種載荷的隨機性，又要考慮結構參數的隨機性，以及二者對產品性能的影響。機械優化設計追求最合理的利用材料的性能，使各個部件或零件的幾何參數得到最好的協調，使設計者從眾多的設計方案中獲得較為完善的或最為合適的最優設計方案。優化設計數學模型的3個要素是目標函數、約束條件和設計變量。

雖然目前可靠性設計和優化設計在理論和方法上都達到了一定的水平，但是無論單方面進行可靠性設計還是優化設計，都不可能發揮可靠性設計與優化設計的巨大潛力。一方面是因為可靠性設計有時并不等于優化設計，例如機械產品在經過可靠性設計后，并不能保證它的工作性能或參數就一定處于最佳狀態；另一方面是因為優化設計并不一定包含可靠性設計，例如機械產品在沒有考慮可靠性的狀態下進行優化設計后，并不能保證它在規定的條件下和規定的時間內，完成規定的功能，甚至發生故障和事故，造成損失。另外，由于機械產品有眾多的設計參數，要同時確定多個設計參數，單純的可靠性設計方法就顯得無能為力了。所以應該進行可靠性優化設計的研究，使機械產品既保證具有可靠性要求，又保證具有最佳的工作性能和參數。

可靠性優化設計方法是在常規優化設計方法的基礎上，結合可靠性設計理論發展起來的一種有效的優化設計方法。它將可靠性分析理論與數學規劃方法有機地結合在一起，也就是說在優化設計中將設計參數作為隨機變量，以產品的可靠度作為目標函數或約束條件，運用最優化方法得到在概率意義下的最佳設計的一種數值計算方法。由于它彌補了單一可靠性設計或優化設計的不足，使設計不僅符合工況運行要求，而且得出最優的設計參數，因而更具有工程實用價值?？煽啃詢灮O計，一般包含三方面的內容：質量、成本、可靠度，把產品的總體可靠度作為性能約束的優化，將會產生與合理安全性相協調的平衡設計，也就是在給定結構布局和給定產品質量或成本之下，使產品有最大的可靠度。

相對于常規的優化設計，可靠性優化設計的特點在于將可靠性設計引入優化設計當中。將可靠性設計理論與優化技術結合起來通常有兩種方法：

（1）要求結構或零部件在滿足一定性能的條件下，使其可靠度達到最大。

（2）在結構或零部件達到最佳性能指標時，要求它的工作可靠度不低于某一規定水平。機械可靠性試驗技術

可靠性試驗是對產品的可靠性進行調查、分析和評價的一種手段。其目的是發現產品在設計、材料和工藝方面的各種缺陷，為改善產品的戰備完好性，提高任務成功率，減少維修費用及保障費用提供信息，確認是否符合可靠性定量要求。可靠性試驗可分為工程試驗和統計試驗兩大類，工程試驗的目的在于暴露產品的可靠性缺陷，并采取糾正措施加以排除。這種試驗由承制方進行，以研制樣機為受試產品，包括環境應力篩選試驗及可靠性增長試驗。環境應力篩選是施加環境應力到產品，以發現和排除不良零件、元器件、工藝缺陷等潛在缺陷為目的試驗方法。可靠性增長試驗是為了暴露產品的可靠性薄弱環節，并證明改進措施能防止可靠性薄弱環節再現而進行的一系列可靠性試驗方法。結

論

可靠性優化設計是在常規優化設計的基礎上，結合可靠性設計理論發展起來的一種有效的優化設計方法。本文在總結現有文獻的基礎上對機械可靠性優化設計進行綜述，系統闡述了機械可靠性、可靠性設計、可靠性優化設計及可靠性試驗的理論及方法。

人機工程學

隨著時代的進步、科技的發展，人機工程學的理論 研究日益成熟，但如今人機工程學理論在實際設計生 產過程中的應用還是以個案的改進為主。此外，產品 造型一直是設計中一個十分棘手的向題，造型設計實 踐中常常走入為了變化而變化的設計誤區，造成形態 蒼白而缺乏內涵的設計局面，這些狀況體現了設計者 缺乏對產品設計本質的認識與思考；對于產品而言，究 其根本，產品是工具，它是為人服務，產品的價值體現 在產品與人的結合關系以及所帶來的效用上，因此人 與產品的關系及針對兩者之間關系的認知研究才是產 品造型設計中人機工程知識應用研究的核心。1 人機工程學知識

1.1 人機工程學 是一門技術科學、人體科學以及社會科學相交叉的綜合性新興邊緣學科，它與產品造型設計關系密切，是產品設計工作者和社會科學工作者共同研究的課題。目前國內外對人機工程學的解釋有多種，但在 研究對象、手段及目的方面是基本一致的：即主要研 究如何根據人的生理、心理特點及要求來設計、布置機器設備、儀表（包括勞動工具）等，設計、安排工作場所及工作環境，使人的勞動更合理，使機器設備、儀表、工具等便于操作，從而達到改善勞動條件、減少能量消耗、減輕疲勞、降低事故發生率和提高工作效率的目的。簡而言之，人機工程學就是研究人與機器設 備之間的相互關系及其合理配合，使之更適合人的生理、心理特點，進而使勞動環境更安全舒適，使人機系 統的工作效率達到最佳化的一門學科[1]。1.2 造型設計中人機工程學知識研究的內容 在當今的產品造型設計與開發中，產品的宜人性、創新性、適用性等因素越來越受到設計方與使用。

人機工程學知識在產品設計過程中的應用地位也得到提高。

其一，人機工程知識的研究是使產品功能得到最佳發揮的基礎條件，如果沒有人、機之間的科學配套，產品的合理使用無從談起，產品的造型語言也不能體現產品所具備的使用細節；

其二，人機工程知識的研究探索實踐了關于人的科學，其中對人的活動、生產、生活的研究已經成為新產品 開發的重要推動力。在產品造型設計過程中的人機 系統設計主要研究內容有4個方面。

1）人與產品造型的關系因素研究。人作為設計的主體對象是產品設計中人機研究的重點，也是人機研究的基礎；人的自然屬性（如人體形態特征參數、人的感知特性、人的反應特性以及人在操作產品過程中 的心理特征等）與人的社會屬性（如人的社會行為、價 值觀念、人文環境、社會背景文化等）都是影響人與產品造型的重要關系因素。

2）人機的系統關系因素研究。人機的系統關系優化是為了創造最優的人機配合，優化的尺度關系、舒適的環境關系、可辨識的界面關系都是充分發揮人、機各自的特點，相互配合、協調工作的重要因素，兩者之間的系統設計問題也是人和產品有機交流的 重要前提。

3）產品的人機環境因素研究。產品的造型設計 要符合產品的使用環境，產品的內部環境也要對人的 健康與效率負責，重視細節的微觀內部環境與重視系統關系的宏觀外部環境構成了產品人機環境因素的主體。

4）產品的人機安全性因素研究。產品的安全性 因素可分為2個方面，對使用者來講不僅需要高效的 操作，更需要將事故危險性減小到最低限度，這就需 要有相應的防護、保險、余量、防失誤、事故控制、求援 方法等等安全性的設計因素；此外，產品的人機安全 也需要反映到延長產品的操作壽命與降低操作者的使用破壞性等因素。設計的認知在產品設計的人機工程學研究中需要對人—機—環境這3個因素進行分析，見圖1，三者相互依存、相互制約；但是，因為各自研究方法和研究思想不同，也所屬不同的研究領域，因此要實現人—機—環境的優化組合，難度是相當大的。此外，雖然許多設計工作者已經有組織地對人—機—環境三者之間的關系進 行實驗研究，并積累了大量有關數據，但是對這些數 據的綜合運用仍是憑經驗進行，因而這種人機研究與應用的方式難以取得人—機—環境匹配的最佳效 果。因此，如何將產品造型設計中人機工程的知識內 容應用到產品造型設計中成為人機研究的瓶頸。產品造型設計活動是對目標對象所進行的造型信息處理的過程，針對人機工程學知識而言，這是從初始的 人機知識—抽象的設計概念提煉—具體的造型與結 構的過程，人機設計信息是不斷發展變化的，如何有效地描述和處理設計對象及其相關信息是產品造型 設計的基本問題，這也就是人機工程學知識的設計認 知所需要解決的問題。

2.1 產品信息的交流系統產品的最終造型是產品設計過程中各類信息的 載體，使用者正是直接的通過造型符號來閱讀產品設 計中的各種信息。因此，從設計的表達上看造型設計 的符號是對設計對象的描述，從含義上看造型設計中的符號也承載了設計對象的相關屬性信息?；谌藱C知識的產品信息交流系統模型見圖2，人機工程學知識的信息符號與設計對象的對應關系組成了產品。

信息交流系統模型；設計對象的造型符號在所承載信 息的支持下，代表設計對象在各個設計階段進行產品 信息建模，是符號模型的基本構成元素。產品設計過 程中，設計對象在實例對象的支持下從設計概念轉化 為實體結構，設計對象符號根據其所攜帶信息的完備 程度描述了設計對象的概念狀態、實體狀態以及其他 中間狀態；其中，對應于概念狀態的是定性信息描述，對應于實體狀態的是定量信息描述；這些狀態的綜合 構成了產品信息的交流系統。在設計過程結束后，設計對象轉化為新的實例對象，而相應的信息完備設計 對象符號也轉化為常量符號。

2.2 產品設計知識的隱性擴展通過產品設計，設計師將產品的信息賦予產品，通過造型符號與具體的產品使用將相應的價值傳達 給使用者。因此，產品造型設計中的設計認知過程模 型可以描述為設計師—知識信息—設計符號—產品媒介—認知符號—產品的使用過程；在此過程中設計師將各種設計知識通過設計編碼成為設計符號，這些符號體現了企業、品牌以及產品等多個角度信息并以產品造型為媒介傳達給使用者，然后使用者在對產品 信息解碼的過程中得到其本身對產品各種信息的理 解。產品設計知識的擴展可以分為隱性和顯性2種，在此，設計認知——產品設計知識的隱性擴展與產品 設計過程（產品設計知識的顯性擴展）是相對應的，設計認知即設計符號的演變過程是產品設計的基礎與 前提。產品設計的宗旨就在于將所期望的以實用功能為主的文化價值如實地傳達給最廣大的消費者群體，所以不僅應利用工業工程系統在信文的大批量復制 中抑制噪聲，并且能使收信人通過感官感知正確的信息重建。這正是對設計認知過程的明確描述，這要求設計師的造型符號構成必須是一種有目的構成，其 中符號構成的規則必須以該產品的使用群體為基礎。人機工程學知識的設計認知在產品造型設計中的應用方法 從設計的認知過程，可以看出設計人員通過認知活動來進行產品設計時，是在受到外界設計環境和內部認知行為的交互影響下進行的，因此需要通過相應的設計方法、設計流程控制和評價等一系列的認知操 作使認知活動高效、合理的服務產品設計，從而解決設計的問題。

3.1 設計認知效率提高的方法 從設計認知的工效角度來看，產品使用過程中的人機系統是使用者的認知過程，這就要求在設計中針對人的認知特性來改善人機界面的信息，從而加強信 息交互效率和可用性。設計認知的效率是衡量認知 系統信息處理的質量和速度的綜合性指標[4]。為了通過設計者的合理編碼從而提高使用者的認知效率，是設計認知需要解決的主要問題，具體來講認知系統認 知效率的提高可以通過3個方面進行。1）提高設計認知和客觀對象的匹配程度。設計者在對人機數據的整理后會對設計對象有 一定的主觀意識，因此設計認知具有一定的主觀環境性，這種主觀環境性是認知主體對認知客體及所處客觀環境的信息以及組織方式的認識；但是，產品開發設計中的科學性與合理性要求設計者必須客觀理性的思考設計問題，因此設計認知中理性的規則是必不可少的，設計者必須對主觀環境進行理性的過濾和約束。通過設計認知和客觀實際的匹配及對應信息的 準確度來防止使用者信息獲取的失誤。2）改善設計者的信息處理能力水平。信息處理過程是整個設計信息加工中的重要過程，設計者的信息處理能力對整個設計信息的加工過 程的信息速度有很大影響，在具體的產品設計中設計模板、設計推理以及設計反饋和協作能力的提高將有助于減少和抑制設計失誤。3）采用適當的設計認知策略。針對人機工程學知識的設計認知策略是設計者在人機信息與數據的處理過程中所采取的設計模版 與推理，設計者應針對不同類別的產品建立企業資源 為基礎的設計模版。企業設計模版的確立決定了信 息處理過程中人機知識認知資源的分配，避免了因為設計師的個人因素在相同的環境和任務條件下而采用不同的認知策略。

3.2 基于人機工程設計認知的造型設計方法產品造型設計就是對產品的造型要素如符號、信息、語義信息和表現信息等進行編碼的過程[5]。1）設計者首先需要通過測量、訪談、觀察、語義差異分析等方法來研究使用者的人機數據信息與喜好、思維、情感等特點，并將這些內隱設計信息根據企業 模版和對用戶的研究外顯化為相應的造型符號，并尋 找到該類別產品的人機設計規律；在產品造型設計之前，對用戶所隱藏的人機知識研究與探索并找出其共 性特征會有利于提高設計方案的成功率。2）在完成相應的設計信息與數據分析后，根據用戶需求及使用者信息，針對設計對象進行造型樣本測試，在對反饋的造型要素提煉分析后通過計算機輔助工具建立人機設計知識表示的模型，從而使設計結果 形式化和規范化。此步驟中對人機知識進行模型化、規律化為下一步的完善設計奠定基礎。3）在完成以上工作以后，設計師憑借對人機信息與數據掌握，根據企業的設計模版和自己的設計知識，通過其情感理解、文化內涵融入以及與實用功能、技術的結合，借助視覺符號的組合來表述設計的實質 內涵，從而使產品具有美感、識別性與可操作性；并且 運用“明喻”、“暗喻”、“聯想”、“類比”、“綜合”等手法 幫助用戶認識、學習、操作不熟悉的產品，包括產品的 外形、色彩、質感、聲音、氣味以及所處的環境等。

目前，在對技術系統和設計理論的研究方面已比較廣泛和成熟，其中功能論的觀點和方法依然存在廣泛而深刻的影響，在此未能全面而系統的考慮人、環境及產品的相互作用和影響，但是，對人機系統的優 化設計是產品造型設計不可回避的問題，人機工程學 知識的設計應用也是產品人性化設計的主流。

第三篇：機械創新設計論文

法蘭盤4-φ9透孔雙圓弧導軌的專用夾具創新設計

The flange 4Phi 9 through holes fixture compared to parts，flanges 4Phi 9 through holes for fixture--two half circular guide rail flange 4-Phi 9 through hole clamp。

一． 前言：

本文是通過對一般結構的法蘭盤4-φ9透孔專用夾具的機構進行思考和了解，綜合比較一般類型結構的法蘭盤4-φ9透孔專用夾具，在滿足夾具的精度要求和自由度保證情況下，提出了本人自己的定位方式，既能實現迅速進行精確的定位，同時保證夾緊的可靠性。雙圓弧導軌的結構設計，區別與一般結構的法蘭盤4-φ9透孔專用夾具的機構，活動空間減小了，而且可操作性增強了。當然，我相信還有細節需要改進，比如公差的分配和配合的選用。最后就是要感謝任課老師的指導和建議。

二．原理方案設計：

1，定位方式和自由度分析

法蘭盤4-φ9透孔加工序需要限制的自由度為6個自由度，基座限制3個自由度，定位心軸限制2個自由度，旋轉手柄限制1個自由度，沒有過定位，也沒有欠定位問題，用鎖緊螺母和旋轉手柄進行夾緊。2，定位基準的選擇

由零件圖可知，4-φ9透孔沒有形位公差的要求，它的設計基準是φ200+0.045的孔中心線，所以選擇內孔側面作為主要定位基面，與中心軸線距離34mm的面作為輔助定位面。3，切削力及夾緊力計算

刀具：φ9高速鋼錐柄標準麻花鉆

根據《機械加工工藝師手冊》表2.2-16鉆削切削力的計算公式，切削扭矩計算公式為：

T=0.21d2f0.8 KF

得 T=0.21*92*0.40.8*0.902=7.37(N.m)其中： d=9mm； f=0.4mm/r；

KF=（160/190）0.6=0.902；

切削力（軸向切削力）計算公式為： Fx=419d f0.8 KF=419*9*0.40.8*0.902=1634.2N 因為在計算切削力時，必須把安全系數考慮在內。安全系數計算公式為：

K=K0K1K2K3K4 其中：基本安全系數K0=1.5；

加工性質系數K1=1.2； 刀具鈍化系數K2=1.0； 切削特點系數K3=1.2； 夾緊穩定性系數K4=1.3；

所以

K=1.5*1.2*1.2*1.0*1.3=2.8 故

F切=4.212*1634.2=4588.8N

而水平夾緊力是由扭矩引起的，根據所選用的定位和夾緊方式可知：

按最大摩擦系數f=1考慮：

F夾=T*2.8*2/1*d=7.37*2.8*2/0.011=3752N 其中d是接觸圓周直徑，d=11mm 4，定位誤差分析

（1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為定心軸，因為該加工孔φ9與定位孔φ200+0.045沒有形位公差的要求，而且為了裝夾的方便，定心軸與零件采用間隙配合，但為了保證其精度的更準確性，定心軸的制造精度等級應在可行的條件下足夠夠，現在采用φ20h6的定心軸。

（2）定位誤差的計算。由于本工序的定位基準和工序基準的重合，因此它的定位誤差為：

△ jw=TD+T軸+△s=0.045+0.013+0=0.058mm 其中：TD為孔的公差； T軸為軸的公差； △s為最小配合間隙。此即為定位心軸引起的定位誤差。

以上是夾具的相關力和定位誤差的粗略計算，有關的數據參考各種書籍和設計手冊。

三．機構設計

以下是結構的三維設計圖和3D爆炸圖：

三維設計圖

3D爆炸圖

四．創新點

雙圓弧導軌的設計是該夾具的最大的創新所在，利用三點確定一個圓的原則，而且鉆模板也相應的采取圓弧外形設計，可以相應地減少空間，同時由于鉆模板不再是橫向的裝卸，而是縱向的裝卸，可以減少空間的操作性。結論：

科技是第一生產力，而科技的靈魂是創新，在科技的道路上，即使前進一小

步，也有新高度。一個民族和一個國家在現代社會里，如果要屹立不倒于世界強手之列，除了民族氣節外，更需要科技上的積極突破和創新，更需要大眾的創新和靈感，更需要有知識文化修養的人從天馬行空的幻想到孜孜不倦的攻關。既然身為當代的大學生，就應該做當代大學生應該做的事，我們在好好學習課堂那點知識之外，更應該著眼于社會和各行業的新動態。從哲學唯物主義的一種觀點看，意識是來源于客觀事物的，而意識卻又是能反作用于客觀事物的，我們必須寬闊自己的視野，讓自己的意識更多存儲各式各樣的客觀事物。而從哲學唯物主義的另一個正確觀點看，事物之間是具有聯系的，對立和統一是不矛盾的。創新就是用自己的天馬行空的想法加上自己的專業修為糅合和統一出來的，作為現如今普及為大眾教育的大學生，自己學到的專業知識畢竟是很有限的，就像上面本人設計的雙圓弧導軌的法蘭盤4-φ9透孔專用夾具，細究起來，肯定問題不少，因為知道的和懂得的相關知識有限，可至少能自己動手做了，能自己動腦想了。這關乎到態度問題，一種對老師和自己負責的態度，一種專業態度。如果非要追求一種程序化的流程，那還不如不做。縱然冠冕堂皇，可也不是你自己的思想，畢竟這是自己專業的問題上，不是社會調查的問卷。每個行業或專業的都應該有每個行業或專業的素養問題，比如學機械設計竟不知道線性和粗細實線的區分使用，而營銷專業的整天藝術潮人的打扮，豈不讓人笑話了，最后，特別向老師說明一點，因為沒見過轉塔式車床，不知道和機床的具體連接構造，只是開了四個象征性的連接透孔，但在精度要求和自由度限制問題上是能保證。學生只能做到這里了，再好的話，就要更好好學習專業知識了，同時也要加強自己工程軟件的學習了。

五．參考文獻：

[1] 艾興等編.切削用量簡明手冊.北京：機械工業出版社，1994.7 [2] 王紹俊主編.機械制造工藝設計手冊.北京: 機械工業出版社，1985.11 [3] 機械加工實用手冊編寫組編寫.機械加工實用手冊.北京: 機械工業出版社，1997.4 [4] 徐圣群主編.簡明機械加工工藝手冊.上海：上?？茖W出版社，1991.2第一版 [5] 周風云主編.工程材料及應用（第二版）.武漢：華中科技大學出版社，2002年11月

[6] 孫本緒、熊萬武編.機械加工余量手冊，北京：國防工業出版社，1999.11 [7] 陳望編著.車工實用手冊.北京：中國勞動社會保障出版社，2002 [8] 蔡在亶編著.金屬切削原理.上海：同濟大學出版社，1994年8月第一版 [9] 馬福昌編.金屬切削原理與應用.山東：山東科技出版社，1982年1月第1版 [10] 張耀宸主編.機械加工工藝設計實用手冊.北京：航空工業出版社，1993.12 [11] 曾志新主編.機械制造技術基礎.武漢：武漢理工大學出版社，2004.4重印 [12] 王小華主編.機床夾具圖冊.北京：機械工業出版社，1995 [13] 陳錦昌等主編.計算機工程制圖.廣州：華南理工大學出版社，2001 [14] 趙家齊主編.機械制造工藝學課程設計指導書.北京：機械工業出版社，2000 [15] 陳曉華主編.機械精度設計與檢測,杭州：中國計量出版社，2008 [16]于駿一 鄒青主編.機械制造技術基礎第2版，北京：機械工業出版社，2009 [17]劉朝儒 吳志軍 高政一 許紀文主編.機械制圖第5版，北京：高等教育出版社，2006 [18]孫桓 陳作模 葛文杰主編.機械原理第7版，北京：高等教育出版社，2006 [19]劉鴻文主編.材料力學第4版，北京：高等教育出版社，2004 [20]張學枕 陳錦昌等編著.三維工程制圖，北京：高等教育出版社，2009

第四篇：機械創新設計論文

筆記本電腦散熱桌創新設計

摘要：對筆記本電腦來說，在性能與便攜性對抗中，散熱成為最關鍵的因素，筆記本散熱一直是筆記本核心技術中的瓶頸。有時筆記本電腦會莫名奇妙的死機，一般就是系統溫度過高導致。為了解決這個問題，人們設計了散熱底座，好的底座可以延長筆記本電腦使用壽命?？墒莻鹘y的筆記本散熱器很占空間，而且扇熱器底座有一定高度，放在電腦桌上加高了筆記本電腦的放置高度，筆記本使用起來不舒適。如果我們把散熱器和電腦桌設計為一體，這個問題就能得到很好的解決了。電腦桌可以采用桌面加可拆卸支撐腳的方式來設計制作，這樣電腦桌既節省了空間，又可滿足多種使用要求。關鍵字：散熱器 電腦桌 創新設計

筆記本散熱底座的工作原理

筆記本的散熱底座的散熱原理主要有兩種：1）單純通過物理學上的導熱原理實現散熱功能。將塑料或金屬制成的散熱底座放在筆記本的底部，抬高筆記本以促進空氣流通和熱量輻射，可以達到散熱效果。2）在散熱底座上面再安裝若干個散熱風扇來提高散熱性能。這種風冷散熱方式包括吸風和吹風兩種。兩種送風形式的差別在于氣流形式的不同，吹風時產生的是紊流，屬于主動散熱，風壓大但容易受到阻力損失，例如我們日常夏天用的電風扇；吸風時產生的是層流，屬于被動散熱，風壓小但氣流穩定，例如機箱風扇。理論上說，開放環境中，紊流的換熱效率比層流大，但是筆記本底部和散熱底座實際組成了一個封閉空間，所以一般吸風散熱方式更符合風流設計規范。市場上的散熱底座多數是有內置吸風式風扇的。

當前中國電腦桌產業背景

中國電腦桌產業發展出現的問題中，許多情況不容樂觀，如產業結構不合理、產業集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發達工業國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業能源消耗大、產出率低、環境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業總體規模偏小、技術創新能力薄弱、管理水平落后等。從什么角度分析中國電腦桌產業的發展狀況？以什么方式評價中國電腦桌產業的發展程度？中國電腦桌產業的發展定位和前景是什么？中國電腦桌產業發展與當前經濟熱點問題關聯度如何??諸如此類，都是電腦桌產業發展必須面對和解決的問題——中國電腦桌產業發展已到了岔口；中國電腦桌產業生產企業急需選擇發展方向。

中國電腦桌產業發展研究報告闡述了世界電腦桌產業的發展歷程，分析了中國電腦桌產業發展現狀與差距，開創性地提出了“新型電腦桌產業” 及替代品產業概念，在此基礎上，從四個維度即“以人為本”、“科技創新”、“環境友好”和“面向未來”準確地界定了“新型電腦桌產業” 及替代產品的內涵。根據“新型電腦桌產業” 及替代品的評價體系和量化指標體系，從全新的角度對中國電腦桌產業發展進行了推演和精準預測，在此基礎上，對中國的行政區劃和四大都市圈的電腦桌產業發展進行了全面的研究。

進入二十一世紀以來，隨著我國國民經濟的高速發展，我國電腦桌行業保持了多年高速增長，并隨著我國加入WTO。近年來，電腦桌行業的出口也形勢喜人。2008年，全球金融危機爆發，我國電腦桌行業發展也遇到了一些困難，如國內需求下降，出口減少等，電腦桌行業普遍出現了經營不景氣和利潤下降的局面。2009年，隨著我國經濟刺激計劃出臺和全球經濟走出低谷，我國電腦桌行業也逐漸從金融危機的打擊中恢復，重新進入良性發展軌道。進入2010年，全球經濟復蘇的前景面臨波折，國內經濟結構調整的呼聲逐漸升溫，貿易保護主義的抬頭，電腦桌行業中技術含量低的人力密集型企業，缺乏品牌的出口導向型企業面臨發展危機，而注重培養品牌和技術創新能力較強的企業將占得先機。電腦桌行業企業如何面對新的經濟環境和政策環境，制定適合當前形勢和自身特點發展策略與競爭策略，是電腦桌行業企業在未來兩年我國經濟結構調整大潮中立于不敗之地的關鍵。本報告內容嚴謹、數據翔實，更輔以大量直觀的圖表幫助電腦桌行業企業準確把握行業發展動向、正確制定企業競爭戰略和投資策略。本報告依據國家統計局、海關總署和國家信息中心等渠道發布的權威數據，以及我中心對電腦桌行業的實地調研，結合了行業所處的環境，從理論到實踐、從宏觀到微觀等多個角度進行研究分析。它是業內企業、相關投資公司及政府部門準確把握行業發展趨勢，洞悉行業競爭格局，規避經營和投資風險，制定正確競爭和投資戰略決策的重要決策依據之一，具有重要的參考價值！

當前電腦桌散熱器存在的問題

a)宿舍空間過小，再加上宿舍里人口密集，給同學們上網帶來很大的不便； b)宿舍里只有兩個小電風扇，而且懸在高處；因此在夏天上網時，電腦散熱過慢，這樣不僅影響電腦使用壽命，而且也給操作帶來了很大的麻煩；

c)晚上當其他人都在休息的時候，如果你想使用電腦做材料，但光線不好，這時如若你開燈的話，勢必會影響其他人的休息，也可能會引起公憤，從而給自己帶來一些不必要的麻煩；

d)冬天的時候不想下床使用電腦，但把電腦直接放在身上不僅給操作帶來很大的不便，而且也會影響您的身心健康。

問題解決方案

a)為解決宿舍空間小的問題，現在設計一個形狀大小都合適的筆記本電腦散熱桌；

b)為解決筆記本電腦散熱的問題，現準備在設計的電腦桌四周及中間分別安放一個用USB接口連接的風扇；

c)為解決晚上做材料光線的問題，現在筆記本電腦桌的右上訪安裝一個帶有三孔和兩孔的插座，以方便筆記本電源的連接和臺燈的連接；

d)為解決冬天不想下床用電腦的問題，現在筆記本電腦桌的下面安放四根長度可以伸縮的連桿，這樣設計出來的電腦桌不僅可以在地上使用也可以在床上使用，從而滿足了客戶的需求。

電腦散熱桌的優點與創新設計：

此種新型電腦散熱桌，在設計上綜合了老式電腦散熱桌的特點，但在原來的基礎上也增加許多新的優點。此次所設計的電腦散熱桌相比較以前的有以下優點：

1.在桌面的四周以及中間分別安裝一個風扇，這樣可以使電腦在工作時達到最 佳散熱效果，從而在一定程度上保護電腦的健康；

2.在電腦的右上方加上一個帶有三孔和兩孔的插座，不僅使電腦電源連接方便，而且也能外加臺燈，這樣便可以讓消費者在深夜中可以放心的做自己的工作；

3.風扇與風扇之間的連接是通過導線連接在一塊的，最后匯總通過USB插口接到電腦上，使用起來很方便。

4.在木桌的正下面設有一個深槽，可以用來安放托板的，理所當然托板與木桌的連接是通過滑輪來實現的，這樣在抽拉托板時很方便；安放托板的作用是為了方便娛樂。比如說當你想要玩游戲時，發現筆記本的鍵盤用起來很不方便，這時可以考慮外加一個鍵盤，這樣便可以很舒適的玩游戲，對操作帶來很大的方便。

5.桌面的形狀尺寸都很精致，這樣可以解決很多因為空間大小所帶來的問題。6.桌子的下方是用四根可以伸縮的連桿支撐的，這是本次設計的最大優點，連桿可長可短，因此桌子可以隨地使用，尤其是冬天的時候躺在床上可以安心的享受電腦給你帶來的樂趣。

總而言之，此次設計是結合生活中出現的各類問題來實現的，也是為了方便廣大消費者對電腦的使用。創新的地方也是結合所用產品的不足之處來提出的。

我們在生活中要學會發現問題，并且努力嘗試解決生活中各種各樣的問題，這樣我們的社會才會進步，我們的生活水平才會有更大的提高！

此種新型電腦散熱桌,在市場上可能已出現；但其在生活中帶來了巨大的方便。不僅可以放在地上,還可以放在床上。尤其在冬天的時候,躺在床上既可以做商務也可以休閑,真是方便的很。雖然此種商品構造簡單,但實惠可用，相信一定會受到廣大消費者喜愛的！

產品結構設計：

為滿足設計的需求，設計產品的尺寸在使用中必須符合消費者的要求。所設計出的產品不僅實惠，而且更實用。但在設計中應首先考慮產品的設計尺寸，因此也就離不開對產品的設計計算。下面將對產品的尺寸來進行概述：

一．零件的組成及尺寸

① 木桌：長50cm×寬50cm×高11cm（木桌的正下面有一深槽）； ② 槽：長40cm×寬40cm×高6cm;③ 拖板：長38cm×寬38cm×高5cm;④ 滑輪：四個直徑為1.5cm的滑輪； ⑤ 風扇：四周為四個直徑為7cm的風扇，中間直徑為9cm;⑥ 插座：長5cm×寬10cm×高5cm;⑦ 腿腳：四根總長為120cm的連桿，每段連桿的長為30cm, 且每段的上方有一凹槽和凸臺。

裝配圖：

所有零件裝配到一起后,形成如圖所示的裝配圖,為新型電腦散熱桌。

零件圖：

Ⅰ.風

扇

四個直徑為7cm的風扇和一個直徑為9cm的風扇來實現電腦的散熱

Ⅱ.滑

輪 四個直徑為1.5cm的滑輪來實現托板的抽拉

Ⅲ.托 板

長度如圖所示的托板來安放鍵盤

Ⅳ.桌

面

以便于安放風扇和筆記本電腦，還有一些其它的東西。圖如下所示：

Ⅴ.連

桿 自由伸縮來支撐電腦桌。圖如下所示：

三維圖

⒈風

扇

⒉滑

輪

⒊托

板 ⒋桌

面

⒌連

桿

設計總結與反思

設計的本質是創新，設計與人類的生產活動密切相關，它是把各種先進的技術成果轉化為生產力的一種手段和方法 設計的目的是實現產品的功能，建立性能好、成本低、價值高的系統和結構，以滿足人類社會不斷增長的物質和文化需要通過這次的設計我深深的感受到實踐的重要性，只有親自動手做過了才能更好的了解自己在哪方還有缺陷。這次設計加強了自己的動手能力，同時我也學到了許多知識，只有這樣才能學好、學到真正屬于自己的東西。無論是現在還是以后走上工作崗位，都要始終保持飽滿的精神。提高學生 合設計能力，特別是提高創新設計能力，是21世紀的機械專業建設的改革主線。俗話說：“實踐出真知”，想提高自己的設計和創新設計能力，就要多察、多思考、多動手。在設計過程中發現問，解決問題，不斷的積累經驗。這樣經過反復的錘煉，我們的 合設計能力和創新設計能力就能夠在不知不覺中得到提高。

由于本人的能力有限，在本作品的設計過程中，在內容的選擇和編排過方，難免會出現許多欠妥之處，敬請老師指點。

參考文獻：

1、黃純穎主編 《機械創新設計》 高等教育出版社 2000.7

2、張春林主編 《機械創新設計》 機械工業出版社 2007.9

3、李萍萍 賀煒主編 《機械制圖與計算機繪圖》 機械工業出版社 2007.1

4、李海萍主編 《機械設計基礎》 蘇州大學出版社 2002.12

5、機械設計手冊

第五篇：機械創新設計論文

工程機械中的宜人性設計

內容提要：本文通過介紹國外工程機械的先進結構,依據人機工程學的方法進行分析,著重以總體布置、駕駛室和司機座椅、操縱機構和信息顯示裝置幾方面做了些探討。

在工程機械產品設計中, 不論是技術設計還是藝術造型設計, 都是圍繞著如何使產品發揮最大的功能效用。而產品功能是通過人與機器的相互作用來最終實現的。所謂宜人性設計是指應用人機工程學的原則和方法研究“人一機器一環境”這個統一的綜合系統, 并設計這個綜合系統合理的方案。建立人一機之間最適宜和最合理的相互作用方式?？茖W技術的飛速發展,計算機輔助設計的引入,使當今工程機械的設計達到了一個更高的水平,產品設計的主要困難,已不在于機器設備本身,而在于如何確定人與機器以及人與環境之間最佳的相互協調關系。實踐證明,既使采用了新的高功效的機器和設備,由于其結構與人的相互作用方式不適應人的功能特點,則往往不能達到預期的效果。因此,在產品設計中充分考慮“人的因素” ,解決產品與人相關的一切方面,選擇最佳的“人機” 系統是技術設計和造型設計中不可分割的重要組成部分。人機工程學可以幫助技術設計和造型設計者選擇最理想的產品設計方案,在方案設計中,允許采用技術對人的“ 遷就”及人對技術的“選擇”。宜人性設計的最終目的就是為操縱者創造高效、安全、舒適和方便的工作條件,保護其體力和激發其工作自信心,提高勞動生產率。

一、總體布里的宜人性設計

一臺設計良好的機械,其安全、可靠、易于維護修理、檢測和使用方便以及保證有良好的視野是最基本的人機工程學標準。

1.保養檢測省時省力

日常保養及登機前檢測要省時省力, 以便使機械有更多的時間進行工作。造型設計必須和總體布置設計密切配合,充分考慮經常換用的一些零件、組件及總成件的配置,不僅更換檢測容易,而且保證在更換時不需反復拆卸機器。保養點集中并易于接觸,潤滑點盡可能少且加長潤滑周期。需常調整的部件,應設檢修門和孔口，孔口的形狀和大小應滿足在擋板外便于工作和觀察。C A T D gL推土機對發動機、變速器、轉向離合器,制動器及支重輪架的各軸承所設的潤滑點具有快速保養和保養周期長的特點。其基礎本身上僅有4個注油點,附屬裝置上有14個注油點,(推鏟上2個,裂土器上有12個),使潤滑簡化,繞機檢查快速方便。

在CAT生產的許多機種中,都設有保養指示器,顯示紅色信號時,意味著過濾器內的過濾心臟需保養;采用透明塑料積塵杯,便于目測聚塵狀況:采用直觀的目測油量計,檢查方便而且也避免開啟油箱對系統造成污染;采用旋緊式潤滑油和燃油過濾芯,不僅容易接觸,更換時也干凈利索。在D8K 和D9H 型機上還采用了快速更換潤滑油系統,比普通換油方法一宵省80 % 以上的時間。2.維修方便

為便于檢修,各國的工程機械在總體設計上都將駕駛室做成一“ 整體”,并可傾斜不同的角度。如C A T 953 裝載機可用千斤頂使駕駛室整體傾斜24 度，利于更換變速器油濾芯和快速連接液壓檢測接頭,對發動機和傳動裝置進行故障檢查和排除,駕駛室還可借外力傾斜朋，以便拆下發動機或傳動裝置。

實踐證明,技術性能的改進和新結構的運用,是提高宜人性設計的重要基礎。C A T D1 0 , D 9 L 和D 8L 均采用了組件裝配式結構,使所有主要動力傳動系部件在不必拆除推土鏟、松土器、駕駛室等情況下就能快速拆卸和更換,尤其是拆除最終傳動,顯示了組裝式結構的優越性,它只需斷開履帶即可拆出終傳動部件。這樣不僅使拆除部件所需時間減少,而且為現場維修帶來極大方便、縮短了停機時間，降低了保養費用。

3.視野良好

視野廣闊清晰是提高和確保效率的主要保證。看得清才能干得好。駕駛室的造型應與總體設計相結合,其位置及門窗結構應當容易看清工作裝置和通行道路。D 10 推土機的造型設計充分體現了視野良好的要求。在總體造型上呈“A”字形, 處于前方視野要求,采用斜置的發動機罩和垂直安裝的提升油缸，在后方視野上由于采用了新穎的三角形履帶布局，不僅使總機長度縮短, 而且為司機回顧松土器工作狀況提供了方便;左右及后方采用富有力感的“ 梯方形” 的斜壁式油箱造型, 其上表面均有一定的下傾角度,減小了死角,使司機在工作時前后及兩側都有良好的視野。

在技術設計上也應考慮到所采用的結構對視野的影響。C A T 9 5s 裝載機采用了Z 形連桿,不但提高挖掘力及鏟斗的卸載速度,更重要的是由子采用單油缸進一步拓寬了司機的視野。在其G 系列平地機的主機架上,從鉸接式連接件直到前面采用整體結構,取消了阻礙前方視線的平土鏟聯桿裝置和齒輪箱,使視野更為廣闊。

二、駕駛室和司機座椅的設計

工程機械駕駛室應具有安全保護、防風防火和防雨防曬,不受灰塵、廢氣侵擾以及減輕振動和降低噪聲的功能。這些功能的好壞直接影響司機的安全舒適,對提高生產效率起著顯著的作用。其中減振的程度也影響司機乘坐的動態穩定性。

座椅的舒適性有兩方面內容: 坐姿舒適性和振動舒適性(靜態特性和動態特性)。這兩方面因素及其座椅相對于駕駛室內和操縱機柯布局中的位置,直接影響著司機的舒適和方便,操作的靈活與效率。振動舒適性的研究是把路況一懸掛行走系統與座椅一人當做一個整體,探索在各種工況下受隨機振動對人在心理和生理方面的感覺反映。國際標準15 0 26 3 1 一1 9 7 8(E)《人體承受全身振動能力的評價指南》對人體承受全身振動能力的標準作了最完善的評價。這里不作探討。座椅的坐姿舒適性的研究則主要偏重于人體生理結構(人脊柱的腰曲弧線及坐姿狀態下人接觸座墊和靠背的體壓分布)與座椅結構、座椅廓面形狀和幾何參數的關系上, 使座椅兼有良好的靜態和動態特性。1.乘坐姿勢

最舒適的乘坐姿勢,一般認為是符合人體生理要求, 即能保持正常的腰曲弧形而不受拉伸變形, 腰背部肌肉處于松馳和休息狀態以及腹部通向大腿的血管不受壓迫的乘坐姿勢。其特征是: 臀部離開靠背稍向前移,使肩部后傾并與大腿下平而夾角(體腿夾角)為1 15 度, 小腿自然前伸并保持與大腿和腳之間有110度到115度的夾角。見圖l。

2.兩點支承原則

對人體腰部與背部的合理支承能夠防止腰曲變形,是保證坐姿舒適性的重要結構措施。見圖2(a 為一點支承, b為兩點支承)。兩點支承

中, 上面一點稱為靠肩, 能減輕頸曲變形, 設置在第5 一6 胸椎之間;下面一點稱為腰墊,它對保持和恢復正常腰曲弧形和保護易損腰椎它對保持和恢復正常腰曲弧形和保護易損腰椎有決定作用,其位置在第4 一5 腰椎之間的高度上。幾何參數見表1。

靠背傾斜角度和兩點支承是相互依存的,因使用要求不同而有所偏重。以休息為主的座椅, 多采用兩點支承且以肩靠為主;以土作為主的座椅, 則應保證工作要求, 采取直坐式。以往工程機械座椅多屬此類, 工作過程中背部幾乎接觸不到靠肩, 兩點支承中只有腰墊在起作用, 但一點支承也能起到保護腰椎和緩和腰 曲拉伸變形的作用。所以, 我們?？吹降墓こ虣C械座椅與汽車駕駛員及乘客座椅有所區別。前者主要以工作和操作方便為主: 后者則兼有工作和休息的雙重性。但近年來, 國外工程機械出于操作系統布置合理而且多采用先導液壓助力操縱機構和可傾斜不同位置的轉向柱, 座椅也采用張緊度可變的懸掛裝置, 可作上下及前后調整、座墊及靠背也可按司機個人喜好作向前或向后傾斜, 操作時不必將身體探出, 當機械處在斜坡或向旁傾斜時, 側面的扶手和安全帶使司機仍能穩坐椅中。扶手也可折起, 以免妨礙動作。所以當今工程機械司機座椅也采 用了適宜于整日工作且最符合人體曲線的高靠背座椅, 比以往具有更好的操縱和.乘坐舒適性。

3.體壓分布

人體重量作用在座墊和靠背上的壓力分布稱為體壓分布, 是影響坐姿舒適性的一個生理因索。人體臀部和肩部上的不同部位, 在產生不舒適感以前所能承受的壓力是不同的。因此,座倚的壓力分布應是合理分布而不是平均分布。見圖3 , 一般說來, 坐骨周圍的肌肉可承受較大壓力, 而大腿下面的肌肉, 因里面分布有大血管和神經系統, 很小的壓力一也會影響血液循環和神經傳導, 從而引起不舒適。同樣,靠背上的壓力也應是合理分布, 集中在肩腳骨和腰椎兩個部位。坐姿舒適的體壓分布應是:人體的大部分重量應以較大的支承面積、較小的單位壓力合理地分布到座墊和靠背上;壓力分布從小到大應平滑過渡, 避免突然變化。.其它因素

座椅的幾何尺寸及形狀、所用材料也影響坐姿舒適性和操作的靈活性。首先, 座椅應該是能夠上下、前后進行調整, 以適應不同國度、地區和不同種族的司機舒適乘坐。座椅深度要恰當, 以便很好地利用靠背,通常為3 7 5-4 0 m m 為適宜,寬度應允許坐者姿勢有所變化,最小的寬度是450mm(衣服口袋和口袋裝物距離),有扶手座椅, 兩扶手最小距離是4 75mm;靠背的寬度以不大于325 一375 m m為宜,以免工作時,人的肘部經常碰到靠背;座墊應有一定的柔軟性,既可增加接觸面積;又可減少壓力分布的不均勻性。但太軟太高的坐墊又容易造成身體不平衡和不穩定,表面材料最好不使用塑料面,應采用纖維材料,既可透氣,又減少身體滑動。

若幾何參數及座椅廓面形狀選擇不當, 會產生如圖4 所示的情況, 箭頭所指為受壓迫即不舒適部位。

5.評價原則

評價一個座椅舒適性的主要項目的重要程度如下:1.腰墊20％: 2、靠背傾斜角15 ％: 3.座椅深度和高度10 ％+ 5 ％: 4.座椅上下、前后移動10 ％;5.椅架下面的空間5 ％(對于工程機械也可不予考慮), 6.座墊與水平傾斜角3％;7.座墊前緣的圓角和柔軟度2 ％;8.其余項目一包括肘部臀部和肘部活動空間,座墊和靠背的空載輪廓,蒙皮的透氣性, 防滑性等30 ％

三、操縱機構和信息顯示裝置

操作的效率和是否容易、省力與提高機械生產率有密切關系。操縱機構的布局、儀表顯示裝置的布置和駕駛座椅的位置, 三者之間的物理尺度應綜合考慮、統籌兼顧。工作位置的尺度由操作者在工作時視界的大小(包括室外視野良好和室內觀察儀表和操縱桿件方便)及手、腳的活動范圍和手、腳動作的有效性、協調性來決定。全盤布局要力求使操作工序耗時最少、體力消耗小和識別儀表指示方便、清晰和準確。l、布置合理(1)操縱機構

操縱機構的布置, 應根據其使用方便程度、操作順序和頻繁性, 將最常用的部分置于有利觀察和手腳最有利的動作范圍之內。

圖5所示為手和腳的作業范圍。圖6 是C A T D g H推土機的駕駛室布置、參照兩圖可以看出, 操縱機構的布置非常合理。根據人的生理特點,不經訓練的人, 一般情況下右手反應時間比左手反應時間短而且準確。象油門控制桿、· 推鏟控制桿和裂土器控制桿這類常需調整的操縱桿件均布置在右手最方便的活動范圍內的減速踏板也方便地放在司機反應較敏捷的右邊。次要的操縱桿, 如定期性或不經常調整的桿件布畏在工作區邊界處或邊界外。象為保護機器司機和在場人員專設的安全手柄(圖6 3)就設在控制臺的左邊,而且顏色與其它桿件不同, 手柄上飾有警告功能的紅色,當司機離開駕駛室時,隨手將其結合,方便自如。但是應急機構桿件的形狀和顏色,不僅應與一般機構相漢別, 而且應設置在任何情況下都能接近且與一般機構隔開的獨立空間處。(2)儀表顯示裝置

司機在作業過程中, 監視控制臺的儀表指不和操作機械的工作常常是同時進行的。因此, 儀表的合理布置, 將意味著司機通過快速判讀儀表, 及時掌握機械的運轉狀況, 保障機械的安全。根據人的視覺運動規律, 視線習慣習腳、左到右和從上往下運動;看圓形物體, 總是沿順時針方向比較迅速。從圖6 可看出, 反應機器狀況的重要儀表, 從左至右排列在儀表板上。而且儀表指針的擺動方向多為順時針或具有一定的規律性, 以便司機迅速判斷作出反應。

儀表板的位置, 應處于司機最有利觀察區域。根據人的視覺特點, 橫向視野大于縱向視野;眼睛的水平運動比垂直運動快。圖7 為人水平和垂直方向視域的劃分(a 未畫出最大視域)。橫向視野中最大視域為2 0度(頭部和眼球均轉動)只有眼球轉動時為1 20。視線突然轉移過程中, 大約3 拍的時間能看清目標,其余盯帕的時間視覺是不真實的。根據這些特點, 儀喪板應布置在司機前下方最有效的水平視域是以下三個區域:

A: 中心視力范圍(1.5 到3 度)對物體視覺最清晰:

B: 片刻視力范圍(1 8 度)有限時間內即可辯清物體;

C: 有效視力范圍(3 度)需集中注意力才能辯清物體。

最有利的縱向視野為視平線上30 度，下40 度，坐姿工作時向下的最佳視線為15度, 見圖7 a , 監控機器各主要功能的儀表和警示燈, 應沿垂直方向在水平線下30 度范圍布置在斜置防眩的儀表板上。水平方向上, 在作業時不需用的次要儀表擺在視域之外;主要的置于B、C 區域;最重要的布置到最佳視區內(A 區)。當然,儀表位置主要是有利于工作。C A T 42 6 型挖掘裝載機的儀表板則設在操作者的右邊,無論操作裝載機還是反鏟裝置都便于觀察。儀表板處于司機前下方, 因此,必須重視儀表板的反射光,以免干擾司機帶來危險。儀表板的色彩應與室內色彩有適當對比,常見的多為深色(如黑色),所有材料應為無光澤和表面粗糙以便形成漫反射,清除眩光。切忌在儀表板上使用過多的色彩和為裝飾所采用光亮度大的電鍍框儀表。這些都會造成視覺疲勞。目前, 國外工程機械普遍采用電子監控系統(E MS)替代傳統的儀表顯示裝置。C A T公司60 腸的產品已裝備了這種信息顯示系統。代表了今后工程機械發展的趨勢。電子監控系統相對儀表有極大的優越性, 其判斷準確性高出儀表3 一4 倍: 其可靠性在每1 0 個作業小時中,失效率約為0.0 0 1 7。而儀表的準確性和可靠性會因各種因素,使用時間、振動和人為的原因而受到影響。儀表需司機來判讀并記住其讀數所包含的意思, 對于經驗較少的司機則必須把更多的注意力集中在工作上而不是集中在機器的工作狀況上;既使有經驗的司機也會由于指望儀表顯示正常而較少去注意。使得危險狀況得不到及時注意, 從而引出問題。而電子監控系統則利用預調定的傳感器(開關), 開關不是關就是閉。司機不需要依靠偶然的監視去發現儀表顯示的危險讀數, 省去了對儀表所作的猜測。只要看到某個信號燈亮了, 就知道問題出在什么地方和采取相應的措施。該系統應用發光二級管、故障指示燈和警告喇叭。內在可靠性極好,不僅監控系統還能監控自身,使司機能放心地全神貫注于工作。具有提醒司機、要求司機作出反應和立即停機的三級警告, 使司機快速可靠地識別信息, 從而使機械損壞的可能性大大減少,因而有更高的作業率。

2．操縱可靠輕便

操縱力的大小、操縱的方式對操作效率影響很大。人機學有嚴格要求和標準。國際標準化組織(15 度)和一些國家都已把有關試驗研究成果總結到技術文件中。如蘇聯對起重機操縱桿布置規定在距離座椅上表面2 0 一3 0 m m 的高度,作用于操縱桿上的推力不大于30 N、踏板的施力容許值不超過6 oN ,若踏板的施是 經常性的,則必須減至20 N。踏板總行程不超過125 m m 以及用能承受一定荷重的彈簧復位。國外工程機械廣泛采用先導閥液壓助力控制,不僅減少板動手柄的作用和縮短手柄行程,而且準確靈活地對工作裝置精確控制。轉向盤只轉三圈就可使機械從一側轉向另一側極為靈便。

操縱桿的動作方向應與機械工作機構的運動方向一致, 便于記憶和符合人的習慣想法藝操縱使用時應不阻礙司機視線,位置也應與司機視野相適應。如C A T D 9 L 推土機的裂土器操縱桿設在司機右后方,為減少司機裂土作業時扭轉身體所產生的疲勞,其駕駛座椅向右后方斜置15 度 ,以便于司機舒適地向后回顧進行操作。目前,國外工程機械廣泛采用可調整的駕駛臺。見圖8，為可五個位置調整的轉向柱,向前移可使司機出入駕駛室方便;向后移可使司機將轉向盤和變速手柄置于舒適的位置。b 為可作180 度翻轉的壓路機駕駛裝置,以順應司機的觀察,提高碾壓質量。

宜人性設計的最高體現,是對“人的因素”的考慮是事無巨細的。如操縱手柄的形狀必須適宜人手的比例和指球肌、大魚際肌和小魚際肌的天然減震能力, 避免對掌心和指骨的壓力以及由于垂直和水平振動而引起的疲勞從而影響操縱的確性。圖9 為手柄的不同造型,其中a、b、c 為好;d、e、f較差。并列手柄的形狀、大小、高度和顏色的不同,有益司機記比和區別,減少誤動作帶來的事故, 提高人機系統的總功能。如C A T G 系列平地機采用有雙重保護作用的停放制動手柄布置在油門手柳和變速桿中間,但其顏色(紅色)和高度與兩者有明顯區別。它除了控制停放制動器使機械下會移動;還可使變速桿鎖定在空檔位置。提高了操作的可靠性。

簡化操縱機構也是提高宜人性設計的有效措施。圖10 為速度和前后變換方向共用一個手操縱,手柄扭轉可以作速度換檔;手柄前推或后拉郎作前后方向的改變。越來越多的工程機械,不斷簡化操作,許多功能的控制都已用按鈕開關來實現。如小松的裝載機采用的指尖控制變速器;C A T 生產的電子控制的鏟斗比置 控制器可預定鏟斗的卸載高度和挖掘角度, 大大減輕了司機的勞動強度、改善了人機關系,可以預見不久的未來, 電子計算機將為各種施工作業機械提供不同的工作循環程序, 司機所做的工作只是對電視屏和計算機打印輸出等的監視。

三、結束語

工程機械中的宜人性設計還包括造型設計中造型的比例和諧;色彩的科學應用和顏色對人心理、生理產生的作用和聯想等等。篇幅所限, 不作論述。宜人性設計在工程機械中的運用, 集中體現在駕駛室, 操縱機構和信息顯示裝置上,必須給予極大的重視,因為它們在“人一機”系統中是聯系人與機器的重要環節,宜人性設計的最高目的,是追求人和機器之間的新型關系。

參考文獻

l、《機器制造中的藝術設計》〔蘇〕汀、E、巴格達維奇、B、A、布里揚、中、2、拉烏特曼著、姜忱· 柏大巢、陳祖燕譯。機械工業出版社

2、《建筑、室內、人間工學》小原二郎、內田祥我宇野英隆編鹿島出版會

3、《人機工程學》賴維鐵編著 華中工學院出版社

4、《工效學基拙》顧寶德編譯 黑龍江科技出版社。

5、《人與室內環境》S 二A·康茲, 魏潤柏合著 中國建筑工業出版社

6、莊國華: 對汽車座持設計的探討《汽車技術》 1978(5)

7、溫吾幾: 人體工程學在汽車設計中的應用了《汽車工程》1955(一)

8、黃仲侃: 現代國外振動壓路機現狀及發展趨向《筑養路機械行業動態與信息》1988 年2 月

9、《國外工程機械》1984(2)、1987(5)

10、《起重運輸機械》 1987（4）《技術美學》1985(2)