作者：李偉湛 楊先英 單位：重慶交通大學

生產靈活性(flexibility)與整體性奧迪汽車公司推出的第三代車身空間框架(AudiSpaceFrame，ASF?)如圖1所示，該空間框架采用最新技術制造出更堅韌、更強操作性能的全鋁車身框架［1］，此車架結構的采用為奧迪汽車提供了更輕、更強和更安全的車身構造。框架式結構設計原理是將產品根據功能的關聯性程度進行模塊化分析與設計，該原理運用于ASF車架設計中則是將一種多體連接的整體式結構轉化為主次連接的框架式簡化結構。根據該設計原理，在生產過程中，會將產品整體劃分為主體框架和分體模塊，如圖1中的奧迪汽車車架由主體框架和三個功能廂體模塊組成。另外有些產品如多功能螺絲刀、吸塵器的設計，采用通用性的接口連接，這樣根據局部功能進行模塊化更換和生產，滿足不同產品功能需要，可降低生產成本，提高生產的靈活性。框架式結構采用模塊化裝配方式，每個模塊相對獨立，如果某個部件出現故障需要維修，只需對該模塊的局部進行修理和維護，不改變其他模塊的鏈接關系，無需拆解整體結構，這與傳統整體式結構相比體現出了高效性、便利性和低成本等優點。如奧運場館水立方的外墻采用了模塊化的框架式結構;蘋果電腦公司推出的G5電腦機箱采用全鋁金屬框架結構，如圖2所示，該產品的內部零件模塊、外觀側板和基座都是連接在整體結構上的。本文將探討在LLPC產品開發設計中導入框架式結構的可用性，系統地從設計角度分析功能模塊的布局;運用框架式結構的設計手段保持產品整體風格，在用戶視覺范圍內不暴露結構性零件，進而保持產品的外觀整潔性。

外觀造型的系列感(series)框架式結構在各類產品開發設計中的應用對其外觀風格頗有影響，如在系列化產品的開發設計中，采用統一的框架式結構可塑造出外觀造型相似的系列化產品風格特征。根據不同人群定位、功能定位等要求，更換局部模塊以形成不同功能產品，而整體結構保持著相對穩定和獨立性，進而保持產品的系列化風格。圖3所示為電子產品外觀夾邊設計［2］，此結構方式的采用使其在外觀上形成了一種獨特的視覺分割效果，使產品顯得更精致和纖薄。Iphone4手機也采用了這種設計方法，根據不同功能需求更換上蓋模塊，中框結構和下蓋可以保持不變，可獲得視覺效果不同的系列產品。圖4所示的IBM服務器機柜整體設計也采用了框架式結構，外殼與內部零件模塊可根據功能需要進行選擇性裝配。這樣的設計方式可實現只更換前面板和內部模塊，形成不同功能產品系列［3］。

可控性(controllability)基于框架式結構的產品開發設計流程可控性好、風險低，通過對功能布局、整體結構和框架結構等幾個關鍵環節的質量控制，可確定整體結構形式，后期設計研發過程中可變因素少，大大降低了設計風險。特別是在產品升級與更新時，框架式結構可減少產品零件的定制數量，簡化研發流程，進而提高對產品功能品質和工藝的控制性。使用過程中，如果哪個部件出現問題，即可更換或者局部改良，不影響其他零/部件的使用。

拓展性(extending)大型機床產品的系列延續性對于品牌產品的戰略發展尤其重要。單一的產品系列可能導致片面的市場格局，在穩定產品品質的基礎上可根據市場細分，基于同一平臺拓展出不同功能定位的產品，這一策略在大眾、標致等汽車的車型工程開發中尤為常見。框架式結構形式有助于功能的模塊化定義，對于影響終端界面的模塊可進行更新換代，而共用的基礎部分保持不變，即可根據產品的系列化定位進行基于平臺架構的不同功能組合延展，在不增加太多成本的基礎上實現不同產品系列的拓展，因此具有較好的產品拓展性。

大型激光加工中心的結構特點與工業設計分析

大型激光加工中心(Large-scaleLaserProcessCen-ter，LLPC)是一種通過激光對截面積在2m×2m內、高度為0．15m內的大體量金屬材料件進行打孔、切割和雕刻等加工的設備，可進行材料的熔覆及修復工作，LLPC是本文研究的主要對象。其功率可設定在1～2kW范圍內;X軸行程為3～4m，Y軸行程為1．5～2m，Z軸行程為0．1m左右，最大速度可達18m/min，定位精度為±0．015mm，重復定位精度為±0．01mm。該設備控制系統由高功率激光器、激光專用制冷系統、外光路系統和多功能大型激光數控加工機床組成。其技術特點有:1)采用高效的自動化激光熔敷技術，可以有效地減小熱影響區，降低葉片裂紋的產生。2)可以在氫氣保護下進行，而無需真空環境。3)加工精度高，易于數字化控制，可加工幾何形狀復雜的零/部件。大型激光加工中心主要應用于模具加工、機械制造、石油、化工、輕工、能源和交通等行業。該類產品開發設計中需要綜合考慮加工效率、安全性、良好人機交互性和良好維護性等方面的要求。因此，在設計過程中需分析各個功能模塊的合理化布局，以獲得高效率的加工方式，如考慮在設備加工過程中操作人員的安全性問題;考慮人員操作的易用性，以獲得良好的精確操作及監視效果;考慮使用后的定期維護需求，將控制模塊進行獨立布局，不與其他模塊形成功能交叉區域。

奧地利生物學家貝塔朗菲(1937年)最早對一般系統作出了定義:系統是由若干要素以一定結構形式連接構成的具有某種功能的有機整體。按照系統的定義，本文的研究對象LLPC產品設定為系統需要滿足三個基本條件，即:若干要素、結構形式和功能輸出。基本系統性關系可以用式(1)表示:M={S，F}(1)式中:M為產品系統設計的功能輸出，即LLPC產品設計的結果與加工過程的整體效果;S為系統功能模塊(即要素)的集合;F為建立在模塊集合S上的各種結構鏈接關系。在LLPC產品系統中，M為一個產品系統設計的功能輸出，即產品設計的功能效果;S為固定的功能組成模塊，只在產品系列化時才產生變化;F為一個可變的要素，包含了結構形式，也包含了連接方式與系統、外界交互形式。在該類產品設計中，可采用整體結構連接與框架式結構連接兩種方式，前者是產品的每個功能模塊相互產生結構性連接，形成固定模塊的整體產品系統;后者則是根據設計要求先將整體結構方式進行獨立設計定型，然后再進行功能模塊組裝，如控制柜、操作面板和檢測門等模塊均采用常規標準件，然后與主體框架結構進行連接，形成有主體框架和可變模塊組成的產品系統。通過產品設計系統分析、以用戶為中心的設計評估等方法適當改變F的關系，可獲得一個更優化、更高效率的產品系統功能輸出M。