机电产品设计教学大纲

机电产品设计教学大纲（精选8篇）

1.机电产品设计教学大纲 篇一

湘版美术教材九年级下册《小产品 巧创意》教学设计

肥城市边院镇初级中学 刘钊

【教学目标】：1.能够从功能与需求有机结合的角度出发，初步把握设计的基本特点。

2.能够运用基本形，绘制出展示产品的效果图。

3.能够从功能、材料、造型等几个基本角度出发，写出简短的设计说明。

【教学重点】：能够从功能与需求有机结合的角度出发，初步把握设计的基本特点。

【教学难点】：绘制展示产品效果图 【教学准备】 教师准备：多媒体课件 学生准备：纸、油性笔、彩笔 教学过程：

一、情境导入

1.多媒体演示元宵节促销的两张图片

师：同学们，你们对这样的促销方式感兴趣吗？为什么？ 生：不感兴趣 因为这样的方式很常见，没有创意...2.观看短片

师：同学们看过这段短片之后，什么感受？

学生回答教师归纳：生活不能没有创意，富有创意的产品设计不仅能给我们的生活带来方便和舒适，还能美化我们的生活，给我们带来美得感受。

今天我们就带着审美的眼光走进我们的课堂———《小产品 巧设计》（板书）

二、交流探讨

1.师：同学们在生活中都见过哪些有创意的产品？ 生：...................课件展示图片并思考产品创意设计中应该考虑哪些因素呢？ 2.课件展示用鱼的造型做的茶壶，让同学们说出具备茶壶的功能，对鱼的哪些地方做了改造？

师生总结：产品设计中应该考虑的因素有功能、材料、造型

三、尝试练习

出示几张图片与几种生活用品，用图片的形状设计生活用品，口头设计 迅速画出草图

展示部分同学的作品，学生简评，教师讲评

总结：大多数同学的设计都是很有创意的，但是在设计的过程中，有些同学忽落了产品功能的运用，还有些同学设计的不够美观...下面我们分别从功能、材料、造型方面来学习一下。

四、作品欣赏

分别从产品的功能、产品的材料、产品的造型方面欣赏图片

五、设计步骤

以老师设计的熊猫杯子为例，简要说明设计步骤

1、产品的造型设计元素是几何形，所以我们可以先把刻画对象用简单的几何形来概括归纳打形，2、打好几何形后，在根据产品的具体形状，进行深入刻画。

3、设计好外形后，就要考虑产品的功能了。功能不能盲目的添加，要考虑对你设计的产品是否适用。

4、这样，一幅设计稿就完成了。在你设计的效果图旁边添加一些文字说明，对你所设计的产品功能作简要介绍。

六、我创意 我快乐

小组合作：选择生活中的一件产品，从功能与材料入手，对这件用品的造型进行设计，画出设计草图。

七、作业展示评述

选择部分优秀学生作业上台展示。学生相互点评设计的优点与不足。教师根据教学要点总结评价学生作业情况。教师寄语：用心学习，用心为生活添姿彩

板书设计：

小产品 巧创意

功能

材料 造型

2.机电产品设计教学大纲 篇二

1 企业对产品设计人才的具体要求

作为高校教师, 经常看到毕业生在双选会上找到对口的工作的同时, 学生明显缺乏胜任岗位的信心。虽然, 学生在校期间成绩较为优秀, 但是实践能力欠缺, 面对用人单位的专业且接地气的面试问题, 经常显得无所适从。其主要原因在于核心课程产品设计教学和企业需求之间出现了错位。产品设计首先要考虑的是产品的功能, 产品只有具有一定的功能, 才是其得以存在的价值基础, 而产品功能的实现, 必须依赖于一定的零部件单元, 产品零部件单位在三维空间中的大小及布局是产品设计必须考虑的核心问题, 也是对形式追随功能的有力解释;其次是产品功能实现的工艺性, 即材料、结构、工艺等内在生产要素可行性;最后考虑的是产品美的形态, 形态的考虑必须要考虑实现产品功能的零部件单元大小及布局对外观造型的影响。

在于工业设计作为应用型为主的专业, 应该强调设计实践, 重理论、轻实践 (或理论与实践脱节) 的设计教育定位难以满足市场的要求。[1]据调查, 现在国内高校工业设计专业培养计划中开设产品设计课程的高校很多, 但是仅限于一般的产品设计流程, 虽有工艺知识的讲解, 但是讲解内容过于简单, 且和企业实际有一定的偏差。虽然有模具设计课程学习, 对产品成型技术有一定的了解。但是, 学生毕业时一般不懂产品内部结构的组成, 更谈不上结构工艺上的实现, 设计的产品造型往往不易制造, 甚至根本没有考虑生产工艺要求, 导致无法生产制造。因此工业设计专业产品设计课程教学应结合企业需求, 在培养学生审美能力的同时, 重点培养学生工程设计相关内容的教学, 使学生在产品功能单元布局合理的情况下, 实现产品外观造型及内部结构设计。从而缩小理论与实践的差距, 推进产教融合。

2 产品设计课程教学的探索

设计必须基于一定的行业背景, 不同的行业有不用的设计标准, 并结合设计材料有产品结构设计的推荐值。本文结合工业设计专业学生就业方向:产品设计、平面设计、环境设计及设计管理。主要以产品设计中小型产品 (手机行业) 为背景, 进行了产品设计课程理论和时间教学的有益探索。

2.1 产品设计课程理论教学探索

产品设计核心课程, 表达了对设计问题多样性、复杂性的关注并促使教学情境作出适时改变。[2]以手机行业产品设计为例, 塑料零部件居多, 钣金件较少。因此, 在产品设计课程的理论教学过程中工程设计的内容应补充加强:手机堆叠2D布局、常见LCD LENS规格参数、前盖、后盖、按键设计、DOME设计、电池盖设计、电池盖按键设计、天线设计、耳机插孔设计、speaker设计、microphone设计及装配结构等。

(1) 零部件的堆叠:针对手机产品设计, 首先要对实现产品功能的所有零部件进行有效合理的布局。在Pro/Engineer三维参数化工程设计软件中, 有强大的产品零部件布局功能, 能够在设计之初保证所有功能实现的零部件单元进行合理的布局。

(2) 结构及工艺:钣金件主要为冲压工艺完成产品结构的设计。塑胶件的设计, 主要是结合手机制造过程中常见生产加工工艺 (如注塑工艺) 对诸所涉及的产品零部件的壁厚、拔模角度、圆角、凸台、加强筋、装配柱、嵌件、螺纹、表面装饰花纹及图文标识、卡钩、卡扣、止口、链接等结构依据行业标准规范及推荐值进行详细的产品结构设计。

(3) 掌握常见的表面处理方式如真空电镀、丝印、移印、化学腐蚀、喷砂、抛光、拉丝、滴胶、激光焊接、电泳涂装、镭雕、镶钻、阳极氧化及高光切削等原理及加工后效果。

2.2 产品设计课程实践教学探索

(1) 案例式教学。

鉴于学生基于手机行业背景的产品设计基础理论知识薄弱, 实践能力不强的特点, 宜采用深入浅出、通俗易懂的“案例教学法”。所谓案例教学是指把案例引入课堂环节, 以手机产品设计实践案例的形式让学生进行设计实践, 引导学生综合运用所学的理论知识, 去分析解决产品设计过程中实际问题能力的一种教学方法。案例教学将部分真实设计案例引入课堂, 使学生在一段相对短的时间内, 亲历手机产品设计所有过程, 通过实践、视频结合的方式实际、生动, 富有吸引力和启发性, 从而能有效地提高学生运用所学理论和知识分析、解决实际问题的能力。

(2) 深入企业进行设计实践。

工业设计本身是一门实践性很强的学科, 早在包豪斯的教学体系中就明确提出了“干中学”的教学方法, 通过实践活动来培养学生发现和解决问题的能力。[3]深入企业进行设计实践, 其对象不仅是学生, 课程教学老师也可以参与其中。今年我院毕业年级学生深入重庆小康动力有限公司进行设计实践, 在学校老师和企业导师的指导下完成毕业设计论文。学校鼓励教师进行行业背景培训, 我院工业设计专业三名老师赴四川长虹电器有限公司进行为期连个月的企业实践锻炼。通过企业间建立有效的沟通交流实践平台在提升老师实践教学水平的同时, 对专业学生结合企业实际需要, 发现问题、分析问题解决问题的能力也得到了有效的提升。

3 结论

在分析了目前工业设计专业产品设计课程教学中存在的不足和人才培养与企业实践之间的偏差后, 提出了工科工业设计专业产品设计课程教学的基本想法。因院校不同、办学层次、办学条件、专业方向不同, 在此, 对于工业设计专业产品设计课程教学进行了有益的探索希望能起到抛砖引玉的作用, 给同行提供必要的参考。

参考文献

[1]严波, 严春妍, 丁治中, 等.产品设计课程群实验教学方法与手段的改革[J].实验室研究与探索, 2012 (5) :128.

[2]张浩, 曹明.产品设计核心课程在定位:从方法导向到问题导向[J].装饰, 2016 (7) :128.

3.机电产品设计教学大纲 篇三

产品设计专业是一门艺术创新与工程学科相结合的交叉学科。本专业主要学习产品设计的专业理论与技能以及工业产品功能与造型设计的方法，使学生具备丰富的专业理论知识和较强的设计动手能力，既有坚实的专业理论基础，又有较强的设计创新能力。许多高校产品设计专业都非常重视对学生动手能力的培养，产品速写课程在产品设计专业教学中有着重要影响。产品速写课程学习对设计思路的表达、设计效果的展现以及整个产品设计过程有着非常重要的指导作用，同时也为后续设计的顺利进行奠定了基础。

产品速写在产品设计中的地位

通过近几年的产品设计专业课程教学发现，产品速写在专业课程设计创意阶段有着极大作用。日常教学中，学生在接到课程作业后经常出现设计创意构思表现不顺畅的情况，对于老师提出首先进行设计草图表现的要求往往部分学生无法顺利表达，设计草图无法成形，造型、结构、透视等表现不准确，学生所想的构思方案不能很好的表现。这种现象根源在于学生对产品设计专业前期产品速写课程缺乏正确的认识性，学生不重视产品速写的训练不能够完成大量的练习，过于依赖电脑设计制作。

一款产品的设计开发，产品速写表达是其设计过程的首要环节。产品设计的研发主要有市场调研、创意设计、设计实现、市场推广等几个阶段，创意设计在各个阶段中处于重要位置。一个好的产品创意构思很重要，然而创意设计阶段的第一步就是产品速写，需要把构思通过手与纸的结合表现出来，只有顺利完成产品速写这一重要步骤，设计才能顺利进行产品研发才能继续。可以说，产品速写是一切产品设计的开端，是设计成功的重要基础。高校产品设计专业教学脱离不了市场与企业，产品速写无论在学校教学或是企业产品研发中，所表现出的重要性不言而喻，因此在产品设计专业教学中必须加强产品速写的训练，强调产品速写的重要性。

产品速写课程的教学模式

产品速写是产品设计专业的重要专业基础课程之一，其培养目标使学生掌握对产品快速表现的方法并能够熟练表现。通过近几年的教学发现，学好产品速写教师的教与学生的学至关重要，以下就通过几个方面提出相关建议。

1. 多元化的教学方式

上课之初对学生提出学习产品速写的四点建议：培养积极的动手能力；抓住设计速写的本质，不为表面现象所困惑；循序渐进地学习设计速写；保持耐心和信心，集中学习和持之以恒相结合。通过四点建议引入教学内容，使学生有一定的思想认识与准备。多媒体技术的引入使教学方式有了极大的改变，传统教学的黑板粉笔变成了电脑、投影仪等。在产品速写的教学中，提出让学生看的懂、听的明白、会跟着练。（1）收集大量优秀的产品速写案例，有图片也有动画视频，在理论知识讲授完后，通过图片分析指导学生看什么学什么，并在讲授中播放优秀产品设计师的创作视频，生动的再现设计师设计的全部过程，让学生加深视觉认知，了解著名设计师对于产品速写的态度；（2）把枯燥的理论知识与实际设计案例结合讲授，引导学生思维扩展，利用著名设计师的谈话内容启发学生，鼓励学生课堂提问、发言，让学生自己来讲，课堂教学主体不仅仅是老师更是学生；（3）利用实物投影仪做速写示范，现代技术融入课堂使得教师讲授的内容更加直观、快速的呈现在学生面前，教师在讲台上画出来就能让学生看的见，这样能够让学生跟着练习加深记忆，同时对教师的速写表现能力有了一定要求。

产品速写教学不仅仅是在课堂上讲授更重要的是在平时的辅导中，产品速写的特点决定了其作业的表现方式，在辅导中教师集中讲评和个别指导相结合。学生在课堂上会进行大量的速写练习，众多的学生通过练习所呈现出的问题既有共性的也有个性的，对共性问题较多的时候应集中学生集体讲评，指出问题提出建议，对个性问题有针对性的与个别学生交流，互相讨论，这样能够使得学生快速明确自己存在的问题等。在教学中每周一大评，每天一小评，所有学生速写作业展示在教室墙壁上，教师每天评学生互相看，这样更加促进了产品速写课程的良好发展，学生产品速写表现能力也会显著提高。

2. 激发积极主动的学习态度

学生之间存在个体差异，专业基础能力、动手能力、领悟能力等方面都有着不同，其产品速写表现水平也存在着差异，因此在学习中体现出的积极性、主动性也不同。教师经过讲、画、评带动学生的学习兴趣，对学生提出共同的作业要求和个别性的作业要求，通过每天作业的展示，学生之间可以相互学习相互交流。鼓励学生之间学习经验和速写技巧的交流，促进班级良好的学风建设，也使得学生间互相较劲，教师应多帮助能力较弱的学生，增强学生学习的自信心。教师讲授、学生之间互相学习，能够推动学生积极主动的学习态度。

3. 科学合理的学习方法

科学合理的学习方法能使产品速写的学习少走弯路，学生能快速掌握其基本内容。

（1）先临摹

临摹别人的作品是最直接和有效地学习别人的经验、观察及表现的一种方法。产品速写练习从临摹开始要求学生明确课程的学习目的和方向，按照老师要求有计划有目的的临摹，参考优秀的产品速写图例，不仅是临摹得相似就可以了，而是要画的形神兼备。临摹无论从整体还是局部都可以入手，把透视、造型、比例尺寸临摹清楚，在此基础上加上光影效果、材质效果等内容。临摹不是拿来就画而是应先看先观察，观察分析别人是如何把握和处理形体的大块面及细节上的变化，哪些可以忽略，而哪些要深入刻画。临摹练习的时候，应注重线条的训练，这对形体的把握有很大帮助。

（2）再写生

写生是检验学生所学知识的基本实践方法，只有大量的写生练习才能为专业课程打下坚实的造型基础。通过前期的临摹，学生基本掌握了线条、比例、透视等内容，具有了一定的造型能力。学生进入写生阶段，应当与老师积极配合，下笔写生前应对写生产品多观察多分析，明确产品的尺寸、比例、结构等再开始进行写生，这样写生出来的效果才准确，对产品材质特征的表现应当进行归纳并忠实于产品。写生训练应当由浅入深、由易到难，循序渐进的进行，写生的产品应先从造型简单较为方正的产品入手，逐步变为有曲面弧度结构复杂的产品，多安排学生写生平时接触较多的产品，这样不仅能调动学生的学习积极性主动性，作业的效果也比较好。

（3）后默写

默写可以增强个人记忆和对物体形体结构的理解，是一种很有必要的训练手段。通过一定时间的产品写生练习，对特征性明显的产品能够熟记于心，不断多画多练习能够在今后进行课题设计时可以在相对较短时间内画出设计方案。写生后期，可以鼓励学生由易到难的进行默写训练。

产品速写的学习方法除了以上三个方面更重要的是进行大量的练习，需要学生多画、勤画，谁也不能一步登天，只有大量的练习为基础才能设计出好的优秀作品。

产品速写作为产品设计专业一门重要课程，对各方面都有着严格的要求，不仅是要求准确的形、流畅的线，更重要的是传递设计构思的内在想法和理念。产品速写不是浮于表面，它为工业产品设计打好了造型基础，为创造性思维扩展做好了准备，为高校产品设计专业培养合格的设计师奠定了基础。

4.产品设计系列课程的教学大纲 篇四

课程中文名称：产品设计I 课程性质：专业课 课程号：32004 课程英文名称：PRODUCT DESIGN I 总学时：64学时（其中讲课 20 学时，课内实践 34学时）先修课程：基础设计1、2，人机工程学

面对对象：工业设计专业产品设计方向（艺）本 开课系：工业设计系

一、课程性质、目的和要求

本课程是我国高等院校工业设计专业课之一。

产品设计I的课程是产品设计专业课程的第一环节，主要讲授产品设计的基本法则，通过理论与实践有机结合，使学生认识和掌握产品设计的基本技能。

本课程是通过对公共设施的设计，（如公交车站，电话亭等）要求学生深入生活，对市场、信息调研分析，培养学生的预测、开发决策能力和设计表达能力，为过渡到产品设计Ⅱ打下基础。

要求学生能够具有独特而准确的判断设计创新的能力，设计能与周边环境的相协调，与使用者相协调，具备独立思考的能力。完成稿要求清楚表明产品的概念，使用状态，效果图、结构图及模型。

二、课程内容及学时分配

第一章 工业设计师具备的基本素质（2学时）

1、具有创新意识、利用资源做好设计

2、工业设计师需要掌握的基本技能和素质

第二章 产品造型设计程序（2学时）

1、接受产品项目，制定计划

2、项目完成总时间表

3、市场调研

4、调研分析报告、讨论、定位、提出概念

5、设计草图构思

6、草图方案优化

7、设计展开深入

8、设计展开深入方案再优化、确定

9、设计图纸

10、模型制作

11、设计版面制作 产品设计的基本方法（4学时）

练习：

1、确定环境设施设计课题

2、分小组市场调研（小组不少于5人）

第四章 环境设施设计的构成的分类（4学时）

第一节 环境设施的性质与内容 第二节 环境设施设计的构成与分类

讨论： 5人以上小组对调研分析报告进行讨论、定位、提出概念。

第五章 环境设施设计欣赏（8学时）多媒体

练习：环境设施系统设计

难点：形态、材料、工艺与设计的实用性、独特性、整体和谐性。

第六章 产品设计实践课程（指导课程设计）（34学时）

练习：根据立项与前期设计工作，继续进行直到完成。重点：实用、独特、整体和谐而统一。

难点：

1、有提出问题的能力和解决问题的能力。

2、小组个体的独立性与小组整体的合作重要性。

3、人与环境设施（产品），技术与艺术和环境的统一。

三、说明

1.本课程一门实践性很强的课程，在教学过程中应注重课程试验。

2.本课程第六章-产品设计实践课程的立项课题，由与时间关系和课程特点的需要，应提前到与本课程第三章节并行开始。3.本大纲根据设计教育的不断深入与发展，课程内容将随时间要求的不断丰

富与变

化而作相应的调整。

本课程的产品设计（环境设施）实践要求严格按第二章进行设计。4.设计模型制作工作量可根据环境设施系统大小适当调整。

四、推荐教材及参考书

教材：

[1] 何晓佑 编著：《产品设计程序与方法——产品设计1》，中国轻工业出版社，1999年10月出版。

参考书：

[1] 于正伦：《城市环境艺术——景观与设施》，天津科学技术出版社

其他推荐教材及参考书由任课老师酌情推荐。

《产品设计Ⅱ》教学大纲

课程中文名称：产品设计Ⅱ 课程性质：专业课 课程号：32004

课程英文名称：Product Design Ⅱ

总学时：64学时（其中讲课30 学时，课内实践34 学时）先修课程：基础设计1、2，人机工程学，产品设计Ⅰ 面对对象：工业设计专业产品设计方向(艺)本 开课系：工业设计系

一、课程性质、目的和要求

本课程是我国高等院校设计专业课之一。

产品设计Ⅱ课程是产品设计Ⅰ课程的深入。主要讲授产品造型系统思想与系统设计的原理，该课程分理论讲授和实践两大部分。通过理论与实践使学生掌握，产品造型设计总体设计原则。

产品设计Ⅱ课程是从家用产品的设计入手，研究影响产品设计的诸多因素，掌握产品系列设计的总体设计与产品的市场识别系统的能力，培养学生全面认识和把握产品系统思想与系统设计的原则。

要求学生能够准确定位系列配套设计的综合能力，具有较高水平的总体完成能力，并对产品语意，人机协调，材料特性与工艺，产品的维护有比较周详的考虑。完成稿要求清楚表明产品的概念，使用状态，效果图，结构图及模型。

二、课程内容及学时分配

第一章 现代产品设计系统观（2学时）多媒体

第一节 产品系统的概念

1、“个”与“集”的关系

2、“个”与“集”的方法

3、“种”与“类”的概念

4、产品系统三因素

第二节 产品系统构成与设计方法系统模式

1、设计方法的构成

2、设计方法的O--R--O模式

3、设计方法的串行模式与并行模式 第二章 产品设计要素解析（4学时）

第一节 功能要素 第二节 结构要素 第三节 人因要素 第四节 形态要素 第五节 色彩要素 第六节 环境要素 第七节 竞争要素

第三章 产品造型美学基础（4学时）多媒体

第一节 设计美与形式美法则的应用 第二节 设计美与技术美的应用 第三节 设计美依托的文化内涵 第四章 创新设计方法（4学时）多媒体

第一节 沿用设计 寻找亮点 第二节 观念更新 技术突破 第三节 解决问题 突出个性

第四节 经典创造性思维方法摘要

第五章 家用产品企划与设计案例分析（4学时）多媒体

第一节 项目概要，背景、问题 第二节 可行性探索

第三节 家庭需求调查与分析 第四节 企事业需求调查 第五节 功能和机构解析

第六节 综合企划、定位、展开、完成

第六章 产品系列化设计（4学时）多媒体

第一节 产品系列化的概念 第二节 系列化产品的类型

1、成套系列

2、组合系列

3、家族系列

4、单元系列

第三节 系列化产品设计方法解析

1、组合设计

2、变换设计

3、模块化设计

4、模块组合

第七章 设计欣赏（8学时）多媒体 第八章 产品设计实践课程（指导课程设计）（34学时）

第一节 家用产品课程设计任务安排 第二节 课题设计步骤解析

1、市场调查及整理分析，概念定位

2、方案分析、构思、优化、展开及深化

3、模型制作、展示版面与设计综合报告

重点：

1、产品系列化设计的系统原则的体现

2、家用产品设计的易用性、合理性、美观性，设计全面的规范化与设计的人

性化把握。

3、强调个体把握设计的能力。

难点：

1、家用产品设计的系列化定位与创新突破。

2、系列化家用产品人机界面的人性化设计。

三、说明

1、本课程是一门实践性很强的课程，在教学过程中应注重课程试验。

2、本大纲根据设计教育的不断深入与发展，课程内容将随时机要求的不断丰富与变化而作相应的调整。

3、本课程的“家用系列化产品设计”的设计实践，要求严格按第八章进行设计。

4、设计模型制作必备，制作工作量可根据家用系列化产品设计大小适当调整模型制作工作量。

5、本课程实践环节除课内规定的34学时外，要求课外学时增加30学时用与辅助完成本课程设计所要求的全部内容。

6、课程设计“市场调查、分析与构思”，可根据教师要求穿插在课程前期进行。

四、推荐教材及参考书

教材：

[1] 吴翔 编著：《产品系统设计―产品设计２》 中国轻工业出版社 1999年10月出版

参考书：

[1] 黄纯颖：《设计方法学》，机械工业出版社

[2] 卡尔•Ｔ•犹里奇 斯蒂芬Ｄ埃格平

《产品设计与开发》

东北财经大学出版社

其他推荐教材及参考书由任课老师酌情推荐。

《产品设计Ⅲ》教学大纲

课程中文名称：产品设计Ⅲ

课程性质：专业课 课程号：32004 课程英文名称：PRODUCT DESIGN Ⅲ

总学时：８０学时（其中讲课24 学时，课内实践 56学时）

先修课程：基础设计1、2，人机工程学，产品设计Ⅰ,产品设计Ⅱ 面对对象：工业设计专业产品设计方向(艺)本 开课系：工业设计系

一、课程性质、目的和要求

本课程是我国高等院校设计专业课之一。

产品设计Ⅲ的课程主要以交通工具的设计为主要设计内容，进行一系列设计探索的概念设计。通过理论与实践有机结合，使技术与艺术在产品创新设计中得以充分完善。

以交通工具设计（如电动游览车，电动滑板车，概念自行车）为训练手段，本课程是本着对人类的体贴与关爱，通过深入生活，市场、企业和信息调研分析，集体研讨培养学生的预测、开发决策能力和协作精神，为过渡到毕业设计和实务设计打下基础。

要求学生有强烈的社会使命感，设计要求符合可持续发展原则，能够具有独特而准确的判断设计创新的能力，能够与团队合作的协调能力

完成稿要求清楚表明产品的概念，使用状态，效果图及结构图及数学模型。

第一章 交通工具造型设计的分类（4学时）多媒体

1、人力驱动代步工具设计探索

2、机械驱动代步工具设计探索

3、为特殊人群设计代步工具

第二章 交通产品造型设计的方法和原则（4学时）多媒体

1、交通产品形态与功能的原则

2、交通工具色彩设计原则

3、人体工程学在设计中的应用原则

4、交通产品材料简介

5、交通工具造型设计与用途和使用对象的原则

第三章 交通工具造型设计基本程序（2学时）多媒体

1、基本解决问题的设计程序

2、改良性交通产品造型开发设计程序

3、创造性交通产品造型开发设计程序

第四章 交通工具市场调研（6学时）多媒体

1、市场调研的内容

2、市场调研的方式与方法

3、市场调研的定性分析

第五章 交通工具设计作品赏评（4学时）多媒体

第六章 交通工具概念模型的制作介绍（汽车油泥模型）（4学时）多媒体 第七章 产品设计实践课程（指导课程设计）56学时 练习：交通工具设计

重点：

1、交通工具设计与人体工程学

2、产品造型材料与工艺技术

3、强化群体设计的原则

难点：

1、交通工具概念定位与独特造型的创新思维的和谐。

三、说明

1、本课程是一门实践性很强的课程，在教学过程中应注重课程试践。

2、本大纲根据设计教育的不断深入与发展，课程内容将随时机要求的不断丰富与变化而作相应的调整。

3、本课程的“交通工具设计”的设计实践，在设计过程中根据工作量区别，可进一步强化团结合作，发挥各方之长，集体创作。

4、课程除课内规定的56学时外，要求课外学时增加30学时用与辅助完成本课程设计所要求的全部内容。

5、本课程设计的“市场调查、分析与构思”，可根据教师要求穿插在课程前期进行。

四、推荐教材及参考书

参考书：

[1] 黄纯颖：《设计方法学》，机械工业出版社

[2] 卡尔•Ｔ•犹里奇

斯蒂芬Ｄ埃格平：《产品设计与开发》，东北财经大学出版社 [3] 王明旨：《产品设计》，中国美术学院出版社

[4] 詹 雄：《机器艺术设计》，湖南大学出版社

其他推荐教材及参考书由任课老师酌情推荐。

《产品设计Ⅳ》教学大纲

课程中文名称：产品设计Ⅳ 课程性质：专业课 课程号：32004 课程英文名称：Product Design Ⅳ

总学时：８０学时（其中讲课30 学时，课内实践50 学时）先修课程：基础设计1、2，人机工程学，产品设计Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 面对对象：工业设计专业产品设计方向（艺）本 开课系：工业设计系

一、课程性质、目的和要求

本课程是我国高等院校设计专业课之一。

产品设计Ⅳ的课程主要讲授产品设计的创新与科学，进行一如设计探索的概念设计。通过理论与实践有机结合，使技术与艺术在产品创新设计中得以充分完善。

以概念设计（如未来城乡生活、生产环境设施，老人残疾人用品、地下空间开发的）为训练手段，本课程是本着对人类的体贴与关爱，通过深入生活，市场、企业和信息调研分析，集体研讨培养学生的预测、开发决策能力和协作精神，为过渡到毕业设计和实务设计打下基础。

要求学生有强烈的社会使命感，设计要求符合可持续发展原则，能够具有独特而准确的判断设计创新的能力，能够与团队合作的协调能力

完成稿要求清楚表明产品的概念，使用状态，效果图及结构图及模型。

二、课程内容及学时分配

第一章 概念产品设计（2学时）多媒体

第一节 概念产品设计的含义

第二节 概念设计的未来性与沿续性 第二章 产品规划（4学时）多媒体

第一节 概念生成 第二节 概念选择 第三节 概念验证

第三章 国外工业设计发展新趋势（4学时）多媒体

第一节 设计的新技术 第二节 设计的新理念

第三节 设计热点问题的转移 第四节 设计色彩的新趋势 第五节 设计材质肌理的新取向

第四章 数字时代的情感设计（8学时）多媒体

第一节 无障碍设计

第二节 细分需求的个性设计 第三节 趣味设计 第四节 让消费者参与设计

第五章 新近设计研究（8学时）多媒体

第一节 造型意义和本质的探索 第二节 产品迷你化的设计研究 第三节 设计文化与设计风格

第四节 新时代设计的环保问题与能源问题对设计的影响 第五节 信息化时代的非物质化设计

第六章 概念产品设计欣赏（4学时）多媒体 第七章 产品设计实践课程（指导课程设计）（50学时）

课程设计：选择某一产品进行市场调查及整理分析，提出预计未来的设计概念，深化设计主题。

重点：

1、敏锐观察生活方式的变化与思维观念更新，发挥工业设计创新设计

前詹性的最大可能。

2、新材料与新技术的应用与前詹性。

3、概念产品设计所具备的未来性与沿续性

4、调动设计小组团队总体创新意识与细分需求的个体设计创新意识的最大潜能。

难点：

1、实现产品设计在现实基础上与未来发展的生活观念的平行点。

2、实现产品设计未来发展的科学性与未来产品设计的可能性。

三、说明

1、本课程是一门实践性很强的课程，在教学过程中应注重课程实践。

2、本大纲根据设计教育的不断深入与发展，课程内容将随时机要求的不断丰富与变化而作相应的调整。

3、课程的“概念产品设计”的设计实践，要求严格按产品设计程序进行，在设计过程中根据工作量区别，可进一步强化团结合作，发挥各方之长，集体创作。

4、课程除课内规定的50学时外，要求课外学时增加30学时用与辅助完成本课程设计所要求的全部内容。

5、课程设计的“市场调查与分析”，是提出概念产品设计的重要依据，教师可根据要求穿插在课程前期进行，重点把握。

四、推荐教材及参考书

教材：

[1] 黄纯颖：《设计方法学》，机械工业出版社 参考书：

[1] 斯单法诺•马扎诺：《设计创造价值》，北京理工大学出版社

[2] 卡尔•Ｔ•犹里奇 斯蒂芬Ｄ埃格平：《产品设计与开发》 东北财经大学出版社

[3] 李龙生：《艺术设计概论》

安徽美术出版社

5.机电一体化教学平台设计正文 篇五

第一章 绪论

现如今，随着教学方法的进步，以及科技的发展，实验教学平台已经进入校园。PLC教学用的试验箱，单片机教学用的开发板等等，都是实验教学平台。而机电一体化教学平台相对来学涉及的学科范围广，难度大，成本高，所以其普及率也相对较低，但是其对对机电一体化的教学却有着非常重要的意义。该平台采用了高度的教学开放式布局设计, 可以根据实验教学的要求进行不同的组合, 能够完成多项综合性实验。对平台总体方案以及微机数控车床机械系统的设计予以介绍, 重点是进给系统和自动回转刀架。单片机控制系统采用功能型模块化设计方案, 配置灵活, 适应面广。

该平台采用创新型的设计方法,软硬件系统从底层高度开放, 可完成多个综合性实验教学项目;有效地改善我国机电专业的实验教学条件, 显著提高教学效果, 得到国内许多高校的肯定。平台外观布局如图1.1所示。

图1.1平台

机电一体化实验教学平台设计

机电一体化实验教学平台采用开放式平台结构，可以完成本科教学多门课程的综合性、设计性和创新性实验，也可支撑专业课程设计或毕业设计。

实验平台的控制系统基于MCS-51系列的8位单片机，可控两个移动轴；伺服进给系统由步进电机驱动电源、二相混合式步进电机、无间隙减速齿轮箱、精密滚珠丝杠副和移动导轨副构成，最终控制卧式车床或X-Y平面工作台的运动；步进电机的尾部装有圆光栅编码器，系统采用半闭环控制。

1.硬件的模块化组合：硬件电路根据功能设计，采用模块化结构，使用者可以自由选择，组合连接，以实现不同的功能要求。

2.软件的高度开放性：使用者选择的硬件连接后，可以根据实验的要求，自己编制源程序代码，嵌入到系统程序中，完成指定的任务；既可采用单片机仿真插头，连接PC机在线调试，也可固化程序脱机运行；平台系统的底层汇编程序，包括相关的子程序，全部对外开放，可以选择使用。

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第二章 系统总体方案设计

根据机电一体化系统设计、数控技术、单片机原理及其应用主干课程的实验教学要求,平台确定采用模块化设计, 具有很强的针对性和通用性。各模块既可单独完成某门课程的实验, 也可互相配合完成复杂的机电一体化综合性创新实验。

平台在总体方案设计时充分考虑教学的开放性要求, 在硬件和软件系统从最底层开放, 供学生自主实验。系统主要特色如下:

(1)由于教学功能要求, 所以总体布局与普通工业产品有很大不同, 最大特点是控制系统不能封闭, 而是以面板形式充分展开, 其外形总体尺寸大小应考虑一个实验小组的人数, 一般在5-7人。

(2)电气系统的模板配置应该考虑到强弱电的分开, 避免干扰的发生;此外强电模板要尽量减少裸露接头, 提高安全性。

(3)机械系统部件的选择;应能充分代表当前机电产品的典型应用, 教学难度适中;由于教学需要充分且详细的图纸资料讨论, 所以应该是作者科研开发的产品, 有自主知识产权。

平台由机械系统、控制系统、PC机等部分组成。机械系统包括数控车床、X-Y 工作台、自动回转刀架等。PC机通过仿真器和控制系统相连接, 学生可以在PC机上编制相应的源程序, 通过仿真器完成在线连机调试。平台总体构成见图2.1。

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图2.1 系统框图 微机数控车床机械系统设计

微机数控机床是典型的机电一体化产品, 在几门主干课程中都是重要的教学对象。作者二十多年来一直在从事这方面产品的研究开发工作。积累了大量的经验和技术资料, 这为平台的研制提供了保障。主要设计工作是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;将手动刀架换成自动回转刀架。

总体设计方案的确定

总体设计方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU 的选择, 以及进给传动方式和执行机构的选择等。主要如下:(1)普通车床数控化改造后, 数控系统应设计成连续控制型。车床经数控化改造后属于经济型数控机床, 应简化结构, 降低成本。因此, 进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。

(2)根据数控系统的经济性要求, 结合本科教学课目, 决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。根据系统的功能要求, 需要进行存储器扩展、键盘与显示、I/O 接口电路等设计;还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器 4

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等。

(3)纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副;为了消除传动间隙提高传动刚度, 滚珠丝杠的螺母应有预紧机构。由于采用步进电动机, 为了圆整脉冲当量, 往往需要减速机构, 并且应有消间隙措施。

(4)选择四工位的立式自动回转刀架, 采用单片机进行控制。

机械系统主要的改造设计

(1)主传动系统的改造设计对普通车床进行数控化改造时, 需要在加工中自动变换主运动转速, 可用2~ 4挡的多速电动机代替原有的单速主电动机;当多速电动机不能满足要求时,可用交流变频器实现无级变速。系统中, 当采用有级变速时, 可选用YD系列715kW变级多速三相异步电动机, 实现2~ 4挡变速;当采用无级变速时, 应加装交流变频器, 型号为: F1000-G0075T3B, 适配715kW电动机, 生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。

(2)安装电动卡盘

为了提高加工效率, 工件的夹紧与松开采用电动卡盘, 选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。(3)换装自动回转刀架

为了提高加工精度, 实现一次装夹完成多道工序, 将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架;实现自动换刀需要配置相应的电路, 由数控系统完成。(4)螺纹编码器的安装方案

数控车床加工螺纹时, 需要配置主轴脉冲发生器, 作为车床主轴位置信号的反馈元件, 它与车床主轴同步转动。这里, 改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24mm, Z 向的进给脉冲当量是0101mm /脉冲, 选择螺纹编码器的型号为ZLF-1200Z-05V0-15-CT, 生产厂家为长春光机数显技术有限公司。

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第三章 系统详细设计

3.1 机械系统的设计

3.1.1 X-Y工作台的设计

X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。

模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图2.2所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

图2.2 X-Y数控工作台外形

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1．机械传动部件的选择

（1）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副。它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

（2）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。

（3）减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱

（4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性/价比。

（5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。

考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。2．控制系统的设计

（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。

（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制 7

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系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。

（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

3.1.2 自动回转刀架的设计

数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工, 缩短辅助时间, 必须带有自动回转刀架。自动回转刀架是一个非常有代表性的机电一体化部件, 在机械结构上有蜗杆蜗轮副、螺杆螺母副、端齿盘等典型部件。为了保证可靠工作, 还要选择恰当的刀位检测和合理的定位结构。刀架的换刀是由计算机控制系统检测和控制的, 然后驱动继电器电路来实现。其工作过程是典型的计算机弱电、继电器强电、机械系统的控制过程。(1)总体结构设计

普通的三相异步电动机因转速太快, 不能直接驱动刀架进行换刀, 必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点, 采用蜗杆-蜗轮副减速是最佳选择。蜗杆-蜗轮副传动可以改变运动方向, 获得较大的传动比, 保证传动精度和平稳性, 并且具有自锁功

能, 还可以实现整个装置的小型化。(2)上刀体锁紧与定位机构的设计

由于刀具直接安装在上刀体上, 所以上刀体要承受全部的切削力, 其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。系统的上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘, 将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时, 上下端面齿相互啮合, 这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动;换刀时电动机正转, 抬起机构使上刀体抬起, 等上下端面齿脱开后,上刀体才可以绕刀架中心轴转动, 完成转位动作。(3)刀架抬起机构的设计

图2.2 自动回转刀架的传动机构示意图

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图2.2 自动回转刀架

要使上、下刀体的两个端面齿脱离, 就必须设计合适的机构使上刀体抬起。这里选用螺杆螺母副, 在上刀体内部加工出内螺纹, 当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺杆绕中心轴转动时, 作为螺母的上刀体要么转动, 要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时, 上刀体与下刀体的端面齿相互啮合, 因为这时上刀体不能与螺杆一起转动, 所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合后, 上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距, 以便当螺杆转动一定角度时, 使得上刀体与下刀体的端面齿能够完

全脱离啮合状态。图3为自动回转刀架的工作原理示意图。在机电一体化系统课程设计时, 自动回转刀架的设计也作为一个教学班的题目。

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3.2 控制系统的设计

控制系统按照功能划分, 有CPU 模块、电源模块、步进电机驱动模块、LCD 显示模块、键盘及LED显示模块、继电器控制模块、变频器控制模块、通信模块等。学生可以针对不同实验的要求, 自主选择, 组合连接, 充分发挥学生的主动设计能力。控制系统所有的元器件都以展板的形式布置, 学生可以直观了解每一个元器件的结构、接口电路设计原理, 从而对机电一体化系统有感性的认识和深入的了解。CPU模块以MCS-51系列的AT89S52八位单片机为核心, 扩展片外RAM 及ROM 存储器;扩展并行I/O口8255经步进电机驱动模块控制步进电机等;扩展8279控制键盘及LED显示模块;D /A和A /D转换电路分别采用芯片DAC0832和ADC0809, 同时外接电压表, 方便观察模拟量的输入、输出。LCD显示模块由320 @ 240点阵式液晶板和液晶控制器SED1335组成, CPU 通过SED1335控制液晶面板的显示。变频器模块和继电器控制模块分别控制电机的无级调速和通断。通信模块集成RS-232标准串行接口和USB接口, 完成与外部通信。控制系统原理如图2.3所示。

图3.1控制系统原理图

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根据实验教学的要求, 设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能:(1)接收键盘数据, 控制LED 显示;接收操作面板的开关与按钮信号。(2)接收车床限位开关信号;接收螺纹编码器信号。

(3)接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号;控制X、Z 向步进电动机的驱动器。(4)控制主轴的正转、反转与停止;控制多速电动机, 实现主轴有级变速。(5)控制冷却泵启动/停止;控制电动卡盘的夹紧与松开。

(6)控制电动刀架的自动选刀;与PC机的串行通信。平台中X 向步进电动机的型号为110BYG5802,Z 向步进电动机的型号为130BYG5501。两台电动机的驱动电源可用同一型号, 选用科林数控科技有限责任公司生产的五相混合式调频调压型步进驱动器, 型号为BD5A。

3.2.1 CPU模块设计

本设计CPU模块选择单片机作为主控制器，单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。

单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。纵观单片机的发展过 11

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程，可以预示单片机的发展趋势：

1、微型单片化

2、低功耗CMOS

3、与多品种共存

4、可靠性和应用水平越来越高

单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。

（2）简介AT89S52 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，可选择节电模式、空闲模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图，如图3.2所示

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图3.2 AT89S52的引脚图

它一共有40个引脚，引脚又分为四类。其中有四个电源引脚，用来接入单片机的工作电源。工作电源又分主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL1、XTAL2。还有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出（IO）引脚。最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位功能。

综上所述，单片机的引脚特点是：

1、2、单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象较多。

单片机具有四种总线形式：P0和P2组成的16位地址地址总线；P0分时复用为8位数据总线；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的T2、T2EX组成控制总线；而P3口的RXD、TXD组成串行通信总线。

89C52单片机的主要功能  与MCS-51单片机产品兼容 

8K字节在系统可编程Flash存储器  1000次擦写周期  全静态操作：0Hz～33Hz 13

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 三级加密程序存储器  32个可编程I/O口线  三个16位定时器/计数器  八个中断源

 全双工UART串行通道  低功耗空闲和掉电模式  掉电后中断可唤醒  看门狗定时器  双数据指针 掉电标识符

3.2.2 电源模块的设计

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源方框图

图3.3 直流稳压电源的方框图

其中：

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

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（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。总的设计原理图如图3.4所示

图3.4 稳压电路原理图

3.2.3 步进电机模块设计 1.步进电机的工作原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

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该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图3.5 四相步进电机步进示意图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：

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51单片机驱动步进电机的方法

通常高压斩波恒流驱动电路如图3.6 示。这种电路与单电压限流型及高低压驱动相比,步进电机绕阻电流波形的前后沿陡,无顶部下凹的现象,并且在高频大负载时仍具有较宽的平顶(不下凹),绕阻负载电流也较为恒定,起动和运行的频率特性都有明显的提高。绕阻单相通电的电流波形如图2a 所示。但是,在实际驱动电路的测试中,采用多相通电(步进电机带载运动)时,由于步进电机绕阻电流顶部的锯齿波形波动频率较低(效率一般为几kHz 到十几kHz ,与步进电机型号、驱动电压、驱动电流有关),故电磁噪声较大。同时,由于运行中步进电机各相绕阻的电感不可避免会发生瞬时变化,以及它们的互感作用,各相绕阻电流会产生局部过冲现象。对于三相步进电机按三相六拍驱动时,其绕阻电流波形如图2b 所示,出现2～3 个过冲现象。对于大功率步进电机,这种过冲电流是极其有害的,它使步进电机绕阻异常发热,驱动力矩不够,系统极有可能发生振荡。

图3.6 高压斩波恒流驱动原理

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图3.7 绕组电流波形图

要消除这种电磁噪声及步进电机绕阻电流局部过冲现象,一般可采用MOSFET 场控晶体管,允许将斩波频率提高到超声波段,并采用FWM 技术使各相斩波频率相同来消除差拍噪声。在设计应用中,斩波频率一般应比由环形分配器或单片机输出的步进驱动脉冲频率高10 倍以上。在后级功率驱动中,如果采用大功率晶体管开关管来设计,由于它们的工作频率较低,一般最高的频率仅有106 Hz ,且它们所要求的驱动功率也较大,驱动线路也较复杂。在晶体管的安全工作区如果选择裕量较小,通常要发生二次击穿。MOSFET 是一种单极控制器件,其开关频率远比达林顿功率管和大功率三极管高,最高可达109Hz。并且,MOSFET 的输入阻抗很高,具有自关断能力,电流放大倍数大,无二次击穿问题,这使MOS2FET 安全工作区宽,可设计较大的功率。在后级功率放大电路中,采用MOSFET 设计大功率步进电机驱动电源是一个理想的选择。设计MOSFET 的驱动线路,通常采用MOSFET 专用驱动器件,其原理简图如图3 所示。前极采用高速光电隔离,后极采用NPN 和PNP 三极管互补输出,提高了MOSFET 驱动电路的快速性。

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图3.8 MOSFET 专用器件的原理简图

MOSFET 的开关频率由时钟信号CP 触发PWM 控制器来实现,各相开关频率受同一时钟信号控制,从而达到了各相的同频斩波。(PWM + MOSFET),步进电机驱动电路原理如图4 所示:由环形分配器或单片机输出的步进电机步进脉冲信号进入PWM 控制器,经PWM 控制器处理后分成两路:一路送入上开关管T1 ,使T1 导通;一路送入下开关管T2 ,使T2 导通。R4 为电流检测电阻。当步进电机绕阻达到额定值时,其电流值通过电流/ 电压转换,输出一控制电压进入PWM 控制器。PWM 控制器输出一调宽脉冲改变上开关管的开通时间,从而达到绕阻恒流的目的。另外,PWM 控制器可对步进电机绕阻电流上升速率作检测,从而防止绕阻电流过冲现象。在图4 中,由R1、D2、C1 组成的阻容滤波网络保护T1 管,由R2、D3、C2 组成的阻容滤波网络保护T2 管,放电回路中D1、D4 必须选用快恢复续流二极管,适当选择R3 可使步进电机绕阻电流下降沿变陡。这种电路在实际测试中,波形非常好,其波形如图2c 所示。在实际使用中,PWM 控制器还有半电流控制端CY,使步进电机在静止时以半电流锁定,以减少发热,降低功耗。19

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图3.9步进电机驱动电路原理图

上述驱动电源在对C650 及落地车床的经济型数控改造中,应用一年多情况良好。Z 向步 进电机选用LB180(静力矩40 N·m),相电流调至23A ,X 向步进电机选用LB150(静力矩20 N·m),相电流调至18A ,在X 向未采用滚珠丝杆情况下(无该规格的滚珠丝杆),空载运行实测能保持0101 mm 的步距精度。在加工铸钢件时,吃刀深度18 mm 时也不丢步。在三班制工作时,性能也保持相当稳定。可见,(PWM + MOSFET)是一种优良的大功率步进电机驱动电源。

3.2.4 LCD显示模块设计

液晶（Liquid Crystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。本次设计采用的是DMF50840液晶显示器，日本OPTREX 公司生产的 DMF50840液晶是一款性能不错的液晶显示模块。它的分辨率是320*240；显示效果为蓝底白字；背光为 20

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CCFL背光，且为双电压的模块。原装的DMF50840价格较高，维修困难，国内公司相继开发出兼容屏。其中广泛被国内厂家选用的替代屏是杭州清达光电技术有限公司生产的HG320240系列屏，大大降低了中华企业对日本显示器件的依赖性。

图3.3 DMF时序图

表1：DMF引脚说明

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3.2.5 变频器控制模块的设计

工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器

最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路

在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器

同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。

（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、22

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关断。

（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。变频器的选择

由于本设计中变频器的作用是驱动三相异步电动机，其中转速与频率的关系为：n=60f/p，根据转动惯量、负载转矩，电机的效率等参数选择变频器的型号为XHF100-185G/200P-4，它是国内西普公司生产的变频器，驱动功率为185kw--200kw。

图3.10 变频器接线图

3.2.6 通信接口模块设计

USB(u niversalse rialb us)是近年发展起来的一种快速、灵活的总线接口。它最大的特点是易于使用、可热插拔、接口连接灵活，并且能够提供外设电源川，在嵌人式系统及智能仪表中得到广泛的应用。而51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高性价比被广泛应用于测控仪器等自动化领域。因此用51系列单片机实现USB主机接口，进而实现对USB外设的控制，对提高整个系统的数据存储、数据传输、设备控制等性能都有很大的作用。因此本次设计与PC机的通讯采用USB接口。

51.8 11 H S是Cypress公司推出的具有主/从两种工作模式的USB控制器[4]，遵循USB1.1 规范，可自动检测总线速率，支持全速12M bps和低速1.5 M bps设备;具有8位 23

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双向的数据总线，易与单片机连接;片内256字节的SRAM(其中16字节用于工作寄存器)，用于数据传输;可自动产生SOF和CRC5/16，简化软件工作量;片内具有根Hub,US B口可以直接外接集线器;支持挂起/唤醒工作模式，减少功耗;支持地址自动加1功能，在连续读写过程中，只需设置一次地址，其内部寄存器地址自动增加，这在大容量数据的通信中是非常必要的。

1.2 单片机与SL811H S接口设计

图 1所 示 是AT89C 51与SL811H S的硬件连接电路111。在本设计中，由于所选用的单片机AT89C51及其外围元件的工作电压为5V，而SL811H S的工作电压为3.3 V，所以系统应提供5V电压同时要进行电压转换。虽然SL811H S可以使用12M Hz晶振，但在实际使用过程中，如果晶振质量不太好，电路稳定性就会比较差，因此，设计时推荐使用48 MHz有源晶振。SL811H S的中断请求输出的是高电平，因此需要用反向器把它变换成低电平以满足AT89C51中断输人要求。此外，应注意SL811H S是低电平复位。为了便于调试，系统扩展了液晶显示器。硬件完成后要进行测试，先向SL811HS 寄存器中写人数据，之后读出数据并在液晶显示器上显示，如果和写人的数据相同，说明SL811H S与单片机连接正确。再用示波器观察有源晶振是否起振，一切正常后便进入软件调试。

图3.11 USB硬件接线图

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第四章 总结

通过这次的课程设计，我对学习了机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，涉及的内容广，包括机电一体化技术单片机原理及应用、机械设计、电机拖动技术、变频器技术，以及相关的电子技术。本设计是以机电一体化技术为依托，综合多门学科，实现机电一体化教学平台的设计。控制部分采用单片机技术，即CPU采用的是Atmel公司的AT89S52单片机，可实现在应用编程和在系统编程，单片机的外围电路有电源电路、复位电路、晶振电路、键盘电路、显示电路、步进电机驱动电路、USB接口电路、变频器控制电路等。主轴动力由三相交流异步电机提供，三相交流异步电机采用变频技术进行变频调速，变频调速是一种无极变速技术。显示部分采用LCD液晶显示器，显示的分辨率为320*240。由于X-Y平台的负载较大，其驱动的步进电机必须采用大功率步进电机，所以其驱动步进电机的电路必须能够承受高电流。

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机电一体化技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。

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参考文献

[1] 袁中凡，李彬彬.机电一体化技术.电子工业出版社.2010 [2] 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书.机械工业出版社,2007 [3] 房小翠.单片微型计算机与机电接口技术.国防工业出版社,2002 [4] 王小明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社,2002 [5] 郑学坚,周斌.微型计算机原理及应用.清华大学出版社,2003 [6] 王爱玲，白恩远，赵学良.现代数控机床.国防工业出版社,2001 [7] 徐灏.机械设计手册（3）.机械工业出版社,2003 [8] 张建民.机电一体化系统设计.北京理工出版社,2004 [9] 徐灏等.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000 [10] 濮良贵 ,记名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003 [11] 吴振彪.机电综合设计指导[M].湛江:湛江海洋大学,1999 [12].杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000 [13].张立勋,孟庆鑫,张今瑜.机电一体化系统设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2000

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附录：带功能注释的源程序

6.机电产品设计教学大纲 篇六

摘 要： 《产品设计》这门课作为工业设计专业的主要课程，有着举足轻重的作用，是工业设计专业学生的必修课程。该课程主要讲述的是产品的外观设计，即产品的形象设计。产品的形象作为一种媒介，不仅影响消费者对产品的选择与购买，而且在产品的使用过程中也与消费者密不可分，尤其是具有个性化外观设计的产品，可能直接影响消费者的购买喜好。所以对工业设计专业学生而言，只有将好的设计思路及方法运用到产品外观设计之中，才能成为一个好的设计师，设计出更受欢迎的产品。本文通过对《产品设计》课程现有的教学模式进行讨论分析，提出一种新的教学引导模式，提高工业设计专业学生的设计创造思维，为产品的设计提供审美模式。

关键词： 《产品设计》；外观设计；教学模式；引导模式 产品设计的重要性

法国社会学家、哲学家让?鲍德里亚曾说过：“现如今最需要的产品不是原材料，也不是机器，而是个性化的设计”。纵观市场，越来越多具有个性化设计的产品得到了人们的认可，这主要有两个原因：一是个性化的产品设计能够符合消费者的审美需求。二是当产品的功能相同时，外观个性化的产品更容易被消费者选择。设计的目标应是使人的身心获得健康发展，造就高洁完美的人性。[1]

《产品设计》课程的现有教学模式

每年从高校有大量的工业设计专业的毕业生走向社会。然而，大部分毕业生往往从事的是非工业设计专业的工作。比如：平面设计、室内设计、环艺设计等。有部分学生甚至从事的工作是与设计专业无关的其他领域。为什么工业设计专业的学生找不到本专业工作？为什么相关企业招不到可用的人才？这是值得我们思考的一个问题。其中，教学体系、教学模式中存在的一些问题占有很大部分原因。譬如，在工业设计专业的课程设置中，一般高校都将课程分为专业基础课程和专业课程，但是两者之间的关系却不是很明确。同时，教学内容、教学模式等有些落后，不能适应于现代社会制造设计的需求。此外，授课方式也存在问题，传统的授课方式多是老师填鸭式的讲授，导致学生的接受水平有限，实际操作的机会少，不能得到预想的效果。在国外，像工业设计专业的教育方式是理论学时只占教学计划的四分之一，其他时间则是学生的具体实践，这与我国的教学模式正好相反。

目前高校工业设计专业大多把《产品设计》这门课程放在第六或第七学期。学习这门课程，需要学习掌握一些基础课程，如《工业设计史》、《工业设计概论》、《材料加工工业》等，在此基础上才能学习《产品设计》这门课程。通过《产品设计》这门课程的学习，学生可以掌握一些主要的设计技能，如对造型的整体感知、产品设计的过程、方法、形式与功能的分析能力，以及对消费者审美需求的分析能力等。传统的教学模式为理论与实践相结合的教学模式，老师先讲授理论部分，再给学生观看一些好的设计作品，最后给学生拟定一个主题要求学生自己创作设计，通过手绘或者计算机软件的辅助，最终完成设计作业。目的是希望学生能够从好的设计作品之中得到一些借鉴，运用到自己的产品设计中，兼具功能的同时设计出更符合大众消费者审美需求的产品。然而从结果来看，并未达到预期的效果。学生在做设计时要么只注重外观设计而忽视了功能的实现，要么过分强调功能的实现而忽视外观的设计。很有必要对《产品设计》这门课程进行教学模式的改革，调动学生的主导作用。新模式的提出

根据对现有教学模式的观察与讨论，现提出一套新的教学模式，重点强调对学生的引导过程，具体方法如下：

3.1 增加实践环节

老师在讲述理论环节的过程中，可以减少一些理论内容，增加一些实践，让学生们成为主导，自行分析并总结特点。例如国外新开展的一项实践活动，老师为学生们准备一些不同人物肖像图片，让学生们猜测每个人的个性。虽然我们很难从一个人的形象来推断他的性格。但是，形象会影响我们对人的个性的推断。[2]研究表明，我们从人的形象方面可以系统性地推断出他的个性。由此可以将此项评估运用在设计过程中来推断感知消费者的个性更青睐于什么样的产品外观。接下来向学生提供20种不同的个性，这些个性都是心理学家们所提供的人类主要个性，要求学生自己匹配出人物肖像与其相对应的个性。在这些练习的过程中，学生会花大量时间去调查统计，了解每个人物个性，了解其生活需求及他们的喜好。最后学生们通过收集大量资料做出总结。这样不仅锻炼了学生分析能力，还加强了学生对市场需求的了解。

3.2 提高学生的视觉分析能力的方法

设计师的视觉分析能力显的尤为重要。一名优秀的设计师应该具备较高的视觉素养、正确的简述和分析能力以及批判性思维。

视觉分析能力包括假设、分散与评估三个方面。在假设阶段，让学生观察图片并猜测视觉个性灵感的由来；在分散阶段，让学生单独画出视觉出现的每一种结果；而最后一个步骤就是评估根据所画的材料与个性在视觉上保持一致性。重复这三个步骤直到取得一个可信赖的结果，这样，学生们才能确保获得了独一无二而且可利用的结果。

其中，假设阶段是一个概念性过程，怎样将视觉审美特征，如简单、和谐、平衡、完整、动态、时尚和新奇等与产品个性相联系，这依赖于学生们本身的能力。分散阶段要通过画画和说明性写作来完成，学生的每一种发现都要单独画出来，并且要自己判断能表达出所期望的个性到什么程度，学生要尽可能地把这些要素分散出来，如果结果不尽如人意，原因可能有两个：一是设计个性时对正确的视觉因素的错误认识，二是没有结合图片上展示的其他视觉元素。这就可以通过采取不同的方式确定检测模式的效率。在评估阶段，学生可以自己给视觉模式的效率打分，因为他比其他任何人都要了解。此外，让学生集体在课堂上来做一次图片的调查问卷，也是提高学生视觉分析能力的方法。

通过这种新的引导模式，希望学生们通过实践与草图，通过假设、分散和评估三个阶段的训练，可以得出一些有效可信的规则与模式。因此，本设计程序的基础是一项普通的科学研究，并试图利用最合适的工具与方法把定性数据转化为定量数据。

3.3 可靠性与有效性

每一项研究要求具备两个要素：可靠性和有效性。这两个要素就可确定结果是否精确无误。该模式的可靠性在于，在同等条件下，对工业设计专业的学生而言，可以在其他专业课程的学习中重复该设计过程。有效性在于在传播共同的个性方面，利用相同的审美结果设计不同的产品几乎是以类似的方式进行的。结论

产品的个性发挥着产品形象的作用，它能够引发顾客对产品的喜好。所以，应当利用产品的整体视觉作用来设计出更好的产品。要提高工业设计专业学生的设计能力，就要通过对原有教学模式进行改革，提出一种新的教学模式来实现。本文所建议的方法主要在于引出视觉模式，但是并没有介绍一种完整的设计过程，因为在产品个性设计的前期及下期阶段不必要利用一种特定的方法，而是利用不同的方法。不可否认的是，在前期及下期阶段一种方法可适应于更多的情况，这是有可能实现的，这也将成为未来研究的目标。

参考文献：

7.创新高校产品造型设计教学探讨 篇七

产品造型设计在高校产品设计专业, 尤其是工业设计专业都是必修课, 产品造型设计课程教授内容主要包括如何在既有工业技术支撑又有美学艺术的前提下, 将产品的各个方面结合社会、经济、人类生理与心理和技术与艺术等因素, 设计出在人们精神和物质上都全方面能够适用的, 既经济又美观新颖的现代工业产品。产品造型设计这门课程的开展可以帮助学生们掌握形态创造的方法和基本规律, 同时对于学生的思维拓展也是一种训练, 通过思考到设计能够更加迅速的完成。产品造型设计这门课程不可能仅仅是通过老师教授知识就能掌握的, 还需要实践。虚拟技术是利用现代化科技, 生成视、听、感为一体的虚拟环境, 学生们可以通过设备, 以轻松自然的方式与虚拟环境下的对象进行交互作用, 在虚拟环境下的感官感受都是很接近于真实环境的。虚拟技术的体验性可以帮助学生们更好地掌握这门课程, 更加有利于揣摩其中的道理。

一、现阶段高效产品造型设计情况

产品造型设计课程在高校产品设计专业中的地位首屈一指, 然后结合实际情况看来, 在教学理念、教学模式以及实践上都是不能够做到充分带领学生理解掌握知识的, 所以在产品造型设计课程中遇到诸多问题需要解决。

(一) 教学理念的落后

设计方面的教育很多采纳了传统的美术教育方面, 所以设计课程更多的倾向于产品的美观, 要有观赏性, 从另一方面也就忽略了产品的实际可用性。在高校产品造型设计课程的教授中, 不难发现, 很多都是倾向于美学, 这也就扭曲了产品造型设计的初衷, 学生们不是在设计而是在画设计, 即使一个产品外观再怎么有观赏性, 然而归根结底产品功能使用上存在问题, 那么这个产品就是失败的, 外观和功能之间的关联是很小的。很多高校过分重视产品造型设计课程知识的传授, 忽略了实践环节, 过少的实践课安排使得学生们光有知识但不能彻底融会贯通, 只是纸上谈兵, 在毕业之后走上工作岗位是很难适应的。

(二) 教学模式落后

大多数高校在产品造型设计课程中采取传统的教学方式, 将产品造型设计分为三大板块来教授, 首先是造型的基础部分, 随后是设计的基础部分, 最后是专业设计, 俗称“三段式”教学, 然而实际情况的不同割断了这三大板块的联系, 在教学过程中老师需要考虑到教学时间问题, 所以“三段式”教学模式会因为战线拉得过长, 导致之间的联系减弱, 学生不能讲这三大板块的知识联系起来。同时在教学中辅助设施缺乏, 由于经费等等条件限制, 现代化的教学手段并没有被投入使用, 这也就滞后了学生掌握知识的速度, 让学生缺乏了兴趣性。

(三) 实践课程过少

产品造型设计这门课程是需要大量实践的, 学生在获得书面知识的同时也需要将之历练到实际操作中, 不能够纸上谈兵, 实际操作一塌糊涂, 只有将书面的设计变成真实存在的产品才能算是这门课程学的成功。产品的鉴定需要接受市场的考察, 设计出来的产品必须具备四个准则, 分别是易用性、求适性、致美性、创新性, 这严苛的四个准则必须达标, 要求学生们在日常实践过程中一定要有较强的动手能力。然后在实际教学中, 因为学校的条件和安排上都有所限制, 实践环节的课程一般都不受重视, 理论课程相对较多。

二、虚拟技术在高效产品造型设计中的作用

虚拟技术是利用计算机系统和一些辅助设备, 将一些现实环境虚拟化显示出来。虚拟技术运用到产品造型设计中可谓是如有神助, 学生们就能突破当前制约高效产品造型设计教学的瓶颈。

(一) 学生体验度的加强

在产品造型设计上, 借助虚拟现实技术可以为学生们提供一个仿真的环境, 学生们可以和虚拟环境下的对象互相交流, 也可以操作, 虚拟技术的运用很大程度上帮助解决了学生由于实践较少带来的问题, 增强了学生对知识的理解。

(二) 设计效率的提高

传统的产品造型设计往往需要先设计画图, 描绘出产品的外观概念图, 之后用模具制作出产品外形模型, 之后根据设计要求、价值评估进行反复的修改。这种传统的产品造型设计方法过于浪费时间, 花费了学生大量的精力。利用虚拟技术就完全可以有效率的制作成功, 在进行产品造型设计时, 可以利用虚拟技术的空间建模功能, 不需要制作出产品, 只需要虚拟技术对设计模型进行测评, 可以用虚拟技术将设计的模型仿真显示, 可以随时随地往其中加入一些创意思想, 实时更改。

(三) 增强学生的兴趣性

课堂上传授知识的教学模式略显枯燥, 通过虚拟技术的运用可以讲课堂讲座变得生动有趣。比如在讲大型产品造型设计时, 可以运用虚拟技术, 在仿真的环境下进行相关的操作, 这样既可以实际体验, 又可以避免由于设计失败带来的风险等等。产品造型设计课程中有一些难以捉摸的深奥理念, 通过虚拟技术可以更轻松的掌握。

(四) 加强学生和市场之间的协调性

产品造型设计最终的目的是希望设计出满足市场要求的产品, 一个不能适应市场的作品是失败的。利用虚拟技术可以在设计阶段就对设计的部件进行综合审查, 及时更改不合理的设计方面。安装零件前, 可以通过虚拟技术预先判断零件是否能够正常运行, 如不能有效发挥作用, 就需要及时的修改, 确保产品质量的过关, 虚拟技术的这一特点可以帮助学生们对市场的理念更加清楚了解, 也使得学生和市场之间更加协调。

结语

综上所述, 在高效产品造型设计教学中除了知识的传授也应该注重实践, 引导学生们更快更有效的掌握设计方法和设计理念, 这对学生以后走上工作岗位帮助很大。积极开展虚拟技术的运用, 给学生更加科学合理的学习环境, 使设计理念在学生们的记忆力根深蒂固, 积极鼓励学生们创新设计。

摘要：本文表达了目前产品造型设计在高校设计专业课程中占据的首要地位, 研究了高校产品造型设计的现阶段局面, 分析了在高效产品造型设计教学中虚拟技术的作用。

关键词：高效产品造型设计,虚拟技术,教学

参考文献

[1]胡维平, 胡卓明, 胡志勇等.数字化虚拟现实技术在工业产品造型设计中的应用方法研究[J].包装工程, 2004 (2) :58-62.

8.产品低碳设计课题教学研究 篇八

随着全球环境的变化，“低碳”概念已经越来越受到人们的重视。在科技、经济、生产、教育、政治等领域，“低碳”已经成为一个无法绕开的话题。“低碳”已经成为关系到人类生存的重要概念，在产品设计教育中引入低碳概念是十分必要的。产品生命周期的低碳研究是务实的，但将其引入课堂教学中要把握其要点。既要结合低碳设计的特点来讲授课程，更要根据学生的学习情况制订教学方案。

关键词：

低碳设计 课题 教学

中图分类号：G423

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）06-0101-02

一 低碳设计的背景及其设计教学的必要性

“低碳”，英文名Low-carbon，意指较低的二氧化碳等温室气体的排放。二氧化碳的过度排放和资源、能源的肆意开发导致地球环境产生灾难性变化，这也使得“低碳”的观念提出并影响社会的发展。低碳经济提出：要用较少的资源，消耗较少的环境来获得人民较多的幸福快乐。要在提高发展正效应的同时减少发展所带来的负效应。要使人民获得物质财富的同时减少带来的污染、不可持续、资源紧张等问题。因此，在以以上发展目标为准的社会中。低碳设计是产品设计未来发展的必然选择。产品设计师在设计观念中更应将“可持续”的理念应用到产品的整个生命周期，把“低碳价值观”作为评价产品的标准；在实际设计中，要运用新的节能技术，选择低污染的材料，减小产品的体积和重量等。（图1）

要使产品设计师养成低碳设计的思维习惯，就必须要在其认识设计的伊始即有低碳的意识。这一点在设计教育的阶段就显得十分必要。在设计教学的执行中，对设计师思想意识的培养往往决定了设计师思考事物的角度。一个设计师的设计意识，并不是在后天的设计实践中培养的，而是在其认识设计并形成设计观的阶段中逐渐形成的。这对于一个学习设计的学生或是设计的初学者来说，能否接受低碳设计教育和参与低碳设计项目，对其以后的设计生涯都会产生影响。因此在设计教学中，产品低碳设计课题的开展就显得尤为必要。

二 低碳设计的教学特点和问题

低碳设计教学是对以实现产品低碳生产和使用为目的的设计方法的教学，因此在教学中要突出低碳设计课题的特点。在执行中，既要对设计的程序方法进行理论性的讲解，这其中包括对低碳设计的背景、意义、目标、设计方法等的理论介绍。在这个阶段中要着重强调低碳设计的目的性，即是在产品的整个生命周期中减少碳的产生，要对实现低碳的目的进行充分表述说明。这要求设计项目的参与者需要自行了解低碳文化和成熟的设计案例，并对设计项目的目的提出自己的观点。另外对设计方法的探讨也是其中非常重要的环节，这直接关系到设计目标的达成。实现低碳设计的目的并非仅有一种方式，因此要鼓励参与者进行方法的研究。要在设想出的多种方法中筛选出最为适合的一种执行。在课程的组织和执行方式的设计上，包括对课程时间的安排，课程作业的要求以及开展方式，课程作业的表现形式的设计。在这个阶段中，课程作业显得极为重要。传统的设计课题作业会将设计成果反映在展板或者模型手板上，对前期调研和设计分析往往并不重视。而在低碳设计课题中，对前期的调研、成熟作品的分析以及本方案的低碳原理等都要有着重的表现。简而言之，低碳设计的课题作业既要有具体的设计方案和手板模型又要有对目前产品的使用情况和自己低碳方案的对比。同时还要兼顾到参与者对实际操作经验的获得，包括对产品的设计、结构、材料、色彩、生产、包装、物流运输、销售以及回收等环节的了解。这对高校的任课教师有较多要求。具体表现在教授低碳设计课程的教师必须做好考察安排的准备，选择合适的生产单位进行考察。要主动组织和带领学生对生产单位参观访问，对其中的关键环节要耐心讲解。课程的时间中也要预留出足够的时间，用来做考察安排。笔者曾在低碳设计课题前期带领参与项目的学生参观小家电生产企业的生产线。这使得在方案设计中，学生能很有针对性地对小家电生产过程中的问题进行设计，对于产品生命周期的理解也较为深入。（图2）

在实际的执行过程中，低碳设计教学对以上的要求往往较难实现。主要问题表现在与实践操作相脱离。这容易使课堂传授的知识偏向理论化，目标不突出。不能使学生在实际操作中理解理论。同时与设计的服务对象以及产品生产一线的交流较少，这很容易形成以过去的经验知识满足现在设计需求的尴尬局面。这使得教师所传授的经验知识缺乏实战性，教学过程中往往事倍功半。在部分高校的产品设计教学中，往往惯用室内传授的形式进行，这使得教学内容相对封闭。这种方式极易形成教师个人观点的抒发，而不能保证所授知识的开放与更新。同时，授课脱离实践也使得在某些问题的探讨上学生依附于教师的既有经验，不能具备从实践中独立寻获答案的能力。这不仅不能使思想观点自由发挥，更不利于学生的独立创新。这些问题使部分学生产生惰性，对所学课题失去兴趣。仅以完成作业为目的而不以做好设计为目标。在课程安排上还存在授课时间不集中的问题。分散的课程时间安排不能适合教学过程中的辅导，更不适合设计实践项目的安排。课程中作业与辅导时间交替的过于频繁，学生往往不能在短时间内提升作业内容，致使后期的辅导效果不好。因此，在低碳设计课题的教学中必须结合课题特点在教学地点、时间安排、教学内容上进行针对性的调整。

三 低碳设计教学的要点

低碳教学的主要内容主要包括两个部分。其一为树立低碳的设计观，即为低碳设计的评价树立一个标准。通过对标准的确立，可以使学生在创意过程中审视自己的方案，大大减少了老师给予意见后恍然大悟的情况出现。低碳设计最为基本的一个评价标准就是产品在其整个生命周期中是否能够低碳，在设计教学中要对低碳设计可能存在的误区进行阐明。如并非简单地对废弃物品重新设计就可归为低碳设计，要看在产生新物品的过程中是否要比对废弃物回收处理更加低碳。又如在对废弃物品的设计中，要看设计之前和设计之后是否有对原物品的功能降低。若是从一个原本的大功能变为设计之后的小功能，自然在低碳效果上是不划算的。其二为对低碳策略的研究，即为以何种使用方式、材料、造型等诸要素的安排能实现低碳。在低碳设计中，针对不同的产品类型往往采用不同的设计策略。不同的策略出发的角度不同，但是目的相同。如在小家电产品设计中由于要对产品的各项性能指标进行评估，更要进入市场进行贩售。就不宜采用回收的零部件生产，即便零部件的检查是合格的。因此在设计中往往不应着重考虑产品部件的重复使用，而是思考产品的易拆解特性。而在家居用品等简单产品的设计中，则可以思考废弃物利用、可循环利用等策略。因为这类产品结构简单，一般不会因为零部件质量的下降而产生使用上的障碍。（图3）

四 以产品生命周期理论为主的低碳设计项目教学开展

以产品的生命周期为主衡量设计低碳性的标准，即是从产品的设计伊始开始就要纵观产品的色彩、材料、结构、造型、生产、使用方式、包装、运输、回收整个的生命过程。产品设计的目标就是确保产品在其整个生命过程中的排碳量减小。在设计中，要对各个环节进行研究。低碳化的设计改进中往往会出现某一环节的排碳量减少，而在另一环节却增加了排碳量。这就要求设计师要有一个总体的把控，要求在整体上的排碳量降低而非拘泥在单个环节上。这套标准适合所有产品的设计策略，但对小家电设计却尤为合适。这是因为小家电不仅采用标准化的生产方式其结构也相对简单，使得这套理论易推行。

在低碳设计教学中，开展以上理论的前提需要学生对产品生命周期的各个环节有所认识。这需要在课程安排中带有对产品生产线考察的环节。在这个环节中学生对生产线的考察不能停留在表面认识上，而是要对一件产品的整个生产和运输过程跟踪记录。考察的环节要占到整个课程时间的三分之一，有条件的甚至可以安排学生参与生产。学生应当认真分析其中的问题，并在设计中提出解决方案。在方案设计阶段，组织课题的教师要着重把控审评。审评的标准不应以方案的创意形式为重，而应以方案中体现的低碳设计策略为重。应该观察学生是否能够将设计点关注到到各个环节上，设计作品的在生产、使用、审美上是否合理。笔者在以该理论为基础，去执行教学的过程中发现，学生能够容易理解生命周期的设计理论，但是对整体性的低碳设计较难把控，往往顾此失彼。在这种情况下，指导教师需要对方案分阶段分析。同时也要要求学生列出低碳评价表，将产品的各个阶段分别列在表格中并写出在该阶段的设计情况。这样学生从表格中能够发现问题，可以较好地对整体的低碳性能有所把控。作为课题式课程，产品低碳设计也符合其他课程的设计规律。可以根据课程的时间安排以及授课教师的习惯对课程安排做灵活调整。更要以实际情况来对授课内容做出计划，针对不同的学习情况提出适合的课程设计。（图4）

结语