機電產品需求獲取及概念設計探析

王靈秀

（中國礦業大學，江蘇 徐州 221000）

0 引言

為了能夠滿足機電產品一體化設計的目標，就需要做好機電產品長期使用服務功能的合理優化，并且能夠加深對機電產品概念設計的實際了解，再配合上多學科的融合，通過UGNX平臺的使用，就可以全面的提升產品概念的設計合理性。所以，在進行機電產品概念設計的時候，就需要合理的利用UGNX，這樣才可以確保其達到預期的效果，迎合機電產品的實際需求。

1 概念設計

1.1 定義

所謂概念設計，就是基于用戶的實際需求，從而對概念產品創新設計進行求解的一個過程。其主要的研究內容是基于用戶的實際需求出發，確定需要實現的功能，從而求解概念結構，然后按照一系列的經濟指標以及技術特性來進行評價，這樣就可以確定出最優的概念產品方案[1]。

雖然成功的概念設計能夠提升產品的設計水平，也能夠提升產品的實際性能，但是在具體的設計過程中，需要社會科學、工程科學等學科領域知識的支持。概念設計過程之中，不僅會受到市場定位、消費需求等市場因素的影響，也會受到材料工藝、生產技術等技術的約束，所以，就需要得到設計者專業領域知識的支持。在處理用戶需求以及產品規劃方面，QFD理論占據了較大的優勢，并且TRIZ能夠提供解決矛盾的有效措施，并且在科學效應庫的支持之下，就可以獲取跨領域的解。所以，在概念設計的過程之中，就需要集成其余的現代設計方法，并且不斷的提升概念設計水平，這樣才可以對后續的產品開發過程加以指導。

1.2 內涵和特點

產品設計的過程模型，一般是針對產品設計抽象化歸納，最為廣泛的表述就是做好產品設計的劃分，如設計目標、需求分析、概念設計以及具體設計等。針對產品設計，其模型見圖1所示。

產品的概念設計主要包含：①基于用戶需求，明確影響權重，直接映射出產品的目標值和技術特征，其中包含產品的總體功能與目標值，也就是實現功能需求；②分析功能，從而分解并且完成需求到功能的相互轉換；③分析其功能，然后分解并完成需求到功能的轉換；④基于功能模式的“被動實體變化”，就可以對功能改變的物理量進行識別，然后將其映射到行為，這樣才可以滿足功能-行為的映射；⑤從行為到效應的映射，然后由效應直接映射出實現效應的主要結構[2]；⑥對于功能、概念結構等產品的實際因素進行綜合的考慮，從而建立出相對應的結構模型。針對產品概念設計，其實際的過程模型見圖2所示。

圖1 產品設計過程模型Fig.1 Product design process model

圖2 概念設計流程Fig.2 Conceptual design process

進行產品概念設計，就是為了能夠獲取概念產品，并且概念產品還應該符合需求設計，從而成為指導產品后續開發的基礎。設計者需要按照用戶的實際需求來實現層次化的功能分解，這樣就可以分解首相的設計任務，將其具體到子任務，如圖3所示。通過抽象問題的分解，設計者就能夠直接將總體的設計任務細化與分解，最終對設計任務進行求解，形成概念產品。

圖3 產品功能層次模型Fig.3 Product function hierarchy model

2 概念設計需求處理技術

2.1 用戶需求的構成要素

在進行需求處理的時候，首先可以針對用戶的需求進行描述，由于用戶需求本身呈現出多變性和多樣性的特點，就無法得到確切的描述。通過產品特點的實際分析，總結并歸納用戶需求，可以發現對機械產品而言，其用戶需求主要表現在：①功能，也就是表示產品能夠改變動物體的物理量行為；②質量，產品能夠實現其功能的實際程度以及在試用期內功能的保持性，如耐久性、可靠性與安全性；③工效，指的是單位時間中，工作指標的完成量；④價格，用戶期望新產品本身具有合理的價格與成本；⑤人機工程，能夠滿足人機工程學的基本原理，如產品的美觀度、舒適性；⑥結構，能夠實現合理的布局，如裝配關系、零件結構等；⑦用戶對于產品特點的使用和安裝的需求；⑧環保，也就是環境的保護要求；⑨節能，要求在生產與使用的過程中實現低耗能；⑩服務，除開產品之外，如維修與退換等[3]。

2.2 用戶需求的特征

所謂需求，就是生活之中人們對于產品提出的物質要求以及精神要求。對于機電產品來說，需求就是實現產品功能，對于價格等附加因素的實際期望值。針對需求，其主要表現在：

（1）用戶需求層次性。基本需求指的是用戶認為產品需要具備的功能，如圖4所示，其特點在于當需求無法滿足的時候，用戶會極度不滿意，但是滿足很好的時候，反而不會產生特別的興趣。所謂期望需求，也可以稱之為一維型需求，指的是用戶希望產品擁有的功能，其特點在于用戶滿意度以及產品具有的需求程度呈現出線性的關系。興趣需求，則是用戶在期望之外的功能需求，能夠引起用戶的興趣，如果無法具備，則可能引起用戶的不滿意。

（2）用戶需求的多樣性、差異性以及多變性。也就是基于不同的經濟基礎、社會環境和意識形態，對于產品需求的表現和反映具有多樣性、差異性以及不同時段所表現出來的需求也是復雜多變的，甚至同一調查對象處于不同場景之中，對于需求的評判結構也會所有差異。

圖4 用戶需求模型Fig.4 User requirements model

（3）用戶需求模糊性。由于評價尺度的模糊與不同意，用戶需求就會經常存在無法明確的表述問題，需要設計人員基于產品應用的實際場景來分析與判定其需求，必要時，還需要結合設計經驗，將用戶的需求加以明確。

3 機電產品概念設計中UGNX的應用

3.1 明確設計需求，強化設計過程管理

利用生命周期的管理軟件，再加上MCD的有效配合，這樣就可以指定出端到端問題的解決措施，進而將概念設計的有效性提上去。在具體的操作中，利用產品的生命周期管理軟件，就可以建立滿足實際需求的，可以按照客戶需求來進行分析的參考模型，并對各個部分的產品功能加以說明，最終提升設計方案本身的適用性。在兩者的支持下，就可以通過有效的保障實現概念設計的目標。

3.2 構建產品功能模型

考慮到生命周期管理軟件的作用，按照具體的需求進行設計，按照相應的導入方式，就需要先放入已經設置完畢的MCD，這樣就能提升管理軟件與設計需求之間的關聯度，并且在構建圓形裝載機功能模型的時候，也應該考慮到：①明確機電一體化系統每一個部分的功能，能夠做好裝載功能設計的循環優化；②基于MCD的支持，就能夠構建出相對應的層次結構，進而確保所有的輔助機構、處理單元都能置身于相對穩定的狀態下；③循環使用各個功能。在進行機電一體化產品概念設計的手，還需要考慮到多次利用同一種功能，能夠滿足本身的循環利用需求。因此，在具體的環節，利用MCD設計工具，就可以將實際的效率完全展示出來，并且還可以發揮每一個動能單元作用[4]。

3.3 明確機械概念的定義

在構建完機電產品功能模型之后，就可以考慮到UGNX之下的MCD設計工具，這樣就可以構建相對粗糙的產品功能模型。在這一個環節，圓形的裝載機概念設計能夠針對各個組件的繼電屬性加以定義，基于機械的角度進行分析，同時也需要明確具體的行為。基于粗糙的三維模型，就可以將MCD機電產品概念設計的良好性呈現出來，具體而言：①針對功能模型之中的屬性可以進行科學的定義；②不同組件的運動連接能夠得以明確；③不同子功能的銜接要求能夠得以滿足。

3.4 添加抽象執行機構及基于時間操作的定義

在機電一體化產品概念設計中，設計的合理性需要重點考慮，基于系統運動學特性的基礎上，還應該增添抽象執行機構。另外，MCD還可以提供速度方面的控制以及位置方面的控制，最終在廣義執行機構系統中滿足圓形裝載機的概念設計。當然，在執行機構定義完成之后，還需要對怎樣操作進行具體的分析與說明。因此，就需要基于時間來對其進行定義，并且還應該分析圓形裝載機實際的操作順序：①基座應該滿足正常旋轉的要求；②滑塊應該滿足垂直運動的要求；③握爪應該滿足線性運動模式的要求。

3.5 產品概念設計的三維動態仿真及模型構建

想要將基于MCD機電一體化的概念設計目標實現，就需要針對性的做好三維動態仿真處理，這樣才可以將可能存在的設計缺陷逐一的彌補完善。因為MCD屬于核心程序，就可以同歸建模的方式對現實的環境進行相對應的模擬處理，這樣也能夠將機械的概念明確，同時也能夠優化機電產品的服務功能。因此，基于MCD的概念設計方式也需要進行合理的使用。另外，基于MCD的仿真技術支持，就需要在虛擬環境之中融入機電產品的機械行為，如此也可以滿足模型三維動態仿真的實際需求，并且做好相應模型的構建，從而提升設計的科學性[5]。

4 結束語

隨著時代的不斷發展，產品的創新就成為人們重點關注的一項內容。對于機電產品而言，想要實現創新，還需要多個領域知識作為基礎，并且還需要現代化的設計方法作為其支撐。所以，希望通過本文的研究，就能夠對機電產品的需求獲取以及概念設計有全面的認識和了解。