产品使用性能的设计目标和趋势

面向产品使用性能设计的目标包括广义目标和具体目标，下面分别予以说明。

（1）广义目标 和其他设计方法相同，设计的广义目标包括：思想目标、技术目标或质量目标、成本目标、时间目标、环境目标、售后目标等，面向使用性能的操纵系统与控制系统设计框图如图9-1所示。

1）思想目标应该包括设备的自主创新等有关内容。

2）质量目标主要是产品的使用性能。

3）成本目标主要包括设计成本、制造成本等。

4）时间目标为产品的生产周期。

5）环境目标主要包括环保和资源的合理利用等。

6）售后目标包括售后服务等有关工作，如维修、设备升级等。

7）其他目标包括对设备一些特殊性能的要求。

8）综合目标，即以上目标的综合。

产品设计的广义目标如图9-2所示。

图9-1 面向使用性能的操纵系统与控制系统设计框图

（2）具体目标

1）产品的功能。在智能优化设计时，作为产品的主要目标：主要功能和辅助功能随时随地都要予以考虑，因为满足使用性能的要求，有时也会带来对主要功能和辅助功能的某种程度的损害，在这种情况下，必须全面考虑，统筹兼顾，不能顾此失彼。产品的主要功能通常是用来改变物质的状态，具体地说，用来改变被处理物质、物体或物件的几何形态、物理状态、化学组成、生理机能或信息表现形式等各方面的工作，所以在机械产品中要出现物质形态的转变过程，常常呈现物质流的形式，也就是将输入物质的初始形态改变为新的形态。例如，车床的主功能是加工零件，用来改变工件的几何形态，它要将毛坯加工到所要求尺寸精度的零件。

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图9-2 产品设计的广义目标

辅助功能是为了实现主功能而需要完成的一些辅助工作，常常包括物质的转移、所需运动形式的转换、所需能量的输入、操纵指令的输入、信息的获取及处理等，也就是常常出现物质流、运动形式流、能量流、指令信号流和控制信息流等。

2）机械设备的使用性能。使用性能指的是设备有实际的功效、工作稳定、指标优越等。将信息技术引入机械设备中，来提高产品的技术含量是目前世界各国制造业的主导方向，我国对这一工作也十分重视。机械装备的使用性能是体现现代机械设备质量的最重要内容之一。为了保证机械设备特别是现代大型机械装备的使用性能，以获得良好的工艺指标，需要对机械设备的操纵系统、监测系统、控制系统和诊断系统进行设计，即对机械产品的工作状态、工作参数及其工作过程实现最优控制或次优控制。面向产品使用性能的设计是保证现代机械具有良好技术性能的必要手段。机械装备工作状态的实时监测是实现控制的先决条件，是保证机械正常有效运转的重要措施之一，也是面向现代机械使用性能设计的一项基本内容。现代机械优良的技术性能和使用性能应该通过操纵系统与控制系统的设计工作来获得。

这里，我们把功效实用性、运行稳定性、指标优越性、状态测控性、设备动力性、故障可诊断性、使用经济性、操作宜人性等在机器工作过程中直接体现的性能称为使用性能，下面做更具体的说明。

1）功效实用性。对产品的最基本的要求是其功效能满足实际工作的需要，能基本完成用户对产品使用的要求，应具有完成所执行工作的基本能力。当然也没有必要增加一些多余的功能，增加多余的功能会造成浪费。

2）运行稳定性。对于有些机械工作稳定性显得特别重要。机器不稳定工作常常有如下的表现，例如转速常常改变、振动幅值常常变动或超出规定范围、工作负荷常常变动等。总之，其工作过程中的一些参量不是处在要求的范围内，这会影响产品的加工质量和工作效率，有时甚至会出现严重事故，并导致机器的损坏。如汽轮机组由于不稳定振动和振幅超标，会引发毁机事故。

3）指标优越性。这是在机器功效实用的基础上，对产品提出的更高要求，产品的技术指标常常是变化的，有时高，有时低。产品的设计工作就是要使机器在工作时能获得较理想或最佳的技术指标，从而可以获得较高的功效。优越的技术指标可以使出率增大，进而可相对地降低产品的单位时间成本。

4）设备动力性。对于一种设备来说，其动力性能十分重要，通常要求设备有足够的动力，以保证设备能实现正常的启动和完成正常的工作任务。不少设备由于在设计时过分考虑设备的制造成本，而配置较小功率的动力源，在设备负荷较大的情况下，难以完成相应的工作任务。所以，设备必须配置相适应的足够大的动力。

5）状态测控性。为了掌握机器的运行情况，对其工作状态进行检测是一项必要的工作。这一方面是为提高机器功效而对机器实施控制之前，必须首先了解机器的实际工况；另一方面是为掌握机器出现意外情况，并及时采取相应的策略和措施，以及进一步对机器可能出现的故障进行诊断。为了使机械产品正常和有效地工作，对系统的工况进行控制是一项有效的措施，系统的可控性是保证产品正常和有效工作的基本要求。

6）故障可诊性。在对机器状态进行测控的基础上，可对机器可能出现的故障进行及时诊断，避免造成损失。因此所设计的机器应该具有良好的可诊断性，也就是说当机器出现故障时，容易诊断出故障的类型及发生的位置，进而采取相应的措施预防故障的扩大和蔓延，或急速停机进行检修。

7）操作宜人性。任何机器的设计工作应该使操作人员具有良好的操作条件和环境，提高操作的自动化程度，这样不仅可以减轻操作人员的体力和脑力劳动的强度，减少可能出现的误操作，从而保证生产的正常和有效地进行。操作人员工作的舒适性也是产品设计所必须考虑的。操作的自动化和智能化是目前产品设计工作的发展趋向。

8）使用经济性。前面所述的功效实用、运行稳定、指标优越、操作宜人、状态测控、故障可诊等都和使用过程的经济性有着密切的联系，每一项实施都要对所花费的费用和可能获得成效的多少对比，只有当取得的效益所创造的价值大于或接近于投入，或从长远的利益出发考虑有实际意义时，才有采用的价值。

产品控制系统设计的具体技术目标应是产品的全部使用性能及部分结构性能和制造性能，如图9-3所示。结构性能包括人机安全性、系统可靠性、材质适用性、工作耐久性、结构紧凑性、环境无害性、造型艺术性、设计经济性等；部分使用性能包括功效实用性、指标优越性、运行稳定性等；部分制造性能包括结构工艺性能、设备维修性等。

图9-3 操纵系统与控制系统设计的技术目标