新工艺和新材料在产品设计中的应用

来自消费者、竞争对手、国际贸易和国内外的法律法规等各方面的环境因素给企业带来巨大挑战。在这样的压力背景下，产生了绿色设计。绿色设计(GreenDesign）就是将环境性能作为产品的设计的主要目标和出发点，己经成为一种先进的设计思想。在产品设计阶段，材料的选择又是决定是否达到设计目标的重要环节。因此绿色设计材料的选择方法就成为了重要的研究内容。绿色设计的材料选择要求在产品设计中尽可能选用那些对生态环境影响小并充分利用资源能源的材料，即选用绿色材料(Green Material，GM)。 本文首先对产品绿色设计中材料选择方法目前的研究现状进行了分析与讨论，其次对绿色设计的一些基本概念和特点进行论述，分析了绿色设计与传统设计的关系，研究了绿色设计的主要内容和关键技术以及设计原则和设计方法；再次对材料生命周期评价(MLCA，Material Lire Cycle Assessment)的材料环境认证标准的主要内容进行了论述，制定一个材料的环境认证标准，目的就是促使各类材料的研究者、生产者和使用者都来关心材料生产和使用中造成的环境影响，促进材料环境性能的改进，从而达到保护环境的目的；然后，对绿色材料的选择方法进行深入地研究，提出了基于环境意识的材料选材原则，分析了其选材的多种因素，提出了基于成本的绿色材料选材系统框架和方法，在此基础上，构建了绿色材料选择的模糊评价体系；最后以WS2400型载重越野车底盘的关键部件之一的“四桥主减速器”的主动螺旋锥齿轮为例进行了实证，得到了很好的效果，此方法在实际的工作中具有一定的指导意义。 本文所研究的绿色材料选择模糊评价体系，可以把评估的结果反馈给设计者和制造商，有利于设计出更加环保的绿色产品。

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结合我这些年的工作经验，对机电产品常用材料和机电产品材质设计基本原则做个总结，希望对大家有所帮助。

1 、机电产品常用材料

机电产品常用材料有金属材料和非金属材料等。

（1）金属材料

机电产品常用金属材料有黑色金属和有色金属两大类。

（2）非金属材料

机电产品常用的非金属材料主要为高分子材料等，有天然高分子材料和合成高分子材料，包括塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料和高分子基复合材料等。

另外，机电产品上还有很多绝缘材料的应用。

2 、机电产品材质设计基本原则

机电产品材质设计基本原则主要有主从原则、配比原则、功能性原则、以人为本原则、适合原则、工艺性原则、经济性原则和环保性原则等。

（1）主从原则

机电产品在材质设计上通常可先确定主要材质，再围绕主要材质根据特性和使用环境确定周围材质。材质设计的主从关系要求突出中心材质，主从分明。没有主从关系的材料设计，通常会使产品设计显得比较呆板和单调。机电产品的材质配色设计通常可考虑主从原则，使产品在视觉上显得生动或活力四射或稳重安全等。

（2）配比原则

配比原则实际上就是追求和谐的原则，这种追求多样统一的产品形式美是值得花点心思的。在机电产品材质的选择上，可以依据形式美法则对各部分材料进行组织分配，注重整体与局部、局部与其他局部之间的关系，从而获得好的视觉印象。

（3）功能性原则

功能性原则是机电产品材质设计必须要遵循的一项重要基础原则。在对机电产品进行选材时，要从产品的使用功能方面出发，充分考虑产品的使用环境和使用状态，分析产品载荷情况、受力状况、工作温度和工作介质等，并最终确定机电产品对材料物理性能、化学性能、安全性能等方面的要求。实际上，其他产品也要遵循这基本的选材原则——功能性原则。

（4）以人为本原则

以人为本原则要求产品材质更加注重设计的个性需求，更追求产品的人性化，用得舒心和安心，在设定应用场合下通过材质应用使产品更具有情感化因素。

（5）适合原则

各种材料都有着自己的特性，包括其功能和价值。不同定位的产品，不同的消费对象、不同的使用环境，对机电产品材料的选择都有所影响。在产品材料的选择上，我们通常要利用适合原则，将具体产品、具体材料与具体消费对象的审美感觉结合起来一并考虑，做到选择合适的材料而不是功能过剩的材料，其目的是让材料的美观在目的消费者的眼中得到恰如其分的、淋漓尽致的体现。

（6）工艺性原则

对于机电产品材质设计，不是随便选择了几个材料就完事了，因为选择的材料要通得过加工工艺的考验，以及哪些生产工艺才是最为合适的。产品的最终质量受材料加工工艺的影响很大，而材料本身的优劣又会影响到产品生产效率、生产成本和质量。第一代锤子手机刚出来时，生产良品率不高，结果导致错失了市场的大好时机。如果在进行机电产品设计的过程中忽略了材料的加工等方面的工艺性，那么很有可能会导致产品在量产时出现很多问题，轻则影响外观美观，重则导致产品良品率不高，甚至导致产品无法顺利生成、使用和维修。

一般情况下，对于同样基本特性的几个材料，优先选择其中加工较为便利的材料。

（7）经济性原则

实用、经济和美观是产品设计的三大基本要素，它们相互制约和影响。如果在材质选择上能做到这三大基本要素的平衡，那么该产品便具有较佳的经济性，也就是较佳的性价比。材料选择济性。材料的经济使用不是指一味地追求材料使用越少越好、越便宜越好，而是指使用最少的合适材料发挥最大的效用，追求在满足相同的功能要求下使用最经济的材料来达成。产品经济性不是单纯以材料价格高低来评价的，而是要从多方面来进行评价的。

（8）环保性原则

机电产品也有环保性要求，环保材料的使用将会越来越重要，这是因为人们环保意识逐渐增强。要进入某个市场，通常会有相应的法规对机电产品的环保要求作出了规范条款，那么在进行机电产品设计时，选材就必须要满足这些环保要求。

材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系是密不可分的，成分和工艺可以极大的影响下料的性能，换言之，材料的成分和工艺会直接决定材料的性能好坏。而成分和组织之间的关系也是相互影响的。

不同的性能来源于材料不同的组织。为了使材料形成某种特定的组织，人类就要确定对材料进行处理和加工的程序和手段。总而言之性能是目的，成分是基础，组织是形态，工艺是手段。

设计产品的材料特点：

家具到地板，木材的创意使用也成为了设计领域的热门话题，例如以竹子为材料的产品，具有独特的可能比金属更高的拉伸强度，这正是得益于竹子的独特纤维结构。

不久的将来可能还会从家用垃圾中提炼高分子聚合物。其中主要有两种塑料高分子结构：热塑性塑料，即遇热会变软、熔化；热固性材料，即遇热则更加坚硬。