结构设计的十二大原则

对于所要设计的机器和机组，设计人员在设计过程中必须满足功能、经济性、加工、运输、维护和操作以及从其他角度提出的不同要求。虽然从内容上来说各种要求大不相同，但是对于设计工作还是可以归纳出一些通用的设计原则，它们是尽可能最优地解决一个设计问题的前提条件。设计者应遵循下列各条基本原则并针对具体问题补充其他要求。

功能性：对一个技术装置（机器、仪器、零件、部件等）提出的主要要求是能完成给定的任务（功能）。下列其他各心基本原则都是以满足功能要求为前提条件的。

安全性：安全性是指在误操作、过载等情况下保护人员和机器不出危险的性能。除了功能性（即完成整体功能的可靠性）以外，安全性同样是对设计的主要要求。通过采取相应的预防措施（面向强度的设计、通过引入过载破坏装置实现过载保护、按照人机工程学设计操作零件等）,可以有效地防止机器出危险。

经济性：除了功能性和安全性以外，经济性是最重要的要求。影响一个产品是否成功有许多因素，但性价比是一个价值决定性的因素。半成品的应用，如异型棒材、板材、管材等

以及标准件和商品零件，可以降低生产成本。如图所示，要避免过度提高精加工等级，因为由此带来的使用价值的提高相比成本的提高是非常有限的。

材料选择：不同材料的技术性能（强度、密度、弹性、硬度等）有着很大的区别，这就要求设计者仔细进行选择。强度较低的材料必然导致较大的横截面，除了尺寸，还会使整机质量加大。通过选用高强材料，虽然可以降低产品的横截面，但是会导致材料总成本成倍增加（见TB1-1“材料相对成本”）。如果要求耐磨性高、焊接性好、弹性大、耐腐蚀性强、减振性优等，要注意选择合适的材料。

加工方法：各种不同的加工方法（如铸造、锻造、焊接、粘接）及其优缺点对零件的结构设计有着决定性的影响，设计者在设计过程中必须加以认真考虑和选择。这就要求设计者对企业现有的各种加工方法了如指掌，而且要与加工单位保持密切合作。对加工方法的选择同样起着决定性作用的是产品的批量（单件、系列或批量加工）。由图可知，当小于等于临界批量nx时，加工方法1的成本低，当n>nx时，加工方法2的成本低。

精度选择：首先要搞清楚，对于铸件这类零件表面是否可以保持粗糙表面，还是基于功能上的要求必须进行加工，以及所要达到的表面质量和如何实现它。常常可以通过对设计做些微调，从而降低先前对表面质量的过高要求，并降低整体成本。这同样适用于用来确定必需的公差。应该遵循的原则是：“尽可能粗糙，按需要精细”，因为精度的提高会导致加工成本的急剧上升。

造型：当今时代，人们越来越要求一个技术产品在满足技术功能的同时还要有优美的造型。这就要求所设计的产品外形美观，色彩协调对于消费产品，这点显得尤为重要。除此之外，好的造型还要求面向铸造进行结构设计，避免应力集中。

装配：所有的零部件都应该满足装配简单以降低成本这个要求。如果在某些情况下只能以一种特定顺序进行装配的话，设计者应该以装配计划书的形式加以说明。大批量生产时应尽量使装配自动化。应该使易损件更换方便以缩短时间和降低费用。安全断裂件应该方便更换。

发货：运输方式有多种多样：铁路运输、汽车、货运、船运（装货轮廓、许用尺寸、运输途中通过地道或高架桥时的许用高度）。不要使产品超大或超重，否则应将产品分开并用节约空间的方式包装，船运时尤其要注意这点（总吨位一空间尺寸都是要付费的）。应该设计用于运输的起异环等结构。

操作：技术装置的操作应尽可能地简单和一目了然。所有的操作设施必须容易使用，必要时用相应的逻辑符号来表示。应该设有误操作防护装置。操作人员的工作位置应该按照人机工程学进行优化，因为操作性能的好坏代表了该设备的水平！

维护：在大多数情况下，一台设备的维护同时就意味着暂时的停产。应将生产的被迫中断减小到最低程度以降低损失。因此必须能很快确定设备中需要维护的地方并快速更换损坏零件。良好的可接触性也确保了需要维护的位置容易被观察到（不易接触到的润滑位置容易被“忽视”）。预防性的保养可以对设备的生产中断做到心中有数。

环境保护：一个产品的设计应保证对人身和自然（环境）没有伤害，并使尽可能多的零件能重复使用（面向循环）或能有利于环境保护。

因为车间是根据设计资料（加工图样和零件清单）进行生产的，因此产品的成本在设计阶段就已经确定了。下图所示为产品开发和规划阶段对成本的主要影响因素。

对制造成本影响最大的是设计过程的开始阶段，随着工作的进展对成本的影响越来越小（曲线a);与加工阶段相反，在设计阶段所作的修改可以在不大幅度增加成本的情况下实现(曲线b)。