基于NX软件和MBD技术的圈椅数字化模型构建

我国的家具制造业不断向数字化和智能化的方向发展,为改善传统家具企业“二维图纸,三维模型”的生产现状,规范生产工艺并提升生产效率,同时将传统技术和工艺参数化,从而实现传统家具数字化保护与制造。本研究以圈椅为样本,将MBD(model based definition)技术应用于传统家具行业。首先,经过获取模型数据、处理数据和模型重建等步骤,得到了圈椅的装配几何模型;其次,基于UG NX软件平台,参照圈椅的组织构成,将圈椅各结构部件的设计和工艺信息集成标注,构建了数字化MBD模型;最后,经过验证基于此MBD模型能够编写数控代码,从而用于数控机床加工,论证了该模型技术有着对接数控机床的实用性。在家具制造产业数字化的大背景下,运用NX参数化软件将MBD技术应用于传统家具领域,旨在推进传统家具的数字化保护与制造进程。构建连接设计与制造以及能够对接数控加工的圈椅数字化MBD模型,对于中国传统文化和传统家具工艺的保护和传承都具有深远意义。

基于响应面法与MOGA算法的竹集成材榫接合椅子节点力学分析及优化

竹集成材是符合“双碳”目标的可持续发展绿色材料,具有“以竹代木”的巨大潜力。本研究借助竹集成材优良材料性能,基于榫卯结构特性,以竹集成材榫接合椅子为例,运用有限元法(FEM)进行椅子静载荷及耐久性分析,探究竹集成材榫接合椅子及榫接合节点力学特性,搭建响应面模型求解竹集成材T型椭圆榫接合节点榫卯尺寸与其最大等效应力、总形变和最小安全系数的关系,并运用MOGA多目标遗传算法以形变最小化、安全系数最大化为优化目标,进行榫卯尺寸优化。结果表明:竹集成材榫接合椅子静载荷分析所得椅子最大等效应力为6.818 MPa,位于座面大边与椅后腿榫接合节点;最大等效应变值为4.245×10^(-3),位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点;椅子发生的最大形变为4.433 mm,分布在椅子靠背位置。椅子耐久性分析所得最大等效应力及最大等效应变均位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点,分别为4.999 MPa和3.113×10^(-3);椅子整体发生的最大形变为3.251 mm,位于椅子靠背上端。由竹集成材T型榫接合节点响应面分析可知,椭圆榫接合节点的最大等效应力及最大形变随着榫头厚度a及榫头长度l的增大而减小,安全系数随之增大,榫卯尺寸对T型榫接合节点力学强度的影响以榫头厚度a和榫头长度l为主,榫头宽度b影响不显著。运用MOGA算法优化竹集成材椭圆榫尺寸,优化结果与实际试验结果的相对误差为3.93%,相对误差较小,证明优化方法及结果有效。本研究为竹集成材椭圆榫的加工生产提供参考,并为竹集成材榫接合椅子的榫卯尺寸设计提供科学优化方法。

基于神经网络的仿生避难椅创新设计

近年来,地震发生的强度和频率不断增加,基于仿生设计和神经网络在地震情境下设计了一款避难椅,通过拟合优度检验和系统聚类方法分析调研结果得到6大类18小类功能需求,并依据共性需求确定仿生对象。利用Gabor滤波提取其纹理特征并抽象为本体象元空间,利用神经网络和象元理论建立与用户偏好之间的映射关系模型,得到MSE值为0.09212和0.00744,说明模型性能良好。利用形状文法规则进行设计创新,得到三款方案,通过验证对比映射关系模型中与之相似且排名前三的本体象元满意度,均方误差MSE值为0.00324,证明该方法能够为相关产品设计提供参考。

基于IE及整数规划理论的家具生产线平衡优化

为解决S企业门扇生产线平衡性差、效率低等问题,本文从定性与定量相结合的角度提出了优化方案。首先,采用传统工业工程方法对生产线进行定性改善;然后,建立以生产节拍最小化为目标的0~1整数规划模型,并利用Lingo软件进行求解;最后,通过对比生产线平衡指标以及Flexsim仿真,验证了方案的有效性。结果表明,该方案使生产线平衡率由51.04%提高至84.73%,平滑性指数由15.65下降至3.35,月模拟产能由350扇提升至570扇,对提高企业效率、增强企业竞争力具有重要意义。

参数化技术在家具设计中的应用研究

简述了参数化技术及其在家具设计中的应用优势,提出参数化技术在家具设计中的应用策略,并结合实践案例进行探索性尝试,初步论证了参数化设计应用于家具设计中的可行性。将参数化设计合理运用于家具产品设计全过程,对于家具产品高效设计与产品质量提升具有实际意义。

基于绿色理念办公家具减量化设计研究

目的对办公家具进行绿色减量化设计方法研究。方法本文以办公家具为研究对象,通过对绿色理念与减量化设计内涵的分析,研究基于绿色理念的办公家具减量化设计。结论基于绿色理念的办公家具减量化设计可通过材料的减量与替代、造型的减量设计、结构的平装化、包装减量化,使产品设计精简,达到一个最佳状态,这一结论将在推动办公家具设计中的循环经济中发挥重要的作用。

无印良品绿色设计理念研究

为深刻践行绿水青山就是金山银山的重要发展理念,在工业产品设计中达到简化产品结构,减少材料使用与减少能源消耗的最终目标,绿色设计理念已然成为了当下资源紧缺时代非常重要的产品设计指导思想,无印良品就是这一思想的忠实践行者。本文通过对无印良品产品设计中的绿色设计理念进行研究,对其产品整个生命周期进行分析,同时结合无印良品的品牌与发展理念,分析无印良品的绿色理念与减量化设计内涵,为之后产品及包装的设计提供借鉴与参考。

新工科下工业设计发展路径及人才培养研究

高校课程体系是培养人才目标实现的根本保障和重要支撑,通过研究“新工科”背景下工业设计人才培养课程、培养目标及方法,从构建高校工业设计发展、建设人才体系、探索教学新模式、构建新课程体系、健全评价体系、建设新平台六个方面入手,分析当前新工科背景下工业设计课程体系,以《设计材料与工艺》课程为例,研究其发展路径,进而对新工科设计学专业课程体系提出明确的培养目标和教学实践模式,建立并优化多学科融合课程,以适应“新工科”建设对工业设计专业人才的需求。

基于AHP-TOPSIS法的儿童卧房家具设计研究

针对儿童卧房家具设计的方法和评价,采用层次分析法(AHP),构建儿童卧房家具设计要素的判断矩阵,确定各要素的权重并应用实例,采用逼近理想解排序法(TOPSIS),通过对方案评分求得的初始评价矩阵进行加权标准化处理,计算评价对象的正负理想解及相对贴进度,对方案进行优劣排序。结果显示:结构安全、材料环保性、尺度可调、学习、储物是儿童卧房家具设计主要影响要素。在根据要素权重排序设计的3个方案中,方案1为最优设计方案。结合层次分析法与逼近理想解排序法构建的评价模型,能够尽可能减少设计决策的主观性影响,使决策中的设计方案更加科学合理,对儿童卧房家具设计方面有一定实用价值。

联合分析法在儿童家具定制设计中的应用

针对儿童家具的定制设计,使用攀梯访谈术和魅力工学中的评价构造法,确定影响儿童家具用户偏好的设计要素,通过德尔菲法和文献研究法,确定儿童家具各设计要素的不同水平,采用联合分析法,对儿童家具用户偏好方式进行组合模拟和偏好实证分析,寻求儿童家具设计要素的最佳组合方案。结果表明:联合分析法作为一种针对多要素的定量研究方法,通过导入收集的所有数据计算可得出设计要素的相对重要性及要素水平的效用值,准确把握用户对于要素偏好的特征和规律,将用户儿童家具对偏好要素较优组合运用于设计案例。

基于Flexsim的木门扇生产工艺优化

实木家具由于结构和工艺复杂,生产过程中容易出现生产线失衡,导致企业成本偏高、生产效率低等问题。以某实木定制家具企业(简称J企业)木门扇为研究对象,运用Flexsim仿真软件对其生产过程进行模拟优化。通过对木门扇生产流程数据进行采集,找出生产瓶颈,运用“流程程序分析”“ECRS”原则等工业工程方法进行系统地分析与优化,对人员分配不均、设备布局不合理、生产线不平衡等问题提出改善并实施,最终使木门扇的生产线平衡率由原来的38.17%提高至87.31%,生产效率与产能大幅度提高,同时也验证了仿真软件应用于实木家具生产优化中的有效性。

面向数字化制造的圈椅榫卯结构设计

传统圈椅结构繁复、其制作工艺要求较高,部分结构加工难度大,导致数控机床加工过程效率较低。以圈椅作为研究对象,结合现有数控机床加工特点和实木榫接合技术要求,将圈椅中不适宜数控加工的楔钉榫和直角榫进行结构改造设计,基于新结构建立圈椅几何装配模型,利用有限元分析对圈椅模型进行静力学分析和抗疲劳性能测试。由此验证优化后的圈椅榫卯结构可确保其强度符合GB/T10357.3—2013《家具力学性能试验第3部分:椅凳类强度和耐久性》要求,以期为推进传统家具的数字化进程提供思路。

基于FAHP-熵权理论的康复轮椅方案决策灰色评估

为提高康复轮椅设计方案在评估阶段的准确性,选取合理方案,建立了康复轮椅设计方案评估体系,包括康复功能指标、智能控制指标、安全载荷指标、模块性能指标、情感交互指标。通过模糊层次分析法(FAHP)和熵权理论进行定性和定量分析,得出主客观权重系数,再利用灰色关联分析法(GRA)计算设计方案的灰色加权关联度,对三款康复轮椅方案进行优选。结果显示:三款康复轮椅设计方案C1C2C3的灰色加权关联度分别为0.1550、0.1673、0.1615,轮椅C2是最优方案。经案例验证,通过构建康复评估体系,设计三款针对肢体康复的轮椅方案,并利用灰色关联分析法、层次分析法、熵权法进行综合评价,得到产品设计方案最优解。该决策评估体系能有效提高设计质量,综合评价法能有效提高方案决策效率,为康复产品设计提供设计理论依据。

板式T型构件角接合多指标稳健优化设计

为增强板式家具角接合强度,提高家具结构质量的稳定性,对以18 mm厚刨花板为基材的T型构件进行角接合强度稳健优化设计。选取圆榫直径(6、8、10 mm)、圆榫长度(30、40、50 mm)、连接件种类(二合一连接件、三合一连接件、四合一连接件)及连接件长度(35、40、45 mm)为设计因素,采用L_9(3~4)正交表进行试验方案设计。使用ANSYA有限元软件,对构件进行模拟抗弯测试,将构件的形变量、连接件及圆榫的最大等效应力作为衡量指标,通过稳健设计田口法结合灰色关联分析法对板式T型构件角接合强度进行多指标稳健优化。结果表明:长40 mm的四合一连接件,配以长为30 mm,直径为8 mm的圆棒榫为本研究的稳健优化结果。选取各因素中间水平为初始对照组,优化后构件的形变量减少1.71 mm,连接件的等效应力减小207.94 MPa。虽圆榫的等效应力有所增加,但综合性能有所提升,灰色关联度由0.60增加至0.78,提高30%。试验证明:田口法结合灰色关联分析法可有效将板式家具研究中的多指标问题转化为单一问题进行研究,实现板式家具的稳健设计,进而实现家具结构质量稳定性的提升,延长家具的使用寿命。

健身用家具设计探析

目的针对当前家用健身器材与家居环境的适应性问题,探析健身用家具的需求与健身功能的可行性。方法以家庭健身需求的增长为背景,分析当前家庭健身器材与家居环境存在的问题,对健身用家具的设计路径进行探索,并以健身扶手椅为例进行设计实践与有限元分析验证。结果装有双向阻力机构的健身扶手椅在使用时的两种极限状态下的最大形变量分别为0.375 mm与0.260 mm、最大应力分别为1.56 MPa与1.50 MPa,均在安全系数4.0下榆木材料的容许应力的范围内,且符合《GB/T 3326—2016》标准,可实现其健身功能与坐具功能。结论健身用家具既能满足健身需求、又能融入家居环境,其设计路径具有可行性。

基于整合模糊KANO-IPA分析的SOHO办公桌设计

为解决传统办公产品无法适应新时代SOHO用户个性化需求的问题,本文基于模糊KANO-IPA分析法对用户需求优先级研究。通过文献查阅、问卷调查和用户访谈方法收集SOHO用户的需求,并对SOHO办公桌使用现状进行整理。根据收集的需求点进行模糊KANO问卷调研,对SOHO办公桌的功能偏好进行筛选。结合IPA分析法对功能需求偏好进行优先级排序,得到符合用户需求的SOHO办公桌设计要素,并指导设计实践。以SOHO多功能办公桌为例,验证了该模型的有效性。结果表明:整合模糊KANO-IPA分析模型可精准提炼用户需求,便于设计师理解和确定设计重点,为相关设计提供参考。

透明木性能研究及其在产品设计中的应用

在综述透明木及其性能特点的基础上,利用透明木这种绿色环保的新型材料进行产品设计研发,结合透明木材透光率高、力学性能好、导热系数低等优点,并辅以设计实例,对透明木应用于产品设计的可行性进行了评估和展望。结果表明,不论是从透明木外观形态还是内部材料特性都非常适合应用于产品设计中,这将拓展透明木在设计领域的发展,且能够引起设计师们对新型材料的重视,从而进一步推动基于透明木材衍生产品设计的应用发展。

不同结点形式下黄荆木重组材T型构件的抗拔力与有限元分析

黄荆(Vitex negundo L.)分布广泛,再生能力强,来源丰富,材质致密,性能优良,将其开发利用对生物质资源的充分利用具有重要意义。以黄荆为原料制备黄荆木重组材,测试黄荆木重组材家具结点强度并与有限元分析结果进行对比,为今后黄荆木重组材家具设计提供理论基础和数据参考。试验测定3种典型家具结点形式(双圆榫接合、三合一连接件接合、自攻螺钉接合)的T型构件抗拔力,并运用ABAQUS有限元软件对黄荆木重组材T型构件拉力进行分析。结果表明,不同T型构件的抗拔力排序为自攻螺钉接合>双圆榫接合>三合一连接件接合;ABAQUS有限元分析得出了类似的拉力大小排序。此外,将黄荆木重组材T型构件试验与有限元分析结果进行线性回归分析发现,线性回归方程为y=0.8548x+131.2,R^2=0.8487。运用有限元分析代替试验,避免了传统试验中大量试验材料的浪费,同时,有限元法可以为家具设计提供理论基础和数据参考。

小径木重组材与家具设计的关联性研究

小径木重组材是一种先进生物质材料,在家具、地板制造和室内外用材等方面具有较好的应用前景。为了研究小径木重组材与家具设计之间的关联性,探明小径木重组材应用于家具设计的具体适应性,文章综合运用比较分析法、功能分析法、调查法等科学研究方法,在概述小径木重组材的制造工艺和应用范围的基础上,从家具设计的形式设计、功能设计、情感设计和绿色设计4个方面,结合小径木重组材的材料特性和家具设计过程中对于材料的表现要求,对比了小径木重组材在软硬、轻重、冷暖等感觉性能及肌理、色彩、光泽等表面性能与天然木材的异同,分析了小径木重组材的机械加工性能和功能改性对于家具功能的增益,描述了小径木重组材培养型和寓物型情感特征的由来,调查了小径木重组材在产品生命周期评价体系中与定向刨花板、中密度纤维板相比能源消耗的增减。最终验证了小径木重组材应用于家具设计与制造的合理性和优胜性,侧面反映了家具制造对于小径木重组材制材的改性要求,为利用小径木重组材进行家具设计提出了参考要素,为拓宽木质家具用材渠道同时实现小径木重组材高值化利用的双赢问题提供了理论依据。

人工林速生材高值化利用研究进展

随着禁止天然林商业性采伐政策的实施,人工林速生材高值化利用成为缓解我国当前木材供需矛盾的重要途径。简述了国内外速生材改性相关技术与工艺研究现状,介绍了物理改性和化学改性的几种方法,以期为我国人工林速生材功能性改良与高值化利用提供参考。