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一、設計約束

設計約束是指設計變量間應滿足的相互制約和相互依賴的關系。產(chǎn)品造型設計需在給定的約束條件下進行，是通過提取產(chǎn)品的有效約束來建立其約束模型并進行約束求解的過程。約束類型具有多樣性。客車座椅造型設計主要的約束條件有:用戶需求、人機尺寸、產(chǎn)品結構、色彩及材質(zhì)等。

(1)用戶需求約束。主要包括安全性需求、易用性需求、舒適性需求、美觀性需求等約束。

(2)人機尺寸約束。根據(jù)GB10000—1988中國成年人人體尺寸［10］和QC/T633—2009客車座椅2項標準中的相關規(guī)定，選擇合理的成年人尺寸作為參考標準，綜合考慮客車內(nèi)座椅布置要求、人體著衣修正量及乘客自如調(diào)整坐姿的空間要求等，明確客車座椅的人機尺寸約束條件。

(3)產(chǎn)品結構約束。客車座椅結構包括座椅骨架、調(diào)角器總成、升降器總成、滑軌總成等，涉及產(chǎn)品的各個部件。軟墊、扶手、縱橫向調(diào)節(jié)機構、調(diào)角機構等部件造型都應符合裝配性、安全性和可靠性要求。座椅骨架作為產(chǎn)品結構的核心部件，是承受外部載荷的主要受力部件。軟墊造型可提高舒適性，但須依據(jù)座椅骨架展開設計，軟墊須能包覆靠背骨架。每種造型座椅均應滿足靜態(tài)和靠背后部吸能特性試驗要求或者動態(tài)試驗要求。

(4)色彩及材質(zhì)約束。色彩應與內(nèi)飾環(huán)境設計風格相協(xié)調(diào)，客車強調(diào)居住性，適當增加明度和變化，營造和諧的氛圍。座椅面料須具有舒適性、功能性和裝飾性，可分為紡織和皮革2種不同的面料;座椅骨架在保證強度和剛度的前提下，應盡量減輕質(zhì)量，方便裝配和調(diào)整;靠背和座墊須采用合適的減振材料，以獲得良好的舒適性;扶手、背板、椅腿、擱板、拉手等采用模具化生產(chǎn)，力求造型美觀［15］。

二、應用實例

以某系列客車座椅產(chǎn)品造型設計為例，通過對客車座椅的模塊劃分，分析各模塊與設計約束條件之間的關系，從而確立產(chǎn)品平臺，并基于同一產(chǎn)品平臺快速生成系列化、模塊化的客車座椅外觀造型。

1.座椅模塊與設計約束客車乘客座椅結合QC/T633—2009規(guī)范進行模塊劃分。座椅模塊與設計約束條件之間存在著不同程度的制約關系。

2.確立產(chǎn)品平臺座椅骨架模塊受到產(chǎn)品結構約束條件的嚴格限制，通過靜強度特性分析、動強度特性分析等試驗程序，符合GB13057—2003客車座椅及其車輛固定件的強度的相關規(guī)定。座椅軟墊模塊受到人機尺寸約束條件的嚴格限制，中對客車座椅人機尺寸的數(shù)值或取值范圍，結合座椅骨架模塊，確定軟墊的外形尺寸和角度。產(chǎn)品平臺是用來開發(fā)系列變形產(chǎn)品的一組通用模塊和接口。座椅骨架模塊和軟墊模塊是用戶的基本需求，并分別受到產(chǎn)品結構和人機尺寸的嚴格約束，在滿足各項標準要求和經(jīng)過一定時間市場檢驗的條件下，將被定型并延續(xù)使用。因此，座椅骨架模塊和軟墊模塊構成了基礎的產(chǎn)品平臺。依靠成熟的產(chǎn)品平臺，根據(jù)用戶的不同需求，僅通過對面料模塊、扶手模塊和安裝件模塊的設計，即可快速確定用戶所需的最終產(chǎn)品。

3.基于產(chǎn)品平臺展開的快速造型設計根據(jù)用戶輸入的“清新、簡約”造型意象定位，對扶手、安裝件和面料模塊展開造型設計。采用淺藍色與乳白色的皮質(zhì)面料和工程塑料的安裝件詮釋“清新”的造型意象;以“天鵝”為原型，通過簡潔流暢的曲線對面料、扶手及背板進行形態(tài)塑造和層次劃分，詮釋“簡約”的造型意象。在產(chǎn)品平臺基礎上，快速生成了用戶所需的最終造型方案。

4.系列衍生方案的快速設計根據(jù)用戶輸入的“素雅、商務”造型意象定位，以“禮帽”為原型，從黑色皮紋鑲邊的中扶手設計入手，輔以褐色系的真皮面料，快速生成用戶所需的最終造型方案B。根據(jù)用戶輸入的“熱情、活躍”造型意象定位，以“火烈鳥”為原型，從紅白結合的中扶手形態(tài)設計入手，輔以大塊面的紅色面料劃分，快速生成用戶所需的最終造型方案C。

三、結論

依靠成熟的產(chǎn)品平臺，根據(jù)用戶需求，結合產(chǎn)品造型意象，可快速塑造出系列化、模塊化的客車座椅外觀造型。增強了企業(yè)對市場環(huán)境變化的快速響應能力，提升了企業(yè)產(chǎn)品造型的效率，提高了企業(yè)的設計開發(fā)質(zhì)量。

作者：林敬亭單位：華僑大學機電及自動化學院