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1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：健身器材设计要素的探讨学生姓名：秦利民所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：付素芳完成时间：2009年 5月 20日健身器材设计要素的探讨摘 要本文介绍了机械现代设计方法的主要特征，现代设计方法的类型，即系统化设计方法，结构模块化设计方法，基于产品特征知识的设计方法，智能化设计方法, 以及各类设计方法评述及发展趋势。以划船健身机为例探讨健身器材设计要素。首先介绍了划船健身机的系统组成即各种健身器材的功能；其次，说明了划船健身机的设计程序，即系统化设计程序，设计规格表；接着，对划船健身机进行构想设计，包括健身机构造设计程序
2、，设计限制;然后，进行划船健身机的运动设计及运动分析；最后，对健身机进行系统设计，重点研究了其具体化设计。关键词：健身器材，设计要素，设计方法目 录1 引言11.1健身器材的国内外形式11.2健身器材设计要素的现状12 机械结构的设计方法32.1现代设计方法类型32.1.1系统化设计方法32.1.2结构模块化设计方法42.1.3 基于产品特征知识的设计方法52.1.4 智能化设计方法52.1.5 各类设计方法评述及发展趋势53 划船健身机的简介63.1健身机种类及其功能63.2健身机的运动形式74 设计程序94.1 系统化设计程序94.2 设计规格表95 构想设计125.1健身机构造设计程序。
3、135.2设计限制146 运动设计156.1 设计问题的描述156.2 运动设计156.3运动分析167 健身机系统设计168 结束语17致谢18参考文献191引言1.1健身器材的国内外形式随着人们生活水平的提高和健身运动的普及，各种健身器材已日益广泛地进入具有不同层次消费水准的消费者家中。康体100近两年来销售出去的逾万台健身器材就是一个明证。“健康是我们一生的追求，健身不需要任何理由”，2005年以来，一个以著名运动员田亮为品牌形象代言的智能跑步机广告连续在电视上播出，这是中国健身产业的首个影视广告片，可谓业内创新之举。一个业内首创的广告片本没有什么大不了，但把它与我国健身器材业当前的现实
4、处境联系起来，就多少显出一些标志意味了。 近几年都市人的健康问题越来越受到广泛关注，专业的健身俱乐部和健身器材市场也随之明显活跃起来。2003年SARS肆虐中国，对中国人全民健康意识有很大的促动。据中国医药保健品市场研究网调查，在SARS过后份原疫区消费者的消费行为样本中，以上的消费者更崇尚于自身锻炼来提高免疫力，这种倾向促进了整个健身器材行业走向崛起，有人估计我国的健身器材市场有亿元的规模。 但事实并不那么让人乐观。有媒体报道，目前我国大众体育在很多方面远远落后于人，体育人口即常年参加健身运动的人口数尚不足总人口的三分之一，而发达国家体育人口已占人口总数的70%至80%。我国现在室内体育场所
5、人均占地仅为0.014平方米，室外体育场地人均0.027平方米，均大大低于发达国家水平。 这就解释了为什么一边是巨大的需求潜力，而另一边我国的健身器材市场还处于慢热的尴尬境地。目前以品牌连锁为主导的美国健身产业年总产值超过300亿美元，而中国健身产业目前市场规模约为人民币100150亿元，健康器材市场更小，约为40至50亿元。1.2健身器材设计要素的现状近年来，随着人民生活水平的不断提高，生活质量得到逐渐改善。越来越多居民的生活观念已由“力求温饱”向“永保健康”转变，以期拥有健康的体魄达到高效学习、工作，实现享受生活并延年益寿。人民健身意识的不断高涨，促进了我国健身器材产业的飞速发展，我国的健
6、身器材及其零部件，95 %以上实现了国产化，拥有 5 0 %的国际市场占有率。然而，我国健身器材产业基础薄弱，起步较晚，在设计、制造、检测到销售和服务等方面与发达国家相比仍存在明显的差距。由于国产健身器材利润低下，引发致伤致残事故，产品积压滞销等现象积极发展现代化生产企业，前瞻性地开发高技术含量的安全型产品，健全符合国情实际的检测体系，从而全面提升我国健身器材的安全性能、服务水平和市场竞争力。市场研究：预计到2010年，全球的健身器材市场将达到到120亿美元的市场份额。未来欧洲，亚洲和拉丁美洲将是市场的主要增长点，逐渐富裕的人群将会提高自己对健康生活方式的追求，并将成为健身器材的主要消费者。美
7、国仍旧是世界上最大的单个健身器材消费市场，2007年的销售额达到50亿美元，亚太地区则是市场增长最快的区域，年增长率达到5.5%，预计欧洲的健身器材市场在2010年将可以达到34亿美圆的市场空间。2007年全球的健身器材销售中，跑步机的销售额达到24亿3千万美元，椭圆机则是销售增长最快的器材，2007年的市场销售额达到9亿6千7百万美元。在中国，健身器材市场经历了概念引入、初级竞争、高速发展三个阶段后，正逐步成熟起来，但却难以走出低技术、低价格竞争的阴影。其原因有三点，一是门槛低，市场进入相对容易。二是产品同质化现象严重，同业间相互访造、拓伤了企业产品开发的积极性。三是中国市场差异大，东西南北
8、各地市场参差不齐，同一区级市场中，省、地、市级市场差异十分明显，上述因素综合作用的结果导致中低档产品泛滥市场。使健身器材市场陷入多块面、多层次混战的尴尬局面。目前，我国生产的室内健身器材产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场，有的还直接承担了大批量的国际高端产品的对外加工。有资料显示，国际市场上60%以上的健身器材都贴有“中国制造”，但却很少有中国人自己的名牌。其原因是产品在国际市场上竞争力不高，只能为国外公司大量做加工产品。一方面国内企业生产符合国际标准的健身器材，另一方面，国内消费者却为国外品牌多掏两三倍钱。这样的尴尬至少表明一点，在国际上叫得响的民族品牌缺失。2机械结构的设计方法
9、科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。2.1现代设计方法类型根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。2.1.1系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，
10、制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命
11、系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计
12、时采用的具体研究方法亦存在差异。它包括一些具有代表性的设计方法：A.设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。B.图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。C. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是
13、具体实现构思阶段的原理解。D. 矩阵设计法在方案设计过程中采用“要求功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求功能”逻辑树建立“要求功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。E. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。2.1.2结构模块化设计方法提倡在产品功能分析的基础上，将
14、产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进
15、行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。2.1.3 基于产品特征知识的设计方法基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。2.1.4 智能化设计方法智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。2.1.5 各类设计方法评述及发展趋势综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。通过介绍机械的现代设计方法，我们可以针对划船健身机为例来说明健身器材设计要素的相关原理。3划船健身机的简介3.1健身机种类及其功能3.1.1健身机种类市面上健身机
