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射频技术可以实现非接触识读，识读距离可从十几厘米到几十米；不需要光源；使用寿命长；识读距离远；抗恶劣环境能力强；安全性高；可同时识别多个对象，数据的记忆容量大；可不需人力介入操作。射频技术可应用于产品防伪、物品追踪、自动收费，尤其在物流管理系统中，应用非常广泛。
二、物流管理系统
物流是物品在一定时间里的空间运动，物流的目标在于以最小的费用满足消费者的物流需求。2007年中国物流企业信息化推进大会在北京举行。大会指出，我国目前的物流产业现状是物流信息化程度低，信息化系统功能欠完善，我国今后物流发展的主要任务是鼓励生产流通企业应用现代物流管理技术，改善传统企业的管理，促进流通的现代化。
三、射频技术在物流管理中的应用
射频技术在物流配送中的应用可分为商品的入库、出库、存储、运输跟踪、配送等。RFID技术可以加快供应链的运转，提高物流管理的效率。
1.商品出库与入库
物资配送中心所派车队进入仓储中心时通过门禁，阅读器读取到射频标签信息并在仓储中心系统中显示此时车队所载物资为空。车队装载物资完毕离开发物仓库时再次通过门禁，物流系统将出库物资信息写入到系统数据库中并上报给物资配送中心，这样就等于射频标签承载了其所运物资的相关信息，自动完成物资出库，此时运送物资的车辆和物资进入在途状态。运输车队到达收物仓库时再次通过门禁，阅读器读取到射频标签中的信息后传输给仓储中心系统，系统即显示待入库物资的相关信息并写入数据库，自动完成物资入库，并上报给物资配送中心，通知物流配送中心配送任务已经完成。
2.存储与库存盘点
在仓库里，射频技术最广泛的应用是存取货物与库存盘点，它能用来实现自动化的商品的登记、存货和取货等操作。在仓储管理中，通过将供应计划系统与射频识别技术相结合，能够高效地完成各种操作。可增强作业的准确性和快捷性，提高服务质量，降低成本，减少物流中由于偷窃、损害、出货错误等造成的损耗，实现快速供货并最大限度地减少储存成本。
3.运输跟踪
在运输管理中，通过在货物和车辆上贴RFID标签，完成设备的跟踪控制。接收装置收到RFID标签信息后，连同接收地的位置信息上传至通信卫星，再由卫星传送给运输调度中心，送入数据库中。利用射频技术可准确、迅速地完成配送任务并实现对在途物资的跟踪。在物资运输期间，物资配送中心根据发/收物仓储中心上报的数据可知在途物资的名称、品种和数量等信息，达到在途物资的可见性。
4.物流配送
在配送环节，采用射频技术能大大加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工、降低配送成本。到达中央配送中心的所有商品都贴有RFID标签，在进入中央配送中心时，托盘通过一个门阅读器，读取托盘上所有货箱上的标签内容。系统将这些信息与发货记录进行核对，以检测出可能的错误，然后将RFID标签更新为最新的商品存放地点和状态。这样就确保了精确的库存控制，甚至可确切了解目前有多少货箱处于转运途中、转运的始发地和目的地，以及预期的到达时间等信息。
RFID技术可以实现合理的产品库存控制和智能物流技术。借助电子标签，可以实现商品对原料、半成品、成品、运输、仓储、配送、上架、最终销售，甚至退货处理等环节进行实时监控，使整个供应链管理显得透明而高效。
四、RFID的发展方向
RFID与其他新兴技术一样，仍存在很多问题。缺乏统一的技术标准是制约RFID发展的重要因素。RFID的成本过高是抑制RFID技术的关键问题。其成本主要是标签、读写设备及相关管理软件的成本。其中，由于标签将贴于单件产品上，数量巨大，标签成本的降低，将是RFID成本降低的重要部分。采用RFID技术的最大好处是可以对企业的供应链进行透明管理，但同时会使个人隐私受到影响。因此，RFID的安全性也非常令人关注，需要尽快推出增强安全性能的RFID产品。RFID的读取仍存在错读率高的问题。
射频技术在物流管理系统中的应用，提高了商品入库、商品配送和管理的工作效率，减少了人力资源的浪费，提高了人员的利用率，射频技术作为供应链下物流管理硬件将会得到越来越广泛的应用。
参考文献:
[1]刘志强丁鹏盛焕烨:物流配送系统设计[M]．北京:清华大学出版社,2003
[2]郑志军资道根:物流信息管理实务[M].北京:海天出版社,2005
20世纪80年代，由于大规模集成电路技术的成熟，射频识别系统的体积大大缩小，使得射频识别技术进入实用化的阶段，成为一种成熟的自动识别技术。
射频识别技术是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。它与同期或早期的接触式识别技术不同。RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别，因此它可在更广泛的场合中应用。
典型的射频识别系统包括射频卡和读写器两部分。
射频卡是将几个主要模块集成到一块芯片中，完成与读写器的通信。芯片上有EEPROM用来储存识别码或其它数据。EEPROM容量从几比特到几万比特。芯片仅需连接天线(和电池)，可以作为人员的身份识别卡或货物的标识卡。卡封装可以有不同形式，比如常见的信用卡及小圆片的形式等。与条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比，射频卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。
在多数RFID系统中，读写器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸)。卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。当射频卡经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。读写器接收到卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS232、RS422、RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。简单的RFID产品就是一种非接触的IC卡，而复杂的RFID产品能和外部传感器接口连接来测量、记录不同的参数，甚至可与GPS系统连接来跟踪物体。
工作原理如图1所示。
2射频识别技术的分类
射频识别技术主要按以下四种方式分类。
(1)工作频率
根据工作频率的不同可分为低频和高频系统。①低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统。其基本特点是：射频卡的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况，典型阅读距离为10cm)、射频卡外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。低频系统多用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。②高频系统一般指其工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是射频卡及读写器成本均较高、卡内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几m~十几m)、适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及射频卡天线均有较强的方向性。高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合，像火车监控、高速公路收费等系统。
(2)射频卡
根据射频卡的不同可分成可读写(RW)卡、一次写入多次读出(WORM)卡和只读(RO)卡三种。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多，如电话卡、信用卡等。一般情况下改写数据所花费的时间远大于读取数据所花费的时间(常规为改写所花费的时间为s级，阅读花费的时间为ms级)。WORM卡是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，且比RW卡要便宜。RO卡存有一个唯一的号码，不能逐改，保证了安全性。RO卡最便宜。
(3)射频卡的有源与无源
射频卡可分为有源及无源两种。有源射频卡使用卡内电池的能量、识别距离较长，可达十几m，但是它的寿命有限(3~10年)，且价格较高；无源射频卡不含电池，利用读写器发射的电磁波提供能量，重量轻、体积小、寿命长、很便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十cm，且需要读写器的发射功率大。
(4)调制方式
根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式。①主动式的射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器。②被动式的射频卡，使用调制散射方式发射数据。它必须利用读写器的载波调制自己的信号，适宜在门禁或交通的应用中使用。因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。
目前使用的多数系统中，一次只能读写一个射频卡。射频卡之间要保持一定距离，确保一次只能有一个卡在读写区域内。读写距离长，射频卡之间的距离就要大，应用起来很不方便。现在的射频卡具有防碰撞的功能，这对于RFID来说十分重要。所谓碰撞是指多个射频卡进入识别区域时信号互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别距离的所有射频卡，它的并行工作方式大大提高了系统的效率。
3国际射频识别技术发展状况
射频识别技术在国外发展得很快。RFID产品种类很多，像德州仪器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品。他们的产品各有特点，自成系列。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。如澳大利亚将它的RFID产品用于澳机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用；瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车上安装RFID自动识别系统，调度员可以实时掌握火车运行情况，不仅利于管理，还大大减小了发生事故的可能性；德国BMW公司将射频识别系统应用在汽车生产流水线的生产过程控制中等。
据有关权威数据显示，射频识别
产品在全世界的销量以每年25.3%的比例增长。由此可见，射频识别技术具有广阔的市场前景。
4射频识别技术在我国的发展
我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划，是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程，由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在，射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，也将在中国很快地普及。
目前，我国的射频识别技术在下列几种应用中发展前景较好。当然，这里仅仅罗列了射频识别技术应用的一部分。任何一种技术如果得到普及，都将会孕育一个庞大的市场。射频识别将是未来一个新的经济增长点。
4.1安全防护领域
(1)门禁保安
将来的门禁保安系统均可应用射频卡。一卡可以多用。比如，可以作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等，目的都是识别人员身份、安全管理、收费等等。好处是简化出入手续、提高工作效率、安全保护。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器，人员出入时自动识别身份，非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方、还可以结合其它的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。
公司还可以用射频卡保护和跟踪财产。将射频卡贴在物品上面，如计算机、传真机、文件、复印机或其它实验室用品上。该射频卡使得公司可以自动跟踪管理这些有价值的财产，可以跟踪一个物品从某一建筑离开，或是用报警的方式限制物品离开某地。结合GPS系统利用射频卡，还可以对货柜车、货舱等进行有效跟踪。
(2)汽车防盗
这是RFID较新的应用。目前已经开发出了足够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡。它需要在汽车上装有读写器，当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法，汽车的中央计算机也就能容易防止短路点火。
另一种汽车防盗系统是，司机自己带有一射频卡，其发射范围是在司机座椅45~55cm以内，读写器安装在座椅的背部。当读写器读取到有效的ID号时，系统发出三声鸣叫，然后汽车引擎才能启动。该防盗系统还有另一强大功能：倘若司机离开汽车并且车门敞开引擎也没有关闭，这时读写器就需要读取另一有效ID号；假如司机将该射频卡带离汽车，这样读写器不能读到有效ID号，引擎就会自动关闭，同时触发报警装置。
(3)电子物品监视系统
电子物品监视系统(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盗。整个系统包括贴在物体上的一个内存容量仅为1比特(即开或关)的射频卡，和商店出口处的读写器。射频卡在安装时被激活。在激活状态下，射频卡接近扫描器时会被探测到，同时会报警。如果货物被购买，由销售人员用专用工具拆除射频卡(典型的是在服装店里)，或者用磁场来使射频卡失效，或者直接破坏射频卡本身的电特性。EAS系统已被广泛使用。据估计每年消耗60亿套。
4.2商品生产销售领域
(1)生产线自动化
用RFID技术在生产流水线上实现自动控制、监视，提高生产率，改进生产方式，节约了成本。举个例子以说明在生产线上应用RFID技术的情况。
用于汽车装配流水线。德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频卡，以尽可能大量地生产用户定制的汽车。宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产的。用户可以从上万种内部和外部选项中，选定自己所需车的颜色、引擎型号和轮胎式样等。这样一来，汽车装配流水线上就得装配上百种式样的宝马汽车，如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。宝马公司在其装配流水线上配有RFID系统，使用可重复使用的射频卡。该射频卡上带有汽车所需的所有详细的要求，在每个工作点处都有读写器，这样可以保证汽车在各个流水线位置，能毫不出错地完成装配任务。
(2)仓储管理
将RFID系统用于智能仓库货物管理，能有效地解决与货物流动有关的信息管理，不但增加了处理货物的速度，还可监视货物的一切信息。射频卡贴在货物所通过的仓库大门边上，读写器和天线都放在叉车上，每个货物都贴有条码，所有条码信息都被存储在仓库的中央计算机里，与该货物有关的信息都能在计算机里查到。当货物出库时，由另一读写器识别并告知中央计算它被放在哪个拖车上。这样，管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品。
(3)产品防伪
伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题，将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势。防伪技术本身要求成本低，且难于伪造。射频卡的成本就相对便宜，而芯片的制造需要有昂贵的芯片工厂，使伪造者望而却步。射频卡本身有内存，可以储存、修改与产品有关的数据，利于销售商使用；体积十分小、便于产品封装。像电脑、激光打印机、电视等产品上都可使用。
(4)RFID卡收费
国外的各种交易大多利用各种卡来完成，而我国普遍采用现金交易。现金交易不方便也不安全，还容易出现税收的漏洞。目前的收费卡多用磁卡、IC卡，而射频卡也开始占据市场。原因是在一些恶劣的环境中，磁卡、IC卡容易损坏，而射频卡则不易磨损，也不怕静电及其它情况；同时，射频卡用起来方便、快捷，甚至不用打开包，在读写器前摇晃一下，就完成收费。另外，还可同时识别几张卡．并行收费，如公共汽车上的电子月票。我国大城市的公共汽车异常拥挤、环境条件差，射频卡的使用有助于改善这种情况。
4.3管理与数据统计领域
(1)畜牧管理
该领域的发展起步于赛马的识别，是用小玻璃封装的射频卡植于动物皮下。射频卡大约10mm长，内有一个线圈，约1000圈的细线绕在铁氧体上，读写距离是十几cm。从赛马识别发展到了标识牲畜。牲畜的识别提供了现代化管理牧场的方法。
(2)运动计时
在马拉松比赛中，由于人员太多，有时第一个出发的人同最后一个出发的人能相隔40分钟。如果没有一个精确的计时装置，就会出现差错。射频卡应用于马拉松比赛中，运动员在自己的鞋带上很方便地系上射频卡，在比赛的起跑线和终点线处放置带有微型天线的小垫片。当运动员越过此垫片时，计时系统便会接收运动员所带的射频卡发出的ID号，并记录当时的时间。这样，每个运动员都会有自己的起始时间和结束时间，不会出现不公平竞争的可能性了。在比赛路线中，如果每隔5km就设置这样一个垫片，还可以很方便地记录运动员在每个阶段所用的时间。
RFID还可应用于汽车大奖赛上的精确计时。在跑道下面按照一定的距离间隔埋入一系列的
天线，这些天线与读写器相连，而射频卡安装到赛车前方。当赛车每越过一个天线时，赛车的ID号和时间就被记录下来，并存储到中央计算机内。这样到比赛结束时，每个参赛选手将会有一个准确的结果。
4.4交通运输领域
(1)高速公路自动收费及交通管理
高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。目前，中国的高速公路发展非常快，而高速公路收费却存在一些问题：一是在收费站口，许多车辆要停车排队，成为交通瓶颈问题；二是少数不法的收费员贪污路费，使国家损失了相当的财政收入。RFID技术应用在高速公路自动收费上，能够充分体现它非接触识别的优势——让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费，同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向；人工收费，包括IC卡的停车收费方式，终将会被淘汰。预计在未来10年内，高速公路自动收费系统将有数十亿元的需求。
在城市交通方面，解决交通日趋拥挤问题不能只依赖于修路。加强交通的指挥、控制、疏导，提高道路的利用率，深挖现有交通潜能也是非常重要的；而基于RFID技术的交通管理系统可实现自动查处违章车辆，记录违章情况。另外，公共汽车站实时跟踪指示公共汽车到站时间及自动显示乘客信息，会给乘客带来很大的方便。
(2)火车和货运集装箱的识别
在火车运营中，使用RFID系统很大的优势在于：火车是按既定路线运行的，因此肯定要通过设定的读写器的地点。通过读到的数据，能够得到火车的身份、监控火车的完整性，以防止遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故，同时能在车站将车厢重新编组。起初的努力是用超音波和雷达测距系统读出车厢侧的条码，现在被RFID系统取代。射频卡一般安在车厢顶边，读写器安在铁路沿线，就可得到火车的实时信息及车厢内装的物品信息。
目前，射频自动识别系统的安装遍布全国14个铁路局。2001年3月1日，铁道部正式联网启用车次车号自动识别系统，为自备车企业、合资铁路和地方铁路实现信息化智能运输管理提供了重要良机。
ROF技术是将射频微波信号调制到光载波上，在光纤中传输载有射频信号的光波，并在目的地通过解调获取需要的信息，从而实现远距离低损耗传输射频信号的技术．ROF系统的基本结构，包括基站(BS)、中心站(CS)、以及中心站与基站之间的光纤传输链路．在传统的移动通信系统中，各种RF信号的处理如变频、调制、复用等均在基站进行，然后由天线把RF信号发射出去．运用ROF技术，多个基站与中心站相连，各种射频信号的处理工作在中心站完成，基站仅起光/电转换以及信号的放大、接收与发射的作用，结构大为简化;同时信号集中处理使复杂昂贵的设备集中到中心站，方便了系统的维护和升级;多个基站共享这些设备，实现了资源的动态分配．而另一方面基站更加接近用户终端，缩短了系统中无线链路的传输距离，显著改善无线传输的性能．
2ROF技术下小区的基本系统架构
目前的通信网络一般进行单业务操作，而ROF技术利用光纤代替大气媒介进行通信．光纤的大带宽以及优异的传输性能允许采用波长交叉的波分复用的技术，使一根光纤承载多个不同的业务，不同的业务使用不同的波长，在传输的两端由光复用器进行分离;多路上行信号则可通过光耦合器合成在一根光纤里进行传输，从而为小区用户提供多业务服务。中心基站由多业务接口单元、控制中心模块、光信号产生模块、光信号发射和探测模块组成．多业务接口单元实现与主网络之间业务数据信息的交换，信号的处理、变频、调制等复杂功能由中心控制模块完成;光信号产生模块产生出可用于上行和下行的光载波信号，并由光发射器将该光载波信号发射出去，到达目的基站后由探测装置接收．基站由一个光信号发射和探测模块、功率放大器以及一个射频收发单元组成．
3ROF传输链路
ROF链路将射频信号调制到光波上进行传输，链路可分成调制、传输和解调三部分．在运用ROF技术的小区里，下行链路中多网络业务数据经中心基站处理后转变为射频信号，射频信号再被调制到光信号上，不同波长的光信号可使用波分复用装置由单根光纤传输到基站;基站通过光电探测和解调技术得到所需的射频信号，射频信号经功率放大器放大后直接由天线发射给用户终端．上行链路中终端设备发射的射频信号在基站内被调制到光信号上，再由光纤传输到中心控制基站进行处理．中心基站通过光纤与基站相连，微波信号在光纤中传输损耗低，可轻松实现远距离传输;同时光纤中传输的信号对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力，因此光纤中传输的信号不易被窃听，具有良好的保密性;而且射频信号在光纤中的透明传输使系统的灵活性得到了提高．为避免信道的拥挤和相互间的干扰，同时增大系统的通信容量，ROF系统放弃资源紧张的低频段，采用频率更高的毫米波进行通信．但毫米波传输损耗很大，在光纤中传输色散比较严重，如何产生高质量的毫米波才能既降低系统成本又提高系统性能，是许多研究人员共同关注的问题，各种各样的毫米波产生技术也相继出现．在实际研究当中常用的有直接调制技术、外部调制技术、远端光外差技术．远端光外差技术在中心站产生两路相位相干、偏振方向相同、不同频率的2个光波，经光纤传输后，在远端基站差拍(heterodyne)产生出所需频率的毫米波．由于两光波光谱很窄，频率间隔可调范围很大，并能够克服光纤中的色散问题，产生高频的毫米波，与另外两种技术相比更具优越性．
4基于ROF技术智能小区的多业务终端
作为一个新产品，在设计开始之前，不仅要明确创造产品的目的，而且要搞清楚有哪些约束缩小了设计方案的选择。这些约束通常是以准确表达出的条件或者以技术要求的形式表示出来的，符合这些约束的任何一个方案，都被认为是可行的，设计的主要任务就是找到这个可行方案，哪怕是只有一个。如果设置的约束不很严格，能够存在多个允许的方案集。在这种情况下，比较并选择在不同的技术经济指标方面有优越性的方案，或者选择最优的方案。在本质不确定的条件下，常常是很难甚至不可能找到最优的方案并证明它的存在。在解决结构设计任务时，许多计算公式和数量关系是接近的，因为它们是建立在统计依赖关系或经验数据的基础上。因此应慎重评价得到的设计方案与实际最优方案的相近性。在进行功能设计时，设计方案优化的主要特点归结于设计者的关注点，主要集中在可能的方案综合方法选择上。而仅仅是在可能的方案集形成以后，或是找到可能的方案形成的有效计算法以后，才会面临选择获取最优方案的方法问题。从本质上说，优化所有这些方法就是对可能的方案离散集合寻找最适条件。个别情况下，可能的方案集被以确定的一组某个结构表示出来，能够采用已知的优化方法，如网式优化法、排列优化法等。
2案例分析
以飞机上的壳体零件为例，在使用过程中，壳体处于强大气流中，承受空气动力负载，除此之外，它还是产品结构动力布局的一部分。在壳体设计的不同阶段，创建产品结构和功能优化数学模型。在拟定技术建议阶段，为了下一步设计，形成产品Ai主要轮廓F（Ai）的组成，这些主要轮廓确定了产品的功能用途。对于壳体而言，主要轮廓的组成与工作用途轮廓的描述一样，直接影响了壳体的结构方案和工艺性指标的选择：FP11为外圈轮廓的圆柱表面；FP12为法兰接合处轮廓；FP13为壳体的长度L；FP14为壳体内孔轮廓表面；…FP21为外圈轮廓相对理论表面FP11的许可偏差ΔP22；FP22为壳体长度许可偏差ΔP22；FP23为接合处平面平行度许可偏差ΔP23；FP24为内孔轮廓许可的表面粗糙度Ra……在构思结构方案的过程中，壳体的结构方案分割性质是不同的，如整体性程度不同，结构材料不同，毛坯可能的形式不同等。在这个阶段借助于生产工艺准备模型和生产模型，进行壳体工艺性评价，生产工艺准备模型能够评价生产工艺准备的时间长短，生产模型则能够扩展评价制造产品所需的劳动消耗。针对各种不同的生产过程，对应有不同的壳体结构方案，整体式壳体，这种壳体可由金属铸造或者由非金属材料压制成型，并需要外圆表面和两端面加工；双半壳体组合的焊接壳体，所示，这种壳体是由两个锻件经辗压得到的，并需要外圆表面和两端面加工与焊接；焊接外壳和法兰组合的焊接壳体，它是由两个法兰和一个外壳组成，主要的联接工序是焊接及其后的外圆表面加工；非金属外壳和金属法兰组合的壳体，它是由一个非金属外壳和两个金属法兰组成，并需要外圆表面的加工和法兰的紧固联接。为了实现产品设计方案的优化，在设计阶段便对壳体的结构元素进行分析。为评价其工艺性，选择一个与安装的对接螺钉相匹配的壳体空腔。从图中可以清楚地看到，空腔可能是圆柱形的，或者是长椭圆形的（A向视图示）。前一种情况，空腔只能由钻和锪来实现。但为了螺钉头能固定在空腔壁上，必须把孔锪到对接螺钉的下方；第二种情况，不要求锪孔，空腔用不少于二道的工序加工完成，即钻和铣。在设计阶段，确定工艺性的任务包含在产品结构元素加工工序和工步方案的评价之中，解决这个任务需借助于基于工序、工步和具体类型设备和工装水平上的生产系统数学模型。
3结语
关键词：产品艺术设计行为心理学人性化设计原理
产品艺术设计从萌芽到发展，经过了漫长的岁月，经历了多种多样的设计风格的变革。从以纹样装饰为主的装饰风格和古典艺术风格的复兴，到注视功能和有机形体的现代主义，艺术设计似乎都停留在造型的范畴上。对艺术设计的内容与形式方面的探讨，却都反映了一个经济现象，那便是以产品为主导的经济现象。以往的产品艺术设计过多地重视了产品的制造，产品销售的利润，却忽略了产品的使用者——人的因素。
北欧的产品艺术设计，因其一贯坚持的人性化，在不牺牲功能的“软性现代主义”的设计风格下，产生了许多被人们所接受和喜爱的产品。它们便是重视了人的因素，才使得北欧设计代表了优秀设计的高品质，成为世界优秀设计的代名词。
一、人的需求是产品设计的主要依据
随着社会的不断进步，最高效率地掌握和操作产品，是当今设计的关键和核心。现代生活的人们工作节奏加快，面临的是竞争激烈的世界，当然不希望在使用日常生活用品的过程中也碰到许多意想不到的麻烦。产品的功能设计要根据消费者对产品的生理需要，力求达到产品的方便性、使用的科学性和相应的价值观。如果一件新产品，人们需要事先阅读说明书才能明白操作的要领，那么它绝对不是好的设计，因为没有一个使用者会愿意去看说明书里枯燥而烦琐的内容。
简单和功能单一的产品逐渐受到人们的喜爱，因为人们曾经陷入科技发展而导致的产品设计的误区。多功能的、过于饱和与功能的重复堆砌不仅仅造成资源的浪费，也容易引起人们的误操作。而多功能必然导致设计的复杂性，要设计师们合理安排各种设计界面的穿插也是很不容易的，因此，功能饱和的设计仅仅是对科技发展的炫耀，而不是人的实际需要。事实上，有一些产品的功能，用户使用的频率极小。
比如，对有关微波烤箱的消费者调查显示：烤箱的功能很多，可绝大多数的消费者在使用过程中只是将食物放入烤箱，设定所需时间，然后开机。至于其他复杂的附加功能从未使用过。因此，根据消费者的动态的心理变化和需求，产品的功能设计有几个趋势：
1.自动化程度提高；
2.向“轻、薄、短、小”方向发展；
3.从提高生活质量出发，注重整体设计效应；
4.一看就懂，易于操作，功能适度。
二、行为心理与产品设计
人是设计的前提，是设计的对象，是设计的主体。如何设计使用方便、结构合理的产品，需要人们研究工程心理学和工效学方面的知识，了解产品的功能设计与人的生理和行为特点的匹配关系。因此，在产品设计中，要考虑消费者的行为规律，力求做到人——机——环境的和谐。怎样设计才能更简洁明了？怎样才能迅速引起操作者的注意？怎样传达正确的信息才能使得使用者有正确的理解？因此，想要有合理的、科学的设计，必须对使用者行为心理有一定的研究，才会有效地设计产品。
首先，要了解人在做一件事时所经历的步骤，即行动的结构问题。要做一件事时，人首先要明白做这件事的目的——行动目标；然后，要采取行动，自己动手或利用其他的人和物；最后是看自己的目标是否已达到。所以简单地说要考虑目标，对外部世界所采取的行动、外部世界本身以及查看行动在外部世界中所形成的后果。行为本身又包括两个方面，去做什么和检查做的结果，又称为“执行”和“评估”。
实际生活中，这个过程却不那么简单。因为最初的目标也许并不十分明确，目标并不会准确表明行动的具体内容——在哪做，怎么做等等，所以要想采取行动，还需要将目标转化为明确的行动步骤，即“意图”。
假设坐在沙发上看书，天色已晚，需要光线亮一些。目标：要得到更多的光线。目标转化成意图是：开台灯。但还需要明确如何移动身体，如何伸手触摸开关，如何用手指去操作开关，还可以有其他意图，请一个人帮忙开灯。这样目标没有发生变化，可意图和具体的动作却有不同。
然而，人们在实际的行动过程中，充满了不确定和随机性，有的时候很多活动不是靠单一行动所能完成的，或者一次行动无须经过所有的阶段,所以活动的复杂性使得行动中产生执行和评估阶段的断续。
在使用产品的过程中，人们常弄不明白自己心理意图及解释，与实际操作及外界状态之间的关系。每一个断续的产生都是人内心对外界的解释与外界实际状态这两者的差异造成的。某种产品的操作系统是否与用户设想的一致？执行阶段的断续即指用户意图与可允许操作之间的差距。在评估阶段，容易得到并可轻松地解释系统提供的有关信息一致，则所产生的差异很小。
这两个断续，正是一些日用品设计的瓶颈，一些看似简单的日用品，结构并不复杂，却因为没有处理好这两个断续的解决方法，就难倒了用户，让用户自己来承担操作困难的责任。于是，根据这些基础的行为心理知识，为设计师提供一些基本依据，以便检查设计有没有出现执行和评估的断续或将它们处理好。
如何使用户轻松地确定某一操作？有哪些可能的操作？具体如何操作？如何建立操作意图与操作行为之间的匹配关系？如何建立系统状态与用户解释之间的匹配关系？用户如何知道系统现在的状态？这些都需要设计者有所考虑。当然，行动的每个阶段都需要自身独特的设计策略，根据每个阶段的情况来确定设计方案，这就得到一个重要的设计原理：
1.可视性，用户一看就知道的物品状态和可能的操作方法。
2.正确的概念模型，使操作键的设计与操作结果一致。
3.正确的匹配，建立可判定的操作与结果，控制器和功能，系统状态与可视提示之间的匹配关系。
4.反馈，用户可以接收到有关操作结果的完整，持续地反馈(转第103页）(接第109页）信息。
三、设计原理中的心理学思维
设计优秀的物品容易被人理解，直接给用户提供了操作方法上的线索；而设计拙劣的物品使用起来很困难。它们不具备任何操作上的线索或给用户提供一些错误的信息，使用户陷入困惑，破坏了正常的解释和理解过程。可以利用以上原理对现有设计做个评估，从而可以知道，有问题的设计问题出在哪，向哪个方向改进会避免问题的出现；也可以用这些原理指导我们的设计，在创新的过程中创造出有效、易于操作的使用方式。
可视性，要表现操作意图与自己和产品之间是否实现了互动，即操作意图与实际操作之间的匹配，并且要让用户看出物品之间的关键差异。基于可视性，才可以把事物区分开来。操作结果的可视性能够让用户知道使用的方法是否正确。
可视性只是原理的一点，更重要的是建立正确的概念模型。这里需要提到预设用途的概念，指物品被人们认为具有的性能及其实际上的性能。预设用途为用户提供了操作的明显线索。比如手板是用来推的，旋钮是用来转的，狭长的方孔是用来插东西的等等。如果预设用途在设计中得到合理的利用，用户则无须借助任何图解、说明就知道如何操作了。在概念模型中，物品的表面结构，限制条件和匹配可以帮助人们了解物品的使用方法。以剪刀为例。剪刀柄上的圆环显然是让人放东西进去，而唯一合乎逻辑的就是把手指放进去。圆环的大小决定了使用上的限制，限制了放的手指的数目；同时剪刀的功能不会受到手指位置的影响，放错了手指，照样可以使用剪刀。所以就算是第一次使用剪刀，用户也可以弄明白它的使用方法。因为剪刀的各部分显而易见，功能清楚。剪刀的设计突出了概念模型，并有效利用了预设用途和限制条件。
匹配原则，以汽车为例，想要把车往右转就需顺时针转动方向盘，这里有两种匹配关系，方向盘是唯一负责汽车方向的，方向盘不是向左转就是向右转。匹配性使得用户的操作动作与操作结果之间表现出紧密可见的关系，信息反馈很迅速，也非常好记。
反馈原则在原来经典的电话概念模型中有很好的体现，按下按键用户会听到确定的声音来帮助辨别工作状态。功能设计上要注意到对人的视觉有及时的反映，以判断操作的正误。
了解用户的行动结构和行为心理所得出的设计原理是产生优秀设计的重要依据。贯彻以人为本的科学发展观，也是产品艺术设计中的关键。研究人的行为心理可以更好地为人类服务。
市场经济的不断发展，研究消费者心理已成为生产者和设计师的出发点。如果没有对消费者心理深入的了解，设计出来的产品再好，也只能是放在柜台里，不能产生市场效益，所以重视对消费者的需要、动机、个性、情感的调查和了解，做到产品设计理念上新颖，视觉上好看，使用上方便，品位上满意，价格上合理，就一定能推出受市场欢迎的优秀设计，实现生产者、设计师和消费者共赢，达到市场经济不断繁荣的目的。
参考文献：
关键字：斯堪的那维亚；景观设计；布兰德特；索伦森；安德松
CombinationofAestheticQualityandSocialQuality
——TheLandscapeDesigninDanmark
LINQing
Abstract:Searchingforthecombinationofsocialqualityandaestheticquality,Danishlandscapearchitectsconstructedtheircharacteristiclandscapewithsimpleandclearlanguage,andbecameoneofthemostinfluentialgroupsinthefieldoflandscapearchitectureinEuropeinthepostwaryears.Thisarticleintroducestheideasandworksofthreewell-knownDanishlandscapearchitects,G.N.Brandt,C.T.SrensenandS.I.Andersson.
Keywords:Scandinavia;landscapedesign;GudmundNyelandBrandt;CarlTheodorSrensen;Sven-IngvarAndersson
丹麦位于欧洲大陆西北端，由400余个大小岛屿组成，南部毗连德国，北与挪威和瑞典隔海相望。属于斯堪的那维亚半岛的国家(斯堪的那维亚国家包括北欧的瑞典、芬兰、挪威、丹麦和冰岛五个国家)，要想更好地了解丹麦的景观设计，应该首先了解斯堪的那维亚国家的设计，因为这些国家的现代设计有着相似的特点，都追求朴实、实用和美观，其风格自成一体、独树一帜，产生了世界性的影响。
斯堪的那维亚国家均地处高纬度地区，有些地方接近北极圈，那里有着漫长的冬季和冬季漫长的夜晚，特殊的气候条件使人与建筑、室内、产品包括环境的关系显得特别密切，设计非常重视人情味，建筑、景观常采用砖、木等本土材料，从传统中吸收设计语言，再与现代设计结合起来，形成具有本土特点的现代主义。
斯堪的那维亚的自然景观非常平和，这里柔缓的地表变化、整体的植物群落、平静的湖泊、缓缓弯曲的海岸塑造了人民平和的心态。斯堪的那维亚人民对自然有着强烈的热爱，景观设计表现出对大自然的向往。
斯堪的那维亚国家多是高税收、高福利国家，人民享有平均的、良好的生活水准。社会各阶层生活水平的接近，使工人阶级的地位明显上升。因此，不同于法国等一些国家，那里艺术的发展在经济和道德上依赖于大城市里的上层阶级。在斯堪的那维亚国家，这种发展依靠知识分子、中产阶级和工人阶级上层。建筑、景观、工业产品没有机会向奢侈品方向发展，功能主义占据了主导地位，现代运动得到了广泛的社会需求的鼓励，受到普遍的欢迎。为普通人提供普通的、但却是精良的设计是斯堪的那维亚国家各个设计领域追求的最高境界。
在设计上，斯堪的那维亚国家从来没有试图以纪念碑式的形式或是以绚丽的外表与邻国竞争，他们总是把对舒适和使用的追求放在首位，总是试图改进现有的解决问题的方法，而不是盼望着新事物的出现。设计不追求前卫、精英化与视觉冲击效果，而是着眼于追求内在的价值和使用功能，所以多数设计作品在使用了数十年后，仍然非常实用，并且充满魅力。斯堪的那维亚的景观设计也是本土的，是贴近于日常生活的。可以说，日常生活的需要是景观设计的重要出发点。然而在实用的同时，斯堪的那维亚的景观并不缺少浪漫，设计师常常采用自然或有机的形式，以简洁、柔和的风格，创造出富有诗意的园林景观。
斯堪的那维亚的景观设计师几十年来较少地受到外部环境流行风格的影响，坚持走自己的道路，以功能化的、朴素的风格受到人们的尊敬。丹麦的布兰德特(GudmundNyelandBrandt1878～1945)、索伦森(CarlTheodorSrensen1893～1979)和安德松(Sven-IngvarAndersson1927～)是其中杰出的代表，他们常以简洁而清晰的手法，构筑特点鲜明的景观，追求社会品质与美学品质的融合，成为二战后对欧洲景观设计最有影响的团体之一。
社会品质与美学品质的融合
1布兰德特
布兰德特精通植物，善用野生植物和花卉，他的柔和的园林形式体现了丹麦人对自然景观的热爱。在哥本哈根市中心的蒂伏里(Tivoli)花园中，他设计了一系列并排的卵形种植池，池中绿地上点缀着数十个木盆喷泉。在大的环境中他借鉴了19世纪下半叶英国工艺美术运动时期的园林设计师杰基尔女士(GertrudeJekyll1843～1932)和建筑师路特恩斯(EdwinLutyens1869～1944)的思想，用精细的植物种植软化几何式的建筑和场地(见图1及彩页)。布兰德特倡导用生态原则进行设计，他认为自己更是一位园艺家，而不是设计师，他的设计常采用规则式和自然式混合的形式(见彩页)。
安德松认为设计最基本的事情就是确定一个空间，使人们能够很好地使用它。如果设计师幸运的话，人们对这个空间的利用会超出他原来的预想。在巴黎德方斯凯旋门环境设计中，安德森在宽阔的场地上，用一条白色的大理石铺装步行道，斜向嵌入宽阔的场地中，旨在丰富广场的视觉效果。这条铺装带无意中成为溜冰爱好者训练的场所，他们将障碍沿线布置，使这里成为溜冰训练的课堂(见彩页)。
在丹麦，安德松获得了“将诗引入花园”的美誉。
布兰德特、索伦森和安德松三人代表了不同的时代，通过他们的作品可以了解丹麦现代景观设计的风格和特点。他们都曾在位于哥本哈根的皇家美术学院(theRoyalAcademyofFineArts)的建筑学院任教，通过教学、著作和设计，他们影响了丹麦几代景观设计师。
参考文献：
[1]Bosselmann,Peter.LandscapeArchitectureasArt:C.Th.Srensen,AHumanist.LandscapeJournal,1998(1).
[2]Brown,Jane.TheModernGarden.ThamesandHudson,2000.
[3]Cerver,FranciscoAsensio.CitySquaresandPlazas.NewYory,1997.
[4]Ogrin,Dusan.TheWorldHeritageofGardens.ThamesandHudson,1993.
随着经济的全球化与信息的社会化，市场竞争日益激烈，产品竞争已经由传统的价格竞争转化为技术含量的竞争，高科技产品成为市场的主流，创新成为企业发展的灵魂。为了适应新的市场变化，企业必须以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本和最优的服务来满足不同用户的需求。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性，对市场需求的变化做出快速反应。为此，探索新的设计制造方法是企业生存的最重要手段。
随着信息技术的迅猛发展，出现了一些先进的设计制造技术，现代设计制造技术的发展方向就是不断吸收现代科学技术，实现设计制造技术的数字化、功能化、智能化和网络化。虚拟技术已成为当今最活跃的制造业设计技术，它的发展，促进了虚拟制造(VitrualManufacturing)的形成和发展，为机械产品的设计、加工、分析以及生产的组织和管理提供了一个虚拟的仿真环境，从而在计算机上“组织”和“实现”生产，在实际投产前对产品的可制造性等方面进行评估，保证一次成功生产，从而降低生产成本，减少上市时间，快速响应市场，提高企业竞争能力。
1虚拟制造的内涵及其分类
1.1虚拟制造的内涵
随着制造业技术的飞速发展，人们对制造的内涵也有了全新的、更全面的认识。制造是指按照市场需求，运用知识和技能、借助工具、采用有效的方法、将原材料转化为最终产品并投放市场的全过程。虚拟制造(VitrulaManufacturingVM)是指利用计算机模型和仿真来实现产品的设计和生产的技术，它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术和高性能的计算机、高速网络为支持，在计算机上群组协调工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程管理与控制等产品制造的本质过程。“虚拟制造”虽不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程，它在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能通过模型来模拟和预估未来产品的形态、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的问题，从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案，从而使制造技术发展到全方位预报阶段。虚拟制造是实际制造在计算机上的本质实现，它是各种计算机辅助技术面向产品全生命周期的集成化综合运用。
实际制造具有对物质、信息、能源进行转换的功能，即投人原材料、生产、信息、电力等能源，制造出所需的产品及与产品相关的信息。虚拟制造是将实际生产中的“物质”和“能源”信息化，针对实际生产系统中的信息及被信息化的“物质”和“能源”实现与实际生产在信息上的等价交换，虚拟制造虽然没有制造出实际产品，但却生成了有关产品的信息以及制造产品所需的信息。
1.2虚拟制造的分类
虚拟制造既涉及到与产品开发制造有关的活动，又包含与企业组织经营有关的管理活动。根据所涉及的范围及工程活动类型，可将虚拟制造分为三类：以设计为核心的虚拟制造；以生产为核心的虚拟制造；以控制为核心的虚拟制造。
1）.以设计为核心的虚拟制造。以设计为核心的虚拟制造将制造信息引人设计过程，利用仿真来优化产品设计，从而在设计阶段就可以对零件甚至整机进行可制造性分析，包括加工工艺分析、热力学分析、动力学以及运动学分析等。主要解决“设计出来的产品是什么样”的问题，以便对产品各方面性能进行仿真与评估；
2）.以生产为核心的虚拟制造。以生产为核心的虚拟制造将仿真技术溶人生产过程模型，以此来评估和优化生产过程，以低费用快速评价不同的工艺方案、资源需求计划、生产计划等。主要解决“这样组织生产是否合理”的问题，以便对生产过程进行仿真，对各个生产计划进行评估；
3）.以控制为核心的虚拟制造。以控制为核心的虚拟制造将仿真技术加到控制模型和实际处理中，实现基于仿真的最优控制。充分利用计算机的强大功能将传统的各种控制仪表、检测仪表的功能数字化，对生产线的优化等生产组织和管理活动进行仿真。主要解决“如何去控制”的问题。
2虚拟制造的特点
与实际制造相比，虚拟制造具有其本身的特点：
1）.虚拟性。虚拟制造不是真实的制造过程，不生产实际的产品、不消耗真实的材料与能源，是通过数字化手段来对真实制造过程进行动态模拟以实现制造的本质过程；
2）.基于数字化模型的集成。虚拟制造过程依赖于模型，涉及到的模型有产品模型、过程模型、活动模型和资源模型。通过这些数字化模型在计算机上的集成，实现对产品的设计、制造、测试、装配等操作，而不再做对传统的原型样机的反复修改；
3）.支持敏捷制造。由于整个过程的信息存储在计算机内，能够根据用户需求或市场的变化快速改型设计，快速投人生产，能够大幅度压缩开发新产品的时间、提高质量、降低成本；
4）.分布合作。借助于计算机网络，虚拟制造可使分不在不同地点、不同部门的不同专业人员对同一个产品模型同时工作，相互交流，实现信息共享，减少大量文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发更快捷、优质、低耗地响应市场变化；
5）.仿真结果的高可信度。虚拟制造就是通过模型的验证、效验等仿真技术来检测设计出的产品或制订出的生产规划，使得产品开发或生产组织一次成功，所以它能真实地反应实际对象。
3虚拟制造的关键支撑技术
虚拟制造借助于虚拟环境中获取的各种信息，集成和综合了可运行制造的环境，用来改善从装配产品的概念设计到动态仿真的各个阶段。虚拟制造技术涉及面很广，如环境构成技术、过程特征抽取、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交叉功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后三项是虚拟制造的核心技术。
3.1虚拟现实技术
虚拟现实(VirtualRealityVR)技术是美国JaronLanier于1989年首次提出的，该技术的内涵是由计算机直接把视觉、听觉和触觉等多种信息合成，并提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个三维的虚拟环境。从而把人、现实世界和虚拟空间结合起来，融为一体，相互间进行信息的交流和反馈。虚拟现实技术或由它构建的系统，最重要的特征在于沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)和构想性(Imagination)。
虚拟现实技术综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维虚拟环境。虚拟现实系统(VRS)由人机接口、软件技术、虚拟实现的计算平台等部分组成。利用VRS可以对真实世界进行动态模拟，通过用户的交互输人，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。
3.2建模技术
虚拟制造系统是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是现实制造系统的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。虚拟制造系统的建模包括生产模型、产品模型和工艺模型。
(1)生产模型。可归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是对系统生产能力和生产特性的描述，给出产品设计方案的可能性；动态描述是对系统动态行为和状态的描述，进而预测产品生产的全过程；
(2)产品模型。产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。对虚拟制造系统来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，即产品模型描述的信息既包含产品结构、产品形状特征等静态信息，还包含能够进行干涉检查，各项性能分析等方面的动态信息，是能够通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需所有信息的模型；
(3)工艺模型。将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。
3.3仿真技术
仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，借助于计算机的快速运算能力，可以用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因而可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费，并可重复仿真，优化实施方案。
仿真的基本步骤为：研究系统、收集数据一建立系统模型*确定仿真算法*建立仿真模型神运行仿真模型*输出结果并分析。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、实际生产过程行为仿真、装配过程仿真、检验过程仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。
4虚拟制造技术的现状分析
尽管虚拟制造技术近年来在国际上取得了迅速的发展，但是目前还缺乏从产品设计全过程的高度开展虚拟制造的研究，集中体现在以下方面。
4.1基于集成的数字化产品模型技术尚处于概念阶段
(1)CAD模型中的产品信息含量太低。CAD模型是在产品的设计过程中形成的，很多信息(几何的非几何的)需要记录在其中，它是重要的数据源。在虚拟制造中，很多分析模型需要从CAD模型中提取相应信息。然而目前的CAD模型主要是从几何实体的角度描述产品，远不能全面的描述产品，能够提供的共享信息太少；
(2)现有的CAD模型无法支持产品的概念设计。产品的全新设计要经过概念设计、详细设计、产品工艺规划及制造几个过程，而CAD模型只支持产品的详细设计；
(3)缺乏良好的产品信息重用机制。由于目前各应用软件间的产品数据交换主要是通过专用的数据接口来实现，这种转换也是同一问题数据的简单映射，无法实现模型间数据的自动转换和衍生，无疑增加了虚拟制造产品开发的复杂性。
4.2产品创新支持工具尚不充分
(1)缺少创新设计支持系统。产品创新设计是一门综合性科学，需要新技术、新材料、新工艺的支持。虚拟制造的环境为创新设计提供了很好的运行机制，但是还需进一步组织开发创新设计的支持系统；
(2)缺乏将知识与虚拟制造结合的工具。知识可以创造革新产品和新技术，产品创新注重知识。但是由于知识表达与组织的复杂性与重要性，如何将其与虚拟制造的数字化产品结合起来是一个有待解决的难题；
(3)缺少交互式外形设计技术与虚拟制造的集成工具。
目前，虚拟制造被认为是最有发展前景的产品创新技术。如何解决将有关产品整体定位、外观设计的交互式外形设计技术引人到产品虚拟制造中并与之有机地集成起来尚需进一步研究。
4.3产品数字化技术
(1)基于产品数据管理(PDM)与其他软件的集成问题。产品数字化的核心是PDM技术的应用，目前，出现了各种版本的PDM软件，但是缺乏标准，由此造成了PDM软件与其他应用系统的集成问题。在虚拟环境下，各专业、各部门人员基于同一产品模型协同工作，必须解决PDM与其他应用软件的集成；
(2)虚拟产品开发的产品数据组织体系。虚拟产品开发方式生成的产品数字样机的产品结构树既要反映产品设计阶段的构造层次结构、产品的装配顺序，还要反映生产流程，制造部门可以直接根据产品数字样机进行制造。因此，研究适合虚拟产品开发的产品数据组织体系是切实必要的；
(3)与数字化产品模型相关数据的组织和管理。
产品的数字化包括建立产品的数字模型及其相关的性能指标，包括结构分析、运动学分析、动力学分析、热力学分析的结果，为产品的定型提供理论依据，并对产品性能进行改造。如何有效地解决数据的组织和管理，使之有效地适合虚拟制造的需要是目前研究的热点。
4.4制造过程仿真建模方法和技术
基于物理模型的制造过程仿真技术已经得到广泛应用，但建模方法与建模技术仍未有突破性进展。
(1)虚拟加工工具有待完善。目前已有很多商品化软件可以进行“可加工性”评价，但虚拟制造还需研究开发大量的虚拟加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工过程仿真系统等；
(2)虚拟装配的基础理论研究。虚拟制造对虚拟配中的公差分析与综合技术还缺乏理论基础，在模型的生成以及对ISO公差标准、形位公差的支持方面还存在很多问题，迫切需要解决；
(3)装配工艺规划的进一步研究。目前基于虚拟装配工艺规划的研究存在很大的局限性，主要是指:仅考虑沿坐标轴方向的平移，装配运动方式过于简单；偏重于几何计算，工程语意知识的利用有待加强；装配顺序的选择标准不够广泛和统一；
(4)虚拟测试技术研究。虚拟测试是成功运用“虚拟产品开发”技术的关键环节，也是必不可少的。当所有环节计算机化后，测试和效验环节就成为影响效率的重要因素。
（一）3D打印拓展了设计人员的想象空间
在后工业时代，每个人都是设计师，传统的设计师不再依靠自己的力量独立设计，而是扮演设计组织者的角色，组织有效的设计平台。3D打印是由计算机通过三维软件进行模型建造，并以STL的文件格式传输至3D打印机，3D打印机识别到片层截面，并完成文件输出。截面是由多个三角形面来模拟所设计的物品的表面形态，三角形面越小，物体打印的越精细。此外，VRML、WRL也是经常被使用的输入文件格式。设计师能够专注于产品形态创意和功能创新，即所谓“设计即生产”。设计师对产品形态的创作将更加挥洒自如，这是传统产品设计、手板模型制作等流程难以企及的。
（二）3D打印缩短了产品设计到成型的周期
当前，消费者对新奇产品的需要和渴望远远大于过去，3D打印等数码技术可以帮助厂家应对消费者瞬息万变的口味，设计师可以通过互联网这个开源平台进行设计，注重利基产品的开发和生产，进入产品和经营的长尾时代。3D打印更适合一些小规模制造，尤其是高端定制产品，比如零部件制造。虽然当前打印制造材料仍然以塑料为主，但金属材料肯定会在未来被运用到3D打印中来。可以预见，该技术将会在未来得到越来越广泛的应用。
（三）3D打印节省产品设计研发的成本
市场需要产品以最快的速度更新换代，但新产品生产出来后，若没有销路，则得不偿失。开发一副模具要几十万，甚至几百万，而利用3D打印技术，可以把产品先开发出来，如果该产品符合技术要求和市场需求，再进行模具开发，并进行进一步批量生产。此外，3D打印技术和传统模具制造技术可以实现相互补充，而未来的制造领域中，3D打印机可完成30%的产品，而70%由模具制完成。在产品设计方面，3D打印产品不需要昂贵的模具实现生产注塑，其所需的原材料和能源仅为传统方式的1/10，还降低了企业因开模不当造成的不必要损失和风险；3D打印可以制造曲面更复杂、造型更丰富的产品，可以为客户定制个性化产品，实现“即想即得”；3D打印产品也可以远程传输文件并异地打印，减少运输费用。3D打印的出现意义在于我们能够制造自己的产品供其他人进行消费，人们的设计创造才能被尽情释放，能够满足高层次的需要。
二、结语
地域文化是指在特定区域中源远流长、独具特色的文化传统，包括这一区域的自然环境、民俗习惯、传统文化等内容。它的形成与特定的地域环境关系紧密，因而区别于其他地域，独具特色。一直以来，广泛流传于民间。俗话说：“三里不同风，五里不同俗”。我国幅员辽阔，少数民族众多。不同的地理条件、自然气候孕育出多样化的地域文化。它的表现形式更是内容丰富、形式多样。民间艺术就是其中的一种重要表现形式。它是区分于学院派艺术、宫廷艺术和文人艺术等艺术门类而言的。广义上的民间艺术是指劳动者为了满足自己的生活生产实用和审美需求而创造的多元艺术，包括了工艺美术、戏曲、音乐、舞蹈等多种艺术形式。而狭义上的民间艺术主要指民间造型艺术，其中包括民间美术和工艺美术等表现形式。民间艺术的传承正在由于经济效益下降和老一辈民间艺人逐渐减少等原因而日益艰难。将民间艺术产业化发展是使其传承与发扬的有效途径之一。近年来，随着社会各界对民间艺术重视程度的不断加深，越来越多的民间艺术被发掘、包装，逐步走进大众的视线。民间艺术品品牌逐渐增多，但市场中的民间艺术品良莠不齐，存在着多方面的问题。如产品推广的针对性不强、相似种类产品出现雷同、品牌识别性差、产品设计与现代审美不符不能为消费者接受等。在竞争激烈的市场上，民间艺术品牌显然需要更加鲜明的地域特色和更多的文化内涵来支撑。
2、地域文化在民间艺术品牌设计中的应用方法
2.1发掘地域文化中的题材元素。地域文化中题材元素的主要来源是发掘地域视野下文化元素的表层和深层。表层元素的发掘具有具象性、形态性和物质性的特点。其中渗透着本土的历史文化、地域特征和民族特色等。不同的地区有着各自不同的题材元素，比如北京的四合院，山西的五台山佛塔，西安的兵马俑等等。不同的地区民俗习惯也有很大差异，比如晋中民居辟邪石狮浮雕、陕西神木民间木版年画、内蒙古赤峰地区的烟荷包、山西平遥的喜花等等；而深层元素的发掘具有抽象性、隐性和精神性的特点，主要体现在地方精神和价值观上，如三秦文化中，秦人把生命本性以艺术的形式表现出来，或厚重率直、或尚元音色、或慷慨激昂、或简约大度，都体现着一种地域大美的气度和色彩。又如三晋文化中，山西商人在外经商时所遗留的明清时期雕工精湛的民间晋商物品、牌匾、石雕和仿古桌椅板凳家具等。正是这些题材元素为设计者的创作提供了灵感，并对其进行详细地归纳和提炼，充分发掘其包含的深刻意境，再分析和创作出符合其地域文化的题材元素并应用到设计中，来增强视觉效果，增加地域特征和内涵。
2.2提取地域文化中图案素材。不同的自然条件孕育了不同的地域文化。这些特色鲜明的地域文化以自身的个性风格与表现形式，为民间艺术供给着丰富的养分与能量。其中蕴藏着多样的艺术元素和多元的主题素材，为民间艺术品牌设计提供了宝贵而丰富的资源。例如剪纸、年画等民俗美术作品用夸张诙谐的造型和鲜艳的色彩描绘着劳动人民生活的场景、传说故事或愿景中的画面，乡土气息浓郁，十分耐人寻味。归纳其中的图案、符号等元素，取之精华并经过提炼、结构、重组等方法，可以转化成为多种设计素材，运用于民间艺术品牌的设计中去。
3、地域文化应用于民间艺术品牌设计中的重要性
地域文化是民族文化的重要组成部分，是特定地域的劳动人民在世世代代的劳动与生活中不断总结、创新、发展而来的生活的艺术。它体现了当地人民的审美观念、文化底蕴、情感气质、意识形态等多方面的状态。它纯真质朴、生动丰富，是劳动人民智慧的结晶，是元天然的艺术宝库。但是由于商品经济的冲击，民间艺术品牌产品中所蕴含的地域文化内容越来越淡。当民间艺术作品失去了地域文化内涵，艺术表现也失去了原味，就只能沦落成轻薄的装饰品了。这样的产品很难得到进一步的推广。文化是品牌的灵魂，只有加强品牌文化内涵才能塑造出有顽强生命力的品牌。民间艺术品牌设计要和当地地域文化相结合，将地域传统文化渗透到品牌文化中。宣传地域文化，让消费者更深入地了解民间艺术品所蕴含的文化内涵和历史渊源，进而可以由内而外地欣赏并接受民间艺术作品。同时，通过有地域文化特色的品牌文化的塑造，不断彰显品牌的文化个性，形成差异化的品牌特色。民间艺术所蕴含的地域人文精神本身就是值得我们竭力守护的。因而，当民间艺术品牌面对市场经济和工业化社会，其发展之路更要走得清醒，时刻警惕背离人文精神价值核心的危险，避免出现舍本求末。
4、结语
