三、产品的改进和拓展

方案优化不仅仅局限在设计阶段，而应贯穿于设计、生产、试用和使用全过程。选定优化设计方案后，就进入设计方案的实现、产品制作及产品试用和使用阶段。在这些环节中，仍然可以对方案进行改进、完善。例如，在产品制作中，发现原方案在材料、加工、安装、调试等环节存在设计缺陷或不足，就需要改进设计。在产品试用和使用过程中，产品的功能发挥、环境的适应性、技术指标的稳定性等都会受到检验，产品的问题也会暴露出来。这些也需要通过改进设计方案来解决。例如，图2-28就是自行车设计改进过程。改进后的现代型自行车，女性骑起来还是不方便，需要进一步改进设计。设计降低中间的横杠，这种改进型女式自行车，女性骑起来就方便多了。

产品的设计，通常是从低级到高级，从简单、单一功能到复杂、多功能逐步拓展起来的。例如，手机的发展，从单一的移动通话到能通话和发短信，再到如今通话、短信、拍照、摄像、放映、上网、办公等集于一身。

图2-28  自行车的设计改进过程

四、爬楼梯车轮的设计优化实践

在最初的爬楼梯手拉车的设计构思中，用三个直杆以间隔120°角连接三个车轮，组成一个大的轮子。试验分析发现这种设计方案的车轮强度和稳定性不足，改进设计使用稳定、牢固的三角形支撑架取代三个直杆，即用三角形支撑架连接三个车轮，尺寸按照我国住宅台阶踏步高度的最大允许值175mm来进行设计。构思设计方案，如图2-29所示，此设计能满足该场景下的爬楼梯要求。

图2-29  完善构思方案编

然而，在生活实际中，居民楼的楼梯台阶踏步高度并不完全相同，为了保证车轮对国家标准下的台阶踏步高度都适用，必须对车轮进行设计完善。根据之前的信息收集，台阶踏步的高度不宜大于175mm，也不宜小于140mm。当台阶踏步高度是最小允许值140mm时，车轮和台阶踏步的关系，如图2-30所示。

图2-30  车轮设计需要改进

从图中可以看出，组合车轮的支撑架，在爬楼梯过程中，会与台阶踏步发生碰撞，所以对于高度是140mm的台阶踏步高度，之前的轮子设计并不合理。需要调整车轮支架的形状，吸收图2-26方案三将直边改为弧线边的设计优点。在保持两轮中心距离182mm不变的情况下，把支架的直边改成半径为224mm的圆弧线，修改后的设计方案，如图2-31所示，能满足国家标准范围内台阶踏步高度的爬楼梯要求。

图2-31  改进设计后的车轮

通过强度测试，发现组合轮支架强度不够。对支架进行整体化的设计改进后，采用弧形实体组合三角板代替弧形三角形，并使用铝合金材料，修改后的支撑架，如图2-32所示。

图2-32  进一步完善设计后的车轮版

从上述车轮方案的设计完善实例中可以看出，在最终设计方案完成之前，设计过程的每一个步骤不是简单的线性过程，而是复杂交织、反复循环、相互促进的演化历程。从构思环节开始，后继环节都可以通过设计原则分析、改进、完善、优化技术设计方案，如图2-33所示。

图2-33  完善设计方案演化历程

设计&操作

请同学们利用本节学习的设计原则、设计分析与优化方法，完善你在第1节中设计的循迹小车底板，并完成表2-13的评价。

表2-13 循迹小车底板完善设计评价