时间：2022-08-01 04:49:32
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摘要： 随着国内外各大中城市对城市环境保护的日益重视，对机动车辆尾气排放用烟度、噪声等指标的限制愈来愈严格；特别是随着装载机等数量大的工程机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的环保意识，可以预见开发研制环保节能型产品是今后工程机械发展的趋势。
关键词：环保节能；工程机械；产品设计与趋势
为保护人类十分宝贵且有限的资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，可以预见开发研制环保节能的绿色工程机械产品将是今后工程机械发展趋势的主流。目前国际上对中国工程机械出口提出更高要求，首先保证售后服务及时到位，其次就是实施再制造。严酷的国际市场逼迫我们必须对工程机械产品实施全生命周期管理，对用户实施保姆式的全程服务。因此，研制绿色工程机械产品以及实施产品再制造，是关乎企业生死存亡、稳定发展的大事。
绿色工程机械产品符合可持续发展的要求，是社会进步的标志，也是科技发展的必然趋势。实践证明，谁起步早、实施快，谁就能把握产品研发的主动权。发展绿色工程机械产品必须使工程技术人员，特别是企业决策者，应充分认识到绿色设计的必要性和紧迫性。从发展的战略角度看，绿色工程机械产品将会给企业及其产品树立良好形象，并最终带来不可估量的社会和经济效益。
1、环保型材料的利用
1）尽量采用能再生利用的材料和资源
在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。
2）长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则
通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。
3）尽量采用低环境负荷材料
工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。
4）废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化
工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。
2、环保型工程机械产品设计
1）选用低公害发动机
发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求。
2）降低整机振动与噪声
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
3）液压系统的清洁和防渗漏
保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。
4）系统高效节能的设计
工程机械的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用电控高性能长寿命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目的。
3、工程机械产品人性化的设计
1）环保安全关怀型驾驶室的设计
如采用防紫外线辐射玻璃的全密封整体式、经减震降噪处理的“安全环保型”驾驶室，室内配置无氟环保型冷暖空调，并设计FOPS及POPS驾驶室以确保驾驶员的安全；充分运用人机工程学设计原理，如司机座椅可全方位调节、功能集成的单操纵手柄、可调式转向驱动器、全自动换挡装置、电子监控与故障自诊断系统，再辅以合理美观的颜色搭配，可大大改善司机的工作环境，缓解疲劳，提高作业效率。
2）自动加脂装置或集中润滑系统的配置
传统的手动加注润滑脂费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染周边环境。因此研制环保型工程机械就能自动定时加注润滑脂的设备，如集中润滑系统就能自动定时给各铰销加注黄油，其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的润滑而又没有多余的油溢出，既环保又方便。另外对于小型机械，鉴于降低设计成本，可采用密封的销轴或使用新型材料的特殊轴套、或设计二级防尘结构等防止外部异物的进入和内部油脂的排出，从而延长加注润滑油的间隔，减少对环境的污染。
3）外观美学设计
传统的工程机械产品一直是外形粗放、笨重的形象，环保型产品更应注重外观美学和车身的流线型设计，达到机器的环境的谐和，给人以视觉上的美感。如发动机机罩就可进行造型别致美观的流线型设计，整机的标识标牌应精心布置、设计，良好地体现环保特色。
4）人性化设计
工程机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，实现了各种工况下自动判断、挖掘机器发动机的功率输出，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全性和舒适性。
5）系统可靠性设计
尽量运用高可靠性的成熟技术和借用经市场考验后的成熟系列零部件可延长各关键系统或零件的使用寿命，减少更换次数。例如降低制动元件的更换频率就相当于减轻了对周围环境的破坏与污染。
摘要：随着我国经济的不断发展，我国机械行业在发展过程中面临着新的挑战。现代设计方法在工程机械产品设计中的应用，改变了以往工程机械产品在设计这一环节中老套模式，使工程机械产品的设计更加的新颖，能够满足工程机械市场中对于产品设计的标准与要求，对于工程机械产品的设计与发展有着非常重要的作用。
关键词：现代设计方法；工程机械产品；设计；应用
工程机械产品的设计，是工程机械产品在生产过程中一个非常重要的环节。工程机械产品设计中的传统设计方法，已经无法满足工程机械在发展中的需求，不能适应工程机械市场的变化，现代设计方法在工程机械产品设计中的应用，有效的解决了传统设计方法应用于工程机械产品设计中存在的问题，提高了工程机械产品设计的水平与质量。
1.现代设计方法的概述
随着我国科学技术的深入发展，计算机技术在我国各个行业中的应用非常广泛，现代设计方法这一门新兴的学科应用而生，它是一个决策、寻优、综合的过程，以对产品进行设计为总的方向，主要的内容有：虚拟设计、相似性设计、三次设计、反求工程设计、价值工程、疲劳设计、人机工程、人工神经元计算方法、工业艺术造型设计、计算机辅助设计、动态仿真设计、有限元分析、优化设计、模块设计、可靠性设计等。工程机械产品在设计过程中应用现代设计方法的时候，通常都是利用计算机进行相关设计中的计算、分析以及决策。
现代设计方法具有以下几个特点：
1、现代设计方法在设计理论中进行了延伸，设计思维的出现了变化，设计的范畴也得到了有效的扩展。
2、现代设计方法中，综合了多元化的设计理论、设计方法、设计技术。
3、现代设计方法中，设计手段逐渐的虚拟化、并行化、计算机化、自动化、精确化、智能化。
2.现代设计方法在工程机械产品设计中的应用步骤
工程机械产品在设计过程中，对于现代设计方法的应用，必须经过几个的阶段，以下几个阶段是现代设计方法在工程机械产品设计中的应用步骤。
1、三维实体造型
工程机械产品设计中，应用现代设计方法完成全部阶段的前期，必须要完成工程机械产品设计中的原方案，这样能够有效的确定工程机械产品中所有零部件的结构与形状。在这一基础之上，利用三维实体造型软件对工程机械产品中零件的三维模型进行构建，构建出来的零件三维模型能够有效的将设计人员的思想展现出来，还要对工程机械产品采取针对性的力学实验研究，对工程机械产品中每一个零件的所具备的力学特性进行确定。
2、有限元结构分析
工程机械产品的三维实体造型构建好之后，要对工程机械产品中每一个零部件的应变性能与动态性能进行分析，如果分析出来的结果无法满足相关规定中对于零部件的标准与要求，就必须修改零部件的三维实体造型。工程机械产品设计中的有限元结构分析这一阶段，主要的作用就是提升工程机械产品在设计过程中的精确度，防止工程机械产量的设计出现问题。
3、优化设计
在对同一类型的工程机械产品进行生产的过程中，可以采取很多种设计方案对工程机械产品进行设计，不同的设计方案在工程机械产品设计中资源消耗的程度也不相同，所以必须对工程机械产品设计中的设计方案进行优化设计，选择最合理的设计方案，节省工程机械产品在设计中所花费的时间与资金成本，同时确保优良的设计效果。
4、动态仿真设计
在工程机械产品的设计中，一直使用动态设计或者是静态设计，都会在一定程度上增大工程机械产品设计实验的风险，这一形势下的设计成本也相对的比较高。动态仿真设计利用计算机网络技术，对工程机械产品中的结构在各种情况下所能够承受的负载，随着时间变化而变化的这一种情况进行模拟，还对工程机械产品中的位移、速度等一系列事项，采取幅域、时域的统计分析方式。所以，工程机械产品在设计过程中，对于动态仿真设计的应用非常重要。
5、零部件的详细设计
工程机械产品设计在经过上述四个阶段之后，工程机械产品的三维实体模型已经基本上完成了，下一个阶段的主要工作就是利用已经完成的三维实体模型，对其进行二维工程图设计，然后完成工程机械产品设计中的整体设计图。工程机械产品中的每一个零部件都非常的重要，任何一个零部件在设计环节中出现问题，都会导致工程机械产品出现相应的问题，所以在完成三维实体模型之后还要对工程机械产品中的零部件进行详细的设计，确保每一个零部件的设计质量，这对于工程机械产品的运用有着十分重要的作用。
3.现代设计方法在工程机械产品结构强度进行设计时的应用
1、强度的计算
以某一个工程机械车架为例子，车架中的钢板材料为9Cr最佳，许用应力为180MPa，车架材料所能承受的负载极限是340MPa，安全系数则为1.9，在这一条件之下，计算截面如图1所示。
然后进行应力的计算，计算出来的结果，如表1所示。
根据表一中的信息数据，可以推断出工程机械车架中的架高应力区，处于I-I、II-II、III-III这三个位置的截面处，但是一些主要荷载力都作用于这三个位置的截面处，这就造成I-I、II-II、III-III截面处发生应力集中的现象，导致这三个位置的截面处存在的应力最高，三个截面处的强度却降低了。由此可知，选择的工程机械材料中的许用应力值要高于最高截面处的应力，所以应该加强工程机械车架中外侧的板铰，对于车架其他部位硬度的设计，应该适当的为较低。
结语：
现代设计方法在工程机械产品设计中的有效应用，有利于工程机械产品在设计过程中保持精确性、安全性、稳定性，解决了传统设计方法在工程机械产品设计的应用中存在的一些问题，对于工程机械产品的设计有着十分重要的意义。
[摘 要]随着我国基础建设力度的不断加大，工程机械种类和数量不断增加，工程机械所消耗的资源和排出的污染物对环境的影响越来越大，从源头入手，高效地利用资源、能源，保护环境是我国社会发展对机械工业的必然要求。本文首先分析了我国工程机械产品节能环保设计的现状，然后详细阐述了工程机械产品设计中的节能与环保要点。
[关键词]工程机械；节能；环保；环保型材料；发动机
一、我国工程机械产品节能环保设计的现状
我国工程机械经过了几十年的发展，已在世界工程机械市场占有一席之地，涌现出三一重工、徐工、柳工等一些知名的企业。但是我国节能环保型工程机械起步较晚，还缺乏相应的技术法规和标准，有关环境、安全、人机等方面的指标过低，阻碍了我国绿色工程机械的发展。例如国产机械噪声大、尾气排放不达标的情况一直没有得到较好地解决。随着工程机械种类和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物以及施工中产生的噪声、粉尘等对环境产生了巨大的负荷。
再者，国内极少有企业能够生产出各种具有节能效果的多路阀和液压泵，难以实现液压泵与发动机的功率匹配。因此，我国的中高端工程机械产品的液压元件基本选用进口产品。此外，对于中型以上的工程机械产品，国产的柴油机的综合性能指标满足不了要求，且要比国外的扭矩储备低、可靠性差。由此可见，“两低一高”―――低油耗、低排放和高可靠性已是当今国内工程机械发展的重点攻关内容。
二、工程机械产品设计中的节能与环保
（一）环保型材料的应用
1、尽量采用能再生利用的材料和资源
在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。
2、长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则
通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。
3、尽量采用低环境负荷材料和废弃零部件处理
工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。
（二）选用低公害发动机
发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。
1、选用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机，能大大降低对环境的负荷。
2、选择具有高压共轨喷油系统的发动机。发动机工作中喷油系统响应灵敏，喷油量精度较高，喷射压力的提高（目前应用160兆帕，可达180兆帕），改善了雾化效果，使燃油与空气充分混合，使燃油得到充分燃烧。不仅节省燃油，还可大大降低有害气体的排放，降低了噪音，节能减排效果较好。
3、尽可能选择具有废气再循环技术（EGR）的发动机。在进气处理技术中，它是最有环保前景的技术，该技术是通过将部分冷却后的发动机废气，由电子EGR阀系统控制流量，再次送回燃烧室中燃烧，有效减少有害气体的排放。
（三）降低整机振动与噪声
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
（四）液压系统的设计
液压系统的清洁和防渗漏与系统高效节能的设计，保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。
另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。
（五）采用新型传动装置
采用先进的成套化、信息化技术，将其安装在装载机上代替传统的传动系统，在完成相同作业量时，可减少油耗20，提高生产率40，减少发动机有害污染物的排放，而且操作舒适、可靠性高、使用寿命长。该系统节能降耗的关键技术之一是智能化控制模 块，它能根据液力变矩器的工况控制变速箱，进而控制发动机的转速，使发动机始终处于经济、节油的高效区内，从而达到有效地利用发动机功率，在确保液力变矩器输出功率的前提下节油。
（六）改进热管理系统
1、减轻部件重量
采用质优轻型的水箱、风扇、水泵等部件代替传统部件以减轻部件重量，从而减轻整机重量，有利于节油。如美国 R idge 国家实验室开发出一种热导率达 40W/（m・K ）、比铝泡沫高10 倍的石墨泡沫材料，用该材料制成的散热器，传热性能优良。用该材料制成的尺寸为22.9 ×17.78 ×15.27cm 的散热器，与传统的 68.6×48.3 ×7.6cm 的散热器散热量相当，从而减少了散热器的体积和重量。
2、精准控制
挖掘机、装载机等工程机械工作油的油温在30～60℃的范围内比较合适，传统的冷却系统的风扇都是恒速运转，无法精准控制转速来实现精准调温，因此必须使用智能化控制元件调控风扇转速，减少能耗。卡特彼勒公司的H系列装载机和D系列挖掘机配置了电子控制的液压驱动变速风扇，能按照发动机冷却需要自动改变风扇转速，节约输入动力。另外用电子式节温器取代传统节温器可以精准控制发动机的运行水温。
摘 要：文中介绍了工程机械车联网在互联网时代下的发展路线及趋势，重点针对产品设计和运营体系进行了详细的介绍，并对其技术现状及发展趋势进行了分析，为车联网在工程机械行业的发展提供了参考依据。
关键词：互联网；工程机械；车联网；产品设计；运营体系
0 引 言
这是一个什么时代？这是一个互联网时代。
这个时代要求我们必须按照互联网时代的思维去思考和生活，按照互联网时代的要求和标准去开展产品设计和研发运营体系建设。
车联网（Telematics）作为近几年非常热门的技术广泛应用于工程机械行业中，经过近几年的发展，目前已经非常成熟，其主要原理是通过具有环境感知能力的各类终端和GPS获取车辆各类数据，包括传感信号、位置信息和工况数据等，通过通信技术对数据进行采集、分发、解析和存储，应用主要包括构建信息管控平台、设备监控平台等。
但随着互联网技术的发展，工程机械车联网正经历一个从粗放到精益、从传统到现代的过程，以互联网为主的一整套信息技术（包括互联网、移动互联网、云计算、大数据等），在经济、社会、生活等环节中扩散、应用，互联网领域中的产品是满足互联网用户需求和欲望的无形载体，是满足用户需求而创建的用于运营的功能及服务，是产品功能与服务的集成。互联网时代的到来，要求工程机械车联网必须按照互联网思维去打造产品，按照互联网市场规则去研发和运营产品，因此，工程机械车联网的产品设计、研发、运营必须突破原有思维，不拘泥于以往的模式，重新构建思维体系，打造时代的产品，构建时代的研发运营体系，才能保证其一直伫立在时代前沿，不被淘汰。
本文正是基于此，结合了互联网时代的产品设计和研发运营的特点，希望对工程机械车联网行业的发展有所裨益。互联网时代的车联网总体示意图如图1所示。
1 工程机械车联网生态圈产品设计
1.1 总体介绍
工程机械车联网的产品设计遵循互联网行业产品规划设计原则，提供包括软件、硬件产品的设计，结合传感器、GPS、数据中心、云平台、Docker等技术，倡导平台产品的平台化、微服务化，为不同层次、不同领域的客户提供PaaS/Saas产品，基于Web、iOS、Android等平台的移动式产品，以及定制和非定制化的车载终端、硬件设备和大数据应用等服务，致力于打造工程机械行业车联网生态圈。
工程机械车联网生态圈的产品设计，按照环状结构，由外而内层层深化，由内而外层层开放，层与层之间相互依赖，互为支撑和扩展，每一层均可为特定用户提供核心产品，既自成体系又具有高内聚低耦合特性，保证了每层核心功能的独立性和不可替代性，也为产品的打造提供了真实有效的体系支撑。工程机械车联网生态圈示意图如图2所示。
1.2 数据中心
数据中心作为整个车联网体系的核心架构，既针对底层进行数据采集、分析、优化和存储，又为各数据层提供快速有效的实时支撑。数据中心的网关平台架构如图3所示。
数据中心采用云计算平台、分布式架构和模块化设计，具有可配置性、扩展性、兼容性和持续升级能力，能够适应用户规模性增长、新应用配置和新业务需求的不断变化。
该架构的技术优势是系统平台将数据处理和业务处理做了分离，数据的处理放在了PaaS层，业务的处理放在了SaaS层，此架构的设计充分保证了数据安全，提高了平台的可靠性和稳定性，降低了业务系统的开发/定制成本，多级负载均衡的体系提高了平台海量数据处理的能力和可伸缩性。
图4介绍了最新的基于Mongo+Hadoop技术的数据湖，即刚才提到的数据池应用的数据中心建设方案。
1.3 Docker+微服务化
用Docker+微服务化做为架设本层生态圈的主要技术，其主要目的是为真正的互联网化的服务提供数据支撑接口，不论以何种形式实现（接口、API、PaaS、SaaS化等）。
本层的目的是利用数据中心各种类型的数据为上层提供透明式服务，既要求上层调用方便、快速、有效，又要求具备平台可移植性、快速响应、容器化以及交互公正、明确、无疑，Docker+微服务化的设计是最合适的。
首先，Docker已经为企业和开发者提供了极大地便利。例如，降低系统部署复杂度，使系统维护更加容易，减少不必要的系统开销，加快企业对业务的反应速度。
其次，微服务是一种架构类型，属于轻量级的面向服务体系架构，这些服务都专注于严格执行同一件事并把它做好，在产品设计中，可以将底层功能设计成由单个微服务来实现。每个微服务都有单独的运行线程，并且可以独立于其他微服务进行部署。同样每个微服务都有自己的专用数据库，尽管每个微服务都会与其他微服务协作与沟通。分布式微服务设计模式如图5所示。
Docker的设计和应用可依托分布式开源管理框架进行设计，包括kubernetes、Mesos、OpenStack等。目前行业主流的Docker云平台大部分都是基于开源平台进行的二次开发。
此外，使用微服务作为主要架构类型的系统是一个拥有大量协调微服务的分布式系统，每个微服务分管自己的进程。由于微服务之间紧密协作，每个微服务只提供拼图的一小块，而系统作为完整的作品存在。协作时，各服务彼此通过一个不绑定具体平台的轻量级媒介进行沟通。
1.4 客户化应用
在数据中心的基础上，对于已经完成微服务的系统架构来说，下一步的工作就是尽可能的开展客户化应用，针对不同的领域、对象、种类、范围进行产品功能设计，但针对不同的应用对象不应该打造同质化的产品，要有针对性的设计和开发。客户化应用结构展示如图6所示。
客户化应用平台按照服务对象类型的不同，将整个系统划分为主机厂应用服务平台、大客户应用服务平台以及真正的互联网移动客户端。
1.4.1 主机厂应用服务平台
基于车联网系统的建立，为主机厂的科研机构和营销机构提供车辆生产过程、运输、销售、使用等全生命周期的实时跟踪监控和数据统计。包括位置监控、轨迹回放、工况参数监控、工作时间统计、报警分析、故障统计等。主机厂应用服务平台功能模块如图7所示。
1.4.2 大客户应用服务平台
为工程机械主机厂的终端客户定制化实施应用服务平台。为终端客户企业实时提供所购车辆的车辆位置和工况数据，为企业的生产调度提供数据服务及支撑其ERP等企业信息化系统。大客户应用服务平台功能模块如图8所示。
1.4.3 真正的互联网移动客户端
致力于打造一个真正的互联网式的移动客户端App，推出iOS、Android和微信版，为工程机械行业内的各个工作群体提供及时有效的服务，不再局限于车俩本身的监控，更要扩展到各个领域，包括电商、位置服务、社区/社交、金融、新闻和后市场等，此平台秉承工程机械行业，借助互联网的产品思维和运营模式，旨在打造一个行业内真正的车联网移动客户端。互联网移动客户端功能模块如图9所示。
真正的互联网移动客户端涉及到工程机械行业的诸多方面，是一个真正的互联网化工具，着力于打造这样一款产品，是顺应行业发展，适应互联网生态环境的必然要求。
1.5 用户行为分析及大数据应用
在互联网时代，要求我们必须尽可能正确、快速、有效地获取用户使用信息，对有关数据进行统计、分析，从中发现用户使用产品的规律，并将这些规律与产品策略等相结合，从而发现目前所使用的产品中可能存在的问题，并为进一步修正或重新制定产品策略提供依据，同时也为客户提供及时的预知服务和信息推送以及活动预判。
一切用户行为分析都离不开场景，只有制定出详尽的用户使用场景，才能达到以上目的，包括收集客户位置、购买习惯、个人喜好、访问周期以及用户群体和消费习惯等，这个信息的获取非常重要。
针对大数据应用，按照用户类型，几大平台的大数据应用各有不同，需要打造商业智能分析服务，具体包括出厂车辆在各地区的分布情况（车辆分布）、车辆在各地区的总工作时间统计（热点工作区域）、故障反馈统计等。最终达到辅助主机厂科研机构提高科研质量，帮助营销部门管理销售车辆，从而达到加强主机厂企业竞争力、降低管理成本的目的。此外，应该收集大客户生产经营活动中的各类重要数据，比如生产资料信息、实验室数据、车队管理日志等，一方面可以作为存储备用，另一方面也可以预判大客户的行为，从而为销售提供依据（如客户数据显示缺少某材料或者设备，销售人员就可以开始销售行为）。
1.6 智能化设备
工程机械车联网的实现离不开相关智能化硬件，这些智能化硬件如GPS设备、行车记录仪，或是针对某一工业领域的传感器，可以起到采集车辆位置信息、工况信息和传感器数据的作用，通过移动通信网络（GPRS/GSM）等方式传输至后台，在这个过程中，智能设备是基础设备，其耐受性、安全性和抗干扰性等特性非常重要，一般使用工业级产品。下面介绍几款常用的工业级智能化设备。
1.6.1 通用型无接线隐藏式GPS终端
此设备的特点十分突出，安装、调试和维护非常容易，只定位和上传数据，电池一般可用三年，可通过终端上配置的唯一二维码，结合车辆编号、车牌号、发动机编号进行绑定入网，且非常适合搭配移动App，打造真正的互联网化产品。通用型无接线隐藏式GPS终端如图10所示。
1.6.2 接入型CAN/串口GPS终端及配件
此设备通过与车辆底盘发动机或控制器对接（CAN/串口），获取工况数据，通过GPRS网络传输到数据中心，主要用于车辆定位和获取工况。接入型CAN/串口GPS终端及配件如图11所示。
1.6.3 双模双协议双存储行车记录仪
目前国家要求所有货运车辆必须安装行车记录仪，但许多主机厂也有物联网/车联网管控的需求，许多主机厂的解决方案就是在设备上安装GPS与行车记录仪，此设备可以完成这些功能并达到要求，实现了双模双协议双存储空间，实现了降低成本，优化高效的目的。双模双协议双存储行车记录仪如图12所示。
1.6.4 工程机械车载屏
车载屏作为车联网重要的设备，承载了数据传输、信息交互的作用，功能清单展示如图13所示。
1.6.5 其他相关智能化传感器
其他传感器作为与整车相关的传感器，将其安装于车辆上来获取车辆的传感信号，并通过智能终端设备传输至数据中心，下面介绍几款常见的传感器。相关智能化传感器展示如图14所示。
2 工程机械车联网生态圈研发运营体系建设
2.1 总体介绍
互联网时代下的研发运营体系是一个非常重要的课题，如何正确、快速和高效地搭建研发运营体系，并适应这个时代的需求，是产品能否快速响应、能否快速适应市场的关键所在。
传统的软件组织将开发、IT运营和质量保障设为各自分离的部门。在这种环境下如何采用新的开发方法（例如敏捷软件开发），这是一个重要的课题。按照从前的工作方式，开发和部署不需要IT支持或者QA深入的、跨部门的支持，但却需要极其紧密的多部门协作。
因此，在互联网时代，我们倡导开发运营一体化，DevOps技术是必然的选择。DevOps结构展示如图15所示。
DevOps是Develop与Operations的缩写，它是企业内开发、技术运营和质量保障的融合，用于促进开发、技术运营和质保部门之间的沟通、协作与整合。有研究显示，在那些引入了DevOps概念的企业中，开发与运营人员在设计、构建、测试工作中共同在内部应用上进行协作之后，可以将产品开发的效率提升20%。
DevOps实施路线如下：
（1）明确DevOps的定义，调动开发和运营部门之间的协作，鼓励运营人员采纳软件开发方法，并利用云计算基础设施来完成真实的测试和代码部署。
（2）在软件开发、测试、质量保证（QA）、集成、预生产和生产部署等方面的任何旧小团队必须打散，因为每个小团队都可能拖延开发周期并且带来不可预料的问题。
上述策略能更好地整合开发和运营，通过整合团队成员来产生效益。
2.2 研发体系建设
产品是否适应市场的变化，是否能够满足客户的需求，是否能够快速响应等，这些都是考验研发体系的标准，因此需要构建一套适用于互联网时代需求的产品研发体系。产品设计结构图如图16所示。
2.2.1 设计原则及规划
完整的流程应分层次设计，自下而上去完成。
（1）策略层：定义产品使命、价值、目标人群；
（2）愿景/功能层：定义核心场景、功能列表；
（3）结构层：做流程图、信息架构，确定主导航、主菜单；
（4）框架层：梳理每一个主界面的内容、布局；
（5）表现层：视觉设计，涉及图标、配色及切图。
2.2.2 设计研发流程
设计研发流程遵循一般互联网公司产品设计流程，其整体结构非常适合打造互联网式的工程机械车联网相关产品。产品设计研发流程如表1所示。
2.2.3 敏捷开发
敏捷开发（Agile Development）是一种以人为核心，迭代、循序渐进的开发方法。
众所周知，瀑布开发模型以文档为驱动，究其原因，是因为在瀑布的整个开发过程中，要写大量的文档，把需求文档写出来后，开发人员都根据文档进行开发，一切以文档为依据；而敏捷开发只写有必要的文档，或尽量少写文档，其注重的是人与人之间面对面的交流，所以它强调以人为核心。敏捷开发模型如图17所示。敏捷开发任务看板如图18所示。
敏捷开发方法强调以人为本，专注于交付对客户有价值的软件。在高度协作的开发环境中，使用迭代方式进行增量开发，经常使用反馈进行思考、反省和总结，不停地进行自我调整和完善。
2.3 运营体系建设
运营体系的建立离不开数据中心的运维和产品的运维，其中数据中心的运维遵循一般性云平台的运维思路，提供包括数据中心、客户、IaaS、PaaS、SaaS等运维，为上层产品应用化提供必要支持。产品运营-改变-创新模型如图19所示。
2.3.1 运营思路
世界上的任何物体，若发生相互之间的传递、转化时，一定会导致损耗，换言之，投入的资源不可能完全转化为想要得到的东西。产品设计也一样，再先进的产品也不可能达到100%的转化率。
漏斗模型普遍适用于互联网产品，如网站、App、客户端，用户从刚进入到完成产品经理设计的产品目标，中间步骤肯定会发生很大的损耗。比如，用户进入一家电商网站，从浏览商品，到把商品放入购物车，直至最后支付，每一个环节都有很多的用户流失损耗，没有哪样产品能够做到100%的转化。漏斗模型如图20所示。
因此，产品运营人员要对用户群体进行有目的的组织和管理，增加用户粘性、用户贡献和用户忠诚度，有针对性地开展用户活动，增加用户的积极性并提高参与度，配合市场运营需要策划活动方案。对产品和市场数据进行分析，并以此为依据推进产品改进，始终保持敏锐的用户感觉。
2.3.2 运营方法与运营手段
产品运营方法划分示意图如图21所示。其运营手段可分为以下几点：
（1）拉新：即为产品带来新用户。
（2）留存：即通过各种运营手段确保用户被拉到指定的产品和站点上之后，最终愿意留下来使用该产品。
（3）促活：即“促进用户活跃”，让用户愿意更频繁、更开心、更长时间的使用该产品。
运营方法还可细分为如下几点：
（1）发现用户。为用户画像，开展调查、需求分析等工作，需要深刻理解自己的产品，并能够找到相应产品的用户群。
（2）以合理的成本发展用户，让其使用自己的产品。可以通过开展市场投放、渠道拓展、商务合作、内容编辑、社会化媒体策划等活动来发展，也可以找专业的第三方机构去推广和运营。
（3）保持用户持续使用自己的产品。可开展用户运营、社交运营、社区运营等。
（4）保持用户在不用产品时的联系。可开展产品召回、微博微信运营，持续关注反馈，并且与别的产品展开商务合作等活动。
3 结 语
互联网时代如何进行产品设计和研发运营体系建设，是一个历久弥新的课题，对于身处传统工程机械行业之中的我们更需要好好研究，工程机械车联网秉承“互联网+”的东风正逐渐成为行业的关注焦点，基于互联网时代的工程机械车联网的产品设计和研发运营体系建设将具有重要的研究价值。
本文介绍了在互联时代下用互联网的思路和方法设计工程机械车联网产品，并就时展和行业特点开展研发运营体系建设的讨论和研究，希望对工程机械物联网和车联网行业的发展有所裨益。
随着工程机械品种和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物对环境产生了难以估计的负荷。为保护人类十分宝贵且有限的地球资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，很有必要按照汽车行业的环保标准来设计工程机械产品。尽管目前工程机械尚未归并入限制排放的机动车行列，但随着国内外各大中城市对城市环境保护的日益重视，对机动车辆尾气排放用烟度、噪声等指标的限制愈来愈严格；特别是随着装载机等数量大的工程机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的环保意识，可以预见开发研制环保节能型产品是今后工程机械发展的趋势。鉴于此，徐工科技在装载机行业中率先推出了ZL40G环保型轮式装载机。
本文以ZL40G环保型轮式装载机为例，就机械材料的选用与设计、所要遵循的要点和所需考虑问题，提出几点建议和设想。
1、环保型材料的利用
1）尽量采用能再生利用的材料和资源
在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。
2）长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则
通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。
3）尽量采用低环境负荷材料
工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。
4）废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化
工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。
2、环保型工程机械产品设计
1）选用低公害发动机
发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求。
2）降低整机振动与噪声
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
3）液压系统的清洁和防渗漏
保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。
4）系统高效节能的设计
工程机械的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用电控高性能长寿命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目的。
3、工程机械产品人性化的设计
1）环保安全关怀型驾驶室的设计
如采用防紫外线辐射玻璃的全密封整体式、经减震降噪处理的“安全环保型”驾驶室，室内配置无氟环保型冷暖空调，并设计FOPS及POPS驾驶室以确保驾驶员的安全；充分运用人机工程学设计原理，如司机座椅可全方位调节、功能集成的单操纵手柄、可调式转向驱动器、全自动换挡装置、电子监控与故障自诊断系统，再辅以合理美观的颜色搭配，可大大改善司机的工作环境，缓解疲劳，提高作业效率。
2）自动加脂装置或集中润滑系统的配置
传统的手动加注润滑脂费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染周边环境。因此研制环保型工程机械就能自动定时加注润滑脂的设备，如集中润滑系统就能自动定时给各铰销加注黄油，其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的润滑而又没有多余的油溢出，既环保又方便。另外对于小型机械，鉴于降低设计成本，可采用密封的销轴或使用新型材料的特殊轴套、或设计二级防尘结构等防止外部异物的进入和内部油脂的排出，从而延长加注润滑油的间隔，减少对环境的污染。
3）外观美学设计
传统的工程机械产品一直是外形粗放、笨重的形象，环保型产品更应注重外观美学和车身的流线型设计，达到机器的环境的谐和，给人以视觉上的美感。如发动机机罩就可进行造型别致美观的流线型设计，整机的标识标牌应精心布置、设计，良好地体现环保特色。
4）人性化设计
工程机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，实现了各种工况下自动判断、挖掘机器发动机的功率输出，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全性和舒适性。
5）系统可靠性设计
尽量运用高可靠性的成熟技术和借用经市场考验后的成熟系列零部件可延长各关键系统或零件的使用寿命，减少更换次数。例如降低制动元件的更换频率就相当于减轻了对周围环境的破坏与污染。
