第2章_機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)-第三講-20131011

1、第第2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì) 2.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)第第2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)u教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1.熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì) 3.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2、 4.了解機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)了解機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)第第2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)環(huán)節(jié)是總體設(shè)計(jì)，它是在具機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)環(huán)節(jié)是總體設(shè)計(jì)，它是在具體設(shè)計(jì)之前，應(yīng)用系統(tǒng)總體技術(shù)，從整體目標(biāo)出發(fā)，對所體設(shè)計(jì)之前，應(yīng)用系統(tǒng)總體技術(shù)，從整體目標(biāo)出發(fā)，對所要設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的各方面，本著簡單、實(shí)用、經(jīng)要設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的各方面，本著簡單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀等基本原則，進(jìn)行的綜合性設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)濟(jì)、安全和美觀等基本原則，進(jìn)行的綜合性設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。機(jī)電一體化產(chǎn)品整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。2.1

3、機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 在總體設(shè)計(jì)中要充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中提供的各種先進(jìn)在總體設(shè)計(jì)中要充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中提供的各種先進(jìn)設(shè)計(jì)原理，綜合利用機(jī)械、電子等關(guān)鍵技術(shù)并重視科學(xué)實(shí)設(shè)計(jì)原理，綜合利用機(jī)械、電子等關(guān)鍵技術(shù)并重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)，力求在原理上新穎正確，在實(shí)踐上可行，在技術(shù)上先驗(yàn)，力求在原理上新穎正確，在實(shí)踐上可行，在技術(shù)上先進(jìn)，在經(jīng)濟(jì)上合理。進(jìn)，在經(jīng)濟(jì)上合理。 一般來講，機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)包括下述一些主要一般來講，機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)包括下述一些主要內(nèi)容：內(nèi)容：2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 (1)準(zhǔn)備

4、技術(shù)資料準(zhǔn)備技術(shù)資料 準(zhǔn)備技術(shù)資料一般包括以下幾點(diǎn)準(zhǔn)備技術(shù)資料一般包括以下幾點(diǎn): 1)搜集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品資料、相搜集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品資料、相關(guān)的理論研究成果和先進(jìn)技術(shù)資料等。關(guān)的理論研究成果和先進(jìn)技術(shù)資料等。 這是確定產(chǎn)品技術(shù)構(gòu)成的主要依據(jù)。這是確定產(chǎn)品技術(shù)構(gòu)成的主要依據(jù)。 2)了解所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的了解所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。要求。 使用要求是確定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的主要依據(jù)。使用要求是確定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的主要依據(jù)。 3)了解生產(chǎn)單位的設(shè)備條件、工藝手段和生產(chǎn)基礎(chǔ)等，作了解生產(chǎn)單位的設(shè)備條件、工藝手段和生產(chǎn)

5、基礎(chǔ)等，作為研究具體結(jié)構(gòu)方案的重要依據(jù)，以保證縮短設(shè)計(jì)和制造為研究具體結(jié)構(gòu)方案的重要依據(jù)，以保證縮短設(shè)計(jì)和制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 (2)確定性能指標(biāo)確定性能指標(biāo) 主要應(yīng)依據(jù)使用要求的具體項(xiàng)目來相應(yīng)地確定，當(dāng)然也受主要應(yīng)依據(jù)使用要求的具體項(xiàng)目來相應(yīng)地確定，當(dāng)然也受到制造水平和能力的約束，性能指標(biāo)主要包括以下幾項(xiàng)到制造水平和能力的約束，性能指標(biāo)主要包括以下幾項(xiàng): 1)功能性指標(biāo)功能性指標(biāo)。包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品。包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品

6、功能所必需的技術(shù)指標(biāo)。質(zhì)指標(biāo)等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能所必需的技術(shù)指標(biāo)。 2)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。包括成本指標(biāo)、工藝性指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)化指。包括成本指標(biāo)、工藝性指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)、美學(xué)指標(biāo)等關(guān)系到產(chǎn)品能否進(jìn)入市場并成為商品的技標(biāo)、美學(xué)指標(biāo)等關(guān)系到產(chǎn)品能否進(jìn)入市場并成為商品的技術(shù)指標(biāo)。術(shù)指標(biāo)。 3)安全性指標(biāo)安全性指標(biāo)。包括操作指標(biāo)、自身保護(hù)指標(biāo)和人員安全。包括操作指標(biāo)、自身保護(hù)指標(biāo)和人員安全指標(biāo)等保證產(chǎn)品在使用過程中不致因誤操作或偶然故障而指標(biāo)等保證產(chǎn)品在使用過程中不致因誤操作或偶然故障而引起產(chǎn)品損壞或人身事故方面的技術(shù)指標(biāo)。對于自動(dòng)化程引起產(chǎn)品損壞或人身事故方面的技術(shù)指標(biāo)。對于自動(dòng)化程度較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，

7、安全性指標(biāo)尤為重要。度較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，安全性指標(biāo)尤為重要。2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 (3)擬定系統(tǒng)原理方案擬定系統(tǒng)原理方案 方案擬定是機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，要求方案擬定是機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，要求充分發(fā)揮機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的靈活性，根據(jù)產(chǎn)品的市場需求充分發(fā)揮機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的靈活性，根據(jù)產(chǎn)品的市場需求及所掌握的資料和技術(shù)，擬定出綜合性能最好的機(jī)電一體及所掌握的資料和技術(shù)，擬定出綜合性能最好的機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案?；到y(tǒng)原理方案。 (4)初定系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)方案初定系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)方案 在機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案擬定之后，初步選

8、出多種實(shí)現(xiàn)在機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案擬定之后，初步選出多種實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)功能和性能要求的可行的主體結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)有各環(huán)節(jié)功能和性能要求的可行的主體結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)有關(guān)資料或與同類結(jié)構(gòu)類比，定量地給出各結(jié)構(gòu)方案對特征關(guān)資料或與同類結(jié)構(gòu)類比，定量地給出各結(jié)構(gòu)方案對特征指標(biāo)的影響程度或范圍，必要時(shí)也可通過適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)來測指標(biāo)的影響程度或范圍，必要時(shí)也可通過適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)來測定。將各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)組合，構(gòu)成多個(gè)可行的系定。將各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)組合，構(gòu)成多個(gè)可行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，并使得各環(huán)節(jié)對特征指標(biāo)的影響的總和不超統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，并使得各環(huán)節(jié)對特征指標(biāo)的影響的總和不超過規(guī)定值。過規(guī)定值。 (5) 電路結(jié)構(gòu)方

9、案設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的電路結(jié)在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)方法可分為兩大類構(gòu)方案設(shè)計(jì)方法可分為兩大類: 1) 選擇式設(shè)計(jì)選擇式設(shè)計(jì) 2) 以設(shè)計(jì)為主，選擇單元為輔以設(shè)計(jì)為主，選擇單元為輔 (6) 總體布局與環(huán)境設(shè)計(jì)總體布局與環(huán)境設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)是總體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)是總體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 布局設(shè)計(jì)的任務(wù)：確定系統(tǒng)各主要部件之間相對應(yīng)的位置布局設(shè)計(jì)的任務(wù)：確定系統(tǒng)各主要部件之間相對應(yīng)的位置關(guān)系以及它們之間所需要的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。關(guān)系以及它們之間所需要的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 (7) 機(jī)電一

10、體化系統(tǒng)簡圖設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)簡圖設(shè)計(jì) 在上述工作完成后，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工作原理及工作流程畫在上述工作完成后，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工作原理及工作流程畫出它們的總體圖，組成機(jī)、電控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的機(jī)電一出它們的總體圖，組成機(jī)、電控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的機(jī)電一體化系統(tǒng)簡圖。在系統(tǒng)簡圖設(shè)計(jì)中，執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)以機(jī)構(gòu)運(yùn)體化系統(tǒng)簡圖。在系統(tǒng)簡圖設(shè)計(jì)中，執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖表示，機(jī)械主系統(tǒng)應(yīng)以結(jié)構(gòu)原理動(dòng)簡圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖表示，機(jī)械主系統(tǒng)應(yīng)以結(jié)構(gòu)原理草圖表示，電路系統(tǒng)應(yīng)以電路原理圖表示，其他子系統(tǒng)可草圖表示，電路系統(tǒng)應(yīng)以電路原理圖表示，其他子系統(tǒng)可用方框圖表示。用方框圖表示。 (8) 總體方案的評價(jià)總體方案

11、的評價(jià) 根據(jù)上述系統(tǒng)簡圖，進(jìn)行方案論證。論證時(shí)，應(yīng)選定一個(gè)根據(jù)上述系統(tǒng)簡圖，進(jìn)行方案論證。論證時(shí)，應(yīng)選定一個(gè)或幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對多個(gè)可行方案進(jìn)行單項(xiàng)校核或計(jì)算，或幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對多個(gè)可行方案進(jìn)行單項(xiàng)校核或計(jì)算，求出各方案的評價(jià)指標(biāo)值并進(jìn)行比較和評價(jià)，從中選出最求出各方案的評價(jià)指標(biāo)值并進(jìn)行比較和評價(jià)，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。優(yōu)者作為擬定的總體方案。 (9) 總體設(shè)計(jì)報(bào)告總體設(shè)計(jì)報(bào)告 總結(jié)上述設(shè)計(jì)過程的各個(gè)方面，寫出總體設(shè)計(jì)報(bào)告，為總總結(jié)上述設(shè)計(jì)過程的各個(gè)方面，寫出總體設(shè)計(jì)報(bào)告，為總體裝配圖和部件裝配圖的繪制做好準(zhǔn)備。體裝配圖和部件裝配圖的繪制做好準(zhǔn)備。 總體設(shè)計(jì)報(bào)告要突出設(shè)計(jì)重點(diǎn)，將所設(shè)

12、計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)闡述總體設(shè)計(jì)報(bào)告要突出設(shè)計(jì)重點(diǎn)，將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)闡述清楚，同時(shí)應(yīng)列出所采取的措施及注意事項(xiàng)。清楚，同時(shí)應(yīng)列出所采取的措施及注意事項(xiàng)。 總體設(shè)計(jì)給具體設(shè)計(jì)規(guī)定了總的基本原理、原則和布局，總體設(shè)計(jì)給具體設(shè)計(jì)規(guī)定了總的基本原理、原則和布局，指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)的進(jìn)行指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)的進(jìn)行;而具體設(shè)計(jì)則是在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上而具體設(shè)計(jì)則是在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的具體化。具體設(shè)計(jì)不斷地豐富和修改總體設(shè)計(jì)，兩進(jìn)行的具體化。具體設(shè)計(jì)不斷地豐富和修改總體設(shè)計(jì)，兩者相輔相成，有機(jī)結(jié)合。因此，只有把總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的者相輔相成，有機(jī)結(jié)合。因此，只有把總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的觀點(diǎn)貫穿于產(chǎn)品開發(fā)的過程，才能保證最后的成功。觀點(diǎn)貫穿

13、于產(chǎn)品開發(fā)的過程，才能保證最后的成功。2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)是整個(gè)總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)是整個(gè)總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是具有戰(zhàn)略性和方向性的設(shè)計(jì)工作。具有戰(zhàn)略性和方向性的設(shè)計(jì)工作。 在機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)中，常用的方法有在機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)中，常用的方法有功能分功能分析設(shè)計(jì)法析設(shè)計(jì)法、創(chuàng)造性方法、評價(jià)與決策方法、商品化設(shè)計(jì)思、創(chuàng)造性方法、評價(jià)與決策方法、商品化設(shè)計(jì)思想及方法、變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的模塊化方法和相似產(chǎn)品系列想及方法、變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的模塊化方法和相似產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)方法等。設(shè)計(jì)方法等。2.2.1 機(jī)

14、電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)步驟機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)步驟 功能分析設(shè)計(jì)法功能分析設(shè)計(jì)法：從系統(tǒng)的功能出發(fā)，通過技術(shù)過程的分：從系統(tǒng)的功能出發(fā)，通過技術(shù)過程的分析，確定技術(shù)系統(tǒng)的效應(yīng)，然后尋找解決的途徑。析，確定技術(shù)系統(tǒng)的效應(yīng)，然后尋找解決的途徑。 這種方法主要是把復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求通過功能關(guān)系的分析，這種方法主要是把復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求通過功能關(guān)系的分析，抽象為簡單的模式，以便尋找能滿足設(shè)計(jì)對象主要功能關(guān)抽象為簡單的模式，以便尋找能滿足設(shè)計(jì)對象主要功能關(guān)系的原理方案。其步驟及各階段應(yīng)用的主要方法如系的原理方案。其步驟及各階段應(yīng)用的主要方法如圖圖2-1所示。所示。明確任務(wù)明確任務(wù)求總功能求總功能總功能分

15、解總功能分解子功能求解子功能求解功能元求解功能元求解原理解組合原理解組合評價(jià)與決策評價(jià)與決策黑箱法黑箱法逐級細(xì)化逐級細(xì)化功能樹功能樹設(shè)計(jì)目錄等設(shè)計(jì)目錄等形態(tài)學(xué)矩陣形態(tài)學(xué)矩陣各種評價(jià)法各種評價(jià)法技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段抽象抽象搜索搜索分解分解組合組合搜索搜索收斂收斂最佳原理方案最佳原理方案2.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì) 2.2.2.1 確定系統(tǒng)總功能確定系統(tǒng)總功能 (1)設(shè)計(jì)問題的抽象化設(shè)計(jì)問題的抽象化 抽象化的目的：使設(shè)計(jì)人員暫時(shí)拋棄那些偶然情況和枝節(jié)抽象化的目的：使設(shè)計(jì)人員暫時(shí)拋棄那些偶然情況和枝節(jié)問題，突出基本的、必要的要求，這樣就便于抓住問題核問題，突出

16、基本的、必要的要求，這樣就便于抓住問題核心心;同時(shí)避免了構(gòu)思方案前形成的框框，可以放開視野，同時(shí)避免了構(gòu)思方案前形成的框框，可以放開視野，尋求更為理想的設(shè)計(jì)方案。尋求更為理想的設(shè)計(jì)方案。 例如，采煤機(jī)可抽象為物料分離和移位設(shè)備例如，采煤機(jī)可抽象為物料分離和移位設(shè)備;設(shè)計(jì)軸的支設(shè)計(jì)軸的支承可抽象為相對運(yùn)動(dòng)表面間傳遞力和力矩。承可抽象為相對運(yùn)動(dòng)表面間傳遞力和力矩。 綜采工作面三機(jī)綜采工作面三機(jī)煤礦井下采煤機(jī)系統(tǒng)圖示煤礦井下采煤機(jī)系統(tǒng)圖示(2)黑箱法黑箱法 定義：定義： 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系來研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系來研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法。即用技術(shù)系統(tǒng)所具有的轉(zhuǎn)化能

17、量、物料、信息等物理法。即用技術(shù)系統(tǒng)所具有的轉(zhuǎn)化能量、物料、信息等物理量的特性描述其功能。量的特性描述其功能。 關(guān)鍵：關(guān)鍵： 通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計(jì)系統(tǒng)(產(chǎn)品產(chǎn)品)的基本功能和的基本功能和主要約束條件，從而突出設(shè)計(jì)中的主要矛盾，抓住問題的主要約束條件，從而突出設(shè)計(jì)中的主要矛盾，抓住問題的本質(zhì)。本質(zhì)。系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)黑箱法（黑箱法（Block Box）特點(diǎn)）特點(diǎn) 通過通過“黑箱黑箱”與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解系統(tǒng)解系統(tǒng)(產(chǎn)品產(chǎn)品)的功能、特性，進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機(jī)理和的功能、特性，進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機(jī)理和結(jié)構(gòu)

18、，逐步使結(jié)構(gòu)，逐步使“黑箱黑箱”透亮，直至方案擬定。透亮，直至方案擬定。 它擺脫了具體設(shè)計(jì)對象，而按系統(tǒng)它擺脫了具體設(shè)計(jì)對象，而按系統(tǒng)(產(chǎn)品產(chǎn)品)的功能和對三大的功能和對三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設(shè)流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案來。計(jì)人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案來。黑箱圖圖2-2 2-2 黑箱法示意圖黑箱法示意圖黑箱法舉例黑箱法舉例1 1通過輸入、輸出的通過輸入、輸出的轉(zhuǎn)換，得到機(jī)床的轉(zhuǎn)換，得到機(jī)床的總功能，即將毛坯總功能，即將毛坯加工成所需零件。加工成所需零件。 挖掘機(jī)總功能挖掘機(jī)總功能黑箱法舉例黑箱法舉

19、例2 22.2.2.2 總功能分解總功能分解 一般技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求出滿足總功能的原一般技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求出滿足總功能的原理解?？衫孟到y(tǒng)工程分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能、理解?？衫孟到y(tǒng)工程分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能、分功能、分功能、功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，以便通過各功、功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，以便通過各功能元解的有機(jī)組合求得系統(tǒng)解。能元解的有機(jī)組合求得系統(tǒng)解。物料物料分功能分功能2 2總功能總功能能量能量信息信息物料物料能量能量信息信息分功能分功能1 1分功能分功能3 3分功能分功能4 4分功能分功能2121分功能分功能2222分功能分功能2323. .分功能

20、分功能分功能分功能分功能分功能功功能能分分解解模模型型 (1)功能元在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的基本功能元有物功能元在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的基本功能元有物理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元。理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元。 1)物理功能元。它反映系統(tǒng)中能量、物料、信號變化的物物理功能元。它反映系統(tǒng)中能量、物料、信號變化的物理基本動(dòng)作，常用的有轉(zhuǎn)變理基本動(dòng)作，常用的有轉(zhuǎn)變-復(fù)原、放大復(fù)原、放大-縮小、合并縮小、合并-分分離、傳導(dǎo)離、傳導(dǎo)-絕緣、存儲絕緣、存儲-提取。提取。(常用的五種物理功能元常用的五種物理功能元) 2)數(shù)學(xué)功能元。數(shù)學(xué)功能元。 數(shù)學(xué)功能元主要用于系統(tǒng)的加減機(jī)構(gòu)和除法機(jī)構(gòu)，如

21、差動(dòng)數(shù)學(xué)功能元主要用于系統(tǒng)的加減機(jī)構(gòu)和除法機(jī)構(gòu)，如差動(dòng)輪系、機(jī)械臺式計(jì)算機(jī)、求積儀等。輪系、機(jī)械臺式計(jì)算機(jī)、求積儀等。 3)邏輯功能元。包括邏輯功能元。包括“與與”、“或或”、“非非”三元的邏輯三元的邏輯動(dòng)作，主要用于控制功能。動(dòng)作，主要用于控制功能。常用的五種物理功能元常用的五種物理功能元包括各種類型能量之間的轉(zhuǎn)變、運(yùn)動(dòng)形包括各種類型能量之間的轉(zhuǎn)變、運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)變、材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)式的轉(zhuǎn)變、材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變及信號種類的轉(zhuǎn)換等；變及信號種類的轉(zhuǎn)換等；指各種物理量指各種物理量(如位移、速度、力如位移、速度、力)的放的放大和縮小等大和縮小等包括能量流、物料流、信息流的結(jié)合或包括能

22、量流、物料流、信息流的結(jié)合或分離（如運(yùn)動(dòng)的合成與分解）。分離（如運(yùn)動(dòng)的合成與分解）。體現(xiàn)三大流在一定時(shí)間范圍內(nèi)保存的功體現(xiàn)三大流在一定時(shí)間范圍內(nèi)保存的功能，如彈簧、電池、錄音帶、光盤等的能，如彈簧、電池、錄音帶、光盤等的貯存。貯存。反映能量流、物料流、信息流的位置變反映能量流、物料流、信息流的位置變化。如離合器、開關(guān)、閥門等?；?。如離合器、開關(guān)、閥門等。（2）功能結(jié)構(gòu)）功能結(jié)構(gòu) 功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。F1F2F3F1F2F3F3F1F2三三種種基基本本類類型型串聯(lián)（鏈串聯(lián)（鏈?zhǔn)剑┙Y(jié)構(gòu)式）結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖2-4功能結(jié)構(gòu)框圖功能

23、結(jié)構(gòu)框圖 (3)建立功能結(jié)構(gòu)圖建立功能結(jié)構(gòu)圖 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，建立系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)可以從系統(tǒng)功能分解出實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，建立系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)可以從系統(tǒng)功能分解出發(fā)，分析功能關(guān)系和邏輯關(guān)系。先從上層功能的結(jié)構(gòu)考發(fā)，分析功能關(guān)系和邏輯關(guān)系。先從上層功能的結(jié)構(gòu)考慮，建立該層功能結(jié)構(gòu)的雛形，再逐層向下細(xì)化，最終得慮，建立該層功能結(jié)構(gòu)的雛形，再逐層向下細(xì)化，最終得到完善的功能結(jié)構(gòu)圖。到完善的功能結(jié)構(gòu)圖。 下面以自動(dòng)材料拉伸機(jī)的設(shè)計(jì)為例，說明功能結(jié)構(gòu)圖的建下面以自動(dòng)材料拉伸機(jī)的設(shè)計(jì)為例，說明功能結(jié)構(gòu)圖的建立過程。立過程。 1) 通過分析輸入和輸出關(guān)系，利用黑箱法求總功能，得通過分析輸入和輸出關(guān)系，利用黑箱法求總功能，得到自

24、動(dòng)材料拉伸機(jī)的總功能為到自動(dòng)材料拉伸機(jī)的總功能為:測量試件受力與變形，如測量試件受力與變形，如圖圖2-5(a)所示。所示。 2) 利用黑箱法將總功能分解為一級子功能利用黑箱法將總功能分解為一級子功能:能量轉(zhuǎn)換為力能量轉(zhuǎn)換為力與位移、力測量、變形測量和試件加載，如與位移、力測量、變形測量和試件加載，如圖圖2-5(b)所所示。然后考慮到各分功能的實(shí)現(xiàn)尚需滿足其他要求，如輸示。然后考慮到各分功能的實(shí)現(xiàn)尚需滿足其他要求，如輸人能量大小要控制，力和變形測量值要放大，試件加載拉人能量大小要控制，力和變形測量值要放大，試件加載拉伸要裝卡，在調(diào)節(jié)與測量時(shí)均需與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較等。因伸要裝卡，在調(diào)節(jié)與測量時(shí)均需與

25、標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較等。因此，將一級子功能再分解為二級子功能，如此，將一級子功能再分解為二級子功能，如圖圖2-5(c)所所示。示。2.2.2.3 求解功能元求解功能元(分功能分功能) 功能元的原理解法是通過物理作用和作用件確定的?，F(xiàn)在功能元的原理解法是通過物理作用和作用件確定的?，F(xiàn)在的任務(wù)是，尋找實(shí)現(xiàn)各個(gè)分功能的物理作用，即求得功能的任務(wù)是，尋找實(shí)現(xiàn)各個(gè)分功能的物理作用，即求得功能元的原理解，通常有下述幾種求解方法。元的原理解，通常有下述幾種求解方法。 (1)直覺法直覺法 直覺法是設(shè)計(jì)師憑借個(gè)人的智慧、經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造能力，充分直覺法是設(shè)計(jì)師憑借個(gè)人的智慧、經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造能力，充分調(diào)動(dòng)自身的靈感思維，來尋求各

26、種分功能的原理解。調(diào)動(dòng)自身的靈感思維，來尋求各種分功能的原理解。 (2)調(diào)查分析法調(diào)查分析法 設(shè)計(jì)師要了解當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱文獻(xiàn)資設(shè)計(jì)師要了解當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱文獻(xiàn)資料，包括專業(yè)書刊、專利資料、學(xué)術(shù)報(bào)告和研究論文等，料，包括專業(yè)書刊、專利資料、學(xué)術(shù)報(bào)告和研究論文等，掌握多種專業(yè)門類的最新研究成果。這是解決設(shè)計(jì)問題的掌握多種專業(yè)門類的最新研究成果。這是解決設(shè)計(jì)問題的重要源泉。重要源泉。 (3)設(shè)計(jì)目錄法設(shè)計(jì)目錄法 設(shè)計(jì)目錄是設(shè)計(jì)工作的一種有效工具，是設(shè)計(jì)信息的存儲設(shè)計(jì)目錄是設(shè)計(jì)工作的一種有效工具，是設(shè)計(jì)信息的存儲器與知識庫。器與知識庫。 它以清晰的表格形式把設(shè)計(jì)過程中

27、所需的大量解決方案規(guī)它以清晰的表格形式把設(shè)計(jì)過程中所需的大量解決方案規(guī)律地加以分類、排列和儲存，便于設(shè)計(jì)者查找和調(diào)用。律地加以分類、排列和儲存，便于設(shè)計(jì)者查找和調(diào)用。 它提供給設(shè)計(jì)師的不是零件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，而是提供分它提供給設(shè)計(jì)師的不是零件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，而是提供分功能或功能元解，給設(shè)計(jì)者具體啟發(fā)，幫助設(shè)計(jì)者具體構(gòu)功能或功能元解，給設(shè)計(jì)者具體啟發(fā)，幫助設(shè)計(jì)者具體構(gòu)思。思。圖圖2-6為部分常用物理基本功能元解法目錄。為部分常用物理基本功能元解法目錄。機(jī)械一次增力功能元解法目錄舉例機(jī)械一次增力功能元解法目錄舉例2.2.2.4 選擇系統(tǒng)原理方案選擇系統(tǒng)原理方案(解的組合方法解的組合方法) 選定各功

28、能元的解后，如果把這些功能載體根據(jù)功能結(jié)構(gòu)選定各功能元的解后，如果把這些功能載體根據(jù)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理組合，則可得到實(shí)現(xiàn)總功能的各種原理方案。在進(jìn)行合理組合，則可得到實(shí)現(xiàn)總功能的各種原理方案。在進(jìn)行方案構(gòu)思時(shí)利用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，對開拓進(jìn)行方案構(gòu)思時(shí)利用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，對開拓思路、探求科學(xué)的創(chuàng)新方案是有效的?？蓪⑾到y(tǒng)的功能元思路、探求科學(xué)的創(chuàng)新方案是有效的?？蓪⑾到y(tǒng)的功能元與功能元對應(yīng)的解，分別列為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，列出形態(tài)與功能元對應(yīng)的解，分別列為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，列出形態(tài)學(xué)矩陣見學(xué)矩陣見表表2-1. 表表2-1中中F表示功能元表示功能元(或分功能或分功能)，L表示功能元解表示功

29、能元解(或分功或分功能解能解)； Fm為第為第m個(gè)功能元，個(gè)功能元，Lmi(i=1,2,nm)表示實(shí)現(xiàn)功表示實(shí)現(xiàn)功能元能元Fm的的nm個(gè)解。若將個(gè)解。若將F1,F2,F m的所有解一一組合起的所有解一一組合起來，可得系統(tǒng)解的原理方案數(shù)來，可得系統(tǒng)解的原理方案數(shù)N=nln2nm，所得到的方，所得到的方案數(shù)是相當(dāng)大的。案數(shù)是相當(dāng)大的。 實(shí)踐證明并沒有必要對其逐一檢驗(yàn)，關(guān)鍵是處理好以下兩實(shí)踐證明并沒有必要對其逐一檢驗(yàn)，關(guān)鍵是處理好以下兩個(gè)問題個(gè)問題: 1) 構(gòu)成原理方案的各功能元解在物理上的相容性鑒別，構(gòu)成原理方案的各功能元解在物理上的相容性鑒別，可以從功能結(jié)構(gòu)中的能量流、物料流、信號流能否不受干可

30、以從功能結(jié)構(gòu)中的能量流、物料流、信號流能否不受干擾地連續(xù)流過，以及原理方案在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上是否有擾地連續(xù)流過，以及原理方案在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上是否有矛盾來進(jìn)行直覺判斷，從而剔除那些不相容的方案。矛盾來進(jìn)行直覺判斷，從而剔除那些不相容的方案。 2) 從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益的角度，初步挑選出幾個(gè)較好的方從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益的角度，初步挑選出幾個(gè)較好的方案進(jìn)行進(jìn)一步的比較。案進(jìn)行進(jìn)一步的比較。 設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，借鑒類似設(shè)計(jì)和前期構(gòu)思中形設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，借鑒類似設(shè)計(jì)和前期構(gòu)思中形成的初步設(shè)想，再抓住以上兩點(diǎn)就可以在為數(shù)眾多的原理成的初步設(shè)想，再抓住以上兩點(diǎn)就可以在為數(shù)眾多的原理方案中確定少數(shù)的幾

31、個(gè)較好方案。方案中確定少數(shù)的幾個(gè)較好方案。2.1.7功能原理設(shè)計(jì)綜合實(shí)例功能原理設(shè)計(jì)綜合實(shí)例 露天礦開采挖掘機(jī)露天礦開采挖掘機(jī)設(shè)計(jì)方法、類型、準(zhǔn)則和規(guī)律設(shè)計(jì)方法、類型、準(zhǔn)則和規(guī)律 1、 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電互補(bǔ)法 機(jī)電結(jié)合（融合）法機(jī)電結(jié)合（融合）法 組合法組合法 機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電互補(bǔ)法 利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品中的復(fù)雜機(jī)械利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，達(dá)到簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)性功能部件或功能子系統(tǒng)，達(dá)到簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)性能的目的：如用可編程序控制器（能的目的：如用可編程序控制器（PLC）或微型計(jì)算機(jī)來）或微型計(jì)算機(jī)來取

32、代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)等；用步進(jìn)電機(jī)來代替某些條件下的取代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)等；用步進(jìn)電機(jī)來代替某些條件下的凸輪機(jī)構(gòu)；用電子式傳感器（光電開關(guān)、接近開關(guān)等）取凸輪機(jī)構(gòu)；用電子式傳感器（光電開關(guān)、接近開關(guān)等）取代機(jī)械擋塊、行程開關(guān)等，可大大提高檢測精度、靈敏代機(jī)械擋塊、行程開關(guān)等，可大大提高檢測精度、靈敏度。度。 機(jī)電結(jié)合（融合）法機(jī)電結(jié)合（融合）法 將執(zhí)行元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測傳感器、控制與機(jī)體將執(zhí)行元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測傳感器、控制與機(jī)體等要素有機(jī)地融為一體。通常，這類產(chǎn)品的功能部等要素有機(jī)地融為一體。通常，這類產(chǎn)品的功能部件（或子系統(tǒng)）都是專用的，接口很簡單，甚至可件（或子系統(tǒng)）都是專用的，接口很簡單，

33、甚至可能互融為一體。如電主軸等。能互融為一體。如電主軸等。 組合法組合法將各功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像搭積木那將各功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像搭積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）：例如，將樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）：例如，將工業(yè)機(jī)器人各自由度（伺服軸）的執(zhí)行元件、執(zhí)行工業(yè)機(jī)器人各自由度（伺服軸）的執(zhí)行元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測傳感元件和控制器等組成機(jī)電一體化的機(jī)構(gòu)、檢測傳感元件和控制器等組成機(jī)電一體化的功能部件（或子系統(tǒng)）。功能部件（或子系統(tǒng)）。2、 設(shè)計(jì)類型設(shè)計(jì)類型 開發(fā)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì) 適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì) 變異性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì) 開發(fā)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì) 在工作原理、結(jié)構(gòu)等完

34、全未知的情況下，沒有參照產(chǎn)品，在工作原理、結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，沒有參照產(chǎn)品，應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過試驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過試驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計(jì)出質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的新產(chǎn)品。這是一種完計(jì)出質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的新產(chǎn)品。這是一種完全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。最初的錄像機(jī)、攝像機(jī)、電視機(jī)的設(shè)計(jì)就全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。最初的錄像機(jī)、攝像機(jī)、電視機(jī)的設(shè)計(jì)就屬于開發(fā)性設(shè)計(jì)。屬于開發(fā)性設(shè)計(jì)。 適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì) 對現(xiàn)有產(chǎn)品總的方案原理基本保持不變，進(jìn)行對現(xiàn)有產(chǎn)品總的方案原理基本保持不變，進(jìn)行局部更改：或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)局部更改：或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，

35、或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局構(gòu)，或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價(jià)值。例如，電子式照相機(jī)采用電子快些附加價(jià)值。例如，電子式照相機(jī)采用電子快門、自動(dòng)曝光代替手動(dòng)調(diào)整，使其小型化、智門、自動(dòng)曝光代替手動(dòng)調(diào)整，使其小型化、智能化；汽車的電子式汽油噴射裝置代替原來的能化；汽車的電子式汽油噴射裝置代替原來的機(jī)械控制汽油噴射裝置機(jī)械控制汽油噴射裝置 。 變異性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。格尺寸，使

36、之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。例如由于傳遞扭矩或速比發(fā)生變化，而重新設(shè)計(jì)例如由于傳遞扭矩或速比發(fā)生變化，而重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)尺寸，就屬于變異性設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)尺寸，就屬于變異性設(shè)計(jì) 。3 3、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 以降低成本為核心以降低成本為核心: :主要考慮主要考慮“人、機(jī)、材人、機(jī)、材料、成本料、成本”等因素等因素, ,在保證目的功能要求與適在保證目的功能要求與適當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本。當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本。 產(chǎn)品成本的高低產(chǎn)品成本的高低70決定于設(shè)計(jì)階段。決定于設(shè)計(jì)階段。 一是從用戶需求出發(fā)降低使用成本，二是從制一是從用戶需求出發(fā)降低使用成本，二是從制造廠（包括裝配）的立

37、場出發(fā)降低設(shè)計(jì)與制造造廠（包括裝配）的立場出發(fā)降低設(shè)計(jì)與制造成本。成本。 露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（1）第一步用黑箱法求出總功能：露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（2） 第二步總功能分解：第二步總功能分解：露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（3） 第二步總功能繼續(xù)分解：第二步總功能繼續(xù)分解：露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（4） 第三步建立功能結(jié)構(gòu)：第三步建立功能結(jié)構(gòu)：露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（5） 第三步繼續(xù)完善功能結(jié)構(gòu)：第三步繼續(xù)完善功能結(jié)構(gòu)：露天礦開采挖掘機(jī)（露天礦開采挖掘機(jī)（6） 第四步尋找原理解法及原理解組合：第四步尋找原理解法及原理解組合：露天礦開采挖掘機(jī)（

38、露天礦開采挖掘機(jī)（7） 第五步原理解評價(jià)選優(yōu)：第五步原理解評價(jià)選優(yōu)： 模糊評價(jià)方法：模糊評價(jià)方法： 由由Zedeh提出，它是一種對不精確信息的處理方法。用模提出，它是一種對不精確信息的處理方法。用模糊語義值表示權(quán)重，采用加權(quán)計(jì)算法得出方案的模糊優(yōu)序糊語義值表示權(quán)重，采用加權(quán)計(jì)算法得出方案的模糊優(yōu)序關(guān)系。關(guān)系。2.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)又稱技術(shù)設(shè)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)又稱技術(shù)設(shè)計(jì)，它的任務(wù)是將原理方案結(jié)構(gòu)任務(wù)是將原理方案結(jié)構(gòu)化化。 機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案確定之后，對于系統(tǒng)所確定的各機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案確定之后，對于系統(tǒng)所確定的各種功能元的解，可分為

39、兩大類種功能元的解，可分為兩大類: （1）機(jī)械類的物理效應(yīng)，例如機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向系）機(jī)械類的物理效應(yīng)，例如機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、主軸組件等統(tǒng)、主軸組件等; （2）電氣類的物理效應(yīng)，例如控制電機(jī)、控制電路、檢）電氣類的物理效應(yīng)，例如控制電機(jī)、控制電路、檢測傳感器、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)等。測傳感器、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作包括三個(gè)方面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作包括三個(gè)方面: （1）“質(zhì)質(zhì)”的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，其核心問題有兩個(gè)，其核心問題有兩個(gè): “定型定型”，即確定各元件的形態(tài)，把一維或二維的原理方，即確定各元件的形態(tài)，把一維或二維的原理方案轉(zhuǎn)化為三維的、有相應(yīng)工作面的、可制造的形體案轉(zhuǎn)化為三維的、有相應(yīng)工作面

40、的、可制造的形體; “方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)”，即確定構(gòu)成技術(shù)系統(tǒng)的元件數(shù)目及其相互，即確定構(gòu)成技術(shù)系統(tǒng)的元件數(shù)目及其相互間的配置。間的配置。 （2）“量量”的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，定量計(jì)算尺寸，確定材料。，定量計(jì)算尺寸，確定材料。 （3）按比例繪制結(jié)構(gòu)圖按比例繪制結(jié)構(gòu)圖。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是涉及材料、工藝、精度、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是涉及材料、工藝、精度、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、試驗(yàn)與檢測技術(shù)、機(jī)械制圖等許多學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)復(fù)雜、綜合與檢測技術(shù)、機(jī)械制圖等許多學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)復(fù)雜、綜合性工作。性工作。2.3.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 原理方案構(gòu)思主要靠原理方案構(gòu)思主要靠創(chuàng)造性思維創(chuàng)造性思維和和系統(tǒng)

41、化系統(tǒng)化方法，而結(jié)構(gòu)設(shè)方法，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和具體性，則要求除了創(chuàng)新思維之外，更多地計(jì)的復(fù)雜性和具體性，則要求除了創(chuàng)新思維之外，更多地進(jìn)行進(jìn)行緊密聯(lián)系實(shí)際緊密聯(lián)系實(shí)際的綜合分析和校核工作。的綜合分析和校核工作。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括: :設(shè)計(jì)零部件形狀、數(shù)量、相互空間位設(shè)計(jì)零部件形狀、數(shù)量、相互空間位置、選擇材料、確定尺寸、計(jì)算校核和繪制結(jié)構(gòu)方案總置、選擇材料、確定尺寸、計(jì)算校核和繪制結(jié)構(gòu)方案總圖。圖。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從定性到定量，從抽象到具體，從粗略到精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從定性到定量，從抽象到具體，從粗略到精細(xì)的設(shè)計(jì)過程，其步驟如下：的設(shè)計(jì)過程，其步驟如下： (1) 初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì) 這

42、一階段主要是完成主功能載體的初步設(shè)計(jì)。一般把功能這一階段主要是完成主功能載體的初步設(shè)計(jì)。一般把功能結(jié)構(gòu)中對實(shí)現(xiàn)能量、物料或信號的轉(zhuǎn)變有決定性意義的功結(jié)構(gòu)中對實(shí)現(xiàn)能量、物料或信號的轉(zhuǎn)變有決定性意義的功能稱為主功能，把滿足主功能的構(gòu)件稱為主功能載體。對能稱為主功能，把滿足主功能的構(gòu)件稱為主功能載體。對于某種主功能，可以由不同的功能載體于某種主功能，可以由不同的功能載體構(gòu)件、器件來完構(gòu)件、器件來完成，首先可以確定幾種功能載體，然后再確定它們的主要成，首先可以確定幾種功能載體，然后再確定它們的主要工作面、形狀及主要尺寸，再按比例畫出結(jié)構(gòu)草圖，最后工作面、形狀及主要尺寸，再按比例畫出結(jié)構(gòu)草圖，最后在幾種

43、結(jié)構(gòu)草圖中擇優(yōu)確定一個(gè)方案作為后繼設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。在幾種結(jié)構(gòu)草圖中擇優(yōu)確定一個(gè)方案作為后繼設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 (2) 詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì) 第一步是進(jìn)行副功能載體設(shè)計(jì)。在明確實(shí)現(xiàn)主功能需要哪些第一步是進(jìn)行副功能載體設(shè)計(jì)。在明確實(shí)現(xiàn)主功能需要哪些副功能載體的條件下，實(shí)現(xiàn)副功能盡量直接選用現(xiàn)有的結(jié)副功能載體的條件下，實(shí)現(xiàn)副功能盡量直接選用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，例如選用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件或從設(shè)計(jì)手冊中查找。構(gòu)，例如選用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件或從設(shè)計(jì)手冊中查找。 第二步是進(jìn)行主功能載體的詳細(xì)設(shè)計(jì)。第二步是進(jìn)行主功能載體的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 第三步是進(jìn)一步完善、補(bǔ)充結(jié)構(gòu)草圖，并對其進(jìn)行審核、評第三步是進(jìn)一步完善、補(bǔ)充結(jié)構(gòu)草圖，并對其進(jìn)行審核、評價(jià)。價(jià)

44、。 (3) 結(jié)構(gòu)方案的完善與審核結(jié)構(gòu)方案的完善與審核 任務(wù)：在以上兩階段工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的審核。任務(wù)：在以上兩階段工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的審核。 目的：對單元設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題及薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)目的：對單元設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題及薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行設(shè)計(jì)分析、經(jīng)濟(jì)性分析與可實(shí)現(xiàn)性分析，檢查預(yù)計(jì)，并進(jìn)行設(shè)計(jì)分析、經(jīng)濟(jì)性分析與可實(shí)現(xiàn)性分析，檢查預(yù)計(jì)成本是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。計(jì)成本是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2.3.2 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本要求結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本要求 (1) 功能和工作原理明確功能和工作原理明確 所選擇結(jié)構(gòu)要達(dá)到預(yù)期的功能，每個(gè)分功能有確定的結(jié)構(gòu)所選擇結(jié)構(gòu)要達(dá)到預(yù)期的功能，每個(gè)分

45、功能有確定的結(jié)構(gòu)來承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間有合理的聯(lián)系。要避免冗余結(jié)來承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間有合理的聯(lián)系。要避免冗余結(jié)構(gòu)，盡量減少靜不定結(jié)構(gòu)。所選結(jié)構(gòu)的物理作用明確，從構(gòu)，盡量減少靜不定結(jié)構(gòu)。所選結(jié)構(gòu)的物理作用明確，從而可靠地實(shí)現(xiàn)能量流而可靠地實(shí)現(xiàn)能量流(力流力流)、物料流和信號流的轉(zhuǎn)換或傳、物料流和信號流的轉(zhuǎn)換或傳導(dǎo)。導(dǎo)。 (2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單 在滿足總功能前提下，力求整機(jī)、部件和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足總功能前提下，力求整機(jī)、部件和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單。簡單。 1)零部件數(shù)量少。其實(shí)質(zhì)是縮短加工、組裝和生產(chǎn)準(zhǔn)備周零部件數(shù)量少。其實(shí)質(zhì)是縮短加工、組裝和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本。期，降低生產(chǎn)

46、成本。 2)零件幾何形狀簡單，使毛坯生產(chǎn)與加工工序縮短，制造零件幾何形狀簡單，使毛坯生產(chǎn)與加工工序縮短，制造與測量容易，安裝和調(diào)整迅速。與測量容易，安裝和調(diào)整迅速。 3)采用標(biāo)準(zhǔn)零部件。采用標(biāo)準(zhǔn)零部件。 標(biāo)準(zhǔn)零部件在制造成本上比自行設(shè)計(jì)加工要低標(biāo)準(zhǔn)零部件在制造成本上比自行設(shè)計(jì)加工要低10%左右。左右。 4)操作簡單，結(jié)構(gòu)布置合理，信號顯示醒目。操作簡單，結(jié)構(gòu)布置合理，信號顯示醒目。 5)包裝簡單，運(yùn)輸方便。包裝簡單，運(yùn)輸方便。 (3)安全可靠安全可靠 安全可靠性的內(nèi)容包括安全可靠性的內(nèi)容包括: 1)零件安全，主要指在規(guī)定載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)零件安全，主要指在規(guī)定載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)

47、生斷裂、過度變形、過度磨損，不喪失穩(wěn)定性。生斷裂、過度變形、過度磨損，不喪失穩(wěn)定性。 2)整機(jī)安全，保證整個(gè)系統(tǒng)在規(guī)定條件下實(shí)現(xiàn)總功能。整機(jī)安全，保證整個(gè)系統(tǒng)在規(guī)定條件下實(shí)現(xiàn)總功能。 3)工作安全，保證操作人員的人身安全和身心健康。工作安全，保證操作人員的人身安全和身心健康。 4)環(huán)境安全，保證系統(tǒng)對周圍環(huán)境和人不造成危害和污環(huán)境安全，保證系統(tǒng)對周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時(shí)也要保證機(jī)器對環(huán)境的適應(yīng)性。染，同時(shí)也要保證機(jī)器對環(huán)境的適應(yīng)性。 安全可靠性的保證方法包括安全可靠性的保證方法包括: 1)直接安全技術(shù)法。指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分滿足安全可靠要直接安全技術(shù)法。指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分滿足安全可靠要

48、求，保證在使用中不出現(xiàn)危險(xiǎn)。該法主要遵循以下三個(gè)原求，保證在使用中不出現(xiàn)危險(xiǎn)。該法主要遵循以下三個(gè)原理理: 安全存在原理。安全存在原理。 有限損壞原理。有限損壞原理。 冗余配置原理。冗余配置原理。 2)間接安全技術(shù)法。通過防護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)技術(shù)間接安全技術(shù)法。通過防護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的安全可靠。系統(tǒng)的安全可靠。3)指導(dǎo)性安全技術(shù)法。在事故出現(xiàn)以前發(fā)出報(bào)警信號，提指導(dǎo)性安全技術(shù)法。在事故出現(xiàn)以前發(fā)出報(bào)警信號，提醒人們注意，如指示燈，警鈴或自動(dòng)監(jiān)控裝置等。醒人們注意，如指示燈，警鈴或自動(dòng)監(jiān)控裝置等。2.3.3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原理和原則結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原理和原則

49、設(shè)計(jì)基本原理包括設(shè)計(jì)基本原理包括任務(wù)分配原理、自補(bǔ)償原理、力傳遞原任務(wù)分配原理、自補(bǔ)償原理、力傳遞原理、變形協(xié)調(diào)原理、力平衡原理、等強(qiáng)度原理、穩(wěn)定性原理、變形協(xié)調(diào)原理、力平衡原理、等強(qiáng)度原理、穩(wěn)定性原理、降低噪聲原理理、降低噪聲原理和和提高精度原理提高精度原理。 提高精度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循的原理和原則。提高精度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循的原理和原則。 一個(gè)空間物體具有六個(gè)自由度，要使它完全定位，需要用一個(gè)空間物體具有六個(gè)自由度，要使它完全定位，需要用六個(gè)適當(dāng)配置的約束加以限制，這是六點(diǎn)定位原理。相六個(gè)適當(dāng)配置的約束加以限制，這是六點(diǎn)定位原理。相反，要使物體相對于固定坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，則約束應(yīng)少于六個(gè)。反，要使物體相對

50、于固定坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，則約束應(yīng)少于六個(gè)。 運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理應(yīng)遵循下列條件運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理應(yīng)遵循下列條件 1)物體相對運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度數(shù)減去約束數(shù)。物體相對運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度數(shù)減去約束數(shù)。 2)要求約束條件為點(diǎn)接觸，該點(diǎn)應(yīng)垂直于被限制自由度的要求約束條件為點(diǎn)接觸，該點(diǎn)應(yīng)垂直于被限制自由度的方向，并且同時(shí)要求在同一平面方向，并且同時(shí)要求在同一平面(或直線或直線)上的約束點(diǎn)距離上的約束點(diǎn)距離應(yīng)盡可能大些。應(yīng)盡可能大些。 運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理一般僅適用于高精度、低承載及運(yùn)動(dòng)行程運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理一般僅適用于高精度、低承載及運(yùn)動(dòng)行程不大的場合。不大的場合。(1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理 即采用多點(diǎn)定位，應(yīng)用平均效應(yīng)作用

51、，使誤差得到均化，即采用多點(diǎn)定位，應(yīng)用平均效應(yīng)作用，使誤差得到均化，從而提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。從而提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。(圖圖2-9(b) 采用平均效應(yīng)原理可以使誤差均化，即精度均化，但是必采用平均效應(yīng)原理可以使誤差均化，即精度均化，但是必須滿足以下條件須滿足以下條件: 1)用以參加平均的中間元件要易于產(chǎn)生彈性變形用以參加平均的中間元件要易于產(chǎn)生彈性變形 2)用以參加平均的中間元件的制造誤差要小于或等于彈性用以參加平均的中間元件的制造誤差要小于或等于彈性變形誤差。變形誤差。 3)在工作時(shí)的外力應(yīng)能使間隙自動(dòng)得到消除。在工作時(shí)的外力應(yīng)能使間隙自動(dòng)得到消除。 在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，平

52、均效應(yīng)原理的應(yīng)用很廣，如滾珠在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，平均效應(yīng)原理的應(yīng)用很廣，如滾珠絲杠副、導(dǎo)軌副、密珠軸承、光柵尺和感應(yīng)同步器等都應(yīng)絲杠副、導(dǎo)軌副、密珠軸承、光柵尺和感應(yīng)同步器等都應(yīng)用此原理。用此原理。(2) 平均效應(yīng)原理平均效應(yīng)原理(3) 阿貝誤差原理阿貝誤差原理 原理原理:若使測量儀給出正確的測量結(jié)果，必須將儀器的讀若使測量儀給出正確的測量結(jié)果，必須將儀器的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。 采用阿貝原理，可以避免一階誤差，只有二階誤差采用阿貝原理，可以避免一階誤差，只有二階誤差(常可?？珊雎圆挥?jì)忽略不計(jì))，從而得到較高的精度。它既是測量原理，又，從而得到較高的

53、精度。它既是測量原理，又是精密系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要的指導(dǎo)性原則。是精密系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要的指導(dǎo)性原則。 圖圖2-10(a)為千分尺，它的設(shè)計(jì)符合阿貝原理，讀數(shù)線尺與為千分尺，它的設(shè)計(jì)符合阿貝原理，讀數(shù)線尺與被測尺寸彼此在對方延長線上，可以獲得正確的測量結(jié)被測尺寸彼此在對方延長線上，可以獲得正確的測量結(jié)果。若由于制造誤差或磨損，千分尺螺桿移動(dòng)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生果。若由于制造誤差或磨損，千分尺螺桿移動(dòng)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生偏擺角偏擺角，這時(shí)，測量的長度，這時(shí)，測量的長度l與實(shí)際長度與實(shí)際長度L之間的測量誤之間的測量誤差差1為為 圖圖2-10(b)為游標(biāo)卡尺，它的設(shè)計(jì)不符合阿貝原理，被測尺為游標(biāo)卡尺，它的設(shè)計(jì)

54、不符合阿貝原理，被測尺寸與主尺上的讀數(shù)刻度尺不在同一直線上，測量誤差較寸與主尺上的讀數(shù)刻度尺不在同一直線上，測量誤差較大。由傾角大。由傾角產(chǎn)生的測量誤差量產(chǎn)生的測量誤差量2為為2221(1 cos )2 sin ( )2 ( )222LLllLL 2tan2LLlHH (4) 基準(zhǔn)重合原則基準(zhǔn)重合原則 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量滿足基準(zhǔn)重合原則，這樣可以減結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量滿足基準(zhǔn)重合原則，這樣可以減小由于基準(zhǔn)不一致所帶來的誤差，常用的基準(zhǔn)面有小由于基準(zhǔn)不一致所帶來的誤差，常用的基準(zhǔn)面有: 1)設(shè)計(jì)基面。零件工作圖上標(biāo)注尺寸的基準(zhǔn)面。設(shè)計(jì)基面。零件工作圖上標(biāo)注尺寸的基準(zhǔn)面。 2)工藝基面。加工

55、時(shí)的定位基準(zhǔn)面。工藝基面。加工時(shí)的定位基準(zhǔn)面。 3)測量基面。測量時(shí)的定位基準(zhǔn)面。測量基面。測量時(shí)的定位基準(zhǔn)面。 4)裝配基面。裝配時(shí)以它為基準(zhǔn)，確定零件間的相互位裝配基面。裝配時(shí)以它為基準(zhǔn)，確定零件間的相互位置。置。 以上基準(zhǔn)如果統(tǒng)一，就可以避免因基面不同而造成的制造以上基準(zhǔn)如果統(tǒng)一，就可以避免因基面不同而造成的制造誤差、測量誤差和裝配誤差。誤差、測量誤差和裝配誤差。(5) 最短傳動(dòng)鏈原則最短傳動(dòng)鏈原則 在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)鏈越短，傳動(dòng)誤差越小，性能穩(wěn)在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)鏈越短，傳動(dòng)誤差越小，性能穩(wěn)定性越好，精度就越高。定性越好，精度就越高。(a)為傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)為傳統(tǒng)的機(jī)械

56、傳動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng);(b)為數(shù)控直線進(jìn)給系統(tǒng)為數(shù)控直線進(jìn)給系統(tǒng);(c)直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng);(d)為電動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體為電動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體采煤機(jī)采煤機(jī)(6) “三化三化”原則原則 “三化三化”是指是指產(chǎn)品品種的系列化、產(chǎn)品零部件的通用化和產(chǎn)品品種的系列化、產(chǎn)品零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。這是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)政策，也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。這是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)政策，也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向。方向。 1)系列化系列化 2)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化 3)通用化通用化 設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則可以保證零部件的互換設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則可以保證零部件的互換性，實(shí)現(xiàn)工藝過程典型化，產(chǎn)量增大，

57、有效的縮短制造周性，實(shí)現(xiàn)工藝過程典型化，產(chǎn)量增大，有效的縮短制造周期，并為以后的維護(hù)帶來方便。期，并為以后的維護(hù)帶來方便。采煤機(jī)采煤機(jī)2.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮人機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮人-機(jī)關(guān)系和機(jī)關(guān)系和藝術(shù)造型。藝術(shù)造型。 2.4.1 人人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 人人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)的重要部機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)的重要部分之一，它是把人看成系統(tǒng)中的組成因素，設(shè)計(jì)以人為主分之一，它是把人看成系統(tǒng)中的組成因素，設(shè)計(jì)以人為主體，詳細(xì)分析人和系統(tǒng)的關(guān)系，其中主要是

58、外形美觀設(shè)體，詳細(xì)分析人和系統(tǒng)的關(guān)系，其中主要是外形美觀設(shè)計(jì)，最佳操作界面設(shè)計(jì)，安全可靠性設(shè)計(jì)。目的是提高人計(jì)，最佳操作界面設(shè)計(jì)，安全可靠性設(shè)計(jì)。目的是提高人-機(jī)系統(tǒng)的整體效能，使人能夠舒適、安全、可靠及高效機(jī)系統(tǒng)的整體效能，使人能夠舒適、安全、可靠及高效地使用機(jī)器。地使用機(jī)器。2.4.1.1 人人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 人人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)與人體的機(jī)能特性和人的生理、心理特機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)與人體的機(jī)能特性和人的生理、心理特性相適應(yīng)，具體有以下要求性相適應(yīng)，具體有以下要求: (1)總體操作布局與人體高度尺寸相適應(yīng)總體操作布局與人體高度尺寸相適應(yīng); (2)系統(tǒng)工作操作臺顯示清晰，易

59、于觀察，便于監(jiān)控系統(tǒng)工作操作臺顯示清晰，易于觀察，便于監(jiān)控; (3)操作方便省力，減輕疲勞操作方便省力，減輕疲勞; (4)信息的檢測及處理與人的感知特性和反應(yīng)速度相適應(yīng)信息的檢測及處理與人的感知特性和反應(yīng)速度相適應(yīng); (5)安全性、可靠性與舒適性好，使操作者心情舒暢。安全性、可靠性與舒適性好，使操作者心情舒暢。采煤機(jī)采煤機(jī)活塞式液壓支柱活塞式液壓支柱懸浮液壓支柱懸浮液壓支柱采煤機(jī)采煤機(jī)2.4.1.2 人人-機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合形式機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合形式 人人-機(jī)系統(tǒng)結(jié)合的具體形式是有很大差別的，但都會(huì)有信機(jī)系統(tǒng)結(jié)合的具體形式是有很大差別的，但都會(huì)有信號傳遞、信息處理、控制和反饋等基本功能。號傳遞、信息處理、

60、控制和反饋等基本功能。 2.4.1.3 人人-機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 人人-機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是確定最優(yōu)的人機(jī)功能分配，將人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是確定最優(yōu)的人機(jī)功能分配，將人和系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來組成高效的完整系統(tǒng)。和系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來組成高效的完整系統(tǒng)。 在進(jìn)行功能分配時(shí)，要充分發(fā)揮人與系統(tǒng)各自的特性，進(jìn)在進(jìn)行功能分配時(shí)，要充分發(fā)揮人與系統(tǒng)各自的特性，進(jìn)行協(xié)調(diào)的界面設(shè)計(jì)，顯示裝置與控制裝置的設(shè)計(jì)。行協(xié)調(diào)的界面設(shè)計(jì)，顯示裝置與控制裝置的設(shè)計(jì)。 (1)顯示器設(shè)計(jì)顯示器設(shè)計(jì) 顯示器設(shè)計(jì)的基本要求顯示器設(shè)計(jì)的基本要求:使操作者獲取信息的過程迅速，準(zhǔn)使操作者獲取信息的過程迅速，準(zhǔn)確而不疲勞。確而不疲勞。