機(jī)電控制工程設(shè)計(jì)方案的原則

1、第二章 機(jī)電控制工程設(shè)計(jì)的原則和關(guān)鍵技術(shù)本章教學(xué)要點(diǎn)和要求：1、通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握機(jī)電控制工程設(shè)計(jì)的六大原則2、學(xué)生能重點(diǎn)理解系統(tǒng)性原則、可靠性原則和適合性原則3、掌握容錯(cuò)的方法4、了解機(jī)電控制工程的關(guān)鍵技術(shù)弟一節(jié) 機(jī)電控制工程設(shè)計(jì)的原則在機(jī)電控制系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮的原則有： 系統(tǒng)性原則、 實(shí)用性原則、 可靠 性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、時(shí)效性原則和適合性原則。一 系統(tǒng)性原則1 系統(tǒng)的概念系統(tǒng) (System) 是指具有特定功能的、 相互間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個(gè)不可分 割的整體。聯(lián)系的本質(zhì)是信息的傳輸和交換。 一個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)一步劃分成一些更小的子系統(tǒng)， 而且這些子系統(tǒng)也可以單獨(dú)存在

2、并對外呈現(xiàn)一定的特性， 但這些分割開來的子系統(tǒng)都不具備 原有系統(tǒng)的整體性質(zhì)。 另外， 這些子系統(tǒng)的簡單疊加也不構(gòu)成原來的系統(tǒng)，而僅僅是一個(gè)子系統(tǒng)間的簡單集合。例如：汽車室由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電器設(shè)備四大系統(tǒng)組成a、 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置。其作用是使燃料燃燒產(chǎn)生動(dòng)力， 然后通過底盤的 傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)車輪使汽車行駛。 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、 配氣機(jī)構(gòu)和燃料供給系、 冷卻系、 潤滑系、點(diǎn)火系、起動(dòng)系組成。b、底盤底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng), 保證正常行駛。底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四部分組成。c、車身車身

3、安裝在底盤的車架上，用以駕駛員、旅客乘坐或裝載貨物。轎車、客車的 車身一般是整體結(jié)構(gòu)，貨車車身一般是由駕駛室和貨箱兩部分組成。d、 電氣設(shè)備 電氣設(shè)備由電源和用電設(shè)備兩大部分組成。電源包括蓄電池和發(fā)電機(jī)。用電設(shè)備包括發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系、汽油機(jī)的點(diǎn)火系和其它用電裝置。機(jī)電控制工程中的系統(tǒng)性原則有兩層含意，一是指所研究開發(fā)的儀器、設(shè)備或項(xiàng)目是 由多個(gè)子系統(tǒng)組成，在設(shè)計(jì)開發(fā)中要充分考慮各子系統(tǒng)既相互聯(lián)系又相對獨(dú)立的特點(diǎn)；二 是指整個(gè)項(xiàng)目從開始到結(jié)束的全部環(huán)節(jié)的系統(tǒng)管理過程。2 系統(tǒng)的性質(zhì)1) 目的性： 任何一個(gè)物理或組織系統(tǒng)都具有一定的目的。 例如， 制造系統(tǒng)的目的是將制 造資源有效地轉(zhuǎn)變成有用的產(chǎn)品。

4、為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目的，系統(tǒng)必須具有處理、控制、調(diào)節(jié)和管理的功能。目的性就是解決機(jī)電控制系統(tǒng)的所要達(dá)到的什么樣的主功能。2) 整體性：系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上可以相互區(qū)別的要素， 按照作為系統(tǒng)所應(yīng)具有的綜 合整體性而構(gòu)成。 系統(tǒng)的整體性說明， 具有獨(dú)立功能的系統(tǒng)要素以及要素間的相互關(guān)系是根 據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求， 協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中， 對外呈現(xiàn)整體特性。 系統(tǒng)的整體性要求應(yīng) 從整體協(xié)調(diào)的角度去規(guī)劃整個(gè)系統(tǒng)， 從整體上確定各組成要素之間的相互聯(lián)系和作用， 然后 再去分別研究各個(gè)要素。 離開整體性去研究系統(tǒng)的各要素， 就失去了原來系統(tǒng)的意義， 也就 無法達(dá)到系統(tǒng)的目的。其核心思想包括： 一個(gè)系統(tǒng)作為整

5、體， 具有其要素所不具有的性質(zhì)和功能； 整體的性質(zhì) 和功能， 不等同于其各要素的性質(zhì)和功能的迭加； 整體的運(yùn)動(dòng)持征， 只有在比其要素所處層 次更高的層次上進(jìn)行描述； 整體與要素， 遵從不同描述層次上的規(guī)律。 這便是通常所說的 “整 體大于部分之和 ”，即 1+1>2 。例：機(jī)器零件的胡亂堆積就不構(gòu)成機(jī)器系統(tǒng)， 只有當(dāng)它們按照一定裝配關(guān)系組合起來時(shí)， 才能構(gòu)成機(jī)器系統(tǒng)。3) 集成性：任何系統(tǒng)都是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素組成，每個(gè)要素都對外呈現(xiàn)出自身的特性，并有其自身的內(nèi)在規(guī)律。 但這些要素都要通過系統(tǒng)的整體規(guī)劃有機(jī)地集成為一個(gè)整體。 因此系統(tǒng)的集成性并不等于集合性， 前者構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，

6、 可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體運(yùn)行的最 佳化； 后者僅是各組成要素的簡單疊加， 不僅達(dá)不到最優(yōu)， 有時(shí)系統(tǒng)還會(huì)由于參數(shù)不匹配而 無法運(yùn)行。在機(jī)電控制工程的開發(fā)過程中的系統(tǒng)集成是指，將不同生產(chǎn)廠家的不同產(chǎn)品、設(shè)備通 過共同遵守的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺(tái)和應(yīng)用軟件組成為一個(gè)有機(jī)整體。4) 層次性： 從系統(tǒng)作為一個(gè)相互作用的諸要素的總體來看， 它可以分解成由不同級別的 分系統(tǒng)構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)表達(dá)了不同層次分系統(tǒng)之間的從屬關(guān)系和相互作用關(guān)系。 將系統(tǒng)適當(dāng)分層，是研究和設(shè)計(jì)復(fù)雜大系統(tǒng)的有力手段。5) 相關(guān)性： 組成系統(tǒng)的要素是相互聯(lián)系、 相互作用的， 相關(guān)性說明這些聯(lián)系之間的特定 關(guān)系。 研究系統(tǒng)的相關(guān)性可以弄

7、清楚各個(gè)要素之間的相互依存關(guān)系， 提高系統(tǒng)的延續(xù)性， 避 免系統(tǒng)的內(nèi)耗， 提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。 弄清楚各要素的相關(guān)性也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有機(jī)集成的 前提。6) 環(huán)境適應(yīng)性： 任何系統(tǒng)都必然會(huì)受到周圍環(huán)境的影響， 受到外部環(huán)境的約束， 與外部 環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、 能量和信息的交換。 一個(gè)好的系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)外部環(huán)境的改變， 能隨著外部條 件的變化而改變系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)。二 實(shí)用性原則 實(shí)用性原則：是指性能良好，操作、使用與維修方便。使用性是產(chǎn)品的目的，設(shè)計(jì)上 要“形式服從功能” ，遵循實(shí)用、合理、為消費(fèi)者著想的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品或系統(tǒng)要 物有所值，而不是華而不實(shí)。三 可靠性原則1

8、、可靠性原則指滿足控制系統(tǒng)的技術(shù)要求所采用的技術(shù)應(yīng)當(dāng)是即先進(jìn)的又可靠的，并 且是開發(fā)者熟悉的技術(shù)。而不是一味地追求先進(jìn)。 為了使控制系統(tǒng)可靠常常采用容錯(cuò)的思 想。所謂 容錯(cuò)是指在故障存在的情況下整個(gè)控制系統(tǒng)不失效，仍然能夠正常工作的特性。容錯(cuò)即是Fault Toleranee,確切地說是容故障（Fault）,而并非容錯(cuò)誤（Error）。容錯(cuò)的具體 方法有硬件容錯(cuò)： 冗余技術(shù)冗余技術(shù)又稱為儲(chǔ)備技術(shù)。 它利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來提高系統(tǒng)可靠性的一種手段。 冗余有工作冗余和后備冗余兩類。a、工作冗余又稱為工作儲(chǔ)備和掩蔽儲(chǔ)備，是一種兩個(gè)或兩個(gè)以上單元并行工作的并聯(lián)模型。 平時(shí),由各個(gè)單元平均負(fù)擔(dān)工作應(yīng)力,

9、 因此工作能力有冗余。只有當(dāng)所有單 元都失效時(shí),系統(tǒng)才失效,如果還有任何一個(gè)單元未失效,系統(tǒng)就能可靠地工作,不過這個(gè)單元要負(fù)擔(dān)額定的全部工作應(yīng)力。b、后備冗余又稱為非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。平時(shí)只需一個(gè)單元工作，另一個(gè)單元是冗余的, 用于待機(jī)備用。 這種系統(tǒng)的設(shè)置失效檢測和轉(zhuǎn)換裝置必須絕對可靠, 則后備 冗余的可靠比工作冗余的高, 如果不絕對可靠, 就寧肯采用工作冗余法, 因工作冗余系 統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn), 就是由于冗余單元分擔(dān)了工作應(yīng)力, 各單元的工作應(yīng)力都低于額定值, 因此其可靠度比預(yù)定值高。 選擇冗余法必須考慮產(chǎn)品性能上的要求, 如果由多個(gè)單元同 時(shí)完成同一工作顯著影響系統(tǒng)的工作特性時(shí), 就不能

10、采用工作冗余法。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考 慮環(huán)境條件和工作條件的影響, 例如, 如果多個(gè)工作單元同時(shí)工作, 因每個(gè)單元的溫升 而產(chǎn)生系統(tǒng)所不能容許的溫升時(shí), 最好采用后備冗余法。 又如系統(tǒng)的電源有限, 不足以 使冗余單元同時(shí)工作,也以采用后備冗余法為好。決定是否采用冗余技術(shù)時(shí), 要分析引起失效的真正原因。 當(dāng)失效真正是隨機(jī)失效時(shí), 冗余技術(shù)就能大大提高可靠度, 但如果是由于過應(yīng)力所引起的, 冗余技術(shù)就沒有用。 如 果某一環(huán)境條件是使并聯(lián)各單元失效的共同因素,則冗余單元也并不可靠。 診斷技術(shù)。從本質(zhì)上來看,診斷技術(shù)是一種檢測技術(shù),用來取得有關(guān)產(chǎn)品中產(chǎn)生的失效（故障）類型和失效位置信息。 它的任務(wù)有兩個(gè)：

11、 一是出現(xiàn)故障時(shí), 迅速確定故障的種類和位置, 以便及時(shí)修復(fù)；二是在故障尚未發(fā)生時(shí),確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)的程度, 查明產(chǎn)品工作能力下降的原因, 以便采取維護(hù)措施或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整, 防止發(fā)生故障。 診 斷的過程是：首先對診斷對象進(jìn)行特定的測試,取得診斷信號（輸出參數(shù) ）；再從診斷信號中分離出能表征故障種類和位置的異常性信號, 即征兆； 最后將征兆與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比 較,確定故障的種類和故障的位置。a. 測試：通常有兩種測試，一是在故障出現(xiàn)之后，為了迅速確定故障的種類和故障的位置, 對診斷對象進(jìn)行試驗(yàn)性測試, 這時(shí)診斷對象處于非工作狀態(tài), 這種情況稱為 診斷測試； 二是在故障發(fā)生之前, 診斷

12、對象處于工作狀態(tài), 為了預(yù)測故障或及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障而進(jìn)行的在線測試，這種情況稱為故障監(jiān)測。b. 征兆：征兆是有利于判斷故障種類和故障位置的異常性診斷信號，可分為直接 征兆和間接征兆兩類。 直接征兆是在檢測產(chǎn)品整機(jī)的輸出參數(shù)或可能出現(xiàn)故障的元部件 輸出參數(shù)時(shí)， 取得的異常性診斷信號。 例如， 產(chǎn)品的主要性能參數(shù)異?；蛴嘘P(guān)機(jī)械零件 的磨損量、 變形量等參數(shù)變化的信號。 間接征兆是從那些與產(chǎn)品工作能力存在函數(shù)關(guān)系 的間接參數(shù)中取得的異常性診斷信號。例如， 產(chǎn)品的音響信號、溫度變化、 潤滑油中的 磨損產(chǎn)物、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù) (幅頻特性 )，都可作為取得間接征兆的信號。采用間接征兆進(jìn) 行診斷的主要優(yōu)點(diǎn)是， 可以

13、在產(chǎn)品處于工作狀態(tài)及不作任何拆卸的情況下， 評價(jià)產(chǎn)品的 工作能力。 其缺點(diǎn)是，間接征兆與產(chǎn)品輸出信號之間往往存存某種隨機(jī)關(guān)系，此外，一 些干擾因素也會(huì)影響間接征兆的有效性。 盡管如此， 間接征兆在診斷技術(shù)中還是得到了 廣泛的應(yīng)用。C.診斷：診斷就是將測試取得的診斷信號與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，或利用事先 確定的征兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系， 來確定故障的種類與部位。 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)是根據(jù)產(chǎn)品或 元部件輸出參數(shù)的極限值來設(shè)定的。 征兆與故障之間的對應(yīng)關(guān)系， 可根據(jù)理論分析或模 擬仿真試驗(yàn)來建立，當(dāng)這種關(guān)系用列表形式來表示時(shí)，稱為故障診斷表。軟件容錯(cuò)：軟件容錯(cuò)就是提高軟件的可靠性技術(shù)， 軟件的可靠性技術(shù)大致包

14、含利用軟件提高系 統(tǒng)可靠性和提高軟件可靠性兩方面的內(nèi)容。(1) 用軟件提高系統(tǒng)可靠性 要得到理想的可靠度，還要利用軟件來進(jìn)一步提高系 統(tǒng)的可靠性。具體措施有：a. 增加系統(tǒng)信息管理軟件與硬件的配合，對信息進(jìn)行保護(hù)，包括防止信息被破壞，在出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)信息，在故障排除后恢復(fù)信息等； 例：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的采集器數(shù)據(jù)發(fā)送程序b. 利用軟件冗余，防在輸入/輸出過程及傳送過程中出錯(cuò)，如對關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用重復(fù)校驗(yàn)方式，對信息采用重復(fù)傳送并進(jìn)行校驗(yàn)等；c. 編制診斷程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，找出故障的部位，以便縮短修理時(shí)間；d. 利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度，包括在發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)、迅速將故障裝置 切換成備用

15、裝置；在過負(fù)荷時(shí)或環(huán)境條件變換時(shí)，采取應(yīng)急措施；在排除故障 后，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常并投入運(yùn)行等。(2) 提高軟件可靠性為了提高軟件本身的可靠性，減少出錯(cuò)，可采取以下措施：a程序分段和層次結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將程序分成若干具有獨(dú)立功能 的子程序塊， 各程序塊可單獨(dú)， 也可和其他程序一起使用， 各程序塊之間通過一個(gè) 固定的通信區(qū)和一些指定的單元進(jìn)行通信。 每個(gè)程序塊能進(jìn)行調(diào)整和修改而不影響 其他程序塊。 這些各自獨(dú)立的程序塊在連接時(shí)， 盡量減少程序之間的依賴關(guān)系， 按 層次進(jìn)行排列， 而各程序塊具有獨(dú)立功能，因而結(jié)構(gòu)簡單、故障少，易于修改和擴(kuò)充。b、軟件測試：對軟件進(jìn)行充分的測試，盡量消除

16、軟件中的隱患，是提高軟件自身 可靠性的最根本方法。軟件測試的基本方法是，首先給軟件一個(gè)典型的輸入， 然后觀測輸出是否符合要求，如發(fā)現(xiàn)輸出結(jié)果有錯(cuò)，則設(shè)法找出原因并加以修 正。由于軟件中有些錯(cuò)誤往往只在滿足一定條件組合的情況下才能表現(xiàn)出來， 因此應(yīng)對所有可能的輸入及條件組合事先列出清單， 然后一一加以測試和檢查。c、容錯(cuò)設(shè)計(jì)：容錯(cuò)設(shè)計(jì)是把程序設(shè)計(jì)得能夠緩解錯(cuò)誤的影響，不致造成死鎖或崩 潰等嚴(yán)重后果， 并能指出錯(cuò)誤原因。 例如， 在除法程序前增加除數(shù)為零的檢查， 若除數(shù)為零，則將其置成最小單位，并報(bào)警顯示。容錯(cuò)設(shè)計(jì)常用的方法是在程 序中插入或安排具有中間測試或周期檢查功能的程序段或子程序。d、 糾

17、錯(cuò)設(shè)計(jì)：糾錯(cuò)設(shè)計(jì)是在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果有錯(cuò)時(shí)，使之自動(dòng)恢復(fù)到正確狀態(tài)， 以防止對系統(tǒng)造成損壞。糾錯(cuò)設(shè)計(jì)常用的方法是，在程序中設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 入口，在各程序模塊中增加狀態(tài)檢查。若在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)非法狀態(tài)，則將程 序運(yùn)行引導(dǎo)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)入口，使系統(tǒng)繼續(xù)按正常方式運(yùn)行。應(yīng)用軟件的可靠性除了取決于設(shè)計(jì)階段的固有特性外，還取決于使用條件。必 須根據(jù)現(xiàn)場條件，在實(shí)際系統(tǒng)中，按照設(shè)計(jì)、使用雙方共同擬定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行驗(yàn)收調(diào)試，直到滿足用戶要求、達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為止，使得發(fā)生軟件故障的可 能性降至最低。四 經(jīng)濟(jì)性原則 現(xiàn)在的工程項(xiàng)目一般都要經(jīng)過競標(biāo)才能得到，因此競標(biāo)的報(bào)價(jià)就成為了一個(gè)關(guān)鍵性的 條件。經(jīng)濟(jì)性原則又兩層

18、含義： 一是指我們在研究和開發(fā)一個(gè)機(jī)電控制工程中所考慮采用的 技術(shù)方案，在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下，所花費(fèi)的資金越少越好，即性價(jià)比最高，競爭 力強(qiáng)。二是指在項(xiàng)目的實(shí)施過程中要合理安排，使所有投入不能超過投入的資金總額的限度， 而且在保證質(zhì)量的前提下還應(yīng)當(dāng)有合理的利潤（單純的基礎(chǔ)科學(xué)研究除外）。這就要求加強(qiáng)項(xiàng)目的過程管理五 時(shí)效性原則 時(shí)效性原則指一個(gè)機(jī)電控制工程都必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，否則將會(huì)使先進(jìn)性打折或滿足不了生產(chǎn)、科研的時(shí)間要求。 或者在競爭中處于落后狀態(tài)。要保證時(shí)間就的對工程的進(jìn)度進(jìn)行嚴(yán)格的控制六 適合性原則 決策的概念：決策是決定采取某種行動(dòng)。管理學(xué)所講的決策，是指管理者為了實(shí)現(xiàn)一

19、定的目標(biāo)和在處理管理中的實(shí)際問題時(shí)，從各種備選方案中選擇方案的活動(dòng)。在做決策 的時(shí)候，不追求絕對最優(yōu)的決策，轉(zhuǎn)而追求簡潔高效的滿意解甚至非劣解（Pareto 解）即可。最優(yōu)解只存在于數(shù)學(xué)邏輯和理念中，現(xiàn)實(shí)世界中的最優(yōu)解其實(shí)是不存在的。這不僅是 因?yàn)槿说睦硇院途κ怯邢薜?，人?“有限理性 ”從根本上否認(rèn)得到絕對意義上最優(yōu)解的可 能；而且因?yàn)榈玫阶顑?yōu)解通常需要足夠的信息， 而信息的獲得是需要代價(jià)的， 這自然就引出 一個(gè)在這些信息支持下獲得最優(yōu)解產(chǎn)生的收益（ 得）與為得到這些信息所付出成本 （ 失） 之間的權(quán)衡問題，會(huì)不會(huì)出現(xiàn) “得”不償 “失”的情況？再則，也是在此處要特別強(qiáng)調(diào)的是，突變論 指出

20、高度優(yōu)化的設(shè)計(jì) （最優(yōu)解 ）很可能有許多不理想的性質(zhì)， 因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上、 性能上追求最優(yōu)， 常常魯棒性 （Robu stness, 即系統(tǒng)的健壯性，編者注 ） 很差，穩(wěn)定性不高，對方案中可能的 缺陷具有高度敏感性。 最優(yōu)解要求系統(tǒng)各部分銜接每次都準(zhǔn)確無誤， 而當(dāng)系統(tǒng)一旦有問題 （ 現(xiàn) 在的系統(tǒng)幾乎都是多因素、共時(shí)、互動(dòng)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，出問題的概率是很高的！ ） ，其承載 能力將會(huì)突然變小， 出現(xiàn)突然的全面的 “災(zāi)變 ”，產(chǎn)生無法彌補(bǔ)的破壞性， 以致讓系統(tǒng)徹底癱 瘓。美國 “哥倫比亞 ”號航天飛機(jī)失事后， 事故調(diào)查小組專家的調(diào)查表明， 航天飛機(jī)機(jī)翼上的 碳制高溫保護(hù)板是導(dǎo)致整個(gè)航天飛機(jī)墜毀的罪魁禍?zhǔn)?/p>

21、。 更深層次的原因是航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)者 們“理想化地將星際物質(zhì)撞擊航天器的風(fēng)險(xiǎn)假定為零 ”，將設(shè)計(jì)強(qiáng)度定得過低 （ 尋求最優(yōu) ），最 終導(dǎo)致航天飛機(jī)不堪一擊。 在商業(yè)界中， 也不乏這樣的例子。 一些企業(yè)為了使自己產(chǎn)品的價(jià) 格在競爭中更有威懾力，追求最優(yōu) （低） 的生產(chǎn)成本，到了不惜一切可能手段的地步。比如， 在原本已經(jīng)十分廉價(jià)的勞動(dòng)力基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步延長上班時(shí)間， 進(jìn)一步加大勞動(dòng)強(qiáng)度， 進(jìn)一步 壓低員工工資，其結(jié)果是產(chǎn)品的質(zhì)量不能保證，售后服務(wù)嚴(yán)重不足，員工 “是可忍，孰不可 忍”紛紛離職，出現(xiàn)民工荒，企業(yè)幾近倒閉。將“不求最優(yōu)但求滿意”的意義稍加拓展，就得出“最好的技術(shù)未必有最好的市場”。 許

22、多時(shí)候一項(xiàng)受歡迎的技術(shù)不是最好的， 而最先進(jìn)的技術(shù)卻在市場上碰壁“協(xié)和”超音速 客機(jī)的退役，就是一個(gè)很好的例子。又比如，就當(dāng)今無線通信技術(shù)來說最先進(jìn)的技術(shù)當(dāng)屬 CDMA現(xiàn)在的3G網(wǎng)絡(luò)都采用CDMA技術(shù)，GSM的技術(shù)其實(shí)是“ TDMA，不可與 CDMA相提并 論。但是國內(nèi)的 CDMA就是火不起來。道理很簡單，最先進(jìn)的技術(shù)未必有最好的收益，這句 話對技術(shù)出身的高管人員尤其重要。 有技術(shù)背景的高管人員， 對技術(shù)有一種本能的偏好， 他 們往往追求產(chǎn)品在技術(shù)上是最先進(jìn)的、最尖端的，總以為自己所做的就是最重要的。然而， 技術(shù)固然很重要， 但更為重要的是如何市場認(rèn)可， 技術(shù)戰(zhàn)略必須與企業(yè)業(yè)務(wù)和市場認(rèn)知相平

23、衡。商業(yè)不僅是最好的技術(shù)和產(chǎn)品，而且還關(guān)乎商業(yè)的基本邏輯和原則。許多失敗的企業(yè)， 它們有最先進(jìn)的技術(shù)或產(chǎn)品，卻違反了基本的商業(yè)邏輯。例：嫦娥 1、2 號的變軌飛行嫦娥 1號飛往月球到開始繞月飛行一共用了14天，經(jīng)過 7次變軌；嫦娥 2號則采用“直航”（直接發(fā)射到地月轉(zhuǎn)移軌道），一共用了不到 5天，經(jīng)過 3次變軌。機(jī)電控制中的決策是在幾種的技術(shù)方案中做出選擇的活動(dòng)。方案的選擇原則是適合性。適合性原則：指一個(gè)機(jī)電控制工程的最后方案選定都是技術(shù)要求、資金投入和完成時(shí)間三 者綜合平衡的結(jié)果，是在三種因素的平衡中選擇最適合的一種方案或控制過程。即沒有最 好，只有最適合。第二節(jié) 機(jī)電控制工程的關(guān)鍵技術(shù)如果

24、說系統(tǒng)論、 信息論、 控制理論是機(jī)電控制工程的基礎(chǔ)，那么微電子技術(shù)、精密機(jī)械 技術(shù)就是它的技術(shù)基礎(chǔ)。 同時(shí)機(jī)電控制工程還面臨的共同關(guān)鍵性技術(shù)還包括傳感器技術(shù)、 信 息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總成技術(shù)等。1 傳感檢測技術(shù)在機(jī)電控制工程中， 工作過程的各種參數(shù)、 工作狀態(tài)以及與工作過程有關(guān)的相應(yīng)信息都 要通過傳感器進(jìn)行接收， 并通過相應(yīng)的信號檢測裝置進(jìn)行測量， 然后送入信息處理裝置以及 反饋給控制裝置， 以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動(dòng)控制。 機(jī)電控制工程要求傳感器能快速和準(zhǔn)確 地獲取信息， 并且不受外部工作條件和環(huán)境的影響。 同時(shí)， 檢測裝置能不失真地對信息信號

25、 進(jìn)行放大、傳輸和轉(zhuǎn)換。傳感器技術(shù)自身就是一門多學(xué)科、 知識密集的應(yīng)用技術(shù)。 傳感原理、 傳感材料及加工制 造、裝配技術(shù)是傳感器開發(fā)的 3 個(gè)重要方面。 作為一個(gè)獨(dú)立器件， 傳感器的發(fā)展正進(jìn)入集成 化、智能化研究階段。 把傳感器件與信號處理電路集成在一個(gè)芯片上， 就形成了信息型傳感 器；若再把微處理器集成到信息型傳感器的芯片上，就是所謂的智能型傳感器。2 信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)是指在機(jī)電控制工程工作過程中， 與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動(dòng)控 制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。信息是否處理得及 時(shí)、準(zhǔn)確，直接影響機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的質(zhì)量和效率， 因而也是機(jī)電一

26、體化的關(guān)鍵技術(shù)。 在機(jī)電控制工程中，實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括硬件和軟件技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、 數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。 在機(jī)電控制工程中， 計(jì)算機(jī)信息處理裝置 是產(chǎn)品的核心， 它控制和指揮整個(gè)機(jī)電控制工程的運(yùn)行。 信息處理是否正確、及時(shí)，直接影 響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率， 因此計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電控制技術(shù)發(fā)展 和變革的最活躍的因素。3 自動(dòng)控制技術(shù)所謂自動(dòng)控制， 就是在沒有人直接參與的情況下， 通過控制器， 使被控對象或過程自動(dòng) 地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量， 改善了勞動(dòng)條件， 而且在人類征服

27、大自然、 探索新能源、 發(fā)展空間技術(shù)與改善人類物質(zhì)生活 等方面起著極為重要的作用。 自動(dòng)控制技術(shù)這一學(xué)科主要討論控制原理， 包括控制規(guī)律、 分 析方法和系統(tǒng)構(gòu)成等。 機(jī)電控制工程將自動(dòng)控制作為重要的支撐技術(shù)， 自動(dòng)控制裝置是它的 重要組成部分。主要以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)， 研究單輸入、 單輸出、 線性自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)問題的經(jīng) 典控制技術(shù)發(fā)展較早， 且日臻成熟。 在工程上， 成功地解決了諸如伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制的實(shí)踐 問題。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工程實(shí)踐的需要而發(fā)展起來的現(xiàn)代控制技術(shù)主要以狀態(tài)空間法的 基礎(chǔ)，研究多輸入、多輸出、變參量、非線性、高精度、高效能等控制系統(tǒng)工程和模仿人類 活動(dòng)的智能控制等領(lǐng)域

28、取得了重大進(jìn)展。在機(jī)電控制工程技術(shù)中， 諸如高精度定位控制、 速度控制、 自適應(yīng)控制、 自診斷、 校正、 補(bǔ)償?shù)茸詣?dòng)控制技術(shù)都是重要的關(guān)鍵技術(shù)。 現(xiàn)代控制理論的工程化與實(shí)用化以及優(yōu)化控制模 型的建立、 復(fù)雜控制系統(tǒng)的模擬仿真、 自論斷監(jiān)控技術(shù)及容錯(cuò)技術(shù)等都是有待開發(fā)研究的課 題。先進(jìn)的控制技術(shù)包括：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、綜合智能技術(shù)等。4 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指機(jī)電控制工程中的執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的技術(shù)問題， 它涉 及設(shè)備執(zhí)行操作的技術(shù)， 對所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。 機(jī)電控制工程中的執(zhí)行元件 有電動(dòng)、 氣動(dòng)和液壓等類型， 其中多采用電動(dòng)式執(zhí)行元件， 驅(qū)動(dòng)裝置主要

29、是各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū) 動(dòng)電源電路， 目前多由電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。 執(zhí)行元件一方面通過接口電 路與計(jì)算機(jī)相連，接受控制系統(tǒng)的指令； 以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。 因此，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接影響 著機(jī)電控制工程的功能執(zhí)行和操作， 對產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能、 穩(wěn)定性能、 操作精度和控制質(zhì)量等 產(chǎn)生決定性的影響。 例如，直流伺服電動(dòng)機(jī)控制性能、速度與轉(zhuǎn)矩特性的穩(wěn)定性； 交流電動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)的變頻調(diào)速、 電流逆變技術(shù)， 電磁鐵的體積大小、 工作可靠性問題； 液壓與氣動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的精度、響應(yīng)速度等技術(shù)問題，都是機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須研究的技術(shù)。5 接口技術(shù)機(jī)電控制系統(tǒng)是機(jī)械、 電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電控制系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。 因此，各要素及各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因 素。機(jī)電一體化系統(tǒng)量重要的設(shè)計(jì)任務(wù)之一往往就是接口設(shè)計(jì)。6 精密機(jī)械技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)是機(jī)電控制工程的基礎(chǔ)， 因?yàn)闄C(jī)電控制工程的主要功能和構(gòu)造功能大都以 機(jī)械技術(shù)為主來實(shí)現(xiàn)。 隨著高新技術(shù)引入機(jī)械行業(yè)， 機(jī)械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)和變革。 在機(jī)電控 制工程中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)