第四章 機(jī)電控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1、第四章 機(jī)電控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本章教學(xué)要點(diǎn)和要求1、 掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2、 掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容3、 掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)步驟第一節(jié) 機(jī)電控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的概念一、 總體設(shè)計(jì)的概念機(jī)電控制工程是一門(mén)涉及光、機(jī)、電、液等綜合技術(shù)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是按照機(jī)電控制的思想、方法進(jìn)行的機(jī)電控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它需要綜合應(yīng)用各項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)才能完成。 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，機(jī)電控制產(chǎn)品得到了迅速普及和發(fā)展，從家用電器到生產(chǎn)沒(méi)備，從辦公自動(dòng)化設(shè)備到軍事裝備機(jī)與電緊密結(jié)合的程度都在迅速增強(qiáng)形成了一個(gè)縱深而廣闊的市場(chǎng)。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律要求產(chǎn)品不僅具有高性能而且要有低價(jià)格 這就給

2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提出了越來(lái)越高的要求。另一方面，種類(lèi)繁多、性能各異的集成電路、傳感器和新材料等，給機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了眾多的可選方案，使設(shè)計(jì)工作具有更大的靈活性。如何充分利用這些條件，應(yīng)用機(jī)電控制技術(shù)開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的機(jī)電控制產(chǎn)品，是機(jī)電控制總體設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)概念： 機(jī)電控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)總體技術(shù)，從整體目標(biāo)出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的功能要求和機(jī)電控制系統(tǒng)各組成模塊的特性，選擇最合理的模塊組合方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)整體優(yōu)化。第二節(jié) 機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)的類(lèi)型和方法一 機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)的類(lèi)型機(jī)電控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般可分為三種類(lèi)型，即開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)和變異性設(shè)計(jì)。

3、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)：是在沒(méi)有參照產(chǎn)品的情況下進(jìn)行的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理和要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì)量和性能方面滿(mǎn)足目的要求的產(chǎn)品。例：最初的錄像機(jī)、攝像機(jī)、電視機(jī)等的設(shè)計(jì)就屬于開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者具備敏銳的市場(chǎng)洞察力、豐富的想象力和廣泛而扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。 例：料位器就是開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì) 適應(yīng)性設(shè)計(jì)：在總的方案原理基本保持不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更新，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或成為了進(jìn)行微電子控制對(duì)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)量增加某些附加值。例：電子式照相機(jī)采用電子快門(mén)代替手動(dòng)調(diào)整，使其小型化、智能化；汽車(chē)的電電子式燃油噴射裝置代替原來(lái)的機(jī)械控制燃油噴射裝置

4、等就屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)。適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者對(duì)原有產(chǎn)品及相關(guān)的市場(chǎng)需求變化和技術(shù)進(jìn)步有充分的了解和掌握，變異性設(shè)計(jì)：是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)產(chǎn)品原有缺點(diǎn)或新的工作要求 從工作原理、功能結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型和尺寸等方面進(jìn)行一些變異設(shè)計(jì)出新的產(chǎn)品以適應(yīng)市場(chǎng)需求，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這種設(shè)計(jì)也可在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下僅僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，形成系列產(chǎn)品。變異性設(shè)計(jì)比較容易，但設(shè)計(jì)中必須注意采取措施防止因參數(shù)變化可能對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響。例：印鈔打孔機(jī)就是將原來(lái)的打單孔改為打雙孔二 機(jī)電控制工程總體的設(shè)計(jì)方法機(jī)電控制工程的總體設(shè)計(jì)的方法通常有三種：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合法、組合法。1、機(jī)電互補(bǔ)法 機(jī)電

5、互補(bǔ)法也叫取代法，這種設(shè)計(jì)方法是用適當(dāng)?shù)碾娮硬考〈承╆惻f、落后產(chǎn)品中的復(fù)雜機(jī)械部件或功能子系統(tǒng)。這種方法是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。例如，在某工作機(jī)械中，可用可編程控制器或微型計(jì)算機(jī)取代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)、凸輪、離合器等控制機(jī)構(gòu)，取代液壓，氣動(dòng)控制系統(tǒng)，取代插銷(xiāo)板、撥碼盤(pán)、步進(jìn)開(kāi)關(guān)、程序鼓、時(shí)間繼電器等接觸式控制器 以彌補(bǔ)機(jī)械技術(shù)的缺陷。這種設(shè)計(jì)方法不僅可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且可以改善產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。這種方法的缺點(diǎn)是跳不出原系統(tǒng)的框架，不利于開(kāi)拓思路，尤其在開(kāi)發(fā)全新的產(chǎn)品時(shí)更具有局限性。 例：鈔紙稱(chēng)重系統(tǒng)就是機(jī)電互補(bǔ)法2、結(jié)合法 結(jié)合法就是將電子部件和機(jī)械部件結(jié)合設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。采

6、用此方法設(shè)計(jì)的產(chǎn)品其功能部件(或子系統(tǒng))通常是專(zhuān)用的各要素間的匹配已得到充分考慮接口簡(jiǎn)單。例如，高速磨床主軸與電動(dòng)機(jī)做成一體就是采用結(jié)合法設(shè)計(jì)磨頭的例子。目前已生產(chǎn)出電動(dòng)機(jī)與控制器做成一體的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)新產(chǎn)品常用這種方法。3、組合法 組合法就是將用結(jié)合法(或機(jī)電互補(bǔ)法)制成的功能模塊組合成各種機(jī)電控制系統(tǒng)，它是一種拼接積木的設(shè)計(jì)方法。例如，將工業(yè)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)、伸縮、俯仰、擺動(dòng)等功能模塊系列組合成結(jié)構(gòu)和用途不同的機(jī)器人。在機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用組合法,不僅可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期，節(jié)約工裝費(fèi)用，而且給生產(chǎn)管理和使用帶來(lái)方便。第三節(jié) 機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟一、 機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容1、

7、收集需求及資料 （1）收集需求：收集所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外還應(yīng)，了解產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術(shù)素質(zhì)、用戶(hù)的維修能力等方面的情況。使用要求是確定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的主要依據(jù)。（2）了解生產(chǎn)單位的設(shè)備條件、工藝手段、生產(chǎn)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)和制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量（3）收集所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)（設(shè)備）的性能指標(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)。 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)化指標(biāo)、美學(xué)指標(biāo)等關(guān)系到產(chǎn)品能否進(jìn)入市場(chǎng)并成為商品的技術(shù)指標(biāo)。 安全性指標(biāo)包括操作指標(biāo)、自身保護(hù)

8、指標(biāo)和人員安全指標(biāo)等保證產(chǎn)品在使用過(guò)程中導(dǎo)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(duì)于自動(dòng)化程度較高的機(jī)電控制產(chǎn)品安全性指標(biāo)尤為重要。(4) 搜集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料 搜集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類(lèi)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。通過(guò)對(duì)這些技術(shù)資料的分析比較，了解現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的水平和趨勢(shì)。這是確定產(chǎn)品技術(shù)構(gòu)成的主要依據(jù)。2、 對(duì)象分析按照第三章的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)象分析3、 功能設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）通常有多項(xiàng)功能，按各個(gè)功能的性質(zhì)、用途和重要程度可以將其分為基本功能和輔助功能，機(jī)電控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)就是確定該系統(tǒng)的主要功能和輔助功能，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。功能

9、分類(lèi)1、基本功能基本功能是產(chǎn)品具有的、滿(mǎn)足某種需求的、不可缺少的效能，體現(xiàn)出產(chǎn)品的用途和使用價(jià)值，是與設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品的主要目的直接相關(guān)的功能。一個(gè)產(chǎn)品如果失去了基本功能，也就失去了它的使用價(jià)值。根據(jù)基本功能的定義方式不同，一個(gè)產(chǎn)品可以有一個(gè)或若干個(gè)基本功能。例：手表的基本功能是“顯示時(shí)間”手表如果失去這種基本功能，就不再具有使用價(jià)值；剪刀的基本功能是修剪物品；電燈的基本功能是照明；冷暖空調(diào)的基本功能有兩個(gè)：夏天制冷、冬天制熱，也可以將空調(diào)的這兩個(gè)基本功能理解為一個(gè)基本功能調(diào)節(jié)室溫；車(chē)床的基本功能是車(chē)削工件；數(shù)控加工中心有多項(xiàng)基本功能，能夠進(jìn)行車(chē)削加工、銑削加工、鉆孔、鏜削、切制螺紋等，也可以將

10、數(shù)控加工中心的這些基本功能理解為一個(gè)基本功能即切削加工。例：微機(jī)配料系統(tǒng)的基本功能是將多種料按一定的配料比例配置基本功能是產(chǎn)品主要的、不可缺少的要素，也是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。2、輔助功能輔助功能與基本功能并存，是產(chǎn)品的次要或附帶的功能。它可以使產(chǎn)品的功能更加完善，增加產(chǎn)品的特色，屬于錦上添花的功能。一個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有輔助功能，并不失去其使用價(jià)值。例：日歷表中顯示日歷的功能；自行車(chē)后面的書(shū)包架；轎車(chē)內(nèi)的音響與空調(diào)；電視機(jī)的遙控裝置；家具設(shè)計(jì)考慮搬運(yùn)、庫(kù)存、折疊、拆裝等方面的功能，都屬于產(chǎn)品的輔助功能。恰當(dāng)?shù)卦黾赢a(chǎn)品的輔助功能，產(chǎn)品的成本不會(huì)顯著提高，但是產(chǎn)品的附加值卻有可能大幅增加。例：微機(jī)配料系統(tǒng)中的班

11、產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)圖，配件過(guò)程圖就是輔助功能4、 原理設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)概述產(chǎn)品原理設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是：構(gòu)思出能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品功能要求、品質(zhì)好的原理方案。即確定實(shí)現(xiàn)功能的原理。原理方案的擬定從質(zhì)的方面決定了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，因此，原理設(shè)計(jì)階段是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，使產(chǎn)品的發(fā)生質(zhì)變的階段。如何尋求出最適于實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能目標(biāo)的原理方案，是一項(xiàng)復(fù)雜的、沒(méi)有具體設(shè)計(jì)規(guī)律的工作。原理設(shè)計(jì)主要針對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的主要功能提出原理性構(gòu)思，通常用相關(guān)的原理圖表達(dá)原理設(shè)計(jì)的構(gòu)思內(nèi)容。在設(shè)計(jì)科學(xué)研究過(guò)程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，產(chǎn)品機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)往往首先由工作原理確定，而構(gòu)思工作原理的關(guān)鍵是滿(mǎn)足產(chǎn)品的功能要求。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的原理可能有多種形式即實(shí)現(xiàn)

12、同一種功能往往可以應(yīng)用不同的原理。例如可能是物理原理或者是化學(xué)原理，或者是生物原理，或者是機(jī)械原理，等等。因此，原理設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是概念設(shè)計(jì)階段的叉一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)層，對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有舉足輕重的意義。在總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往要對(duì)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 原理設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)原理（機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）、檢測(cè)原理（傳感器確定）控制原理（控制框圖）三個(gè)方面例：券鈔箱開(kāi)箱機(jī)中對(duì)箱蓋機(jī)械手的“夾緊”功能的原理設(shè)計(jì)從機(jī)械原理分析實(shí)現(xiàn)“夾緊”功能的原理有多種類(lèi)型： 機(jī)械原理，其夾緊方式有楔塊夾緊、偏心盤(pán)夾緊、彈簧夾緊、螺旋夾緊，等等；從動(dòng)力原理分析 液壓原理； 氣動(dòng)原理； 電磁原理?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)使用方便選用螺旋夾緊方式。 例：料位儀

13、中檢測(cè)“位置”的原理分析 聲音的三要素： 音調(diào)：指聲音的高低，由發(fā)聲體的振動(dòng)頻率決定 響度：指聲音的強(qiáng)弱，由發(fā)聲體的振幅和發(fā)聲的遠(yuǎn)近決定 音色：指對(duì)聲音的感覺(jué)特色，不同的發(fā)聲體發(fā)出的音色不同 控制原理 控制原理設(shè)計(jì)就是要選擇傳感器、控制微處理器、和執(zhí)行器。 例：大張離線(xiàn)檢測(cè)工作臺(tái)的控制結(jié)構(gòu)圖如下： 例：料位儀的控制結(jié)構(gòu)示意圖如下： 5、 總體精度分配 總體精度分配是將機(jī)、電、控、檢測(cè)各子系統(tǒng)的精度進(jìn)行分配。精度分配時(shí)，應(yīng)根據(jù)各子系統(tǒng)所用技術(shù)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分配，不應(yīng)采取平均分配的方法，對(duì)于具有數(shù)字特征的電、控、檢測(cè)子系統(tǒng)，可按其數(shù)字精度直接分配，對(duì)于具有模擬量特征的機(jī)、電、檢測(cè)子系統(tǒng)，則可按技術(shù)

14、難易程度進(jìn)行精度分配。在精度初步分配后，要進(jìn)行誤差計(jì)算，把各子系統(tǒng)的誤差按系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差歸類(lèi)，分別計(jì)算，與分配的精度進(jìn)行比較，進(jìn)行反復(fù)修改，使各部分的精度盡可能合理，總體精度分配的目標(biāo)是以滿(mǎn)足總體精度為約束，使各子系統(tǒng)的精度盡可能6、 總體布局設(shè)計(jì) （1）總體布局設(shè)計(jì) 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)是，確定系統(tǒng)各主要部件之間相對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系以及它們之間所需要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。布局設(shè)計(jì)是一個(gè)帶有全局性的問(wèn)題，它對(duì)產(chǎn)品的制造和使用都有很大影響。 a、總體布局設(shè)計(jì)的基本原則 功能合理 各分功能既易于實(shí)現(xiàn)又便于實(shí)現(xiàn)總功能，不論在系統(tǒng)的內(nèi)部還是外觀(guān)上都不應(yīng)采用不利于功能目標(biāo)的布局方案。

15、結(jié)構(gòu)緊湊 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)緊湊要保證便于裝配維護(hù)，外部的結(jié)構(gòu)緊湊是藝術(shù)造型的 良好基礎(chǔ) 層次分明 總體結(jié)構(gòu)和所有部件的布置應(yīng)力求層次分明，一目了然。 比例協(xié)調(diào) 這一原則按藝術(shù)造型方法實(shí)現(xiàn)。 b、系統(tǒng)總體布局的基本類(lèi)型 由形狀、大小、數(shù)量、位置、順序五個(gè)基本方面進(jìn)行綜合，可得出一般布局的類(lèi)型： 按主要工作機(jī)構(gòu)的空間幾何位置，可分為平面式、空間式等； 按主要工作機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置，可分為前置式、中置式、后置式等； 按主要工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，可分為回轉(zhuǎn)式、直線(xiàn)式、振動(dòng)式等； 按主要工作機(jī)構(gòu)的布置方向，可分為水平式、直立式、傾斜式等： 按機(jī)架或機(jī)殼的形式，可分為整體式、組合式等。（2）人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、是總體設(shè)計(jì)的重要部分之一，它是把人看成系統(tǒng)中的組成要素，以人為主體來(lái)詳細(xì)分析人和機(jī)器系統(tǒng)的關(guān)系。其目的是提高人機(jī)系統(tǒng)的整體效能，使人能夠舒適、安全，高效地工作。 a、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 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，心理特性相適應(yīng)。具體有以下要求： 總體操作布置與人體尺寸相適應(yīng)；顯示清晰，易于觀(guān)察，便于監(jiān)控；例：人的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)特性：人眼在水平方向運(yùn)動(dòng)比上下方向運(yùn)動(dòng)快，且不易疲勞。視線(xiàn)的習(xí)慣從左到右、從上到下移動(dòng)，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。因此在設(shè)計(jì)人機(jī)的視覺(jué)界面是要充分考慮這一因素。網(wǎng)站中的標(biāo)記（LOGO）往往都在左上角。 操作方便省力減輕疲勞；例：為了減少大張離線(xiàn)檢測(cè)工作臺(tái)的噪聲，講布

17、局電機(jī)由兩相改為三相的。 信息的檢測(cè)與處理與人的感知特性和反應(yīng)速度相適應(yīng)。例：大張檢測(cè)工作臺(tái)的顯示速度、網(wǎng)頁(yè)的打開(kāi)速度等。 安全性、舒適性好使操作者心情舒暢情緒穩(wěn)定。 b、人機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合形式 一般人機(jī)結(jié)合具體形式是有很大差別的但會(huì)有信號(hào)傳遞、信息處理、控制和反饋等基本功能。從工作特性來(lái)看，人機(jī)系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)與閉環(huán)兩種。人操作普通機(jī)床加工零件的系統(tǒng)就是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒(méi)有影響。而數(shù)控機(jī)床加工零件的系統(tǒng)中一般具有反饋回路，系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)的控制作用有直接影響。按人在系統(tǒng)中扮演的角色來(lái)看，人機(jī)系統(tǒng)可分為人機(jī)串聯(lián)結(jié)合與并聯(lián)結(jié)合形式。 c、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是確

18、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(lái)組成高效的完整系統(tǒng)。(3) 藝術(shù)造型設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)人市場(chǎng)后首先給人的重要直觀(guān)印象就是其外觀(guān)造型，先入為主是用戶(hù)普遍的心理反應(yīng)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人類(lèi)文化、生活水平的提高，人們的需求觀(guān)和價(jià)值觀(guān)也發(fā)生了變化，經(jīng)過(guò)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)的機(jī)電產(chǎn)品已進(jìn)人人們的工作、生活領(lǐng)域、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。 a、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)的基本要求 布局清晰：條理清晰的總體布局是良好藝術(shù)造型的基礎(chǔ)； 結(jié)構(gòu)緊湊：節(jié)約空間的緊湊結(jié)構(gòu)方式有利于良好的藝術(shù)造型； 簡(jiǎn)單：應(yīng)使可見(jiàn)的、不同功能的部件數(shù)減少到最少限度，重要的功能操作部件及顯示器布置方式一目了然； 統(tǒng)一與變化：

19、整體藝術(shù)造型應(yīng)顯示出統(tǒng)一成型的風(fēng)格和外觀(guān)形象，并有節(jié)奏鮮明的變化，給人以和諧感； 功能合理：藝術(shù)造型應(yīng)適于功能表現(xiàn)，結(jié)構(gòu)形狀和尺寸都應(yīng)有利于功能目標(biāo)的體現(xiàn)； 體現(xiàn)新材料和新工藝 ：目的是體現(xiàn)新材料的優(yōu)異性能和新工藝的精湛水平。例：料位儀控制箱的面板顏色的選擇，傳感器材料（象牙色）的選擇。 b、藝術(shù)造型的三要素 藝術(shù)造型是運(yùn)用科學(xué)原理和藝術(shù)手段，通過(guò)一定的技術(shù)與工藝實(shí)現(xiàn)的。技術(shù)與藝術(shù)的融合是藝術(shù)造型的特點(diǎn)。功能、物質(zhì)技術(shù)條件和藝術(shù)內(nèi)容構(gòu)成了機(jī)電產(chǎn)品藝術(shù)造型的三要素。這些要素之間存在著辯證統(tǒng)一關(guān)系，在藝術(shù)造型的過(guò)程中要科學(xué)地反映它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)藝術(shù)造型充分體現(xiàn)產(chǎn)品的功能美、技術(shù)美。 c、藝

20、術(shù)造型設(shè)計(jì)的基本過(guò)程 對(duì)一個(gè)機(jī)電產(chǎn)品藝術(shù)造型的具體構(gòu)思來(lái)說(shuō)考慮問(wèn)題要經(jīng)過(guò)由功能到造型，由造型到功能的反復(fù)過(guò)程，同時(shí)又要經(jīng)過(guò)由總體到局部。由局部返回到總體的反復(fù)過(guò)程。因此，造型設(shè)計(jì)貫穿了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)最是以形象思維為主。 d、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)要點(diǎn) 穩(wěn)定性：對(duì)于靜止的或運(yùn)動(dòng)緩慢且較重的產(chǎn)品應(yīng)該在布置上力求使其重心得到穩(wěn)固的支撐，并從外觀(guān)形態(tài)到色彩搭配運(yùn)用都給人以穩(wěn)定的感覺(jué) 運(yùn)動(dòng)特性：總體結(jié)構(gòu)利用非對(duì)稱(chēng)原理可以使產(chǎn)品具有可運(yùn)動(dòng)的特性。例如許多運(yùn)輸設(shè)備，無(wú)論從上看，從前面看，或從后面看都是對(duì)稱(chēng)的，給人以穩(wěn)定感。但從側(cè)面看不對(duì)稱(chēng)的前后部分可使形狀產(chǎn)生動(dòng)態(tài)感例如在長(zhǎng)方形中利用斜線(xiàn)、圓角或流線(xiàn)來(lái)反

21、映運(yùn)動(dòng)特性。例如汽車(chē)的造型。 輪廓：產(chǎn)品的外形輪廓給人的印象十分重要，通常采用“優(yōu)先數(shù)系”來(lái)分割產(chǎn)品的輪廓，塑造產(chǎn)品協(xié)調(diào)、成比例的外觀(guān)給人以和諧的美感。1980年修改的GB 32164 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 簡(jiǎn)化：產(chǎn)品外形上不同形狀和大小的構(gòu)件越多，就越顯得繁雜，難于與簡(jiǎn)單、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的要求相吻臺(tái)。因此，可把一協(xié)構(gòu)件綜合起來(lái)盡量減少外露件的數(shù)目。 色調(diào)：色調(diào)的效果對(duì)人的情緒影響很大。選用合理的色調(diào)運(yùn)用顏色的搭配組成良好的色彩環(huán)境，能使產(chǎn)品的藝術(shù)造型特征得以充分的發(fā)揮，滿(mǎn)足人們心理的審美要求。 工業(yè)中幾種主要顏色的應(yīng)用： 紅色在工業(yè)上是安全用色，表示警告、危險(xiǎn)、禁止、防火黃色在工業(yè)上代表警告、危險(xiǎn)或提

22、醒注意。如工程車(chē)的車(chē)身顏色綠色代表清新、柔和、舒適、安全，可避免操作時(shí)眼睛的疲勞灰色代表樸素、安靜、大方，許多高科技產(chǎn)品尤其是和金屬材料有關(guān)的產(chǎn)品都會(huì)是灰色黑色代表樸實(shí)、堅(jiān)固、雅致、穩(wěn)定、高貴，電視、轎車(chē)（官車(chē)）音響等使用黑色。白色代表潔凈、素雅、衛(wèi)生、明快等。例：大張離線(xiàn)檢測(cè)工作臺(tái)的顏色是選用：100圓桃紅色色、50圓淺綠色、10圓淺灰色，因此臺(tái)面的顏色要與這三種顏色有明顯的區(qū)別（反差），故只能是灰、白、黑色，而大面積使用黑色讓人感到壓抑、沉重、恐怖不可選；灰色又有單調(diào)、寂寞、乏味之感；而白色潔凈、素雅、衛(wèi)生、明快最后選用白色，同時(shí)也符合日常習(xí)慣。7、 編寫(xiě)總體方案 編寫(xiě)總體方案是使用文字、

23、表格、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、控制結(jié)構(gòu)示意圖等對(duì)所研發(fā)的機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行論證、闡述和說(shuō)明。二、機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)的步驟機(jī)電控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)步驟是通用化的，它所對(duì)應(yīng)可能是機(jī)械設(shè)備、檢驗(yàn)儀器、控制系統(tǒng)或各種產(chǎn)品。其設(shè)計(jì)步驟如下：1、詳盡搜集用戶(hù)對(duì)所研發(fā)的機(jī)電控制工程（儀器、設(shè)備、項(xiàng)目、系統(tǒng)）的需求 設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)首先要收集所有相關(guān)的信息，包括設(shè)計(jì)需求、背景技術(shù)資料等。設(shè)計(jì)人員在這一基礎(chǔ)上應(yīng)做出用戶(hù)真正需要設(shè)計(jì)什幺樣的產(chǎn)品的判斷。這一步是進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)的最基本的依據(jù)不可忽視。一般情況需要對(duì)下列設(shè)計(jì)需求做詳細(xì)的調(diào)查。 （1）設(shè)計(jì)對(duì)象自身的工作效率。包括年工作效率及小時(shí)工作效率。對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)，還要了解機(jī)械

24、效率方面的需求。 （2）設(shè)計(jì)對(duì)象所具有的主要功能 包括總功能及實(shí)現(xiàn)總功能時(shí)分功能的動(dòng)作順序，特別是操作人員在總功能實(shí)現(xiàn)中所介人的程度 （3）設(shè)計(jì)對(duì)象與其工作環(huán)境的界面。這主要有輸入、輸出界面、裝載工件形式、操作員控制器的界面、輔助裝置的界面、溫度、濕度、灰塵等情況以及這些界面中哪些是由設(shè)計(jì)人員保證的，哪些是由用戶(hù)提供的。 （4）設(shè)計(jì)對(duì)象對(duì)操作者技術(shù)水平的需求。要求操作人員達(dá)到什么技術(shù)等級(jí)，并具備哪些專(zhuān)長(zhǎng)。 （5）設(shè)計(jì)對(duì)象是否被制造過(guò)，假如與設(shè)計(jì)對(duì)象類(lèi)似的產(chǎn)品已在生產(chǎn)，則應(yīng)參觀(guān)生產(chǎn)過(guò)程，并尋找有關(guān)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)文件。 （6）了解用戶(hù)自身的一些規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)。例如廠(chǎng)標(biāo)，一般技術(shù)要求，對(duì)產(chǎn)品表面的要求(防

25、蝕、色彩等)。搜集資料：收集資料是指盡可能收集與所要研發(fā)的設(shè)備、系統(tǒng)、項(xiàng)目有關(guān)信息，并建立項(xiàng)目信息庫(kù)。具體有。a、 已有的與所研發(fā)的設(shè)備、系統(tǒng)、項(xiàng)目相似或相同的項(xiàng)目的相關(guān)資料b、 所有的外構(gòu)件的企業(yè)的地址、價(jià)格的信息c、 所有外協(xié)件和技術(shù)支持人員的信息d、 相關(guān)的手冊(cè)資料e、 相關(guān)網(wǎng)站的地址2、設(shè)計(jì)對(duì)象工作原理 明確了設(shè)計(jì)對(duì)象的需求后就可以開(kāi)始工作原理設(shè)計(jì)了，這是總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣取決于設(shè)計(jì)人員能否有效地對(duì)系統(tǒng)的總功能進(jìn)行合理的抽象和分解，并能合理地運(yùn)用技術(shù)效應(yīng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，勇于開(kāi)拓新的領(lǐng)域，探索新的工作原理，使總體設(shè)計(jì)方案最佳化，從而形成總體方案的初步輪廓。3、主要結(jié)構(gòu)方案的選擇

26、 機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，選擇主要結(jié)構(gòu)方案時(shí)必須保證系統(tǒng)所要求的精度、工作穩(wěn)定可靠、制造工藝性好，應(yīng)符合運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原則或誤差均化的原理。按運(yùn)動(dòng)學(xué)原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不允許有過(guò)多的約束。但當(dāng)約束點(diǎn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)且載荷較大時(shí)，約束處變形大，易磨損，這時(shí)可以采用誤差均化原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這時(shí)可以允許有過(guò)多的約束，例如滾動(dòng)導(dǎo)軌中的多個(gè)滾動(dòng)體，是利用滾動(dòng)體的彈性變形使?jié)L動(dòng)體直徑的微小誤差相互得到平均，從而保證了導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。 4、系統(tǒng)簡(jiǎn)圖的繪制 選擇或設(shè)計(jì)了系統(tǒng)中各主要功能部件之后，用各種符號(hào)代表各子系統(tǒng)中功能部件，包括控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)等，根據(jù)總體方案的工作原理，畫(huà)出它們

27、的總體安排，形成機(jī)、電有機(jī)結(jié)合的機(jī)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。 根據(jù)這些簡(jiǎn)圖，進(jìn)行方案論證并做多次修改，確定最佳方案。在總體安排圖中，機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖表示，其他子系統(tǒng)可用方框圖表示。 總體設(shè)計(jì)步驟示意圖第四節(jié) 機(jī)電控制工程總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 機(jī)電控制系統(tǒng)(或產(chǎn)品)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它所包含的設(shè)計(jì)內(nèi)容是非常廣泛的，需要綜合應(yīng)用各項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)才能完成。在機(jī)電控制系統(tǒng)(或產(chǎn)品)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下的問(wèn)題。 (1)各種技術(shù)方案的等效性、互補(bǔ)性及可比性 機(jī)電控制設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，當(dāng)產(chǎn)品的某一功能單靠某一種技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須進(jìn)行機(jī)械與電子及其他多種技術(shù)有機(jī)結(jié)臺(tái)的體

28、化設(shè)計(jì)；另一方面，當(dāng)產(chǎn)品某一功能的實(shí)現(xiàn)有多種可行的技術(shù)方案時(shí)，也必須應(yīng)用機(jī)電控制技術(shù)對(duì)各種技術(shù)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，在充分考慮同其他功能單元的連接與匹配的條件下，選擇最適合的技術(shù)方案。因此，機(jī)電控制設(shè)計(jì)必須充分考慮各種技術(shù)方案的等效性、互補(bǔ)性及可比性。 在某些情況下，產(chǎn)品的功能必須通過(guò)機(jī)電配合才能實(shí)現(xiàn)，這時(shí)兩種技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充的，即具有互補(bǔ)性。例：鈔券包裝箱開(kāi)箱機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)控制，僅靠電子裝置或機(jī)構(gòu)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只有兩者結(jié)合起來(lái)，并充分考慮機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性與控制裝置硬件、軟件控制性能之間的相互影響和相互補(bǔ)充，才能獲得最佳的實(shí)現(xiàn)方案。當(dāng)多種可行的技術(shù)方案同時(shí)存在時(shí)，說(shuō)明在實(shí)現(xiàn)具體功能上它們具有等效性。如在機(jī)床上加工螺紋或齒輪時(shí)，工件與刀具之間的內(nèi)聯(lián)系可以通過(guò)機(jī)械方案實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)電氣方案實(shí)現(xiàn)；然而等效并不是等價(jià)，孰優(yōu)孰劣需要通過(guò)評(píng)價(jià)才能知道。由于不同的技術(shù)方案往往具有不同的參量，評(píng)價(jià)時(shí)需要選擇具有相同量綱的性能指標(biāo)(如成本、可靠性、精度等)，或引入新的參量(如時(shí)間等)將不同