第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(xiugai)

1、第二章 機電系統(tǒng)總體技術(shù)l 系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)工程的系統(tǒng)工程的觀點和方法觀點和方法，將系統(tǒng)總體，將系統(tǒng)總體分解分解成相互有機聯(lián)系的若干成相互有機聯(lián)系的若干功能單元，并以功能單元為子系統(tǒng)繼續(xù)分解，直至找功能單元，并以功能單元為子系統(tǒng)繼續(xù)分解，直至找到可實現(xiàn)的技術(shù)方案，然后再把功能和技術(shù)方案組合到可實現(xiàn)的技術(shù)方案，然后再把功能和技術(shù)方案組合進行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。進行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。l 解決問題：系統(tǒng)的性能優(yōu)化問題和組成要素之間的有解決問題：系統(tǒng)的性能優(yōu)化問題和組成要素之間的有機聯(lián)系問題機聯(lián)系問題, , 使整個系

2、統(tǒng)很好的協(xié)調(diào)的正常運行。使整個系統(tǒng)很好的協(xié)調(diào)的正常運行。l 相關(guān)內(nèi)容：機械技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計、相關(guān)內(nèi)容：機械技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計、CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)、可技術(shù)、可靠性設(shè)計、價值工程等?？啃栽O(shè)計、價值工程等。順序設(shè)計，各自為政合理分工，協(xié)同作戰(zhàn)本章內(nèi)容l機電系統(tǒng)設(shè)計的工程路線l機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l 機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計本章內(nèi)容l機電系統(tǒng)設(shè)計的工程路線l機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l 機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計本章內(nèi)容l機電系統(tǒng)設(shè)計的工程路線l機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l 機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)設(shè)計的工程路線機電系統(tǒng)設(shè)計的

3、工程路線 現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征 機電系統(tǒng)的設(shè)計類型 機電系統(tǒng)的設(shè)計方法 機電產(chǎn)品設(shè)計的工程路線1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征工業(yè)高速發(fā)展和貿(mào)易競爭的加劇，迫切要求大幅度提高機電系統(tǒng)設(shè)計工作的質(zhì)量和速度。因此，開展現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的研究，在機電一體化技術(shù)中推廣和運用現(xiàn)代設(shè)計的方法，提高設(shè)計水平，是機電系統(tǒng)設(shè)計方法發(fā)展的必然趨勢。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（1）現(xiàn)代設(shè)計致力于澄清設(shè)計任務(wù)與設(shè)計目標，全面、系統(tǒng)地確定設(shè)計過程的起始條件和最終結(jié)果?？梢允乖O(shè)計過程始終不渝地從實際出發(fā)，達到預(yù)定的目標，取得優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計的結(jié)果。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（2）現(xiàn)代設(shè)計十分重視設(shè)計策略和戰(zhàn)略過程的研究，建立一種合理的設(shè)計秩序

4、，并且嚴格按照規(guī)范化的設(shè)計過程進行工作，求得較高的工作質(zhì)量和效率。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（3）現(xiàn)代設(shè)計極其強調(diào)抽象的設(shè)計構(gòu)思，防止過早地進入對某一已經(jīng)定型的實體結(jié)構(gòu)的分析，以便對系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)關(guān)系做本質(zhì)的和創(chuàng)新的設(shè)計構(gòu)思。頂層設(shè)計、概念設(shè)計1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（4）現(xiàn)代設(shè)計經(jīng)常采用擴展性的設(shè)計思維，自始至終地在尋求多種可行的方案和構(gòu)思，以便從中選擇、確定能夠令人滿意的解決方案，改變傳統(tǒng)設(shè)計中慣用的封閉式設(shè)計思維和主觀決策的現(xiàn)象，能夠達到較高的滿意程度。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（5）現(xiàn)代設(shè)計十分強調(diào)評價決策，盡量避免直接決策，排除決策中的主觀因素，使得在決策中所選定的設(shè)計方案能夠達到最佳的

5、價值水平。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（6）現(xiàn)代設(shè)計采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，對多種結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)性能進行各種不同性質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計方法，以求得綜合優(yōu)化的效果。1、現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的特征（7）現(xiàn)代設(shè)計重視運用電子計算機輔助設(shè)計，使設(shè)計人員從繁重的設(shè)計作業(yè)中解脫出來。（8）現(xiàn)代設(shè)計注重系統(tǒng)地進行概念設(shè)計，采用特殊形式表達設(shè)計結(jié)果。2、機電系統(tǒng)的設(shè)計類型l開發(fā)性設(shè)計l適應(yīng)性設(shè)計l變異性設(shè)計l性能擴展性設(shè)計l仿制性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計l沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足要求的產(chǎn)品。最初的錄像機、攝像機的設(shè)計就屬于開發(fā)性設(shè)計。適應(yīng)性設(shè)計l在總的方案原理基本保持不變的情況下，對

6、現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。電子式照相機采用電子快門、自動曝光代替手動調(diào)整，使其小型化、智能化；電動縫紉機；增程式火箭系統(tǒng)。變異性設(shè)計l在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，外形設(shè)計等，使之適應(yīng)于不同場合的要求。由于傳遞扭距或速比發(fā)生變換而重新設(shè)計傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計屬于變異性設(shè)計。性能擴展性設(shè)計l在設(shè)計原理方案基本不變條件下，只在原方案基礎(chǔ)上加以少量的改進，或是采用現(xiàn)代化的高科技單元部件，使原產(chǎn)品性能提高，功能擴展，應(yīng)用范圍擴大。全自動洗衣機等仿制性設(shè)計

7、l在設(shè)計原理方案、結(jié)構(gòu)不變情況下，將原產(chǎn)品進行分解、測繪、反設(shè)計計算得到的各種設(shè)計參數(shù)，再根據(jù)所得到的各種設(shè)計參數(shù)，在此基礎(chǔ)上制定新的設(shè)計原理方案，所研制新產(chǎn)品的性能特點、功能指標與原設(shè)計類同，只是設(shè)計后所用單元性能與原方案有所區(qū)別，研制生產(chǎn)所用材料和工藝不同，均屬于仿制性設(shè)計。3、機電系統(tǒng)的設(shè)計方法a. 機電互補設(shè)計法b. 機電結(jié)合設(shè)計法c. 機電組合設(shè)計法d. 反向設(shè)計法l 綜合應(yīng)用機械技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等各項技術(shù)的特長，設(shè)計出最佳的機電系統(tǒng)。設(shè)計者根據(jù)所設(shè)計的機電系統(tǒng)選用相應(yīng)的設(shè)計方法。機電互補設(shè)計法l機電互補設(shè)計法也可稱為取代法。l采用通用或?qū)Ｓ秒?/p>

8、子產(chǎn)品取代傳統(tǒng)機械系統(tǒng)（或產(chǎn)品）中的復(fù)雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。該方法是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進行技術(shù)改造常用的方法，也是改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的常用方法。機電結(jié)合設(shè)計法l在機電系統(tǒng)（或產(chǎn)品）設(shè)計中，為了實現(xiàn)單元部件的標準化、通用化、系列化，常把各組成部件有機結(jié)合為一體，構(gòu)成專用或通用的功能單元系統(tǒng)，充分利用不同部件之間機電參數(shù)的有機匹配。功能式傳感器采用傳感器和放大器的結(jié)合微型電機系統(tǒng)采用功率放大電路和微型電機結(jié)合機電組合設(shè)計法l組合法就是選用各種標準功能模塊組合設(shè)計成機電一體化系統(tǒng)。設(shè)計一臺數(shù)控機床,可以依據(jù)機床的性能要求,通過對不同廠家的計算機控制單元、伺服驅(qū)動單元、

9、位移和速度測試單元及主軸、導(dǎo)軌、刀架、傳動系統(tǒng)等產(chǎn)品的評估分析,研究各單元間接口關(guān)系和各單元對整機性能的影響，通過優(yōu)化設(shè)計確定機床的結(jié)構(gòu)組成。反向設(shè)計法l當(dāng)確定要開發(fā)新產(chǎn)品后，選定市場上當(dāng)前最流行的有代表意義的優(yōu)秀產(chǎn)品，進行剖析、測繪、評估，最后提出設(shè)計分析報告和建議，以確定自己的開發(fā)策略。l進行反向設(shè)計的目的是為了開發(fā)新產(chǎn)品，它是市場競爭最有力也是最有效的方法。例如各種山寨產(chǎn)品遵守知識產(chǎn)權(quán)規(guī)則4 設(shè)計準則 設(shè)計準則主要考慮設(shè)計準則主要考慮“人、機、材料、成本人、機、材料、成本”等因素，而產(chǎn)品的可靠性、適用性與完善性設(shè)計等因素，而產(chǎn)品的可靠性、適用性與完善性設(shè)計最終可歸結(jié)于：最終可歸結(jié)于：在保

10、證目的功能要求與適當(dāng)壽命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，7070決定于設(shè)計階段決定于設(shè)計階段. . 在設(shè)計階段可從兩方面采取措施：在設(shè)計階段可從兩方面采取措施：一、從用戶需求出發(fā)降低使用成本，一、從用戶需求出發(fā)降低使用成本，二、從制造的立場出發(fā)降低設(shè)計與制造成本。二、從制造的立場出發(fā)降低設(shè)計與制造成本。4、機電產(chǎn)品設(shè)計的工程路線l機電一體化工程路線是指應(yīng)用機電一體化技術(shù)進行產(chǎn)品開發(fā)的整個過程體系。機電一體化工程路線包括市場調(diào)研、產(chǎn)品構(gòu)思、方案設(shè)計與評價、詳細設(shè)計、質(zhì)量規(guī)劃與控制、制造工藝規(guī)劃、樣機試制、正式生產(chǎn)、用戶意見反

11、饋、修改與完善等各個階段。試制樣機功能與結(jié)構(gòu)分析模塊化設(shè)計制造/外購？詳細設(shè)計市場調(diào)查模塊化設(shè)計制造/外購？市場調(diào)查詳細設(shè)計硬件制造外購軟件制造外購分析求解、模擬試驗物理、數(shù)學(xué)模型評價與審定？是否構(gòu)思(初步設(shè)計)可行性論證、技術(shù)經(jīng)濟分析市場調(diào)查、需求分析、銷售預(yù)測擬定新產(chǎn)品目標及初步技術(shù)規(guī)范總體性能測試技術(shù)評價與審定？生產(chǎn)設(shè)計是小批量生產(chǎn)試銷效果是否好？正常生產(chǎn)廣告宣傳銷售收集用戶意見是否在原構(gòu)思上修改？分析原因修改設(shè)計否否初步方案設(shè)計是否結(jié)束？否總結(jié)經(jīng)驗與教訓(xùn)物理、數(shù)學(xué)模型是否修改？否是否是是是機電系統(tǒng)（產(chǎn)品）的工程路線機電產(chǎn)品設(shè)計的工程路線1、擬定設(shè)計目標2、市場調(diào)研3、總體方案設(shè)計（初步

12、）4、初步設(shè)計方案評審5、確定數(shù)學(xué)模型（理論）6、詳細設(shè)計虛擬樣機、試驗樣機7、詳細設(shè)計方案評審8、試制樣機9、樣機試驗、測試10、技術(shù)評價與審定11、小批量生產(chǎn)12、試銷13、正常生產(chǎn)，收集意見14、銷售、收集意見1、市場調(diào)研、市場調(diào)研p 市場調(diào)研包括市場調(diào)研包括市場調(diào)查市場調(diào)查和和市場預(yù)測市場預(yù)測。p所謂市場調(diào)查就是運用科學(xué)的方法，系統(tǒng)地、全面地所謂市場調(diào)查就是運用科學(xué)的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設(shè)計產(chǎn)品市場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，收集所設(shè)計產(chǎn)品市場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢。分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢。p而市場預(yù)測就

13、是在市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用科學(xué)方法而市場預(yù)測就是在市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用科學(xué)方法和手段，根據(jù)歷史資料和現(xiàn)狀，通過定性的經(jīng)驗分析和手段，根據(jù)歷史資料和現(xiàn)狀，通過定性的經(jīng)驗分析或定量的科學(xué)計算，對市場未來的不確定因素和條件或定量的科學(xué)計算，對市場未來的不確定因素和條件做出預(yù)計、測算和判斷，為產(chǎn)品的方案設(shè)計提供依據(jù)。做出預(yù)計、測算和判斷，為產(chǎn)品的方案設(shè)計提供依據(jù)。2、總體方案設(shè)計、總體方案設(shè)計1) 產(chǎn)品方案構(gòu)思產(chǎn)品方案構(gòu)思p產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計方案表產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計方案表達出來。方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了，反映機電一體化達出來。方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了，反映機電

14、一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關(guān)系，同時應(yīng)便于后面的修改。系統(tǒng)各組成部分的相互關(guān)系，同時應(yīng)便于后面的修改。2) 方案的評價對多種構(gòu)思和多種方案進行篩選，選擇方案的評價對多種構(gòu)思和多種方案進行篩選，選擇較好的可行方案進行分析組合和評價，從中再選幾個較好的可行方案進行分析組合和評價，從中再選幾個方案按照機電一體化系統(tǒng)設(shè)計評價原則和評價方法進方案按照機電一體化系統(tǒng)設(shè)計評價原則和評價方法進行深入的綜合分析評價，最后確定實施方案。行深入的綜合分析評價，最后確定實施方案。 試制樣機功能與結(jié)構(gòu)分析模塊化設(shè)計制造/外購？詳細設(shè)計市場調(diào)查模塊化設(shè)計制造/外購？市場調(diào)查詳細設(shè)計硬件制造外購軟件制造外購分析求解、模擬試

15、驗物理、數(shù)學(xué)模型評價與審定？是否構(gòu)思(初步設(shè)計)可行性論證、技術(shù)經(jīng)濟分析市場調(diào)查、需求分析、銷售預(yù)測擬定新產(chǎn)品目標及初步技術(shù)規(guī)范總體性能測試技術(shù)評價與審定？生產(chǎn)設(shè)計是小批量生產(chǎn)試銷效果是否好？正常生產(chǎn)廣告宣傳銷售收集用戶意見是否在原構(gòu)思上修改？分析原因修改設(shè)計否否初步方案設(shè)計是否結(jié)束？否總結(jié)經(jīng)驗與教訓(xùn)物理、數(shù)學(xué)模型是否修改？否是否是是是機電系統(tǒng)設(shè)計工程路線機電系統(tǒng)設(shè)計工程路線總體方案3、詳細設(shè)計、詳細設(shè)計p詳細設(shè)計是根據(jù)綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，從技術(shù)上詳細設(shè)計是根據(jù)綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，從技術(shù)上將其細節(jié)逐層全部展開，直至完成產(chǎn)品樣機試制所需全將其細節(jié)逐層全部展開，直至完成產(chǎn)品樣機試制所需

16、全部技術(shù)圖紙及文件的過程。部技術(shù)圖紙及文件的過程。 4、樣機試制與試驗、樣機試制與試驗p完成產(chǎn)品的詳細設(shè)計后，即可進入樣機試制與試驗階段。完成產(chǎn)品的詳細設(shè)計后，即可進入樣機試制與試驗階段。樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工況試驗，通過試驗考樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工況試驗，通過試驗考核樣機的各種性能指標是否滿足設(shè)計要求，考核樣機的可核樣機的各種性能指標是否滿足設(shè)計要求，考核樣機的可靠性。如果樣機的性能指標和可靠性不滿足設(shè)計要求，則靠性。如果樣機的性能指標和可靠性不滿足設(shè)計要求，則要修改設(shè)計，重新制造樣機，重新試驗。如果樣機的性能要修改設(shè)計，重新制造樣機，重新試驗。如果樣機的性能指標和可靠性

17、滿足設(shè)計要求，則進入產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階指標和可靠性滿足設(shè)計要求，則進入產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段。段。5 5、小批量生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)p產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段實際上是產(chǎn)品的試生產(chǎn)試銷售產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)階段實際上是產(chǎn)品的試生產(chǎn)試銷售階段。這一階段的主要任務(wù)是跟蹤調(diào)查產(chǎn)品在市場上階段。這一階段的主要任務(wù)是跟蹤調(diào)查產(chǎn)品在市場上的情況，收集用戶意見，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計和制造方面的情況，收集用戶意見，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計和制造方面存在的問題，并反饋給設(shè)計、制造和質(zhì)量控制部門。存在的問題，并反饋給設(shè)計、制造和質(zhì)量控制部門。6 6、大批量生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)p經(jīng)過小批量試生產(chǎn)和試銷售的考核，排除產(chǎn)品設(shè)計和經(jīng)過小批量試生產(chǎn)和試銷售的

18、考核，排除產(chǎn)品設(shè)計和制造中存在的各種問題后，即可投入大批量生產(chǎn)。制造中存在的各種問題后，即可投入大批量生產(chǎn)。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述總體方案設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的前期工作，是一種概念性概念性的設(shè)計。它的優(yōu)劣直接影響到機電系統(tǒng)的總體性能及使用。它是從系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，根據(jù)設(shè)計目標的要求，綜合考慮各個部分之間的關(guān)系，從系系統(tǒng)統(tǒng)角度進行優(yōu)化，確定系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計方案。系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念l具有特定功能的、相互之間具有有機聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的一個群體。l系統(tǒng)包括組成要素、要素之間的相互作用和系統(tǒng)整體的確定功能三個方面，缺一不可。l系統(tǒng)是一個有機的整體，整體性是系統(tǒng)最基

19、本的特性。系統(tǒng)整體所獲得的新的特性、新的功能是各組成要素在孤立狀態(tài)時所沒有的。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念u任何物質(zhì)系統(tǒng)都具有層次性，層次具有多樣性。l縱向的母子系統(tǒng)，可構(gòu)成垂直系統(tǒng)的層次；l橫向的同一層次中，又可構(gòu)成各種平行的系統(tǒng)；l縱橫交錯的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，又可構(gòu)成各種交叉層次 。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l系統(tǒng)的概念是相對相對的，以考慮問題的角度不同而異。l例如：（1）單機（如一臺CNC機床）（2）單機+輸送設(shè)備等=制造系統(tǒng)（FMS）（3）制造系統(tǒng)+規(guī)劃管理=集成系統(tǒng)（CIMS）正確理解系統(tǒng)的概念正確理解系統(tǒng)

20、的概念機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l系統(tǒng)工程的思想是：從整體目標出發(fā)，將總體功能分解成若干功能單元，找出能夠完成各個單元功能的技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案合成、組合、分析、評價和優(yōu)選，進而實現(xiàn)在給定條件下的整體優(yōu)化。正確理解系統(tǒng)的概念正確理解系統(tǒng)的概念機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l發(fā)展機電一體化的系統(tǒng)技術(shù)，自覺應(yīng)用好系統(tǒng)工程的概念和方法，把握好系統(tǒng)的組成和作用規(guī)律，對系統(tǒng)設(shè)計的成敗具有關(guān)鍵作用和重要意義。冰山效應(yīng)機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容機電系統(tǒng)總體設(shè)計的目的是

21、設(shè)計出綜合性能最優(yōu)或較優(yōu)的總體方案，作為進一步詳細設(shè)計的作為進一步詳細設(shè)計的綱領(lǐng)和依據(jù)綱領(lǐng)和依據(jù)。總體方案的確定并非是一成不變的總體方案的確定并非是一成不變的，在詳細設(shè)計結(jié)束后，應(yīng)再對整體性能指標進行復(fù)查，如發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時修改總體方案，甚至在樣機試制出來之后或在產(chǎn)品使用過程中，如發(fā)現(xiàn)總體方案存在問題，也應(yīng)及時加以改進。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述l它是從系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，根據(jù)設(shè)計目標的要求，綜合考慮各個部分之間的關(guān)系，從系統(tǒng)角度進行優(yōu)化，確定系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計方案。指導(dǎo)思想：從整體目標出發(fā)；工作過程：綜合分析各組成單元的特性；設(shè)計結(jié)果：選擇合理的組合方案，得到最優(yōu)

22、解。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容前期工作準備機電系統(tǒng)工作原理的設(shè)計機電系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇摩擦形式的選擇電路結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計機電系統(tǒng)簡圖設(shè)計機電系統(tǒng)總體精度分配總體設(shè)計報告機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述機電系統(tǒng)總體設(shè)計概述總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容1.前期工作盡可能完善設(shè)計需求、背景技術(shù)資料、使用環(huán)境、設(shè)計對象的主要功能、初步技術(shù)指標、現(xiàn)有條件等A.搜集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料搜集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料B.了解所設(shè)計產(chǎn)品的使用要求了解所設(shè)計產(chǎn)品的使用要求C.了解生產(chǎn)單位的加工能力了解生產(chǎn)單位的加工能力D.確定功能指標

23、、安全性指標等確定功能指標、安全性指標等總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容2.機電系統(tǒng)工作原理的設(shè)計總體設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣取決于設(shè)計人員能否有效的對系統(tǒng)的總功能進行合理的抽象抽象和分解分解，并能合理的運用技術(shù)效應(yīng)進行創(chuàng)新設(shè)計，勇于開拓新的領(lǐng)域和探索新的工作原理，使總體設(shè)計方案最佳化，從而形成總體方案的初步輪廓?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容3.機電系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇機械類單元、電氣類單元對于電氣類功能單元在市場已有現(xiàn)成的產(chǎn)品，設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計要求選擇。在市場上沒有的產(chǎn)品，設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計要求進行改進，調(diào)試修改，完善提高，達到設(shè)計使用要求?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容3

24、.機電系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇機械結(jié)構(gòu)是機電一體化產(chǎn)品的主體，也是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的載體。在某種意義上來講，主體機械結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的總體布局有著決定性的影響?？傮w布局和主體機械結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計包含：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、單元部件結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇主要結(jié)構(gòu)方案時，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)符合運動學(xué)設(shè)計原則或誤差均化原理。 保證實現(xiàn)預(yù)期的功能 總目標 降低制造成本 保障人和環(huán)境的安全 保證系統(tǒng)功能可靠的方法： 冗余配置 明確 基本原則 簡單 安全可靠 功能載體工作原理明確功能載體使用工況明確零件數(shù)目盡可能減少幾何形狀簡單規(guī)則采用標準零件構(gòu)件的可靠性功能可靠性工作安全性和環(huán)境適

25、應(yīng)性并聯(lián)冗余串聯(lián)冗余原理冗余例如：1、飛機上的備用發(fā)動機（雙驅(qū)動或三驅(qū)動） 2、煤礦井下的水泵系統(tǒng)采用兩套或三套配置（一套運轉(zhuǎn)、一套維修、一套備用）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計原理與原則1 1) )運動學(xué)設(shè)計原則運動學(xué)設(shè)計原則空間物體有六個自由度，自由度S與約束q關(guān)系是：S = 6-q應(yīng)該合理施加約束，滿足物體所所需要的運動方式。要求約束： 1、點約束 2、約束點離開遠些 3、自由度限制方向應(yīng)垂直于被約束平面平面3maxq直線2maxq2 2) )、基準面合一原則、基準面合一原則 3)、傳動鏈最短原則、傳動鏈最短原則 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu) 實現(xiàn)最短傳動鏈 好處：傳動性能穩(wěn)定性愈好，傳動精度愈高傳動性能穩(wěn)定性愈好

26、，傳動精度愈高 基準 設(shè)計基準（圖紙上）工藝基準（制造基準）定位基準測量基準裝配基準 結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量滿足：定位基準面與使用或加工基準面統(tǒng)一原則，可以減小由于基準不一致帶來的誤差。 電機變速箱運動轉(zhuǎn)換執(zhí)行機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換執(zhí)行機構(gòu)高分辨率控制電機直線電機執(zhí)行機構(gòu)直線電機與執(zhí)行機構(gòu)一體化裝置4)、“三化三化”原則原則三化三化零件標準化部件通用化產(chǎn)品系列化“三化”原則是國家一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策，是國家一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策，優(yōu)點在于：互換性好；縮短制造周期；維護方便。如：課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計時，設(shè)計的齒輪、滾珠絲杠、液壓缸尺寸符合標準公稱系列；選用材料牌號、規(guī)格符合國家標準等。5)、阿貝原則（提高精度原理）

27、、阿貝原則（提高精度原理） 德國人阿貝1890年提出對精密量儀有指導(dǎo)意義的原則：若使量儀測量結(jié)果準確，必須將測量儀的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。 原因是這樣做避免了一階誤差。例如：游標卡尺 不符合阿貝原則，精度較低 千分尺（螺旋測微儀） 符合阿貝原則，精度較高 此外還有一些原則，如：合理力流原則、變形協(xié)調(diào)原則、變形如：合理力流原則、變形協(xié)調(diào)原則、變形最小原則、平均效應(yīng)原則、穩(wěn)定性原則等。最小原則、平均效應(yīng)原則、穩(wěn)定性原則等?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容4.摩擦形式的選擇摩擦現(xiàn)象十分復(fù)雜，按摩擦副的不同情況分類為滑動、滾動摩擦，靜、動摩擦，干、濕摩擦。設(shè)計機電一體化機械系統(tǒng)時要認真

28、選擇運動機構(gòu)的摩擦形式，如果處理的不好，由于動、靜摩擦力差別很大，造成爬行、振動，會影響控制系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性?？傮w方案設(shè)計時，必須選擇具有適應(yīng)于工作要求摩擦形式的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副相對運動時的摩擦形式有滑動、滾動、液體靜壓滑動、氣體靜壓滑動等幾種形式?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容5.電路結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計在機電系統(tǒng)設(shè)計中，檢測系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計，執(zhí)行元件的驅(qū)動電路設(shè)計，從電路結(jié)構(gòu)方案設(shè)計方法可以分為兩大類：1.設(shè)計選擇式l合理組合，滿足總體方案設(shè)計要求2.以設(shè)計為主，選擇單元為輔l設(shè)計要合理，且設(shè)計有抗干擾、過壓保護和過流保護電路。把強電、弱電單元分開布置。l對于強電場干擾場合，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

29、應(yīng)加入抗干擾元件和外加屏蔽罩，有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容6.機電系統(tǒng)簡圖的設(shè)計完成各功能單元后，采用各種符號或方塊圖形式表示各子系統(tǒng)功能單元?？刂葡到y(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、機械執(zhí)行系統(tǒng)、機械主機系統(tǒng)等。根據(jù)總體設(shè)計的工作原理，畫出它們的總體圖、形成機、電、控有機結(jié)合的機電一體化系統(tǒng)簡圖。根據(jù)簡圖，進行方案論證，分析研究修改，確定最佳設(shè)計方案。總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容7.機電系統(tǒng)總體精度分配總體精度分配是將機、電、控、檢測各子系統(tǒng)的精度進行分配。精度分配時，應(yīng)根據(jù)各子系統(tǒng)所用技術(shù)系統(tǒng)的特點進行分配，不應(yīng)采取平均分配的方法。對于具有數(shù)

30、字特征的電、控、檢測子系統(tǒng)可按數(shù)字精度進行分配；對于具有模擬量特征的機、電、檢測子系統(tǒng)，則可按技術(shù)難易程度進行精度分配?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容7.機電系統(tǒng)總體精度分配在精度初步分配后，要進行誤差計算，把各子系統(tǒng)的誤差按系統(tǒng)誤差、隨機誤差歸類，分別計算，并與分配的精度進行比較，進行反復(fù)修改，使各個部分的精度盡可能合理?？傮w精度分配的目標是以滿足總體精度為約束，使各個子系統(tǒng)的精度盡可能低低，達到獲得最佳性能價格比的目標。總體設(shè)計的主要內(nèi)容總體設(shè)計的主要內(nèi)容8.總體設(shè)計報告總結(jié)上述設(shè)計過程的各個方面，寫出總體設(shè)計報告，為總體裝配圖和部件裝配圖的繪制做好準備?？傮w設(shè)計報告要突出設(shè)計重點，

31、將所設(shè)計系統(tǒng)的特點闡述清楚，同時應(yīng)列出所采取的措施及注意事項。l在機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計中，機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計是總體設(shè)計的核心關(guān)鍵部分，具有戰(zhàn)略性和方向性的意義。l對總體功能進行抽象和分解。l充分體現(xiàn)創(chuàng)造力的環(huán)節(jié)。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計復(fù)雜的設(shè)計簡單的模式分析抽象l1、設(shè)計任務(wù)抽象、設(shè)計任務(wù)抽象l從系統(tǒng)的功能出發(fā)，將設(shè)計任務(wù)抽象。為什么要抽象？突出基本的、必要的要求，擯棄偶然情況和枝節(jié)問題，便于抓住設(shè)計問題核心。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系

32、統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計復(fù)雜的設(shè)計簡單的模式分析抽象l1、設(shè)計任務(wù)抽象、設(shè)計任務(wù)抽象l從系統(tǒng)的功能出發(fā)，將設(shè)計任務(wù)抽象。為什么要抽象？避免構(gòu)思方案前形成的條條框框，放開視野，尋求更為理想的設(shè)計方案。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計復(fù)雜的設(shè)計簡單的模式分析抽象l1、設(shè)計任務(wù)抽象、設(shè)計任務(wù)抽象l 實踐證明，通過有效的抽象化，設(shè)計人員能夠在不涉及具體解決方案的情況下，就完全可以清晰地掌握設(shè)計產(chǎn)品的基本功能和主要約束條件。l 緊抓設(shè)計中的主要矛盾，把思維注意力集中到關(guān)鍵問題上來，最終可以準確確定產(chǎn)品的總功能。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案

33、設(shè)計l1、設(shè)計任務(wù)抽象、設(shè)計任務(wù)抽象l從系統(tǒng)的功能出發(fā)，將設(shè)計任務(wù)抽象。如何將設(shè)計任務(wù)抽象？工程中常用的方法是“黑箱法黑箱法”。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法l 所謂“黑箱”，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)。人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。 l 黑箱方法從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統(tǒng)，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法l 將待設(shè)計

34、的系統(tǒng)暫時看成一個黑箱，然后根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系來確定系統(tǒng)功能原理解原理解的一種方法。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法l物質(zhì)流、能量流、信息流l物質(zhì)流是系統(tǒng)的工作對象和載體。能量流存在于能量變換與傳遞的整個過程，系統(tǒng)工作過程所需的能量形態(tài)變化和實現(xiàn)動作過程所需動力。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法l物質(zhì)流、能量流、信息流信息流是反映信號、數(shù)據(jù)檢測、傳輸、變換和顯示的過程，實現(xiàn)系統(tǒng)工作過程的操縱、控制及信息傳輸、變換和顯示?！叭詣尤詣印闭障鄼C的主要信息流照相機的主要信息流“全自動全自動”照相機照

35、相機調(diào)焦電機控制信號調(diào)焦電機控制信號光圈電機控制信號光圈電機控制信號圖像信號圖像信號光強信號光強信號機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法lCNC齒輪測量中心CNC齒輪測量中心齒輪測量中心（黑箱）（黑箱）測量結(jié)果測量結(jié)果被測工件被測工件驅(qū)動能驅(qū)動能測量要求測量要求溫度溫度振動振動灰塵灰塵噪聲噪聲振動振動無功熱無功熱CNC齒輪測量中心的黑箱示意圖齒輪測量中心的黑箱示意圖機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l2、黑箱法、黑箱法l用黑箱法進行露天礦開采挖掘機的方案設(shè)計挖掘機挖掘機煤（礦）煤（礦）驅(qū)動能驅(qū)動能啟動信號啟動信號溫度溫度濕度

36、濕度灰塵灰塵噪聲噪聲振動振動熱量熱量煤（裝車）煤（裝車）挖運能力挖運能力停止信號停止信號機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l黑箱法求解過程就是黑箱白化的過程。l通常情況下，系統(tǒng)都是較為復(fù)雜的，很難直接求得滿足總功能的系統(tǒng)方案。l功能分解法機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l 功能分解的目的是把給定的總功能逐步分解為一組可實現(xiàn)的、低復(fù)雜度的子功能，使得子功能可以直接映射到結(jié)構(gòu)或組件上，并由此得到產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)模型。這是一個由粗到細，由抽象到具體的過程。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)

37、計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l 功能分解的一般方法是將總功能逐級分解為一級子功能、二級子功能等，其末端是基本功能，稱為功能元。l 功能元足夠小能夠直接由相應(yīng)構(gòu)件實現(xiàn)。l 如何判斷功能分解的結(jié)束，仍然是一個開放性的問題。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l最小的基本分功能或滿足功能要求的最小單位稱之為功能元功能元。l機電一體化系統(tǒng)基本功能元：物理功能元物理功能元：變換、合并分離、傳導(dǎo)隔阻、儲存邏輯功能元邏輯功能元：與、或、非數(shù)學(xué)功能元數(shù)學(xué)功能元：加、減、乘、除、乘方、開方、微分、積分機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)

38、計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l通過逐級分解的功能，找出相應(yīng)的基本功能的實現(xiàn)原理、實現(xiàn)方法、實現(xiàn)機構(gòu)和實現(xiàn)裝置。l功能分解可圖解為樹狀結(jié)構(gòu)。機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l功能分解有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，即將系統(tǒng)根據(jù)功能分解為若干模塊，通過模塊的不同組合，可以得到不同品種、不同規(guī)格的產(chǎn)品。機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計例：點鈔機l抽象總功能黑箱法機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計例：點鈔機l抽象總功能黑箱法點鈔機鈔票電真鈔票（

39、計數(shù)）假鈔票（報警） 計數(shù)、鑒偽計數(shù)、鑒偽機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計例：點鈔機l功能分解逐級分解直至找到功能元 最小的功能單位點鈔機（計數(shù)、鑒偽）計數(shù)功能鑒偽功能輔助功能捻抄出抄接抄計數(shù)磁 光錄碼網(wǎng)絡(luò)報警機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計拉伸儀試件電變形后的試件數(shù)據(jù)（力、變形）例：材料拉伸試驗機機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計材料拉伸試驗機的功能樹力變形測量力變形測量試件拉伸試件拉伸力測量力測量變形測量變形測量動作控制動作控制試試件件夾夾持持松松開開夾頭移動夾

40、頭移動運運動動形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換速速度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換信信號號取取得得放放大大顯顯示示開開機機停停機機自自動動停停機機信信號號取取得得放放大大顯顯示示機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計榨汁機水果塊電果汁（液、渣）熱、振動例：榨汁機機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計榨汁機的功能樹粉碎水果粉碎水果輔助功能輔助功能粉碎水果粉碎水果安全功能安全功能動作控制動作控制自自動動殘殘渣渣分分離離自自動動輸輸出出果果汁汁放放水水果果切切水水果果防防外外濺濺開開機機停停機機過過溫溫保保護護防防刀刀具具飛飛出出機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)

41、計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l3、總功能分解、總功能分解l露天礦開采挖掘機功能分解圖機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l4、尋找子功能解、尋找子功能解l 各種功能實施的基礎(chǔ)：以自然科學(xué)原理為基礎(chǔ)的技術(shù)效應(yīng)，例如以物理學(xué)為主要技術(shù)基礎(chǔ)的力學(xué)、機械學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等原理廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，即所謂的物理效應(yīng)。機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計l4、尋找子功能解、尋找子功能解l同一種功能可以用不同的技術(shù)效應(yīng)來實現(xiàn)，選出最佳的功能元實施原理方案，有以下途徑可以參考：參考資料、專利、產(chǎn)品；利

42、用創(chuàng)造性思維；利用設(shè)計目錄。機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計4、尋找子功能解、尋找子功能解參考資料、專利、產(chǎn)品 多觀察、多積累已有相關(guān)產(chǎn)品或?qū)＠男路f工作原理，在進行設(shè)計時才能左右逢源。（a）切向力 （b）摩擦力 （c）氣體力機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計4、尋找子功能解、尋找子功能解參考資料、專利、產(chǎn)品 多觀察、多積累已有相關(guān)產(chǎn)品或?qū)＠男路f工作原理，在進行設(shè)計時才能左右逢源。（d）負壓吸力 （e）重力 （f）靜電吸力機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計4、尋找子

43、功能解、尋找子功能解利用創(chuàng)造性思維 TRIZ理論TRIZ 故事故事1通紅的玻璃板通紅的玻璃板 在玻璃批量生產(chǎn)線上，對玻璃先進行加熱然后再進行加工，在玻璃批量生產(chǎn)線上，對玻璃先進行加熱然后再進行加工，加工完成后的玻璃仍處于通紅狀態(tài)，需要將其輸送到指定位加工完成后的玻璃仍處于通紅狀態(tài)，需要將其輸送到指定位置直至冷卻下來。置直至冷卻下來。 現(xiàn)在的問題是，因為玻璃還處于高溫，呈現(xiàn)柔軟的狀態(tài)，在現(xiàn)在的問題是，因為玻璃還處于高溫，呈現(xiàn)柔軟的狀態(tài)，在滾軸傳輸線的輸送過程中會因為重力下垂而造成變形，導(dǎo)致滾軸傳輸線的輸送過程中會因為重力下垂而造成變形，導(dǎo)致玻璃表面凹凸不平，后續(xù)需要大量的打磨工作來進行修正。玻璃

44、表面凹凸不平，后續(xù)需要大量的打磨工作來進行修正。 年輕的工程師提出將傳輸線上的滾軸直徑做到盡量小，以減年輕的工程師提出將傳輸線上的滾軸直徑做到盡量小，以減少玻璃懸空的面積，提高玻璃的平度。少玻璃懸空的面積，提高玻璃的平度。 “我們可以將滾軸直徑像火柴棍一樣細，我們可以將滾軸直徑像火柴棍一樣細，”年輕的工程師說，年輕的工程師說，“組成一個傳輸線組成一個傳輸線”。 “那么，每米長度內(nèi)將有大約那么，每米長度內(nèi)將有大約500 個滾軸，安裝時需要像做個滾軸，安裝時需要像做珠寶首飾一樣細致。珠寶首飾一樣細致。”老工程師說，老工程師說，“想一想這個傳輸線的想一想這個傳輸線的造價。造價?！?“我認為我們不能再

45、考慮滾軸傳輸線，我認為我們不能再考慮滾軸傳輸線，”一位工程師說一位工程師說“最最好用新的方法來替代它。好用新的方法來替代它?！?“有什么號辦法呢？有什么號辦法呢？”年輕的工程師說道年輕的工程師說道 突然，突然，TRIZ 先生出現(xiàn)了。先生出現(xiàn)了。 “讓我們來研究一下這個問題，讓我們來研究一下這個問題，”他說，他說，“從方法從方法上來選擇。上來選擇?！?隨后，一個基于分割原理的解決方案展示了出來：隨后，一個基于分割原理的解決方案展示了出來：突破常規(guī)思維的限制，將滾軸直徑無限縮小，小到頭突破常規(guī)思維的限制，將滾軸直徑無限縮小，小到頭發(fā)絲、發(fā)絲、1/100 毫米、毫米、1/1000 毫米、毫米、1/1

46、0000 毫米毫米一一直分割下去，會是什么呢？物質(zhì)呈現(xiàn)分子、原子狀態(tài)。直分割下去，會是什么呢？物質(zhì)呈現(xiàn)分子、原子狀態(tài)。 解決方案是：用熔化的錫來代替滾軸。傳輸線是一解決方案是：用熔化的錫來代替滾軸。傳輸線是一個長長的、盛滿熔化錫的槽子。由于錫的熔點低而沸個長長的、盛滿熔化錫的槽子。由于錫的熔點低而沸點高，正適合通紅的玻璃板的冷卻溫度區(qū)間，熔化錫點高，正適合通紅的玻璃板的冷卻溫度區(qū)間，熔化錫在重力作用下，會呈現(xiàn)出一個絕對平面，可以很好地在重力作用下，會呈現(xiàn)出一個絕對平面，可以很好地滿足此工序的要求。滿足此工序的要求。 而基于這個解決方案，又出現(xiàn)了很多的專利，比如而基于這個解決方案，又出現(xiàn)了很多的

47、專利，比如給錫通電可以與磁鐵一起作用，來完成對玻璃的成型給錫通電可以與磁鐵一起作用，來完成對玻璃的成型加工。加工。TRIZ 故事故事2巨大的過濾器巨大的過濾器一家工廠獲得了一個大訂單，產(chǎn)品是一個圓柱形過濾器，一家工廠獲得了一個大訂單，產(chǎn)品是一個圓柱形過濾器，圓柱的直徑圓柱的直徑1 米，長度米，長度2 米，軸向均勻分布直徑為米，軸向均勻分布直徑為0.5 毫毫米的密密麻麻的很多過濾通孔。米的密密麻麻的很多過濾通孔。 工程師們看到圖紙后都驚呆了，每個過濾器要加工出工程師們看到圖紙后都驚呆了，每個過濾器要加工出成千上萬個軸向小孔。成千上萬個軸向小孔。 “我們該如何來加工這么多的小孔呢？我們該如何來加工

48、這么多的小孔呢？”總工程師問總工程師問大家，大家，“用鉆床來鉆嗎？用鉆床來鉆嗎？” “顯然，鉆這么長的小孔是不可能實現(xiàn)的，也許可以顯然，鉆這么長的小孔是不可能實現(xiàn)的，也許可以用高溫鐵針來扎出這些孔，用高溫鐵針來扎出這些孔，”一位年輕的工程師毫無把一位年輕的工程師毫無把握地說道。握地說道。 所有的工程師都陷入了沉默。所有的工程師都陷入了沉默。 這似乎是一個無法解決的難題。這似乎是一個無法解決的難題。 突然，突然，TRIZ 先生出現(xiàn)了。先生出現(xiàn)了。 “我們既不需要鉆床，也不需要鐵針，這件事應(yīng)該這我們既不需要鉆床，也不需要鐵針，這件事應(yīng)該這樣來考慮樣來考慮” 隨后，一個基于局部質(zhì)量原理的解決方案展示

49、了出來：隨后，一個基于局部質(zhì)量原理的解決方案展示了出來： 將過濾器的功能進行分解，其主要構(gòu)成元素是過濾孔將過濾器的功能進行分解，其主要構(gòu)成元素是過濾孔和基體，有用功能的元素是過濾孔，即過濾孔是有用的和基體，有用功能的元素是過濾孔，即過濾孔是有用的局部質(zhì)量。每個過濾孔不就是一條管子嗎！局部質(zhì)量。每個過濾孔不就是一條管子嗎！ 拿一些細管，并捆扎起來，就形成了過濾器。這種過拿一些細管，并捆扎起來，就形成了過濾器。這種過濾器的組裝制造和拆離都可以非常方便的完成。濾器的組裝制造和拆離都可以非常方便的完成。 用細圓棒做原料，然后捆扎起來，而圓棒之間的空隙用細圓棒做原料，然后捆扎起來，而圓棒之間的空隙就形成

50、了過濾孔，也可以實現(xiàn)過濾器的功能。就形成了過濾孔，也可以實現(xiàn)過濾器的功能。機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計4、尋找子功能解、尋找子功能解利用設(shè)計目錄 設(shè)計目錄是一種設(shè)計信息庫，它通過設(shè)計過程中所需的大量信息，有規(guī)律地加以分類、排列、儲存，便于設(shè)計者查找和使用。機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原理解組合、原理解組合將各功能元的解合理組合，得到系統(tǒng)的原理解。分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系1.串聯(lián)結(jié)構(gòu)2.并聯(lián)結(jié)構(gòu)3.回路結(jié)構(gòu)功能元解的組合機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原

51、理解組合、原理解組合分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系1.串聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱順序結(jié)構(gòu)，反映分功能時間、空間順序或因果關(guān)系。 F1F2F3固定臺虎鉗工件夾緊機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原理解組合、原理解組合分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系2.并聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱選擇結(jié)構(gòu)，幾個分功能作為手段共同完成一個目的。 F1F2F3夾緊工件旋轉(zhuǎn)工件夾緊刀具送進刀具機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原理解組合、原理解組合分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系3.回路結(jié)構(gòu)又稱環(huán)形結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)反饋的作用。 F1F2F3機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機

52、電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原理解組合、原理解組合功能元解的組合解解p1pjpmp2分功能分功能F1F2FiFn組合組合1 1組合組合2 2機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計5、原理解組合、原理解組合功能元解的組合l進行方案構(gòu)思選擇系統(tǒng)原理方案時，用“窮盡法”將各分功能的解全部列出，就可寫出功能-功能解的形態(tài)學(xué)矩陣，形態(tài)即相應(yīng)的實現(xiàn)各分功能的執(zhí)行機構(gòu)和技術(shù)手段。l形態(tài)學(xué)矩陣建立在功能分解和功能求解的基礎(chǔ)上，得到多種可行方案，經(jīng)篩選、評價可以獲得最佳方案。形態(tài)學(xué)矩陣列表 12345F1F11F12F13F2F21F22F23F24F25F3F31F32F33F

53、34功能解分功能理論上組合出的的方案數(shù)為：N=35460機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計挖掘機原理解組合N=3N=33 32 23 31 14 44 43 34=103684=10368機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1） 履帶式正鏟機械挖掘機履帶式正鏟機械挖掘機挖掘機原理解組合機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2） 輪胎式正鏟液壓挖掘機輪胎式正鏟液壓挖掘機挖掘機原理解組合機電系統(tǒng)綜合設(shè)計機電系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計機電系統(tǒng)原理方案設(shè)計6、評價與決策、評價與決策