機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法Chapter

劉今越河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2014.9機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法機(jī)械電子工程系ljy@第二章機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)方法與實(shí)例1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟1.3設(shè)計(jì)實(shí)例簡介1.4小結(jié)1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)概述-主要目的為什么要關(guān)注總體方案設(shè)計(jì)?市場競爭規(guī)律要求產(chǎn)品不僅具有高性能(又快又好)，而且要有低價(jià)格，這就給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提出了越來越高的要求。種類繁多、性能各異的集成電路、傳感器和新材料等，給機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員眾多的可選方案，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)電一體化技術(shù)，開發(fā)出滿足市場需求的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。從總體目標(biāo)出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的性能要求及各機(jī)、電組成單元的特性，選擇最合理的單元組合方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)概述-總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（一）技術(shù)資料準(zhǔn)備1）搜集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關(guān)理論研究成果和先進(jìn)技術(shù)資料等。通過對這些技術(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。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)。

3）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。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)概述-總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（二）性能指標(biāo)確定1）功能性指標(biāo)－－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)

2）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)－－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術(shù)指標(biāo)。

3）安全性指標(biāo)－－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?yàn)檎`操作或偶然故障而引起產(chǎn)品或人身事故方面的技術(shù)指標(biāo)。對于自動(dòng)化程度高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，安全性指標(biāo)尤為重要。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)概述-總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（三）總體方案擬定

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總體方案。1）性能指標(biāo)分析－－找出設(shè)計(jì)難點(diǎn)及特性指標(biāo)，即影響總體方案的主要因素。如果某項(xiàng)特性指標(biāo)的系列環(huán)節(jié)中存在著機(jī)械、電子等不同設(shè)計(jì)類型環(huán)節(jié)，則需要采用機(jī)電一體化方法統(tǒng)籌選擇各環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)。

2）預(yù)選各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)－－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)方案對特征指標(biāo)的影響程度或范圍，必要時(shí)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)可行的總體結(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。

3）整體評價(jià)－－選定一個(gè)或幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對上述多個(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)，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.1機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)概述-總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容技術(shù)資料準(zhǔn)備工程實(shí)施過程中的生產(chǎn)單位的設(shè)備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎(chǔ)等產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術(shù)素質(zhì)、用戶的維修能力等國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關(guān)理論研究成果和先進(jìn)技術(shù)資料等性能指標(biāo)確定安全性指標(biāo)－－操作指標(biāo)、自身保護(hù)指標(biāo)和人員安全指標(biāo)等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)－－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)功能性指標(biāo)－－運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等總體方案擬定整體評價(jià)－－選定一個(gè)或幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對上述多個(gè)可行方案進(jìn)行單項(xiàng)校核或計(jì)算，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。預(yù)選各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)－－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結(jié)構(gòu)方案，將各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)組合，性能指標(biāo)分析－－找出設(shè)計(jì)難點(diǎn)及特性指標(biāo)，即影響總體方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程實(shí)施，可按下面4個(gè)階段有步驟地進(jìn)行:可行性分析詳細(xì)設(shè)計(jì)制造與試運(yùn)行交付使用功能要求方案及論證報(bào)告詳細(xì)方案設(shè)計(jì)圖紙圖紙資料設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟-可行性分析可行性分析首先進(jìn)行可行性調(diào)查逐項(xiàng)進(jìn)行估價(jià)找到發(fā)生問題時(shí)的替代方案工程實(shí)施過程中的可能性和可變更性投資上的可能性和合理性技術(shù)上的可能性和先進(jìn)性規(guī)劃初步的技術(shù)方案提出幾個(gè)規(guī)劃方案繪制平面配置圖編制說明文件進(jìn)行先進(jìn)性評估附加開支可預(yù)見與不可預(yù)見初步的工程造價(jià)初步方案進(jìn)行可行性排序可行性報(bào)告，確定一個(gè)最佳方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟-詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)劃及系統(tǒng)設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)

輔助設(shè)備的選用和設(shè)計(jì)

配套和安全裝置的選用和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)工程施工設(shè)計(jì)編制采購資料局部實(shí)驗(yàn)或試制繪制施工圖編制說明書最優(yōu)方案ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟-制造&試運(yùn)行制作準(zhǔn)備

制作與采購

安裝與試運(yùn)轉(zhuǎn)

連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)線系統(tǒng)使用說明書驗(yàn)收報(bào)告培訓(xùn)人員施工圖紙說明書ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)施方法與步驟-交付使用運(yùn)轉(zhuǎn)率檢查

改進(jìn)評估連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)總結(jié)報(bào)告施工圖紙說明書ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-工作站（單元）的十條設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)前必須充分分析作業(yè)對象，擬定最合理的作業(yè)工藝；必須滿足作業(yè)的功能要求和環(huán)境條件；必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求；整體及各組成部分必須全部滿足安全規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)；各設(shè)備及控制系統(tǒng)應(yīng)具有故障顯示及報(bào)警裝置；便于維護(hù)修理；操作系統(tǒng)應(yīng)簡單明了，便于操作和人工干預(yù)；操作系統(tǒng)便于聯(lián)網(wǎng)控制；工作站便于組線；經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，快速投產(chǎn)等

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-生產(chǎn)線的構(gòu)成及設(shè)計(jì)原則生產(chǎn)線的構(gòu)成：工作站;子生產(chǎn)線中轉(zhuǎn)倉庫;物流系統(tǒng);動(dòng)力系統(tǒng);控制系統(tǒng);輔助設(shè)備及安全裝置。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)十原則各工作站必須具有相同或相近的生產(chǎn)周期；工作站應(yīng)有緩沖存儲(chǔ)區(qū)；物流系統(tǒng)必須順暢，避免交叉或回流，生產(chǎn)線要具有混流生產(chǎn)的能力；生產(chǎn)線要留有再改造的余地;夾具體要有足夠的精度要求;各工作站控制系統(tǒng)必須兼容;生產(chǎn)線布局合理占地面積力求最小;安全監(jiān)控系統(tǒng)合理可靠；對于最關(guān)鍵的工作站或生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)有必要的替代儲(chǔ)備。

ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線項(xiàng)目的背景及來源項(xiàng)目的總體目標(biāo)與基本要求需求分析與總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)可行性分析與論證（優(yōu)化）詳細(xì)設(shè)計(jì)制造與試運(yùn)行交付使用ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線項(xiàng)目的背景及來源行業(yè)簡介當(dāng)時(shí)現(xiàn)狀與十五規(guī)劃需求信息的獲得考察與問題的提出ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線項(xiàng)目的總體目標(biāo)與基本要求高自動(dòng)化和柔性少人的安全需要嚴(yán)格工藝高穩(wěn)定性與可靠性信息化管理ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線需求分析與總體方案設(shè)計(jì)技術(shù)資料準(zhǔn)備工程實(shí)施過程中的生產(chǎn)單位的設(shè)備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎(chǔ)等產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術(shù)素質(zhì)、用戶的維修能力等國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品材料、相關(guān)理論研究成果和先進(jìn)技術(shù)資料等性能指標(biāo)確定安全性指標(biāo)－－操作指標(biāo)、自身保護(hù)指標(biāo)和人員安全指標(biāo)等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)－－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)功能性指標(biāo)－－運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等總體方案擬定整體評價(jià)－－選定一個(gè)或幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)，對上述多個(gè)可行方案進(jìn)行單項(xiàng)校核或計(jì)算，從中選出最優(yōu)者作為擬定的總體方案。預(yù)選各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)－－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結(jié)構(gòu)方案，將各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)組合，性能指標(biāo)分析－－找出設(shè)計(jì)難點(diǎn)及特性指標(biāo)，即影響總體方案的主要因素。ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線技術(shù)資料準(zhǔn)備ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標(biāo)確定ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體方案擬定總體布局圖ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體立體效果（方案1）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線總體立體效果（方案2）ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標(biāo)確定－－方案設(shè)計(jì)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標(biāo)確定－－方案設(shè)計(jì)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標(biāo)確定－－方案設(shè)計(jì)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線性能指標(biāo)確定－－方案設(shè)計(jì)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3設(shè)計(jì)實(shí)例-包裝裝箱生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)ResearchInstituteofRoboticsandAutomation(RIRA),HEBUT1.3