第二章 機械制造裝備設計方法(新)

機械制造裝備設計大連理工大學馮辛安主編主講制造教研室儲開宇學時562010年8月8日機械工程系制造教研室第二章機械制造裝備設計方法第一節(jié)機械制造裝備設計的類型第二節(jié)

機械制造裝備設計的方法第三節(jié)機械制造裝備設計的評價2010年8月8日機械工程系制造教研室第一節(jié)機械制造裝備設計的類型機械制造裝備設計的類型：創(chuàng)新設計、變型設計、組合設計一、創(chuàng)新設計

1、概念：依據(jù)市場需求發(fā)展的預測，進行產(chǎn)品結構的調(diào)整，用新的技術手段和技術原理，改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，開發(fā)新一代的、具有高技術附加值的新產(chǎn)品。

2、基本要求：

改善產(chǎn)品的功能、技術性能和質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本和能源消耗。采用先進生產(chǎn)工藝，縮短與國內(nèi)外先進同類產(chǎn)品之間的差距。提高產(chǎn)品的競爭能力，進一步占領和擴大國內(nèi)外市場。2010年8月8日機械工程系制造教研室

3、創(chuàng)新設計過程市場調(diào)查研究與預測->明確設計任務->產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術設計、施工設計->產(chǎn)品試制->小批試制->大批量生產(chǎn)->服務->產(chǎn)品壽命終結設計開發(fā)周期較長，研制開發(fā)工作量較大。

一、創(chuàng)新設計概念2010年8月8日機械工程系制造教研室變型設計：適應型設計和變參數(shù)型設計的統(tǒng)稱。是在原有產(chǎn)品基礎上開展的設計，它應屬于技術成熟的“基形”產(chǎn)品。基本工作原理和總體結構保持不變。適應性的設計方法——改變或更換部件的結構，形成變型產(chǎn)品。變參數(shù)型設計方法——改變部件尺寸和性能參數(shù)，形成變型產(chǎn)品。

變型設計應在“原有產(chǎn)品”的基礎上，按照一定的規(guī)律演變出各種不同的規(guī)格參數(shù)、布局和附件的產(chǎn)品，擴大原有產(chǎn)品的性能和功能，形成一個產(chǎn)品系列。

變型設計依據(jù)的原有產(chǎn)品，通常是采用創(chuàng)新設計方法完成的。二、變型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室

三．組合設計（模塊化設計）組合設計：按合同要求，選擇適當?shù)墓δ苣K，直接拼裝成的“組合產(chǎn)品”。組合產(chǎn)品中的模塊也應按系列化設計的原理進行。

機械制造裝備產(chǎn)品中有一大半屬于變型產(chǎn)品和組合產(chǎn)品，創(chuàng)新產(chǎn)品只有很少。

但創(chuàng)新設計的意義不可低估：采用創(chuàng)新設計方法不斷推出嶄新的產(chǎn)品，是企業(yè)再市場競爭中取勝的必要條件；變型設計和組合設計是在基型和模塊系統(tǒng)的基礎上進行的，而基型和模塊系統(tǒng)也是采用創(chuàng)新設計方法完成的。2010年8月8日機械工程系制造教研室第二節(jié)

機械制造裝備設計的方法一、設計的典型步驟四個階段：產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術設計、施工設計。

（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段任務：明確設計任務，通常應在市場調(diào)查與預測的基礎上識別產(chǎn)品需求，進行可行性分析，制訂設計技術任務書。手段：綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現(xiàn)的問題。目的：確定新產(chǎn)品的功能、技術性能和開發(fā)的日程表，保證符合市場需求的產(chǎn)品能及時、或適當超前的研制出來，投放市場，以減少產(chǎn)品開發(fā)的盲目性。2010年8月8日機械工程系制造教研室（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段

1．需求分析任務：

將需求具體化和恰到好處，明確設計任務的要求。是設計工作的開始，指導設計工作的進行。

關鍵技術：

開發(fā)新產(chǎn)品最困難的往往不是技術問題，而是確定需求開發(fā)什么樣的產(chǎn)品。設計人員必須重視需求分析，用敏銳的觀察力，及時找到和預測市場的需求，并在市場大量需求到來之前完成新產(chǎn)品的研制工作，搶先投放市場，以取得豐厚回報。2010年8月8日機械工程系制造教研室內(nèi)容：需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析。1)新產(chǎn)品開發(fā)面向的社會消費群體，他們對產(chǎn)品功能、技術性能、質(zhì)量、數(shù)量、價格等方面的要求；2)現(xiàn)有類似產(chǎn)品的功能、技術性能、價格、市場占有情況和發(fā)展趨勢；3)競爭對手在技術、經(jīng)濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向；4)主要原材料、配件、半成品等的供應情況、價格及變化趨勢等。（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室2.

調(diào)查研究（1）

市場調(diào)研

用戶需求——有關產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量、使用、保養(yǎng)、維修外觀、顏色、風格、需求量和價格等方面的要求。產(chǎn)品情況——產(chǎn)品在其生命周期曲線中的位置，新老產(chǎn)品交替的動向分析等。同行情況——同行產(chǎn)品經(jīng)營銷售情況和發(fā)展趨勢．主要競爭對手在技術、經(jīng)濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向。供應情況——主要原材料、配件、半成品等的質(zhì)量、品種、價格、供應等方面的情況及變化趨勢等。（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室（2）

技術調(diào)研a.產(chǎn)品技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；b.行業(yè)技術和專業(yè)技術的發(fā)展趨勢；c.新型元器件、新材料、新工藝的應用和發(fā)展動態(tài)；競爭產(chǎn)品的技術特點分析；d.競爭產(chǎn)品的技術特點；e.競爭企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)動向；f.環(huán)境對研制的產(chǎn)品提出的要求，如使用環(huán)境的空氣、濕度、有害物質(zhì)和粉塵等對產(chǎn)品的要求；為保證產(chǎn)品的正常運轉(zhuǎn)，研制的產(chǎn)品對環(huán)境提出的要求等。（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室(3)

社會調(diào)研一般包括企業(yè)目標市場所處的社會環(huán)境和有關的經(jīng)濟技術政策，如：產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護及安全等方面的法律、規(guī)定和標準；社會的風俗習慣；社會人員的構成狀況、消費水平、消費心理和購買能力本企業(yè)實際情況、發(fā)展動向、優(yōu)勢和不足、發(fā)展?jié)摿Φ龋ㄒ唬?/p>

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室3．

預測

(1)定性預測

在數(shù)據(jù)和信息缺乏時，依靠經(jīng)驗和綜合分析對未來的發(fā)展狀況作出推測和估計。采用的方法有走訪調(diào)查、查資料、抽樣調(diào)查、類比調(diào)查、專家調(diào)查等。(2)定量預測

對影響預測結果的各種因素進行相關分析和篩選，根據(jù)主要影響因素和預測對象的數(shù)量關系建立數(shù)學模型，對市場發(fā)展情況作出定量預測。采用的方法有時間序列回歸法、因果關系回歸法、產(chǎn)品壽命周期法等。（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室4．

可行性分析

指通過調(diào)查研究與預測后，對產(chǎn)品開發(fā)中的重大問題應進行充分的技術經(jīng)濟論證，判斷是否可行。包括技術分析、經(jīng)濟分析、社會分析。最后應提出產(chǎn)品開發(fā)的可行性報告。可行性報告一般包括如下內(nèi)容：1)產(chǎn)品開發(fā)的必要性，市場調(diào)查及預測情況，包括用戶對產(chǎn)品功能、用途、質(zhì)量、使用維護、外觀、價格等方面的要求。2)同類產(chǎn)品國內(nèi)外技術水平，發(fā)展趨勢；3)從技術上預期產(chǎn)品開發(fā)能達到的技術水平；4)從設計、工藝和質(zhì)量等方面需要解決的關鍵技術問題；5)投資費用及開發(fā)時間進度，經(jīng)濟效益和社會效益估計；6)現(xiàn)有條件下開發(fā)的可能性及準備采取的措施。（一）

產(chǎn)品規(guī)劃階段2010年8月8日機械工程系制造教研室5．編制設計任務書見設計要求表P16設計任務書是指導產(chǎn)品設計的基礎性文件；其主要任務是對產(chǎn)品進行選型，確定最佳設計方針。2010年8月8日機械工程系制造教研室（二）

方案設計階段1．

對設計任務的抽象

要求：設計師應對設計任務進行抽象，抓住主要要求，兼顧次要要求，避免由于知識和經(jīng)驗的局限性，思想上的種種框框，誤導設計方案的制訂。

目的：是對設計任務的再認識，通過功能關系和與任務相關的主要約束條件的分析，對“設計要求表”一步一步進行抽象，找出具有本質(zhì)性的和主要的要求，即本質(zhì)功能，以便找到能實現(xiàn)這些本質(zhì)功能的解，再進一步找出其最優(yōu)解。2010年8月8日機械工程系制造教研室

2．

建立功能結構

首先經(jīng)過對設計任務的抽象，可明確設計產(chǎn)品的總功能

總功能是表達輸入量轉(zhuǎn)變成輸出量的能力。輸入輸出量指的是物料、能量和信息。

總功能通常是比較復雜的，較難直接看清楚輸入和輸出之間的關系。

總功能也可分解成分功能和多級子功能，它們按確定的關系結合起來，以實現(xiàn)總功能。

功能結構：分功能和多級子功能及它們之間的關系。（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室總功能是表達輸入量轉(zhuǎn)變成輸出量的能力?？偣δ芸芍鸺壨路纸猓纸獾阶庸δ艿囊蟊容^明確，便于求解為止。便于了解產(chǎn)品中哪些子功能重復出現(xiàn)，為制訂通用零部件規(guī)范提供依據(jù)方框是一個“黑箱”，代表一個系統(tǒng)，只知道其輸入和輸出特性，其內(nèi)部結構在這階段暫不細究。通過對“黑箱”及其與周圍環(huán)境的聯(lián)系，了解其功能、特性，進一步尋求其內(nèi)部的機理和結構。實線箭頭表示能量；雙實線箭頭表示物料虛線箭頭表示信息；箭頭的位置可以畫在方框的任一邊。輸入或輸出用箭頭的方向表示；能量、物料或信息可以是多項內(nèi)容，用多個箭頭表示；需注意上層輸入輸出功能的內(nèi)容必須與下層統(tǒng)一。圖2-1功能結構圖2010年8月8日機械工程系制造教研室目的：子功能已有——》采用子功能沒有——》創(chuàng)新設計功能間的關系：串聯(lián)結構、并聯(lián)結構、環(huán)形結構功能圖見2-2功能間的聯(lián)系存在三種基本結構型式：串聯(lián)結構如圖2—2a所示，又稱順序結構。并聯(lián)結構如圖2—2b所示。環(huán)形結構如圖2—2c所示，是輸出反饋為輸入的循環(huán)結構。圖2—2e則是有選擇性地進行反饋的循環(huán)結構。2010年8月8日機械工程系制造教研室

3.尋求原理解和求解方法

原理解：就是能實現(xiàn)某種功能的工作原理，和實現(xiàn)該工作原理的技術手段和結構原理，即所謂功能載體。

工作原理：是科學原理和技術原理的統(tǒng)稱。是設計中最關鍵、最富于創(chuàng)造性的一個環(huán)節(jié)。從技術上和結構上實現(xiàn)工作原理的功能載體是以它具有的某種屬性來完成某一功能的。

屬性包括：物理化學屬性、運動特性、幾何特性和機械特性等。（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室例如：兩同心軸之間需要接合和斷開的功能，可采用離合器。作為離合器這個功能載體如利用其齒嚙合屬性、摩擦屬性、液力屬性或電磁屬性，則分別為牙嵌離合器、摩擦離合器、液力禍合器或電磁轉(zhuǎn)差離合器等。功能載體的屬性：往往是多方面的，有的為人們普遍掌握了的，即顯見屬性；更多的是在特定條件下顯露出來的，為人們所不了解的新屬性，即潛在屬性；設計人員的任務：不但要熟悉和會靈活應用現(xiàn)有功能載體的顯見屬性載體。還應努力地挖掘其潛在屬性，并創(chuàng)造出新的功能（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室

4.

初步設計方案的形成將所有子功能的原理解結合起來，才能形成和實現(xiàn)總功能。原理解的結合是設計過程中重要的一環(huán)，能得到多個初步設計方案。應采用合適的結合方法，獲得理想的初步設計方案

（1）系統(tǒng)結合法：按功能結構的樹狀結構，根據(jù)邏輯關系把原理解結合起來。見圖2-3，有mn方個初步方案。選優(yōu)原則：相結合的子功能原理解不應互相矛盾、互相排斥，應彼此相容。即上下原理解的物理原理、能源、材料和控制方式等都應協(xié)調(diào)一致；原理解的結合要能全面實現(xiàn)要求表中的要求；原理解結合后形成的初步設計方案應是先進的、成本低廉的。（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室2010年8月8日機械工程系制造教研室（2）數(shù)學方法結合法：當子功能原理解的物理和幾何特征可以定量的形式表達時，有可能借助電子計算機，采用數(shù)學方法進行初步設計方案的組合。在方案設計階段：如子功能的原理解還不夠具體，定量表達原理解的特征有困難或不夠精確時：采用數(shù)學方法形成初步設計方案是不可行的，甚至會導致錯誤的結果。在變型設計、組合設計或電路設計中：由于是已知零部件、元器件的組合，各子功能的物理和幾何特征是可以精確地定量表達。采用數(shù)學方法，例如邏輯推理、圖論和布爾代數(shù)等，可以結合出合適的初步設計方案，并從中優(yōu)選出較好的方案來。（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室（二）

方案設計階段

5.

初步設計方案的評價與篩選（1）初選

a.觀察淘汰法b.分數(shù)比較法（2）初步方案具體實施

a.繪出方案原理圖，整機總體布局草圖，主要零部件草圖

為在空間占用量、重量、所用材料、制造工藝、成本和運輸費用等方面進行比較提供數(shù)據(jù)；

b.進行運動學、動力學和強度方面的粗略計算

以便定量地反映初步設計方案的工作特性；

c.進行必要的原理試驗

分析確定主要設計參數(shù)，驗證設計原理的可行性；

d.對于大型、復雜設備，可制作模型

以獲得比較全面的技術數(shù)據(jù)。2010年8月8日機械工程系制造教研室

（3）技術經(jīng)濟評價

初選后的初步設計方案進行具體化后。可對它們進行技術經(jīng)濟評價，做出最后的取舍。

評價過程的步驟為:

a.建立目標系統(tǒng)和評價標準

b.確定重要性系數(shù)

c.按技術觀點確定評價分數(shù)

d.進行技術經(jīng)濟評價計算和得出評價結果（二）

方案設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室1.要求：將方案設計階段擬定的初步設計方案具體化a.確立結構原理方案；b.進行總體技術方案設計。確定主要技術參數(shù)、布局；c.進行結構設計。繪制裝配草圖，初選主要零件的材料和工藝方案。d.進行各種必要的性能計算；e.通過模型試驗檢驗和改善設計；f.通過技術經(jīng)濟分析選擇較優(yōu)的設計方案。

2.要運用的理論和方法：運用系統(tǒng)工程學、價值工程學、力學、摩擦學、機械制造工程學、優(yōu)化理論、可靠性理論、人機工程學、工業(yè)美學、相似理論等理論和方法，解決設計中出現(xiàn)的問題。(三)技術設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室3.步驟

（1）確定結構原理方案詳見圖2-3

①確定結構原理方案的主要依據(jù)其中包括決定尺寸的依據(jù)；如功率、流量和聯(lián)系尺寸等；決定布局的依據(jù)；如物流方向、運動方向和操作位置等；決定材料的依據(jù)；如抗腐蝕能力、耐用性、市場供應情況等；決定和限制結構設計的空間條件，如距離、規(guī)定的軸的方向、裝入的限制范圍等。

②確定結構原理方案在上述依據(jù)的約束下，對主要功能結構進行構思，初步確定其材料和形狀，進行粗略的結構設計。

③評價和修改對確定的結構原理方案經(jīng)過技術經(jīng)濟評價，為進一步的修改提供依據(jù)。(三)技術設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室（2）總體設計①主要結構參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)、占用面積和空間等。②總體布局包括部件組成、各部件的空間位置布局和運動方向、操作位置、各部件相對運動配合關系。③系統(tǒng)原理圖包括產(chǎn)品總體布局圖、機械傳動系統(tǒng)圖、液壓系統(tǒng)圖、電力驅(qū)動和控制系統(tǒng)圖等。④經(jīng)濟核算包括產(chǎn)品成本和運行費用的估算、成本回收期、資源的再利用等。⑤其它如材料選用、配件和外協(xié)件的供應、生產(chǎn)工藝、運輸、開發(fā)周期等方面的考慮(三)技術設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室（3)結構設計①主要任務：在總體設計的基礎上，對結構原理方案結構化。繪制產(chǎn)品總裝圖、部件裝配圖；提出初步的零件表，加工和裝配說明書；對結構設計進行技術經(jīng)濟評價。②要求：必須遵守有關國家、部門和企業(yè)頒布的標準規(guī)范，通常要經(jīng)過設計、審核、修改、再審核、再修改多次反復，才可批準投產(chǎn)。③設計方法：經(jīng)常采用諸如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、計算機輔助設計等現(xiàn)代設計方法，來解決設計中出現(xiàn)問題。(三)技術設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室在該階段，掌握了更多的信息，能更具體、更定量地根據(jù)要求表中提出的要求，分析必須達到的要求滿足和超過的程度，希望達到要求的處理結果，在這基礎上作出精確的技術經(jīng)濟評價，并找出設計的薄弱環(huán)節(jié)，進一步改進設計。④技術經(jīng)濟評價的內(nèi)容：a.實現(xiàn)的功能、作用原理的科學性；b.結構合理性、參數(shù)計算準確性；c.安全性、人機工程要求；d.制造、檢驗、裝配、運輸、使用和維護的性能；e.資源回用、成本和產(chǎn)品研制周期等。(三)技術設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室1.零件圖設計在零件圖中包含了為制造零件所需的全部信息。這些信息包括幾何形狀、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形狀公差和表面粗糙度要求、材料和熱處理要求、其它特殊技術要求等2.完善裝配圖在繪制零件圖時，更加具體地從結構強度、工藝性和標準化等方面進行零件的結構設計，不可避免地對技術設計階段提供的裝配圖作些修改。3.商品化設計一般包括進行價值分析和價值設計，保證產(chǎn)品功能和性能的基礎上，降低成本，利用工業(yè)美學原理設計精美的造型和悅目的色彩，改善產(chǎn)品的外觀功能；精化包裝設計等。（四）施工設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室4.編制技術文檔

目的：是為產(chǎn)品制造、安裝調(diào)試提供所需要的信息，為產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗、安裝運輸、使用等作出相應的規(guī)定。內(nèi)容：①產(chǎn)品設計計算書；②產(chǎn)品使用說明書；③產(chǎn)品質(zhì)量檢查標準和規(guī)則；④產(chǎn)品明細表；產(chǎn)品明細表包括基本件明細表、標準件明細表和外購件明細表等。（四）施工設計階段2010年8月8日機械工程系制造教研室（一）設計方法

1.在設計的某一類產(chǎn)品中，選擇功能、結構和尺寸等方面較典型的產(chǎn)品為基型，以它為基礎，運用“四化”原則，設計出其它各種尺寸參數(shù)的產(chǎn)品，構成產(chǎn)品基型系列。2.在產(chǎn)品基型系列的基礎上，運用“四化”原則，增加、減去、更換或修改少數(shù)零部件，派生出不同用途的變型產(chǎn)品，構成產(chǎn)品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關系的產(chǎn)品系列型譜。在系列型譜中，各規(guī)格產(chǎn)品應有相同的功能結構，相似的結構型式；同一類型的零部件在規(guī)格不同的產(chǎn)品中具有完全相同的功能結構；不同規(guī)格的產(chǎn)品，同一種參數(shù)按一定規(guī)律(通常按等比級數(shù))變化。二、系列化設計2010年8月8日機械工程系制造教研室“四化”原則：系列化設計應遵循“產(chǎn)品系列化、零部件通用化、標準化”原則，以及“結構的典型化”。重要性：系列化設計使產(chǎn)品設計合理化的一條途徑，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，開發(fā)變型產(chǎn)品的手段。二、系列化設計（二）系列化設計優(yōu)缺點1、優(yōu)點：1)可以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求。2)系列產(chǎn)品是依據(jù)經(jīng)過嚴格性能試驗和長期生產(chǎn)考驗的基型產(chǎn)品演變和派生而成的，可以大大減少設計工作量，提高設計質(zhì)量，減少產(chǎn)品開發(fā)的風險，縮短產(chǎn)品的研制周期；2010年8月8日機械工程系制造教研室3)產(chǎn)品有較高的結構相似性和零部件的通用性，可壓縮工藝裝備數(shù)量和種類，縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本；4)零備件的種類少，系列中的產(chǎn)品結構相似，便于進行產(chǎn)品的維修，改善售后服務質(zhì)量；5)為開展變型設計提供技術基礎。2、缺點：以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求。用戶只能在系列型譜內(nèi)有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產(chǎn)品，選到的產(chǎn)品，一方面其性能參數(shù)和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。對用戶來說較難選到稱心如意的產(chǎn)品。（二）系列化設計優(yōu)缺點2010年8月8日機械工程系制造教研室1．參數(shù)和主要性能的確定

主參數(shù)和主要性能指標應最大程度地反映產(chǎn)品的工作性能和設計要求。

例如：普通車床的主參數(shù)：是在床身上的最大回轉(zhuǎn)直徑；主要性能指標之一是最大的工件長度；

升降臺銑床的主參數(shù)：是工作臺工作面的寬度；主要性能指標是工作臺工作面的長度；

搖臂鉆床的主參數(shù)：最大鉆孔直徑，主要性能指標是主軸中心線至立柱母線的最大距離等。

上述參數(shù)決定了相應機床的主要幾何尺寸、功率和轉(zhuǎn)速范圍，因而決定了該機床的設計要求。(三)系列化設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室2.參數(shù)分級經(jīng)過技術和經(jīng)濟分析，將產(chǎn)品的主參數(shù)和主要性能指標按一定規(guī)律進行分級，制訂參數(shù)標準。產(chǎn)品的主參數(shù)應盡可能采用優(yōu)先數(shù)系。優(yōu)先數(shù)系是公比為

，N=5、10、20、40

的等比數(shù)列，優(yōu)先數(shù)系如表2—2所示。例如：搖臂鉆床的主參數(shù)系列公比為1.6，即25，40，63，80，l00，124；普通車床和升降臺銑床的主參數(shù)系列公比為1.25。分級比搖臂鉆床密一倍，為：315，400，500，630。(三)系列化設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室參數(shù)分級優(yōu)先數(shù)系為10開N次方N=5、10、20、40的等比數(shù)列。公比太大、結構復雜；太小不適與系列化。因此選擇適當?shù)墓取?010年8月8日機械工程系制造教研室主參數(shù)系列公比選得較小，則分級較密，有利于用戶選到滿意的產(chǎn)品，但系列內(nèi)產(chǎn)品的規(guī)格品種較多，系列化設計的優(yōu)點得不到充分利用；分級較粗，系列內(nèi)產(chǎn)品的規(guī)格品種較少，具有系列化設計的許多優(yōu)點；為了以較少的品種滿足較大使用范圍內(nèi)的需求，系列內(nèi)每個品種產(chǎn)品應具有較大的通用性，導致結構相對復雜、成本會有所提高。必須對市場、設計、制造和經(jīng)銷作為個系統(tǒng)來進行全面的調(diào)查研究，經(jīng)過技術經(jīng)濟分析、才能正確地確定最佳的參數(shù)分級。方法：產(chǎn)品的需求量越大，要求的技術性能越要準確，參數(shù)分級應越密；反之，參數(shù)分級可粗些。(三)系列化設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室3.制訂系列型譜系列型譜通常是二維甚至多維的，其中一維是主參數(shù)，其它維是主要性能指標。通過系列型譜的制訂，確定產(chǎn)品的品種、基型和變型、布局，各產(chǎn)品品種的技術性能和技術參數(shù)等。在系列型譜中，產(chǎn)品的系列設計通常從結構最典型、應用最廣泛的是所謂的“基型產(chǎn)品”開始，經(jīng)過演變和派生而擴展成的擴展的方式：有縱系列、橫系列和跨系列擴展三類。（1）縱系列產(chǎn)品：是一組功能、工作原理和結構相同，而尺寸和性能參數(shù)不同的產(chǎn)品。~一般應綜合考慮使用要求及技術經(jīng)濟原則，合理確定產(chǎn)品主參數(shù)和主要性能參數(shù)系列。如主參數(shù)和主要性能指標按優(yōu)先數(shù)系選擇，能較好地滿足用戶要求且便于設計。(三)系列化設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室（2）橫系列產(chǎn)品：是在基型產(chǎn)品基礎上，通過增加、減去、更換或修改某些零部件，實現(xiàn)功能擴展的派生產(chǎn)品。例如在普通車床基礎上開發(fā)的為加工軸承套圈的無尾架短床身車床、為加工大直徑工件的馬鞍形車床等。（3）跨系列產(chǎn)品：是采用相同的主要基礎件和通用部件的不同類型產(chǎn)品。例如通過改造坐標鏜床的主軸箱部件和部分控制系統(tǒng)，可開發(fā)出坐標磨床、坐標電火花成形機床、三坐標測量機等不同類型產(chǎn)品，即跨系列產(chǎn)品。其中機床的工作臺、立柱等主要基礎件及一些通用部件適用于跨系列的各種產(chǎn)品。(三)系列化設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室三、模塊化設計

（一）基本概念

方法：為了開發(fā)多種不同功能結構，或相同功能結構而性能不同的產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品單獨進行設計，而是精心設計出一批模塊，將這些模塊經(jīng)過不同的組合來構造具有不同功能結構和性能的多種產(chǎn)品。

要求：模塊上具有特定的聯(lián)接表面和聯(lián)接方法，以保證相互組合的互換性和精確度。

意義：模塊化設計是產(chǎn)品設計合理化的另一條途徑，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、加快設計，進行組合設計重要途徑。

方式：純模塊系統(tǒng)比較困難，模塊化系統(tǒng)多數(shù)是屬于模塊和非模塊的混合系統(tǒng)?，F(xiàn)在多數(shù)采用模塊和非模塊的混合系統(tǒng)2010年8月8日機械工程系制造教研室1)便于用新技術設計性能更好的模塊取代原有舊的模塊，提高產(chǎn)品的性能，組合出功能更完善、性能更先進的組合產(chǎn)品，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。2)采用模塊化設計，可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設計和供貨周期。3)模塊化設計方法推動了整個企業(yè)技術、生產(chǎn)、管理和組織體制的改革。有利于采用成組加工等先進工藝，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，既提高質(zhì)量，又降低成本。4)模塊系統(tǒng)中大部分部件由模塊組成，設備如發(fā)生故障，只需更換有關模塊，維護修理更為方便，對生產(chǎn)影響少。（二）模塊化設計優(yōu)缺點2010年8月8日機械工程系制造教研室明確任務

以最少的模塊組合出數(shù)量最多、總功能各不相同的產(chǎn)品。要求：需要對市場需求進行深入調(diào)查，對所有欲實現(xiàn)的總功能加以明確，摒棄市場需求很少而又需要付出很大設計和制造代價的那些總功能。（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室3.

建立功能結構劃分模塊：出發(fā)點是功能分析。將產(chǎn)品的總功能分解為分功能、功能元，求相應的功能模塊，再具體化為生產(chǎn)模塊。分功能包括基本功能、輔助功能、特殊功能和附加功能等幾類，相應地建立基本模塊、輔助模塊、特殊模塊、調(diào)整模塊和非標模塊等，如圖2-4所示（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室4．合理確定產(chǎn)品的系列型譜和參數(shù)模塊化系統(tǒng)也應遵循系列化設計的原理，確定模塊的系列型譜。縱系列模塊系統(tǒng)中模塊功能及原理方案相同，結構相似，而尺寸參數(shù)有變化。隨參數(shù)變化對系列產(chǎn)品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)段內(nèi)模塊通用。橫系列模塊系統(tǒng)是在一定基型產(chǎn)品基礎上更換或添加模塊，以得到擴展功能的同類變型產(chǎn)品?？缦盗心K系統(tǒng)中包括具有相近動力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品功能模塊。（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室5．模塊組合

開式：由模塊組成無限多個組合閉式：由一定數(shù)量種類的模塊組成有限數(shù)量組合注意：實際組合數(shù)大大小于理論組合數(shù)。模塊組合要精心設計結合部的結構，結合部位的形狀、尺寸、配合精度等應盡量符合標準。（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室6.

模塊的計算機管理系統(tǒng)1)對模塊進行編碼，以便進行計算機管理；2)給出模塊系統(tǒng)最多可組合的產(chǎn)品數(shù)；3)對于用戶的某一給定的設計要求，分析是否存在一種有效的組合方案；4)在滿足要求的幾種組合方案中進行評價，選擇最佳的組合方案；5)若無有效的組合方案滿足用戶要求，為新的模塊設計提供信息；6)給出已選方案的模塊組裝圖、明細表及價格表。（三）模塊化設計設計步驟2010年8月8日機械工程系制造教研室

四．合理化工程合理化工程是一種管理哲理，適用于合同型企業(yè)目的是采用先進的信息處理技術，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn)品的成本，改善售后服務。產(chǎn)品結構的重組是進行系列產(chǎn)品和組合產(chǎn)品的開發(fā)、產(chǎn)品編碼和產(chǎn)品技術文件的系統(tǒng)化，從而減少零部件的類別數(shù)。產(chǎn)品設計開發(fā)過程的重組是將產(chǎn)品的設計開發(fā)過程分成全新產(chǎn)品設計和合同產(chǎn)品設計兩部分。全新產(chǎn)品設計進行的是換代產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品的設計。合同產(chǎn)品設計是進行變型設計或組合設計。為了實現(xiàn)產(chǎn)品結構和產(chǎn)品開發(fā)過程的重組，企業(yè)必須采用CAD/CAM和MRP-Ⅱ技術，并實現(xiàn)兩者之間的信息集成。2010年8月8日機械工程系制造教研室一、技術經(jīng)濟評價

采用先進技術、工藝經(jīng)濟上應合理（一）建立目標系統(tǒng)和確定評價標準將表2-1所表示的“設計要求表”中的必達目標按層次分級，形成樹狀目標系統(tǒng)，每個樹葉代表一個評價標準。見圖2-7第三節(jié)機械制造裝備設計的評價2010年8月8日機械工程系制造教研室(二)確定重要性系數(shù)每個評價標準對設計方案優(yōu)劣的影響程度是不同的，其影響程度用重要性系數(shù)(權系數(shù))來表示，取值范圍是0-1。如圖2—7所示的樹狀四級目標系統(tǒng)為例，每個評價目標圓圈內(nèi)有兩個數(shù)字；左邊數(shù)字：其總和應等于1，一般由工作人員或設計組共同商定；右邊的數(shù)字：表示每一個評價目標在目標系統(tǒng)中所居的重要程度，簡稱重要性系數(shù)，其值等于該目標圓圈左側(cè)數(shù)字與相關的各上級目標圓圈左側(cè)數(shù)字的乘積。一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室（三）確定各個設計方案的評價分數(shù)重要性系數(shù)算出后，可按評價標準確定每一個設計方案的評價分數(shù)，可按5分制（0-4）或10分制（0-9）給出。其大小代表技術方案的優(yōu)劣程度。見表2-4（四）

總權重值ZQj

將每個初步設計方案n個“加權值”進行累加，可得出該方案的總權重值。

ZQj=ΣQij一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室（五）

技術評價T

Tj=ZQj/Qmax

Tj越高，方案的技術性能越好。Tj為最大值，方案技術上最理想方案；Tj0.6方案在技術上不合格，必須加以改進，否則應摒棄Tj=l0.6方案為技術上可行方案。如果技術上可行的設計方案，其個別評價標準的評價數(shù)特別低，說明該設計方案在這方面有明顯弱點，應認真地對這些弱點進行分析，判斷這些弱點將來有無可能禍及全局，如果有這可能，必須對設計方案進行修改，排除弱點，重新參與評價，再考慮能否作為初步優(yōu)選方案。一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室（六）

經(jīng)濟評價Ej

是理想生產(chǎn)成本與實際生產(chǎn)成本之比。Ej=Cl/Cs

Cl-生產(chǎn)成本

Cs-實際生產(chǎn)成本1.產(chǎn)品成本組成產(chǎn)生-》壽命終結在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的成本，包括材料成本和開發(fā)制造成本，見圖2-8一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室

2．成本估算的方法

（1）按重量估算方法

C=WfW

fW=kWp

C-成本估算值k、p-系數(shù)W-重量

fW-重量成本系數(shù)

K=ΣfWiWi-p/nP=tanα

（2）按材料成本折算

結構復雜程度類似上面

C=Cm/m

Cm-材料成本m-材料成本率

Cm=(11.2)(Z+M)

Z-外構件成本M-原材料成本

一、技術經(jīng)濟評價（3）回歸分析法（4）相似關系法

（略）自行看2010年8月8日機械工程系制造教研室（七）技術經(jīng)濟評價TEj

設計方案的技術評價Tj和經(jīng)濟評價Ej經(jīng)常不會同時都是最優(yōu)，進行技術和經(jīng)濟的綜合評價才能最終選出最理想的方案。技術經(jīng)濟評價TE，有兩種計算方法：

Tj,Ej相差不太大時，TEj=(Tj+Ej)/2

Tj,Ej相差比較大時，TEj=(Tj+Ej)1/2

Tj-技術評價Ej-經(jīng)濟評價技術經(jīng)濟評價TEj值越大，設計方案的技術經(jīng)濟綜合性能越好。一般：

TEj值不應小于0.65；

TEj<0.65就不合格。一、技術經(jīng)濟評價2010年8月8日機械工程系制造教研室可靠性指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力（一）可靠性特征量詳見圖2-10概念：表示產(chǎn)品可靠性水平高低的各種可靠性數(shù)量指標?？煽慷仁强煽啃缘亩攘炕笜?，指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，記為R。時間函數(shù)R(t)，稱為可靠度函數(shù)對于不可修復的產(chǎn)品，可靠度的觀測值是指直到規(guī)定時間終了為止，能完成規(guī)定任務的產(chǎn)品數(shù)與進行觀測的產(chǎn)品總數(shù)之。對于可修復的產(chǎn)品，可靠度觀測值是指產(chǎn)品的無故障工作時間達到或超過規(guī)定時間的次數(shù)與觀測時間內(nèi)無故障工作的總次數(shù)之比?？煽慷鹊挠^測值記為

2．累積失效概率累積失效概率是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定時間內(nèi)，未完成規(guī)定任務的概率，也可稱為不可靠度。記為F（t），其觀測值記為?？筛鶕?jù)概率互補定理指標推算出累積失效概率，即或

)(tFù3．失效率失效率是指工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。也稱之為故障率。失效率的觀測值是在某時刻后，單位時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比。

4．平均壽命和平均無故障工作時間對于不可修復產(chǎn)品，從開始使用到發(fā)生故障報廢時的平均有效工作時間，稱平均壽命，一般記為MTTF（MeanTimeToFailures），其觀測值為當所有試驗樣品都觀察到壽命終了時，所有試驗產(chǎn)品壽命的算術平均數(shù)就是平均壽命。對于可修復產(chǎn)品，從一次故障到下一次故障的平均有效工作時間，稱平均無故障工作時間，記為MTBF（MeanTimeBetweenFailures），其觀測值為一個或多個產(chǎn)品在其使用壽命期內(nèi)的某個觀測期間，累積工作時間與故障次數(shù)之比。

5．可靠壽命可靠度隨著工作時間的增長而下降，給定不同的可靠度，其壽命也不同?？煽繅勖侵附o定的可靠度所對應的時間。

6．維修度維修度是可修復產(chǎn)品在規(guī)定條件下使用，在規(guī)定時間內(nèi)按照規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持和恢復到能完成規(guī)定功能狀態(tài)的概率。維修度的觀測值為在=0時，處于故障狀態(tài)需要維修的產(chǎn)品數(shù)N，與經(jīng)過后修復的產(chǎn)品數(shù)之比，即

7．修復率修復率是修復時間達到某個時刻但尚未修復的產(chǎn)品，在該時刻后的單位時間內(nèi)完成修復的概率。平均修復率是在某一規(guī)定時間間隔內(nèi)修復的平均值，即

8．平均修復時間平均修復時間是產(chǎn)品修復時間的平均值，記為MTTR（MeanTimeToRepair），其觀測值是修復時間的總和與修復的產(chǎn)品之比，即

9．瞬時有效度瞬時有效度是產(chǎn)品在某一時刻所具有或維持其規(guī)定功能的概率，它是時間的函數(shù)，記為A(t)。

10．平均有效度平均有效度是在某規(guī)定時間內(nèi)（t1、t2)有效度的平均值，即。

11．極限有效度極限有效度是當時間趨于無限大時，瞬時有效值的極限值，也稱穩(wěn)態(tài)有效度，記為，即A。二、可靠性評價2010年8月8日機械工程系制造教研室（二）

可靠性預測目的：是為了發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，提供方案比較、修改、優(yōu)選和進行可靠性分配的依據(jù)，并對產(chǎn)品的維修費用以至全壽命運行費用作出估計。產(chǎn)品可看作一個系統(tǒng)，其可靠性取決于組成系統(tǒng)的各單元的可靠性水平，和由系統(tǒng)的類型和結構決定的系統(tǒng)本身的可靠性水平?？煽啃灶A測包括：單元可靠性預測和系統(tǒng)可靠性預測。單元可靠性預測是系統(tǒng)可靠性預測的基礎，應重點預測關鍵零、部件的失效模式、失效標準（或稱失效判據(jù)）、失效分布規(guī)律及可靠度，在這基礎上進而預測系統(tǒng)的可靠性水平。二、可靠性評價2010年8月8日機械工程系制造教研室可靠性預測有許多方法：隨預測的目的、設計的時期、系統(tǒng)的規(guī)模、失效的類型及數(shù)據(jù)情況等不同而用不同的方法。如：統(tǒng)計分析法、失效模式、影響及后果分析法(FMECA)、故障樹分析法(FTA)、可靠性邏輯框圖法及近似值法等。一個系統(tǒng)為了完成特定功能，由若干個彼此有聯(lián)系、并能相互協(xié)調(diào)工作的單元組成。系統(tǒng)和單元的含義均是相對的。將一條生產(chǎn)線作為一系統(tǒng)，組成生產(chǎn)線的各單機便是單元；將生產(chǎn)線中的一臺單機作為系統(tǒng)，組成單機的部件便成為單元；將部件作為系統(tǒng)時，組成部件的零件就成為單元了。二、可靠性評價2010年8月8日機械工程系制造教研室在分析系統(tǒng)可靠性時，必須了解系統(tǒng)中每個單元的功能，各單元間在可靠性功能上的聯(lián)系，以及這些單元功能、失效模式對系統(tǒng)功能的影響，這是建立可靠性邏輯框圖的基礎。根據(jù)單元在系統(tǒng)中所處的狀態(tài)及其對系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)可分為如圖2-11所示的幾種類型。（三）系統(tǒng)的類型二、可靠性評價2010年8月8日機械工程系制造教研室

1．串聯(lián)系統(tǒng)可靠度：

Ri(t)-組成串聯(lián)系統(tǒng)第i個單元的可靠度

2．并聯(lián)系統(tǒng)可靠度：

Ri(t)-組成并聯(lián)系統(tǒng)第i個單元的可靠度

（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室3．混聯(lián)系統(tǒng)可靠度求解方法是將系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)部分折合成等效的單元，將混聯(lián)簡化成串聯(lián)或并聯(lián)，再進行計算。2-14混聯(lián)系統(tǒng)可靠性邏輯框圖（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室4.表決系統(tǒng)表決系統(tǒng)的特點是：組成系統(tǒng)的n個單元中，至少有r個單元正常工作，系統(tǒng)才能正常工作。大于（n-r）個單元失效，系統(tǒng)也就失效。這樣的系統(tǒng)稱之為r/n表決系統(tǒng)，這也屬于一種儲備系統(tǒng)。（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室例如，功率力120kw驅(qū)動系統(tǒng)，若是采用一個120kw的大原動機驅(qū)動，設可靠度是0.75，若改用六個40kW、可靠度與大原動機相同的小原動機，三個工作，另外三個備用，即六個小原動機中，只要三個正常工作，系統(tǒng)就算正常，n＝6，r=3。系統(tǒng)的可靠度可由0.75提高到0.9624，算式如下：（三）系統(tǒng)的類型4.表決系統(tǒng)2010年8月8日機械工程系制造教研室如監(jiān)測和轉(zhuǎn)換裝置的可靠度較高時，旁聯(lián)系統(tǒng)的可靠度大于并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度。

原因：各儲備單元在頂替工作前處于閑置狀態(tài)，均以全新的姿態(tài)參加工作，自身的可靠度較高。5.旁聯(lián)系統(tǒng)圖2-15所示為由N個單元組成的旁聯(lián)系，其中一個單元在工作，其余n-1個單元處于作工作狀態(tài)的儲備。當監(jiān)測裝置探知工作的單元發(fā)生故障時，通過轉(zhuǎn)換裝置使儲備單元逐個地去替換，直到所有儲備單元都發(fā)生故障時，則系統(tǒng)失效。2-15旁聯(lián)系統(tǒng)邏輯框圖（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室6．復雜系統(tǒng)

復雜系統(tǒng)中各單元之間既非串聯(lián)又非并聯(lián)關系，如圖2-16所示。對復雜系統(tǒng)的可靠性計算比較復雜，一般采用布爾真值表達、卡諾圖法、貝葉斯分析法和最小割集近似法等。

（三）系統(tǒng)的類型2-16復雜系統(tǒng)邏輯框圖現(xiàn)以圖2-16所示的復雜系統(tǒng)為例。用布爾真值表法計算系統(tǒng)正常工作的概率。系統(tǒng)中共四個單元，可靠度分別為：RA＝0.9、RB＝0.8、RC＝0.7、RD=0.6每個單元有工作“W”和失效“F”兩種狀態(tài)，四個單元共有16種狀態(tài)。如表2-5所示。2010年8月8日機械工程系制造教研室A、B、C、和D列中，“0”代表失效?！?”代表工作。序號1~3的系統(tǒng)狀態(tài)為失效，概率為零；序號4的系統(tǒng)狀態(tài)，A和B失效，C和D工作，系統(tǒng)能正常工作，其概率為：（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室按照上述方法可求出所有16種系統(tǒng)狀態(tài)的概率，整個系統(tǒng)工作的概率是各個工作狀態(tài)概率的總和，即等于0.8718（三）系統(tǒng)的類型2010年8月8日機械工程系制造教研室

1．可靠性分配的原則

a.成熟單元、有把握單元，指標分配高些

b.簡單單元、質(zhì)量易保證易修復單元，指標分配高些

c.重要單元，指標分配高

d.需連續(xù)工作單元、工作條件差的單元，指標分配低

2．可靠分配方法

a.等同分配法

b.按比例分配法

c.綜合評分分配法

d.最優(yōu)分配法

（四）

可靠性指標的分配2010年8月8日機械工程系制造教研室三、人機工程學評價是研究人與機器關系的一門學科（一）人因數(shù)方面

1.人體靜態(tài)尺寸

人體靜態(tài)尺寸隨地區(qū)和人種、性別而異；經(jīng)過統(tǒng)計分析，制訂出相應的指導性設計規(guī)范GB10000-88。其中包括我國成年人人體主要尺寸、立姿人體尺寸、坐姿人體尺寸和人體水平尺寸等。為了應用方便，各項人體尺寸數(shù)值均同時標明等于和小于該尺寸的人群占總?cè)藬?shù)的百分比。

2010年8月8日機械工程系制造教研室2.人體動態(tài)尺寸人體動態(tài)尺寸是指人在工作位置上的活動空間尺度，主要包括立姿時人的活動空間和坐姿時人的活動空間。每種活動空間又包括上體不動時的活動空間和上體一起動時的活動空間。這些可以在GB10000-88標準的基礎上分析出來。（一）人因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室

3.人體操作力

人在操作和使用機器時需作一些操作動作。操作件使人體承受一定的負荷，隨年齡、性別、身體素質(zhì)、健康情況、和訓練程度等情況的不同，操作負荷達到一定的強烈程度和持續(xù)時間，將導致人體疲勞。在通常情況下，操作應輕快、靈活，但也不能過于輕快，以至承受不起人體肢體的靜重而產(chǎn)生誤操作。相反，有些不需要或只有在特殊情況下才容許人進行操作的部位，例如緊急停車、電氣控制柜門把等，其操作力應設計得大一些，甚至超過人的正常體力，有時非得借助工具才能動作。

（一）人因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室

4．人體視覺和聽覺要實現(xiàn)正確的操作，人必須能夠準確、全面、及時地接受外界的信息。設計時應研究和分析人感官器官的感知能力和范圍，確定合適的人機界面。1）視覺視野是指人的頭部和眼球固定不動的情況下，眼睛自然可見的空間范圍，常以度(°)來表示。正常人的視野在水平面內(nèi)約左右60’，有效區(qū)域為左右10°-20°；垂直面內(nèi)向上50°；向下70°，有效區(qū)域向上30°，向下40°。（一）人因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室視距：是指人在操作過程中正常的觀察距離。一般操作視距范圍在380-760mm之間。方向：人的眼睛沿水平方向運動比垂直方向運動靈活，感覺水平尺寸的誤差也比垂直尺寸精確，且不易疲勞，因此視覺接受的信號源應盡可能水平排列。習慣：人的視線習慣從左到右、從上到下按順時針方向移動。當眼睛觀察視區(qū)時，視區(qū)的右上象限觀察效果最優(yōu)，依次是左上象限、左下象限和右下象限。接受：人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更易接受。顏色：人眼最易辨別紅色，依次為綠、黃、白；當兩種顏色匹配在一起時，最易辨別的順序是黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑宇等。（一）人因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室2）聽覺反映：人的聽覺器官也是重要的信息接受器。人們對來自聽覺的信息反應較來自視覺信息的反應大約快3050ms。范圍：人能聽到的聲音頻率范圍在202000Hz之間，能聽到的聲強級范圍在0120db之間。超過110130db時人們會感到不舒服。要求：機器的聲音信號的頻率和聲強應適于人耳的接受范圍，且應有別于機器周圍或機器本身產(chǎn)生的聲音。方式：聲音信號的設計應根據(jù)信號的意義如報警、提示、顯示運行狀態(tài)等區(qū)別，設計成不同的音響形式。如連續(xù)音響、斷續(xù)音響、音樂等，使人聽到該音響后馬上產(chǎn)生相應的條件反射，進行必要的操作。（一）人因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室（二）機器因數(shù)方面1．信號顯示裝置設計主要包括儀表顯示和信號燈顯示兩種。要求：應根據(jù)人的生理和心理特征進行設計，使人接受信息速度快、可靠性高、誤讀率低，并減輕精神緊張和身體疲勞。類型：儀表顯示有指針式和數(shù)顯式兩類。注意：設計時應正確選擇信號燈的顏色和位置。2010年8月8日機械工程系制造教研室2．操縱裝置設計類型：操縱裝置有手動和腳動兩類。手動操縱裝置按運動方式分有旋轉(zhuǎn)式、移動式、按壓式操縱器等。要求：設計時應注意其形狀、大小、位置、運動狀態(tài)和操縱力的大小等，這些都應符合生物力學和生理學的規(guī)律，以保證操縱時的舒適和方便。習慣：人們在操縱時，經(jīng)過長期的生活和工作實踐、以及培訓，人們逐漸形成了一套習慣進行產(chǎn)品設計時，必須遵循這些操作習慣。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室(1)手柄操作方向

當運動件作直線運動時：手柄操作方向應大致平行于運動件的移動軌跡，并與運動件產(chǎn)生的運動方向一致。當運動件作回轉(zhuǎn)運動時：手柄的回轉(zhuǎn)平面應與運動件的回轉(zhuǎn)平面平行，手柄的操作方向應與運動件產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)方向一致。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室(2)按鈕位置

按鈕的排列直線應和運動件的運動方向相平行，即操縱運動件向右、向前或向上的按鈕應布置在按鈕板的最右、最前和最上方，如圖2-17所示。如運動件作回轉(zhuǎn)運動，按鈕位置的排列方向應與距該組按鈕最近的運動件上的圓周線速度方向相一致。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室(3)手輪操作方向

如運動件作回轉(zhuǎn)運動，操縱者面對手輪軸端，順時針方向轉(zhuǎn)動手輪時，運動件應作順時針方向回轉(zhuǎn)。如運動件作徑向運動，操縱者面對手輪軸端，順時針方向轉(zhuǎn)動手輪時，運動件應向中心方向運動。(4)特殊情況

如一個操作件可以使運動件實現(xiàn)多個方向運動時，上述原則應用于最常用的一個方向；如同時操縱主運動和進給運動時，上述原則適用于進給運動。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室3．安全保障技術包括系統(tǒng)本身安全性和操作人員安全性兩大方面。保證系統(tǒng)本身的安全性：應自動設置安全工作區(qū)限，設計互鎖安全操作，工作環(huán)境條件監(jiān)測監(jiān)控，非正常工作狀態(tài)的自動停機，對操作失誤的自動安全處理等。保證人員的安全性：應采取各種保障人身安全的措施，如漏電保護、報警指示、急停操作和快速制動等，同時對危險工作區(qū)要設置自動光電柵欄和工作區(qū)自動防護及有害物和危險物的自動封閉等。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室4．人體舒適性和使用方便性1)作業(yè)空間能使操作者感到舒適和安全，要照顧到不同操縱者的身體尺寸；2)操作過程中避免差錯，提高工作效率；3)顯示裝置和操縱裝置的布局要既緊湊又可區(qū)分；4)人作業(yè)時，四肢分擔的作業(yè)要均衡，避免身體局部超負荷作業(yè)；5)要根據(jù)機器設備的功能特點、外觀形態(tài)來進行合理的布局，以適應人作業(yè)時的各種心理、生理感知特性。（二）機器因數(shù)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室1)作業(yè)空間如場地、廠房、機器布局、作業(yè)線布置、道路及交通、安全門等。2)物理環(huán)境包括照明、空氣溫度、濕度、氣壓、粉塵、輻射、噪聲等。3)化學環(huán)境包括有毒物質(zhì)、化學性有害氣體及水質(zhì)污染等。（三）環(huán)境因素方面2010年8月8日機械工程系制造教研室1)產(chǎn)品系統(tǒng)中人的功能和其它各部分功能之間的聯(lián)系和制約條件，以及人機之間功能的合理分配方法。2)系統(tǒng)中被控對象狀態(tài)信息的處理過程，人機控制鏈的優(yōu)化。3)人機系統(tǒng)可靠性和安全性。4)環(huán)境因素對勞動質(zhì)量及生活質(zhì)量的影響，提高作業(yè)舒適度和安全保障系統(tǒng)的設計。（四）人機系統(tǒng)方面2010年8月8日機械工程系制造教研室四、結構工藝性評價(一)加工工藝性1．產(chǎn)品結構的合理組合把工藝性不太好或尺寸較大的零件分解成多個工藝性較好的較小零件。把多個結構簡單、尺寸較小的零件合并為一個零件，以減輕重量，減少聯(lián)接面數(shù)量，節(jié)省加工和裝配費用，改善力學性能。零件上各工作面的工作條件不同，常采用不同的材料，將多個零件的坯件用不可拆方式聯(lián)接在一起，如熱壓配合、鉚接、粘接或螺紋聯(lián)接等，然而再整體地進行加工，可取得很好的效果。2010年8月8日機械工程系制造教研室2．零件的加工工藝性零件的加工工藝性：由其結構形狀、材料、尺寸、表面質(zhì)量、公差和配合等確定。加工工藝性的評價：應依據(jù)制造廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，沒有一個絕對的標準。生產(chǎn)條件包括：傳統(tǒng)的工藝習慣；本企業(yè)的加工設備和工裝條件；外協(xié)加工條件；與老產(chǎn)品結構的通用；材料、毛坯和半成品的供應情況和質(zhì)量檢驗的可能性等。（一）加工工藝性2010年8月8日機械工程系制造教研室1．便于裝配的產(chǎn)品結構(1)裝配操作的分解(2)裝配操作的壓縮(3)裝配操作的統(tǒng)一(4)裝配操作的簡化2．便于裝配的零件結合部位結構3．便于裝配的零件結構（二）裝配工藝性2010年8月8日機械工程系制造教研室1)平均修復時間短；2)維修所需元器件或零部件的互換性好，并容易買到或有充足的備件；3)有寬敞的維修工作空間；4)維修工具、附件及輔助維修設備的數(shù)量和種類少，準備齊全；5)維修技術的復雜性低；6)維修人員數(shù)量少；7)維修成本低；8)采用狀態(tài)監(jiān)測和自動記錄（三）維修工藝性2010年8月8日機械工程系制造教研室五、產(chǎn)品造型評價機械產(chǎn)品的造型的總原則是經(jīng)濟、實用、美觀大方?！敖?jīng)濟”指的是造型成本低，并有助于提高產(chǎn)品的可靠性、壽命和人機界面?！皩嵱谩敝傅氖鞘褂貌僮鞣奖?、舒適、符合人體的生理和心理特征，使人機系統(tǒng)的工作效能達到最高?！懊烙^大方”是指產(chǎn)品的外觀形象給人的心理、生理及視覺效應良好。人的審美觀點盡管不全相同，但還是有相同規(guī)律可循，良好的外觀造型應從產(chǎn)品造型設計和產(chǎn)品色彩兩方面去評價。2010年8月8日機械工程系制造教研室(一)產(chǎn)品造型設計有尺度感的造型，具有使用合理、與人的生理感覺和諧，與使用環(huán)境協(xié)調(diào)的特點，是造型美的基本因素之一。人的視覺具有本能的喜愛比例得當?shù)脑煨?，即所謂的比率美?！厦缹W原理1.尺度與比例2010年8月8日機械工程系制造教研室2．對稱與均衡對稱和均衡是取得良好視覺平衡的兩種基本形式。對稱：是自然界最常見的一種平衡方式，也廣泛地用于產(chǎn)品造型中，但對稱形式易使人的視覺停留在對稱線上，給人以單調(diào)、呆板的感覺，故在應用對稱造型時應注意。均衡：是不對稱的平衡方式，來源于力學的平衡原理。均衡造型的產(chǎn)品具有靜中有動、動中有靜的條理美和動態(tài)美。由于均衡形式的支點不夠確定，安定感比對稱形式差，處理不當，易形成雜亂的效果。在設計過程中，必須恰當處理對稱與均衡，才能取得良好的造型效果。(一)產(chǎn)品造型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室3．安定與輕巧造型的安定性來自實際安定和視覺安定兩方面。輕巧與安定往往是矛盾的，是產(chǎn)品造型美對立統(tǒng)一的兩個方面。色彩：明度低的色彩，顯得重感較大，裝飾在產(chǎn)品形體的下部可增強安定感，裝飾在產(chǎn)品形體的上部會產(chǎn)生輕巧感；明度高的色彩的效果恰巧相反。(一)產(chǎn)品造型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室4．對比與調(diào)和在產(chǎn)品造型設計中，一般以調(diào)和為主調(diào)，在調(diào)和的基礎上采用對比的手法。常用的手法有以下幾方面：(1)線型的對比與調(diào)和(2)體量的對比與調(diào)和(3)方向的對比與調(diào)和(4)虛實的對比與調(diào)和(5)質(zhì)感的對比與調(diào)和(6)色彩的對比與調(diào)和(一)產(chǎn)品造型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室5．過渡與呼應過渡：是指在兩個相鄰的形體、面或色彩之間，采用逐漸演變的形式把二者聯(lián)系起來，以取得和諧造型效果。呼應：是指造型設計時，在前后、上下或左右對應部位，利用“形”、“色”、“質(zhì)”的某些相同或相似的特點進行處理，以取得它們之間在線型、大小、色彩及質(zhì)感等方面的藝術效果的一致性，產(chǎn)生心理和視覺印象上的聯(lián)系和位置的相互照應，使整體造型顯得和諧、均衡、統(tǒng)一的效果。(一)產(chǎn)品造型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室6．節(jié)奏與韻律產(chǎn)品造型的節(jié)奏與韻律：是指造型的某些要素，如形體、線型、色彩、肌理以及方向、大小等作有規(guī)則的變化和重復，在空間產(chǎn)生抑揚頓措的視覺效果，給人帶來心理上的愉快和美感。造型中的節(jié)奏與韻律必須符合人的視覺習慣，只有當產(chǎn)品造型表現(xiàn)出來的節(jié)奏符合人的生理自然節(jié)奏時，才會感到和諧和愉快。(一)產(chǎn)品造型設計2010年8月8日機械工程系制造教研室7．重點與一般1)運用形體和線型對比突出主體，即用比較突出