機械原理與設(shè)計-現(xiàn)代機器的認知、分析與設(shè)計 課件 ch1-緒論（含ch2）

“設(shè)計與制造Ⅱ”課程

（D&MⅡ，ME3220）設(shè)計與制造ⅡDesignandManufacturingⅡ(ME3220/原ME209)“設(shè)計與制造Ⅱ”課程

（D&MⅡ，ME3220）第一章緒論設(shè)計與制造Ⅱ郭為忠博士教授機械與動力工程學院上海交通大學目錄機械實例與定義（Casestudies&definitions）機械設(shè)計（Mechanicaldesign）基本概念與定義

（Basicconcepts/definitions）機電產(chǎn)品開發(fā)過程思考題附錄第一章緒論課程總體介紹、機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程實例機械實例機器鴨人形機器人表演機器人機器人是現(xiàn)代機器的典型。實例機械實例BidDogWildCatBostonDynamic實例機械實例BostonDynamic實例機械實例BostonDynamic實例機械實例六足步行機器人

開發(fā)5款實驗樣機，實現(xiàn)負重行走、自主避障、自主跨越障礙、力擾動自主平衡，驗證了構(gòu)型的合理性和實用性實例六足機器人比賽機械實例多足機器人實例奧運機器人（滑雪，北京冬奧會，2022）機械實例多足機器人實例機械實例蛇形(地震等救災(zāi))

實例機械實例蛇形(充電樁-Tesla)

實例機械實例機器人串聯(lián)機器人（工業(yè)機器人）并聯(lián)機器人實例機械實例并聯(lián)機床六自由度并聯(lián)機床實例機械實例并聯(lián)機床并聯(lián)機床實例機械實例三自由度Delta機器人采用Delta機器人的餅干包裝生產(chǎn)線實例機械實例400噸米鍛造操作機實例機械實例大型挖掘機實例機械實例空間對接運動模擬器實例機械實例LeggedMobileLander新型步行式著陸器實例機械實例大飛機&航空發(fā)動機&調(diào)節(jié)機構(gòu)我國國產(chǎn)大客機C919于2017年5月5日成功首飛，單通道150座級，最大載客量為190座。實例機械實例變螺距槳葉核主泵-非能動調(diào)節(jié)爬樓機器人－本院學生課程設(shè)計作品基于變形輪的自穩(wěn)式爬樓機器人組長：潘登組員：趙齊屾劉劍寒伍哲豪爬樓機構(gòu)三角輪式純足式懸掛輪式組合式變形三角輪式自穩(wěn)機構(gòu)設(shè)計變形輪機構(gòu)設(shè)計(2014)老人電動代步車－本院學生課程設(shè)計作品機械實例國際象棋－本院學生課程設(shè)計作品機械實例G7-模式切換的欠驅(qū)動機械手項目展一等獎用于素描教育的居家輔助機器人－本院學生課程設(shè)計作品機械實例孫光震

邊容

李虹辰

張?zhí)靷?/p>

徐倚帆，2019-2020-1（延續(xù)為大創(chuàng)并參賽）限制次數(shù)的機械密碼鎖發(fā)明人：楊藝菲,孫香宇,汪一波,楊勇,卞浩,郭為忠專利號：ZL201310207730.4申請日：2013-05-29；授權(quán)日2015.5.27(2012-2013春)多級齒輪結(jié)構(gòu)密碼鎖發(fā)明人：卞浩,楊勇,楊藝菲,孫香宇,汪一波,郭為忠專利號：ZL201310208158.3申請日：2013-05-29；授權(quán)日：2015.5.27(2012-2013春季)明暗雙編碼機械鎖發(fā)明人：汪一波,孫香宇,楊勇,卞浩,楊藝菲,郭為忠專利號：ZL201310275032.8申請日：2013-07-03，授權(quán)日：2015-04-1(2012-2013春季)基于邏輯順序的密碼鎖孫香宇、汪一波、楊藝菲、卞浩、楊勇(2013)機械密碼鎖－本院學生課程設(shè)計作品機械密碼鎖－本院學生課程設(shè)計作品機械實例旋轉(zhuǎn)同步型彈子鎖的鎖芯及其鑰匙發(fā)明人：周旻珺;程燦;李光焜;郭為忠.發(fā)明專利申請?zhí)枺?01010160003.3申請日：2010.4.29(2008-2009秋季)雙孔牽連旋轉(zhuǎn)推擋式彈子鎖的鎖芯及其鑰匙.發(fā)明人：周旻珺，程燦，李光焜，郭為忠.發(fā)明專利授權(quán)號：ZL201010165867.4申請日：2010.5.7；授權(quán)日：2012.11.21(2008-2009秋季)現(xiàn)代機器的構(gòu)成—設(shè)計視角（功能）現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)（單元層次）傳動部分動力部分執(zhí)行部分機器與其他裝置的主要不同點是產(chǎn)生期望的機械運動，完成有用的工作過程。因此．實現(xiàn)機械運動的執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)是機器的核心。機器的構(gòu)成美國《國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)》:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)-互聯(lián)網(wǎng)+制造，2012德國《工業(yè)4.0》:制造+互聯(lián)網(wǎng),軟件重要性（信息物理融合系統(tǒng)cyber-physicalsystems）,2013日本《2015年版制造白皮書》:大數(shù)據(jù)+人工智能+IoT，2015中國《中國制造2025》:工業(yè)2.0、3.0、4.0并行發(fā)展，2015《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《Outofcontrol失控》,1994現(xiàn)代機器的構(gòu)成—概念設(shè)計視角（功能）信息處理與控制傳感檢測廣義執(zhí)行機構(gòu)1信息處理與控制廣義執(zhí)行機構(gòu)m廣義執(zhí)行機構(gòu)n傳感檢測子系統(tǒng)…通訊、信息處理與控制……執(zhí)行單元1執(zhí)行單元m執(zhí)行單元n機械運動電子控制機電一體化升級版虛+實（軟+硬）現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)層次）現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）機器的構(gòu)成VSMCSM電子控制(弱電)可編程原動機(強電)普通原動機(強電)機械系統(tǒng)(機構(gòu))傳感檢測(精儀)通訊+信息處理(計算機，互聯(lián)網(wǎng)+)減速器(傳動)機電一體化升級版虛+實（軟+硬）智能裝備/機械/機器現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)（機電一體化全景）-智慧之接口現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）現(xiàn)代機器的構(gòu)成(邏輯構(gòu)造)《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《Outofcontrol失控》,1994機器的構(gòu)成現(xiàn)代機器的構(gòu)成(邏輯構(gòu)造)VSMCSM電子控制(弱電)可編程原動機(強電)普通原動機(強電)機械系統(tǒng)(機構(gòu))傳感檢測(精儀)通訊+信息處理(計算機，互聯(lián)網(wǎng)+)減速器(傳動)機電一體化升級版虛+實（軟+硬）智能裝備/機械/機器現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)（機電一體化全景）-智慧之接口現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《Outofcontrol失控》,1994機器的構(gòu)成現(xiàn)代機器的構(gòu)成(物理構(gòu)造)現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）現(xiàn)代機電產(chǎn)品的物理構(gòu)造（Project實施對象）機器的構(gòu)成通訊信息處理與控制廣義執(zhí)行機構(gòu)傳感檢測子系統(tǒng)現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）機械系統(tǒng)(機械結(jié)構(gòu))現(xiàn)代機電產(chǎn)品的物理構(gòu)造（Project實施對象）現(xiàn)代機器的構(gòu)成(物理構(gòu)造)機器的構(gòu)成機器的構(gòu)成現(xiàn)代機器的構(gòu)成—設(shè)計視角（功能）Powersystem動力系統(tǒng)Transmissionsystem傳動系統(tǒng)Controlsystem控制系統(tǒng)Auxiliarysystem輔助系統(tǒng)Executivesystem執(zhí)行系統(tǒng)現(xiàn)代機器的構(gòu)成—設(shè)計視角（功能）現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)（機電一體化全景）-智慧之接口現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）機器的構(gòu)成機電一體化升級版虛+實（軟+硬）智能裝備/機械/機器《Outofcontrol失控》，2004德國《工業(yè)4.0》：軟件的重要性（信息物理融合系統(tǒng)cyber-physicalsystems）,2013《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《中國制造2025》，2015控制器傳感器e(t)f(t)r(t)u(t)y(t)d(t)被控對象現(xiàn)代機器的構(gòu)成—設(shè)計視角（功能）農(nóng)業(yè)革命工業(yè)革命-1st工業(yè)革命-2nd工業(yè)革命-3rd工業(yè)革命-4th1800線性代數(shù)(如：向量法)，幾何線幾何，旋量理論，李群李代數(shù)微分學，微分幾何矩陣理論，圖論機構(gòu)與機器發(fā)展圖解法蒸汽機、汽輪機和水輪機、煤炭史密斯刨床和大量新機床四桿機構(gòu)機構(gòu)學理論體系形成連桿組自由度判據(jù)發(fā)現(xiàn)機構(gòu)運動幾何學派開創(chuàng)1916年，提出Assur桿組20世紀50年代前后，運動學、動力學得到充分發(fā)展?-1960年，圖論開始用于機構(gòu)綜合開展對開鏈機構(gòu)、運動過程中結(jié)構(gòu)變化機構(gòu)、組合機構(gòu)等研究80年代初，旋量理論在機構(gòu)學得到發(fā)展同期，位移子群在機構(gòu)分析與綜合中應(yīng)用并聯(lián)機構(gòu)得到廣泛研究，并在典型行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學工具廣泛應(yīng)用于機構(gòu)的分析與綜合中并聯(lián)機構(gòu)型綜合理論得到很大發(fā)展多自由空間機構(gòu)性能評價和尺度綜合受到廣泛關(guān)注復雜機構(gòu)拓撲與參數(shù)集成設(shè)計理論與方法極端服役裝備、仿生和微納等機構(gòu)的設(shè)計理論與方法機構(gòu)綜合設(shè)計平臺建設(shè)……-串聯(lián)機器人并聯(lián)機器并聯(lián)機構(gòu)巨型重載機器微納機械仿生機械A(chǔ)ssur桿組螺旋，李群李代數(shù)、集合論改自《機械工程學科：發(fā)展戰(zhàn)略報告（2011-2020），NSFC-工材部，科學出版社，2010190019601980200020102020機械/機器的發(fā)展脈絡(luò)歷史：簡單到復雜、機械到機電重經(jīng)驗、輕理性趨勢：機械到靈性、智能機器多科交叉、系統(tǒng)性工業(yè)革命工具進步春秋1700幾何學，圖解法依靠個人經(jīng)驗與智慧、技藝傳承、奇淫技巧內(nèi)燃機、發(fā)電機、電動機、電力、石油蒸汽時代新動力，英國電氣時代新動力，德國信息時代自動化、CS/IT，美蘇智能時代AI/BD、新能源，美中農(nóng)耕時代風/水/畜力，石器/青銅器/鐵器，中國現(xiàn)代機器的構(gòu)成—設(shè)計視角（功能）農(nóng)業(yè)革命工業(yè)革命-1st工業(yè)革命-2nd工業(yè)革命-3rd工業(yè)革命-4th蒸汽時代人+新動力電氣時代人+新動力信息時代人+自動化、CS/IT智能時代人+AI/BD、新能源農(nóng)耕時代人+執(zhí)行構(gòu)件/機構(gòu)風/水/畜力人-機器-環(huán)境：大系統(tǒng)人+機器通訊、什么是機器/機械機器(Machine)是一種由人為物體組成的、能產(chǎn)生確定/期望機械運動的裝置，用來完成一定的工作過程，以代替生物的勞動或輔助生物的活動。(包括體力勞動和腦力勞動)【Machineisacombinationofresistantbodiesarrangedtocompelthemechanicalforcesofnaturetodoworkaccompaniedbydeterminatemotion.(-Reuleaux)】【Machinesaremechanicaldevicesusedtoalter,transmitanddirectforcestoaccomplishaspecificobjective(todowork,toachievesomecertainapplicationfunctions.)】機器有時又稱為機械系統(tǒng)(mechanicalsystem)、機械產(chǎn)品、機電（一體化）系統(tǒng)或機電（一體化）產(chǎn)品(mechatronicsystem/product)。根據(jù)工作類型的不同，機器一般可以分為動力機器、工作機器和信息機器三類。機器的內(nèi)涵什么是機器/機械機器的分類動力機器的功用機械能其他形式的能量內(nèi)燃機、電動機、發(fā)電機、汽輪機工作機器的功用完成有用的機械功或搬運物品金屬切削機床、軋鋼機、織布機、包裝機、汽車、機車、飛機、起重機、數(shù)控機床信息機器的功用完成信息的傳遞和變換照相機、復印機、打印機、傳真機、繪圖機新能源利用裝置磁懸浮列車、壓力機、盾構(gòu)、油田抽油機、工業(yè)噴涂機器人、焊接機器人、空間站機械臂、深海探測機器人、電動玩具貓本課程研究的機器，其本質(zhì)特征是能實現(xiàn)一定的機械運動，并以機械運動為手段實現(xiàn)其功用。（太陽能/風能/海洋能/地熱能/生物質(zhì)能/氫能/核能/…）（“雙碳”戰(zhàn)略：碳達峰2030、碳中和2060）3D打印機什么是機器人機器人：仍是機械裝置，是自動化/信息化/智能化/網(wǎng)絡(luò)化/群體化/社會化的機械，是典型的現(xiàn)代機器（機械運動）機器人的內(nèi)涵Robot：捷克作家KarelCapek,1920Rossum’sUniversalRobotsARoadmapforU.S.Robotics--FromInternettoRobotics,2013Ed.,Mar.

20,2013(8U+1RTC)

GeorgiaTech,CarnegieMellon,UPennsylvania,USC,Stanford,UC-Berkeley,UWashington,MIT,RoboticsTechnologyConsortium工業(yè)機器人：1960s-特種機器人：服務(wù)、娛樂家用、醫(yī)療建筑、農(nóng)業(yè)空間、水下軍用、核電打印、…機器人化搬運、碼垛焊接、鉆孔噴漆、鑄造打磨、裝配分揀、…Robotics：IsaacAsimov,1941造詞

，1942提出機器人學三定律定律1：機器人不得傷害人，也不得見人受到傷害而袖手旁觀。定律2：機器人應(yīng)服從人的一切命令，但不得違反第一定律。定律3：機器人應(yīng)保護自身的安全，但不得違反第一、第二定律。ThreeLawsofRobotics有思想、有靈魂的機械（機器倫理）LawⅠ:Arobotmaynotinjureahumanbeingor,throughinaction,allowahumanbeingtocometoharm.LawⅡ:Arobotmustobeyordersgivenitbyhumanbeingsexceptwheresuchorderswouldconflictwiththefirstlaw.LawⅢ:Arobotmustprotectitsownexistenceaslongassuchprotectiondoesnotconflictwiththefirstorsecondlaw.機電一體化升級版虛+實（軟+硬）智能裝備/機械/機器算法or聰慧(信息處理功能的演進)《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《Outofcontrol失控》,1994機器的智能莫拉維克悖論（Moravec'sparadox）：和傳統(tǒng)假設(shè)不同，對計算機而言，實現(xiàn)邏輯推理等人類高級智慧只需要相對很少的計算能力，而實現(xiàn)感知、運動等低等級智慧卻需要巨大的計算資源。史迪芬·平克（StevenPinker/語言學家/認知科學家）認為：這是人工智能研究者的最重要發(fā)現(xiàn)?！禩heLanguageInstinct》：“困難的問題是簡單的，簡單的問題是困難的”。四歲小孩具有的本能─辨識人臉、舉起鉛筆、在房間內(nèi)走動、回答問題等，事實上是工程領(lǐng)域內(nèi)目前為止最難解的問題?！倦S著新一代智慧設(shè)備的出現(xiàn)，股票分析師、石化工程師和假釋委員會都要小心他們的位置被取代，但是園丁、接待員和廚師至少十年內(nèi)都不用有這種擔心。】MarvinMinsky強調(diào)：對技術(shù)人員來說，最難以復刻的人類技能是那些無意識的技能。總體上，一些看起來簡單的動作比那些看起來復雜的動作要更加難以實現(xiàn)。莫拉維克悖論Moravec'sParadox：HansMoravec,RodneyBrooks,MarvinMinsky,1980sAI三大悖論：莫拉維克悖論、新知李國杰院士提出識悖論、啟發(fā)式悖論目錄機械實例與定義（Casestudies&definitions）機械設(shè)計（Mechanical/machinedesign）基本概念與定義

（Basicconcepts/definitions）機電產(chǎn)品開發(fā)過程思考題附錄課程總體介紹、機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程第一章緒論什么是機械設(shè)計設(shè)計：在正式做某項工作之前，根據(jù)一定的目的要求，預(yù)先制定方法、圖樣等。【現(xiàn)代漢語詞典，1999】機械設(shè)計：根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構(gòu)思、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程?！景俣劝倏啤繖C械設(shè)計(mechanicaldesign)：是創(chuàng)造性地實現(xiàn)具有預(yù)期功能的新設(shè)備或機器，或改進現(xiàn)有機器和設(shè)備，使其具有新的性能?！颈R玉明，機械設(shè)計基礎(chǔ)，第6版】機械設(shè)計從無到有

----創(chuàng)造舊的變新----改進恩格斯：“直立與勞動創(chuàng)造了人類，而勞動是從制造工具開始的”【自然辯證法】對企業(yè)發(fā)展的重要意義—產(chǎn)業(yè)鏈與產(chǎn)品設(shè)計機械設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)制造市場營銷售后服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈原料采購倉儲運輸訂單處理批發(fā)經(jīng)營終端零售郎咸平：產(chǎn)業(yè)鏈的“非常6+1”，2008企業(yè)群活動：形成產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈增值：價值形成鏈國際分工合作：產(chǎn)業(yè)鏈在全球布局全球企業(yè)競爭：產(chǎn)業(yè)鏈上下游卡位開門七件事Bigdata+工業(yè)4.02015.6.1廣東衛(wèi)視-財經(jīng)郎眼:大數(shù)據(jù)時代來了產(chǎn)業(yè)鏈對企業(yè)發(fā)展的重要意義—價值曲線與設(shè)計價值機械設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)制造市場營銷售后服務(wù)原料采購倉儲物流訂單處理批發(fā)經(jīng)營終端零售

郎咸平,《產(chǎn)業(yè)鏈陰謀》,東方出版社，2008.【產(chǎn)業(yè)鏈的“非常6+1”】附加值高低上游下游產(chǎn)業(yè)鏈微笑曲線(SmilingCurve)【「再造宏碁：開創(chuàng)、成長與挑戰(zhàn)」,宏基集團創(chuàng)辦人施振榮，1992】產(chǎn)品研發(fā)市場消費Germany

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戴姆勒-奔馳】蒂森-克虜伯、西門子、SAP…麥肯錫、4A、IBM咨詢服務(wù)、Google、Facebook…OEM、海爾、格力、華為、聯(lián)想、上汽、奇瑞...創(chuàng)新研發(fā)品牌口碑供給側(cè)需求側(cè)對企業(yè)發(fā)展的重要意義—價值曲線與設(shè)計價值機械設(shè)計國務(wù)院,《中國制造2025》,2015.5.8.“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略“十三五”期間：中國要掌握一批重點領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，優(yōu)勢領(lǐng)域競爭力進一步增強，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高?！爸袊圃臁保簩崿F(xiàn)從制造引領(lǐng)到創(chuàng)新引領(lǐng)、從供應(yīng)鏈戰(zhàn)略到價值鏈戰(zhàn)略、從全球銷售到全球經(jīng)營的轉(zhuǎn)型升級。“卡脖子”問題：關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)，核心競爭力之所在，責任之所在（重在創(chuàng)新）對企業(yè)發(fā)展的重要意義機械設(shè)計企業(yè)活動起點=終點(cycle)產(chǎn)品銷售vs需求滿足&調(diào)查需求：顯+隱；終端+中間開發(fā)設(shè)計制造市場營銷售后服務(wù)現(xiàn)代企業(yè)活動3Dprinting制造類：橄欖球/腰鼓型企業(yè)（OEM/代工）設(shè)計類：啞鈴型企業(yè)（創(chuàng)新型，品牌戰(zhàn)略）企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的一般流程機械設(shè)計現(xiàn)代機電產(chǎn)品開發(fā)過程調(diào)研與立題機電產(chǎn)品方案設(shè)計機構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計電機+控制原型制作與展示企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的一般流程《設(shè)計與制造Ⅱ》項目開展過程（產(chǎn)品開發(fā)鏈

課程時間線）機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程（項目開展流程）項目進程現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)流程（企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)）1-34-99-1213-1718目錄機械實例與定義（Casestudies&definitions）機械設(shè)計（Mechanicaldesign）基本概念與定義（Basicconcepts/definitions）機電產(chǎn)品開發(fā)過程思考題附錄課程總體介紹、機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程第一章緒論機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件機構(gòu)：機器的“骨骼”系統(tǒng)，起到支承、運動產(chǎn)生與變換、力的傳遞與轉(zhuǎn)換的功用。機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件內(nèi)骨骼機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件外骨骼生物的運動結(jié)構(gòu)基本概念外骨骼機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件零骨骼生物的運動結(jié)構(gòu)基本概念零骨骼機構(gòu)與結(jié)構(gòu)港口起重機

：四桿機構(gòu)基本概念構(gòu)件機構(gòu)原動件執(zhí)行構(gòu)件機構(gòu)與結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機：曲柄滑塊機構(gòu)(屬連桿機構(gòu))-執(zhí)行功能齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)-控制功能基本概念構(gòu)件、機構(gòu)、零部件原動件、執(zhí)行構(gòu)件、原動機驅(qū)動器、傳感器機電一體化的作用控制子系統(tǒng)通訊+信息處理子系統(tǒng)廣義執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)傳感檢測子系統(tǒng)機電一體化的沖擊（提升）控制功能電子化，簡化了機器結(jié)構(gòu)可編程性好，柔性大，智能之接口工藝動作易于協(xié)調(diào)，控制容易機構(gòu)廣義機構(gòu)（光/機/電/…）基本概念現(xiàn)代機器：控制功能電子化/非機化機構(gòu)：專攻運動，功能更純粹廣義機器：“人-機-環(huán)境”大系統(tǒng)基本概念圖2-21以工具操控運動為核心的“人-機-環(huán)境”抽象模型圖2-20“人-機-環(huán)境”構(gòu)成的大系統(tǒng)抽象模型未來機器與人類社會：人-機-環(huán)廣義機器社會關(guān)系：人—創(chuàng)造、機器—生產(chǎn)人：設(shè)計-創(chuàng)造性勞動【創(chuàng)新/財富增殖的源泉、軟財富】機：生產(chǎn)-計算性勞動【勞動/財富增殖的機器化、硬財富】人的地位：創(chuàng)新的主體、價值的源泉機器的創(chuàng)造者、機器的主人/操控者未來社會：【共融：co-existing、co-operation】人機協(xié)同/協(xié)作：共同創(chuàng)造社會財富人機協(xié)同/融合：共同完成社會勞動【人(勞動的主導)+機(勞動的主體)】人

(創(chuàng)新創(chuàng)造的主體)+機(生產(chǎn)服務(wù)的主體)機器倫理機構(gòu)與結(jié)構(gòu)基本概念構(gòu)件、機構(gòu)、零部件原動件、執(zhí)行構(gòu)件、原動機驅(qū)動器、傳感器零部件

構(gòu)件是運動的最小單元。零件是制造的最小單元。美國《國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)》:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)-互聯(lián)網(wǎng)+制造，2012德國《工業(yè)4.0》:制造+互聯(lián)網(wǎng),軟件重要性（信息物理融合系統(tǒng)cyber-physicalsystems）,2013日本《2015年版制造白皮書》:大數(shù)據(jù)+人工智能+IoT，2015中國《中國制造2025》:工業(yè)2.0、3.0、4.0并行發(fā)展，2015《第二次機器革命》：發(fā)達大腦（+強健靈巧肢體），2014《Outofcontrol失控》,1994信息處理與控制—詳細設(shè)計視角（結(jié)構(gòu)）單片機與控制器傳感檢測結(jié)構(gòu)1(構(gòu)件+關(guān)節(jié))單片機與控制器結(jié)構(gòu)m(構(gòu)件+關(guān)節(jié))結(jié)構(gòu)n(構(gòu)件+關(guān)節(jié))傳感器…網(wǎng)絡(luò)、計算機、控制器……執(zhí)行單元1執(zhí)行單元m執(zhí)行單元n機械結(jié)構(gòu)控制軟硬件機電一體化升級版虛+實（軟+硬）現(xiàn)代機器的結(jié)構(gòu)邏輯（系統(tǒng)層次）現(xiàn)代機器的骨架/運動系統(tǒng)（三子系統(tǒng)論，核心組成）基本概念什么是機械原理、機械零件設(shè)計設(shè)計與制造Ⅱ：了解機電產(chǎn)品開發(fā)涉及的機械原理、機械零件、驅(qū)動傳感、能源動力等基本知識，理解機電產(chǎn)品/機器、機構(gòu)、傳動、零部件、原動機、驅(qū)動器、傳感器等概念，熟悉機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程。機械原理：機構(gòu)與機器理論/科學(MMT：Mechanism&MachineTheory,Mechanism&MachineScience)，是研究機構(gòu)和機器的運動及動力特性，以及機械運動方案設(shè)計的一門基礎(chǔ)技術(shù)學科。機械原理的研究對象是機械，而機械是機構(gòu)與機器的總稱。機械設(shè)計：機械零件/機械設(shè)計(elementsofmechanicaldesign/machinedesign)，研究機器整機及通用零部件的基本工作原理、特點、應(yīng)用、性能設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法?；靖拍顧C構(gòu)機器中的運動單元體稱為構(gòu)件link。制造單元稱為零件mechanicalelement機構(gòu)mechanism是把一個或幾個構(gòu)件的運動，變換成其他構(gòu)件所需的具有確定運動的構(gòu)件系統(tǒng)?！綧echanism:akinematicchaininwhichatleaseonelinkhasbeen“grounded”,orattached,totheframeofreference(whichitselfmaybeinmotion);thelinksinthekinematicchainmoveuponeachotherwithdefiniterelativemotion.】構(gòu)件可以是剛性的，也可以是撓性的或彈性的?，F(xiàn)代機器中的機構(gòu)不再是純剛性構(gòu)件的機構(gòu)。驅(qū)動可以是電動、液壓、氣動、電磁件或其它方式（人力、畜力、）。最常用的機構(gòu)有：連桿機構(gòu)linkage、凸輪機構(gòu)cammechanism、齒輪機構(gòu)geartrain、間歇運動機構(gòu)intermittenmechanism等。機構(gòu)可以形象地比作機器的“骨骼”系統(tǒng)，起到支承、運動產(chǎn)生與變換、載荷傳遞的功能?；靖拍钅夸洐C械實例與定義（Casestudies&definitions）機械設(shè)計（Mechanicaldesign）基本概念與定義

（Basicconcepts/definitions）機電產(chǎn)品開發(fā)過程（項目設(shè)計與制作之過程）思考題附錄課程總體介紹、機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程第一章緒論機電產(chǎn)品開發(fā)的過程和管理機電產(chǎn)品開發(fā)過程400噸米鍛造操作機如何開發(fā)？如何組織開發(fā)？目錄機械實例與定義（Casestudies&definitions）機械設(shè)計（Mechanicaldesign）基本概念與定義（Basicconcepts/definitions）機電產(chǎn)品開發(fā)過程思考題（機械的發(fā)展）附錄課程總體介紹、機電產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成與開發(fā)流程第一章緒論設(shè)計與制造Ⅱ1-1試說明機構(gòu)與機器的異同，怎樣看待傳統(tǒng)機械和機電一體化產(chǎn)品中的機構(gòu)？1-2試舉例說明機器的分類？你還有其它分類方法嗎？1-3什么是執(zhí)行動作和執(zhí)行構(gòu)件？1-4試分析企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的一般流程，各環(huán)節(jié)作用如何。1-5試分析市場需求和產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)系？1-6談?wù)勀銓ΜF(xiàn)代產(chǎn)品中機械、驅(qū)動、控制、傳感器、處理器等相互關(guān)系的看法。1-8若請你負責一項機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)任務(wù)，你將如何組織研發(fā)團隊，并管理開發(fā)過程？依據(jù)是什么？1-9請從功能結(jié)構(gòu)的視角考察一下機械的發(fā)展史。1-10從設(shè)計角度分析古機械、近代機械、現(xiàn)代機械的異同。彈簧在機構(gòu)/機器中起到什么作用？能算作運動構(gòu)件嗎？為什么？思考題設(shè)計與制造Ⅱ2-1何謂現(xiàn)代機器?它與傳統(tǒng)機器有什么區(qū)別和聯(lián)系?未來機器會朝哪些方向發(fā)展？2-2現(xiàn)代機器的邏輯結(jié)構(gòu)有哪些形式？2-3機電一體化在現(xiàn)代機器中的表現(xiàn)形式有哪些？2-4如何理解“控制功能載體的變革為信息技術(shù)的介入留下了有效接口”這句話？2-5何謂廣義機構(gòu)?它與傳統(tǒng)機構(gòu)有什么區(qū)別和聯(lián)系?2-6廣義機構(gòu)的最本質(zhì)特征是什么？2-7廣義機構(gòu)有哪些類型？傳統(tǒng)機構(gòu)屬于廣義機構(gòu)嗎？2-8從方案設(shè)計的需要出發(fā)，傳感器應(yīng)如何分類？2-9從方案設(shè)計的需要出發(fā)，信息處理與控制系統(tǒng)的軟硬件有哪些層次和類型？2-10如何理解“人-機-環(huán)境”的動態(tài)性和機器的演進路徑？思考題《課程講義ch2》Back“設(shè)計與制造Ⅱ”課程

（D&MⅡ，ME3220）謝 謝！第一章緒論拓展與思考附錄古代近代現(xiàn)代未來仿生拓展與思考古代人類的探索：機械的發(fā)展中國古代機械的輝煌成就秤：古稱權(quán)衡、衡器。權(quán)即砝碼/秤錘，衡指秤桿。最早的秤：長沙附近左家公山戰(zhàn)國時期楚墓中的天平，公元前四至三世紀制品桔槔：春秋時期已相當普遍，延續(xù)了幾千年，是中國農(nóng)村歷代通用的舊式提水器具轆轤：汲水工具。公元前一千一百多年前中國周代初期已經(jīng)發(fā)明。春秋時期已經(jīng)流行。廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉上?！段镌罚菏坟甲鬓A轤翻車：刮板式連續(xù)提水機械，又名龍骨水車，我國古代最著名的農(nóng)業(yè)灌溉機械之一?！逗鬂h書》：畢嵐作翻車，三國馬鈞加以完善。最早的鏈傳動筒車：唐代已有，水力機械。水筒與水輪聯(lián)成一體，既是接受水力的驅(qū)動構(gòu)件，又是提水倒水的工作構(gòu)件，其機構(gòu)簡明緊湊，設(shè)計構(gòu)思巧妙。中國古代機械的輝煌成就中國古代機械的輝煌成就扇車：公元前一世紀，西漢時我國已有揚去谷物中的秕糠用的風車。歐洲約一千四百年后才有類似的風車。

扇車由車架、外殼、風扇、喂料斗及調(diào)節(jié)門等構(gòu)成，工作時手搖風扇，開啟調(diào)節(jié)門，讓谷物緩緩落下，谷殼及輕雜物被風力吹出機外水磨：用水力作為動力的磨，大約在晉代就發(fā)明了。到三國時代，多功能水磨機械已經(jīng)誕生成型。從機械角度來看，是由水輪、軸和齒輪聯(lián)合傳動的機械。從古代繪畫中的臥輪水磨、立輪水磨和立輪式水轉(zhuǎn)大紡車，可見中國古代安裝臥輪還是立輪的決定，已經(jīng)是根據(jù)當?shù)厮Y源、水勢高低、齒輪與輪軸的匹配原則，從經(jīng)濟、便利等角度予以解決的?！稓J定授時通考》「水轉(zhuǎn)連磨」《農(nóng)書》「臥輪水磨」《農(nóng)書》「水轉(zhuǎn)大紡車」水碓：西漢末年出現(xiàn)，利用水力舂米之機械。動力源是一個大的立式水輪，輪上裝有若干板葉，轉(zhuǎn)軸上裝有一些彼此錯開的撥板，用來撥動碓桿。每個碓用柱子架起一根木桿，桿的一端裝一塊圓錐形石頭。下面的石臼里放上準備加工的稻谷。流水沖擊水輪使它轉(zhuǎn)動，軸上的撥板臼撥動碓桿的梢，使碓頭一起一落地進行舂米，加工糧食。中國古代機械的輝煌成就石磨：魯班發(fā)明(春秋末期魯國人，發(fā)明了木工用鋸子、刨子、曲尺等)兩塊石頭制成磨扇，下扇中間裝有短立軸，用鐵制成，上扇中間有相應(yīng)空套，兩扇相合以后，下扇固定，上扇繞軸轉(zhuǎn)動。兩扇相對留有空膛叫磨膛，膛外周制成一起一伏的磨齒。上扇有磨眼，添加谷物，被磨成粉末，從夾縫中流到磨盤上，過羅篩去麩皮等就得到面粉。中國古代機械的輝煌成就記里鼓車：配有減速齒輪系的古代車輛，一般作為帝王出行儀仗車輛，至遲在漢代已問世。每行走一里擊鼓一次。從它的內(nèi)部構(gòu)造來說，所應(yīng)用的減速齒輪系統(tǒng)已相當復雜，可以說是現(xiàn)代車輛上計程儀的先驅(qū)。獨輪車：創(chuàng)始者據(jù)說是三國諸葛亮，前身即木牛流馬。原始的車輪沒有輪輻，在漢、唐時代稱為“輇”夏代前后，出現(xiàn)了無輻條的輇和各種有輻條的車輪。由輇發(fā)展到輪，使車輛的行走部件發(fā)生了一次大變革，為殷代造車奠定了基礎(chǔ)。殷商和西周時已有相當精致的兩輪車。中國古代機械的輝煌成就5只齒輪；120個齒。指南車：相傳5000多年前黃帝時代就已經(jīng)發(fā)明。指南車起源很早，歷代曾幾度重制，但均未留下資料，直至宋代才有完整的資料。SouthPointingChariot指南車(~2,500BC)＊Tworecordsabouttheexteriorshapeandtheinteriorstructureofsouthpointingchariotsin《宋史》,HistoryoftheSongDynasty,includingonedesignbyYanSu(燕肅)in1027ADandanotherbyWuDe-ren(吳德仁)in1107AD.(摘自顏鴻森CCAMMS2009Keynotespeech,Wuhan)中國古代機械的輝煌成就SouthPointingChariot指南車(~2,500BC)(摘自顏鴻森CCAMMS2009Keynotespeech,Wuhan)《三才圖會》A.C.Moule1925WangZhen-duo(王振鐸)1937G.Lanchester1947ScienceMuseum,London

＊Tworecordsabouttheexteriorshapeandtheinteriorstructureofsouthpointingchariotsin《宋史》,HistoryoftheSongDynasty,includingonedesignbyYanSu(燕肅)in1027ADandanotherbyWuDe-ren(吳德仁)in1107AD.世界第一臺地震儀，即候風地動儀：公元132年張衡創(chuàng)制，測定地震方位。地動儀由精銅鑄成，儀器內(nèi)部中央立一根銅質(zhì)都柱（上粗下細的棍關(guān)）中國古代機械的輝煌成就萬象支架：西漢末（公元1世紀）巧工丁緩制作的“被中香爐”是世界上已知最早的常平支架。構(gòu)造精巧，無論球體香爐如何滾動，其中心位置的半球形爐體都始終保持水平狀態(tài)。鏤空球內(nèi)有兩個環(huán)互相垂直可靈活轉(zhuǎn)動，爐體可繞三個互相垂直的軸線轉(zhuǎn)動。原理與現(xiàn)代陀螺儀中的萬向支架相同。弩弓：大約3萬年前我國就發(fā)明了弓箭，是機械方面最早的一項發(fā)明。弓和箭是使用時間最長的古老兵器春秋時期出現(xiàn)弩，控制射擊的弩機是比較靈巧的機械裝置。到漢代，弩機加工精度和表面光潔度已相當高。漢弩有一石至十石等八種規(guī)格，表明機械制造標準在漢代已初步確立。冶鐵水排：我國古代冶鐵用的水利鼓風裝置。沿用很長時期，直到本世紀七十年代，一些地方還在使用。我國古代水排構(gòu)造的詳細技術(shù)最早見于元代的《王禎農(nóng)書》，依水輪放置方式分為立輪式和臥輪式兩種。通過輪軸、拉桿及繩索把圓周運動變成直線往復運動，達到起閉風扇和鼓風目的最成功的柔順機構(gòu)案例中國古代機械的輝煌成就中國古代機械的輝煌成就84木風箱：鼓風器最早是皮囊，后來是風扇，再后來是風箱。風扇大約發(fā)明于公元十世紀前活塞式風箱最早見于明代，記載史見于明代宋應(yīng)星著的《天工開物》。風箱兩端各設(shè)一個進風口，口上設(shè)有活瓣，箱側(cè)設(shè)有一風道，風道側(cè)端各設(shè)一個出風口，口上亦置有活瓣。通過伸出風箱外的拉桿，驅(qū)動活塞往復運動，促使活瓣一起一閉，以達到鼓風目的。走馬燈：中國民間很流行，八百多年前發(fā)明，利用熱力作動力。原理和近代的燃氣輪機相同巢車：古代的裝甲偵察車，用于窺伺城中動靜，帶有可以升降的牛皮車廂，這是利用滑輪和轆轤聯(lián)合運作制成的可升降的活動瞭望臺。世界鐘表的鼻祖：水運儀象臺1090年，北宋宰相蘇頌主持建造，每天僅有一秒誤差英國李約瑟：“蘇頌把鐘表機械和天文觀察儀器結(jié)合以來，在原理上已經(jīng)完全成功”82個黃銅碎片古希臘Antikythera裝置AntikytheraMechanism是已知最早的包含有復雜的齒輪系統(tǒng)的裝置，于1901年在一艘失事的船上被發(fā)現(xiàn)，AntikytheraMechanism在一個木制容器中安裝有37個齒輪。已知的第一臺計算器：加、減、乘、除運算，能夠制定日歷，顯示太陽和月亮的位置。有一個刻度盤，能夠預(yù)測何時可能會發(fā)生日食或月食。--德國Ludwig-Maximilians大學佛朗哥斯《NATURE》中國古代機械的輝煌成就中國古代機械的輝煌成就史曉雷《大眾機械技術(shù)史》山東科學技術(shù)出版社，2015目錄古代篇——認識機械技術(shù)第一章

簡單機械1、斜面2、杠桿3、滑輪4、輪軸5、螺旋第二章

機構(gòu)1、曲柄連桿機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)3、繩帶傳動4、鏈傳動5、齒輪傳動近代篇——機械技術(shù)引發(fā)的技術(shù)革命第三章

第一次技術(shù)革命時期的機械技術(shù)1、棉紡織機械2、蒸汽機3、蒸汽機車4、蒸汽機船5、機床第四章

第二次技術(shù)革命時期的機械技術(shù)1、發(fā)電機和電動機2、水輪機和汽輪機3、內(nèi)燃機4、飛機現(xiàn)代篇——機械技術(shù)與社會第五章

福特和他的汽車王國1、早期創(chuàng)業(yè)史2T型車與流水線第六章

三峽國產(chǎn)水輪發(fā)電機組之路1、高峽出平湖2、師夷長技3、再立新功參考文獻拓展與思考近代人類的探索：機械的發(fā)展機構(gòu)是人造機械的“骨骼系統(tǒng)”農(nóng)業(yè)革命工業(yè)革命-1st工業(yè)革命-2nd工業(yè)革命-3rd工業(yè)革命-4th1800線性代數(shù)(如：向量法)，幾何線幾何，旋量理論，李群李代數(shù)微分學，微分幾何矩陣理論，圖論機構(gòu)與機器發(fā)展圖解法蒸汽機、汽輪機和水輪機、煤炭史密斯刨床和大量新機床四桿機構(gòu)機構(gòu)學理論體系形成連桿組自由度判據(jù)發(fā)現(xiàn)機構(gòu)運動幾何學派開創(chuàng)1916年，提出Assur桿組20世紀50年代前后，運動學、動力學得到充分發(fā)展?-1960年，圖論開始用于機構(gòu)綜合開展對開鏈機構(gòu)、運動過程中結(jié)構(gòu)變化機構(gòu)、組合機構(gòu)等研究80年代初，旋量理論在機構(gòu)學得到發(fā)展同期，位移子群在機構(gòu)分析與綜合中應(yīng)用并聯(lián)機構(gòu)得到廣泛研究，并在典型行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學工具廣泛應(yīng)用于機構(gòu)的分析與綜合中并聯(lián)機構(gòu)型綜合理論得到很大發(fā)展多自由空間機構(gòu)性能評價和尺度綜合受到廣泛關(guān)注復雜機構(gòu)拓撲與參數(shù)集成設(shè)計理論與方法極端服役裝備、仿生和微納等機構(gòu)的設(shè)計理論與方法機構(gòu)綜合設(shè)計平臺建設(shè)……-串聯(lián)機器人并聯(lián)機器并聯(lián)機構(gòu)巨型重載機器微納機械仿生機械A(chǔ)ssur桿組螺旋，李群李代數(shù)、集合論改自《機械工程學科：發(fā)展戰(zhàn)略報告（2011-2020），NSFC-工材部，科學出版社，2010190019601980200020102020工業(yè)革命工具進步春秋1700幾何學，圖解法依靠個人經(jīng)驗與智慧、技藝傳承、奇淫技巧內(nèi)燃機、發(fā)電機、電動機、電力、石油拓展與思考現(xiàn)代人類的探索：機械的發(fā)展生產(chǎn)線機構(gòu)是人造機械的“骨骼系統(tǒng)”醫(yī)用機器人的動畫仿真機構(gòu)是人造機械的“骨骼系統(tǒng)”達芬奇手術(shù)機器人機構(gòu)是人造機械的“骨骼系統(tǒng)”并聯(lián)結(jié)構(gòu)的大型地震模擬器機構(gòu)機構(gòu)是人造機械的“骨骼系統(tǒng)”機械發(fā)展史拓展與思考未來人類